AT505894B1

AT505894B1 - Granuliervorrichtung und granulierlochplatte

Info

Publication number: AT505894B1
Application number: AT0176203A
Authority: AT
Original assignee: Starlinger & Co Gmbh
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2009-06-15
Also published as: WO2005044532A3; WO2005044532A2; AT505894A1

Description

2 AT 505 894 B1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, sowie eine Granulierlochplatte zur Anordnung in der Granuliervorrichtung mit mehreren als Durchtrittsöffnungen ausgebildeten Schmelzekanälen, wobei die Schmelzekanäle einzeln oder gruppenweise zumindest teilweise von Temperierelementen umgeben sind.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, umfassend das Erzeugen einer Schmelze des Stoffes mit thermoplastischem Verhalten, das Zuführen der Schmelze zu einem Schmelzeverteiler zur Verteilung der Schmelze an mehrere in einer Granulierlochplatte ausgebildete Schmelzekanäle, und das Abschneiden von Stücken der Schmelze bei ihrem Austritt aus den Schmelzekanälen der Granulierlochplatte, gefolgt vom Abkühlen der abgeschnittenen Schmelzestücke bis zur Erstarrung, und das einzelne oder gruppenweise Temperieren der Schmelzekanäle in der Granulierlochplatte, um diese selektiv auf jeweilige Temperaturen zu bringen, die oberhalb oder unterhalb der Erstarrungstemperatur der hindurchströmenden Schmelze liegen.

Granuliervorrichtungen und -verfahren zur Herstellung von Granulaten aus Stoffen mit thermoplastischem Verhalten können prinzipiell in folgende Kategorien gegliedert werden.

Niedrigviskose Stoffe, wie z. B. Polyethylen (PE) oder PVC, können nach einem sogenannten Luftgranulier-Verfahren granuliert werden, das insbesondere in einem Ausstoßbereich bis 100 kg pro Stunde verwendet wird. Dabei werden einzelne Stränge des geschmolzenen Stoffes, die aus Schmelzekanälen einer Lochplatte austreten, mit auf der Stirnfläche dieser Lochplatte laufenden Messern geschnitten. Die dabei entstehenden Scheiben oder Kugeln werden durch die Zentrifugalkraft vom Messer weggeschleudert und dadurch in einen kontinuierlichen Luftstrom eingebracht, in dem sie abgekühlt werden, bis ihre Oberfläche erstarrt ist. Ähnlich arbeitet auch ein Wasserringgranulier-Verfahren, bei dem die Stränge des geschmolzenen Stoffes bei ihrem Austritt aus der Lochplatte im heißen Zustand in einer Luftatmosphäre zu Granulaten geschnitten und die Granulate mittels der durch die Messer ausgeübten Zentrifugalkraft in einen kontinuierlich umlaufenden Wasserstrom geschleudert und darin abgekühlt und anschließend die erstarrten Granulate auf einem Sieb oder einer Zentrifuge wieder vom Wasserstrom getrennt werden.

Bei der Unterwassergranulierung befindet sich die Lochplatte in einem kontinuierlichem Wasserstrom, so dass der eigentliche Granuliervorgang, d.h. das Schneiden der aus der Lochplatte austretenden Schmelzestränge zu Granulaten, im Wasser stattfindet. Durch das Wasser werden die Granulate vom Messer abgehoben und zu einem Sieb oder einer Zentrifuge transportiert.

Nachteilig bei allen diesen Granuliersystemen wirkt sich jedoch aus, dass die Drehzahl des an der Stirnfläche der Lochplatte umlaufenden Messers und somit die Granulatlänge nur in gewissen Grenzen verändert werden kann. Die Gründe dafür werden nachstehend beschrieben.

Bei der Luftgranulierung und der Wasserringgranulierung, bei denen der eigentliche Schneidvorgang in einer Luftatmosphäre stattfindet, müssen die Granulate durch die Zentrifugalkraft vom Messer weggeschleudert werden. Da die Zentrifugalkraft auf das einzelne Granulatkorn quadratisch mit der Drehzahl des Messers steigt, ist beim Granuliervorgang eine möglichst hohe Messerdrehzahl wünschenswert. Da andererseits jedoch eine vorgegebene Granulatform erzielt werden soll, müssen die Schmelzekanäle, insbesondere ihre Anzahl und der Querschnitt ihrer Austrittsöffnungen in der Lochplatte, auf den jeweiligen Durchsatz der Granulieranlage abgestimmt werden. Es ist jedoch auch erstrebenswert, den Druckaufbau der Lochplatte zu einem vorgeschalteten Extruder, der die Schmelze erzeugt und über einen Schmelzeverteiler zur Lochplatte zuführt, möglichst gering zu halten, um eine möglichst geringe thermische Schä- 3 AT 505 894 B1 digung der Kunststoffschmelze im Extruder zu erhalten, da mit zunehmendem Druck auch die Temperatur der Schmelze steigt. Somit stehen die Anforderungen an einen minimalen thermischen Abbau mit möglichst geringem Druckaufbau an der Lochplatte zur Erzielung einer möglichst geringen thermischen Schädigung des zu granulierenden Gutes und die Forderung nach einer möglichst hohen Messerdrehzahl beim Granulieren, um ein Ankleben der Granulatkörner am Messer und somit Kettenbildung zu verhindern, im Widerspruch zueinander.

Ein weiterer wichtiger Parameter beim Granulieren ist die Art der zu granulierenden Schmelze, bzw. welche Additive der Schmelze beigemengt wurden. Generell kann gesagt werden, dass niedrigviskose Stoffe, wie PE oder PVC, leicht und bei geringer Messerdrehzahl zu granulieren sind, während höherviskose Materialien, wie Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA), mit einer höheren Messerdrehzahl granuliert werden müssen.

Bei der Unterwassergranulierung wird das Granulat durch den kontinuierlichen Wasserstrom vom Messer weggespült. Somit ist diese Art der Granulierung in weiten Grenzen unabhängig von der Messerdrehzahl. Dennoch muss die Anzahl und der Querschnitt der Austrittsbohrungen genau auf das zu verarbeitende Material bzw. den Durchsatz abgestimmt werden, da es, insbesondere bei niedrigen Enthalpiewerten der Kunststoffschmelze wie z. B. bei Polyethylenthe-rephtalat (PET), bei einem zu geringen Durchsatz der Schmelze durch die Austrittsbohrungen zu einem „Einfrieren“ einzelner Löcher, das ist das teilweise oder vollständige Verstopfen der Löcher durch erstarrte Schmelze aufgrund Abkühlung der Schmelze unter ihren Erstarrungspunkt, kommen kann.

Dieses Einfrieren der Austrittsbohrungen kann zu verformten Granulaten, ungleichmäßigen Granulaten, hohem Staubanteil im Granulat bis zu einem vollkommenen Stillstand der Granuliervorrichtung führen.

Um dieses Einfrierverhalten bei Unterwassergranulierungen zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen, durch eine bessere thermische Trennung mittels einer Isolierschicht das Abkühlen und Einfrieren der einzelnen Löcher zu verhindern. Aus WO 03/031132 A1 ist beispielsweise eine Granulierlochplatte bekannt, bei der die den Messern zugewandte Stirnfläche der Granulierlochplatte aus einer Keramikschicht aufgebaut ist, die ein schlechter Temperaturleiter ist.

Aus EP 0 739 700 B1 ist eine Unterwasser-Granulierlochplatte mit Verschleißschutzschicht bekannt, bei der zwischen der eigentlichen Granulierlochplatte und einer Verschleißschutzschicht, die eine Lauffläche für die Messer bildet, eine dünne Isolierschicht vorgesehen ist, wobei mit konisch geformten Schmelzekanälen versucht wird, möglichst viel heiße Schmelze nahe an die Stirnfläche der Granulierlochplatte zu bringen und damit ein Einfrieren der Löcher möglichst zu verhindern.

Alle diese Lösungsansätze bringen in einem gewissem Ausmaß Abhilfe, dennoch müssen die Anzahl der Löcher und der Austrittsquerschnitt in den Granulierlochplatten in relativ engen Toleranzen auf das zu verarbeitende Material und den Durchsatz abgestimmt werden. Dies führt dazu, dass Granuliervorrichtungen bei jeder Änderung des zu granulierenden Materials umgerüstet werden müssen, indem eine auf das Material abgestimmte Granulierlochplatte an der Granuliervorrichtung angebracht wird.

Bei der Verarbeitung von Schmelzen mit stark unterschiedlichen Viskositätswerten wie z.B. HDPE und PET auf einem Extruder (Kompoundierbetrieb) kommt es durch den hohen Druckaufbau von HDPE auf einer PET Lochplatte zu einem verstärktem Energieverbrauch und hoher thermischer Schädigung der Schmelze. Ein längerer Umrüstvorgang der Granuliervorrichtung (Wechseln der Lochplatte oder Verschließen einzelner Schmelzekanäle) ist unumgänglich.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die oben angeführten Nachteile bekannter Granuliervorrichtungen insofern zu verbessern, dass verschiedenste Materialien und 4 AT 505 894 B1

Durchsätze ohne Wechsel der Granulierlochplatte in einer Granuliervorrichtung verarbeitet werden können. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Granuliervorrichtung durch gezieltes Einfrieren einzelner Austrittsbohrungen einer Granulierlochplatte zu betreiben, um dadurch eine Anpassung an unterschiedliche zu granulierende Materialien zu ermöglichen, gleichzeitig aber dem unbeabsichtigten Einfrieren einzelner Schmelzekanäle, speziell bei Unterwassergranulierung, entgegen zu wirken.

Diese Aufgabe wird durch Bereitstellen einer Granulierlochplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, durch Bereitstellen einer Vorrichtung zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 18, sowie durch das in Anspruch 24 dargelegte Verfahren zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Granulierlochplatte zur Anordnung an einer Vorrichtung zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten weist mehrere als Durchtrittsöffnungen ausgebildete Schmelzekanäle auf, wobei die Schmelzekanäle einzeln oder gruppenweise zumindest teilweise von Temperierelementen umgeben sind. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung werden die Schmelzekanäle - anders als bei bestehenden Granuliersystemen - bis sehr nahe ihrer Austrittsöffnung temperiert. Es können somit, je nach Betriebsweise der Granulierlochplatte, einerseits die Schmelzekanäle einzeln oder gruppenweise gezielt auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden, um ein Abkühlen der Schmelze zu verhindern, und andererseits durch Abkühlen einzelner oder Gruppen von Schmelzekanälen ein gezieltes „Einfrieren“ einzelner Austrittsöffnungen der Granulierlochplatte erreicht werden, um dadurch den Druckaufbau in der Granuliervorrichtung und somit die Anpassung an unterschiedliche Materialien zu erreichen. Die Temperierelemente der erfindungsgemäßen Granulierlochplatte sind als Kühlelemente ausgebildet, die vorzugsweise Kühlmittel in Form von Leitungen zur Durchströmung mit Kühlmedium aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung ist ein gezieltes Zufrierenlassen einzelner Austrittsöffnungen möglich. Um zu garantieren, dass wirklich nur jene Löcher mit erstarrender Schmelze zufrieren, bei denen dies beabsichtigt ist, kann die Granulierlochplatte selbst beheizbar sein.

Aus der US 6474969 ist eine Granulierlochplatte bekannt, bei der die Schmelzekanäle gruppenweise zumindest teilweise von Temperierelementen in Form von Heizspulen umgeben sind, wobei die Schmelzekanäle in Mustern aus konzentrischen Kreisen angeordnet sind, zwischen denen die Heizspulen ebenfalls konzentrische Kreise bilden.

Die JP 61268407 zeigt eine Granulierlochplatte, bei der die Schmelzekanäle von einem Einsatz gebildet werden, der um den Außenumfang laufende Rippen besitzt, die am Innenumfang von in der Granulierlochplatte ausgebildeten Bohrungen anliegen. Auf diese Weise besteht zwischen der Granulierlochplatte und den Schmelzekanal-Einsätzen nur eine Linien-Berührung, wodurch kaum Wärmeübertragung stattfindet. Der Hohlraum zwischen dem Einsatz und der Bohrungswand ist evakuiert. Es sind keine Temperierelemente vorhanden.

Die JP 9201822 zeigt Schmelzekanäle in einer Granulierlochplatte, die gruppenweise von Heizspulen umgeben sind.

Die veröffentlichte Patentanmeldung US 2002/0006451 zeigt von einem Heizmedium durchflossene Heizkanäle, die in einer Granulierlochplatte radial zwischen Schmelzekanälen hindurchlaufen.

Die DE 2247148 offenbart eine Granulierlochplatte, in deren Schmelzekanäle Rohrkörper eingesetzt sind, deren Mündungen an der Stirnseite der Granulierlochplatte von Isolierkörpern umgeben sind. Jeder in die Granulierlochplatte eingesetzte Rohrkörper ist von einer Höhlung umschlossen, wobei alle Höhlungen miteinander kommunizieren und von einer Wärmeaus- 5 AT 505 894 B1 tauschflüssigkeit durchflossen sind.

Die DE 2349273 zeigt Heizstäbe, die in Bohrungen der Granulierlochplatte eingesetzt sind.

Keine der vorgenannten Druckschriften offenbart, die Temperierelemente als Kühlelemente auszubilden. Ebenso wenig ist aus den Vorhalten ein Verfahren zum Betreiben einer Granulierlochplatte bekannt, bei dem gezielt einzelne oder Gruppen von Schmelzekanälen „zufrieren“ gelassen werden. Vielmehr liegt allen aus dem zitierten Stand der Technik bekannten Granulierlochplatten und Verfahren zum Granulieren von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten die Aufgabe zugrunde, unter allen Umständen ein „Zufrieren“ der Schmelzekanäle zu verhindern.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Granulierlochplatte sind die Schmelzekanäle zumindest über 90°, vorzugsweise zumindest über 180°, ihres Umfangs von Temperierelementen umgeben. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen werden, dass sich die Temperierelemente über einen Teil der Axiallänge der Schmelzekanäle erstrecken. Durch die vorgenannten Maßnahmen wird eine gleichmäßige Temperierung der Schmelzekanäle erreicht. Wenn weiters vorgesehen wird, dass sich die Temperierelemente bis nahe an das Schmelzeaustrittsende der Schmelzekanäle erstrecken, so können unerwünschte Temperatureinflüsse der Atmosphäre außerhalb der Granulierlochplatte oder eines die Granulierlochplatte umströmenden Wasserstroms unterbunden werden. Insbesondere kann dadurch ein unerwünschtes Einfrieren der Schmelze verhindert werden.

Einfache Assemblierung der Granulierlochplatte und hervorragende Temperaturverteilung um die Schmelzekanäle wird erzielt, wenn die Temperierelemente in die Schmelzekanäle umgebenden Ringnuten angeordnet sind. Dieselben vorteilhaften Effekte werden durch eine alternative Ausgestaltung der Granulierlochplatte erzielt, bei der die Temperierelemente in die Schmelzekanäle definierenden Stufenbohrungen angeordnet sind. Besonders leicht zu fertigen ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Granulierlochplatte, bei der die Temperierelemente als mit Temperiermitteln versehene Hülsenkörper ausgebildet sind. Vorteilhaft können die Hülsenkörper aus Keramik oder Metall, vorzugsweise Aluminium oder Nickel, ausgebildet sein. In fertigungstechnischer Hinsicht und aufgrund hervorragender Steuerbarkeit der Temperaturverteilung ist es vorteilhaft, wenn die Hülsenkörper die Schmelzekanäle teilweise definieren oder fortsetzen. Um die Fertigungstoleranzen eng wählen zu können, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Materialien des Hülsenkörpers und der Granulierlochplatte so ausgewählt sind, dass sie einen ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen.

Als besonders wirksam hat es sich herausgestellt, den gesamten Körper der Granulierlochplatte aus Keramik, z.B. Sl-Carbid oder Sl-Nitrid, zu fertigen, einerseits aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Keramik, andererseits aufgrund der guten Verschleißeigenschaften von Keramik. Alternativ dazu kann die Granulierlochplatte auch in Stahl, gegebenenfalls mit einer Beschichtung aus Hartmetall, ausgeführt sein, was aufgrund der guten Bearbeitbarkeit von Stahl Vorteile bei der Herstellung mit sich bringt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Granulierlochplatte einstückig ausgeführt. Man vermeidet dadurch Probleme mit der Dichtheit und Passung von Fügeflächen, wie sie bei mehrstückiger Ausführung bestehen, und kann somit größere Fertigungstoleranzen zulassen.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Granulierlochplatte weist diese einen Klemmflansch zur einfachen Befestigung an einem Schmelzeverteiler o. dergl. auf

Die Temperierelemente der erfindungsgemäßen Granulierlochplatte können auch als, vorzugsweise regelbare, Heizelemente ausgebildet sein. Mit diesen Heizelementen kann ein Zufrieren einzelner Schmelzekanäle bzw. ihrer Austrittslöcher verlässlich verhindert werden, indem die hindurchströmende Schmelze auf einer Temperatur über ihrem Erstarrungspunkt gehalten wird. 6 AT 505 894 B1

Als in der Herstellung günstig und leicht regelbar haben sich Heizelemente mit Heizmitteln in Form einer Widerstandsheizung oder in Form von Leitungen zur Durchströmung mit Wärmeträgermedium erwiesen. Für eine exakte Regelung der Temperatur in bzw. an den Schmelzekanälen der Granulierlochplatte ist es günstig, wenn an oder nahe den Schmelzekanälen Temperaturfühler vorgesehen sind, oder wenn Temperaturfühler in den Temperierelementen integriert sind. Die Temperaturfühler werden mit einer an der Granuliervorrichtung vorgesehenen Steuereinrichtung zur einzelnen oder gruppenweisen Ansteuerung von Temperierelementen der Granulierlochplatte verbunden, wobei das Ansteuern das Ein/Ausschalten oder das Beibehalten einer vorgegebenen Temperatur der Temperierelemente oder das Fahren eines vorgegebenen Temperaturprofils umfasst. Die Steuereinrichtung kann vorteilhaft als Regler ausgebildet sein, dessen Regelgröße alternativ eine oder mehrere aus Schmelzedruck, Schmelzetemperatur, Temperatur von Temperierelementen oder Temperatur der Granulierlochplatte ist.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Unterwassergranulierung einsetzbar.

Um Wärmespannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten zwischen der Granulierlochplatte und einem Schmelzeverteiler der Granuliervorrichtung, an dem die Granulierlochplatte zu befestigen ist, zu vermeiden, ist die Granulierlochplatte vorzugsweise durch Klemmmittel an dem Schmelzeverteiler befestigt, die die Wärmedehnungen absorbieren.

Zur Erzielung eines optimalen Messerlaufs über die Stirnseite der Granulierlochplatte ist in einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Granuliervorrichtung der Anpressdruck der Messer gegen die Granulierlochplatte regelbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, umfasst das Erzeugen einer Schmelze des Stoffes mit thermoplastischem Verhalten, das Zuführen der Schmelze zu einem Schmelzeverteiler zur Verteilung der Schmelze an mehrere in einer Granulierlochplatte ausgebildete Schmelzekanäle, und das Abschneiden von Stücken der Schmelze bei ihrem Austritt aus den Schmelzekanälen der Granulierlochplatte, gefolgt vom Abkühlen der abgeschnittenen Schmelzestücke bis zur Erstarrung, wobei Schmelzekanäle in der Granulierlochplatte einzeln oder gruppenweise auf jeweilige Temperaturen gebracht werden, die oberhalb oder unterhalb der Erstarrungstemperatur der hindurchströmenden Schmelze liegen, wobei das Temperieren der Schmelzekanäle das Ein/Ausschalten oder Temperaturregeln von zumindest teilweise den jeweiligen Schmelzekanal umgebenden Kühlelementen umfasst. In einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Granulierlochplatte abseits von den Schmelzekanälen beheizt. Vorzugsweise erfolgt das selektive Temperieren das Schmelzekanäle in Abhängigkeit von dem Schmelzematerial und/oder dem Schmelzedruck.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Temperieren der Schmelzekanäle das Ein/Ausschalten oder Temperaturregeln von zumindest teilweise den jeweiligen Schmelzekanal umgebenden Heizelementen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Granuliervorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Details einer erfindungsgemäßen Granulierlochplatte an der Granuliervorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Details einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Granulierlochplatte; und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Regelung von Temperierelementen in einer erfindungsgemäßen Granuliervorrichtung. 7 AT 505 894 B1

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Granuliervorrichtung 1 zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen. Die Granuliervorrichtung 1 umfasst einen Schmelzeverteiler 2 zur Verteilung einer zugeführten Schmelze (Pfeil S) eines Stoffes mit thermoplastischem Verhalten an mehrere Schmelzekanäle 3. Dazu weist der Schmelzeverteiler einen Einlass 2a zum Anschließen an einen nicht dargestellten Extruder auf, der die Schmelze erzeugt und durch entsprechenden Druckaufbau zum Schmelzeverteiler fördert. Vom Einlass 2a erstreckt sich ein kegelförmiger Hohlraum 2b, in den besagte Schmelzekanäle 3 münden. Die zu granulierenden Stoffe mit thermoplastischem Verhalten sind nicht näher eingeschränkt; als Beispiele dafür seien thermoplastische Kunststoffe, wie PE, PET, PA, PVC, oder Gemische daraus angeführt, wobei diese Kunststoffe auch mit Zuschlagstoffen versehen sein können. Die aus den Stoffen mit thermoplastischem Verhalten erzeugten Schmelzen können unterschiedlichste Viskositäten aufweisen. Der Extruder kann beispielsweise als Extruder zur Aufbereitung von Kunststoffabfällen ausgebildet sein, wie Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung wohlbekannt ist. Der Schmelzeverteiler 2 ist aus einem Metall, wie z.B. Stahl, hergestellt. Mittels eines Klemmringes 4 und Dehnschrauben 6 ist der Schmelzeverteiler 2 an seiner Stirnfläche mit einer Granulierlochplatte 5 verbunden, wobei ein Umfangsabschnitt der Granulierlochplatte 5 als Klemmflansch 5d ausgebildet ist. In der Granulierlochplatte 5 sind die Schmelzekanäle 3 ausgebildet. Die Granulierlochplatte 5 ist weiters so mit dem Schmelzeverteiler 2 ausgerichtet, dass das offene, stirnseitige Ende des kegelförmigen Hohlraums 2b mit den Schmelzekanälen 3 zusammenfällt. Ein Dichtring 7 läuft in einer Nut an der Stirnseite des Schmelzeverteilers 2 um das stirnseitige Ende des kegelförmigen Hohlraums 2b herum und dichtet die Grenzfläche zur Granulierlochplatte 5 ab. Der Anpressdruck der Granulierlochplatte 5 gegen die Stirnfläche des Schmelzeverteilers 2 wird durch die Dehnschrauben 6 eingestellt, die auch allfällige Wärmedehnungen der Granulierlochplatte 5 aufnehmen. Die Granulierlochplatte 5 ist einstückig aus Keramik, z.B. Sl-Carbid oder Sl-Nitrid, oder aus Stahl, gegebenenfalls mit einer Beschichtung aus Hartmetall an ihrer Stirnfläche 5a, ausgeführt. An der vom Schmelzeverteiler 2 abgewandten Stirnfläche 5a der Granulierlochplatte 5 liegen Messer 8 an, die an einer Welle 9 befestigt sind und durch Drehung (Pfeil R) der Welle 9 über die Austrittslöcher 5c bewegt werden, um von aus den Austrittslöchern 5c austretenden Schmelzesträngen Stücke abzuschneiden, deren Länge von der Drehgeschwindigkeit der Welle 9, den Abständen der Granulierlöcher voneinander und der Fördergeschwindigkeit der Schmelzestränge abhängt. Die Messer 8 sind gegen die Stirnfläche 5a vorgespannt, so dass sie einen vorgegebenen, einstellbaren Anpressdruck (Pfeil p) ausüben. Ein Granuliergehäuse 10 liegt dichtend an der Stirnfläche 5a der Granulierlochplatte 5 an und umgibt die rotierenden Messer 8. Die von den Messern 8 abgeschnittenen Schmelzestücke werden aufgrund der von den Messern 8 ausgeübten Fliehkraft gegen die Innenseite der Umfangswand des Granuliergehäuses 10 geschleudert. Im Inneren des Granuliergehäuses 10 befindet sich ein Kühlmittel, z.B. eine Atmosphäre aus gekühlter Luft oder ein Kühlwasserstrom, in dem die abgeschnittenen Schmelzestücke rasch erstarren und dadurch Granulate bilden. Nötigenfalls können auch die Wände des Granuliergehäuses 10 gekühlt sein, um ein Anhaften von Granulatteilchen zu verhindern.

Nun auch auf Fig. 2 Bezug nehmend, die einen Ausschnitt der Granulierlochplatte 5 im Längsschnitt zeigt, ist in dieser Zeichnung einer der in der Granulierlochplatte 5 ausgebildeten Schmelzekanäle 3 zu erkennen, der an der Stirnseite 5a der Granulierlochplatte 5 in der Austrittsöffnung 5c mündet. Der Schmelzekanal 3 ist durch eine Durchtrittsbohrung gebildet, die sich in konischen Abstufungen zur Austrittsöffnung 5c hin verjüngt, um möglichst viel heißes Schmelzematerial nahe an die Austrittsöffnung 5c zu bringen und dadurch zu verhindern, dass die Austrittsöffnung 5c und ihr nahe gelegene Teile des Schmelzekanals ungewollt zufrieren, d.h. die Schmelze darin erstarrt, wenn die Stirnseite 5a der Granulierlochplatte 5 dem Kühlmittel zur Kühlung der Granulatteilchen ausgesetzt ist und somit in diesem Bereich auf eine Temperatur unter dem Erstarrungspunkt der Schmelze abkühlt. Die Folge wären Granulatteilchen von unregelmäßiger Form und Größe, oder überhaupt ein völliges Verschließen der Austrittsöffnung mit damit verbundener Reduzierung der Granulierleistung bis hin zum völligen Stillstand der Granuliervorrichtung. 8 AT 505 894 B1

Der Schmelzekanal 3 wird von einer in der Granulierlochplatte 5 ausgebildeten Ringnut 5b umgeben. In der Ringnut 5b ist ein Temperierelement angeordnet, das allgemein durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet wird. Dieses Temperierelement 11 umgibt den Schmelzekanal 3 um seinen gesamten Umfang und einen beträchtlichen Teil seiner axialen Länge. Die Ringnut 5b und das darin aufgenommene Temperierelement 11 erstrecken sich bis nahe an die Austrittsöffnung 5c, um das Beibehalten einer gewünschten Temperatur im Schmelzekanal 3 bis (fast) hin zur Austrittsöffnung 5c gewährleisten zu können.

Das Temperierelement 11 umfasst einen Hülsenkörper 12, der Temperiermittel 13 hält. Das von der Austrittsöffnung 5c abgewandte Ende 12a des Hülsenkörpers 12 ist konisch geformt und definiert im in die Ringnut 5b eingesetzten Zustand des Hülsenkörpers 12 einen Teilabschnitt des Schmelzekanals 3. Vorteilhaft ist der Hülsenkörper 12 aus Keramik oder Metall, vorzugsweise Aluminium oder Nickel, ausgebildet. Die Materialien des Hülsenkörpers 12 und der Granulierlochplatte 5 sollten so ausgewählt sein, dass sie einen ähnlich großen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, um Materialspannungen aufgrund unterschiedlicher Dehnung zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung können die Temperierelemente sowohl als Kühlelemente als auch als Heizelemente ausgebildet sein. Zum Zwecke der Erläuterung sei jedoch angenommen, dass das Temperierelement 11 ein Kühlelement ist und die Temperiermittel 13 Kühlmittel in Form von um den Hülsenkörper 12 gewickelten Schlauchleitungen zur Durchströmung mit einem Kühlmedium sind. Die Betriebsweise der Granuliervorrichtung ist in diesem Fall so, dass durch Abkühlen einzelner Schmelzekanäle oder Gruppen von Schmelzekanälen diese unter einen Erstarrungspunkt durchströmender Schmelze abgekühlt werden und dadurch die Schmelzekanäle gezielt zufrieren gelassen werden, um ein weiteres Hindurchströmen von Schmelze zu verhindern und dadurch den Betrieb der Granuliervorrichtung an geänderte Parameter bezüglich des Schmelzematerials und des Druckaufbaues in den Schmelzeleitungen der Granuliervorrichtung anzupassen. Um andererseits ein möglichst rasches „Auftauen“ der zugefrorenen Schmelzekanäle zu gewährleisten, wenn sich die Parameter so ändern sollten, dass die Wiederinbetriebnahme dieser Schmelzekanäle erforderlich ist, ist die Granulierlochplatte 5 selbst beheizt (siehe Heizelement 14 in Fig. 1). Es ist auch denkbar, die Temperierelemente so zu gestalten, dass sowohl Heiz- als auch Kühlelemente vorhanden sind, um die Auftau- und Zufrierzeiten der Schmelzekanäle zu optimieren.

Um die Temperatur und den Druckaufbau in den Schmelzekanälen möglichst exakt steuern zu können, sind in den ringförmigen Vorsprung 5d, der einen Abschnitt des Schmelzekanals 3 bildet und von der Ringnut 5b umgeben wird, ein Temperaturfühler 16 und ein Druckfühler 17 integriert.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Granulierlochplatte 15 im Längsschnitt dargestellt. Ähnlich wie in der Ausführungsform der Granulierlochplatte von Fig. 2 erstrecken sich auch in der Granulierlochplatte 15 eine Vielzahl von Schmelzekanälen 3 durch die Granulierlochplatte 15 hindurch und münden in einer Austrittsöffnung 15c in einer Stirnseite 15 der Granulierlochplatte 15. In Fig. 3 ist ein Ausschnitt der Granulierlochplatte 15 zu sehen, der einen Schmelzekanal 3 umfasst. Zweckmäßig sind die Schmelzekanäle kreisförmig in der Granulierlochplatte verteilt.

Im Unterschied zur Ausführungsform von Fig. 2 weist die in Fig. 3 dargestellte Granulierlochplatte 15 eine Stufenbohrung 15b auf, in der ein allgemein mit 21 bezeichnetes Temperierelement aufgenommen ist. Dieses Temperierelement 21 definiert selbst einen beträchtlichen Abschnitt des Schmelzekanals 3. Genauer gesagt, umfasst das Temperierelement 21 einen Hülsenkörper 22, dessen Innenwandung den Abschnitt des Schmelzekanals 3 definiert. Der Hülsenkörper 22 hält Temperiermittel 23, die sowohl als Kühlmittel als auch als Heizmittel ausgebildet sein können. Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung sei bei dieser dargestellten Ausführungsform angenommen, dass das Temperierelement 21 ein Heizelement ist und die

Claims

9 AT 505 894 B1 Temperiermittel 23 Heizmittel in Form von um den Hülsenkörper 22 gewickelten Schlauchleitungen zur Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium oder eines um den Hülsenkörper 22 gewickelten elektrischen Widerstandsdrahts sind. Die Betriebsweise der Granuliervorrichtung ist in diesem Fall so, dass die Heizelemente durch Ein/Ausschalten oder Regeln der zugeführten 5 Energie auf einer solchen Temperatur gehalten werden, dass sich im Schmelzekanal eine erwünschte Temperatur einstellt, die entweder über dem Erstarrungspunkt hindurchströmender Schmelze liegt, so dass sicher gestellt ist, dass der Schmelzekanal, insbesondere seine Austrittsöffnung 15c, nicht zufriert, oder die unter dem Erstarrungspunkt hindurchströmender Schmelze liegt, um den Schmelzekanal gezielt zufrieren zu lassen, um die Granuliervorrichtung io auf vorgegebene Parameter, wie Schmelzematerial oder Druckaufbau der Schmelze, einzustellen. Um das Zufrieren des Schmelzekanals zumindest im Bereich seiner Austrittsöffnung 15 zu gewährleisten, muss die Granulierlochplatte 15 an ihrer Stirnfläche 15 solcherart mit Kühlmittel angeströmt werden, dass eine ausreichend niedrige Temperatur in der Granulierlochplatte (zumindest im Bereich der Austrittsöffnung 15c) herrscht. 15 Die erfindungsgemäße Granulierlochplatte 5 oder 15 zeichnet sich durch hohe Haltbarkeit und lange Lebensdauer aus, da sie die Möglichkeit der Wiederaufbereitung durch Schleifen oder Läppen der Stirnfläche 5a oder 15a bietet. Durch ihren einstückigen Aufbau sind auch großzügige Fertigungstoleranzen möglich, was wiederum die Möglichkeit der Fertigung der Granulier-20 lochplatte aus Keramikmaterial bietet, wobei das Keramikmaterial im ungebrannten Zustand und somit kostengünstig bearbeitet werden kann. Die erfindungsgemäße Granulierlochplatte ist besonders vorteilhaft bei der Unterwassergranulierung oder der Wasserringgranulierung ersetzbar. 25 In Fig. 4 ist in einem Blockdiagramm eine Anlage zur Granulierung von thermoplastischen Kunststoffabfällen oder dergleichen dargestellt, die einen Extruder 20 umfasst, der aus ihm zugeführten Kunststoffabfällen eine Kunststoffschmelze erzeugt und diese zu einer Granuliervorrichtung 1 zuführt, die einen Schmelzeverteiler 2 und eine erfindungsgemäße Granulierlochplatte 5 oder 15 umfasst, wie oben bereits ausführlich beschrieben. Die Granulierlochplatte 5 30 oder 15 umfasst eine Vielzahl von Schmelzekanälen 3, die jeweils von einem Temperierelement 11 oder 21 umgeben sind. Die Granuliervorrichtung 1 umfasst weiters eine Mikroprozessorsteuerung 25, die einen Regler 19 und einen Sollwertgeber 18 aufweist. Die Regelgröße des Reglers 19 ist der im Schmelzeverteiler 2 herrschende Schmelzedruck, der durch einen Druckfühler 24 gemessen und dem Regler zugeführt wird. 35 Das Ausgangssignal des Reglers 19 steuert Schalter 26, die beispielsweise als Halbleiter-Relais ausgeführt sein können (in der Zeichnung ist ein Schalter dargestellt). Mit den Schaltern 26 werden die Temperierelemente 11 oder 21 einzeln oder gruppenweise so ein/ausgeschaltet, dass eine bestimmte Teilanzahl der Gesamtanzahl an Schmelzekanälen 3 zufriert und eine 40 weitere Teilanzahl an Schmelzekanälen 3 offen bleibt. Dadurch lässt sich der Soll-Schmelzedruck im Schmelzeverteiler regeln. Neben dem Schmelzedruck kommen auch die Schmelzetemperatur, die Temperatur von Temperierelementen oder die Temperatur der Granulierlochplatte bzw. Kombinationen aus diesen Messgrößen als Regelgröße für den Regler 19 infrage. Weiters kann das selektive Temperieren das Schmelzekanäle auch in Abhängigkeit von dem 45 Schmelzematerial erfolgen. Insbesondere kann dadurch dieselbe Granulierlochplatte für unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Viskositäten verwendet werden. Anstelle eines Schalters 26 kann der Regler 19 auch einen Leistungsverstärker oder eine Pumpe ansteuern, um den zu den Temperierelementen zugeführten elektrischen Strom oder Kühlmedium/Wärme-trägermedium-Strom zu regeln. 50 Patentansprüche: 1. Granulierlochplatte (5, 15) zur Anordnung an einer Vorrichtung (1) zur Granulierung von 55 Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, 10 AT 505 894 B1 mit mehreren als Durchtrittsöffnungen ausgebildeten Schmelzekanälen (3), wobei die Schmelzekanäle (3) einzeln oder gruppenweise zumindest teilweise von Temperierelementen (11, 21) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet dass Temperierelemente (11) als Kühlelemente ausgebildet sind, die vorzugsweise Kühlmittel (13) in Form von Leitungen zur Durchströmung mit Kühlmedium aufweisen.
2. Granulierlochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzekanäle (3) zumindest über 90°, vorzugsweise zumindest über 180°, ihres Umfangs von Temperierelementen (11, 21) umgeben sind.
3. Granulierlochplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Temperierelemente (11, 21) bis nahe an die Austrittsöffnungen (5c, 15c) der Schmelzekanäle erstrecken.
4. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (11, 21) sich über einen Teil der Axiallänge der Schmelzekanäle (3) erstrecken.
5. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (11) in die Schmelzekanäle (3) umgebenden Ringnuten (5b) angeordnet sind.
6. Granulierlochplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (21) in die Schmelzekanäle (3) definierenden Stufenbohrungen (15b) angeordnet sind.
7. Granulierlochplatte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (11, 21) als mit Temperiermitteln (13, 23) versehene Hülsenkörper (12, 22) ausgebildet sind.
8. Granulierlochplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenkörper (12, 22) aus Keramik oder Metall, vorzugsweise Aluminium oder Nickel, ausgebildet sind.
9. Granulierlochplatte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenkörper (12, 22) die Schmelzekanäle (3) teilweise definieren oder fortsetzen.
10. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Keramik, z.B. Sl-Carbid oder Sl-Nitrid, oder in Stahl, gegebenenfalls mit einer Beschichtung aus Hartmetall, ausgeführt ist.
11. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig ausgeführt ist.
12. Granulierlochplatte nach Anspruch 10 oder 11 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien des Hülsenkörpers (12, 22) und der Granulierlochplatte (5, 15) so ausgewählt sind, dass sie einen ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen.
13. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Klemmflansch (5d) zur Befestigung an einem Schmelzeverteiler (2) o. dergl. aufweist.
14. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (21) als, vorzugsweise regelbare, Heizelemente ausgebildet sind.
15. Granulierlochplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (21) Heizmittel (23) in Form einer Widerstandsheizung oder in Form von Leitungen zur Durchströmung mit Wärmeträgermedium aufweisen.
16. Granulierlochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie beheizbar (bei 14) ist.
17. Granulierlochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder nahe den Schmelzekanälen (3) Temperaturfühler (16) vorgesehen sind, oder dass Temperaturfühler in den Temperierelementen integriert sind.
18. Vorrichtung (1) zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, umfassend einen Schmelzeverteiler (2) zur Verteilung einer zugeführten Schmelze (S) des Stoffes mit thermoplastischem Verhalten an mehrere Schmelzekanäle (3), eine an dem Schmelzeverteiler (2) angeordnete Granulierlochplatte (5, 15) mit mehreren als Durchtrittsöffnungen ausgebildeten Schmelzekanälen (3) zur Durchströmung mit der dem Schmelzeverteiler zugeführten Schmelze, und quer über Austrittsöffnungen (5b, 15b) der Schmelzekanäle (3) der Granulierlochplatte bewegbare Messer (8) zum Abschneiden von kleinen Stücken des Schmelzestranges, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulierlochplatte (5, 15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.
19. Granuliervorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (25) zur einzelnen oder gruppenweisen Ansteuerung von Temperierelementen (11, 21) der Granulierlochplatte (5, 15), wobei das Ansteuern das Ein/Ausschalten oder das Beibehalten einer vorgegebenen Temperatur der Temperierelemente umfasst.
20. Granuliervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) einen Regler (19) umfasst, dessen Regelgröße eine oder eine Kombination aus Schmelzedruck, Schmelzetemperatur, Temperatur von Temperierelementen oder Temperatur der Granulierlochplatte ist.
21. Granuliervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel zur Abkühlung der abgeschnittenen Schmelzestücke bis zur Erstarrung vorgesehen sind, wobei die Kühlmittel vorzugsweise einen die Granulierlochplatte (5) anströmenden oder um sie herum laufenden Wasserstrom (W) umfassen.
22. Granuliervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulierlochplatte (5) durch Klemmmittel (4) an dem Schmelzeverteiler (2) befestigt ist.
23. Granuliervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck (p) der Messer (8) gegen die Granulierlochplatte (5) regelbar ist.
24. Verfahren zur Granulierung von Stoffen mit thermoplastischem Verhalten, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, umfassend das Erzeugen einer Schmelze (S) des Stoffes mit thermoplastischem Verhalten, das Zuführen der Schmelze zu einem Schmelzeverteiler (2) zur Verteilung der Schmelze an mehrere in einer Granulierlochplatte (5, 15) ausgebildete Schmelzekanäle (3), und das Abschneiden von Stücken der Schmelze bei ihrem Austritt aus den Schmelzekanälen der Granulierlochplatte, gefolgt vom Abkühlen der abgeschnittenen Schmelzestücke bis zur Erstarrung, das einzelne oder gruppenweise Temperieren der Schmelzekanäle (3) in der Granulierlochplatte (5, 15), um diese selektiv auf jeweilige Temperaturen zu bringen, die oberhalb oder unterhalb der Erstarrungstemperatur der hindurchströmenden Schmelze liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren der Schmelzekanäle das Ein/Ausschalten oder Temperaturregeln von zumindest teilweise den 1 2 AT 505 894 B1 jeweiligen Schmelzekanal (3) umgebenden Kühlelementen (12) umfasst.
25. Granulierverfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Temperieren das Schmelzekanäle in Abhängigkeit von dem Schmelzematerial und/oder dem Schmelzedruck erfolgt.
26. Granulierverfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren der Schmelzekanäle das Ein/Ausschalten oder Temperaturregeln von zumindest teilweise den jeweiligen Schmelzekanal (3) umgebenden Heizelementen (22) umfasst.
27. Granulierverfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch das Beheizen der Granulierlochplatte. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen