Integrierte Schmelzefiltration für den direkten Einsatz von Recyclingmaterial

Selbst ist die Spritzgießmaschine

Eine besonders Aufwand und Energie sparende Integration von Materialrecycling und Spritzgießen bietet die Möglichkeit, Flakes oder Mahlgut über einen in die Spritzeinheit integrierten Einschnecken-Extruder mit angeschlossenem Hochleistungs-Schmelzefilter aufzubereiten und ohne Umweg an ein Kolben-Einspritzsystem weiterzuleiten. Das Besondere des Anlagenkonzepts: Es können laut Anbieter auch hoch verschmutzte Materialien direkt auf der Spritzgießmaschine verarbeitet werden.

Zweistufige Plastifiziereinheit: Der mit einer Trommelfilter-Einheit kombinierte Plastifizierextruder arbeitet zyklussynchron diskontinuierlich und fördert die gereinigte Kunststoff-Schmelze in ein seitlich daneben positioniertes Kolben-Einspritzaggregat.

Steiegende Rohstoff- und Energiepreise lassen das Recycling boomen. Dies gilt ausnahmslos auch für die Kunststoffe. Die Entwicklung der Spritzgießmaschine zum "Alleskönner" sei deshalb kein Geistesblitz eines weltfremden Erfinders, sondern die logische Zusammenführung langjährig erarbeiteter Kompetenzen: Ettlinger baut seit 1983 Spritzgießmaschinen und seit 2004 Hochleistungsschmelzefilter für Extrusionsanlagen.

Extruder plastifiziert, Kolben spritzt ein

Ein charakteristisches Merkmal der Maschinentechnik ist die grundsätzlich zweistufig arbeitende Spritzeinheit. Sie ist eine Kombination aus einer Extrusionseinheit, dem Plastifizieraggregat, und einer separaten Kolben-Einspritzeinheit. Der Extruder arbeitet nicht kontinuierlich, sondern ebenso zyklisch wie die Einspritzeinheit. Die extrudierte Polymerschmelze wird druckgeregelt in einen zylindrischen Schmelzespeicher gefördert. Der Einspritzkolben drückt die Schmelze anschließend in einer druck- und geschwindigkeitsgeregelten Vorwärtsbewegung in das Werkzeug. Vorteil des Systems sei, dass damit große Schussvolumina mit hoher Schmelzequalität bei vergleichsweise geringen Schließkräften realisiert werden können. Diese liegen bei den kleinen und mittleren Ettlinger-Maschinentypen mit 2000 bis 8000 Kilonewton Schließkraft nach Herstellerangaben im Bereich von 5 bis 32 Liter. Auf Großmaschinen mit bis zu 30.000 Kilonewton Schließkraft sei die Verarbeitung von bis zu 160 Liter Kunststoffschmelze pro Schuss möglich. Es könne Kunststoff-Neuware ebenso wie Recyclate - ohne großen Anspruch auf deren Reinheitsgrad - verarbeitet werden, auch Heißkanal-Werkzeugen. Genau hier setze eine Innovation an. Die Kombination aus Filtertechnik mit der Materialplastifizierung innerhalb der Spritzgießmaschine.

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Da bereits Hochleistungs-Schmelzefiltern für Extrusionsanlagen mit Filterfähigkeiten bis herunter zu 80-Mikrometer-Partikeln und Durchsatzmengen bis 2500 Kilogramm pro Stunde vorhanden gewesen sein, habe man die Technologie auf die Spritzgießtechnik übertragen. Im Filter durchströmt die vom Extruder kommende Schmelze eine drehende Filtertrommel. Die auf der Filteroberfläche zurück gehaltenen Partikel hebt ein Abstreifer ab und leitet sie einer Austragsschnecke zu. Eine Prozess-Steuerung reagiert auf Veränderungen im Schmelzedruck aufgrund schwankender Verschmutzungsraten mit der Anpassung der Filter- und Austragsschnecken-Drehzahl. Damit sei die Selbstreinigung und ein kontinuierlicher Betrieb des Filters gewährleistet sowie die Voraussetzungen für die Verarbeitung von Recyclingmaterialien mit höheren Partikelgehalten gegeben, als bei alternativen Anlagen.

Plastifizieren und filtern

Demnach können auch schwierig zu behandelnde Verunreinigungen wie Papiersegmente, Lack- oder Elastomer-Partikel, aber auch Aluminium-Flakes mit bis zu 18 Gewichts-Prozent verkraftet werden, ohne das Filter zu blockieren. Gleichzeitig werde zum Austrag des Partikelkonzentrats vergleichsweise wenig Kunststoffschmelze benötigt. Das soll die effiziente Direktverarbeitung von verunreinigten Polymeren ermöglichen. Man könne sogar noch einen Schritt weiter gehen und statt eines Einschnecken-Extruders einen Doppelschnecken-Extruder einsetzen und das zu verarbeitende Material durch Zugabe von Zusatzstoffen im selben Produktionsprozess auch noch bedarfsgerecht compoundieren. Der Einwand, dass ein zyklisch arbeitender Extruder nicht optimal betrieben werden kann und größer dimensioniert werden muss, als ein separater, kontinuierlich arbeitender Extruder werde von Kundenerfahrungen widerlegt, die den Gesamtprozess von der Materialaufbereitung bis zum fertigen Spritzgussprodukt mit diesem System als deutlich kostengünstiger beurteilen, als die Verarbeitung in getrennten, einzelnen Prozessen.

Jedes Aufheizen und Plastifizieren von Kunststoff benötigt Energie - unabhängig davon, wie die Prozessschritte angeordnet sind. Gleiches gilt für den Polymerkettenabbau. Demnach sei ein System, bei dem ein ganzer Extrusions-/Granulierprozess dank "In-line-Integration zweier Prozesse" eingespart werden kann, vorteilhaft gegenüber zwei getrennten Prozessen. Wie hoch der resultierende Kostenvorteil sei, hänge von Durchsatzvolumen, Zykluszeit und eingesetzten Material ab. Vor diesem Hintergrund ist laut Anlagenbauer ein Return-on-investment innerhalb wirtschaftlich interessanter Zeiträume erreichbar. Und beim Recycling nicht nur Rohstoffe, sondern auch Energie und Zusatzaufwand zu sparen, sei schließlich ein netter weiterer Effekt dieser Entwicklung.

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