Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat sowie Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat aufweisend mindestens eine Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat, insbesondere zur Vorbereitung von Kunststoffgranulaten für einen nachfolgenden Plastifizierprozess.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trocknung von Kunststoffgranulat mit einer Überwachung des Energiemanagements.

Entsprechende Vorrichtungen und Verfahren finden insbesondere Anwendung in der Herstellung von Kunststoff Produkten, die zumeist aus einem Kunststoffgranulat hergestellt werden. Im Besonderen gilt dies für hygroskopische Granulaten die vor dem Plastifizierprozess getrocknet werden müssen, um eine Degradierung des Materials während des Plastifizierprozesses zu vermeiden. Dabei wird dem Material zudem Wärmeenergie zugeführt, die den Plastifizierprozess signifikant unterstützt: der Plastifizierprozess wird stabiler, da die Plastifizierung dem Kunststoffmaterial weniger Energie zum Aufschmelzen zuführen muss. Der mit entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen realisierte Trocknungsvorgang für Kunststoffgranulat ist heute bereits sehr ausgereift. In beispielsweise als Trockentrichter ausgebildeten Vorrichtungen zur Trocknung von Kunststoffgranulat, in dem das Material für den Plastifiziervorgang bereitgestellt wird, wird im Gegenstrom ausreichend trockene Prozessluft eingespeist, die die überschüssige Feuchtigkeit kontrolliert aufnimmt. Die Prozessluft wird anschließend getrocknet und wiederverwertet.

Bei dem gleichzeitigen Eintrag von Wärmeenergie in das Kunststoffgranulat durch die Trockenluft sieht es im Stand der Technik anders aus, da diesem Vorgang keine ausreichende Beachtung geschenkt wird. Grund dafür ist, dass die Messung der in das Granulat eingetragenen Energie anspruchsvoll ist und im laufenden Produktionsprozess heute wirtschaftlich unmöglich ist, da die Granulatkörner des Kunststoffgranulats stark isolierend sind, sodass von einer äußerlichen Temperaturmessung nicht auf die Kerntemperatur geschlossen werden kann. Mit einem Wärmefühler wird die Temperatur des Kunststoffgranulates zwar überwacht, doch effektiv wird nur die Temperatur der Prozessluft gemessen - wie es energetisch im Inneren eines einzelnen Granulatkorns aussieht bleibt unbekannt. Dennoch wird dieser Temperaturanzeige eine zu große Bedeutung beigemessen. Typische Temperaturen für beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) sind bei der Trocknung 160°C - 195°C, können aber auch darunter oder darüber liegen. Wird dieses Material durch seine Wärmeaufnahmekapazität bei der gewünschten Temperatur gesättigt (Enthalpie des Materials), ist der Verarbeitungsprozess in Bezug auf die thermische Führung in der Produktion optimal und es kann bei bester Artikelqualität produziert werden. Ist der Energieeintrag in das Kunststoffgranulat zu gering, hat eine anschließende Spritzgießmaschine einen deutlich höheren Energieaufwand um das Material entsprechend aufzuheizen, und das Material wird durch den mechanischen Energieeintrag sehr stark belastet. Die Plastifizierschnecke schafft es dann häufig nicht, die Schmelze ausreichend zu homogenisieren oder das Drehmoment der Schnecke steigt an oder gar über das Limit. Dies führt zu unaufgeschlossenem Material und Blasen im Produkt. Oft wird zur Lösung des Problems in heutigen Systemen dann die Plastifizierung in ihrem Temperaturprofil angehoben, um das Drehmoment zu senken oder den Energiemangel zu kompensieren - bzw. sie erreicht durch hohe Friktion selbst unkontrolliert hohe Temperaturen, wodurch das Kunststoffmaterial und/oder seine Additive verbrennen, es zeigen sich schwarze Punkte im Produkt.

Nicht selten fehlen den Betreibern von Spritzgießsystemen die detaillierten Kenntnisse des energetischen Zusammenhangs zwischen Trocknern und Spritzgießaggregat, da der Trockner ja seine Hauptaufgabe, das Material zu Trocknen erfüllt hat, was leicht im Qualitätslabor nachgewiesen werden kann. Es gibt auch heute schon Betreiber, die erahnen, dass der Prozessluftstrom im Trockner nicht ausreicht, um das Kunststoffgranulat energetisch zu sättigen und damit auch den Zusammenhang zu den Fehlerbildern ihres Produktes erkennen. In diesen Fällen wird gemäß dem Stand der Technik die Luftstrommenge im Trockner angehoben und damit die energetische Sättigung des Granulates erreicht, um eine gute Produktion sicherzustellen. In diesen Fällen bleibt es unklar, ob diese Prozessluft dann mit einem Energieüberschuss aus der Trocknungsvorrichtung austritt. Dieser austretende Prozessluftstrom kann beispielsweise bei der Verarbeitung von PET Temperaturen über 60°C und deutlich darüber (z.B. 130°C) erreichen. Um diese Luft aber effizient trocknen zu können, muss sie idealer Weise auf ca. 60°C heruntergekühlt werden, was in einem Wärmetauscher geschieht. Hier bezahlt der Betreiber den Verlust an Energie gleich zwei Mal: Die Luft muss nach der Trocknung mithilfe einer Lufttrocknungsvorrichtung, beispielsweise einer Silikat-Trockenpatrone oder einem Trockenrad, wieder aufgeheizt werden, während der Wärmetauscher die überschüssige Energie beispielsweise in eine Kühlmaschine leitet.

Gemäß dem Stand der Technik werden Trockner mangels fehlender, genauer und aktueller Informationen im Hinblick auf die Trocknung und energetische Sättigung des Kunststoffgranulats fast nie am optimalen Betriebspunkt gefahren, da der Energieinhalt im Granulat nicht messbar ist. Diese Situation ist unter heutigen Bedingungen, wie der gewünschten Ressourcenschonung und den steigenden Energiekosten und der geringen, erzielbaren Margen nicht akzeptabel.

Zwar helfen sich die Trocknerhersteller heute damit, dass mit Wiegezellen ein Systemdurchsatz an Kunststoffgranulat ermittelt wird. Bei der Luftmenge kommt je nach Hersteller ein Luftfaktor zum Einsatz, der das Luftvolumen an den Bedarf anpassen soll. In den meisten Fällen wird dazu am Gebläse durch die Stromaufnahme des Gebläses oder dessen Drehzahl theoretisch das Luftvolumen ermittelt. Die aktuelle Lufttemperatur am Gebläse, welche die Dichte der Luft bestimmt und der Verstopfungsgrad der Filter werden nicht zuverlässig angezeigt. Irreführend für den Betreiber ist auch, dass die Luft in Volumen angezeigt wird (i.d.R. in m3), und nicht in seiner vielmehr relevanten Masse. Zudem finden generelle Prozessschwankungen, im Besonderen die Eingangstemperatur des Kunststoffgranulates wenig Beachtung. Es sind heute Trockentrichter auf dem Markt zu finden, die bei hoher Temperatur der Prozessluft am Ausgang den Luftstrom auf einen vom Betreiber gewählten Wert herunterregeln, es wird aber diesem nicht klar, ob das Material dann energetisch gesättigt ist und der Wärmetauscher unbemerkt die überschüssige Energie der Prozessluft entsorgt. Es gibt auch keine Systeme, die den Energieverbrauch mit dem Energiebedarf am Trockner plausibel zusammenführen. So ist es nicht selten, dass das Kühlwasserventil am Wärmetauscher festsitzt und die Luft unnötig weit unter 60°C heruntergekühlt wird.

Zusammengefasst sind in den derzeit bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung von Kunststoffgranulat die Zusammenhänge der Kunststoffgranulaterwärmung vor dem Plastifizierprozess den Betreibern nahezu unbekannt, die Problemsuche bei Qualitätsmängeln findet eher am Spritzgießsystem statt, oder die überschüssige Energie, die in der beim Herunterkühlen der Prozessluft nach der Trocknung des Granulats beispielsweise in einer Kühlmaschine verschwindet, bleibt in den meisten Fällen unbemerkt.

Den Betreibern von bekannten Trocknungsanlagen fehlen grundsätzlich Informationen, um den Trocknungsprozess energetisch selbst beurteilen zu können. Heute werden Trocknungsanlagen angeboten, deren Hersteller angeben, dass diese optimal ausgelegt seien und entsprechend hochwertig arbeiten. Das ist leider in der Realität kaum der Fall, da die Außeneinflüsse zu vielfältig sind, oder die Trocknungsmaschinen haben ein Alter, bei deren Herstellung das Energiemanagement kaum relevant war. Beispiele hierzu:

Wenn Filter schleichend verstopfen, wird dies nicht berücksichtigt

Die Eingangstemperatur des Granulates schwankt je nach Jahreszeit, worauf bekannte Trockner wenig reagieren

Es wird bei allen Trocknern mit Luftvolumen gearbeitet und somit wird bei Temperaturschwankungen nicht die Dichte der Luft ausreichend berücksichtigt

Der Luftstrom wird fast immer am Gebläse theoretisch errechnet, es gibt selten einen realen Wert

Ein defekter Wärmetauscher wird meistens nicht erkannt

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat zu schaffen, die die vorgenannten Probleme zumindest teilweise behebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat zu schaffen, die die vorgenannten Probleme zumindest teilweise behebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat anzugeben, das die vorgenannten Probleme zumindest teilweise behebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trocknung von Kunststoffgranulat anzugeben, das die vorgenannten Probleme zumindest teilweise behebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 23 gelöst.

In den abhängigen Patentansprüchen werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beansprucht.

Die nachfolgend offenbarten Merkmale einer Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat, einer Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat, eines Verfahrens zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat und eines Verfahrens zur Trocknung von Kunststoffgranulat sind in allen ausführbaren Kombinationen Bestandteil der Erfindung.

Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre ist es, den mithilfe der Prozessluft realisierten Energieeintrag in das Kunststoffgranulat zu ermitteln, sodass neben der Trocknung eine hinreichende energetische Sättigung des Kunststoffgranulats bei möglichst geringen Verlusten ermöglicht wird.

Neben der granulären Form von Kunststoff sind auch andere Formen von Kunststoff, wie beispielsweise Ku nststofff lakes oder Kunststoffpulver, erfindungsgemäß verarbeitbar.

In Ausführungsformen der Erfindung ist das Energiemanagement an Trocknersystemen kontinuierlich überwachbar bzw. wird das Energiemanagement an Trocknersystemen kontinuierlich überwacht.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat weist zumindest eine Trocknungskammer, eine Zuführeinrichtung für Kunststoffgranulat, ein Gebläse und eine Heizung auf. Über die Zuführeinrichtung ist Kunststoffgranulat in die Trocknungskammer zuführbar. Mithilfe des Gebläses ist ein Luftstrom getrockneter Prozessluft durch eine Prozessluftleitung über einen Prozesslufteinlass in und durch die Trocknungskammer hindurch realisierbar. Mit der Heizung ist die Prozessluft im Bereich der Prozessluftleitung auf eine gewünschte Temperatur, in Anwendungen zur Trocknung von PET-Granulat in der Regel in einem Bereich zwischen etwa 160°C und etwa 195°C, einstellbar. In der Trocknungskammer treten Prozessluft und Kunststoffgranulat miteinander in Kontakt, wobei die Prozessluft Feuchtigkeit aus dem Kunststoffgranulat aufnimmt und Wärmeenergie an das Kunststoffgranulat abgibt.

Die Trocknungskammer ist in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung thermisch isoliert, sodass die Verluste durch unerwünschtes Entweichen von Wärme deutlich reduziert sind.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat weist mindestens eine Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate auf.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate mindestens einen Temperatursensor zur Messung der Eingangstemperatur der Prozessluft angeordnet oder anzuordnen im Bereich des Prozesslufteinlasses und mindestens einen Temperatursensor zur Messung der Ausgangstemperatur der Prozessluft angeordnet oder anzuordnen im Bereich eines Prozessluftauslasses aus der Trocknungskammer auf. Weiterhin weist die Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate mindestens einen Temperatursensor zur Messung der Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats auf.

Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate mindestens eine Auswerteeinheit auf.

Die Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats kann in Ausführungsformen der Erfindung durch eine Messung der Temperatur an einem Lagerplatz des Kunststoffgranulats erfolgen, vorausgesetzt, das Kunststoffgranulat verbleibt lange genug an diesem Lagerplatz, sodass die dort herrschende Temperatur homogen im Kunststoffgranulat übergangen ist. In entsprechenden Ausführungsformen kann eine zusätzliche Messung der Oberflächentemperatur des Kunststoffgranulats im Bereich der Zuführeinrichtung der Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat zur Plausibilisierung erfolgen. Die von der Prozessluft, abgesehen von Verlusten, an das Kunststoffgranulat abgegebene Wärmeenergie (Energieeintrag) ist bestimmbar, wenn die Masse der durch die Trocknungskammer hindurchgeleiteten Prozessluft bekannt ist. Dazu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate eine Prozessluftmassenbestimmungseinrichtung auf.

Die Prozessluftmassenbestimmungseinrichtung ist in Ausführungsformen der Erfindung im Bereich der Prozessluftleitung angeordnet bzw. anzuordnen und umfasst eine Luftvolumenmessvorrichtung. Unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichte der Prozessluft, die in Ausführungsformen der Erfindung aus einer elektronischen Speichereinrichtung abrufbar ist, ist aus dem gemessenen Luftvolumen die Masse der in die Trocknungskammer zugeführten Prozessluft bestimmbar.

Aufgrund der stark temperaturabhängigen Dichte von Luft ist in vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung mindestens ein Temperatursensor im Bereich der Luftvolumenmessvorrichtung angeordnet, sodass die Dichte der Prozessluft im Bereich der Luftvolumenmessvorrichtung unter Berücksichtigung der Temperatur genauer bestimmbar ist.

In Ausführungsformen der Erfindung ist zusätzlich mindestens ein Drucksensor zur Bestimmung des Luftdrucks im Bereich der Luftvolumenmessvorrichtung angeordnet, sodass die Dichte der Prozessluft im Bereich der Luftvolumenmessvorrichtung unter Berücksichtigung des Luftdrucks noch genauer bestimmbar ist.

Die Luftvolumenmessvorrichtung ist in Ausführungsformen der Erfindung als eine Volumenstrommesseinrichtung ausgebildet. In anderen Ausführungsformen ist ein Geschwindigkeitsmesser zu Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Prozessluft in einen Abschnitt der Prozessluftzuleitung mit bekanntem Querschnitt integriert bzw. integrierbar, sodass ebenfalls das Volumen der in einer bestimmten Zeit in die Trocknungskammer eingeleiteten Prozessluft bestimmbar ist.

Mithilfe der Auswertungseinheit ist aus der Differenz der Eingangstemperatur und der Ausgangstemperatur, aus der sich unter Berücksichtigung der Wärmekapazität von Luft der Energieeintrag je kg Prozessluft (spezifischer Energieeintrag) ergibt, und unter Berücksichtigung der Masse der zugeführten Prozessluft der absolute Energieeintrag durch die Prozessluft ermittelbar ist. Zur Vereinfachung der Berechnung wird der Wert der spezifischen Wärmekapazität von Luft in Ausführungsformen der Erfindung als 1 kJ/kg/K angenommen. Dies ist insbesondere ohne großen Fehler möglich, da es sich bei der Prozessluft um getrocknete Luft handelt.

Neben der Ermittlung der in den Prozess eingetragenen Energie ist es für die Erfindung wesentlich, den Energiebedarf für die Trocknung und energetische Sättigung des Kunststoffgranulats zu kennen. Auch der Energiebedarf ist abhängig von der Masse des in den Trockner zugeführten Kunststoffgranulats (Durchsatz).

Die Auswerteeinheit ist daher zur Ermittlung des Durchsatzes an Kunststoffgranulat ausgebildet.

Zur Ermittlung der Masse des zugeführten Kunststoffgranulats ist in Ausführungsformen der Erfindung eine entsprechende Messvorrichtung in die Zuführeinrichtung für das Kunststoffgranulat integriert bzw. integrierbar. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Wert für die Masse des zugeführten Kunststoffgranulats mit der Auswerteeinheit abrufbar, beispielsweise wenn es sich dabei um einen vorgegebenen Prozessparameter handelt, anhand dessen die Zuführeinrichtung mithilfe einer Steuereinheit entsprechend ansteuerbar ist. In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Materialdurchsatz des Trockners mit mindestens einer nachfolgenden Produktionseinheit, beispielsweise einer Spritzgießmaschine, basierend auf dem Materialbedarf synchronisiert und der entsprechende Wert mithilfe der Auswerteeinheit abrufbar.

In Ausführungsformen der Erfindung für ein Trocknersystem mit nachfolgendem Spritzgießsystem ist der Materialdurchsatz unter Berücksichtigung der in einem Zyklus des Spritzgießsystems verarbeiteten Kunststoffmenge aus entsprechenden Werten automatisch herleitbar.

Beispielsweise sind Werte für das Gewicht eines einzelnen Spritzgießprodukts (z.B. Preformgewicht), die Anzahl der Werkzeugkavitäten des Spritzgießsystems sowie der Anteil des mit dem jeweiligen Trockner getrockneten Materials am Produkt (z.B. Preform) eingebbar oder abrufbar. Daraus ist mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Gewicht des für einen Zyklus des Spritzgießsystems erforderlichen Materials bestimmbar. In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist ein mit dem Zyklus der Spritzgießsystems synchronisiertes Signal, das beispielsweise den Beginn oder das Ende eines Zyklus signalisiert, mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfangbar und daraus die Zykluszeit des Spritzgießsystems bestimmbar. Aus der erforderlichen Kunststoffmenge je Zyklus und der Zykluszeit ist mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den entsprechenden Ausführungsformen dann der erforderliche Materialdurchsatz je Zeiteinheit (z.B. je Stunde) bestimmbar und zur Berechnung des durchsatzabhängigen Energiebedarfs nutzbar.

Je nach verarbeitetem Kunststoff bzw. Kunststoffgemisch und der Art des nachfolgenden Prozesses ist eine Zieltemperatur für das Kunststoffgranulat vorgebbar, bei der eine ausreichende energetische Sättigung des Kunststoffgranulats erreicht ist. Bei PET und einer anschließenden Plastifizierung liegt der Bereich für die Zieltemperatur zwischen etwa 160°C und 195°C. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate weist entsprechende Eingabemittel zur Eingabe der Zieltemperatur für das Kunststoffgranulat auf.

Aus der Differenz der Zieltemperatur und der Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats ist mithilfe der Auswerteeinheit der spezifische Energiebedarf unter Berücksichtigung der spezifischen Wärmekapazität des jeweiligen Kunststoffgranulats bestimmbar.

Dazu ist der Wert der jeweiligen spezifischen Wärmekapazität mithilfe der Auswerteeinheit aus einer Speichereinheit abrufbar.

PET-Granulat weist beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität von 1 ,5 kJ/kg/K auf. Im Temperaturbereich des Trocknungsvorganges von -40°C bis 230°C hat PET-Material dabei eine fast lineare Energieaufnahme (Enthalpie), wodurch der spezifische Energiebedarf des Materials während der Trocknung relativ einfach zu ermitteln ist.

Unter zusätzlicher Berücksichtigung der in die Trocknungskammer zugeführten Masse des Kunststoffgranulats ist auch der absolute Energiebedarf bzw. der durchsatzabhängige Energiebedarf für diese Temperaturerhöhung bestimmbar.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird bei der Bestimmung des Gesamtenergiebedarfs zusätzlich zu der für die Temperaturerhöhung benötigten Energie auch die für die eigentliche Trocknung des Kunststoffgranulats erforderliche Energie berücksichtigt. Beispielsweise ist der entsprechende Trocknungsenergiewert für das jeweilige Material aus einer Speichereinheit abrufbar. Für PET-Granulat ist ein Wert in Höhe von etwa 12 kJ/kg ein üblicher Wert für den Trocknungsaufwand.

Die Erfindung präsentiert somit eine Lösung zur Bestimmung des optimalen Energieeintrags in das Kunststoffgranulat, ohne dass eine Messung der Temperatur des getrockneten Granulats erforderlich ist. In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat eine Ausgabeeinrichtung, insbesondere ausgebildet als ein Display, zur Ausgabe des ermittelten spezifischen und/oder absoluten Energiebedarfs und des ermittelten spezifischen und/oder absoluten Energieeintrags auf. In Ausführungsformen der Erfindung sind die durchsatzabhängigen Werte für den Energiebedarf und den Energieeintrag darstellbar.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Ausgabeeinrichtung zur vergleichenden Ausgabe der jeweiligen Werte für den Energiebedarf und den Energieeintrag ausgebildet.

In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Ausgabeeinrichtung zur zeitgleichen graphischen Ausgabe der Werte, beispielsweise als Verlaufskurven über einer Zeitachse, ausgebildet. Aus der Differenz zwischen Energiebedarf und Energieeintrag ist für einen Betreiber der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung unmittelbar und eindeutig erkennbar, ob die Anlage im Hinblick auf die gewünschte energetische Sättigung des Kunststoffgranulats und die Energieeffizienz optimal eingestellt ist, oder ob eine Anpassung der Einstellungen vorgenommen werden muss.

In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, mit der das Gebläse und/oder die Heizung zur Einstellung der in die Trocknungskammer zugeführten Masse und/oder der Eingangstemperatur der Prozessluft zur Minimierung der mithilfe der Auswerteinheit ermittelten Abweichung des Energieeintrags vom Energiebedarf ansteuerbar ist, sodass eine optimierte automatische Steuerung des Energieeintrags im Hinblick auf den tatsächlichen Energiebedarf realisiert ist.

In Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat zur Gegenstromtrocknung des Kunststoffgranulats ausgebildet. Dadurch lässt sich die Wärmeenergie optimal von der Prozessluft auf das Kunststoffgranulat übertragen.

In Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulat als ein Trockentrichter ausgebildet.

In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat einen Prozessluftkreislauf auf, in dem die Prozessluft wiederverwendet wird.

Nach der Trocknung des Kunststoffgranulats hat die Prozessluft die entsprechende Feuchtigkeit aufgenommen und muss vor einer erneuten Verwendung selbst getrocknet werden. Zur Trocknung der Prozessluft weist die Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat in entsprechenden Ausführungsformen eine Prozesslufttrocknungseinrichtung auf.

Zur Trocknung der Prozessluft wird in Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise eine Trockenpatrone oder ein Trockenrad z.B. aus Silikat verwendet.

Ist die Prozessluft jedoch zu heiß (i.d.R. über 60°C), kann sie mithilfe der bekannten Prozesslufttrocknungseinrichtungen nicht ausreichend getrocknet werden.

Um die Prozessluft nach dem Austritt aus der Trocknungskammer entsprechend herunter zu kühlen, weist die Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat in entsprechenden Ausführungsformen einen in Strömungsrichtung vor der Prozesslufttrocknungseinrichtung angeordneten Wärmetauscher auf.

Der Wärmestauscher ist in Ausführungsformen der Erfindung mit einer Kühlmaschine gekoppelt. Je stärker die Prozessluft zum Trocknen heruntergekühlt werden muss, desto höher ist in entsprechenden Ausführungsformen der Energiebedarf für den Betrieb der Kühlmaschine.

Es wird somit deutlich, dass in entsprechenden Ausführungsformen eine unnötig hoch eingestellte Prozesslufttemperatur oder Prozessluftmenge erstens einen unnötig hohen Energieaufwand für die Bereitstellung der Prozessluft erfordert und zweitens einen unnötig hohen Energieaufwand für die anschließende Kühlung der Prozessluft erfordert.

In Ausführungsformen der Erfindung wird diese überschüssige Energie spezifisch pro kg Kunststoffmaterial in einer dritten Kurve als Verlust dargestellt.

Zur Erfassung der zur Kühlung der Prozessluft erforderlichen Energie weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate in entsprechenden Ausführungsformen mindestens einen in der Prozessluftleitung in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher angeordneten bzw. anzuordnenden Temperatursensor auf. Aus der Differenz der im Bereich des Prozessluftauslasses gemessenen Ausgangstemperatur und dem Temperaturmesswert der heruntergekühlten Prozessluft ist die spezifische Verlustenergie bestimmbar.

Eine Optimierung der Einstellung der Vorrichtung zum Trocknen kann anhand der spezifischen Energieverläufe dadurch erfolgen, dass die Einstellung der Temperatur und/oder des Volumenstroms der Prozessluft derart erfolgt, dass die Kurven des spezifischen Energieeintrags und des spezifischen Energiebedarfs etwa aufeinander liegen und gleichzeitig die Verlustkurve minimiert wird.

In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Bestimmung der Verlustenergie ist die mithilfe der Prozessluftmassenbestimmungseinrichtung bestimmte Prozessluftmasse derart in Verbindung mit der Temperaturdifferenz zwischen der gekühlten Prozessluft und der Temperatur am Prozessluftauslass verwendbar, dass unter Berücksichtigung der Masse der gekühlten Luft die absolute Verlustenergie bestimmbar ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

Festlegen einer Zieltemperatur für das Kunststoffgranulats

Messung der Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats

Bestimmung der Differenz zwischen Ziel- und Eingangstemperatur des Ku n ststoffg ran u I ats

Berechnung des Energiebedarfs für die Trocknung des Kunststoffgranulats und die Erhöhung der Temperatur auf die Zieltemperatur

Messen der Eingangs- und Ausgangstemperatur der Prozessluft an der T rocknungskammer

Bestimmung der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangstemperatur der Prozessluft Bestimmung der Masse der in die T rocknungskammer zugeführten Luft

Berechnung der durch die Prozessluft in das Kunststoffgranulat eingetragenen Energie

- Ausgabe der Werte für den Energiebedarf und die eingetragene Energie.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zieltemperatur für das Kunststoffgranulat aus einem Bereich zwischen etwa 160 °C und 195°C gewählt.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird PET-Granulat getrocknet.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats im Bereich eines Lagers des Kunststoffgranulats und/oder im Eingangsbereich des Trockners gemessen.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Berechnung des Energiebedarfs für die Trocknung des Kunststoffgranulats und die Erhöhung der Temperatur auf die Zieltemperatur die Differenztemperatur zwischen Ziel- und Eingangstemperatur mit der spezifischen Wärmekapazität des Materials multipliziert, um den spezifischen Energiebedarf je kg Kunststoffgranulat zu ermitteln.

Die spezifische Wärmekapazität wird in Ausführungsformen in Abhängigkeit des Materials aus einer elektronischen Speichereinheit geladen.

In Ausführungsformen der Erfindung wird die für das Trocknen des Kunststoffgranulats je Gewichtseinheit (z.B. kg) erforderliche Energie, der Trocknungsaufwand, mit der für die Temperaturerhöhung erforderlichen Energie summiert und somit der spezifische Gesamtenergiebedarf für das Trocknen und Aufheizen des Kunststoffgranulats bestimmt.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der durchsatzabhängige Energiebedarf und/oder Gesamtenergiebedarf bestimmt.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Masse der in die Trocknungskammer zugeführten Prozessluft bestimmt, indem der Volumenstrom der zugeführten Prozessluft gemessen und mit der Dichte der Prozessluft multipliziert wird.

Alternativ zu einer Volumenstrommessung kann auch eine Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich mit bekanntem Querschnitt und eine Integration über eine definierte Zeit erfolgen.

In vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Temperatur und/oder der Luftdruck der Prozessluft im Bereich der Prozessluftmassenbestimmungsvorrichtung gemessen und zur Bestimmung der Dichte der Prozessluft berücksichtigt.

In Ausführungsformen der Erfindung ist eine Dichtetabelle für Luft in einer elektronischen Speichereinrichtung gespeichert und wird entsprechend des Messwerts der Temperatur und/oder des Luftdrucks geladen.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Berechnung der durch die Prozessluft in das Kunststoffgranulat eingetragenen Energie indem die Temperaturdifferenz der Prozessluft mit der spezifischen Wärmekapazität von Luft multipliziert wird.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ausgabe der Werte für den spezifischen und/oder absoluten Energiebedarf und die eingetragene spezifische und/oder absolute Energie indem Verlaufskurven der jeweiligen Werte auf einem Display angezeigt werden.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die durchsatzabhängigen Werte entsprechend ausgegeben.

Die Ausgabe der auf den Kunststoffgranulatdurchsatz normierten Verlaufskurven ermöglicht dem Betreiber eines entsprechenden Trockners bzw. Trocknersystems eine einfache Einstellung des optimalen Betriebspunktes, indem dieser die Einstellung der Prozessluft derart an den Durchsatz und/oder die Eingangstemperatur des Kunststoffgranulats anpasst, dass die Kurven aufeinander liegen.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate an Trocknern mit einem zirkulierenden Prozessluftsystem umfasst dieses in vorteilhaften Ausführungsformen zusätzlich die folgenden Verfahrensschritte:

Messung der Temperatur der Prozessluft nach dem Herunterkühlen für die anschließende Trocknung

Bestimmung der Differenz zwischen der Ausgangstemperatur der Prozessluft aus der Trocknungskammer und der heruntergekühlten Luft

Bestimmung der gekühlten Prozessluftmasse

Berechnung des für die Kühlung der Luft erforderlichen Energieaufwands (Verlustenergie)

- Ausgabe der berechneten Verlustenergie auf dem Display

Die Ausgabe der berechneten Verlustenergie erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung als eine Verlaufskurve, die vorzugsweise gemeinsam mit den Verlaufskurven für den (Gesamtenergiebedarf und den Energieeintrag dargestellt wird.

In Ausführungsformen der Erfindung wird für die Berechnung der Verlustenergie der Energieaufwand einer zur Kühlung des Wärmetauschers verwendeten Kühlmaschine berücksichtigt.

In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Ausgabe der Energiewerte in der Einheit Wh, vorzugsweise normiert auf den Durchsatz an Kunststoffgranulat. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate verwendet in Ausführungsformen mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate und/oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulaten.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Trocknung von Kunststoffgranulat umfasst die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate, wobei Prozessluft mithilfe einer Heizung geheizt und mithilfe eines Gebläses in die Trocknungskammer einer Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulat ein- und durch diese hindurchgeleitet wird und in der Trocknungskammer Feuchtigkeit von einem ebenfalls in die Trocknungskammer eingeleiteten Kunststoffgranulat aufnimmt sowie das Kunststoffgranulat erwärmt.

In vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens wird die Prozessluft nach dem Austritt aus der Trocknungskammer rezirkuliert, wobei diese zunächst mithilfe eines Wärmetauschers auf eine Temperatur von etwa 60°C heruntergekühlt und anschließend getrocknet wird, bevor diese wieder in den Bereich des Gebläses und anschließend der Heizung geleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Trocknung von Kunststoffgranulaten verwendet in Ausführungsformen mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulate und/oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulaten.

In den nachfolgend erläuterten Figuren sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 : Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Trocknung von Kunststoffgranulat,

Figur 2: Ein Trocknersystem mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Trocknung von Kunststoffgranulat,

Figur 3: Ein zweistufiges Trocknersystem mit einem erfindungsgemäßen Trockner und einem Booster,

Figur 4: Eine Kombination der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Trocknersysteme und Figur 5: Eine Darstellung der Display-Ausgabe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat bzw. einer Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements an Trocknersystemen für Kunststoffgranulat.

In Figur 1 ist ein Trocknungssystem (100) umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulat (10) aufweisend eine als ein Trockentrichter ausgebildete Trocknungskammer (1) dargestellt. An den Trockentrichter schließt sich unten am Materialauslass eine Plastifizierschnecke (2) an. Diese ist kein notwendiger Bestandteil der Erfindung, sondern steht beispielhaft für die Weiterverarbeitung des getrockneten Kunststoffgranulats. Auch ein Extruder oder andere Geräte zur Weiterverarbeitung des getrockneten Kunststoffgranulats sind anschließbar.

An der Oberseite weist die Trocknungskammer (1) eine Zuführeinrichtung (3) für Kunststoffgranulat auf. Die Prozessluft ist über eine Prozessluftleitung vom Prozessluftauslass zu einem Wärmetauscher (4) leitbar, wo die Prozessluft heruntergekühlt werden kann.

E schließt sich eine Prozesslufttrocknungsvorrichtung (5) zur Trocknung der Prozessluft an. Die Prozessluft ist mithilfe eines Gebläses (6) durch die Prozessluftleitung zu einer Heizung (7) und schließlich über einen Prozesslufteinlass in die Trocknungskammer (1) einleitbar.

Zur Messung der erforderlichen Temperaturen ist ein erster Temperatursensor T1 im Bereich der Kunststoffgranulatzuführung (3), ein zweiter Temperatursensor T3 im Bereich des Prozesslufteinlasses, ein dritter Temperatursensor T4 im Bereich des Prozessluftauslasses, ein vierter Temperatursensor T5 zwischen dem Wärmetauscher (4) und der Prozesslufttrocknungsvorrichtung (5) und ein fünfter Temperatursensor T6 im Bereich der Prozessluftmassenbestimmungsvorrichtung zwischen dem Gebläse (6) und der Heizung (7) angeordnet. Mithilfe der Prozessluftmassenbestimmungseinrichtung ist der Massenstrom m2 der getrockneten Prozessluft bestimmbar.

Der Temperaturwert T2 steht für die vorgebbare Zieltemperatur des Kunststoffgranulats.

Vorzugsweise ist im Bereich der Prozessluftmassenbestimmungsvorrichtung(en) zusätzlich mindestens ein Luftdrucksensor vorgesehen.

Der Massenstrom m1 des Kunststoffgranulats ist wie vorstehend erläutert auf verschiedene Weisen messbar oder anderweitig ermittelbar. Das Kunststoffgranulat und die Prozessluft strömen im Gegenstrom durch die T rocknungskammer.

Die mithilfe der Sensoren erfassten Messwerte, die Zieltemperatur T2 der Massenstrom m1 sind mithilfe einer Auswerteeinheit erfassbar und zur Berechnung der benötigten Energien nutzbar.

Figur 2 zeigt ein Trocknungssystem (100) mit zwei Vorrichtungen zur Trocknung von Kunststoffgranulat (10) bezeichnet mit A und B. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtungen (10) sind jeweils mit „A“ oder „B“ ergänzt, um diese zu der jeweiligen Vorrichtung (10) zuzuordnen. Das von beiden Trocknern (10) getrocknete Kunststoffgranulat wird einem Materialdosierer und/oder -mischer (8) zugeführt.

In den einzelnen Trocknern sind auch verschiedene Materialien, z.B. neues Kunststoffgranulat in Trockner A und recyceltes Material in Trockner B verarbeitbar.

Figur 3 zeigt ein Trocknungssystem (100) mit einer Vorrichtung zum Trocknen (10) und einem nachgeschalteten Booster (C) und Figur 4 zeigt ein Trocknungssystem (100) mit zwei Trocknern (A, B) und einem nachgeschalteten Booster (C).

Ein Booster (5) dient als eine einer Vorrichtung zum Trocknen (10) nachgeschaltete Einheit der weiteren Temperaturerhöhung des getrockneten Kunststoffgranulats. Auch die Booster (5) in den Trocknungssystemen (100) gemäß der Figuren 4 und 5 sind jeweils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung des Energiemanagements ausgerüstet.

In Figur 5 ist die Ausgabe auf einem Display einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es sind auf den Materialdurchsatz normierte Verlaufskurven für den Gesamtenergiebedarf (I), den Energieeintrag (II) und die Verluste (III) vergleichend dargestellt.

Die einzelnen Kurven sind für die Darstellung selektierbar oder deselektierbar. Die zeitliche Auflösung der Darstellung ist in verschiedenen Stufen einstellbar.

Anhand der Verlustkurve ist ggf. auch ableitbar, ob eine unnötig starke Kühlung der Prozessluft erfolgt, beispielsweise wenn das Kühlventil festsitzt oder eine anderweitige Störung des Kühlsystems vorliegt.