Verfahren zum Herstellen von Kerzen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kerzen durch Extrusion einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen zu stangenförmigen Rohlingen, welche nachfolgend auf ein gewünschtes Längenmaß abgelängt werden, wobei die Wachsmasse in flüssiger und/oder pastöser und/oder fester Phase sowie ggf. Farbstoffe und/oder Geruchsstoffe in einem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken aufgeschmolzen werden und unter homogener Vermischung in ein nachgeordnetes Blendenwerkzeug mit Austrittsöffnung gefördert wird und als stabförmiger Strang aus der Austrittsöffnung extrudiert, nachfolgend abgekühlt und zu gewünschten Abschnitten abgelängt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kerzen durch Extrusion einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen zu stangenförmigen Rohlingen, welche nachfolgend auf ein gewünschtes Längenmaß abgelängt werden.

[0002] Bei der Herstellung von Kerzen wird ein Docht mit einer diesen umgebenden festen Brennmasse versehen, wobei als Rohstoffe für die Brennmasse Paraffin, Stearin, Bienenwachs oder auch Mischungen dieser Wachse eingesetzt werden. Neben den traditionellen und handwerklich geprägten Herstellungsverfahren für Kerzen, bei denen der Docht in eine flüssige Wachsmasse wiederholt eingetaucht wird und auf diese Weise Kerzen aus der Schmelze gezogen werden, sind auch Gießverfahren sowie die bei der industriellen Herstellung überwiegend eingesetzten Kerzenzugmaschinen oder Pulverpressverfahren bekannt geworden.

[0003] Bei einer Kerzenzugmaschine laufen mehrere hundert Meter Dochtstrang über zwei Zugtrommeln von ca. 1,5 m Durchmesser im Abstand von 4 bis größer 10 m, wobei die untere Dochtstrecke durch ein Wachsbad geführt wird, im oberen Rücklauf abkühlt, im nächsten Durchlauf wiederum Wachs aufnimmt, bis die gewünschte Strangdicke erreicht ist. Der fertige Kerzenstrang wird sodann über eine Abzugsvorrichtung einer Schneidvorrichtung zur Stückelung in die gewünschte Kerzenlänge zugeführt, wobei bei kontinuierlicher Fahrweise Leistungen von mehr als 10.000 Kerzen pro Stunde erreicht werden.

[0004] Beim Pulverpressverfahren wird die Wachsmischung in Pulver-, Span- oder Granulatform in einer Strangpresse mit dem Docht zu einem endlosen Strang gepresst und dann auf Länge geschnitten oder das Granulat wird in Mehrfachformstempelpressen um den mit Rohrnadeln eingeführten Docht pressgeformt. Die gepressten Rohlinge können ohne Abkühlung sofort weiterverarbeitet werden. Auch mit diesen Verfahren lassen sich sehr hohe Stückzahlen pro Stunde erreichen.

[0005] Eng verwandt mit dem vorangehend erwähnten Pulverpressverfahren ist darüber hinaus die so genannte Rammextrusion, welche beispielsweise aus der GB 702,471 A bekannt ist und bei der die Wachsmischung mittels einer Extrusionseinrichtung aufgeschmolzen und nachfolgend mittels eines Kolbens ausgeschoben und zu den Kerzenrohlingen verpresst wird, welche nachfolgend durch Ablängen sowie Bearbeiten der beiden Enden durch Drehen und Fräsen in die gewünschte Kerzenform gebracht wird.

[0006] Während das Pressen und auch die Rammextrusion die Herstellung von Kerzen mit hoher Stückzahl in einer wirtschaftlichen Verfahrensweise ermöglicht, sind diese Herstellungsverfahren jedoch auch mit einer Reihe von unerwünschten Nachteilen verbunden. So sind sowohl für das Pressen wie auch die Rammextrusion von Kerzenrohlingen aufwendige Herstellungen für das als Ausgangsbasis dienende Wachsgrieß notwendig, in welchem flüssiges Paraffin aufgeschmolzen und vernebelt wird und auf einer großen Walze abgekühlt wird. Eine Farbumstellung einer solchen Anlage ist aufgrund des enormen Reinigungsaufwandes nahezu unmöglich, was die Flexibilität der bisherigen Produktion stark einschränkt.

[0007] Als großer Nachteil der Kerzenherstellung durch Pressen und Rammextrudieren wird darüber hinaus die um etwa 10 % höhere Dichte des Paraffins im Vergleich zu gegossenen oder gezogenen Kerzen angesehen, was einen nicht unerheblichen Kostennachteil insbesondere bei großindustrieller Herstellung darstellt.

[0008] Die vorliegende Erfindung hat sich von daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Herstellen von Kerzen durch Extrusion einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen zu stangenförmigen Rohlingen dahingehend weiterzubilden, dass Kerzen mit optimaler Dichte in hohen Stückzahlen erhalten werden und überdies Produktionsumstellungen, beispielsweise Farbumstellungen innerhalb kürzester Zeit bewerkstelligt werden können.

[0009] Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.

[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0011] Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Wachsmasse in flüssiger und/oder pastöser und/oder fester Phase sowie ggf. Farbstoffe und/oder Geruchsstoffe in einem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken aufzuschmelzen und unter homogener Vermischung in ein nachgeordnetes Blendenwerkzeug mit Austrittsöffnung einzubringen und als stabförmigen Strang aus der Austrittsöffnung zu extrudieren, nachfolgend abzukühlen und zu gewünschten Abschnitten abzulängen.

[0012] Der erfindungsgemäß eingesetzte Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken ist an sich bekannt und wird bislang hauptsächlich für die Extrusion thermoplastischer Kunststoffe eingesetzt, die bei Temperaturen von ca. 140 bis 300°C je nach verwendetem Rohstoff innerhalb des Extruders plastifiziert und homogen vermischt werden und nachfolgend einem Verarbeitungswerkzeug unter hohem Druck zugeführt werden.

[0013] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nunmehr festgestellt, dass sich ein solcher Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken in erfindungsgemäßer Weise auch zur Herstellung von stangenförmigen Kerzenrohlingen aus einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen eignet, indem man diesen Doppelschneckenextruder mit an die Wachsmasse angepasstem niedrigen Temperaturniveau betreibt, vorzugsweise bei einer Temperatur von bis zu 50°C, die bereits ausreichend ist, um die zugeführte flüssige und/oder pastöse und/oder feste Wachsmasse homogen aufzuschmelzen. Nachfolgend kann während des Durchlaufs durch den mit gleichsinnig rotierenden Schnecken fördernden Doppelschneckenextruder die Wachsschmelze auf eine für die Verarbeitung optimale Massetemperatur von z.B. etwa 30 bis 45°C temperiert und gegebenenfalls gekühlt werden, bevor diese aus dem Doppelschneckenextruder in ein nachgeordnetes Blendenwerkzeug mit Austrittsöffnung übertritt und von dort unter einem vom Doppelschneckenextruder erzeugten Druck von z.B. 5 bis 15 bar als stabförmiger Strang aus der Austrittsöffnung extrudiert, nachfolgend abgekühlt und zu gewünschten Abschnitten abgelängt wird.

[0014] Es ist möglich, neben einer reinen Wachsmasse auch ein Gemisch aus Wachsmasse, Farbstoffen, Geruchsstoffen und/oder weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen zu Kerzen in der erfindungsgemäßen Weise zu extrudieren.

[0015] Nach einem Vorschlag der Erfindung können z.B. bezogen auf 100 Gew.-% Wachsmasse in flüssiger, pastöser und/oder fester Form 0 bis 10 Gew.-% Farbstoffe und 0 bis 10 Gew.-% Geruchsstoffe der Wachsmasse zugesetzt werden.

[0016] Da der erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden und vorzugsweise miteinander kämmenden Schnecken eine besonders homogene Vermischung der Wachsschmelze und gegebenenfalls hinzugefügten weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, wie Farb- und Geruchsstoffen, ermöglicht und die solchermaßen vermischte Masse auf die für die Verarbeitung optimale Temperatur und optimalen Druck bringt, werden Kerzenrohlinge mit der gewünschten Dichte und einer glatten Oberfläche erhalten, die unmittelbar zu den gewünschten Kerzen durch Ablängen weiterverarbeitet werden können.

[0017] Je nach Art der herzustellenden Kerzen ist es hierbei möglich, den Docht gleichsam durch das Blendenwerkzeug zu führen, so dass Kerzenrohlinge mit bereits von der Brennmasse umgebenem Kerzendocht erhalten werden oder aber die Kerzenrohlinge werden durch Anordnung eines entsprechenden Doms mit einer zentralen Bohrung versehen, in welche später der Kerzendocht eingeführt werden kann. Bei Herstellung von massiven Kerzenrohlingen ist selbstverständlich auch ein späteres Bohren der Bohrung für das Einführen des Kerzendochtes denkbar.

[0018] In jedem Falle aber lassen sich bei Einsatz des erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders Rezepturänderungen, z. B. Farbumstellungen binnen kürzester Zeit realisieren.

[0019] Mit Vorteil werden die gegebenenfalls der Wachsmasse zugesetzten Farb- und/oder Geruchsstoffe in Granulat- oder Pulverform dem Doppelschneckenextruder zugeführt und in einem Bereich des Doppelschneckenextruders in die Wachsmasse eingespeist, in welchem diese bereits aufgeschmolzen ist. Da zum Zeitpunkt des Einspeisens der noch in Granulat- oder Pulverform vorliegenden Farb- und/oder Geruchsstoffe die Wachsmasse bereits vollständig aufgeschmolzen ist, wird eine besonders homogene Verteilung der Farb- und/oder Geruchsstoffe erreicht, so dass die zuzusetzenden Mengen an Farb- und/oder Geruchsstoffen auf ein Minimum reduziert werden können, was weitere Kostenvorteile mit sich bringt.

[0020] Die zur Herstellung der Kerzen verwendete und dem Doppelschneckenextruder zugeführte Wachsmasse kann Stearin, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% Stearin, und weiter bevorzugt etwa 15 Gew.-% Stearin enthalten.

[0021] Die Wachsmasse selber kann in an sich bekannter Weise aus einem Wachsgrieß gebildet sein, d. h. sie liegt in fester Phase vor.

[0022] Um jedoch eine besonders flexible und insbesondere bei Farbumstellungen schnell veränderbare Herstellung der Kerzen zu gewährleisten, kann dem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken auch eine Wachsmasse zugeführt werden, die breiartige Konsistenz aufweist, d. h. es liegen sowohl flüssige, pastöse wie auch gleichzeitig feste Phasen des Wachses vor. Für die Verarbeitung in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken spielt hierbei die Konsistenz der zugeführten Wachsmasse keine wesentliche Rolle, da die gleichsinnig rotierenden Schnecken im Doppelschneckenextruder eine Zwangsförderung bewirken und somit sowohl flüssige wie auch feste Phasen des Wachses gleichermaßen gut verarbeitet werden können.

[0023] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kerzenrohlinge herstellen, die eine Dichte von 0,8 bis 0,85 g/cm³ aufweisen, wobei als Optimum eine Dichte von etwa 0,83 g/cm³ problemlos erreichbar ist.

[0024] Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung in weiteren Einzelheiten erläutert.

[0025] Die einzige Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine an sich bekannte Extrusionsvorrichtung mit einem Doppelschneckenextruder 1 mit gleichsinnig rotierenden Schnecken, wie sie beispielsweise aus der Kunststoffverarbeitung bekannt ist und welche im Sinne der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von Kerzen durch Extrusion einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen adaptiert wird.

[0026] Der Doppelschneckenextruder 1 weist einen mittels Heiz- und Kühlelementen segmentweise auf gewünschte Temperaturen temperierbaren Zylinder 10 auf, in welchem in an sich bekannter Weise zwei parallel zueinander ausgerichtete Schnecken gleichsinnig rotierend angeordnet sind, wobei die Rotation der Schnecken über einen Antriebsmotor 13 und ein zwischengeschaltetes Getriebe 12 bewirkt wird. Alternativ wäre es auch möglich, einen direkt angetriebenen Doppelschneckenextruder 1 mit Antriebsmotor 13 vorzusehen, der ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe 12 auskommt.

[0027] Der Zylinder 10 weist eine Eintrittsöffnung 11 und ein Austrittsende 14 für das von der Einfüllöffnung 11 durch den Zylinder 10 mittels der Doppelschnecken geförderte Material auf. An dieses Austrittsende 14 ist das Verarbeitungswerkzeug, hier ein Blendenwerkzeug 2 mit einer Austrittsöffnung 20 für die extrudierten Kerzenrohlinge angeschlossen, die das Blendenwerkzeug 2 über die Austrittsöffnung 20 in Pfeilrichtung A verlassen.

[0028] Im Betrieb des solchermaßen ausgebildeten Doppelschneckenextruders 1 wird zunächst eine Wachsmasse, z.B. enthaltend 10 bis 20 Gew.-% Stearin, vorzugsweise etwa 15 Gew.-% über eine Dosiervorrichtung 3 der Einfüllöffnung 11 des Zylinders 10 zugeführt, wobei diese Wachsmasse vorzugsweise breiartige Konsistenz aufweist, d. h. es liegen gleichzeitig feste, pastöse und flüssige Phasen der Wachsmasse vor.

[0029] Aufgrund der gleichsinnigen Rotation der in der Zeichnung nicht sichtbaren Schnecken innerhalb des Zylinders 10 wird diese Wachsmasse ausgehend von der Einfüllöffnung 11 in Richtung des Austrittsendes 14 zwangsweise gefördert, wobei die Wachsmasse während des Durchlaufes durch einen ersten Längenabschnitt des Zylinders 10, der mit L1 gekennzeichnet ist, durch entsprechende Temperierung der Zylinderwandungen und die Scherwirkung der Schnecken auf eine Massetemperatur von bis zu 50°C erwärmt und durchmischt wird, so dass am Ende des Längenabschnittes L1 eine homogene Wachsschmelze vorliegt. Nunmehr können über zwei Seiteneinspeisungen, die stromabwärts der Einfüllöffnung 11 gelegen sind, gemäß Pfeilen D1, D2 Farb- und/oder Geruchsstoffe in Granulat- oder Pulverform in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% Wachsmasse dem Doppelschneckenextruder zugeführt werden und werden demgemäß in einem Bereich des Doppelschneckenextruders 1 in den Zylinder 10 eingespeist, in welchem die darin befindliche Wachsmasse bereits vollständig aufgeschmolzen ist. Als Farbstoffe kommen hierbei beispielsweise Anilinfarben oder auch Pigmentfarbstoffe in Betracht.

[0030] Diese in fester, d. h. in Pulver- oder Granulatform vorliegenden und gemäß Pfeilen D1, D2 in den Zylinder 10 eingespeisten Farb- und Geruchsstoffe werden nachfolgend in einem weiteren mit L2 gekennzeichneten Längenabschnitt mit der bereits aufgeschmolzenen Wachsmasse vermischt und homogenisiert, bis schließlich an diesen Längenabschnitt L2 anschließend in einem weiteren Längenabschnitt L3 die zuvor hergestellte homogene Mischung aus geschmolzener Wachsmasse sowie gegebenenfalls zugesetzten Farb- und Geruchsstoffen auf die für die Verarbeitung im Blendenwerkzeug 2 optimale Massetemperatur von etwa 30 bis 45°C heruntergekühlt wird und auf den optimalen Massedruck von etwa 5 bis 15 bar gebracht wird, mit welchem diese Masse sodann dem Blendenwerkzeug 2 über das Austrittsende 14 des Zylinders 10 zugeführt wird. Das Aufschmelzen und Herunterkühlen der im Zylinder 10 von den Schnecken zwangsgeförderten Masse lässt sich durch unterschiedliche Temperierung der einzelnen Längenabschnitte L1, L2, L3 des Zylinders 10 nicht regeln.

[0031] Die solchermaßen auf optimale Temperatur und optimalen Druck gebrachte homogene Masse wird schließlich in bereits beschriebener Weise aus dem Blendenwerkzeug 2 über dessen Austrittsöffnung 20 in Pfeilrichtung A als kontinuierlicher stangenförmiger Rohling aus dem Doppelschneckenextruder 1 herausgepresst und kann nachfolgend auf das gewünschte Längenmaß abgelängt werden.

[0032] Mit einer solchen vorangehend erläuterten Vorrichtung gemäß Figur 1 wurden in Versuchen Kerzenrohlinge für die Herstellung von Kerzen hergestellt.

[0033] Es wurde ein Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken der Firma Reifenhäuser mit der Typenbezeichnung RZE 66-33 D eingesetzt, dessen Antriebsmotor eine Leistung von 110 kW aufweist.

[0034] In einem ersten Versuch wurde eine Wachsmasse enthaltend 15 Gew.-% Stearin verwendet, die eine breiartige Konsistenz mit gleichzeitig vorhandenen flüssigen und festen Phasen aufwies. Der Zylinder 10 des Doppelschneckenextruders 1 wurde auf 30°C temperiert und es wurde ein ebenfalls auf 30°C temperiertes Blendenwerkzeug mit den Abmessungen 30 x 25 mm (d x I) eingesetzt. Die zugeführte Wachsmasse wurde bei einer Schneckendrehzahl von 30 min^-1 und einem anliegenden Drehmoment von 1.000 Nm auf eine Massetemperatur von 39°C und einem Massedruck von 7 bar gebracht, wobei der bereits aufgeschmolzenen Wachsmasse im Innern des Zylinders jeweils 3 Gew.-% Farbstoffe und Geruchsstoffe, jeweils bezogen auf 100 Gew.-% Wachsmasse hinzugefügt wurden. Auf diese Weise wurden Kerzenrohlinge einer Dichte von 0,83 g/cm³ mit einem Durchsatz von 73 kg/h erhalten.

[0035] In einem zweiten Versuch wurde bei unveränderter Rezeptur eine Schneckendrehzahl von 60 min^-1 bei unverändert 1.000 Nm anliegendem Drehmoment erzeugt, woraufhin sich eine Massetemperatur von 40°C und ein Massedruck von 9 bar einstellte, so dass stangenförmige Rohlingen mit einem Durchsatz von 129 kg/h erhalten wurden.

[0036] Die erhaltenen stangenförmigen Rohlinge waren von einer solchen Qualität, dass die unmittelbare Verarbeitung zu Kerzen ermöglicht war, so dass mit handelsüblichen Doppelschneckenextrudern mit gleichsinnig rotierenden Schnecken rechnerisch Massendurchsatzleistungen von bis zu 650 kg/h und mehr möglich erscheinen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Kerzen durch Extrusion einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen zu stangenförmigen Rohlingen, welche nachfolgend auf ein gewünschtes Längenmaß abgelängt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse in flüssiger und/oder pastöser und/oder fester Phase sowie ggf. Farbstoffe und/oder Geruchsstoffe in einem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig rotierenden Schnecken aufgeschmolzen werden und unter homogener Vermischung in ein nachgeordnetes Blendenwerkzeug mit Austrittsöffnung gefördert wird und als stabförmiger Strang aus der Austrittsöffnung extrudiert, nachfolgend abgekühlt und zu gewünschten Abschnitten abgelängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farb- und/oder Geruchsstoffe in einer Menge von jeweils 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew. % der Wachsmasse zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse sowie ggf. zugeführte Farb- und Geruchsstoffe in dem Doppelschneckenextruder bei einer Temperatur von bis zu 50°C aufgeschmolzen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse sowie ggf. zugeführte Farb- und Geruchsstoffe nach dem Aufschmelzen in dem Doppelschneckenextruder auf eine Massetemperatur von 30 bis 45°C vor Austritt aus dem Doppelschneckenextruder gekühlt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse sowie ggf. zugeführte Farb- und Geruchsstoffe unter einem Druck von 5 bis 15 bar aus der Austrittsöffnung extrudiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Farb- und/ oder Geruchsstoffe in Granulat- oder Pulverform dem Doppelschneckenextruder zugeführt werden und in einem Bereich des Doppelschneckenextruders eingespeist werden, in welchem die Wachsmasse bereits aufgeschmolzen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse 10 bis 20 Gew.-% Stearin enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmasse breiartig mit gleichzeitig vorhandener fester und flüssiger Phase dem Doppelschneckenextruder zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Rohlinge eine Dichte von 0,8 bis 0,85 g/cm³ aufweisen.

10. Verwendung eines Doppelschneckenextruders mit gleichsinnig rotierenden Schnecken zur Herstellung von stangenförmigen Kerzenrohlingen aus einer Wachsmasse und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen.

Zeichnung