DE19631182A1 - Vorrichtung zum Granulieren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Granulieren, z. B. für Kunststoffe oder
Lebensmittel, wobei ein Extruder verwendet wird.
Granuliervorrichtungen kommen in vielfältiger Form und für verschiedenste Einsatzzwecke
vor.
Granuliert werden nicht nur schmelzflüssige Stoffe, sondern auch teigige bzw. pastöse Stoffe.
Das Granulieren schmelzflüssiger Stoffe hat bei der Verarbeitung von Kunststoffen besondere
Bedeutung. Beim Extrudieren wird der Einsatzkunststoff regelmäßig in Granulatform
aufgegeben.
Ein anderer Anwendungsbereich ist die Pulverlackherstellung. Notwendiger Bestandteil dieser
Herstellung ist eine Granulierung. Dabei wird thermoplastischer Kunststoff aufgeschmolzen
und mit anderen Stoffen (Zuschlagstoffen) vermischt, die Mischung wird homogenisiert und
anschließend auf Granuliertemperatur abgekühlt. Die Homogenisierung und Kühlung kann mit
besonderen Vorteilen im Extruder erreicht werden.
Ein Anwendungsbereich ist auch die Lebensmittelherstellung.
Bei den vorerwähnten Verfahren wird ein Materialstrang zerkleinert, wobei der Materialstrang
durch schmelzflüssige oder feuchte bzw. teigige oder pastöse Stoffe gebildet wird.
Die Erfindung betrifft aber auch die Extrusion trockenen Materiales zu einem trockenen
Materialstrang, so daß die Granulierung dieses Stranges eine Form der Pellettierung oder
dergleichen bildet.
Extruder kommen als Einschnecken-, Zweischnecken und Planetwalzenextruder vor.
Beim Einschneckenextruder rotiert in dem Extrudergehäuse eine einzige Schnecken die beim
Kunststoff das Aufschmelzen, Homogenisieren und Abkühlen durchführt. Dabei werden diese
Arbeiten nicht allein durch die Schneckendrehung, sondern auch durch eine Kühlung und/oder
Beheizung des Extrudergehäuses geleistet.
Beim Zweischnecken- oder Doppelschneckenextruder drehen sich im Extrudergehäuse zwei
parallel zueinander angeordnete Schnecken, die außerdem miteinander kämmen.
Der Planetwalzenextruder besitzt eine rotierende Zentralspindel und mehrere um die
Zentralspindel umlaufende Planetspindeln. Die Planetspindeln kämmen mit der Zentralspindel.
Zugleich kämmen die Planetspindeln mit dem dazu innenverzahnten Extrudergehäuse. Die
angesprochene Innenverzahnung des Extrudergehäuses umfaßt auch den Einsatz einer
innenverzahnten und in das Gehäuse eingesetzten Buchse abstelle einer unmittelbaren
Innenverzahnung des Gehäuses.
Die Granulierung ist in herkömmlichen Einrichtungen immer eine dem Extruder
nachgeschaltete Vorrichtung. Die aus dem Extruder austretenden Materialstränge werden in
regelmäßigen Abständen mit Hilfe bewegter Messer zerkleinert. Es gibt rotierende und hin- und
hergehend bewegte Messer. Bei schmelzflüssigem bzw. ähnlichem Zustand findet zugleich
eine Kühlung der Granulatkörner/Partikel statt.
Nach einem anderen Verfahrensvorschlag wird Kunststoffschmelze zwischen Förderwalzen
gegeben, die die Aufgabe haben, Zuschlagstoffe in die Schmelze einzuarbeiten. Besonderen
Erfolg hat diese Verfahrensweise bei der Einarbeitung von Fasern.
Die Walzen fördern die Schmelze zu einer nachgeschalteten Granuliervorrichtung mit einer
Lochtrommel, die mit einer Walze einen Walzenspalt bildet. Die in den Walzenspalt gelangende
Schmelze wird durch die Öffnungen der Lochtrommel in den Innenraum der Lochtrommel
gedrückt. Dort schabt ein Messer die eintretenden Kunststoffstränge von der Innenwand der
Lochtrommel ab, so daß in regelmäßigen Abständen eine Zerkleinerung des
Kunststoffmateriales stattfindet.
Die bekannten Granuliereinrichtungen haben sich weitgehend bewährt. Gleichwohl hat sich die
Erfindung die Aufgabe gestellt, die Granuliereinrichtung zu verbessern.
Nach Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Granuliereinrichtung als ein
Planetwalzenteil ausgebildet ist, das in Förderrichtung der Planetspindeln ganz oder teilweise
verschlossen ist und im Gehäuse bzw. innenverzahnten Buchse Löcher besitzt die bis zur
Gehäuseaußenseite führen, an der eine Trenneinrichtung zur Zerkleinerung der austretenden
dünnen Kunststoffstränge entlang bewegt wird. Vorzugsweise gehen die Löcher vom
Zahngrund aus.
Die Trenneinrichtung kann ein Messer, ein Wasserstrahl, ein Luftstrahl, eine Faden oder Draht
sein.
Das Wasser bzw. die Luft kann zusätzlich oder alternativ auch eine Transportfunktion
und/oder die Aufgabe haben, die Schneidflächen der Trenneinrichtung frei zu machen. Das
heißt, wahlweise werden mit dem Wasser oder der Luft die Schneidflächen frei geblasen oder
frei geschwemmt und die Granulatkörner/Partikel einer Sammeleinrichtung, z. B. einem Silo,
zugeführt.
Die Trenneinrichtung kann auf einer umlaufenden Gabel oder Hülse oder Glocke oder einem
umlaufenden Balken gehalten sein. Es ist günstig, die umlaufende Trenneinrichtung mit einem
Gegengewicht zu kombinieren. Dadurch ist ein besserer Rundlauf gegeben.
Von Vorteil ist auch eine Anstellung der Trenneinrichtung. Dadurch kann die Zerkleinerung
optimiert werden. Einige Materialien werden dicht an der Gehäuseaußenfläche andere weniger
dicht an der Gehäuseaußenfläche abgetrennt.
Für Trenneinrichtungen wie Messer kann ein unmittelbares nachgiebiges Gleiten auf dem
Gehäusemantel wünschenswert sein. Die Nachgiebigkeit kann mit einer federnden Anordnung
der Trenneinrichtung verwirklicht werden. Dazu eignet sich z. B. eine in einem Gewindeteil
angeordnete Feder.
Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwischen zwei Zähnen der Innenverzahnung eine Reihe von
Löchern vorgesehen und deren Anzahl 5 bis 1000. Als Öffnungsweite für die
erfindungsgemäßen Löcher kann das gleiche Maß wie bei herkömmlichen Lochplatten gewählt
werden. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser 0,2 bis 5 mm.
Infolge des spiralförmigen Verlaufes der Zähne auf den Planetspindeln und in der
korrespondierenden Innenverzahnung verläuft auch die Lochreihe spiralförmig.
Je nach Materialkonsistenz werden mehr oder weniger Löcher oder mehr oder weniger
Planetspindeln eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Granuliervorrichtung hat gegenüber den anderen
Granuliervorrichtungen den großen Vorteil, daß das zur Granulierung bestimmte Material,
insbesondere die Schmelze, durch die umlaufenden Planentspindeln in die Löcher eingepreßt
wird. Der Preßvorgang erreicht jedes Loch gleichermaßen, während die Löcher herkömmlicher
Lochplatten unterschiedlich beaufschlagt werden. Das resultiert aus den unterschiedlichen
Strömungsverhältnissen vor der Lochplatte.
Bei der erfindungsgemäßen Granuliervorrichtung kann keine Schichtenbildung entstehen.
Ablagerungen sind weitgehend ausgeschlossen. Es ist auch keine Schollenbildung bei der
Verarbeitung von Duroplasten zu befürchten.
Die erfindungsgemäße Granulierung kann mit verschiedensten Extrudern kombiniert werden,
sowohl mit Einschnecken- als auch Planetwalzenextrudern.
Die entstehenden Granulate/Partikel können über eine Luftdusche in eine Sammelkammer bzw.
in die Granulatkühlanlage transportiert werden. Alternativ zur Luftdusche kommt ein
Naßabschlag in Betracht. Beim Naßabschlag wird der ganze Kopf der Granulieranlage mit
Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit besprüht. Die Granulieranlage kann auch
eingetaucht angeordnet werden. Das Granulat wird durch die Flüssigkeitsströmung in Richtung
Zentrifuge und Trockner transportiert.
Die erfindungsgemäße Granuliervorrichtung eignet sich für alle im Extruder verarbeitbare
Kunststoffe. Dazu gehören Polyolefine, PVC, Polytryrol und Styrolcopolymerisate, Polyamide,
Polyester, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Polyacetate,
Celluloseacetate, Polyurethan, Polymethyl-Methacrylat, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid,
Polysulfon, Duroplaste(z. B. Phenoplaste, Aminoplaste, ungesättigte Polyester, Epoxidharze),
auch Elastomere.
Für die Granulierung von Kunststoffen oder dergleichen Vorgänge ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung temperiert. Die Vorrichtung wird je nach Anforderung ganz oder teilweise gekühlt
oder erwärmt. Die Bereiche der Kühlung oder Erwärmung ergeben sich in Abhängigkeit von
der jeweils gewünschten Granulierungstemperatur und dem Wärmeüberschuß im Material
bzw. dem Wärmebedarf des zur Granulierung bestimmten Materiales. Zumeist ergibt sich ein
Wärmeüberschuß, wenn die erfindungsgemäße Granuliereinrichtung mit einem Extruder
verbunden ist und durch die erfindungsgemäße Granuliereinrichtung weitere Wärme in Form
von Verformungsarbeit in das zur Granulierung bestimmte Material eingetragen wird. Die
überschüssige Wärme wird durch Kühlung entfernt.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Anlage mit Extruder und Granuliereinrichtung,
Fig. 2 die Granuliereinrichtung in einer vergrößerten Einzelansicht und
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Granuliereinrichtung.
Fig. 4 und 5 eine weitere Granuliereinrichtung.
Nach Fig. 1 besteht der Extruder aus zwei Extruderschüssen 11 und 12. Beide
Extruderschüsse 11 und 12 sind als Planetwalzenextruder ausgebildet. Zum Extruder gehört
noch ein nicht dargestellter Materialeinzug.
Im Betriebsfall wird Kunststoffgranulat, hier für Pulverlack, mit gewünschten Zuschlägen von
dem Materialeinzug in den Abschnitt 12 eingespeist und dort plastifiziert und homogenisiert.
Zugleich findet eine Dispergierung der Zuschläge statt.
Im Abschnitt 11 wird die Schmelze auf Granulierungstemperatur abgekühlt.
Die verschiedenen Planetwalzenextruderschüsse besitzen eine gemeinsame Zentralspindel 21,
separate Planetspindeln 114 und 123 und separate innenverzähnte Gehäusebuchsen. Die
Gehäusebuchsen sind in die Gehäuse der Extruderabschnitte eingesetzt und ermöglichen eine
vorteilhatte Ausbildung von Kanälen 115 bzw. 125 mit denen je nach Bedarf eine Kühlung
und/oder Heizung vorgenommen werden kann.
Die Planetwalzenspindeln 123 laufen gegen einen Anlaufring 122. Sie gleiten mit ihren
Stirnflächen an dem Anlaufring 122 entlang. Der Anlaufring umgibt die Zentralspindel 21 in
einem für den Schmelzedurchtritt ausreichenden Abstand.
Die Extruderabschnitte 11 und 12 sind an Flanschen 111 und 121 miteinander verbunden. Die
Verbindung ist eine Schraubverbindung.
Die Planetwalzenspindeln 114 laufen wie die Planetspindeln 123 gegen einen Anlaufring 113.
Der Extruderabschnitt 11 arbeitet in eine Granullereinrichtung 1, die mit einem Flansch 10 an
dem Flansch 112 des Extruderabschnittes 11 verschraubt ist. Die Bauart kann auch wie folgt
beschrieben werden: dem aus den Abschnitten 11 und 12 bestehenden Extruder ist eine
Granuliereinrichtung 1 nachgeschaltet.
Die Granuliereinrichtung 1 ist gleichfalls als Planetwalzenextruder ausgebildet. Zur
Granuliereinrichtung 1 gehören Planetwalzenspindeln 2, ein Gehäuse 8 und eine Zentralspindel.
Hier ist eine gemeinsame Zentralspindel mit dem vorgeschalteten Extruder vorgesehen. Das
hat erhebliche bauliche Vorteile hinsichtlich des Antriebes und der Kühlung/Beheizung der
Zentralspindel.
Die Verzahnung und das Zusammenwirken der Zentralspindel 21 mit den Planetwalzenspindeln
2 und dem Gehäuse 8 sind der Schnittdarstellung nach Fig. 3 zu entnehmen. Darin ist zugleich
dargestellt, daß zwischen den Zähnen der Innenverzahnung des Gehäuses 8 Löcher 3
vorgesehen sind, durch die die von dem Extruder angeförderte und in die Granuliereinrichtung
gedrückte Schmelze von den umlaufenden Planeten hindurchgepreßt wird. Aufgrund der
besonderen Preßwirkung kann mit verhältnismäßig geringem Druck in der Granuliereinrichtung
gefahren werden.
An der dem Extruder abgewandten Seite der Granuliereinrichtung 1 wird der die
Granuliereinrichtung bildende Planetwalzenextruderteil mittels einer Anlaufscheibe 9
verschlossen. Die Anlaufscheibe entspricht hinsichtlich der Planetwalzenspindeln 2 in ihrer
Funktion den Anlaufringen 113 und 122. Zusätzlich hat die Anlaufscheibe die Aufgabe, das
Gehäuse 8 zu verschließen.
Außen auf dem Gehäuse 8 laufen zwei in einer Gabel 7 gehaltene Messer 4 um. Die Gabel wird
mittels eines Motors 6 getrieben. Die Messer 4 schneiden die aus den Löchern 3 austretenden
Schmelzestränge ab. Die Länge der dadurch anfallenden Partikel wird durch die Drehzahl der
Gabel 7 und die Austrittsgeschwindigkeit der Schmelze bestimmt. Der Motor 6 ist in nicht
dargestellter Weise an einem Widerlager befestigt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Granuliereinrichtung, welche das
gleiche Planetwalzenteil und gleiche Löcher wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3
besitzt.
In der Ansicht nach Fig. 5 ist die Granuliereinrichtung an einen rechts stehenden
Planetwalzenextruder angeflanscht und mit einer Haube 201 umschlossen. Die Haube 201
verhindert eine Verstreuung der anfallenden Partikel in der Umgebung. Die Partikel fallen unter
der Haube 201 nach unten in eine geeignete Auffang- und Fördereinrichtung, welche die
Partikel einem Silo zuführt.
Die Granuliereinrichtung ist mit einem Fuß 202 aufgeständert. Der Fuß 202 gehört zu einem
Maschinenrahmenteil, an dem auch ein Motor 208 befestigt ist. Der Motor 208 besitzt eine
Riemenscheibe 212, die sich mit einer weiteren Riemenscheibe 224 und einem Riemen 214 zu
einem Riemengetriebe ergänzt. Das Riemengetriebe überträgt die Drehbewegung des Motors
208 auf einen Ring 222. Der 222 ist mittels Kugellagern 219 auf einem Flansch 217 der
Granuliereinrichtung drehbeweglich gelagert und mit der Riemenscheibe 224 fest verbunden.
Der Ring 222 trägt einen Messerbalken, zu dem ein Messer 247 mit einem Abstreifer 252
gehört. Das Messer 247 und der Abstreifer 252 sind verstellbar. Die Verstellung erfolgt mittels
Schrauben 249 und 250.
Das Messer 247, der Abstreifer 252 und die Schrauben 249 und 250 sind gemeinsam in einem
Schwenkhebel 240 gehalten, der seinerseits in dem Ring 222 schwenkbeweglich gelagert ist
und sich mit einer Stell- und Federschraube 243 an einem Zapfen 238 nachgiebig abstützt.
Durch Veränderung der Schraubenstellung wird die Federbelastung des Schwenkhebels 240
verändert. Das ändert auch die Anpreßkraft des Messers 247 an dem Gehäusemantel der als
Planetwalzenextruder ausgebildeten Granuliereinrichtung. Die Verstell- und Federschraube ist
mehrteilig ausgebildet und mit einem außenseitigen Gewinde für die Schraubenfunktion sowie
innen mit einer Feder für die Nachgiebigkeit versehen.
Der Ring 222 trägt außerdem eine Luftdüse 236. Die Luftdüse 236 wird durch ein Rohr mit
einer Anzahl gleichmäßig auf der Länge verteilter Austrittsöffnungen gebildet. Die
Austrittsöffnungen sind gegen die Spitze des Messers 247 gerichtet. Die Luft hat zwei
Aufgaben. Sie kühlt die entstehenden Partikel und bläst das Messer frei, so daß dort keine
Partikel verkleben und sich kein Materialknet aufbaut.
Die Luft wird dem Ring 222 über einen äußeren Ring 228 zugeleitet, in dem der Ring 222
gleitet. Die Fuge zwischen beiden Ringen 222 und 228 ist mit Dichtmitteln 230 abgedichtet.
Zu dem Ring 228 führt eine Luftzuleitung, die in eine Bohrung 229 mündet. Aus der Bohrung
229 strömt die Luft in eine Ringnut 203 des Ringes 222, von der aus das Rohr der Luftdüse
236 beginnt.
Claims (20)
1. Granuliereinrichtung für verschiedene Stoffe, z. B. für Kunststoffe oder Lebensmittel, mit der
unter Verwendung eines Extruders dünne Materialstränge erzeugt und mit einem Messer
zerkleinert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Granuliereinrichtung durch einen
Planetwalzenextruderteil (1) gebildet wird, wobei die Stoffe von den Planetwalzenspindeln (2)
durch Löcher (3) im Gehäuseumfang gewalzt und an der Gehäuseaußenfläche zerkleinert
werden.
2. Granuliereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (3) im
Zahngrund der Innenverzahnung des Gehäuses (8) angeordnet sind.
3. Granuliereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der
Löcher (3) zwischen 5 und 1000 je Lochreihe beträgt.
4. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Durchmesser der Löcher 0,2 bis 5 mm beträgt.
5. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Planetspindeln (2) gegen eine Anlaufscheibe (9) laufen, die das Gehäuse (8) verschließt.
6. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf
dem Gehäusemantel mindestens eine Trenneinrichtung umläuft, das in einer Gabel (7) oder
einer Hülse oder einer Glocke oder an einem Balken gehalten ist.
7. Granuliereinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Gegengewicht.
8. Granuliereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Anstellung der
Trenneinrichtung.
9. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trenneinrichtung federnd gelagert ist.
10. Granuliereinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Gewindestück mit einer
innen liegenden Feder.
11. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trenneinrichtung als Messer und/oder Wasserstrahl und/oder Luftstrahl und/oder Faden oder
Draht ausgebildet ist.
12. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die
Kombination der Granullereinrichtung (1) mit einem Extruder zum Abkühlen der Schmelze auf
Granuliertemperatur und/oder zum Homogenisieren und Dispergieren und/oder zum
Aufschmelzen des Kunststoffes.
13. Granuliereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralspindel
(21) der Granuliereinrichtung zugleich eine Extruderspindel ist.
14. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Planetwalzenextruder zumindest teilweise temperiert ist.
15. Granuliereinrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Temperierung des
Anlaufringes und/oder des Anschlußflansches.
16. Granuliereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein
Abstreifer vorgesehen ist.
17. Granuliereinrichtung nach Anspruch 8 oder 16, gekennzeichnet durch eine
Schraubenverstellung für Messer (247) und/oder Abstreifer (252).
18. Granuliereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine
schwenkbewegliche Lagerung der Trenneinrichtung.
19. Granuliereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen
vorgeschalteten Extruder.
20. Granuliereinrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit dem
vorgeschalteten Extruder gemeinsame Zentralspindel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19631182A DE19631182A1 (de) | 1996-01-12 | 1996-08-02 | Vorrichtung zum Granulieren |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19600898 | 1996-01-12 | ||
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