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Hintergrund
der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1. Eine solche Vorrichtung ist aus dem US-Patent
5,149,727 bekannt.
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Eine frühe Beschreibung der Bestrahlung von
PTFE ist in dem US-Patent 3,766,031 von Dillon enthalten. Gemäß diesem
Patent wurde Material in Tröge
eingebracht und einer Strahlung ausgesetzt.
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US
4,748,005 und
4,777,192 ,
die dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehören, beschreibt eine kommerzielle
Chargenverarbeitung von PTFE, bei der das Material in einem Bandmischwerk
platziert wird und bei der eine Elektronenstrahl-Strahlung in einen
Abschnitt des Mischwerkes gerichtet wird, während das Material von dem
Mischwerk gerührt wird.
Das Mischwerk ist mit einer Kühlung
entweder mittels einer Wasserumhüllung
oder durch direktes Einspritzen von Wasser in den Behälter versehen. Das
Bandmischwerk wird kontinuierlich betrieben, um das Material in
die Bestrahlungszone und aus dieser heraus zu bewegen, um so eine
gleichmäßige Bestrahlung
zu erzielen.
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US
5,882,737 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
für das
kontinuierliche Zuführen
von Polymer-Chips bzw. -Spänen
oder -Teilchen zu einem Elektronstrahlbeschleuniger. Die Vorrichtung beinhaltet
eine Chipversorgung, eine Versorgungs-Einzugsschnecke, einen Schüttgutbehälter zum
Aufbewahren der Chips, einen drehbeweglichen Spreizbogen, ein endloses
Förderband,
ein Kühlmittel
mit Kühlmittelverneblern
unter dem Fördermittel, einen
Elektronenstrahlbeschleuniger und einen Chips einsammelnden Schüttgutbehälter an
dem Ende des Fördermittels.
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US
5,149,727 offenbart einen Verarbeitungsbehälter, der
zwei Behälterabschnitte
beinhaltet, die jeweils einen Flügel-Mischrührer aufweisen.
Luft wird in das Verarbeitungsmaterial eingeblasen, um eine Kühlung zu
fördern,
was mit der gleichzeitigen Bestrahlung und einen Mahlvorgang gekoppelt
ist. Ein Luft-Fraktioniergerät
wird dazu verwendet, um umher fliegende feine PTFE-Teilchen aus
dem Behälter
zur Rückgewinnung
abzusaugen.
US 5,296,113 offenbart
ein ähnliches
System, bei dem der Rührvorgang durch
Verwendung von eingeblasener, unter hohem Druck stehender Luft bereit
gestellt wird, und bei dem Material in den Verarbeitungsbehälter kontinuierlich zugeführt und
mit Hilfe eines Luft-Fraktioniergeräts extrahiert
wird, um einen kontinuierlichen Prozess zu erzielen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Bestrahlen und Mahlen
bzw. Schleifen von PTFE bereit zu stellen.
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Um eine verbesserte Vorrichtung zum
Bestrahlen und Mahlen bzw. Schleifen von PTFE bereit zu stellen,
ist die Erfindung gemäß den Merkmalen von
Patentanspruch 1 definiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung beinhaltet
der Behälter transversal,
horizontal benachbarte erste und zweite Behälterabschnitte, die entsprechende
erste und zweite Rührer
aufweisen, die zur Drehung um zueinander parallele Längsachsen
ausgelegt sind. Der Innenboden des Behälters weist eine Stufe zwischen dem
ersten und dem zweiten Behälterabschnitt
auf, so dass der Innenboden des ersten Behälterabschnittes niedriger ist
bzw. tiefer liegt als der Innenboden des zweiten Behälterabschnittes.
Eine Mehrzahl von Luftdüsen
zum Einblasen von Luft in Richtung des ersten Behälterabschnittes
ist vorgesehen, wobei die Düsen
auf einem im Wesentlichen vertikalen Abschnitt der Stufe angebracht
sind.
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Gemäß einer bevorzugten Anordnung
dreht sich der erste Rührer
in einer Richtung gegen die Richtung, in welche Luft von den Luftdüsen in den
unteren bzw. tiefer liegenden Teil des ersten Behälterabschnittes
eingeblasen wird. Vorzugsweise ist der zweite Rührer für eine Drehung um seine Längsachse
in derselben Drehrichtung wie der erste Rührer ausgelegt, so dass sich
die Rührer
bei der Quermitte bzw. dem Zentrum in der Querrichtung des Behälters in
einander entgegengesetzte Richtungen bewegen. Die in Querrichtung äußere Wand
des zweiten Behälterabschnittes
kann zylindrisch sein und einen Innenabstand von weniger als 25
mm (einem Inch) zu dem Umfang des zweiten Rührers aufweisen. Eine Elektronenstrahlquelle
kann zum Bestrahlen von PTFE-Material an dem oberen Ende des zweiten
Behälterabschnittes
angeordnet sein.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Aufbereiten von Alt-PTFE vorgesehen, um das PTFE zu verarbeiten
und einem Verarbeitungsbehälter
zuzuführen.
Die Vorrichtung beinhaltet einen Zerhacker, um Alt-PTFE in körnige Chips
bzw. Späne
zu schneiden, ein Mischwerk, um die Chips von dem Zerhacker zu erhalten
und um die Chips zu rühren, um
eine Fließ-
bzw. Strömungsbewegung
derselben zu fördern,
sowie ein Fördermittel,
um die Chips von einem Auslass des Mischwerkes zu erhalten und um die
Chips zu dem Verarbeitungsbehälter
zu transportieren.
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Gemäß der Erfindung wird ein verbesserter Prozess
zum Bestrahlen und Mahlen bzw. Schleifen von PTFE in einem Verarbeitungsbehälter bereitgestellt.
Gemäß dem verbesserten
Prozess wird unter Druck stehende Luft bei einer Temperatur von
200 bis 370°C
(400 bis 700°F)
in den Behälter
eingeblasen, um das PTFE zu mahlen, und ist der Behälter geöffnet, so
dass Umgebungsluft in dem 2- bis 5-fachen Volumen der unter Druck
stehenden Luft in den Behälter
eingesogen werden kann.
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Für
ein besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung und auch anderer und weiterer Aufgaben
wird Bezug genommen auf die nun folgende Beschreibung, die gemeinsam
mit den beigefügten Zeichnungen
zu lesen ist, und wird deren Schutzbereich in den beigefügten Patentansprüchen aufgezeigt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht eines Systems zur Verarbeitung von PTFE gemäß den Merkmalen
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht im Aufriss der Staubsammler, die in dem System gemäß der 1 verwendet werden.
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3 ist
eine Draufsicht im Aufriss einer Vorrichtung gemäß der 1 zum Aufbereiten von Alt-PTFE zur Verarbeitung.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des Verarbeitungsbehälters gemäß der 1.
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5 ist
eine erste Seitendraufsicht des Verarbeitungsbehälters gemäß der 4.
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6 eine
zweite Seitendraufsicht des Verarbeitungsbehälters gemäß der 4.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In der 1 ist
eine Draufsicht eines Systems 10 dargestellt, das zur kontinuierlichen
Verarbeitung von PTFE durch Bestrahlen und Mahlen bestimmt ist.
Das System 10 beinhaltet eine Vorrichtung 12 zum
Aufbereiten von PTFE und zum Zuführen
von PTFE zur Verarbeitung, insbesondere zur anfänglichen Aufbereitung von Alt-PTFE,
beispielsweise Abfall-Band, Abfall-Rohren, Abfall-Absätzen und
-Zapfen. Das System beinhaltet ferner eine Verarbeitungsvorrichtung 14,
um den Bestrahlungsprozess auszuführen, die in einer Strahlungsabdeckung 16 mit
einer Tür 18 aufgenommen
ist. Verarbeiteter PTFE-Staub wird in der Staub-Sammelvorrichtung 20 eingesammelt.
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Bevor Materialien wie beispielsweise
Abfall-Band, Abfall-Rohre, Abfall-Absätze und – Zapfen, in einen Bestrahlungs-Verarbeitungsbehälter eingeführt werden,
ist es erforderlich und ratsam, das Material in körnige Form
zu überführen. Gemäß der Erfindung
behinhaltet eine Verarbeitungsvorrichtung 12, die in der 1 in einer Draufsicht und
in der 3 in einer Seitenansicht
gezeigt ist, einen Zerhacker 22, um festes Material, das
verarbeitet werden soll, zu erhalten und das Material in körnige Chips bzw.
Späne zu
schneiden, die eine Länge,
Breite und Dicke aufweisen, die vorzugsweise in dem Bereich eines
Bruchteils eines Inches liegt. Ein geeigneter Zerhacker ist ein
Granulator bzw. Granulierapparat. Bei einer bevorzugten Praxis ist
der Zerhacker 22 mit einer Anordnung versehen, um die elektrische
Last zu messen, beispielsweise mit einem Amperemeter, so dass eine
Bedienperson durch Beobachten des Amperemeters eine Überlastung
des Zerhackers durch voluminöse
Stücke
von Abfall-Material vermeiden kann. Der Zerhacker 22 ist
auf einer Wand eines hohen Bandmischwerkes 24 angeordnet,
das eine verlängerte
Höhe aufweist,
so dass körnige
Chips von dem Zerhacker 22 in das Innere des Mischwerkes 24 hineinfallen
und von einem darin vorgesehen Bandrührer 52 umgerührt werden
können.
Weil die Chips auf diese Weise gerührt werden, werden diese so
aufbereitet, dass sie ohne weiteres aus einer torgesteuerten Öffnung 54 am
Boden des Mischwerkes 24 heraus und in eine Zuführung 56 eines
mechanischen Fördermittels 26 hinausströmen können. Das mechanische
Fördermittel 26 hebt
das Material auf eine Ebene oberhalb der Strahlungsabschirmung 16 oder
der Strahlungs-Abschirmungstür 18.
Eine Rutschbahn 58 des Fördermittels 26 trägt Teilchen
in einen aufnehmenden Schüttgutbehälter 60 eines Schnecken-Fördermittels 28 mit
einem schrauben- bzw. schneckenförmigen
Fördermittel 62.
Das Material wird von einem Schnecken-Fördermittel 28 transportiert
und je nach Bedarf in einen Verarbeitungsbehälter 14 ausgetragen.
Die verlängerte
Höhe des Mischwerkes 24 ermöglicht eine
Auftiewahrung von körnigem
oder chipförmigem
PTFE, um den Verarbeitungsbehälter
je nach Bedarf zu versorgen. Damit der Zerhacker 22 sich
auf einer Höhe,
die für
eine Bedienung durch einen Arbeiter zweckmäßig ist, befinden kann, kann
sich das untere Ende des Mischwerkes 24 unterhalb des Erdgeschosses,
d. h. in einem Schacht, befinden.
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Der Verarbeitungsbehälter 14 ist
auf der Innenseite eines Strahlungsschildes 16 angeordnet, der
vorzugsweise aus Betonwänden
mit einer Stärke in
dem Bereich von 1 m oder stärker
(3 oder mehr Fuß)
besteht. Eine Tür 18 aus
einem ähnlichen
Material und mit ähnlicher
Stärke
ist ausgelegt, um die Öffnung
der Bestrahlungskammer 16 zu verschließen. Die Tür 18 kann auf Schienen
oder Überkopf-Schienen
zwischen einer geöffneten
und einer geschlossenen Position laufen. Gemäß einer guten Praxis befinden
sich keine zugänglichen
Strukturen oberhalb der Bestrahlungskammer 16, so dass
es nicht notwendig ist, für
eine Abschirmung in der Aufwärts-Richtung
zu sorgen. Die Verarbeitungsvorrichtung 14 beinhaltet einen
Behälter 30 und
eine Elektronenstrahlquelle 32. Material, das verarbeitet
werden soll, wird dem Behälter 30 über ein
Schnecken-Fördermittel 28 je
nach Bedarf durch Bestimmen der Füllhöhe von Material in dem Behälter 30 zugeführt. Verarbeitetes
Material, das umher fliegende PTFE-Pulverteilchen umfasst, die vorzugsweise
eine Teilchengröße in dem
Bereich von etwa 10 Mikrometern oder weniger aufweisen, werden aus
dem Verarbeitungsbehälter 30 durch
Fraktioniergeräte 34A, 34B und 34C extrahiert.
Entsprechende Gebläse 38A, 38B und 38C sind
vorgesehen, um Luft und Teilchen durch Röhren 36A, 36B und 36C zu
saugen und die umher fliegenden Teilchen durch Röhren 39A, 39B und 39C in
Zyklonabscheider 40A, 40B und 40C zu
zwängen.
Jeder der Abscheider 40 beinhaltet einen entsprechenden
Luftauslass 42, durch den Luft zum Austrag in die Umgebung
nach Entfernung des umher fliegenden, pulverförmigen Materials ausgelassen
wird. Wie in der 2 gezeigt,
wird zurück
gewonnenes Pulver durch einen unteren Trichter 46 des Abscheiders 40 in
einen Sammelsack 50 zum Verkauf oder zur weiteren Verarbeitung
ausgetragen.
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Die Verarbeitungsvorrichtung 14 ist
in der 4 in einem transversalen
Querschnitt gezeigt und in den 5 und 6 in einer Seitenansicht.
Die Vorrichtung 14 umfasst einen Behälter 30, der einen ersten
und einen zweiten Behälterabschnitt 78 und 80 aufweist,
die jeweils einen entsprechenden Mischrührer enthalten, beispielsweise
einen Band-Rührer 88 und 90.
Das obere Ende des ersten Behälterabschnittes 78 weist
eine nach oben gerichtete Verlängerung 79 mit
Luft-Fraktioniergeräten 34A, 34B und 34C (5) auf, die jeweils einen
entsprechenden Rotor 35 innerhalb der Verlängerung 79 aufweisen.
Eine vertikale Rutschbahn 100 verbindet den Schneckenförderer 28 mit
der Verlängerung 79, zum
Zuführen
von unverarbeitetem Material. Wie in der Querschnittsansicht gemäß der 4 gezeigt, ist der Innenboden
des Behälterabschnittes 78 niedriger bzw.
tiefer als der Innenboden des Behälterabschnittes 80,
was für
eine vertikale Stufe 82 von etwa 80 nun (etwa 3,5 Inch)
sorgt. Ein Luftverteiler 84 stellt erwärmte, komprimierte Luft bei
einer Temperatur von 200–370°C (400 bis
700°F) bereit,
die von einer Düse 86 durch
den vertikalen Abschnitt der Stufe 82 in den unteren bzw.
tiefer liegenden Teil des Behälterabschnittes 78 eingeblasen
werden soll. Wie in der 6 gezeigt,
sind etwa 20 Düsen
für einen
Behälter 30 mit
einer Länge
von etwa 3 m (etwa 10 Fuß)
vorgesehen. Luft wird unter einem Druck von etwa 345–690 kPa
(50–100
psi) mit einem Volumen von 0,19–0,47
m3/s (400 – 1000 cfm) und vorzugsweise mit
einer Temperatur von etwa 230°C
(450°F)
zugeführt.
Ein Rührer 88 wird
vorzugsweise dazu gebracht, sich entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, so
dass mahlbares Material in dem Behälter transversal quer durch
den unteren Teil des Behälterabschnittes 78 in
eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der die erwärmte Luft
von den Düsen 86 eingeblasen
wird, transportiert wird, um so ein Zermahlen bzw. Schleifen der
Teilchen zu fördern.
Das Zermahlen wird weiter durch den geringen. Abstand zwischen der
transversalen Seitenwand 81 des Behälterabschnittes 80 und
dem Rührer 90 gefördert. Der Abstand
zwischen dem Umfang des Rührers 90 und dem
Inneren der Seitenwand 81 beträgt weniger als 25 mm (ein Inch),
vorzugsweise etwa 13 mm (ein halbes Inch), um ein Zermahlen von
Teilchen zwischen dem Rührer 90 und
der Wand 81 in diesem schmalen Bereich zu fördern. Für einen
größeren Abstand
von etwa 100 mm (etwa vier Inch) ist zwischen der Seitenwand des
Behälterabschnittes 78 und
dem Rührer 88 gesorgt.
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Ein Mahlvorgang wird auch durch die
Wirkung der Rührer 88 und 90 gefördert, die
sich beide in dieselbe, gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Richtung
drehen, um so für
einen weiteren Mahlvorgang in dem Zwischenraum zwischen den Rührern bei
der Quermitte bzw. der transversalen Mitte des Behälters zu
sorgen, wo die Umfänge
der Rührer 88 und 90 etwa
25 mm (einem Inch) zueinander beabstandet sind.
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Für
eine Bestrahlung des Materials in dem Verarbeitungsbehälter sorgt
eine Elektronenstrahlquelle 64, die ein Flächenhorn 32 aufweist,
das einen scannenden Elektronenstrahl in den Verarbeitungsbehälter 30 an
dem oberen Ende des zweiten Abschnittes 80 richtet. Für einen
Verarbeitungsbehälter mit
einer Länge
von etwa 3 m (etwa 10 Fuß),
einer Breite von etwa 1–2
m (etwa vier Fuß)
und einer Tiefe, ausschließlich
der Verlängerung 79,
von etwa 0,8 m (etwa 2,5 Fuß)
ist eine Strahlungsquelle geeignet, die Elektronen mit einer Energie
von etwa 1,0 MeV und einer Strahlungsstrahlstromstärke von
etwa 100 mA bereitstellt. Solche Elektronenquellen kann man von
einem Transformator mit isoliertem Kern oder von einem Hochspannungsbeschleuniger
erhalten. Das Fenster 66 des Flächenhorns 32 hat eine
Doppel-Titanfenster-Struktur und ist mit einem Eingangsflansch 68 und
einem Ausgangsflansch 70 versehen, die für eine Strömung von
kühlender
Luft aus der Röhre 72,
zwischen den Fenstern 66 des Horns 32, und heraus
durch die Röhre 74 sorgen.
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Elektronenstrahl-Strahlung aus dem
Flächenhorn 32 gelangt
durch eine Öffnung 75 in
der oberen Wand des Behälterabschnittes 80,
um PTFE-Material zu bestrahlen, das gerade an diesem Bereich unter
der Bewegung des Rührers 90 vorbei geführt wird.
Durch Scannen des Elektronenstrahls in dem Horn 32 fällt die
Strahlung entlang der Länge des
Behälters 30 ein.
Kühlrohre 76,
durch die Wasser mit einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der Umgebung
geleitet wird, sorgen für
eine Kühlung
dieses Bereiches des Behälters 30.
Die Kühlwassertemperatur
wird oberhalb des Taupunktes aufrecht erhalten, um eine Kondensation
von Wasser zu verhindern, das mit Fluor-Gas, das von der Reaktion
in dem Behälter
abgegeben wird, reagieren kann, was ätzende Fluorsäure bildet.
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Um den geeigneten Pegel von PTFE-Material
in dem Behälter 30 aufrecht
zu erhalten, kann der Behälter
auf einer Skala angebracht sein, um ein Maß für seinen Inhalt bereitzustellen.
Weil jedoch die Dichte des Materials zunimmt, wenn die Chips bzw. Späne in Pulver
umgewandelt werden, wird die Materialhöhe von Pegel- bzw. Füllstandssensoren 92, 94, 96, 98 bestimmt.
Diese Sensoren umfassen Rohre, durch die hindurch Luft mit relativ
geringem Druck, beispielsweise mit 6,9 kPa (1 PSI), in den Behälter geleitet
wird. Ein T-Stück ist vorgesehen,
wobei die Abzweigung mit einem Drucksensor verbunden ist. Der überwachte
Druck wird höher
sein, wenn körniges
oder pulvriges PTFE an dem Rohrende in dem Behälter vorliegt. Folglich kann
man durch Messen des Drucks in den Rohren eine Bestimmung vornehmen,
ob das Material in dem Behälter
sich oberhalb oder unterhalb der Höhe des Sensors befindet. Die nach
außen
gerichtete Strömung
von Luft verhindert ein Verstopfen der Sensorrohre.
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Um PTFE unter Verwendung des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verarbeiten, wird unbehandeltes Material; das entweder
roh oder gesintert ist, in das Mischwerk 24 eingebracht.
Falls es erforderlich ist, wird ein Zerhacker 22 verwendet, um
festes PTFE-Material in körnige
Chips zu zerkleinern. Das Material wird von dem Mischwerk 24 entlang
dem Fördermittel 26 und
dem Schneckenförderer 28 über die
Rutschbahn 100 in den Behälter 30 gefördert. Während der
anfänglichen
Beschickung können
die Rührer 88 und 90 betätigt werden,
um das Material zu verteilen.
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Nach dem Beschicken auf eine geeignete Füllstandshöhe, was
von den Füllstandssensoren 92, 94, 96 und 98 angezeigt
wird, wird dem Behälter Strahlung
zugeführt
während
den Düsen 86 Luft
zugeführt
wird und die Rührer 88 und 90 gedreht
werden, was alles geschieht, um für einen Mahlvorgang zu sorgen.
Eine Luftkühlung
von etwa 66°C
(etwa 150°F)
mit Hilfe von Röhren 72, 74 wird
an das Fenster 66 angelegt und eine Wasserkühlung wird
bereitgestellt, um die Rohre 76 zu kühlen. Fraktioniergeräte 34 und
Gebläse 38 werden
betrieben, so dass Luft aus dem Behälter 30 entfernt wird,
so dass der Behälter
sich unter einem Druck geringfügig
unterhalb des Umgebungsdrucks befindet. Luft wird aus dem Behälter mit
einer Rate von etwa 1,18 m3/s (etwa 2500
cfm) gesogen, während
Luft den Düsen 86 mit einer
Rate zugeführt
wird, die etwa 0,19 bis 0,41 m3/s (etwa
400 bis 1000 cfm) entspricht. Folglich wird die 2- bis 5-fache Menge
an eingeblasener, unter Druck stehender Luft in den Behälter gesogen,
beispielsweise durch den Spalt zwischen dem Fenster 66 und den
Kühlrohren 76.
Diese zusätzliche
Luft hält
die Temperatur des PTFE-Materials auf einer Temperatur von etwa
120 bis 150°C
(etwa 250 bis 300°F)
aufrecht.
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Während
die Bestrahlung und des Mahlen die Teilchengröße und das Molekulargewicht
des PTFE reduziert, so dass man Teilchen kleiner als etwa 10 Mikrometer
erhält,
werden die kleinen Teilchen mitgerissen und gelangen diese durch
die Rotoren 35 der Fraktioniergeräte 34, so dass diese
aus den Behältern 30 gesogen
werden. Die Fraktioniergeräte 34 weisen
Teilchen mit größerer Größe zurück, die
in dem Behälter
verbleiben. Die abgetrennten Teilchen werden in den Abscheidern 40 zurück gewonnen,
während
die Prozessluft ausgeblasen wird. Weil das Material während der
Verarbeitung dichter wird und/oder das Material aus dem Behälter 30 entfernt
wird, sorgen die Sensoren 92, 94, 96 und 98 für einen
Hinweis, dass weiteres unbehandeltes Material von dem Mischwerk 24 zugeführt werden sollte.
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Rückgewonnenes
Material kann einem weiteren Mahl- bzw. Schleifvorgang unterzogen
werden, beispielsweise in einem Luft-Mahlwerk, entsprechend den
Anforderungen an die Produkt-Teilchengröße.
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Während
vorstehend das beschrieben wurde, von dem man annimmt, dass es sich
dabei um bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung handelt, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen,
dass andere und weitere Änderungen
daran vorgenommen werden können.