Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pelletisiermaschine für Kunstharz
bzw. Kunststoff (synthetic resin, im folgenden als Kunststoff bezeichnet) nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
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In der Kunststoffformindustrie (synthetic resin molding industry) ist es allgemeine
Praxis, eine Mehrzahl von Kunststoffmaterialien verschiedener Eigenschaften zu
vermischen, um ein Formprodukt gewünschter Eigenschaften herzustellen. Wenn dabei die
Mischung nicht homogen ist, hat das Endprodukt unerwünschte Eigenschaften. Um
dieses Problem zu vermeiden, wird, wie in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-
32604 offenbart, jeder der verschiedenen Kunststoffe separat einer Extrusionseinheit
zugeführt, in der jede Kunststoffart mit Wärme geschmolzen und als Strang in ein
Kühlwasserbad extrudiert wird. Der gekühlte Strang wird in feine Körnchen oder Pellets
geschnitten. Die so hergestellten feinen Pellets werden dann mit ähnlichen Pellets
verschiedener Arten von Kunststoffen gemischt, um einen Formartikel herzustellen.
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Im allgemeinen ist eine konventionelle Pelletisiermaschine des betroffenen Typs,
wie ebenfalls in der oben in bezug genommenen Japanischen Patentveröffentlichung
erwähnt, eine große Maschine, um in einem Massenproduktionssystem zu arbeiten.
Dementsprechend ist die in einer solchen großen Peltisiermaschine eingebaute
Extrusionseinheit notwendigerweise groß, und unter Berücksichtigung der Wartung ist sie
aufgebaut aus einer Extrusionseinheit vom horizontalen Typ mit einem horizontal an
einem Maschinenrahmen angebrachten Extrusionszylinder.
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Die bekannte Pelletisiermaschine der vorstehenden Konstruktion beansprucht viel
Platz in der horizontalen Richtung und verwendet den Platz daher ineffizient. Zusätzlich
kann die bekannte Pelletisiermaschine nicht an ein Produktionssystem mit vielen
Produkten und kleinen Mengen angepaßt werden, das in jüngster für Zeit verschiedene
Formartikel erforderlich wurde. Eine versuchte Anwendung der konventionellen
Pelletisiermaschine
in dem Produktionssystem mit vielen Produkten und kleinen Mengen
würde erhebliche Lagerbestände von Formartikeln erzeugen und damit einen komplizierten
Lagersteuerungsbetrieb erforderlich machen. Dementsprechend besteht ein
wesentliches Bedürfnis nach einer Pelletisiermaschine mit kompakter Größe, die einfach an ein
Produktionssystem mit vielen Produkten und kleinen Mengen angepaßt werden kann.
Da ferner der Rohkunststoff dem Extrusionszylinder vom horizontalen Typ in rechten
Winkeln zu der Achse einer Extrusionsschraube zugeführt wird, besteht eine Neigung
zum Zusetzen bzw. Verstopfen eines Einlasses des Extrusionszylinders mit dem
Rohkunststoff. Daniber hinaus ist der gerade aus dem Extrusionszylinder vom horizontalen
Typ in ein Kühlbad extrudierte Strang einer lateralen Biegekraft ausgesetzt, die einen
negativen Einfluß auf die Qualität der aus dem extrudierten Strang hergestellten Pellets
hat.
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Die US-A-4 180 539 beschreibt eine Vorrichtung zum Ausführen eines
Extrusionsprozesses für sich automatisch durchführende Fäden (for automatically threading
laces). Die Vorrichtung weist einen Extruder auf, der in vertikaler Orientierung
angeordnet werden kann. Ferner weist die Vorrichtung ein Kühlbad auf.
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Die JP-A-61-148 006 offenbart eine Kühl- und Kleinschneidevorrichtung für einen
geschmolzenen Strang. Diese Vorrichtung weist einen Extruder auf. Die Orientierung
des Extruders, d.h. der Winkel zwischen dem Extruder und einer vertikalen Ebene, ist
einstellbar. Die Vorrichtung weist ferner einen oberen Kühlwasserzuführteil auf, aus dem
Kühlwasser zu der Strecke, entlang der der Strang bewegt wird, zugeführt wird.
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Die DD-A-209 999 offenbart eine Vorrichtung zum Kühlen von Polymersträngen.
Die Vorrichtung weist ein erstes und ein zweites Kühlbad auf, wobei eines hinter dem
anderen angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kunststoffpelletisiermaschine
anzugeben mit kompakter Größe, die einfach an ein Produktionssystem mit vielen
Produkten und kleinen Mengen angepaßt werden kann und eine gleichmäßige Zufuhr von
Rohkunststoff zu einer Extrusionseinheit sowie ein gleichmäßiges Hindurchtreten eines
extrudierten Stranges durch ein Kühlbad sicherstellen kann.
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Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst durch eine
Kunststoffpelletisiermaschine des Typs mit einem Formabschnitt, in dem ein Rohmaterial einschließlich
einem Kunststoff, einem Pigment und verschiedener Zusätze geschmolzen und geknetet
und dann durch Extrusion in einen Strang geformt wird und der extrudierte Strang
gekühlt wird, wobei der eine Extrusionszylinder mit einem Düsenkopf an seinem unteren
Ende mit einer horizontalen Ebene einen Einbauwinkel bildet, der im Bereich von 0º < θ
< 90º liegt; eine Kühleinheit unter dem Düsenkopf zum Kühlen des Stranges angeordnet
ist, die Kühleinheit einen Zuführweg für das entlang diesem Durchtreten des Stranges
aufweist; und eine Schneideeinheit im wesentlichen an einem Stromabwärtsende des
Zuführwegs zum Schneiden des Stranges in Pellets einer vorbestimmten Größe
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich von dem Extrusionszylinder aufwärts in
einem vorbestimmten Winkel relativ zu einer Längsachse des Extrusionszylinders ein
Rohmaterialzuführdurchgang erstreckt und daß die Kühleinheit eine aus einem ersten
Kühlbad und einem in dem ersten Kühlbad angeordneten zweiten Kühlbad aufgebaute
Doppelbadkonstruktion aufweist.
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Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind beschrieben in den
abhängigen Ansprüchen.
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In dem Fall, daß der Extrusionszylinder allgemein vertikal und nicht horizontal
angeordnet ist, ist die Pelletisiermaschine als ganze von kompakter Größe und nimmt
einen relativ kleinen Raum in der horizontalen Richtung ein. Da das Rohmaterial schräg
aus dem Rohmaterialzuführdurchgang in die Extrusionseinheit zugeführt wird und in die
Extrusionsrichtung eintritt, hat der Extrusionszylinder kein Verstopfungsproblem, das
anderweitig am Einlaß des Extrusionszylinders auftreten würde.
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Die Pelletisiermaschine weist eine stromabwärts von einem Strangzuführweg in
der Kühleinheit angeordnete Schneideeinheit auf zum Schneiden des Stranges in Pellets
einer vorbestimmten Größe.
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Der Einbauwinkel θ des Extrusionszylinders relativ zu der horizontalen Ebene ist
vorzugsweise im Bereich von 45º < θ < 90º. im Zusammenhang mit dem Einbauwinkel
wird der Winkel zwischen dem Kunstharzchipzuführdurchgang und der Längsachse des
Extrusionszylinders im Bereich von 0º bis 45º eingestellt.
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Zusätzlich enthalten das erste und das zweite Kühlbad Kühlwasser, und das
Kühlwasser wird durch das erste und das zweite Kühlbad mit Hilfe einer Pumpe
zirkulieren gelassen. Durch diese Zirkulation kann das Kühlwasser effizient genutzt werden. Der
aus dem Extrusionszylinder auf die Kühleinheit zu extrudierte Strang wird keiner
lateralen Biegekraft ausgesetzt und kann in die Kühleinheit durch sein eigenes Gewicht
eintreten. Dementsprechend sind aus dem Strang geschnittene Pellets von äußerst
gleichmäßiger Qualität.
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Die obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem
Fachmann anhand der detaillierten Beschreibung und begleitenden Zeichnungsblätter
deutlich, in denen bevorzugte strukturelle Ausführungsformen als illustrative Beispiele
gezeigt sind, die die Grundsätze dieser Erfindung erfüllen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Frontaufriß, der den allgemeinen Aufbau einer
Kunstharzfeinpelletisiermaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wobei
Hauptteile im Querschnitt gezeigt sind;
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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Kühleinheit der Pelletisiermaschine in
vergrößertem Maßstab; und
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Fig. 3 ist ein Frontaufriß, der den allgemeinen Aufbau einer
Kunstharzfeinpelletisiermaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wobei
Hauptteile im Querschnitt gezeigt sind.
Detaillierte Beschreibung
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Kunstharzpelletisiermaschine nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Pelletisiermaschine ist so aufgebaut, daß
die Gesamtmaschinengröße vermindert ist. Dazu sind die Teile der Pelletisiermaschine,
die horizontal angeordnet werden müssen, minimiert, um mehr Teile mit vertikalem
Aufbau zu erhalten. Ein typisches Beispiel für die vertikal angeordneten Teile ist eine
Extrusionseinheit 1. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Extrusionseinheit 1 der
Pelletisiermaschine einen Extrusionszylinder 10, eine Extrusionsschraube 11, ein Antriebselement 12
für die Extrusionsschraube 11 und einen Rohmaterialbeladetrichter 13 auf. Diese Teile
10 bis 13 der Extrusioneinheit 1 entsprechen strukturell und funktional denen einer
konventionellen Extrusionseinheit. Die Extrusionseinheit 1 in diesem Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von der konventionellen darin, daß die Extrusionseinheit 1 als Ganze
vertikal angeordnet ist. Im Ergebnis ist das Antriebselement 12 direkt über dem
Extrusionszylinder 10 angeordnet, an dem unteren Ende des Extrusionszylinders ist ein
Stempel 14 befestigt, und der Rohmaterialbeladetrichter 13 ist parallel zu dem
Extrusionszylinder 10 über ein Rohmaterialzuführrohr 15 angeordnet, das sich von einem
Rohmaterialeinlaß loa des Extrusionszylinders 10 aus schräg nach oben erstreckt. Das
Zuführrohr 15 begrenzt dabei einen Rohmaterialzuführdurchgang. In dem illustrierten
Ausführungsbeispiel
ist die Extrusionseinheit 1 aufrecht. Es ist jedoch möglich, die
Extrusionseinheit 1 schräg in einem Winkel θ zu einer horizontalen Ebene anzuordnen, wobei der
Winkel θ in dem Bereich von 0 bis 90º liegt. Unter Berücksichtigung der effizienten
Verwendung des Raums und der Funktion der Extrusionseinheit 1 liegt der Winkel θ
vorzugsweise in dem Bereich von 45º bis 90º.
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Die Pelletisiermaschine weist ferner eine direkt unter dem Düsenkopf 14
angeordnete Kühleinheit 2 auf. Die Kühleinheit 2 ist, wie in den Fig. 1 und 2 klar zu sehen,
aus einem Doppelkühlbad 20 aufgebaut, das ein rechtwinkliges erstes Kühlbad 21 und
ein in dem ersten Kühlbad 21 aufgenommenes rechtwinkliges zweites Kühlbad 22
aufweist. Ein Paar frei drehbarer gerillter Führungsrollen 23, 23 ist in dem zweiten Kühlbad
22 angeordnet. Die Führungsrollen 23 sind jeweils benachbart dem vorderen und dem
hinteren Ende (in Fig. 1 linkes und rechtes Ende) des zweiten Kühlbads 22 angeordnet,
um einen Hauptanteil eines Strangzuführwegs, entlang dem ein Strang 5
vorwärtsbewegt wird, zu begrenzen. Über ein (nicht gezeigtes) Ablaßloch ist ein Wasserablaßrohr
24 an der Bodenwand eines vorderen Endabschnitts (linker Endabschnitt in Fig. 1) des
ersten Kühlbads 21 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist über ein Zuführloch (in Fig. 2
gezeigt, aber nicht bezeichnet) ein Wasserzuführrohr 25 an einer Seitenwand eines
hinteren Endabschnitts (rechter Endabschnitt in Fig. 1) des zweiten Kühlbads 22
angeschlossen. Das Wasserzuführrohr 25 weist ein an einer Wasserzuführpumpe 27 (Fig. 1)
angeschlossenes Aufnahmeende auf. Das Wasserablaßrohr 24 weist ein wie die
Wasserzuführpumpe 27 in einem Wasserspeichertank 26 angeordnetes Ablaßende auf. Der
Wasserspeichertank 26 ist unter dem Doppelkühlbad 20 angeordnet und an einem
Maschinenrahmen 3 angebracht.
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Der Maschinenrahmen 3 ist aufgebaut aus einem Tisch mit einer oberen
Halteplatte 31 und einer mittleren Halteplatte 32. Die Extrusionseinheit 1 und das
Doppelkühlbad 20 sind angebracht an der oberen Halteplatte 31, und der Wasserspeichertank 26
ist angebracht an der mittleren Halteplatte 32.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist entlang einer vorderen Endwand (linke
Endwand in Fig. 1) des Maschinenrahmens 3 eine Schneideeinheit 4 in solcher Weise
angeordnet, daß die Schneideeinheit 4 im wesentlichen am Stromabwärtsende des sich
durch die Kühleinheit 2 erstreckenden Strangzuführwegs angeordnet ist. Um die
Verminderung der Gesamtgröße der Pelletisiermaschine zu erleichtern, ist die
Längserstreckung der Schneideeinheit 4, die von dem Vorderende des Maschinenrahmens 3
aus vorsteht, soweit möglich vermindert, so daß die Schneideeinheit 4 eine horizontal
zusammengezogene und vertikal langgestreckte Konstruktion aufweist. Wie in Fig. 1
gezeigt, ist ein Zusammenwirken des Paars von Zuführrollen 41 an dem vorderen
Endabschnitt der oberen Halteplatte 31 angebracht. Benachbart der Strangabführseite
des Zuführrollenpaars 41 ist eine feste Schneideeinrichtung 42 angeordnet, und der
festen Schneideeinrichtung 42 gegenüberliegend ist eine Drehschneideinrichtung 43
angeordnet. Die feste Schneideeinrichtung 42 und die Drehschneideeinrichtung 43 sind in
einem sich vertikal erstreckenden rechtwinkligen rohrartigen Ablaufschacht 44
angeordnet. Der Schacht 44 weist einen oberen Deckel oder eine Abdeckung auf. Unter dem
Ablaufschacht 44 ist ein Pelletsammelkasten 45 zur Aufnahme der durch Schneiden des
Strangs S hergestellten Körnchens oder Pellets darin angeordnet. Ein aus elastischem
Material gebildetes Strangführungselement 46, etwa eine geschäumte Kunststoffplatte,
ist unmittelbar stromaufwärts von dem Zuführrollenpaar 41 angeordnet zum Führen des
Strangs S. Das Strangführungselement 46 hat ferner die Funktion, an dem Strang S
haftendes Wasser, wenn der Strang S gekühlt wird, zu entfernen. In Fig. 1 bezeichnet
die Ziffer 5 Haltestangen und 6 und ein Bedienfeld.
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Es ist offensichtlich, daß die Struktur der Schneideeinheit 4 nicht auf das
Illustrierte Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Ferner kann die Schneideeinheit 4 nicht mit
der vorderen Endwand des Maschinenrahmens 3 kontinuierlich bzw. zusammenhängend
sein. Als Alternative kann die Schneideeinheit 4 in dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel ersetzt sein durch einen Strangkasten oder -container zur Aufnahme des
extrudierten Strangs S darin, in welchem Fall separat von dem Maschinenrahmen 3 eine
Schneideeinheit vorgesehen ist.
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Die Kunststoffpelletisiermaschine mit der vorstehenden Konstruktion arbeitet wie
folgt. Der Rohmaterialbeladetrichter 13 wird beladen mit einem aus einem Kunststoff
und verschiedenen Additiven, etwa einem Pigment mit einer vorbestimmten Farbe und
einem Plastisiermittel, die in vorbestimmten Verhältnissen mit dem Kunststoff vermischt
sind, zusammengesetzten Rohmaterial. Das in den Rohmaterialbeladetrichter 13
geladene Rohmaterial passiert durch das Rohmaterialzuführrohr 15 und wird dann schräg
aus dem Rohmaterialeinlaß 10a in den Extrusionszylinder 10 in einem vorbestimmten
Winkel zu der Achse der Extrusionsschraube 11 und auf die Extrusionsrichtung 2 zu
zugeführt.
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Festzustellen ist, daß im Fall der konventionellen Extrusionseinheit das
Rohmaterial rechtwinklig zu der Achse des Extrusionszylinders in den Extrusionszylinder
zugeführt wird, während im Fall dieser Erfindung das Rohmaterial schräg in den
Extrusionszylinder 10 in einem vorbestimmten Winkel zu der Längsachse des Extrusionszylinders
10 und auf die Extrusionsrichtung der Extrusionsschraube 11 zu zugeführt wird.
Dementsprechend wird das Rohmaterial bei der erfindungsgemäßen Pelletisiermaschine
gleichmäßig durch die Extrusionsschraube 11 in die Extrusionsrichtung gedrängt ohne
Zusetzen bzw. Verstopfen an dem Rohmaterialeinlaß 10a des Extrusionszylinders 10.
Das Rohmaterial wird homogen geschmolzen und geknetet, während es in dem
Extrusionszylinder 10 vorwärtsbewegt wird, so daß die als Enderzeugnis hergestellten feinen
Körnchen oder Pellets von äußerst gleichmäßiger Qualität sind.
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Die Innentemperatur des Extrusionszylinders 10 wird genau gesteuert, so daß
das in den Extrusionszylinder 10 zugeführte Rohmaterial plastisiert und geknetet wird,
während es durch die Rotation der Extrusionsschraube 11 immer mehr auf den
Düsenkopf 14 zu vorwärtsbewegt wird. Aus dem Düsenkopf 14, der an dem unteren Ende des
Extrusionszylinders 10 befestigt ist, wird das Rohmaterial nach unten in das zweite
Kühlbad 22 in der Form des Stranges S mit vorbestimmter Dicke extrudiert. Da dabei die
Extrusionsrichtung des Stranges S der Richtung des auf den Strang S wirkenden
eigenen Gewichts gleich ist, ist der extrudierte Strang S im Gegensatz des durch eine
konventionelle Horizontaltypextrusionseinheit hergestellten Strangs keiner lateralen
Biegekraft ausgesetzt und kann durch sein eigenes Gewicht in das zweite Kühlbad 22
eintreten.
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Der Strang S passiert durch Kühlwasser W in dem zweiten Kühlbad 22, während
er von den gerillten Führungsrollen 23 geführt wird. Der Strang S wird somit mit Wasser
W gekühlt. Dann passiert der gekühlte Strang S durch das Strangführungselement 46,
wobei währendessen an der Oberfläche des Stranges S haftendes Wasser entfernt wird.
Daraufhin wird der Strang S kontinuierlich von dem Zuführrollenpaar 41 auf die feste
Schneideeinrichtung 42 und die Drehschneideinrichtung 43 zu bewegt. Zwischen der
festen Schneideeinrichtung 42 und der Drehschneideinrichtung 43 wird der Strang S in
Körnchen oder Pellets einer vorbestimmten Größe geschnitten. Die so hergestellten
Pellets fallen in den Ablaufschacht 44 und werden dann in dem unter dem Ablaufschacht
44 angeordneten Sammekasten 45 aufgenommen.
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In der Kühleinheit 2 führt die in dem Wasserspeichertank 26 angeordnete
Zuführwasserpumpe 27 Kühlwasser W aus dem Speichertank 26 durch das
Wasserzuführrohr 25 zu dem zweiten Kühlbad 22 zu. Das Kühlwasser W strömt dann aus dem
zweiten Kühlbad 22 in das erste Kühlbad 21 über, aus dem das Kühlwasser W über das
Wasserablaßrohr 24 in den Wasserspeichertank 26 abgelassen wird, wo das
Kühlwasser W gespeichert wird. Durch diese Zirkulation wird das Kühlwasser W effizient genutzt.
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Fig. 3 illustriert ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist der Extrusionszylinder 10 in in einem Winkel von ungefähr 45º
schräg angeordnet, und der Rohmaterialbeladetrichter 13 und das
Rohmaterialzuführrohr 15 sind vertikal angeordnet. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel das
Rohmaterialzuführrohr 15 mit dem Extrusionszylinder 10 in einem Winkel von ungefähr 45º
überkreuzender Weise verbunden. In ähnlicher Weise liegt der Düsenkopf 14 im
gleichen Winkel (nämlich 45º) schräg der Kühleinheit 2 gegenüber, so daß der extrudierte
Strang S schräg in das zweite Kühlbad 22 eintritt. Dabei ist der Strang S einer Kraft
ausgesetzt, die zum Biegen des Stranges S neigt. Die Biegekraft ist jedoch erheblich kleiner
als die im Fall der konventionellen Horizontaltypextrusionseinheit erzeugte und kann nur
einen vernachläßigbaren Einfluß auf die Qualität des Strangs S ausüben. Weitere
strukturelle und funktionale Einzelheiten des zweiten Ausführungsbeispiels sind im
wesentlichen die gleichen wie die beim ersten Ausführungsbeispiel zuvor erwähnten.
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Die in dieser Weise konstruierte Erfindung ermöglicht eine Verminderung der
Gesamtgröße der Pelletisiermaschine und damit eine effiziente Raumnutzung unter der
Bedingung, daß die Pelletisiermaschine die gleiche Produktionskapazität wie eine
konventionelle Pelletisiermaschine hat. Insbesondere ist die Extrusionseinheit 1 vom
vertikalen Typ, so daß bei Verminderung der Gesamtgröße der Pelletisiermaschine im Hinblick
auf ein Produktionssystem mit vielen Produkten und kleinen Mengen verschiedene
Wartungsarbeiten leicht ausgeführt werden können.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist die erfindungsgemäße
Kunststoffpelletisiermaschine als ganze kompakt und daher effizient in der
Raumnutzung. Zusätzlich kann die Pelletisiermaschine einem Bedürfnis nach Herunterskalierung
entsprechen, die Notwendigkeit aufwendiger Wartung trotz Verwendung einer
Vertikaltypextrusionseinheit vermeiden und ist an ein Produktionssystem mit vielen Produkten
und kleinen Mengen anpaßbar. Die Vertikaltypextrusionseinheit stellt einen
gleichmäßigen Extrusionsmechanismus für geschmolzenen Kunststoff zur Verfügung. Da das
Rohmaterial schräg in den Extrusionszylinder und auf der Extrusionsrichtung zu
zugeführt wird, wird das Rohmaterial vor allem durch die Extrusionsschraube gleichmäßig
ohne Verstopfen bzw. Zusetzen am Einlaß des Extrusionszylinders vorwärtsbewegt. Das
Rohmaterial wird bei seiner Vorwärtsbewegung in dem Extrusionszylinder homogen
plastisiert und geknetet. Der aus dem Düsenkopf extrudierte Strang erreicht die
Kühleinheit durch sein Eigengewicht, so daß der extrudierte unvollständig verfestigte Strang
keinen unzulässigen Biegekräften ausgesetzt ist. Dadurch haben aus dem Strang
hergestellte Pellets eine hohe Maßgenauigkeit.
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Offensichtlich sind verschiedene kleinere Veränderungen und Modifikationen der
Erfindung im Licht der obigen Lehre möglich. Es ist daher klar, daß die Erfindung
innerhalb des Bereichs der beiliegenden Ansprüche in anderer Weise als im einzelnen
beschrieben ausgeführt werden kann.