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Vorrichtung zum Granulieren von Strängen
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aus thermoplastischen Kunststoffen Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen Kunststoffen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 3 723 035 bekannt, bei
der in einem Kühlmittel ein einen extrudierten Kunststoffstrang zerkleinerndes Walzenpaar
vorgesehen ist. Dabei sind am Umfang der einen Walze radial abstehende Schneiden
und am Umfang der anderen Walze Auflagen aus einem elastischen Kunststoffmat.erial
angeordnet. Die Walzen sind derart voneinander beabstandet untl werden derart synchron
angetrieben, daß bei ihrer Drehung jeweils eine Schneide in die Oberfläche einer
Auflage gedrückt wird, wodurch ein zwischen den Walzen durchgeführter Strang aus
einem thermoplastischen Kunststoffmaterial granuliert wird.
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Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Granuliervorrichtunq liesteht
darin, daß durch das Eindringen der Schneiden in die Au!-lagen diese einem erheblichen
Verschleiß ausgesetzt sind. Die; führt dazu, daß das entstehende Granulat unsauber
vom Strang :bgetrennt wird bzw. daß die einzelnen Granulatteilchen auch nach dem
Schneidvorgang noch durch dünne Fäden miteinander verbunden sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene
Vorrichtung zum Granulieren derart auszugestalten, daß sie weitgehend verschleißfrei
arbeitet und die einzelnen Granulatteilchen gleichmäßig voneinander trennt.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
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Aufgrund des Aufbaus der beiden Walzen aus hartem Material, z.B. Stahl,
ergibt sich ein außerordentlich geringer Verschleiß, zumal aufgrund der Konstruktion
der beiden Walzen keinerlei Schneideffekt erforderlich ist, der zu einem Stumpfwerden
von Messern führen könnte. Einerseits ist die Gegenwalze aufgrund ihrer zylindrischen
Umfangsfläche in der Lage, erheblichen Drücken standzuhalten, andererseits besitzt
auch die Quetschwalze aufgrund ihrer-durch die zylindrische Oberfläche bestimmten
Bereiche an den Enden der Vorsprünge eine Gestaltung, die eine erhebliche Standfestigkeit
aufweist. Dabei sorgt das Anliegen der zylindrischen Oberflächen der beiden Walzen
dafür, daß die Stränge im Bereich der Enden der Vorsprünge jeweils mit definierter
Länge eine Abquetschung erfahren, durch die die einzelnen Granulatteilchen so voneinander
getrennt werden, daß keinerlei Verbindung zwischen den Granulatteilchen mehr bestehenbleiben
kann. Dabei sorgt der Anschlag dafür, daß die beiden Walzen im Bereich ihrer zylindrischen
Oberflächen bzw.
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Uberflachenteile ständig auf anlage qellalten werden, dabei aber kein
übermäf3iger Druck der QlletscElwalze auf die Gegenwalze ausgeübt werden kann. Im
Falle eines Leerlaufs der beiden Walzen, also ohne Zuführung von Strängen, kann
also die Quetschwalze keine Beschadic3ullg oder Abnutzung-der Gegenwalze herbeiführen.
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Durch die Vorspannung wird schließlich dafür gesorgt, daß der Abquetschvorgang
nur mit einem maximalen Druck ausgeübt werden kann, bei dessen Uberschreiten die
betreffende bewegliche Walze von der anderen Walze abhebt. Die Vorspannung wird
dabei so eingestellt, daß sie oberhalb der erforderlichen Quetschkraft liegt.
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zweckmäßig ordnet man die beiden Walzen so an, daß die Gegenwalze
auf einer festliegenden Achse und die Quetschwalze demgegenüber beweglich angcordnet
ist. In diesem Falle bildet die
Gegenwalze für die zugeführten Stränge
ein definiertes Gegenlager, demgegenüber im Falle des Uberschreitens der Quetschkraft
die Quetschwalze zurückweichen könnte. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein,
wenn aus irgendwelchen Gründer plötzlich besonders harte Stränge bzw. besonders
dicke Stränge zugeführt werden.
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Für die Erzeugung der Beweglichkeit der Quetschwalze gestaltet man
die Vorrichtung zweckmäßig so, daß die Quetschwalze um eine parallel zu ihr verlaufende
Achse schwenkbar gelagert ist. Es ist natürlich auch möglich, als Lagerung für die
bewegliche Walze eine Schlittenführung vorzusehen, jedoch ist die verschwenkbare
Lagerung konstruktiv besor1(1ers günstig zu realisieren.
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Eine zusätzliche Elastizität kann man der Vorrichtung dadurch geben,
daß eine der beiden Walzen mit einem in ihrem Inneren angeordneten elastischen Zylindermantel
versehen ist. Im Fall einer besonderen Beanspruchung der beiden Walzen, z.B. durch
Klumpenbildung in den Strängen, besteht dann die Möglichkeit, daß über die Elastizität
des Zylindermantels die beiden Walzen kurzfristig in gewissem Umfang voneinander
zurückweichen.
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Die beiden Walzen kann man mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit antreiben.
Es ist aber auch möglich, eine der beiden Walzen, insbesondere die Quetschwalze,
mit höherer Umfangsgeschwindigkeit anzutreiben. Im letzteren Falle ergibt sich zusätzlich
der Effekt, daß nach dem Abquctschen zusätzlich ein Abreißeffekt eintritt.
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Den Anschlag für die bewegliche Walze bildet man zweckmäßig verstellbar
aus, so daß cs möglich ist, die beiden Walzen hinsichtlich ihres Achsabstandes so
einzustellen, daß in Alsi1;ina i (J-keit vom jeweils zu verarbeitenden Material
ein geringer AIJ!; and
zwischen den zylindrischen Oberflächenteilen
der beiden Walzen eingehalten wird, der z.B. bei 0,01 mm liegen kann und der bewirkt,
daß die gegenseitigen Belastungen der beiden Walzen verringert werden. Bei einem
solchen oder einem ähnlichen Abstand besteht in Abhängigkeit von dem jeweils verarbeiteten
Material noch die Möglichkeit des Abquctschens der einzelnen Granularteilchen vom
Strang, insbesondere wenn zusätzlich der Effekt ausgenutzt wird, daß eine der beiden
Walzen mit höherer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird, wodurch sich der vorstehend
erwähnte zusätzliche Abreißeffekt ergibt.
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Zweckmäßig gibt man der Vorspannung Federungseigenschaften, wozu z.B.
mechanische Federn oder pneumatische Einrichtungen herangezogen werden können. Hierdurch
läßt sich auf besonders einfache Weise die der betreffenden Walze aufgedrückte Vorspannung
realisieren.
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Zwecks Schonung der Walzen ist es sinnvoll, den zylindrischen Bereichen
der Vorsprünge eine möglichst geringe Breite zu geben.
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Es muß dabei nur dafür gesorgt werden, daß durch den Abquetschvorgang
ein genügender Abstand zwischen den einzelnen Granularteilchen erzielt wird. Es
hat sich ergeben, daß die zylindrischen Bereiche eine Breite von etwa 0,1 bis 2
mm aufweisen können, was sich nach dem jeweils ZU verarbeitenden Material richtet.
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wenn man den Vorsprüngen gegenüber der Axialrichtung der Gegenwalze
eine geringe Steigung, z.B. 5°, gibt, ergibt sich der Effekt, daß die Vorsprünge
mit ihren zylindrischen Bereichen nicht plötzlich auf die Gegenwalze auftreffen,
sondern sich längs der Gegenwalze auf dieser gewissermaßen abwälzen. Dies dient
ebenfalls der Schonung der beiden Walzen und führt dazu, daß sich der Abquetschvorgang
zeitlich gestreckt abspielt.
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Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung einer
ersten Ausführungsform der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung; Fig. 2 eine
beispielhafte Ausgestaltung der die Stränge zerkleinernden Walzen; Fig. 3 einen
vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2.
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Über der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine nicht gezeichnete
Düsenanordnung vorgesehen, aus der ein thermoplastischer Kunststoff schmelzflüssig
austritt. Dabei wird die Schmelze der Düsenanordnung aus irgendeinem nicht dargestellten
Zuführorgan zugeleitet, bei dem es sich beispielsweise um einen Extruder handeln
kann. Bei dem thermoplastischen Material handelt es sich um ein solches, dessen
Oberfläche sich beim Abkühlen schnell verfestigt.
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Die aus der Düsenanordnung austretenden Stränge 2 werden einer Leiteinrichtung
5 zugeführt. Am unteren ende 11 der Leiteinrichtung 5 werden die Stränge 2 durch
ein Walzenpaar8, 9 hindurchgeführt und granuliert. Die aus der Düsenanordnung austretenden
Stränge 2 werden, nachd em sie der Leiteinrichtung 5 zugeführt wurden, derart abgekühlt,
daß sie sich äußerlich verfestigen. Beispielsweise beträgt die Kühlzeit etwa 0,3
Sek. Zur Bewirkung der Abkühlung wird der Leiteinrichtung 5 Kühlwasser zugeführt.
Dabei umspült es die Stränge 2 und bildet gleichzeitig zwischen diesen und der Leiteinrichtung
5 einen Film, so daß die zunächst noch aus flüssigem Material bestehenden Stränge
2 nicht an der Oberfläche der Leitcinrichtung 5 festkleben können. Die Stränge 2
werden entlang der Leiteinrichtung 5 derart abgekühlt, daß sie am unteren ende 11
schließlich Zllmindest äußerlich verfestigt ankommen.
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Nach dem Verlassen des unteren Endes 11 der Leiteinrichtung 5 geraten
die Stränge 2 in das aus den Walzen 8 und 9 bestehende Granulierwerk. Infolge der
Festigkeit der Oberfläche der Stränge 2 am Ende 11 der Leiteinrichtung 5 sind diese
abquetschbar. Das durch die später im einzelnen näher erläuterten Walzen 8, 9 erzeugte
Granulat fällt nach unten und gelangt auf den Boden 21 einer Auffangrinne, wobei
auf den Boden 21 über eine Zuleitung 23 weiteres Kühlwasser in Richtung der in der
Fig. 1 dargestellten Pfeile zugeführt wird. Durch dieses Kühlwasser wird das unter
einer minimalen Staubentwicklung erzeugte Granulat zum Ausgangsende der Vorrichtung
transportiert.
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Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist die drehbare Walze 9 als Gegenwalze
zylinderförmig ausgebildet. Die drehbare Walze 8 als Quetschwalze weist dagegen
ein dachartiges Profil mit Vorsprüngen 81 auf, das später noch näher erläutert wird.
Die Quetschwalze 8 ist an ihren Enden auf Schwinghebeln 4 gelagert.
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Die Schwinghebel 4 sind um eine gemeinsame Achse 6 schwenkbar angeordnet.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Quetschwalze 8 durch ein Schwenken der Schwinghebel
4 um die Achse 6 derart an die Gegenwalze 9 angenähert werden kann, daß die Vorsprünge
81 des dachartigen Profils der Quetschwalze 8 an der zylinderförmigen Oberfläche
der Gegenwalze 9 angreifen.
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Um zu verhindern, daß beim Drehen der Walzen 8 und 9 die Quetschwalze
8 infolge ihres dachartigen Profils um die Achse 6 zu schwingen beginnt, ist ein
Anschlag 7 vorgesehen, gegen den die Anschlagflächen 10 der Schwinghebel 4 auflaufen,
wenn die Vorsprünge 81 des dachartigen Profils der Quetschwalze 8 an der zylinderförmigen
Oberfläche der Gegenwalze 9 anliegen. Wie dies in der Fig. 1 schematisch dargestellt
ist, kann der Anschlag 7 zur Feineinstellung und damit zur -gulierung des Drucks,
mit dem die Vorsprünge 81 des dachartigen Profils der Quetschwalze 8 die Granulatteilchen
2' von den Strängen 2 abquetschen, verstellt werden, und zwar mittels der Schraube
87.
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Im folgenden wird insbesondere im Zusammenhang mit den Fig.
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2 und 3 die Ausbildung der die einzelnen Stränge 2 granulierenden
Walzen 8 und 9 beschrieben. Während die Gegenwalze 9 zylinderförmig ausgestaltet
ist, weist die Quetschwalze 8 an ihrem Umfang dachartig ausgebildete Vorsprünge
81 auf. Dabei sind die äußeren Enden der einzelnen Vorsprünge 81 derart ausgebildet,
daß sie jeweils in einem Bereich 82 zylinderförmig verlaufen, wobei die Mittelachse
des Zylinders mit der Achse der Quetschwalze 8 übereinstimmt. Dabei sind die Mitten
benachbarter Bereiche 82 jeweils durch die Teilung 84 voneinander beabstandet. Hierdurch
wird die Länge der einzelnen aus den Strängen 2 gebildeten Granulatteilchen 2' bestimmt.
In der Fig. 2 ist der Radius der die Bereiche 82 bestimmenden zylinderförmigen Umfangsfläche
durch das Bezugszeichen 85 dargestellt.
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Durch das Bezugszeichen 86 ist ein Innenradius der Quetschwalze 8
dargestellt, von dem aus sich die Vorsprünge 81 erheben. Dabei sind die benachbarten
Fußpunkte von benachbarten Vorsprüngen 81 jeweils durch den Abstand 83 voneinander
getrennt. Die Neigungen der Vorsprünge 81 werden in der aus der Fig. 2 ersichtlichen
Weise durch die Winkel« 1 und «2 bestimmt.
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Bei einer Drehung der Walzen 8 und 9 kommen die einzelnen zylinderförmigen
Bereiche 82 der Quetschwalze 8 an der zylinderförmigen Oberfläche der Gegenwalze
9 annähernd zur Anlage.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die zylinderförmigen Oberflächen
der Bereiche 82 der Vorsprünge 81 der Quetschwalze 8 von einem zwischen den Walzen
8 und 9 hindurchgefü11rten Strang 2 bei der Dehnung der Walzen 8 und 9 Granulatteilchen
2' in einer besonders sauberen und reproduzierbaren Weise abquetschen. Dabei kann
auf die Quetschwalze 8, infolge der bereits beschriebenen Lageruncç aus den Schwinghebeln
4, eill vorgegebener Druck ausgeübt werden1 so daß Die Schwingheb< 1 4 mit ihren
Anschlagflächen 10 gegen die nnschlliqc 7 qedrUckt werden.
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Der Quetschvorgang erfolgt jeweils über einen gegebenen Zeitraum,
der durch die Strecke 82 und durch die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 8 und 9
festgelegt ist. Durch diesen andauernden Quetschvorgang und den dabei auf den Strang
2 ausgeübten Druck wird sichergestellt, daß die einzelnen Granulatteilchen 2' jeweils
völlig von dem Strangabgetrennt werden und nicht mehr durch einzelne dünne Fäden
miteinander verbunden sind.
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Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Quetschwalze 8 in ihrem Inneren mit
dem aus elastischem Material bestehenden Zylindermantel 88 versehen, der dem äußeren
Bereich der Quetschwalze 8 mit den Vorsprüngen 81 eine gewisse elastische Beweglichkeit
gegenüber dem Kern 89 der Quetschwalze 8 gibt. Es kann sich bei dem Material z.B.
um Gummi, ein ähnliches Elastomer, handeln.
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Dieser elastische Zylindermantel 88 sorgt dafür, daß bei besonderen
Belastungen, die gegebenenfalls durch Klumpen in den Strängen 2 oder momentan besonders
hartes Strangmaterial die Möglichkeit gegeben ist, daß der äußere Bereich der Quetschwalze
8 mit den Vorsprüngen 81 zusätzlich zu der Lagerung der Quetschwalze 8 auf den Schwinghebeln
4 nachgeben kann. Dabei nimmt der Zylindermantel 88 im wesentlichen Schwingungen
nur kurzen Hubes auf.
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Die Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen mit seiner zylinderförmigen
Oberfläche 82 mit der ebenfalls zylinderförmigen Oberfläche der Gegenwalze 9 zusammenwirkenden
Vorsprung 81.
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Im folgenden wird ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Walzen 8
und 9 angegeben: Walze 8: Außendurchmesser (85): 110 mm Innendurchmesser (86): 96
mm Länge der Oberfläche eines Vorsprungs in Umfangsrichtung (82): 1 mm
Teilung
(84): 24 mm Abstand zwischen den Fußpunkten der Vorsprünge am Innendurchmesser (83):
6 mm Winkelα1: 900 Winkelα2: 1150 Walze 9: Durchmesser: 60 mm Die Walzen
8 und 9 können aus beliebigen harten Materialien, insbesondere aus Stahl, bestehen,
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