Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung von pulverförmigen Stoffen aus Kunststoff mit möglichst kugelförmiger Struktur.

Angestrebt werden Korngrößen kleiner 500, insbesondere kleiner 100 pm, z.B. Partikel im Bereich 30 bis 100 pm. Als maximale Obergrenze können 800 pm angegeben werden. Die Untergrenze liegt im Bereich Nanometer. Die Abweichung von der Kugelform soll möglichst so sein, dass die kleinste Querschnittsabmessung einer Partikel nicht kleiner ist als 20, vorzugsweise nicht kleiner ist als 50 % der größten Querschnittsabmessung dieser Partikel.

Derartiges pulverförmiges Material wird für viele Einsatzzwecke benötigt, beispielsweise für 3D-Druck, für Pulverbeschichtung usw.. Je kugelförmiger die einzelnen Partikel sind, umso fließfähiger ist das Pulver.

Aus DE 20 2016 106 243 U l ist eine Vorrichtung zur Herstellung von derartigen pulverförmigen Stoffen bekannt. Dabei wird eine heiße Schmelze des Ausgangsprodukts einer Düseneinrichtung zugeleitet, aus der die Schmelze austritt und sich zu kleinen Tröpfchen vereinzelt, die nach unten herunterfallen. Diese werden mittels Cryogas abgekühlt und in einem unteren Bereich gesammelt.

Eine ähnliche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind auch aus der EP 945 173 Bl bekannt. Die US 6 903 065 B2 beschreibt dieses Verfahren gemäß der o.g . europäischen Patentschrift EP 945 173 Bl . Sie bezieht sich auf die Herstellung von typischen Partikelgrößen von 50 pm bis 300 pm, insbesondere größer als 100 pm.

Bei diesen Verfahren wird der als Ausgangsprodukt verwendete Kunststoff jeweils erhitzt, damit er versprüht werden kann. Dieses Erhitzen darf jedoch nur bis zu Temperaturen erfolgen, bei denen der Kunststoff sich nicht merklich verändert. Zu starke Erhitzung führt dazu, dass im Kunststoff chemische Prozesse ablaufen, die zu einer unzulässigen Veränderung führen. Dabei scheint es auch eine Rolle zu spielen, wie lange der Kunststoff auf erhöhter Temperatur gehalten wird . Weiterhin ist es bekannt, Kunststoffe zunächst in einem Lösungsmittel aufzulösen und daraus die Partikel zu gewinnen, beispielsweise die erhaltene Lösung zu zerstäuben bzw. versprühen und die erhaltenen Tröpfchen so lange isoliert zu halten, bis das Lösungsmittel im wesentlichen verdampft ist. Bei diesem Verfahren ist es nicht notwendig, den Kunststoff auf höhere Temperatur zu bringen, sodass chemische Veränderungen insoweit nicht zu befürchten sind. Es wirkt jedoch das Lösungsmittel auf den Kunststoff ein.

Mit den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen lassen sich jedoch nicht ausreichend runde Kunststoff Partikel herstellen, wie dies gewünscht ist. Es besteht der Bedarf nach einem weiteren Herstellungsverfahren. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich günstig und im industriellen Maßstab Kunststoffpartikel herstellen lassen, die eine möglichst kugelige Form haben. Weiterhin ist es Aufgabe, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von pulverförmigen Kunststoffpartikeln mit möglichst kugelförmige Struktur, wobei ein Ausgangsprodukt aus Kunststoff, insbesondere ein zähflüssiges bis festes Ausgangsprodukt, das vorzugsweise stationär ist, in Kontakt mit einer glatten Oberfläche eines Körpers gebracht wird, der mit einer Geschwindigkeit v von mindestens 5 m/s relativ zum Ausgangsprodukt bewegt wird, wodurch im Kontaktbereich zwischen Ausgangsprodukt und Körper das Ausgangsprodukt lokal erhitzt und in pulverförmiger Form aus dem Kontaktbereich in Bewegungsrichtung des Körpers herausgeschleudert wird. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Die Erfindung beschreitet einen neuen Weg . Das Verfahren wird als Reibsprühen bezeichnet. Das Ausgangsprodukt wird in Kontakt mit einer relativ schnell bewegten Oberfläche eines Körpers gebracht. Das Ausgangsprodukt muss hierfür nicht insgesamt erhitzt werden. Es findet eine Erhitzung statt, diese ist aber auf den sehr kleinen Kontaktbereich zwischen Ausgangsprodukt und Körper beschränkt. Dadurch wird jeweils nur eine kleine Menge des Kunststoffs jeweils nur für eine ausgesprochen kurze Zeit auf eine höhere Temperatur gebracht, die für ein Pulverisieren ausreichend ist. Damit ist die Zeitdauer für eventuelle chemische Veränderungen beschränkt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine chemische Veränderung des Kunststoffs auftritt, ist deutlich geringer ist als bei auf gleiche Temperatur erhitztem Kunststoff gemäß dem Sprühverfahren, zum Beispiel nach der EP 945 173 Bl .

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass sich im Kontaktbereich im Wesentlichen kugelförmige Kunststoffpartikel bilden. Die Relativbewegung führt einerseits zu einer Reibungswärme, andererseits zu einer Vereinzelung von Kunststoffmaterial und wohl auch zu einer Formbildung, nämlich letztendlich der Ausbildung und Formung von kleinen kugelförmigen Partikeln. Schließlich bewirkt die Relativbewegung, dass diese kugelförmigen Partikel beschleunigt werden und aus dem Kontaktbereich herausgeschleudert werden. Die Austrittsbewegung erfolgt im Wesentlichen tangential, jedenfalls vorzugsweise innerhalb eines Austrittskeils. Die aus dem Kontaktbereich austretenden kugelförmigen Partikel haben eine deutlich geringere Temperatur als die im Sprühverfahren aus der Düse austretenden Partikel . Sie müssen daher nicht speziell in einem Kühlgas oder dergleichen abgekühlt werden. Es findet eine Abkühlung statt, wenn die Partikel beim Weg durch die Luft bis zu einem Auffangbehälter fliegen. Im Auffangbehälter sind die Partikel so ausreichend fest, dass ihre Oberfläche nicht mehr klebrig ist, sie also nicht deswegen zusammenkleben.

Das Verfahren sollte so durchgeführt werden, dass der Kunststoff nicht die Oberfläche des Körpers belegen oder überziehen kann. Die Oberfläche des Körpers soll auch nach längerzeitigem Ablauf des Verfahrens so rein und sauber bleiben wie am Anfang . Um dieses Ziel zu erreichen, können mehrere Maßnahmen ergriffen werden. Es kann die Relativgeschwindigkeit erhöht werden, beispielsweise auf werte oberhalb 10 oder oberhalb 20 m/s, dadurch werden die Beschleunigung und die Fliehkräfte größer, sodass einem Anhaften entgegengewirkt wird. Die Oberfläche sollte so glatt und so beschaffen sein, dass der Kunststoff nicht an ihr anhaftet. Der Körper kann temperiert werden, wodurch im Allgemeinen die Gefahr eines Anhaftens von Kunststoff verringert wird . Es kann ein Material für den Körper und damit seiner Oberfläche gewählt werden, dass möglichst geringe Adhäsion zu dem verwendeten Kunststoff zeigt. Weiterhin kann die Kraft variiert werden, mit der das Ausgangsprodukt gegen die Oberfläche des Körpers gedrückt wird . Vorzugsweise wird eine Kraft von mindestens 1 N ausgeübt. Bei höheren Kräften können eventuell eher Verschmierungen auf der Oberfläche auftreten als bei geringeren Kräften. Bei höheren Kräften wird aber im Allgemeinen auch eine höhere Ausbeute an Kunststoffpartikeln erzielt. Hier muss also ein sinnvoller Mittelwert gefunden werden. Schließlich hängt das Verfahren auch von dem jeweils verwendeten Kunststoff ab. Es ist nicht so, dass alle Kunststoffe gleich behandelt werden können oder sollten, vielmehr sind die einzelnen Parameter (Relativgeschwindigkeit, Material des Körpers, Oberflächenbeschaffenheit der Oberfläche, also z. B. der Rauigkeit, usw.) für einen jeweiligen Kunststoff unterschiedlich.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Körper als Zylinder auszubilden, der um seine Zylinderachse gedreht wird, und das Ausgangsprodukt in Kontakt mit dem Zylindermantel zu bringen. Insbesondere bei Zylindern mit einem Radius unterhalb von 10 cm, insbesondere unterhalb von 2 cm ist die Krümmung so stark, dass die herausgeschleuderten Kunststoffpartikel freie Bahn haben. Dies ist bei einer ebenen Oberfläche im Vergleich hierzu nicht so gegeben. Aufgrund der Krümmung ist es auch einfacher, die Kunststoffpartikel in einem Auffangbehälter zu sammeln und diesen in der Vorrichtung anzuordnen. Die Kunststoffpartikel treten in Form eines keilförmigen Strahls aus dem Kontaktbereich aus. Es ist vorteilhaft, wenn sie als freier Strahl austreten.

Vorteilhaft ist es, die ansonsten glatte Oberfläche des Körpers mit Unterbrechungen zu versehen. Diese sind vorzugsweise regelmäßig angeordnet. Sie können als Riefen oder als Rippen ausgebildet sein. Sie sind in Bewegungsrichtung relativ kurz, beispielsweise kürzer als 1 mm, vorzugsweise kürzer als 0,2 mm. Auch in der Höhe bzw. Tiefe sind sie begrenzt, sie sind vorzugsweise maximal 1 mm, bzw. maximal 0,2 mm hoch bzw. tief. Zwischen zwei benachbarten Unterbrechungen befindet sich ein ungestörter Bereich der Oberfläche des Körpers. Dieser Bereich ist in Bewegungsrichtung vorzugsweise mindestens zehnmal, insbesondere zwanzigmal länger als die genannten Abmessungen der Unterbrechung .

Vorzugsweise ist die Rauigkeit der Oberfläche so bemessen, dass die produzierten Kunststoffpartikel sich auf keinen Fall zwischen benachbarten Spitzen des Profils der Oberfläche anlagern können. Vorzugsweise ist die maximale Rauheit Rz der Oberfläche des Körpers mindestens zehnmal größer als die mittlere Korngröße der Kunststoffpartikel. Vorzugsweise ist sie sogar mindestens 50 mal größer. In einer bevorzugten Ausführung befindet sich das Ausgangsprodukt in einem Führungsrohr und ist in diesem verschiebbar geführt. Dies ermöglicht es, auch weichere Kunststoffmassen als Ausgangsprodukt zu verwenden, beispielsweise zähflüssiges Material.

Die Vorrichtung zur Herstellung von pulverförmigen Stoffen aus Kunststoff mit möglichst kugelförmiger Struktur hat einen Körper, der eine im wesentlichen glatte Oberfläche aufweist, die mit einer Geschwindigkeit v von mindestens 5 m/s bewegt wird, sie hat weiterhin eine Zuführeinrichtung für zähflüssiges bis festes Ausgangsprodukt, das sich in einem Kontaktbereich in Kontakt mit der Oberfläche befindet, sie hat weiterhin einen Auffangbehälter, der sich in Nähe des Kontaktbereiches befindet. Die Zuführeinrichtung hält einerseits das Ausgangsprodukt, andererseits ermöglicht sie, das Ausgangsprodukt mit einer gewissen Kraft bzw. einem gewissen Druck gegen die Oberfläche zu bewegen, wobei sie auch das Ausgangsmaterial nachliefert. Damit wird erreicht, dass ständig ausreichend viel Ausgangsmaterial in Kontakt mit der Oberfläche ist.

Vorzugsweise weist die Zuführeinrichtung ein Führungsrohr auf, das ein freies Ende in unmittelbarer Nähe des Kontaktbereichs hat. Das Ausgangsprodukt ist im Führungsrohr verschiebbar geführt. Das Führungsrohr ermöglicht es, Ausgangsmaterial zu verwenden, das selbst nicht formstabil ist. So kann das Führungsrohr entfallen, wenn das Ausgangsprodukt ausreichend starr ist, so dass es nicht abgestützt werden muss.

Vorzugsweise ist ein Extruder vorgesehen, der einen Ausgangsbereich hat, der sich in Nähe des Kontaktbereichs befindet und aus dem das das Ausgangsprodukt bildende Kunststoffmaterial austritt, wobei dieses Ausgangsprodukt in Kontakt mit der Oberfläche ist. Hier liegt der große Vorteil darin, dass noch warmes Ausgangsprodukt unmittelbar pulverisiert werden kann, ohne dass es zwischenzeitlich abkühlt oder andere Schritte wie Zwischenlagern usw. erfolgen. Auf diese Weise kann Schmelze inline und damit unmittelbar nach dem Compoundieren zu Pulver verarbeitet werden. Es werden Transportwege eingespart, es wird energetisch günstiger gearbeitet.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kunststoffpartikel, die im Kontaktbereich gebildet werden, in diesem so stark wie möglich beschleunigt werden. Eine Beschleunigung größer als 100g, insbesondere über 1000g ist vorteilhaft. Es kann vorteilhaft sein, das Ausgangsprodukt zu temperieren, beispielsweise zu kühlen oder zu erhitzen. Dies kann insbesondere in der Zuführeinrichtung erfolgen. Wenn der Zustand des Ausgangsprodukts mit zähflüssig bis hart angegeben wird, so ist die Grenze für zähflüssig dadurch gegeben, dass das Ausgangsprodukt sich nicht vereinzelt, bevor es in Kontakt mit der Oberfläche kommt, sondern das zähflüssige Ausgangsprodukt immer noch so ausreichend fest ist, dass es die Reaktionskräfte des Reibvorgangs, der im Kontaktbereich stattfindet, aufnehmen kann. Durch ein Führungsrohr wird erreicht, dass die Reaktionskräfte auf sehr kurzer Strecke, nämlich in dem lichten Abstand zwischen dem freien Ende des Führungsrohrs und der Oberfläche, anfallen. Das Führungsrohr übernimmt einen Großteil der Reaktionskräfte.

Das Rauheitsmaß der Oberfläche ist für den Erfolg der Pulverherstellung entscheidend. Der sogenannte Ra-Wert, der dem arithmetischen Mittel der Abweichungen von einer Mittellinie nach oben und nach unten entspricht, ist vorzugsweise kleiner als 10 pm, insbesondere kleiner als 3 pm und vorzugsweise unter 1 pm. Er ist vorzugsweise kleiner als der mittlere Durchmesser der Partikel, insbesondere zumindest zehnmal, vorzugsweise 50-mal kleiner. Geeignete Oberflächen sind Oberflächen gemäß ASTMA A 480/480A von zumindest 3, vorzugsweise höher, also 4, 5 oder mehr. Geeignete Oberflächen sind weiterhin Oberflächen mit der Oberflächenbezeichnung gemäß EN 10088-2 von zumindest 1D, vor- zugsweise2D oder höher, nämlich z. B. 2B, 2G usw..

Der Begriff stationär ist dahingehend zu verstehen, dass das Ausgangsprodukt im Wesentlichen stationär ist. Es kann bewegt werden. Es ist in klimatischer Umkehrung möglich, das Ausgangsmaterial rasch zu bewegen, aber den Körper im Wesentlichen in Ruhe zu lassen. Apparativ ergeben sich Vorteile, wenn das Ausgangsprodukt nicht bewegt wird und die gesamte Relativbewegung durch Antrieb des Körpers erreicht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen . Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nicht einschränkend zu verstehen sind, werden im Folgenden näher beschrieben. Dies erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung . In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer für die Pulverherstellung geeigneten Vorrichtung in einer 1. Ausführungsform, Fig. 2 : eine schematische Darstellung einer 2. Ausführungsform,

Fig. 3 : eine schematische Darstellung einer 3. Ausführungsform und

Fig. 4: eine schematische Darstellung einer 4. Ausführungsform, die ähnlich der 3. Ausführungsform ist, mit unmittelbar zugeordnetem Extruder.

Im Folgenden wird die Ausführungsform nach Figur 1 ausführlich beschrieben. Die weiteren Ausführungsformen werden nur insoweit beschrieben, wie sie sich von der 1. Ausführungsform unterscheiden.

Figur 1 zeigt einen Körper 20, der hier als Zylinder ausgeführt ist. Er rotiert um eine Achse 22, die hier die Zylinderachse ist. Der Drehantrieb erfolgt nach dem Stand der Technik, beispielsweise mit etwa 30.000 U/min. Der Radius des zylinderförmigen Körpers liegt bei ca. 20mm. Damit bewegt sich eine Oberfläche des Körpers 20, hier der Zylindermantel, mit einer Geschwindigkeit von etwa 63 m/s.

Diese Oberfläche 24 ist glatt, abgesehen von mehreren Unterbrechungen 26. Letztere sind als parallel zur Achse 22 verlaufende Rillen bzw. Riefen ausgeführt. Sie haben zum Beispiel eine Tiefe von 0,5 mm und erstrecken sich über die gesamte Axiallänge des Zylinders. Sie sind um den Umfang gleich verteilt, beispielsweise sind 4-8 derartige Unterbrechungen 26 auf dem Zylindermantel vorgesehen. Sie haben eine Breite von ca. 0,5 mm.

Der Körper 20 bewegt sich in Richtung des Pfeils 28. Damit ist die Bewegungsrichtung des Körpers 20 angegeben. In Bewegungsrichtung befinden sich zwischen zwei benachbarten Unterbrechungen 26 ungestörte Bereiche der Oberfläche 24 des Körpers 20. Deren Länge in Bewegungsrichtung ist erheblich viel größer, hier etwa vierzigmal größer als die Bewegungsrichtung gemessene Breite eine Unterbrechung 26.

Ein Stab aus einem festen Ausgangsprodukt 30 ist in Kontakt mit der Oberfläche 24. Er wird mit einer Kraft, siehe Pfeil 32, gegen diese Oberfläche 24 gedrückt und zu ihr hin gefördert. Der Pfeil 32 steht auch für eine Zuführeinrichtung. Diese liefert ständig Material des Ausgangsprodukts 30 nach, sodass der gezeigte Kontakt des Ausgangsproduktes 30 mit der Oberfläche 24 ständig erhalten bleibt.

Dieser Kontakt findet in einem Kontaktbereich 34 statt, dessen Größe im Wesentlichen durch den Querschnitt des Ausgangsproduktes 30 bestimmt wird und in der Regel kleiner ist als dieser Querschnitt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsprodukt 30 ein runder Stab. Es kann aber auch andere Form haben, zum Beispiel als flaches, im Querschnitt rechteckförmiges Profil vorliegen. Dabei verläuft die große Rechteckseite parallel zur Achse 22.

Im Kontaktbereich 34 wird erhebliche Reibungswärme produziert. Sie führt zu einem lokal sehr begrenzten Aufschmelzen des dem Kontaktbereich 34 nahen Materials des Ausgangsproduktes 30. Dabei wird ständig Material vereinzelt, also aus dem Verband mit dem übrigen Ausgangsprodukt 30 herausgerissen, und geformt. Überraschend hat sich herausgestellt, dass kugelförmige Partikel gebildet werden. Diese werden erheblich beschleunigt und treten als Strahl 36 aus dem Kontaktbereich 34 aus. Sie gelangen in einen Auffangbehälter 38. Wie die Figur zeigt, verlassen die Kunststoffpartikel 40 den Kontaktbereich 34 im Wesentlichen tangential und rechtwinklig zum Ausgangsprodukt. Sie treten in einem Keil aus dem Kontaktbereich 34 aus. Das Ausgangsprodukt 30 wird vorzugsweise so auf die Oberfläche 24 ausgerichtet, dass der Kraftvektor (siehe Pfeil 32) durch die Achse 22 verläuft. Antriebsmotoren, die verwendet werden können, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

In der Ausführung nach Figur 2 wird der Körper 20 durch ein Band gebildet, das um zwei Walzen 42 gespannt ist und umläuft. Der Pfeil 28 zeigt wiederum die Bewegungsrichtung. Mindestens eine der Walzen 42 ist angetrieben. Das Ausgangsprodukt 30 kann, wie gestrichelt dargestellt ist, in den nicht unterstützten Bereich des bandförmigen Körpers 20 drücken, es kann aber auch, siehe ausgezogene Linien, das Band außerhalb einer Walze 42 kontaktieren.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wird als Körper 20 eine umlaufende Scheibe verwendet. Die Bewegungsrichtung ist wiederum durch den Pfeil 28 angegeben. Das Ausgangsprodukt 30 befindet sich in einem Führungsrohr 44. Dieses ist stationär. Das Ausgangsprodukt 30 ist im Führungsrohr 44 verschiebbar geführt. Das Führungsrohr 44 hat ein freies Ende 46, das sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche 24 befindet. Dadurch ist das Ausgangsprodukt 30 nur innerhalb des möglichst geringen Abstandes zwischen dem freien Ende 46 und der Oberfläche 24 nicht geführt, insbesondere nicht seitlich abgestützt. Nur in diesem kurzen Bereich muss es die Reaktionskräfte selbst aufnehmen können. Ansonsten wer- den diese durch das Führungsrohr 44 aufgenommen. Die Ausbildung nach Figur 3 eignet sich daher insbesondere für weniger festes Ausgangsprodukt 30.

Figur 4 schließlich zeigt das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Extruder 48. Dieser liefert, durch ein Führungsrohr 44 geführt, warmes Kunststoffmaterial als Ausgangsprodukt 30, das in Kontakt mit einer sich drehenden Scheibe ist, die wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 den Körper 20 bildet. Das Führungsrohr 44 kann in dieser Ausführung entfallen, wenn das Ausgangsprodukt 30 ausreichend stabil ist.

Der Körper 20 ist beispielsweise aus Metall gefertigt, z.B. aus Edelstahl . Er kann auch aus einer Keramik gefertigt sein.

Bei dem Verfahren zum Herstellen von pulverförmigen Kunststoffpartikeln mit möglichst kugelförmiger Struktur wird ein Ausgangsprodukt 30 aus Kunststoff, insbesondere ein zähflüssiges bis festes Ausgangsprodukt 30, in Kontakt mit einer glatten Oberfläche 24 eines Körpers 20 gebracht, der mit einer Geschwindigkeit v von mindestens 5 m/s relativ zum Ausgangsprodukt 30 bewegt wird . Im Kontaktbereich 34 zwischen Ausgangsprodukt 30 und Körper 20 wird das Ausgangsprodukt 30 lokal erhitzt und wird in pulverförmiger Form aus dem Kontaktbereich 34 in Bewegungsrichtung des Körpers 20 herausgeschleudert.

Je höher die Wärmeformbeständigkeitstemperatur H DT, siehe DIN EN ISO 75- 1 bis 3, desto besser die Versprühbarkeit. Vorzugsweise sollte die Wärmeformbeständigkeitstemperatur über 100 °C liegen . Dadurch ist es möglich, auch ohne Kühlung versprühen zu können . Damit wird erreicht, dass sich keine Fäden bilden und das nicht erwünschte Grobgut in einem vernünftigen Verhältnis zu dem erwünschten Anteil an Feingut, also den mit der Erfindung erzielten pulverförmigen Kunststoffen, steht.

Je geringer die Wärmeformbeständigkeitstemperatur ist, umso kleiner sollte der Kontaktbereich, also die "Erhitzungsfläche" im Verhältnis zur Oberfläche des Körpers, auch "Transportfläche" genannt, sein. Je geringer die Wärmeformbeständigkeitstemperatur, umso geringer muss die Geschwindigkeit v sein Damit kann im Kontaktbereich ein übermäßiger Schmelzeanteil verhindert werden, der nicht abtransportiert werden kann.

Der Kontaktbereich sollte bei der Durchführung des Verfahrens nicht mit dem Kunststoff belegt oder bedeckt werden, vielmehr möglichst weitgehend von ihm frei bleiben. Ein Belegen des Kontaktbereichs zum Beispiel der Walze ist per se nicht negativ zu sehen. Jedoch können bei übermäßiger Beladung Fäden entstehen.

Bei weichem Ausgangsprodukt hat, bei sonst gleichen Parametern, die Größe der Vorsprünge und/oder Rücksprünge, letztere auch Vertiefungen genannt, einen höheren Einfluss auf die Korngrössenverteilung als bei härterem Ausgangsprodukt. Je breiter die Vertiefungen entgegen der Drehrichtung der Walze sind, umso gröber ist das Pulver.

Bei weichem Ausgangsprodukt gilt: Je geringer der glatte Oberflächenanteil des Körpers, also ohne Vorsprünge und/oder Rücksprünge, ist, umso weniger ist der Körper, zum Beispiel die Walze, belegt.

Das Verhältnis zwischen glattem Oberflächenanteil und Vertiefungen muss so gewählt werden, dass das durch Kontakt mit dem glatten Oberflächenanteil aufgeschmolzenes Ausgangsprodukt durch die Vertiefungen abtransportiert und, im weiteren Verlauf, vereinzelt werden kann .

Je höher die Wärmeformbeständigkeitstemperatur, umso sphärischer sind die Kunststoffpartikel . Vorzugsweise sollte sie möglichst über 110, vorzugsweise über 125 insbesondere über 150 und sogar über 175 °C liegen .

Auch faseriges Pulver kann durch Vermeidung von scharfen Kanten und Ecken fließfähig sein. Die Größe der Teile spielt eine untergeordnete Rolle. Dies wurde experimentell nachgewiesen mit TPU welches sich bei 125 pm nicht, bei 500 pm kaum, absieben ließ. Demnach waren Teilegrössen von > 500 pm bis 20.000 pm (Grobgut) vorhanden . Es zeigt sich ein Fließverhalten, welches ohne Additiv nur minimale Abbruchneigung zeigt. Bei ansonsten gleichen Bedingungen wird mit zunehmender Kühlung des Ausgangsprodukts, also geringerer Temperatur des Ausgangsprodukts, die Kornverteilung grober. Mittels höherer Geschwindigkeit v, insbesondere Drehzahl der Walze, wird dem entgegengewirkt. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit v von 60 auf 160 m/s ergab sich in einem Versuch ein Pulver, welches in der Kornverteilung bis zu 3+feiner ist, z. B. dreifach feiner ist. Das Verhältnis scheint bei Steigerungen im Bereich von 50 bis zu 250 m/s bei weichen (Wärmeformbeständigkeitstemperatur < 100 °C) Materialen unter N2-Kühlung nahezu linear zu sein .

Vorzugsweise wird das Ausgangsprodukt gekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur unter minus 50 °C, insbesondere unter minus 100 °C, z. B. etwa auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff. Vorzugsweise wird nicht der Körper, zum Beispiel die Walze, gekühlt, sondern das Ausgangsprodukt. Dadurch wird der verfahrensbestimmende Prozess der Bildung einer möglichst dünnen Schmelzschicht vor der Abförderung durch die Vertiefungen erreicht.

Ein rein mechanisches Abtragen, beispielsweise wie beim Feilen von Metall mit einer Feile oder Schleifen eines Metallstücks mit einer Schleifescheibe, ist nicht erwünscht. Die Abgrenzung zu einem mechanischen Abtragen wird dadurch bestimmt, dass das Material für einen sehr kurzen Zeitraum (< 1 sek) auf- bzw. angeschmolzen wird .

Vorzugsweise wird die Walze umfangsmäßig verteilt mit mehreren Ausgangsprodukten beschickt, z. B. drei im 120 Grad Winkel versetzten Ausgangsprodukten kontaktiert. Aufgrund der schnellen Ablösung der meisten Prod ukte von einer den Körper bildenden Walze und deren Führung durch Luftströme ist dies möglich .

Das Ausgangsprodukt sollte mit Druck bzw. einer gewissen Kraft auf den Körper, insbesondere die Walze gebracht werden. Die Dosierung sollte dabei so sein, dass zum einen das Ausgangsprodukt nicht zu großflächig aufschmilzt, was zu Grobgut führt, zum anderen jedoch so fest, dass die Förderwirkung der Walze unterstützt wird . Die Kraft sollte im Bereich von 1000 N bis maximal 100 000 N, je nach Material liegen.

Je wärmeformbeständiger das Ausgangsprodukt, umso höher sollte der Druck bzw. die Kraft sein. Es stellt sich dann ein Effekt ein, welcher wie„Rauch" aussieht. Dieses sind in der Regel Partikel im Bereich unter 30 pm. Weichere Materialien werden eher durch die Walze„mitgenommen".

Wärmeformbeständiges Ausgangsprodukt, z. B. Wärmeformbeständigkeitstemperatur > 100 °C, sollte vorzugsweise mittig auf der Walze angesetzt werden . Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur unter 100 °C sollte, bei warmer Versprühung (also ohne Kühlung) auf die Walze aufgelegt werden, bei Kaltversprühung ebenso behandelt werden wie Material mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur > 100 °C. Unter einer warmen Versprühung wird ein Versprühen ohne Kühlung verstanden .

Versprühung mit v unter 50m/s ist machbar, jedoch nicht wirtschaftlich darstellbar, da die Kontaktfläche zum Aufschmelzen zu groß sein müsste und damit zu wenig Förderleistung zur Verfügung steht.

Vorzugsweise haben die Vertiefungen die Form eines Kugelabschnitts. Diese werden auch als Dimpel bezeichnet. Derartige Vertiefungen findet man zum Beispiel auf Golfbällen . Eine Walze mit Dimpeln ermöglicht aufgrund der sich ständig im Kreis der Dimpel verändernden Fliehkräfte eine feinere Zerstäubung als andere geometrische Ausbildungen der Vertiefungen .

Während der Durchführung des Verfahrens nimmt die Walze eine materialspezifische Endtemperatur an, diese sollte jedoch immer unter dem Schmelzpunkt des Ausgangsproduktes liegen. Eine externe Kühlung der Walze ist in der Regel nicht nötig .

Bei wärmeformbeständigen Ausgangsprodukten ( > 100 °C) ändert sich die Feinheit der X10, X50, X90 Fraktion mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit v der Walze nur geringfügig im Bereich von 10-20%. Jede grösser v, desto feiner. Die Pulvermenge/h wird bei zunehmender Geschwindigkeit v höher, wenn der Druck gleichzeitig erhöht wird . Dieser darf jedoch nicht linear zunehmen, sondern maximal im Bereich von 1/2 - 1/3.

Sowohl gekühltes Ausgangsprodukt, als auch Ausgangsprodukte, die eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von > 100 °C haben, ergeben bei jeweils individueller wirtschaftlicher Einstellung in Bezug auf Druck, Umfangsgeschwindigkeit und Kühlung, eine Kornverteilung im Bereich von X10 : 25 X50 : 60 X90 :95 X99 : 115. Wobei das Pulver bei 125 pm abgesiebt wurde.

Je höher die Wärmeformbeständigkeitstemperatur über 100 °C liegt, umso weniger Kühlung des Ausgangsproduktes ist erforderlich. Eine geringe Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Ausgangsproduktes kann in Grenzen durch Kühlung auf tiefere Temperaturen substituiert werden. Es ist grundsätzlich vorteilhaft, wenn das Ausgangsprodukt eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat.

Es ist vorteilhaft, wenn das Ausgangsprodukt porös ist, zum Beispiel kleine Lufteinschlüsse aufweist oder als Schaum vorliegt. Porosität usw. unterstützt die Versprühung dadurch, dass durch die Lufteinschlüsse die wirksame Fläche im Kontaktbereich und damit die gleichzeitig aufschmelzende Fläche verringert wird und damit sich kleinere Kunststoffpartikel generieren lassen. Dabei kann der Druck bzw. die Kraft des Ausgangsprodukts auf die Walze aufgrund der geringeren Reibung desselben erhöht werden.

Ausgangsprodukt, welches eine Erweichungstemperatur von über 100 °C aufweist und grundsätzlich für die Warmversprühung, das heißt, ohne zusätzliche Kühlung, geeignet ist, wird durch den Einsatz von Kühlung durch flüssiges Gas grober und faseriger. Durch die Kühlung wird hier die Bildung des verfahrensbestimmenden Schmelzfilms unterbunden und es kommt eher zu einer Abtragung des Materials. Obgleich es sich erkennen lässt, dass es kurzzeitig angeschmolzen war, war diese Phase zu kurz, um sphärische Partikel im Bereich unter 125 pm in wirtschaftlich nutzbaren Umfang entstehen zu lassen .

Poröses Ausgangsprodukt verringert beim Versprühen nicht die Schüttdichte pSch des End produktes. (PEKK porös lieferte eine Schüttd ichte 265 / PEKK solid eine Schüttdichte 270, bei ähnlicher Korngrößenverteilung). Siehe Tabelle 1:

Maximale Umfangsgeschwindigkeit v in m/s

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zum einen die Herstellung von Pulvern aus Ausgangsprodukten, die sich nicht oder nur sehr schwer vermählen lassen. Zum anderen wird eine möglichst sphärische Form des Pulvers erhalten. An dieser kann man das Verfahren erkennen. Sie führt dazu, dass die Fließfähigkeit und die Schütt- und Stampfdichte (siehe

nid = 106849980X) erhöht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für gefüllte Ausgangsprodukte, die aufgrund ihrer Füllung ebenfalls kaum mahlbar sind, oder bei denen die Füllung zerstört würde. Diese sind z.B. Fasern wie GF, CF, können jedoch auch Eisenteile, Magnetit oder ähnliches sein. Dadurch können Kunststoffteile aus verstärktem Material oder auch leitfähige Materialien z.B. gesintert (SLL, SLA), verarbeitet werden.

Bisher wurde das Verfahren erfolgreich mit folgenden Ausgangsprodukten durchgeführt: PP, HDPE, POM, TPU, PEEK, PEKK, PEI, PPS. Bisher versprühte Pulver mit Füllung: PPS+Glasfaser, PEKK+Carbonfasern,

PEKK+Magnetit. Erfindungsgemäß versprühtes TPU, welches bekanntermaßen nach der klassischen Vermahlung zur Verklumpung neigt und erst bis zu 48h ruhen muss, bevor sich eine adäquate Rieselfähigkeit einstellt, zeigt bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieses Verhaken nicht und ist sofort fließfähig und verarbeitungsfähig. Dies auch ohne jede Zugabe von Additiv. Dadurch kann bei der eventuell gewünschten Nachadditivierung die Menge des Additivs verringert werden, was zu besserem Schmelzverhalten und besseren Eigenschaften im Endprodukt führt. Dieses ist sowohl für SLL, SLA als auch für Slushen von deutlichem Vorteil.

Bei Produkten mit geringer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (unter 100 °C) kann eine zusätzliche Kühlung mittels Flüssiggas, C02 oder N2 erfolgen.

Bei Produkten mit hoher Wärmeformbeständigkeitstemperatur (über 100, über 150 °C) wird ein hoher Energieeintrag benötigt, um in der kurzen Kontaktzeit genügend Ausgangsprodukt, auch Material genannt) anzuschmelzen. Daher muss versucht werden, eine zusätzliche Kühlung zu minimieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ausgangsprodukt möglichst nur sehr kurz und nur auf Temperaturen um den (unteren) Schmelzpunkt herum angeschmolzen. Dadurch wird die chemische Materialeigenschaft nur minimal beeinträchtigt. Dieses wurde für PEKK mittels DSC nachgewiesen. Ein Polymerabbau ist kaum vorhanden. Verfahrensbedingt ist das Pulver amorph. Es muss bei gewünschter Kristal I izität nachträglich eingestellt werden.

Um kugeligere Kunststoffpartikel zu bekommen und damit das Schüttgewicht zu erhöhen, kann das entstandene Pulver direkt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Ausnutzung von dessen Wärme und mittels zusätzlicher Zufuhr von Wärme im Freifall in einem Fallraum angeschmolzen werden. Dabei wird der äußere Mantel der Kunststoffpartikel angeschmolzen und bilden sich verbessert kugelförmige Strukturen. Der Fallraum sollte sich konisch aufweiten, um ein Ankleben an seinem Rand zu verhindern. Zusätzlich sollte die Temperatur, auf welche die Luft in diesem Raum aufgeheizt wird, mindestens 25% über der eigentlichen Schmelztemperatur des Ausgangsproduktes liegen, um den Raum nicht aufgrund der nötigen Einwirkzeit verlängern zu müssen. Wesentlich ist hier, dass die Kunststoffpartikel durch geschickte Luftführung genügend Platz haben, einzeln aufzuschmelzen und nicht zusammenzukleben, es sei denn, dieser Effekt würde bezweckt werden um den Feinanteil <5 pm durch Agglomerieren verringern zu wollen. Nach der gewählten Fallstrecke ist es in Abhängigkeit von der Wärmekapazität des Ausgangsproduktes geboten, das erhaltene pulverförmige Material unverzüglich mit Flüssiggas N2 oder C02 abzukühlen, um eine Absiebung zu ermöglichen.

Bezugszeichenliste

20 Körper

22 Achse

24 Oberfläche

26 Unterbrechung

28 Pfeil

30 Ausgangsprodukt

32 Pfeil

34 Kontaktbereich

36 Strahl

38 Auffangbehälter

40 Kunststoff Partikel, Partikel

42 Walze

44 Führungsrohr

46 freie Ende

48 Extruder