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Die Erfindung betrifft einen Unterwassergranulator
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Unterwassergranulatoren zeichnen
sich dadurch aus, daß ein
zu granulierender Kunststoff durch eine Lochplatte in eine Wasserkammer
extrudiert wird. Die aus den Löchern
der Lochplatte austretenden Kunststoffstränge werden mittels einem vor
der Lochplatte rotierenden Messerkopf abgeschert. Das dadurch entstehende
Granulat kühlt
in dem durch die Wasserkammer hindurchströmenden Wasser unmittelbar ab
und wird mit der Strömung aus
der Kammer herausgeführt.
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Für
die Qualität
des erzeugten Granulats ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Lage
der Messerschneidebene des rotierenden Messerkopfs zur Stirnseite
der Lochplatte definiert ist und auch über einen längeren Funktionszeitraum beibehalten werden
kann. Je nach dem zu granulierenden Kunststoffmaterial wird die
Messerschneidebene in einem definierten Abstand vor der Lochplatte
gehalten oder gegebenenfalls auch bis an die Lochplatte herangefahren,
wobei der Druck, mit dem der Messerkopf in Richtung zur Lochplatte
gedrückt
wird, bei moderneren Anlagen einstellbar ist.
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Die Verschieblichkeit des Messerkopfs
relativ zur Lochplatte kann beispielsweise mittels einer zweiteiligen
Antriebswelle realisiert werden, wobei der erste Teil der Antriebswelle
ortsfest ist und von einem außerhalb
der Wasserkammer angeordneten Antriebsmotor angetrieben wird. Der
zweite Teil der Antriebswelle trägt
den Messerkopf. Er ist einerseits relativ zum ersten Teil der Antriebswelle längsverschieblich
montiert und andererseits mit dem ersten Teil der Antriebswelle
drehfest verbunden.
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In der
DE 196 47 396 C2 wird eine
derartige Messerkopfhalterung beschrieben, bei der die beiden Teile
der Antriebswelle über
ineinandergreifende Längsnuten
drehfest und gleichzeitig längsverschieblich
miteinander verbunden sind. Der stationäre, erste Teil der Antriebswelle
ist hohlgebohrt und weist eine Kolbenkammer auf, in welcher ein
mit seiner Kolbenstange auf den verschieblichen, zweiten Teil der
Antriebswelle wirkender Kolben gelagert ist. Der Kolben wirkt über eine
zwischengeschaltete Feder auf den zweiten Teil der Antriebswelle
ein. Mittels einem Pneumatikfluid wird der Kolben innerhalb der Kolbenkammer
verlagert, um die Feder mehr oder weniger zusammenzudrücken. Die
Federkraft, mit der der Messerkopf gegen die Lochplatte gedrückt wird,
läßt sich
somit über
den Pneumatikdruck einstellen. Die Länge des Verschiebewegs des
Messerkopfs ist jedoch nicht kontrollierbar, da der Messerkopf bei
diesem Stand der Technik grundsätzlich
an der Lochplatte anliegt.
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Die
DE 201 17 461 U1 beschreibt eine Messerkopfhalterung,
bei der sowohl die Kraft, mit der der Messerkopf in Richtung zur
Lochplatte gedrängt
wird, als auch die konkrete Position, die der Messerkopf relativ
zur Stirnseite der Lochplatte einnimmt, einstellbar sind. In diesem
Falle sitzt der den Messerkopf tragende Teil der Antriebswelle längsverschieblich
auf einem Wellenzapfen des zweiten Teils der Antriebswelle auf.
Die drehfeste und dennoch längsverschiebliche
Kopplung der beiden Antriebswellenteile erfolgt über einen die Antriebswelle
umschließenden,
metallischen Faltenbalg, der mit beiden Teilen der Antriebswelle
fest verbunden ist. Wiederum ist der aus der Wasserkammer herausführende erste Teil
der Antriebswelle hohlgebohrt. Ein Hydraulikfluid wird durch diese
Bohrung in den Faltenbalg geleitet, um diesen zu spreizen und dadurch
den den Messerkopf tragenden zweiten Teil der Antriebswelle auf dem
Wellenzapfen des ersten Teils der Antriebswelle in Richtung zur
Lochplatte zu verschieben. Der metallische Faltenbalg hat einerseits
dieselbe Vorschubfunktion wie der in Bezug auf die
DE 196 47 396 C2 beschriebene
Kolben. Er wirkt aber darüber
hinaus auch als rückstellendes
Federelement, so daß über das
sich einstellende Kräftegleichgewicht
zwischen hydraulischer Vorschubkraft und Federrückstellkraft eine exakte axiale
Positionierung des Messerkopfs relativ zur Lochplatte einstellbar
ist. Die konkrete Position des Messerkopfs läßt sich anhand einer von dem
ersten Teil der Antriebswelle durch die Durchgangsbohrung des zweiten
Teils der Antriebswelle aus der Wasserkammer herausgeführten Meßstange ablesen.
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Die axiale Positionierung des Messerträgers relativ
zur Lochplatte sowie die Einstellung des Drucks der Messer in Richtung
zur Lochplatte ist relativ aufwendig und nicht sehr exakt, insbesondere nicht
ohne weiteres automatisierbar.
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Auch aus der DE-05 18 11 493 ist
ein Unterwassergranulator bekannt, bei dem das Drehmoment von dem
ersten Teil der Antriebswelle auf den den Messerkopf tragenden zweiten
Teil der Antriebswelle mittels einem Faltenbalg übertragen wird. Allerdings wird
der Faltenbalg nicht aktiv gespreizt, um den Messerkopf gegen die
Lochplatte zu drücken.
Vielmehr wird der Messerkopf durch die Federwirkung des Faltenbalgs
ständig
gegen die Lochplatte gedrückt.
Der Faltenbalg ermöglicht
aber eine passive axiale Verlagerung des Messerkopfs aufgrund thermischer
Ausdehnungen im Betrieb des Granulators. Die eigentlich wesentliche
Funktion des Faltenbalgs liegt bei der Lehre der
DE-OS 18 11 493 in der Fähigkeit,
angulare Lageänderungen
des Messerkopfes zu absorbieren. Der Messerkopf ist zu diesem Zweck über ein
sphärisches
Lager mit dem ersten Teil der Antriebswelle gekoppelt, so dass die
Schneidebene des Messerkopfs relativ zur Antriebsachse in jeder angularen
Richtung verlagerbar ist, wodurch Parallelitätsschwankungen zur Lochplatte
ausgeglichen werden können.
Diese angularen Schwankungen absorbiert der drehmomentübertragende
Faltenbalg.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Unterwassergranulator vorzuschlagen, mit dem die axiale
Verlagerung des Messerträgers
relativ zur Lochplatte sowie die Einstellung des Drucks der Messer
in Richtung zur Lochplatte in einfacher Weise möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Unterwassergranulator
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Demnach ist ein elektromechanischer
Stellantrieb zur Axialverschiebung des Messerkopfs relativ zur Antriebswelle
vorgesehen. Mittels einem elektromechanischen Stellantrieb ist die
Verlagerung des Messerträgers
relativ zur Lochplatte in einfacher Weise möglich.
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Die Einstellung der Kraft, mit der
der Messerkopf in Richtung zur Lochplatte gedrückt wird, läßt sich in einfacher Weise
einstellen, nämlich über die Spannung,
mit der der elektromechanische Stellantrieb betrieben wird. Durch
den Einsatz eines elektromechanischen Stellantriebs anstelle herkömmlicher hydraulischer
oder pneumatischer Stellantriebe wird auch die Automatisierung des
Systems erleichtert, da lediglich elektronische Komponenten vorliegen,
die ohne größeren Aufwand
in einen elektronischen Regelkreis integrierbar sind. Schließlich ist
ein allgemeiner Vorteil darin zu sehen, daß durch den Wegfall des Einsatzes
von Hydraulik- oder Pneumatikfluid etwaige Leckageprobleme des Systems
zumindest reduzierbar sind.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht als elektromechanischen Stellantrieb eine Erregerspule
zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes und in dem elektromagnetischen
Feld einen Spulenanker vor, so daß Spule und Spulenanker durch
Anlegen einer Spannung an die Spule relativ zueinander verschieblich
sind. Der bewegliche Teil dieses Stellantriebs, vorzugsweise der
Anker, wirkt dann direkt oder indirekt als kraftübertragendes Element auf den
den Messerkopf tragenden Teil der Antriebswelle zur Verschiebung
desselben in Axialrichtung relativ zum ersten, feststehenden Teil
der Antriebswelle.
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Die Auslenkung des Stellantriebs
bzw. der relative Verschiebeweg der beiden Teile der Antriebswelle
wird vorzugsweise über
einen Wegaufnehmer, insbesondere elektrischen Wegaufnehmer, ermittelt. Anhand
des mittels dem Wegaufnehmer erfaßten Verschiebewegs, den der
Messerkopf aus einer definierten Ausgangsposition zurücklegt,
bis er an der Stirnseite der Lochplatte anliegt, läßt sich
der Verschleiß der
Messer und die Notwendigkeit ihres Auswechselns ableiten. Andererseits
läßt sich
anhand der Kraft, die zum Granulieren über den elektromechanischen
Stellantrieb aufgebracht wird, der Schärfezustand der Messer ableiten.
Denn je stumpfer die Messer sind, desto mehr Kraft muß auf den
Messerkopf ausgeübt
werden, um diesen gegen die Kraft der aus der Lochplatte austretenden
Kunststoffstränge an
die Stirnseite der Kunststoffstränge
anzudrücken.
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Die bisher beschriebene Vorrichtung
eignet sich daher besonders für
solche Unterwassergranulierer, bei denen die rotierenden Messer
gegen die Lochplatte gedrückt
werden. Für
solche Anwendungsfälle,
bei denen ein definierter Abstand zwischen der Messerschneidebene
und der Stirnseite der Lochplatte einzustellen ist, sieht eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung eine Rückstelleinrichtung
mit definierter Rückstellkraft
vor, gegen die der elektromechanische Stellantrieb wirkt, wenn der Messerträger in Richtung
zur Lochplatte axial verschoben wird. Der von dem Stellantrieb erzeugten Kraft
in Richtung zur Lochplatte steht dann eine entsprechend große Rückstellkraft
der Rückstelleinrichtung
entgegen. Handelt es sich bei der Rückstelleinrichtung beispielsweise
um ein oder mehrere Federelemente mit definierter Federkennlinie,
so läßt sich aus
dieser Rückstellkraft
der Federweg ableiten, welcher dem Verschiebeweg entspricht. Im
Endeffekt läßt sich
auf diese Weise ein definierter Verschiebeweg des Messerkopfs und
demzufolge eine definierte Lage des Messerkopfs relativ zur Lochplatte
allein durch Anlegen einer definierten Spannung an den elektromechanischen
Stellantrieb erzielen.
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Erfindungsgemäß können ein oder mehrere elektromechanische
Stellantriebe vorgesehen sein. Gemäß einer ersten Ausführungsform
ist zumindest ein elektromagnetischer Stellantrieb koaxial zur Antriebswelle
angeordnet, indem beispielsweise die Spule fest mit dem ortsfesten,
ersten Teil der Antriebswelle verbunden ist und der Messerträger auf der
Spule axial verschieblich gelagert ist.
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Die axiale Verlagerung erfolgt dann
mittels dem in der Spule verschieblichen Anker je nach angelegter
Spannung entgegen der Rückstellkraft
der Rückstellfeder.
In diesem Fall ist die Antriebswelle vorzugsweise hohlgebohrt, um
Kabel zu dem Stellantrieb und zu einem elektronischen Wegaufnehmer zur
Positionserfassung des Ankers in der Spule aus der Wasserkammer
herauszuführen.
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Der koaxial zur Antriebswelle angeordnete elektromagnetische
Stellantrieb kann aber auch am außerhalb der Wasserkammer gelegenen
Ende des ortsfesten, ersten Teils der Antriebswelle liegen. Der zweite,
den Messerkopf tragende Teil der Antriebswelle ist dann auf einem
Absatz des ersten Teils der Antriebswelle axial verschieblich gelagert,
und der Anker wird durch den hohlgebohrten ersten Teil der Antriebswelle
hindurch bis gegen den den Messerkopf tragenden zweiten Teil der
Antriebswelle geführt,
um diesen je nach angelegter Spannung entgegen der rückstellenden
Kraft der Federelemente in Richtung zur Lochplatte zu drücken.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung sind mindestens zwei elektromechanische Stellantriebe
außerhalb
der Wasserkammer im Abstand zur Drehachse der Antriebswelle montiert. Kraftübertragungsstangen
führen
von den Stellantrieben in die Wasserkammer hinein und wirken mittelbar
oder unmittelbar in Axialverschieberichtung auf den Messerträger. Diese
Ausführungsvariante
bietet den besonderen Vorteil, Abweichungen von der Parallelität der Messerschneidebene
zur Stirnseite der Lochplatte durch individuelles Ansteuern der
einzelnen Stellantriebe auszugleichen. Dazu dient eine elektronische
Steuerung, mittels der die von in den Stellantrieben integrierten
Wegsensoren gelieferten Wegsignale durch Differenzbildung ausgewertet
werden und eine festgestellte Differenz, die eine Schieflage der
Messerschneidebene anzeigt, über
gezielte Verstellung einzelner Stellantriebe gegen null zurückgeführt wird.
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Die Drehmomentübertragung zwischen den beiden
Teilen der Antriebswelle kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Gemäß einer
ersten Variante greift eine fest mit einem Antriebswellenteil verbundene
und koaxial dazu angeordnete Hülse mittels fingerartiger
Fortsätze
in Ausnehmungen einer fest mit dem anderen Antriebswellenteil verbundenen Lochscheibe
ein. Dies gestattet eine Axialverlagerung der beiden Wellenteile
relativ zueinander bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung, wobei sich lediglich
die axiale Lage der fingerartigen Fortsätze innerhalb der Ausnehmungen
der Lochscheibe verändert.
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Gemäß einer zweiten Variante wird
das Drehmoment mittels eines Faltenbalgs übertragen. Der Faltenbalg kann
gleichzeitig dazu dienen, axiale Relativverschiebungen der beiden
Antriebswellenteile auszugleichen, indem er entweder ein passives Ausgleichselement
bildet, wie in
DE-OS 18 11 493 beschrieben,
oder ein aktives Verstellelement nach Art eines Hydraulikkolbens,
wie in
DE 196 47 396
C2 und
DE
201 17 461 U1 beschrieben.
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Alternativ kann bei dieser zweiten
Variante der Faltenbalg über
einen Zapfen mit einer der beiden Wellenteile drehfest gekoppelt
sein, wobei der Zapfen in einer Nut des entsprechenden Wellenteils axial
verschieblich ist. Eine axiale Verlagerung der beiden Antriebswellenteile
relativ zueinander führt dann
nicht zu einer Spreizung oder Komprimierung des Faltenbalgs sondern
lediglich zu einer Verschiebung des Zapfens in der zugehörigen Nut.
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Die Verwendung eines Faltenbalgs
gestattet es insbesonders, zusätzlich
zur axialen Verlagerungen auch Parallelitätsabweichungen zwischen der Schneidebene
des Messerkopfs und der Lochplattenoberfläche auszugleichen. Insbesondere
kann eine Kombination des Faltenbalgs mit einem sphärischen
Lager, wie in der
DE-OS 18 11
493 beschrieben, insbesondere mit einem Penderrollenlager
realisiert werden. Der Faltenbalg schließt dann den Lagerbereich hermetisch
ab, so dass dieser vorteilhaft mit einer Dauerschmierung. praktisch
wartungsfrei ist.
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Als Rückstellfedern kommen nahezu
alle Federelemente in Betracht, insbesondere ein oder mehrere Schraubenfedern.
Bei der Verwendung eines Faltenbalgs kann auch dieser die Funktion
der Rückstellfeder übernehmen,
wie in der
DE 201
17 461 U1 beschrieben.
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Schließlich sieht eine besondere
Ausgestaltung der Erfindung, zusätzlich
zur elektromechanischen Kraftbeaufschlagung des Messerträgers eine pneumatisch
oder ggf. hydraulische Druckbeaufschlagung des Messerträgers vor.
Dies ist zweckmäßig, wenn
die notwendige Axialkraft für
das übliche Nachschleifen
der Messer z. B. mittels der eingesetzten Elektromagneten nicht
erreichbar ist. Das Nachschleifen erfolgt dann durch Heranfahren
der Messer gegen die Lochscheibe mit erhöhten Andruckkräften. von
z. B. 900 N gegenüber üblichen
Prozeßkräften von
lediglich 100 N bis 200 N.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand
der begleitenden Zeichnungen erläutert.
Darin zeigen:
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1 schematisch,
teilweise im Schnitt die wesentlichen Bestandteile eines Unterwassergranulators
gemäß einer
ersten und zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 schematisch
eine Gesamtansicht eines Unterwassergranulators gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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3 einen
Ausschnitt der Wasserkammer des Unterwassergranulators aus 2 in weiterem Detail, und
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4 einen
Ausschnitt aus einer Wasserkammer eines Unterwassergranulators gemäß einer vierten
Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 1 zeigt
schematisch wesentliche Bestandteile eines Unterwassergranulators
umfassend eine Wasserkammer 1, von der lediglich ein Gehäusewandausschnitt 2 dargestellt
ist, durch den hindurch eine Antriebswelle 3 in eine Fanghaube 4 innerhalb
der Wasserkammer 1 hineinragt. Die Antriebswelle
3 ist
ortsfest und führt
zu einem außerhalb der
Wasserkammer 1 liegenden, nicht dargestellten Antriebsmotor.
Auf einem als elektrische Spule ausgebildeten Zapfen 17 der
Antriebswelle 3 ist über
ein Verschiebelager 5 ein zweiter Antriebswellenteil 6 axial
verschieblich gelagert. Der zweite Antriebswellenteil 6 dient
als Aufnahmekörper
für einen
Messerkopf 7, der einen Messerträger 8 mit Messern 9 umfaßt. Dem
Messerkopf 7 axial gegenüberliegend ist eine Lochplatte 10 mit
Löchern 11 zur
Extrusion von Kunststoffmaterial angeordnet. Die Stirnseite 13 der Lochplatte 10 und
die mit der Bezugsziffer 12 bezeichnete Schneidebene des
Messerkopfs 7 sind um ein definiertes Maß parallel
zueinander beabstandet. Dieses Abstandsmaß kann durch axiale Verschiebung
des Messerkopfs 7 im Umfang des mit einem Doppelpfeil 14 bezeichneten
Hubs variiert werden.
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Die Figur zeigt gleichzeitig zwei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung, nämlich
ein erstes Ausführungsbeispiel
mit einem koaxial zur Antriebswelle 3 angeordneten elektromagnetischen
Stellantrieb 15 innerhalb der Wasserkammer und ein zweites
Ausführungsbeispiel
mit zwei oder mehr elektromagnetischen Stellantrieben 15 außerhalb
der Wasserkammer. Die beiden Ausführungsbeispiele können auch
miteinander kombiniert werden. In den konkret dargestellten Ausführungsbeispielen
sind die elektromagnetischen Stellantriebe jeweils durch eine Spule
mit relativ zur Spule beweglichem Spulenanker realisiert. Grundsätzlich ist
aber auch eine Realisierung mit ortsfestem Spulenanker und axial
verschieblicher Spule denkbar. Anstelle eines elektromagnetischen
Spule-Anker-Stellantriebs
kann als elektromechanischer Stellantrieb grundsätzlich auch ein üblicher
Linearmotor eingesetzt werden.
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Gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
ist der elektromagnetische Stellantrieb koaxial zur Antriebswelle
angeordnet. Dabei sitzt der Aufnahmekörper 6 des Messerkopfs 7 axial
verschieblich auf der Spule 17 auf, die einen Wellenzapfen
der Antriebswelle 3 bildet. Innerhalb der Spule 17 ist
der Spulenanker 16 verschieblich gelagert. Bei Anlegen
einer Spannung an die Spule 17 wirkt aufgrund des dadurch
erzeugten elektromagnetischen Feldes eine Kraft auf den Anker 16,
die den Anker 16 aus der Spule 17 in Richtung
zur Lochplatte 10 drängt.
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Diese Kraft wird von dem Anker 16 über eine Anschlagfläche 18 auf
den den Messerkopf 7 tragenden Aufnahmekörper 6 übertragen,
so dass dieser auf der Spule 17 gleitend in Richtung zur
Lochplatte 10 axial verlagert wird.
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Die Antriebswelle 3 ist
hohl gebohrt, um Kabel 19 zur Energieversorgung der Spule 17 sowie
für einen
elektrischen Wegaufnehmer zur Bestimmung der axialen Lage des Ankers 16 innerhalb
der Spule 17 aus der Wasserkammer 1 heraus zu
einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung zu führen. Dabei
erfolgt eine Abdichtung am Wellenende mittels Dichtungen 31.
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In der Figur ist der Anker 16 genauso
lang ausgebildet wie die Spule 17. Dies hat zur Folge, dass
die auf den Anker 16 wirkende elektromagnetische Kraft
beim Herausfahren des Ankers aus der Spule abnimmt, wenn die an
die Spule 17 angelegte Spannung nicht in entsprechendem
Maße erhöht wird.
Um zu vermeiden, dass die Kraft des Ankers 16 verschiebewegabhängig ist,
ist es daher sinnvoll, die Spule 17 abweichend von dem
in der Figur ausgeführten
Ausführungsbeispiel
wesentlich länger
auszubilden, so dass sie sich bis in die Durchgangsbohrung 20 der
Antriebswelle 3 hinein erstreckt, damit unabhängig vom
Verschiebeweg das gesamte von der Spule 17 erzeugte elektromagnetische
Feld auf den Anker 16 wirkt. Da sich die Antriebswelle 3 und der
Anker 16 synchron mit dem Messerkopf 7 mitdrehen,
können
in diesem Fall die Kabel 19 durch eine axiale Nut im Anker 16 zur
Spule 17 durchgeführt werden.
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Als Zugfedern ausgebildete Rückstellfedern 21 greifen
einerseits an einer Angriffsfläche 22 des den
Messerkopf 7 tragenden Aufnahmekörpers 6 und andererseits
an einer mittels Spannschrauben 23 auf der Antriebswelle 3 fixierten
Spannhülse 24 an.
Dadurch sind die Antriebswelle 3 und der Aufnahmekörper 6 des
Messerkopfs 7 miteinander verspannt. Der axialen Auslenkung
des Ankers 16 innerhalb der Spule 17 wirkt somit
immer eine Rückstellkraft
durch die Rückstellfedern 21 in
entsprechender Größe entgegen.
Bei den Rückstellfedern 21 handelt es
sich vorzugsweise um hysteresefreie Rückstellfedern mit linearer
Federkernlinie, so dass durch Anlegen einer Spannung an die Spule 17 der
Anker gegenüber
seiner Ausgangslage proportional zur Höhe der angelegten Spannung
aus der Spule 17 herausgeschoben wird. Ist die Federkonstante
c der Rückstellfedern 21 bekannt,
so läßt sich
anhand der angelegten Spannung nicht nur die mittels Anker 16 auf den
Messerkopf 7 übertragene
Kraft sondern auch indirekt der Verschiebeweg ermitteln. Kraft-
und/oder Lage des Ankers 16 können somit mittels einer geeigneten
Steuerung durch Anlegen einer weg-proportionalen Spannung an die
Spule 17 gesteuert werden. Die Wegerfassung des Ankers
kann aber auch, wie bereits erwähnt,
durch einen separaten Wegaufnehmer ermittelt werden, der vorzugsweise
elektronisch ist, damit die Meßwerte
unmittelbar von der Steuerung bei der Kraft-und/oder Lageregelung
verwertet werden können.
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Indem die Federelemente 21 als
Rückstellfeder
ausgeführt
sind, wird der Messerkopf 7 nach Wegfall der an den Stellantrieb 15 angelegten
Spannung in seine neutrale, von der Lochplatte entfernten Lage zurückgezogen.
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Anstelle einer Mehrzahl von Schraubenfedern
kann z. B. auch eine einzige, konzentrische um die Antriebsachse
angeordnete Schraubenfeder oder ein Tellerfederpaket vorgesehen
sein. Außerdem kann
es sinnvoll sein, die Anschlagfläche 22 auf
die andere Seite der Spannschraube 24 zu verlagern, so dass
anstelle der Zugfedern 21 wesentlich einfacher einzusetzende
Druckfedern verwendet werden können.
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Bisher wurde lediglich erläutert, wie
die Axialverschiebung des den Messerkopf 7 tragenden Aufnahmekörpers 6 relativ
zur Antriebswelle 3 realisiert ist. Nachfolgend wird erläutert, wie
trotz der relativen Verschieblichkeit dieser beiden Komponenten deren
drehfeste Kopplung realisiert ist. Zu diesem Zweck trägt die bereits
erwähnte,
fest mit der Antriebswelle 3 verbundene Spannhülse 24 eine
Hülse 25,
die ihrerseits fest mit der Spannhülse 24 verbunden,
beispielsweise verschweißt
ist. Das freie, zur Lochplatte weisende Ende dieser Hülse 25 besitzt fingerartige
Fortsätze 26,
welche in Öffnungen 27 einer
mit dem Aufnahmekörper 6 umlaufenden
Lochscheibe 28 eingreifen. Bei einer axialen Verlagerung des
Messerkopfs ändert
sich lediglich die Eingrifftiefe der Fortsätze 26 in die Öffnungen 27 der
Lochscheibe 28. Das Drehmoment der Antriebswelle 3 wird
somit über
die Spannhülse 24,
die Hülse 25 und
den Aufnahmekörper 6 auf
den Messerkopf 7 übertragen, unabhängig von
der axialen Lage des Messerkopfs 7 relativ zur Antriebswelle 3.
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Abweichungen der Parallelität der Schneidebene 12 der
Messer 9 gegenüber
der Stirnseite 13 der Lochplatte 10 können durch
geeignete Wahl einer Durchmesserpaarung für das Verschiebelager 5 gering
gehalten werden. Um ein Verkanten der Fortsätze 26 der Drehantriebshülse 25 in
den Öffnungen 27 der
Lochscheibe 28 zu vermieden, falls dennoch eine Neigung
des Messerkopfs 7 relativ zur Schneidebene 12 eintritt,
sind die Öffnungen 27 in
radialer Richtung mit ausreichend großem Spiel für die Fortsätze 26 auszubilden.
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Das nachfolgend beschriebene zweite
bevorzugte Ausführungsbeispiel
mit zwei oder mehr außerhalb
der Wasserkammer angeordneten elektromagnetischen Stellantrieben 15 eröffnet eine
besonders elegante Lösung
zum Ausgleich etwaiger Parallelitätsabweichungen der Schneidebene 12 relativ zur
Stirnseite 13 der Lochplatte 10. Demnach sind anstelle
des koaxial zur Antriebswelle angeordneten Stellantriebs 15,
oder zusätzlich
zu diesem, mindestens zwei Stellantriebe 15 außerhalb
der Wasserkammer auf einem gemeinsamen Teilkreis in gleichmäßigem Abstand
um die Antriebswelle 3 herum vorgesehen. Am stirnseitigen
Ende der Antriebswelle 3 befindet sich dann anstelle der
Spule 17 ein Wellenzapfen gleichen Durchmessers, auf dem
wiederum das Verschiebelager 5 mit geringem radialen Spiel aufsitzt.
Jeder der beiden dezentral angeordneten Stellantriebe 15 ist
hier wieder als Spule 17 mit darin beweglichem Anker 16 ausgeführt. Die
Anker 16 setzen sich als Kraftübertragungsstangen 29 durch
die Gehäusewandung 2 hindurch
bis zur Lochscheibe 28 fort, wo sie auf einer Anschlagfläche 30 aufsitzen.
Im Betrieb dreht sich die Anschlagfläche 30 unter den Kraftübertragungsstangen 29 hinweg.
Es bildet sich eine Art Gleitlager aus. Die Durchführungsstellen
der Kraftübetragungsstangen 29 in
der Gehäusewand 2 sind
mittels Dichtungen 31 abgedichtet.
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Wird nun über die in den Stellantrieben 15 integrierten,
nicht dargestellten elektronischen Wegaufnehmer festgestellt, dass
die Stellwege der einzelnen Stellantriebe nicht identisch sind,
so bedeutet dies eine Parallelitätsabweichung
des Messerkopfs 7 relativ zur Stirnseite 13 der
Lochplatte 10. Dieser Vergleich kann beispielsweise durch
Differenzbildung der von den Wegsensoren an die elektronische Steuerung
gelieferten Signale bestimmt werden. Die Steuerung kann dann im
Bedarfsfall die Versorgungsspannung für einen oder mehrere der Stellenantriebe 15 derart
regeln, dass die Differenz auf Null zurückgeführt wird.
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2 zeigt
schematisch eine Gesamtansicht der Granuliervorrichtung einschließlich eines motorischen
Antriebs und einem zusätzlichen
pneumatischen Stellmechanismus zur axialen Verlagerung des Messerkopfs 7.
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Demnach treibt ein Motor 32 über einen Zahnriemen
und ein Antriebsritzel 33 die hohlgebohrte Antriebswelle 3 an.
Die Hohlwelle 3 ist über
Lager 30 einerseits in einer erstens die Gehäusewand 2 der Wasserkammer 1 bildenden
Grundplatte und andererseits in einer zweiten Grundplatte 34 drehbar
gelagert, an denen auch der Motor 32 montiert ist.
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In der hohlgebohrten Antriebswelle 3 sitzt längsverschieblich
eine Schubstange 35. Die Schubstange 35 ist in
Verschiebelagern 5 axial verschieblich gelagert. An beiden
axialen Enden der Schubstange 35 greift ein elektromechanischer
Stellantrieb 15 mit seinem axial verschieblichen Anker
an. In dem in 2 dargestellten
Fall ist ein Stellantrieb 15 in der Antriebswelle integriert,
während
der andere Stellantrieb 15 außerhalb der Wasserkammer 1 sitzt. Grundsätzlich kann
auf einen der beiden elektromechanischen Stellantriebe 15 auch
verzichtet werden, wenn die nötige
Vorschubkraft mit einem einzelnen Stellantrieb 15 erzielbar
ist.
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An dem der Wasserkammer 1 abgewandten axialen
Ende der Schubstange 35 greift zusätzlich ein pneumatischer Stellantrieb 36 – 38 an,
der auch als hydraulischer Stellantrieb ausgeführt sein kann. Mittels eines
elektrisch ansteuerbaren Steuerventils 37 läßt sich
ein fluidischer Zylinder 36 mit einer Druckquelle 38 so
verbinden, daß ein
Stellkolben 39 über
den Anker 16 des außerhalb
der Wasserkammer 1 angeordneten Stellantriebs 15,
die Schubstange 21 und den Anker 16 des innerhalb
der Wasserkammer 1 angeordneten Stellantriebs 15 eine
Verschubkraft auf den Messerkopf 7 in Richtung zur Lochplatte 10 ausübt (Pfeilrichtung).
Der wesentliche Zweck der durch die hohlgebohrte Antriebswelle 3 hindurchgeführten Schubstange 35 und
des pneumatischen Stellmechanismus 36 – 39 besteht darin, die
Schneidmesser 9 zum selbsttätigen Nachschleifen mit erhöhter Anpresskraft
gegen die Lochplatte 10 zu drücken. Während die zum Granulieren des aus
der Lochplatte 10 austretenden Kunststoffs notwendigen
Prozesskräfte
mit ca. 100 N bis 200 N relativ gering sind und durch einen oder
zwei Proportionalmagneten 15 realisierbar sind, werden
für das
zyklische Nachschleifen der Messer 9 erhöhte Kräfte von
etwa 900 N benötigt,
die mit dem Proportionalmagneten 15 nicht erzielbar sind,
wohl aber mittels einer pneumatischen Stellmechanismus 36 – 39.
Der pneumatische Stellmachanismus 36 – 38 kann auch durch
einen Elektrozylinder oder einen elektrischen Schaltmagneten ersetzt
werden, sofern damit die erforderlichen Kräfte erzielbar sind.
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Abweichend zu der in Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsform
wird das Drehmoment bei der in 2 dargestellten
Ausführungsvariante von
der Antriebswelle 3 auf den Messerkopf 7 nicht über eine
Drehantriebshülse
sondern über
einen Faltenbalg 40 übertragen.
Darüber
hinaus stützt
sich der Messerkopf 7 auf einem Radialpendellager 41 ab,
so dass er in jede angulare Richtung verlagerbar ist. Dies wird
in weiterem Detail nachfolgend anhand der 3 erläutert.
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Der Faltenbalg 40 ist mit
einem seiner beiden axialen Enden fest an den Aufnahmekörper 6 des Messerkopfs 7 und
mit dem anderen seiner beiden axialen Enden an eine Spannhülse 24 gekoppelt,
die drehfest auf der Antriebswelle 3 sitzt. Dadurch wird ein
Drehmoment von der Antriebswelle 3 über die Spannhülse 4,
den Faltenbalg 40 und den Aufnahmekörper 6 auf den Messerkopf 7 übertragen.
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Während
der Messerkopf 7 bei der Ausführungsform gemäß 1 auf einem Wellenabsatz
der Antriebswelle 3 axial verschieblich gelagert war, sitzt der
Messerkopf 7 bei der Ausführungsform nach 3 auf einem sphärischen
Lager, welches hier als Radialpendellager 41 ausgeführt ist,
welches aber z. B. auch ein einfaches Kugelkopflager sein könnte. Das
Radialpendellager 41 ist mittels einer Spannmutter 42 auf
einem Achsstummel 43 fixiert. Dieser Achsstummel ist mittels
dem Anker 16 des Proportionalmagneten 15 in axialer
Richtung verschiebbar. Die sphärische
Lagerung des Messerkopfs 7 gibt diesem Bewegungsfreiheit
in angularer Richtung, so dass sich die Schneidebene der Messer 9 des
Messerkopfs 7 auch bei ungleicher Messerabnutzung immer
parallel zur Oberfläche
der Lochplatte 10 ausrichten kann. Der Faltenbalg 40 bietet
in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass er Lageabweichungen des
Messerkopfs 7 in angularer und lateraler sowie auch in
axialer Richtung kompensieren kann, ohne dass seine Drehmoment übertragende
Funktion dabei beeinträchtigt
wird.
-
Dem Faltenbalg 40 kommen
im Zusammenhang mit der in 3 gezeigten
Ausführungsform
jedoch noch zwei weitere Funktionen zu. Zum einen wirkt der Faltenbalg 40 als
Rückstellfeder,
durch die der Messerkopf 7 im Außerbetriebszustand von der Lochplatte 10 abgehoben
wird. Zum anderen schließt der
Faltenbalg 40 im Zusammenwirken mit den O-Ring-Dichtungen 44, 45 und
der Abschlussplatte 46 den Raum des sphärischen Lagers 41 hermetisch gegenüber der
Wasserkammer 1 ab. Dadurch kann das sphärische Lager 41 mit
einer Lebensdauerschmierung versehen werden, die praktisch wartungsfrei
ist. Die den Faltenbalg 40 umgebende Hülse hat keinerlei Drehmoment übertragende
Funktion sondern lediglich den Zweck, ein Ausbeulen des Faltenbalgs 40 zu
verhindern.
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Die Konstruktion gemäß 3 zeichnet sich weiterhin
dadurch aus, dass zum Wechsel des Messerträgers lediglich die zwei Schrauben 47 der
Abschlussplatte 46 zu lösen
sind.
-
4 zeigt
eine ähnliche
Ausführungsform wie 3 mit dem einzigen Unterschied,
dass anstelle der Spannhülse 24 eine
Gleitbuchse 48 vorgesehen ist, die sich bei einer axialen
Verlagerung des Messerkopfs 7 relativ zur Antriebswelle 3 mit
dem Messerkopf 7 mitbewegt, indem sie auf der Antriebswelle 3 in
axialer Richtung gleitet. Dementsprechend wird der Faltenbalg 40 bei
einer axialen Verlagerung des Messerkopfs 7 nicht gespreizt.
Vielmehr übernimmt
der Faltenbalg 40 lediglich noch die Funktionen, das sphärische Lager 41 hermetisch
abzudichten und angulare sowie laterale Bewegungen des Messerkopfs 7 relativ
zur Antriebswelle 3 auszugleichen.
-
Um trotz der axialen Verschieblichkeit
der Gleitbuchse 48 eine Drehmomentübertragung von der Antriebswelle 3 über den
Faltenbalg 40 auf den Messerkopf 7 zu gewährleisten,
sind durch die Gleitbuchse 48 Stifte 49 geführt, die
in Längsnuten 50 der Antriebswelle 3 eingreifen.
-
- 1
- Wasserkammer
- 2
- Gehäusewand
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Fanghaube
- 5
- Verschiebelager
- 6
- Aufnahmekörper für Messerkopf
- 7
- Messerkopf
- 8
- Messerträger
- 9
- Messer
- 10
- Lochplatte
- 11
- Löcher
- 12
- Schneidebene
- 13
- Stirnseite
- 14
- Hub
- 15
- Stellantrieb
- 16
- Anker
- 17
- Spule
- 18
- Anschlagfläche
- 19
- Kabel
- 20
- Durchgangsbohrung
- 21
- Rückstellfeder
- 22
- Angriffsfläche
- 23
- Spannschraube
- 24
- Spannhülse
- 25
- Drehantriebshülse
- 26
- Fortsatz
- 27
- Öffnung
- 28
- Lochscheibe
- 29
- Kraftübertragungsstange
- 30
- Anschlagfläche
- 31
- Dichtung
- 32
- Motor
- 33
- Antriebswelle
- 34
- Grundplatte
- 35
- Schubstange
- 36
- fluidischer
Zylinder
- 37
- Steuerventil
- 38
- Druckquelle
- 39
- Stellkolben
- 40
- Faltenbalg
- 41
- Radialpendellager
- 42
- Spannmutter
- 43
- Achsstummel
- 44
- O-Ringdichtung
- 45
- O-Ringdichtung
- 46
- Abschlußplatte
- 47
- Schrauben
- 48
- Gleitbuchse
- 49
- Stift
- 50
- Längsnut