-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Granulieren von Kunststoffen, wie sie insbesondere für die Unterwassergranulierung eingesetzt wird. Bei der Unterwassergranulierung wird der Kunststoff durch die Öffnungen einer Loch- bzw. Düsenplatte in eine Wasserkammer extrudiert, wobei eine Messeranordnung mit ein oder mehreren rotierenden Schneidmessern über die Oberfläche der Lochplatte bewegt wird, um mittels der Schneidmesser die aus den Öffnungen der Lochplatte austretenden Kunststoffstränge abzutrennen. Das so unmittelbar hergestellte Granulat wird mittels des durch die Wasserkammer fließenden Wassers abgekühlt und abtransportiert.
-
Da das Messer auf der Lochplatte läuft, weist die Lochplatte auf ihrer Oberfläche üblicherweise eine Verschleißschutzschicht auf. Das Messer ist dabei regelmäßig weicher als die Verschleißschutzschicht und besteht beispielsweise aus durchgehärtetem Stahl. Es schärft sich selbst nach, wenn es ab und zu mit erhöhtem Druck über die Lochplatte rotiert wird. Dennoch muss gelegentlich jedes Messer einzeln maschinell nachgeschliffen werden. Dieses maschinelle Nachschleifen ist zeitaufwendig und dementsprechend kostspielig, weil die Granuliervorrichtung so lange stillsteht.
-
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorschläge zur Herstellung der verschleißfesten Lochplattenoberfläche sowie zur Herstellung verschleißfester Schneidmesser bekannt. So wird in
DD 271917 A1 vorgeschlagen, in die Oberfläche der Schneidmesser Stickstoffionen zu implantieren, wobei jedoch aus Kostengründen nur die Spanfläche der Messer und nicht die Freifläche der Schneide implantiert wird.
-
DE 195 28 183 A1 schlägt vor, die gesamte Spitze der Schneidmesser, einschließlich der Freiflächen, aus einem Hartstoff zu bilden, der in geeigneter Weise auf einen Stahlblock gesintert wird, wobei die Messer in ihrer endgültigen Form anschließend aus dem Stahlblock herausgeteilt werden. Der Hartstoff besteht hier aus Stahl mit eingelagerten Titancarbiden und die Verbindung des Hartstoffs mit dem Stahlblock erfolgt im sogenannten HIP-Verfahren (Heißisostatisches Pressen).
-
In
JP 2003/334790 A wird vorgeschlagen, die Schneidfläche und angrenzend an die Schneidfläche einen wesentlichen Teil der Gleitfläche durch eine Keramik aus TiC, NbC, WC oder CrC herzustellen, wobei entweder ein die Carbide enthaltendes Metallpulver auf einen Metallblock aufgeschweißt oder die Keramik im PTA-Verfahren (Plasma Transfer Arc) auf dem Metallblock aufgebaut wird. Das Schneidmesser wird anschließend wieder in seiner endgültigen Form aus dem Metallblock herausgefräst.
-
In
EP 0 810 059 B1 wird vorgeschlagen, die Hartstoffschicht aus einer Titancarbidlegierung auf einen Metallblock aufzukleben und anschließend die Messer wiederum in ihrer endgültigen Form aus diesem Metallblock herauszuschneiden.
-
JP 2004/330357 A schlägt vor, die Schneidfläche, die Gleitfläche und auch die Freifläche der Schneidmesser mit einer diamantartigen Kohlenstoffbeschichtung zu versehen, die zusammen mit zwei darunter liegenden Metallschichten aus Chrom und/oder Aluminium eine Gesamtschichtdicke von weniger als 5 μm besitzt. Diese Schichten werden vorzugsweise im UBM-Sputterverfahren (UBM = unbalanced magnetron) aufgebracht, können aber auch durch CVD, durch Arc-Ion-Plating oder durch andere Sputterverfahren aufgebracht werden.
-
Bezüglich der Lochplatte wird in
DE 10 2004 019 742 A1 vorgeschlagen, die Verschleißschicht der Lochplatte im PVD-Verfahren (physikalische Gasphasenabscheidung) oder CVD-Verfahren (chemische Gasphasenabscheidung) mit einer Dicke von 2 μm bis 20 μm aufzubringen.
-
Zahlreiche weitere in Frage kommende Oberflächenbehandlungen zur Herstellung der Verschleißschutzschicht der Lochplatte sind in
DE 21 2009 000 038 U1 angegeben, beispielsweise Nitrierhärten, Nitrocarbonieren, Galvanisieren, stromloses Plattieren, stromlose Nickeldispersionsbehandlung, Flammspritzen einschließlich Hochgeschwindigkeitsanwendungen, thermisches Spritzen, Plasmabehandlung, elektrolytische Plasmabehandlung, Sintern, Pulverbeschichten, Vakuumabscheiden, Sputtertechniken, Aufsprühbeschichten und Vakuumhartlöten, um auf diese Weise Metallnitride, Metallcarbide, Metallcarbonnitride und diamantartigen Kohlenstoff einzeln oder kombiniert mit einer Dicke von mindestens 0,025 mm und vorzugsweise 0,5 mm auf die Lochplattenoberfläche aufzubringen.
-
Eine Diamantbeschichtung der Lochplatte wird auch in
DE 20 2007 003 495 U1 vorgeschlagen, wobei die Rauhigkeit der Diamantbeschichtung größer sein soll als die durchschnittliche Rauhigkeit der Schneidmesser, um einen Nachschleifeffekt für die Schneidmesser zu gewährleisten. Die Diamantbeschichtung hat den Zweck, das gesamte Niveau der Härte der verwendeten Komponenten (Schneidmesser und Lochplattenoberfläche) zu erhöhen, so dass die Standzeiten jeweils erhöht sind.
-
In
DE 10 2008 062 519 A1 wird beschrieben, wie die Verschleißschutzschicht im Wege des Laser-Dispergierens erzeugt werden kann, wobei bevorzugt Zirkoniumoxid (ZrO
2) oder eine Hartmetalllegierung (zum Beispiel Cermat) als Partikelpulver auf das Lochplattenbasismaterial aufgebracht und das Lochplattenbasismaterial mittels eines Laserstrahls so erhitzt wird, dass sich Partikel des Partikelpulvers im Bereich der erhitzten Oberfläche einlagern. Es werden Harten im Bereich von 1000 Vickers bis 1500 Vickers erzielt.
-
In
DE 10 2011 008 257 A1 wird vorgeschlagen, die Lochplattenoberfläche mit einer 5 mm bis 10 mm Schicht aus Emaille zu versehen. Die erreichbare Harte liegt zwischen 500 und 700 Vickers.
-
In
AT 505 894 B1 und
WO 03/031132 A1 wird jeweils vorgeschlagen, den gesamten Körper der Lochplatte aus einem einteiligen keramischen Plattenkörper aus Aluminiumoxid, Chromoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Quarz, Porzellan oder anderen temperaturwechselbeständigen keramischen Materialien auszubilden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Granuliervorrichtung insbesondere für die Unterwassergranulierung vorzuschlagen, bei der der Aufwand zum Nachschleifen der Schneidmesser reduziert ist.
-
Diese Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, dass die Schneidmesser einen relativ weichen Grundkörper mit einer Harte im Bereich von 450 HV bis 600 HV (Vickershärte), vorzugsweise 500 HV bis 550 HV und besonders bevorzugt etwa 520 HV, beispielsweise aus gehärtetem Stahl (HSS) besitzen und nur die Spanfläche mit einer dünnen, sehr harten Keramikbeschichtung versehen ist, die eine Härte von mindestens 1500 HV, vorzugsweise 1700 HV bis 1900 HV und besonders bevorzugt etwa 1800 HV, besitzt. Die Dicke der Hartschicht beträgt nicht mehr als 0,3 mm, vorzugsweise nur zwischen 0,1 mm und 0,2 mm oder gegebenenfalls noch darunter, und besonders bevorzugt etwa 0,15 mm.
-
Die Erfindung macht sich einen Effekt zunutze, der in dem vorliegenden Bereich der Technik bisher als unerwünscht angesehen wurde. Denn die Kombination eines weichen Grundkörpers mit einer dünnen, harten Beschichtung, die nur auf der mit dem zu schneidenden Material in Berührung kommenden Spanfläche vorliegt, hat zur Folge, dass im Laufe der Gebrauchsdauer aufgrund von Verschleiß das weiche Material des Grundkörpers im Bereich der Gleitfläche, mit der das Schneidmesser über die Oberfläche der Lochplatte gleitet, nach und nach abschleift. Dadurch bricht dann stückchenweise auch die harte Keramikbeschichtung weg. Aufgrund der geringen Schichtdicke der Keramikbeschichtung sind diese Keramikabplatzungen sehr kleinflächig und umso kleinflächiger, je dünner die Keramikbeschichtung ist. Die auf der Spanfläche verbleibende Keramikbeschichtung besitzt dann wieder eine extrem scharfe Kante an der Ausbruch- bzw. Abplatzstelle. Im Ergebnis schleift sich das Schneidmesser automatisch selbst scharf, ohne dass dazu die Granuliervorrichtung angehalten werden muss. Das Nachschleifen erfolgt somit im laufenden Betrieb. Erst wenn die Schneidmesser vollständig verbraucht sind, müssen sie ersetzt werden.
-
Besonders geeignet sind derartige Schneidmesser zur Verwendung in Granuliervorrichtung für die Herstellung von Kunststoffgranulat aus abrasivem Material, also beispielsweise Kunststoffmaterialien die mit Glas oder anderen Hartstoffkomponenten gefüllt sind. Denn abrasive Materialien bewirken deutlich stärker als ungefüllte Kunststoffe einen Verschleiß des relativ weichen Grundkörpermaterials der Schneidmesser, so dass der Selbstschärfeffekt bei dieser Verwendungsart besonders zur Geltung kommt.
-
Als besonders harte Keramik ist Wolframcarbid bekannt, mit einer Harte von bis zu 2300 HV. Wolframcarbid wird auch als Keramikbeschichtung für die Schneidmesser der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt. Dazu wird die Keramikbeschichtung vorzugsweise auf den Grundkörper der Schneidmesser aufgesintert, entweder unmittelbar auf das metallische Material des Grundkörpers oder unter Zwischenschaltung etwaiger weiterer Schichten, die vorzugsweise im Wege des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens aufgebracht wird, wobei das Material vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von mindestens 4 Mach aufgetragen wird.
-
Als Matrix für das Wolframcarbid wird Kobalt (Co) oder vorzugsweise Nickel (Ni) gewählt. Nickel besitzt eine hohe Korrosionsfestigkeit, so dass eine derartige Beschichtung besonders für den Einsatz in einem Unterwassergranulator geeignet ist.
-
Die Oberfläche der Lochplatte ist noch härter als die Keramikbeschichtung der Schneidmesser, weil die Schneidmesser und nicht die Lochplattenoberfläche verschleißen sollen. Vorzugsweise liegt die Härtedifferenz der Keramikbeschichtung der Schneidmesser im Vergleich zur Oberfläche der Lochplatte zwischen 150 HV und 300 HV, vorzugsweise bei etwa 200 HV. Dementsprechend beträgt die Harte der Lochplattenoberfläche vorzugsweise zwischen 1900 HV und 2100 HV und besonders bevorzugt etwa 2000 HV.
-
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche der Lochplatte mit einer Keramikbeschichtung versehen, die vorzugsweise wieder im Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren aufgespritzt ist. Als geeignet hat sich eine Schichtdicke von nur 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,3 mm, erwiesen. Als Material für die Keramikbeschichtung kommt auch für die Lochplatte Wolframcarbid in Betracht. Vorzugsweise wird das Keramikmaterial mit mindestens 8 Mach, vorzugsweise mindestens 16 Mach, auf die Lochplatte aufgespritzt. Wenn die Keramikbeschichtung der Schneidmesser mit beispielsweise 4 Mach und die Keramikbeschichtung der Lochplatte aus demselben Material mit beispielsweise 8 Mach oder vorzugsweise mit bis zu 16 Mach aufgespritzt wird, ergibt sich ein ausreichender Härteunterschied zwischen den beiden Keramikbeschichtungen auf den Messern einerseits und auf der Lochplatte andererseits.
-
Denn je höher die Geschwindigkeit des aufgespritzten Materials ist, desto höher ist die Härte der erzeugten Keramikbeschichtung.
-
Besonders bevorzugt wird auch für die Keramikbeschichtung der Lochplatte Wolframcarbid mit einer Kobalt- oder vorzugsweise einer Nickelmatrix verwendet.
-
Die eigentliche Lochplatte bzw. der Lochplattenkörper, auf der die Keramikbeschichtung aufgesintert ist, besteht aus einem rostarmen oder vorzugsweise rostfreien Stahl, beispielsweise 1.4122 Stahl (X39CrMo17-1).
-
Alternativ kann die Oberfläche der Lochplatte zum Zwecke des Verschleißschutzes boriert sein. In diesem Falle besteht das Grundmaterial der Lochplatte vorzugsweise aus einem rostarmen Stahl mit einem geringeren Chromanteil von beispielsweise nur 12%, z. B. ein 1.2379 Stahl (X35CrMoV12). Der geringe Chromanteil ermöglicht eine relativ hohe Eindringtiefe des Bors in die Oberfläche der Lochplatte, so dass Schichtdicken von 0,1 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,15 mm, erreichbar sind. Im Gegensatz zu nitrierten Stählen lassen sich durch Borieren gehärtete Stähle mit höheren Vickers-Härten von bis zu 1800 HV erzielen. Bei rostfreien Stählen mit höherem Chromanteil liegt die Eindringtiefe des Bors bei etwa 0,05 mm, was durchaus auch ausreichend sein kann, und bei einfachen Werkzeugstählen bei 0,3 mm, die allerdings für die Unterwassergranulierung eher ungeeignet sind.
-
Schließlich ist es noch vorteilhaft, die Oberfläche der Lochplatte abschließend mittels Polytetrafluorethylen (Teflon® bzw. PTFE) zu versiegeln. Das Teflon dringt nur in die Poren der Lochplatte ein und verhindert ein Anhaften des Kunststoffs an der Lochplatte.
-
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der einzigen Figur beschrieben.
-
1 zeigt von einer Granuliervorrichtung, die eine Unterwassergranuliervorrichtung sein kann, lediglich einen Teil der Lochplatte 1 mit einem Schneidmesser 4. Unterwassergranuliervorrichtungen und deren grundsätzlicher Aufbau mit den zugehörigen Komponenten sind dem Fachmann allgemein geläufig und beispielsweise in dem eingangs genannten Stand der Technik vielfach beschrieben und dargestellt. Das in 1 dargestellte Schneidmesser 4 wird mittels Gewindebohrungen 10 an einer nicht dargestellten Messeranordnung montiert. Die Messeranordnung kann noch zahlreiche weitere derartige Schneidmesser 4 aufweisen.
-
Eine Vielzahl von Öffnungen 3 sind in der Lochplatte 1 konzentrisch zu einer Hauptachse angeordnet, und die Messeranordnung rotiert mit den Schneidmessern 4 derart um diese Hauptachse, dass die Schneidmesser 4 mit ihrer Gleitfläche 7 über die konzentrisch angeordneten Öffnungen 3 hinweg streichen. Die Gleitfläche 7 liegt dabei plan auf der Oberfläche 2 der Lochplatte 1 auf. Dabei wird üblicherweise ein minimaler Anpressdruck auf die Messeranordnung ausgeübt, so dass die Schneidmesser 4 mit ihrer Gleitfläche 7 im Betrieb der Granuliervorrichtung gegen die Oberfläche 2 der Lochplatte 1 gedrückt werden. Aus den Öffnungen 3 austretende Kunststoffstränge werden dann mittels der Spanfläche 6 der Schneidmesser 4 abgetrennt. Die abgetrennten Teile der Kunststoffstränge bilden das Granulat, welches bei der Unterwassergranulierung mittels eines Wasserstroms abtransportiert und gleichzeitig gekühlt wird.
-
Wie 1 zu entnehmen ist, besitzen die Schneidmesser 4 auf der Spanfläche 6, nicht aber auf der Gleitfläche 7, eine Hartschicht 8, die beispielsweise eine aufgespritzte Schicht aus Wolframcarbid oder eine andere aufgespritzte Keramik sein kann. Die Oberfläche 2 der Lochplatte 1 wird durch eine Verschleißschutzschicht 9 gebildet, die entweder wiederum eine aufgespritzte Keramikschicht sein kann oder durch Borieren der Oberfläche der Lochplatte 1 erhalten wird. Andere Aufbringverfahren sind jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen, sofern die notwendigen Härten erzielt werden.
-
Die Keramikbeschichtung 9 der Lochplatte 1 ist um etwa 200 HV härter als die Keramikbeschichtung 8 der Schneidmesser 4, so dass vornehmlich das Schneidmesser 4 und nicht die Lochplatte 1 verschleißt.
-
Die Hartschicht 8 des Schneidmessers 4 ist mit maximal 0,3 mm und vorzugsweise deutlich weniger als 0,3 mm sehr dünn und im Vergleich zu dem Material des Grundkörpers 5 des Schneidmessers 4 deutlich härter. Dies hat zur Folge, dass ein Verschleiß des Grundkörpermaterials 5 im Bereich der Gleitfläche 7, insbesondere bei der Verarbeitung von abrasiven Kunststoffmaterialien, dazu führt, dass die dünne Keramikbeschichtung 8 auf der Spanfläche 6 an der Spitze des Schneidmessers 4 lokal ausbricht bzw. abplatzt und dadurch wieder eine scharfe Kante an der verbleibenden Hartschicht 8 erzeugt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DD 271917 A1 [0003]
- DE 19528183 A1 [0004]
- JP 2003/334790 A [0005]
- EP 0810059 B1 [0006]
- JP 2004/330357 A [0007]
- DE 102004019742 A1 [0008]
- DE 212009000038 U1 [0009]
- DE 202007003495 U1 [0010]
- DE 102008062519 A1 [0011]
- DE 102011008257 A1 [0012]
- AT 505894 B1 [0013]
- WO 03/031132 A1 [0013]
