用于生产染色和未染色的塑料熔体的装置和方法与流程

本专利申请要求欧洲专利申请ep16184549.0的优先权，其内容通过引用结合于此。

本发明涉及一种用于生产染色和未染色的塑料熔体的装置和方法。

背景技术：

从de102004002401a1已知一种由塑料熔体生产塑料颗粒的装置和方法。借助于螺杆挤出机生成的塑料熔体以塑料线料的形式挤出，并借助于水下造粒设备造粒。这种类型的装置或者专门用于生产染色的塑料颗粒，或者专门用于生产未染色的塑料颗粒，即天然颜色的塑料颗粒。选择性生产染色和未染色的塑料颗粒是不可能的，因为用于生产染色的塑料熔体的染色剂会污染随后生产的未染色的塑料熔体。

技术实现要素：

本发明的目的是实现一种装置，该装置能够以简单、灵活和经济的方式选择性生产染色和未染色的塑料熔体。

该目的通过具有权利要求1的特征的装置来实现。根据本发明已经认识到，在至少两个壳体孔的区域中和在设置在其中的至少两个处理元件轴的区域中，多轴螺杆挤出机具有足够的自清洁性，但是将彩色颗粒或彩色母粒颗粒分别进给到至少两个壳体孔中必须分开进行，以避免未染色的塑料熔体被其中所含的残留的彩色颗粒和染色剂污染。由于两个分开的进料开口，用于分别提供或生产未染色的塑料熔体和彩色颗粒的未染色的塑料材料，或其中所含的分别用于生产染色的塑料熔体的染色剂以严格相互分开的方式进给到至少两个壳体孔中。由于借助于控制设备选择第一操作模式，计量设备以这样的方式致动，即要么染色的塑料熔体能够在第一操作模式下生产，要么未染色的塑料熔体能够在第二操作模式下生产。因此，计量设备能够借助于控制设备以相互独立的方式操作。例如，控制设备以这样的方式配置，使得第一计量设备能够专门操作、或者第二计量设备能够专门操作、或者两个计量设备能够结合地操作。

在第一操作模式中，未染色的塑料材料借助于第一计量设备被进给到壳体孔中。此外，彩色颗粒借助于第二计量设备通过第二进料口被进给到壳体孔中。染色的塑料熔体包括按重量计0.5％至按重量计10％之间、特别是按重量计1％至按重量计6％之间、特别是按重量计1.5％至按重量计4％之间的染色剂，所述染色剂包含在彩色颗粒中，以及按重量计90％至按重量计99.5％之间、特别是按重量计94％至按重量计99％之间、特别是按重量计96％至按重量计98.5％之间的未染色的塑料材料。此外，除染色剂之外的其它添加剂可以与染色的塑料熔体混合，所述添加剂不按上述重量比例考虑。未染色的塑料材料作为散装材料、特别是作为粉末和/或颗粒、和/或作为熔体进给。来自染色剂和塑料材料的颗粒混合物分别称为彩色颗粒、或彩色母料颗粒或母料颗粒。彩色颗粒包括染色剂，其以浓缩形式结合在塑料材料中，从而构成彩色颗粒。例如，染色剂是炭黑。例如，塑料材料与未染色的塑料材料相同。

在第二操作模式中，借助于第一计量设备仅未染色的塑料材料通过第一进料口被进给到至少两个壳体孔中。塑料材料作为散装材料、特别是作为粉末和/或颗粒、和/或作为熔体进给。

由于仅需要单个多轴螺杆挤出机，因此显著降低了机器技术方面的复杂性，使得可以以简单且经济的方式选择性生产染色和未染色的塑料熔体。至少两个处理元件轴特别可沿同一方向旋转驱动。多轴螺杆挤出机优选被配置为双轴螺杆挤出机。当首先生产未染色的塑料熔体时，由于染色的塑料熔体不被未染色的塑料熔体污染，因此随后可以以简单、快速和灵活的方式生产染色的塑料熔体。相反，当首先生产染色的塑料熔体时，为了生产未染色的塑料熔体，由于多轴螺杆挤出机进行自清洁，因此最初在过渡期产生不纯的塑料熔体。用于自清洁的至少两个处理元件轴被配置成以紧密的方式相互啮合并且刮擦壳体内壁。一旦在过渡期之后完成了自清洁，就可以在没有任何复杂的清洁措施的情况下生产出未染色的塑料熔体。例如，在过渡期从多轴螺杆挤出机排出的不纯的塑料熔体被造粒，并且所生成的不纯的塑料颗粒与所生成的未染色的塑料颗粒和所生成的染色的塑料颗粒分离开。因此，该装置能够以简单、灵活和经济的方式选择性生产染色和未染色的塑料熔体。

根据权利要求2的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单选择性生产。在第一操作模式中，控制设备以这样的方式致动第一计量设备和第二计量设备，使得未染色的塑料材料借助于第一计量设备通过第一进料口和彩色颗粒借助于第二计量设备通过第二进料口被进给到至少两个壳体孔中。此外，除了包含在彩色颗粒中的染色剂之外的添加剂可以被进给到至少两个壳体孔中。在第二操作模式中，控制设备以这样的方式致动第一计量设备，使得所需的未染色的塑料材料通过第一进料口进给到至少两个壳体孔中。在第二操作模式中，第二计量设备以使得没有彩色颗粒通过第二进料口进给的方式由控制设备致动。在第二操作模式中的第二计量设备优选地完全停用。

根据权利要求3的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。由于第二计量设备包括用于进给彩色颗粒的第一计量单元和用于进给清洁颗粒的第二计量单元，所以可以以简单的方式将生产从第一操作模式转换为第二操作模式。在生产染色的塑料熔体之后的清洁模式中，借助于第二计量设备的清洁颗粒通过第二进料口被进给到至少两个壳体孔中。由于清洁颗粒，在过渡期中的第二进料口和多轴螺杆挤出机分别清洗出彩色颗粒或染色剂。在完成清洁时停用第二计量设备，并且终止清洁模式。在第二操作模式中，借助于第一计量设备的未染色的塑料材料随后通过第一进料口被进给到至少两个壳体孔中。例如，清洁颗粒是重新颗粒化的。

根据权利要求4的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的生产。在第一操作模式中生产染色的塑料熔体之后，首先以清洁模式清洁多轴螺杆挤出机。为此，借助于第二计量设备将清洁颗粒进给到至少两个壳体孔中。多轴螺杆挤出机的自清洁在第一操作模式终止之后的过渡期中进行。在所述过渡期中产生不纯的塑料熔体，其既不能用作染色的塑料熔体也不能用作未染色的塑料熔体，因此，所述不纯的塑料熔体被分开。在过渡期之后分别终止自清洁或清洁模式，使得未染色的塑料熔体随后能够在第二操作模式中以期望的方式生产。例如，清洁颗粒是重新颗粒化的。

根据权利要求5的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。由于至少两个处理元件轴被配置成以紧密的方式相互啮合，所述处理元件轴以简单的方式也是自清洁的。

根据权利要求6的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。由于至少两个处理元件轴刮擦壳体内壁，所述壳体内壁以简单的方式由至少两个处理元件轴清洁。

根据权利要求7的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。由于第二进料口设置在第一进料口的上游，通过第二进料口进给清洁颗粒，可以以简单的方式进行处理元件轴的完全自清洁和壳体的壳体内壁的完全自清洁。可以以快速且灵活的方式将装置从第一操作模式转换为第二操作模式。

根据权利要求8的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。由于作为处理元件的捏合元件被设置成在进料口之间就旋转方面固定在轴上，通过第二进料口进给的彩色颗粒已经在第一进料口之前被加热、特别是至少部分地或完全熔化。在第一操作模式中，用于使彩色颗粒和可选地通过第一进料口下游的第一进料口进给的塑料材料熔化的附加所需的热输入是较小的。因此，在第一进料口下游的机器技术方面的复杂性特别小。捏合元件可以被配置为单独的捏合盘和/或捏合块。相应的捏合块包括多个整体互连的捏合盘。

根据权利要求9的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单选择性生产。由于作为处理元件的螺杆元件被专门设置成在进料口之间就旋转方面固定在轴上，因此在进料口之间的部分中机器技术的复杂性较小。通过第二进料口进给的彩色颗粒仅借助于螺杆元件在一个输送方向上被输送到第一进料口。在第一操作模式中，彩色颗粒以期望的方式通过第二进料口进给。在第二操作模式中，不通过第二进料口进行彩色颗粒的进给。在清洁模式中，清洁颗粒通过第二进料口进给。

根据权利要求10的装置保证了染色和未染色的塑料熔体的简单、灵活和经济的选择性生产。螺杆元件和捏合元件以简单的方式能够使塑料材料和/或彩色颗粒熔化、和/或使包含在彩色颗粒和塑料材料中的染色剂均匀化。捏合元件可以被配置为单独的捏合盘和/或捏合块。相应的捏合块包括多个整体互连的捏合盘。

本发明的另一个目的是实现一种方法，该方法以简单、灵活和经济的方式能够选择性生产染色和未染色的塑料熔体。

该目的通过具有权利要求11的特征的方法来实现。根据本发明的方法的优点对应于根据本发明的装置的已经描述的优点。该方法特别还可以通过权利要求1至10中至少一项的特征进行改进。

附图说明

本发明的其它特征、优点和细节源自以下对多个示例性实施例的描述，在附图中：

图1示出了根据第一示例性实施例的用于生产染色和未染色的塑料熔体的以部分剖面的方式示出的装置。

图2示出了图1中装置的多轴螺杆挤出机的局部剖视平面图；

图3示出了沿着图2中的剖面线iii-iii的多轴螺杆挤出机的剖视图；

图4示出了根据第二示例性实施例的用于生产染色和未染色的塑料熔体的以部分剖面的方式示出的装置；以及

图5示出了图1中装置的多轴螺杆挤出机的局部剖视平面图。

具体实施方式

下面借助于图1至3描述本发明的第一示例性实施例。用于生产染色的塑料熔体s1和未染色塑料熔体s2的装置1包括多轴螺杆挤出机2、第一计量设备3、第二计量设备4和控制设备5。多轴螺杆挤出机2具有壳体6，在所述壳体中配置两个相互穿透的壳体孔7、8。处理元件轴9、10被设置成可围绕壳体孔7、8中的相关旋转轴11、12旋转。处理元件轴9、10借助于驱动马达13并且通过分动箱14能够沿同一方向旋转驱动，从而沿相同方向旋转。离合器15被设置在驱动马达13与分动箱14之间。

在壳体6中配置通向壳体孔7、8的第一进料口16和第二进料口17。第二进料口17在输送方向18上设置在第一进料口16的上游。第一计量设备3通向第一进料口16，并且用于将未染色的塑料材料m通过第一进料口16进给到壳体孔7、8中。例如，第一计量设备3被配置为重量计量单元。

第二计量设备4包括第一计量单元19和第二计量单元20。彩色颗粒g能够借助于第一计量单元19且清洁颗粒r能够借助于第二计量单元20通过第二进料口17被进给到壳体孔7、8中。例如，计量单元19、20被配置为重量计量单元。

螺杆挤出机2在输送方向18上依次具有引入区21、熔化和混合区22以及排出区23。壳体6在排出区23的端侧处具有排出口24。进料口16、17设置在引入区21中。处理元件轴9、10分别包括相关的轴25、26、在输送方向18上连续地成对地设置的螺杆元件27、27'和捏合元件28、28'，以便就旋转方面固定在所述轴25、26上。螺杆元件27、27'被专门设置成在引入区21中就旋转方面固定在轴25、26上。螺杆元件27、27'和捏合元件28、28'被设置成在熔化和混合区22中就旋转方面固定在轴25、26上。螺杆元件27、27'依次被专门设置成在排出区23中就旋转方面固定在轴25、26上。捏合元件28、28'例如被配置为单独的捏合盘和/或具有多个整体互连的捏合盘的捏合块。

处理元件轴9、10被配置成以紧密的方式相互啮合并且刮擦壳体6的壳体内壁29。为此，处理元件轴9、10相互设置，使得当在横截面中观察时，由处理元件轴9、10限界的间隙30具有宽度a1，宽度a1与处理元件轴9、10的外径d的关系为：0.003≤a1/d≤0.05、特别是0.004≤a1/d≤0.035、特别是0.011≤a1/d≤0.02。

此外，处理元件轴9、10与壳体内壁29共同形成相应的间隙31，当沿横截面观察时，所述间隙31具有相关的宽度a2，宽度a2与外径d的比值为：0.004≤a2/d≤0.03、特别是0.005≤a2/d≤0.025、特别是0.012≤a2/d≤0.019。

控制设备5用于在用于生产染色的塑料熔体s1的第一操作模式b1与用于生产未染色的塑料熔体s2的第二操作模式b2之间进行选择。为此，控制设备5在信号方面连接到多轴螺杆挤出机2、第一计量设备3和第二计量设备4。控制设备5被配置成使得在第一操作模式b1中，借助于第一计量设备3的未染色的塑料材料m能够通过第一进料口16进给，并且借助于第二计量装置4或第一计量单元19的彩色颗粒g分别能够通过第二进料口17进给。此外，控制设备5还被配置成使得在第二操作模式b2中，借助于第一计量设备3的未染色的塑料材料m能够通过第一进料口16被进给到至少两个壳体孔7、8中。在第二操作模式b2中，没有彩色颗粒g能够借助于第二计量设备4被进给到壳体孔7、8中。此外，控制设备5还被配置成使得装置1在从第一操作模式b1到第二操作模式b2的转换中最初在清洁模式b3中操作。在清洁模式b3中，借助于第二计量设备4或者借助于第二计量单元20的清洁颗粒r分别能够通过第二进料口17被进给到壳体孔7、8中。第一计量单元19在清洁模式b3中被停用。在清洁模式中，借助于第一计量设备3的塑料材料m可以另外通过第一进料口16进给，以分别改进或加速多轴螺杆挤出机2在第一进料口16下游的自清洁。

设备1的功能模式如下：

借助于控制设备5可以在第一操作模式b1与第二操作模式b2之间进行选择。染色的塑料熔体s1的生产是在第一操作模式b1中进行的，而未染色的塑料熔体s2的生产是在第二操作模式b2中进行的。

未染色的塑料材料m和彩色颗粒g在第一操作模式b1中被进给到多轴螺杆挤出机2。引入区21中的彩色颗粒g通过第二进料口17进入到壳体孔7、8中，并且借助于螺杆元件27、27'在输送方向18上仅被输送到第一进料口。引入区21中的未染色的塑料材料m通过第一进料口16被进给到壳体孔7、8中。未染色的塑料材料m和彩色颗粒g被输送到熔化和混合区22。在熔化和混合区22中将彩色颗粒g和可选的塑料m熔化，并且将熔融塑料材料m与包含在彩色颗粒g中的染色剂f混合，从而生产出染色的塑料熔体s1。

随后，染色的塑料熔体s1通过排出区23中的排出口24排出。随后，染色的塑料熔体s1以常规方式造粒，并且例如生成染色的塑料颗粒。

未染色的塑料材料，即天然颜色的塑料材料m，作为散装材料、特别是作为粉末和/或颗粒、和/或作为熔体进给。染色剂f以彩色颗粒g中的结合形式存在。彩色颗粒g是例如来自未染色的塑料材料m和染色剂f的混合物。染色剂f以浓缩形式包含在彩色颗粒g中。例如，染色剂f是炭黑。

染色的塑料熔体s1包括按重量计0.5％至按重量计10％之间、特别是按重量计1％至按重量计6％之间、特别是按重量计1.5％至按重量计4％之间的染色剂f，以及按重量计90％至按重量计99.5％之间、特别是按重量计94％至按重量计99％之间、特别是按重量计96％至按重量计98.5％之间的未染色的塑料材料m。此外，除染色剂f之外的其它添加剂可以与染色的塑料熔体s1混合，所述添加剂不按上述重量比例考虑。

当随后借助于控制设备5选择第二操作模式b2时，最初激活清洁模式b3。在清洁模式b3中，分别借助于第二计量设备4或第二计量单元20将清洁颗粒r通过第二进料口17进给到壳体孔7、8中。在清洁模式b3中没有进给彩色颗粒g。在清洁模式b3中，未染色的塑料材料m可以借助于第一计量设备3另外通过第一进料口16进给到壳体孔7、8中。多轴螺杆挤出机2的自清洁发生在第一操作模式b1终止之后的过渡期中，即在清洁模式b3期间进行。凭借处理元件轴9、10的紧密啮合配置以及凭借处理元件轴9、10刮擦壳体内壁29，位于第二进料口17的区域中和壳体孔7、8中、特别是位于处理元件轴9、10上和壳体内壁29上的残留彩色颗粒g和/或残留染色剂f从多轴螺杆挤出机2中去除。在所述过渡期中产生不纯的塑料熔体s3，其既不能用作染色的塑料熔体s1，也不能用作未染色的塑料熔体s2，因此所述不纯的塑料熔体s3必须分开。在过渡期之后完成自清洁，使得清洁模式b3终止。为此，第二计量设备4或第二计量单元20分别被停用，使得清洁颗粒r不再通过第二进料口17进入到壳体孔7、8中。未染色的塑料熔体s2随后在第二操作模式b2中生成。为此，借助于第一计量设备3的未染色塑料材料m通过第一进料口16被进给到壳体孔7、8中并被输送到熔化和混合区22，并且在那里可选地熔化并随后在排出区23中排出。在第二操作模式b2中的塑料材料m作为散装材料、特别是作为粉末和/或颗粒、和/或作为熔体进给。

从第二操作模式b2到第一操作模式b1的转换可以以简单的方式进行，因为不需要多轴螺杆挤出机2的自清洁来生产染色的塑料熔体s1。

下面借助于图4和5描述本发明的第二示例性实施例。与前述示例性实施例相反，多轴螺杆挤出机2在输送方向18上依次配置第一引入区21'、熔化区22'、第二引入区21、熔化和混合区22以及排出区23。螺杆元件27、27'被专门设置成就旋转方面固定在第一引入区22'的区域中的轴25、26上。相反，捏合元件28、28'依次被专门设置成在熔化区22'中就旋转方面固定在轴25、26上。捏合元件28、28'被配置为单独的捏合盘和/或具有多个整体互连的捏合盘的捏合块。第二进料口17设置在第一引入区21'中，即设置在第一进料口16的上游。第一进料口16设置在第二进料区21中。因此，熔化区22'设置在第一进料口16、17之间。因此，螺杆元件27、27'和捏合元件28、28'被设置成在进料口16、17之间就旋转方面固定在轴25、26上。

在第一操作模式b1中，彩色颗粒g分别借助于第二计量设备4或第一计量单元19通过第二进料口17被进给到第一引入区21'中。彩色颗粒g借助于捏合元件28、28'被输送到熔化区22'并在那里熔化。未染色的塑料材料m借助于第一计量设备3通过第一进料口16被进给到第二引入区21中的熔融彩色颗粒g。熔融彩色颗粒g或其中包含的染色剂f分别与在熔化和混合区22中作为熔体存在的塑料材料m混合。随后，染色的塑料熔体s1在排出区23中排出。

因此，在清洁模式b3中，清洁颗粒r通过第二进料口17被进给到第一引入区21'中并被输送到熔化区22'。清洁颗粒r在熔化区22'中熔化，随后被输送到第二引入区21、熔化和混合区22以及排出区23。因此，进行多轴螺杆挤出机2，特别是第二进料口17、处理元件轴9、10和壳体内壁29的自清洁。在清洁模式b3中，塑料材料m可以另外通过第一进料口16进给。在进一步的构造和进一步的功能模式方面，参考前述示例性实施例。

根据本发明的装置1使得能够仅通过单个多轴螺杆挤出机2选择性生产染色的塑料熔体s1和未染色的塑料熔体s2。因此，机器技术方面的复杂性相对较小。当第一操作模式b1转换为第二操作模式b2时，因此在过渡期中的自清洁期间，即在清洁模式b3中产生不纯的塑料熔体s3。根据经济状况，由此生产的不纯的塑料颗粒被出售或在随后的染色的塑料熔体s1的生产中通过第二进料口17再次进给到多轴螺杆挤出机2并进一步加工。因此，装置1使得能够选择性地简单、灵活和经济的生产染色的塑料熔体s1和未染色的塑料熔体s2。