DE2215841C3

DE2215841C3 - Granuliervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus thermoplastischem Material

Info

Publication number: DE2215841C3
Application number: DE2215841A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Welding Engineers Inc King Of Prussia Pa (vsta)
Current assignee: Welding Engineers Inc King Of Prussia Pa (vsta)
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1980-12-04
Also published as: IT988345B; DE2265520C2; GB1382701A; ES402439A1; DE2215841A1; DE2215841B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Granuliervorrichtung zur Herstellung von Pellets aus thermoplastischem Material, mit mindestens einer, einem Extruder nachgeschalteten, wenigstens te'lzyindrisch ausgebildeten, eine Anzahl von radial verlaufenden Düsen aufweisenden Formplatte, der ein Schneidwerkzeug mit einer Mehrzahl von radial abstehenden Klingen zugeordnet ist, das um eine mit der Achse der Formplatte fluchtende, senkrecht zur Extruderachse verlaufende Achse drehbar gelagert ist.

Bei einer derartigen, aus der GB-PS 10 94 663 bekannten Granuliervorrichtung ergeben sich insbesondere im Hinblick auf das regelmäßig im Schneidbereich zirkulierende Fluid Probleme im Zusammenhang mit dem Anfahren und Abstellen der Maschine. Insbesondere bei Verwendung eines flüssigen Fluids, wie Wasser, sind beim Anfahren und Abstellen des Extruders spezielle Maßnahmen erforderlich, um die Flüssigkeit an einem Eindringen in die Düsenöffnungen der Formplatte zu hindern. Hierzu wird in der Regel die Fluidzufuhr bereits vor dem Abstellen des Extruders beendet, so daß zum Zeitpunkt des Absteilens kein Fluid an den Düsenöffnungen ansteht. Dadurch aber läuft das Schneidwerkzeug während der letzten Umdrehungen ohne Fluidbeaufschlagung, so daß eine Überhitzung des Schneidwerkzeuges sowie eine Ansammlung von Pellets am Schneidwerkzeug und an anderen Vorrichtungsteilen mit entsprechenden Verstopfungserscheinungen auftreten können. Entsprechende Nachteile ergeben sich, wenn beim Anfahren in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge zunächst der Extruder angefahren wird und erst anschließend die Fluidzufuhr erfolgt Darüber hinaus werden zwangsläufig während dieser Anfahr- und Abstellperioden, die auch Zeit kosten, von der gewünschten Norm abweichende Pellets hergestellt Aufgabe der Erfindung ist es, eine Granuliervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch unmittelbar vor dem Abstellen und bereits unmittelbar nach dem Anlaufen der Pelleterzeugung unter quasi-stationären Bedingungen arbeitet und ohne merklichen

ίο Zeitverlust ein Produkt stets gleichförmiger Qualität störungsfrei erzeugt

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst

Durch die Anordnung einer aus zwei Formplatten bestehenden Formplatteneinrichtung ist es möglich, im wesentlichen gleichzeitig mit dem Abstellen des Extruders die beiden Formplatten derart gegeneinander zu verschieben, daß die Formplatteneinrichtung dicht ist und weder Fiuid von der Materialaustrittsseite der Formplatteneinrichtung her in den Druckvorlageraum zum Extruder hineintreten, noch plastifizierter Kunststoff in den Bereich der Messer gelangen kann. Entsprechend ist beim Anfahren des Extruders unter im

wesentlichen gleichzeitiger öffnung der Düsenöffnungen und bereits vorheriger Fluidzufuhr sofort wieder der quasi-stationäre ErzeugungsprozeQ erreicht

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Granuliervorrichtung, welche die Einzelheiten der Granuliervorrichtung und der Formplatteneinrichtung zeigt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,
Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie III-II! in Fig. 2 einer handbetätigbaren Einrichtung zur Relativverschiebung der einen Formplatte der Anordnung gegenüber der anderen Formplatte,

Fig.4 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch die ineinandergefügten Formplatten, welcher das Extrudieren des wärmeerweichten Materials durch die Drosselung bzw. Verengung an der Grenzfläche zwischen den beiden Formplatten veranschaulicht und

F i g. 5 einen der F i g. 4 ähnlichen Teilschnitt, welcher die Granuliervorrichtung im Verlauf des Abscherens von Pellets zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist die Granuliervorrichtung 10 einer Strangpresse bzw. einem Extruder 11 zugeordnet, der eine Extrudier-Kammer 12 mit einer Bohrung 13 aufweist, in welcher eine durch eine nicht dargestellte Antriebskraftquelle angetriebene Förderschnecke 14 drehbar gelagert ist. Stromab der Kammer 12 befindet sich eine Druckkammer 15, in welche das wärmeerweichte Material durch die Drehung der Förderschnekke 14 eingebracht wird. Am äußeren Ende des Extruders 11 befindet sich eine zylindrische Formplatteneinrich-

tung 16 mit einer Anzahl radial verlaufender Öffnungen bzw. Düsen 17, über welche das wärmeerweichte Material durch den in der Druckkammer 15 infolge der Drehbewegung der Förderschnecke 14 erzeugten Druck ausgepreßt wird.

Am Extruder 11 ist ein Schneidkopf 18 mit einem Granuliergehäuse 19 und einem Schneidwerkzeug 20 angebracht, das einen zylindrischen Körper 21 aufweist, der um seine mit der Achse der Formplatteneinrichtung

16 fluchtende Längsachse herum drehbar gelagert ist Das Schneidwerkzeug 20 trägt eine Anzahl von Klingen 22, die radial von ihm abstehen und sich wendelförmig längs des Körpers 2ί erstrecken. Jede Klinge 22 weist an ihrem freien Ende 23 eine Schneidkante 24 auf, welche der stromabseitigen Stirnfläche 25 der Formplattenein richtung 16 betrieblich zugeordnet Uu Genauer gesagt, ist zwischen Schneidkante 24 und Stirnfläche 25 ein sehr kleiner Zwischenraum vorhanden. Bei der Drehung des Schneidwerkzeugs wird das wärmeerweichte, über die in der Fonmplatteneinrichtung 16 vorgesehenen Düsen

17 ausgepreßte Material durch die Schneidkanten 24 des Schneidwerkzeugs 20 abgeschert bzw. abgeschnitten. Die bei diesem Schneidvorgang gebildeten Pellets 26 besitzen einen diirch den stromabseitigen Durchmesser der Düsen 17 bestimmten Durchmesser und eine Dicke bzw. Länge, die von der Drehzahl des Schneidwerkzeugs 20 und dem Druck des wärmeerweichten Materials in der Druckkammer 15 abhängt

Wie am besten aus Fig.5 hervorgeht, legen zwei jeweils benachbarte Klingen 22 mit dem dazwischen liegenden Teil des Körpers 21 des Schneidwerkzeugs längsverlaufende Nuten bzw. Kanäle 27 fest, in welche die Pellets hineinfallen, nachdem sie durch die Schneidkanten 24 des Schneidwerkzeugs abgetrennt worden sind. Die Stirnfläche 25 der Formplatteneinrichtung verschließt den längsverlaufenden Abschnitt der Nut 27, wenn sich die Klingen an den Düsen 17 befinden, so daß diese Nuten oder Kanäle gemäß F i g. 2 nur an den axialen Enden 28 und 29 des Körpers 21 des Schneidwerkzeugs 20 offen sind.

Gemäß Fi g. 2 ist das Schneidwerkzeug 20 auf einer tragenden Welle 30 montiert, die von einem Elektromotor 31 in Richtung des Pfeils 40 angetrieben wird, der starr an einer Endplatte 32 montiert ist, welche das axiale Ende des Gehäuses 19 nahe des axialen Endes 28 des Schneidwerkzeugs verschließt. Die Endplatte 32 besitzt Abstand zum Ende 28 des Schneidwerkzeugs und legt somit eine Einlaßkammer 33 fest, die gegenüber der Umgebungsatmosphäre durch eine in die Endplatte 32 eingesetzte und die Welle 30 umschließende Dichtung 34 abgedichtet ist. Die Einlaßkammer 33 wird über eine Leitung 35 mit einem Behandlungsfluidum unter Druck gesetzt, das vom Ende 28 zum Ende 29 des Schneidwerkzeugs über die Nuten bzw. Kanäle 27 strömt und die Pellets, wenn sie von der Stirnfläche 25 abgeschert worden sind, von den Schneidkanten 24 der Klingen wegbefördert und in ein Aufnahme-Rohr 36 einbringt, das am Ende 29 des Schneidwerkzeugs an der Formplatteneinrichtung 16 befestigt ist. Das im Rohr 36 so befindliche, die Pellets mit sich führende Behandlungsfluidum strömt dann in eine Kammer 37, in welcher die Pellets vom Fluidum getrennt werden. Das Fluidum kann dann auf herkömmliche Weise in die Kammer 33 zurückgeführt werden, während die Pellets zur Weiter-Verarbeitung entnommen werden.

Das Gehäuse 19 ist mit einer inneren Umwälzkammer 38 versehen, in welcher Konditionierfluidum mittels Leitungen 39 umgewälzt werden kann. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue Steuerung der Temperatur des Schneidkopfes 18 währe» >' -<es Granuliervorgangs.

Im folgenden wird die i-ormplatteneinrichtung 16 beschrieben. Diese besteht aus zwei ineinandergefügte Formplatten 41, 42, die selektiv relativ zueinander verstellbar gelagert sind. Jede dieser beiden Formplatten ist mit radial verlaufenden Öffnungen bzw. Düsen versehen, die in der einen Relativstellung im wesentlichen miteinander fluchten (F i g. 1 und 2), so daß sie eine minimale Verengung bzw. Drosselung gegenüber dem Extrudieren des wärmeerweichten Materials an der stromabseitigen Stirnfläche 25 der Formplatteneinrichtung bewirken. Die Relativstellung der Formplatten kann von Hand oder automatisch geändert werden, um gemäß F i g. 4 und 5 den Ausrichtungsgrad der in den Formplatten vorgesehenen Düsen zu variieren. Durch vollständige Mißausrichtung der Düsen der beiden Formplatten kann die das Schneidwerkzeug und das Behandlungsfluidum enthaltende Schneidkammer von der das wärmeerweichte Material enthaltenden Druckkammer getrennt werden. In dieser Stellung der Formplatten wird der Anfahr- und Abstell-Zyklus auf eine vernachlässigbare Zeitspanne reduziert. Außerdem kann das Behandlungsfluidum dazu benutzt werden, die Schneidkammer in Vorbereitung auf den nächsten Granuliervorgang nach dem Abstellen der Förderschnecke 14 des Extruders durchzuspülen.

In bevorzugter Ausführungsform ist die — auf den Materialstrom bezogen — stromaufseitige Formplatte 41 als Teil eines äußeren Rohrzylinders 43 ausgebildet, der starr am Gehäuse 19 befestigt ist Die stromabseitige Formplatte 42 ist als Teil eines konzentrischen inneren Rohrzylinders 44 ausgebildet der so dimensioniert ist, daß er im Zylinder 43 sowohl über einen Winkelbetrag in Umfangsrichtung als auch axial verschiebbar ist Am einen Ende 45 des inneren Zylinders 44 ist das Aufnahme-Kohr 3b gemäß Fig.2 starr befestigt. Das Rohr 36 besitzt an dem mit dem Zylinder 44 verbundenen Ende eine Anschlag-Schulter 46, die nach außen über den Umfang des inneren Zylinders 44 hinausragt und sich an den äußeren Rohrzylinder 43 anzulegen vermag, um die Axialverschiebung des Rohrs und des inneren Zylinders in der einen Richtung zu begrenzen. Mittig zwischen den Enden des Rohres 36 befindet sich eine ringförmige Andruck-Schulter 47, die vom Ende 45 des Zylinders 44 abgewandt ist An dem am weitesten vom Ende 45 entfernten Ende des Rohrs 36 befindet sich eine Manschette 48.

An dem von der Endplatte 32 und vom Elektromotor 31 abgewandten axialen Ende des Gehäuses 19 vorgesehene Fortsätze 49 dienen als Halterung für eine Hülse 50, die auf diese V/eise starr am Gehäuse befestigt ist. Die Achse der Hülse 50 ist auf die Drehachse des Schneidwerkzeugs 20 und auf das Aufnahme-Rohr 36 ausgerichtet. Die Hülse 50 weist eine Innenfläche 51 auf, die eine Lagerung für das Rohr 36 bildet und dieses um seine Achse drehbar und längsverschiebbar lagert und zudem mit der Schulter 47 und der Außenfläche des Rohrs 36 eine Fluidum-Kammer 52 festlegt. An jeder Seite der Kammer 52 sind Dichtungen 53 und 54 vorgesehen. Eine zwischen die auf dem Rohr 36 sitzende Manschette 48 und die am Gehäuse i9 angebrachte Hülse 50 eingesetzte Feder 55 drängt die Schulter 46 in Anlage an den Rohrzylinder 43.

Um die Düsen der Formplatten 41 und 42 in voll ausgerichtetem Zustand zu halten, wenn sich die Schulter 46 an den Rohrzylinder 43 anlegt, muß die Winkelstellung des inneren Rohrzylinders 44 festgelegt werden. Dies geschieht dadurch, daß am Rohr 36 ein radialer Arm 56 vorgesehen ist, der sich gemäß Fig. 3 zwischen die Fortsätze 49 erstreckt und mit einem herausnehmbaren Stift 57 versehen ist, der verschieblich in eine entsprechende Bohrung in einem einen Teil des Gehäuses 19 bildenden Flansch 58 eingesetzt ist.

Wenn die Düsen, wie erwähnt, voll aufeinander ausgerichtet sind, ist eine geringstmögliche Verengung

bzw. Drosselung für das Extrudieren des wärmeerweichten Materials vorhanden. Wenn die Viskosität des Materials in der Druckkammer 15 beispielsweise infolge einer Temperaturerhöhung in der Extrudier-Kammer abzunehmen beginnt, verringert sich der Druck des wärmeerweichten Materials in dieser Kammer, während sich die Extrudiergeschwindigkeit zu erhöhen beginnt. Ohne Kompensierung dieses Zustands würde sich auch die Länge der Pellets erhöhen.

Eine solche Kompensation wird durch eine Steuereinrichtung 59 gewährleistet, die auf Änderungen des in der Druckkammer 15 herrschenden Drucks anspricht und abhängig davon den inneren Rohrzylinder 44 in Axialrichtung so weit verschiebt, daß der Strömungswiderstand des wärrneerweichien Materials aus der Druckkammer 15 heraus durch eine Mißausrichtung der in den Formplatten 41, 42 vorgesehenen öffnungen bzw. Düsen verändert wird. Diese Ausrichtungs-Änderungen erfolgen durch die Steuereinrichtung 59 in der Weise, daß den in der Druckkammer 15 auftretenden Druckänderungen entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann der in der Druckkammer 15 herrschende Druck unabhängig von Viskositätsänderungen des wärmeerweichten Materials praktisch konstant gehalten werden.

Der in der Druckkammer 15 herrschende Druck wird durch einen Druckwandler 60 gemessen, der ein dem Kammerdruck proportionales Signal erzeugt. Ein Empfänger 61 wandelt das Signal in ein Steuersignal für einen Regler 62 um, dessen Ausgangssignal einem pneumatischen Ventil 63 eingespeist wird, welches den einem Druckspeicher 64 eingespeisten Luftdruck auf unmittelbar vom Druck in der Druckkammer 15 abhängige Weise regelt. Dies bedeutet, daß eine Verringerung des in der Druckkammer 15 herrschenden Drucks beispielsweise von einer Drucksenkung im Druckspeicher begleitet ist.

Das im Druckspeicher 64 befindliche Hydraulikfluidum wird über eine Leitung 65 in die Fluidum-Kammer 52 geleitet. Beim vorstehend angenommenen Beispiel hat somit eine Senkung des den Druckspeicher 64 beaufschlagenden Luftdrucks eine Verschiebung des im Druckspeicher befindlichen Kolbens in einem das Volumen an Hydraulikfluidum in der Kammer 52 verringernden Sinn zur Folge. Infolge dieser Volumenverminderung kann die Feder 55 das Rohr 36 axial, d. h. gemäß F i g. 2, nach unten verschieben. Durch die resultierende Mißausrichtung zwischen den Düsen in den Formplatten 41, 42 wird an der Grenzfläche zwischen den Formplatten gemäß Fig.4 eine Verengung bzw. Drosselung hervorgerufen, durch welche die Extrudiergeschwindigkeit reduziert und der in der Druckkammer 15 herrschende Druck auf seinen ursprünglichen, durch die Handeinstellung des Ventils 63 bestimmten Wert zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird in der Druckkammer 15 automatisch ein praktisch konstanter Druck aufrechterhalten.

Die Axialverschiebung des inneren Rohrzylinders 44 gegenüber dem äußeren Rohrzylinder 43 ist nicht die einzige Möglichkeit zur Steuerung der Ausrichtung zwischen den Formplatten-Düsen, vielmehr kann auch eine Handsteuerung durch von Hand erfolgendes

!5 Verdreher, des Rohrzylinders 44 vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird der Stift 57 aus seiner zugeordneten Bohrung im Flansch 58 herausgenommen, worauf der Arm 56 von Hand verdreht wird. Ein starr am Arm 56 befestigter Bolzen 66 durchsetzt ein im Flansch 58 vorgesehenes Langloch 67 und ermöglicht damit eine begrenzte Winkelverschiebung des Rohrzylinders 44. Am Flansch 58 sind entsprechende Markierungen 68 vorgesehen, die eine Sichtbestimmung des jeweiligen Ausrichtungsgrads ermöglichen. Ebenso ermöglichen an einem der Fortsätze 49 vorgesehene Markierungen 69 die Verwendung des Arms 56 als Zeiger zwecks Ermöglichung einer Sichtanzeige des Ausmaßes der axialen Ausrichtung. Die Möglichkeit einer von Hand erfolgenden Einstellung ist insofern wichtig, als diese Betriebsart eine zusätzliche Steuerung gewährleistet, falls die automatische Steuerung ausfallen sollte. Außerdem kann durch die von Hand erfolgende Einstellung die Druckkammer 15 selektiv mit der Schneid-Kammer verbunden werden, wodurch das Anfahren und Abstellen erleichtert wird.

Gemäß Fig.4 erfolgt die durch die ausgerichteten Düsen der Formplatten 41, 42 eingeführte Drosselung des Stroms des wärmeerweichten Materials an der Grenzfläche zwischen den beiden Formplatten, und zwar zwischen dem stromaufseitigen Eintritt in die Düsen und dem stromabseitigen Austritt aus diesen. Infolgedessen wird der Strangpreß- bzw. Extrudierquerschnitt nicht verändert, wenn die Drosselung von Hand oder automatisch geändert wird, um den gewünschten Extruderdruck aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund wird der Pelletdurchmesser durch die Steuerungen nicht beeinträchtigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Granuiiei vorrichtung zur Herstellung von Pellets aus thermoplastischem Material, mit mindestens einer, einem Extruder nachgeschalteten, wenigstens teilzylindrisch ausgebildeten, eine Anzahl von radial verlaufenden Düsen aufweisenden Formplatte, der ein Schneidwerkzeug mit einer Mehrzahl von radial abstehenden Klingen zugeordnet ist, das um eine mit der Achse der Formplatte fluchtende, senkrecht zur Extruderachse verlaufende Achse drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formplatteneinrichtung (16) mit zwei aneinanderliegenden Formplatten (41, 42) vorgesehen ist, die zwischen einer Stellung, in der die Düsen (17) der Formplatten (41,42) im wesentlichen miteinander fluchten und einer anderen Stellung, in der der Durchtritt durch die Düsen (17) der Formplatteneinrichtung (16) im wesentlichen vollständig unterbunden ist, gegeneinander verstellbar sind.

2. Granuliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Formplatten (41,42) relativ zur anderen verdrehbar ist

3. Granuliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Formplatten (41,42) relativ zur anderen axial verschiebbar ist.

4. Granuliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativstellung der Formplatten (41, 42) über eine auf den Druck des Materials unmittelbar stromauf der Formplatteneinrichtung (16) ansprechende Steuereinrichtung (59) einstellbar ist.