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Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen Kunststoffen und
Polyolefinwachsen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen
Kunststoffen und Polyolefinwachsen.
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Es sind Vorrichtungen zur Granulierung thermoplastischer Stoffe bekannt,
bei denen das zu verarbeitende material entweder mittels Extruder durch Düsenplatten
gedrückt; und durch rotierende Messer verschiedener Anordnung kontinuierlich abgeschnitten
oder durch Vorrichtungen verschiedener Anordnung in Stränge geformt und nach der
Erstarrung zerschnitten wird.
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Im ersten Ball erfolgt die Abkühlung bis zur Erstarrung je nach Art
des Materials im Luftstrom, durch Besprühung mit Wasser, durch Abschlag in einen
bewegten Wasserstrom oder durch Abschlag unter Wasser in sogenannten Unterwassergranulieranlagen.
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Alte diese Vorrichtutlgen haben den Nachteil, dais sie jeweils
nur
für einen engen Eigenschaftsbereich, z.B. ochmelzbereich oder Viskositätsbereich,
geeignet sind, da je nach dem Wärmeinhalt der Schmelze die Anforderungen an das
Abkühlverfahren sehr verschiede@ sind und bei geringen Abweichungen der Temperatur
der Schmelze oder des Kühlmittels es zur Agglomeratbildung koot, die noch dadurch
begünstigt wird, daß im Schmelzzustand bzw. bestenfalls im halbplastischen Bereich
geschnitten wird.
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Im zweiten Fall erfolgt die Abkühlung bis zur Erstarrung je nach der
Größe des Strangquerschnitts in der Umgebungsluft oder in einem Wasserbad, durch
das der Strang oder das Band geleitet wird.
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Die durch die nachfolgende Granulierung hergestellten Granulate sind
schlecht rieselfähig und auch eine Steigerung des Durchsatzes ist mit den Strangschneidern
nicht möglich, wodurch der Nachteil der Unwirtschaftlichkeit entsteht.
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Nahe zu alle bekannten Vorrichtungen zur Strangbildung funktionieren
nur in Verbindung mit einem geeigneten Druckerzeuger, zumeist einem Extruder, in
einzelnen Fällen auch einer Schmelzepumpe. In jedem Halle erhöhen die Druckerzeuger
die Störanfälligkeit der Anlage und stellen zudem einen hohen Investitionsaufwand
dar.
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Die Gehäuse um die Schneideinrichtungen haben i allgemeinen
eine
geometrisch unregelmäßige Form, was strömungstechnisch Nachteile beim Abkühlungsprozeß
zur Folge hat, somit die Agglomeratbildung begünstigt und den Abtransport aus der
Granuliereinrichtung erschwert bzw. unmöglich macht.
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Desweiteren sind die bekannten Vorrichtungen sehr empfindlich gegen
Temperaturschwankungen im Bereich der Düsen, da insbesondere bei Überschreitung
der optimalen Temperatur kein einwandfreies Schneiden erfolgt bzw. die Graeulatform
oder der extrudierte Querschnitt nicht den Anforderungen entspricht. Gegen Temperaturunterschreitung
ist einmal der Druckerzeuger emptindlich, zum anderen erhöht sicn die eri-orderliche
Schnittkraft. Beim Druckerzeuger verringert sich der Durchsatz bei gleichzeitig
gröberer Leistungsaufhahme. Durch zu hohe innere Drücke verrin ert sich die Eigensicherheit.
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Es ist Zweck der Erfindung, den Anwendungsbereich für Granuliervorrichtungen
zu vergrößern, deren strömungstechnisone Eigenschaiten günstiger u gestalten und
druck- und temperaturbedingte Störungen zu vermeiden.
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Es bestand Solitit- die Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit
der es moglich ist, unterschiedliche thermoplastische Kunststoffe und Polyolefinwachse,
also Stoffe eines breiten Eigenschaftsbereiches, wirt scjiaftlich und
effektiv
zu granulieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen
Kunststoffen und Polyolefinwac;lsen gelöst, die eriindungsgemäß zwei in einem Gehäuse
angeordnete außenverzahnte Hohlwalzen aufweist, die mit vom Zal-ingrund ausgehenden,
radial nch innen bis in den axialen Hohlraum reichenden Düsenbohrungen versehen
sind.
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Im Hohlraum jeder Walze ist ein die Wandung berührendes, vorzugsweise
gewundenes und in seinem Anstellwinkel verstellbare Scnneidmesser angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist der Abstand der Achsen beider Walzen verstellbar.
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Es ist vorteilhaft, das Gehäuse mit einem Kühl- bzw. Heizmantel zu
umgehen.
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Die im Zahngrund der außenverzahnten Hohlwalzen angebrachtet Düsenbolirungen
können zylindrisch oder konisch nach innen oder außen sein, aber auch aus zylindrichen
und konischen Abschnitten bestehen.
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Mit Hilfe de außenverzahnten Hohlwalzen kinn ein bestimmbares Volumen
dicht eingeschlossen und im weiteren Bewegungsablauf verdichtet werden. Durch die
im Zahngrund angeordnetcn Düsenbohrungen kann die eingeschlossene und verdichtete
Schmelze radial nach innen bis in den axialen
Hohlraum der Walzen
gedrückt werden. Im Hohlraum der Walzen werden die auf diese Weise aus den Düsenbohrungen
austretenden t.íaterialstränge von einem Messer abgeschnitten.
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Die Verzahnung ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß pro Verdichtungsvorgang
genau das Volumen eines Granulatkornes aus der zwischen den Zahnflanken befindlichen
Masse in je eine Düsenbohrung gedrückt wird. Bedingt durch die Wandstärke der Walzen
benötigt die in die Düsenbohrung gedrückte Masse mehrere Umläufe der Walzen, bevor
sie an der Innenseite austritt und abgeschnitten werden kann.
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Durch die lange Verweilzeit der Masse in der Düsenbohrung erstarrt
die Schmelze und das Granulatkorn kann in festem Zustand abgeschnitten werden. Durch
eine günstige Geometrie der Verzahnung und die Lage des Verdichtungsraumes wird
zum Schneiden ein relativ geringes Drehmoment benötigt.
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Die Wärmeabführung erfolgt durch ein axial durch die Walzen strömendes
Kühlmedium, das gleichzeitig den Abtransport des abgeschnittenen Granulates übernimmt.
Als Kühlmedium kann je nach der Größe des Wärmeinhalts der Schmelze, dem Wärmeübergang
und dem Standort des Granulators in der Konvektionierungsanlage Luft, Wasser, Wassernebel
oder ähnliches verwendet werden.
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Es ist vorteilhaft, daß sich durch die Form des Schneidraumquerschnitts
eindeutige Strömungsverhältnisse ergeben.
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Ein weiterer Vcrteii besteht darin, t die Granulatgröße
unabhängig
von der Drehzahl der Walzen ist und nur von der Zahngeometrie, dem Düsenquerschnitt
und den Stoffwerten beeinflußt wird. Um Materialien mit unterschiedlichen Stoffwerten
zu gleichen Granulatlängen granulieren bzw. die Granulatlänge variieren zu können,
wird eine geringfügige Einstellbarkeit des Achsabstandes der Walzen vorgeschlagen.
Dadurch wird erreicht, daß an der Dichtkante die Schmelze zu einem gewissen Teil
überströmen kann und so das eingeschlossene Volumen variabel ist.
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Da beide Walzen im Zahngrund in dichtem Abstand Düseabohrungen aufweisen,
wird bei kleiner Baugröße ein großer Durchsatz erreicht. Der Durchsatz selbst ist
über die Drehzahl regelbar. Die Vorrichtung zieht die Schmelze selbsttätig ein und
ist Druckerzeuger und Granulator zugleich.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Granuliervorrichtung.
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Fig. 2 zeigt im Schnitt die Verzahnung der Walzen und die Anordnung
der Düsenbohrungen.
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Fig. 3 zeigt die räumliche Darstellung einer Walze.
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Entsprechend Fig. 1 gelangt die Schmelze, beispielsweise aus einem
Reaktor oder einem Abscheider, über den Einfüllstutzen 1 in das Granulatorgehäuse
2 und füllt dort die Räume zwischen den noch nicht in Eing.rif befindlichen Zähnen
3 der Walzen 4 und 5 aus. Im weiteren F@wegungsablauf
der sich
gegeneinander drehenden Walzen wird die Schmelze durch die nun ineinandergreifenden
Zähne in den von diesen gebildeten gaumen 6 verdichtet und in die Düsenbohrungen
7 gedrückt. Nach einer anfänglich mehrmaligen Umdrehung der Walzen 4 und 5 treten
an aen Innenwanzungen b und 9 die Materialstränge aus und werden von den Messern
10 und 11 abgeschnitten. Die Hohlräume 12 und 13 werden in axialer Riciitung von
einem geeigneten Kühlittel durchströmt, wobei gleichzeitig das Granulat ausgetragen
wird. Das Granulatorgehäuse 2 kann je nach Produkttype wahlweise mit Wasserdampf
oder Heißwasser in den Räumen 14 und 15 beheizt oder durch ein Kühlmittel abgekühlt
werden.
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In Fig. 2 sind der zwischen den noch nicht in Eingriif berindlienen
Zahnen 3 vorhandene Raum 16 und der durch die ineinandergreifenden Zähne sich abschließende
Raum 6 zu eilen.
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In Fig. 3 erkennt an aie Anordnung der Düsenbohrungen.