Projekt 27952/01

Erweiterung des Einsatzgebietes für das Anschmelzverfahren zur Herstellung von Kunststoffplatten, die eine Schaumstruktur aufweisen

Projektdurchführung

TPS TechnoPartner Samtronic GmbH
Daimlerstr. 10
73037 Göppingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Auf der Grundlage des Anschmelzverfahrens zur Herstellung homogener dickwandiger Kunststoffplatten bzw. Stäbe und Rohre soll das energie- und fertigungszeitsparende Verfahren auf die Produktion von Schaumstrukturen in Kunststoffplatten erweitert werden. Insbesondere ist dabei an die Fertigung von wärme- bzw. schalldämmende Sandwichplatten gedacht mit homogenen, festen Außenseiten und einer Schaumstruktur im Inneren der Platten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Arbeitspaket Projektierungsarbeiten
Es soll hierzu eine erste Pilotanlage gebaut werden, in der die Besonderheiten von Schaumstrukturen wie Volumenvergrößerung, Gasanalyse im Reaktorraum etc. ausgewertet werden können.

2. Berechnungsarbeiten
Hierzu gehört die Erarbeitung von mechanischen, physikalischen und thermodynamischen Auslegungsdaten für den Bau einer Produktionsanlage.

3. Konstruktionsarbeiten

4. Versuche und Versuchsauswertungen
Die Versuchsarbeiten sollen die Grundlage für die Gestaltung der Fertigungsanlage schaffen unter Berücksichtigung wichtiger Einflussgrößen wie Polymerarten, Polymeraufmachung, Treibmittelzusammensetzung, Gasanalyse, geometrische Einflüsse wie Plattendicke, Schaumanteile im Plattenquerschnitt, Ermittlung der mechanischen Materialeigenschaften, Dämmverhalten, Oberflächengüte, Energiebilanzen, Bilanzierung der Verfahrensvorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren etc.


Ergebnisse und Diskussion

In dem abgeschlossenen Entwicklungsvorhaben war im Pilotmaßstab zu untersuchen, ob eine Erweiterung des Anschmelzverfahrens auch zur Herstellung geschäumter Kunststoffteile technisch durchführbar ist. Das inzwischen für die Verarbeitung von Kunststoffgranulat aus Neuware im Produktionsmaßstab eingesetzte Anschmelzverfahren musste daher umgestellt werden, da ein Aufschäumen des treibmittelgefüllten Thermoplasten zwischen unter Zugspannung stehenden Siebbändern nicht möglich ist. Als Ergebnis der umfangreichen Untersuchungen wird jetzt zur Herstellung von Schaumstrukturen das bisher eingesetzte Durchströmungsverfahren durch das Strömungsumkehrverfahren substituiert. Dabei wird die vertikale Strömungsrichtung im Granulathaufwerk durch einen horizontalen Strömungsverlauf ersetzt. Anstelle des oberen Siebbandes in der Anschmelzvorrichtung wird ein höhenverstellbares Stegband eingeführt und das untere Siebband wird durch ein geschlossenes Förderband ausgetauscht. Das vertikal von oben zugeführte Heißgas durchströmt die Schüttung, wird auf dem unteren Förderband umgelenkt und in einem einstellbaren Abstand von der Heißgaseintrittsöffnung über einen Auslasskanal wieder ausgetragen. Die Versuchsergebnisse mit den uns zur Verfügung stehenden Polymerarten zeigen, dass bei optimal gestaltetem Heißgaszuführkanal eine ausreichend gleichmäßige Durchströmung der bis zu 30 mm hohen Granulatschicht möglich ist. In unserem Kundenkreis werden im Regelfall Plattendicken im Bereich von 3 [mm] bis 15 [mm] hergestellt. Dabei sind staubförmige Feingutanteile bis 2 [%], bezogen auf die Gesamtmasse, zulässig.
Beim Durchströmverfahren sind Staubanteile hingegen nicht verarbeitbar, da im Reaktorraum Ablagerungen auftreten können. Die Herstellung von Schaumstrukuren, das Hauptanliegen unseres Entwicklungsvorhabens, verursacht in der Anschmelzvorrichtung eine Anreicherung von Treibmittelgasen wie z. B. N2, H2O oder CO2 und im geringen Maße NH3. Gasanalysen sind in der Pilotanlage nicht erfolgt, da ein Umluftverfahren des Heißgases aus technischen Gründen nicht möglich war und daher keine Aufkonzentration erfolgte. In der zu bauenden Demonstrationsanlage im Produktionsmaßstab ist die Gasuntersuchung vorgesehen, wobei Treibgasanreicherungen über einen Bypass kontrolliert abgeführt werden können.
Es ist festzuhalten, dass nach dem Strömungsumkehrverfahren plattenförmige Formteile mit Schaumstrukturen hergestellt werden können und dadurch ein weiterer Marktvorteil erreicht wird. Allerdings fällt als Nebenprodukt ein ebenso wichtiger Anwendungsbereich auf, der für das Durchströmungsprinzip sich bisher nicht erschloss: Die Verarbeitung von Gebrauchtkunststoffen. Die Recyclate sind oftmals thermisch geschädigt und neigen im angeschmolzenen Zustand zu einem starken Abfall der Schmelzviskosität mit der Folge, dass Teilbereiche der Siebbänder verschmutzen können. Im innovativen Strömungsumkehrverfahren fängt jetzt das geschlossene Förderband die niederviskose Anschmelzmasse ohne jegliche Verfahrensnachteile auf.
Wir haben daher in der Pilotanlage bewiesen, dass das modifizierte Anschmelzverfahren nunmehr in dem von uns zu bearbeitenden Markt der Thermoplattenverarbeitung erkannte Einschränkungen aufhebt. Damit ist die Grundlage geschaffen, eine erste Demonstrationsanlage im Produktionsmaßstab zu projektieren und damit unserer interessierten Kundschaft Einblick in die innovative Verfahrenstechnik zu geben. Dazu bedarf es einer umfassenden ingenieurtechnischen und verfahrenstechnischen Bearbeitungs- und Versuchszeit.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Jahre 1998 und 2007 ist das Anschmelzverfahren patentiert worden [DP 98] und [EP 07]. Wir vermarkten zwischenzeitlich das Durchströmverfahren weltweit, dieses soll auch für das Strömungsumkehrverfahren gelten. Im Jahre 2010 ist die Anschmelztechnik mit dem IKU ausgezeichnet worden.


Fazit

Wir haben in diesem Entwicklungsvorhaben zeigen können, dass das Anschmelzverfahren mit seinen ökologischen, technischen und ökonomischen Vorteilen gegenüber herkömmlichen thermischen Umformverfahren neben der Verarbeitung fabrikneuer Granulatware nunmehr in modifizierter Form auch für Gebrauchtkunststoffe und treibmittelhaltige Polymere geeignet ist, ohne das Grundprinzip der partiellen Polymererwärmung aufzugeben. Diese Erkenntnis soll Basis für den Bau einer Demonstrationslage im Produktionsmaßstab sein, um den Markteinstieg für das Strömungsumkehrverfahren vorzubereiten.