DE2557166A1

DE2557166A1 - Granulator

Info

Publication number: DE2557166A1
Application number: DE19752557166
Authority: DE
Inventors: Hideo Masuda; Yukimasa Morishima; Minoru Yoshida
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1977-02-03
Also published as: JPS5214656A; IT1058570B; GB1495896A; US4097212A; FR2318719A1; JPS5517691B2; FR2318719B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Granulator und insbesondere einen solchen, der mit einem unter Wasser liegenden Messer arbeitet.

Bekanntlich können Granulatoren oder Tablettiereinrichtungen für Kunststoffmaterialien entsprechend dem Zustand, in dem der Kunststoff geschnitten wird, in verschiedene Bauarten unterteilt werden, z.B. in

I. unter Wasser schneidende Vorrichtungen, II. in Luft schneidende Vorrichtungen, III. Band- oder Stranggranulatoren, IV. schichtförmiges Material schneidende Granulatoren ,
usw.

Bekanntlich werden weiter unter Wasser schneidende Gramilatcren aufgrund ihrer hohen Arbeitsleistung und v/eiterer Umstände ge-

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wohnlich verwendet.

Ein Granulator mit großer Arbeitsleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Herstellkosten und Vermeidung von für den Granulierprozeß erforderlicher menschlicher Arbeitskraft wurde kürzlich entwickelt. Eine typische Ausbildung für einen derartigen bekannten Granulator ist in Fig. 4 und 5 der Zeichnung wiedergegeben. Dieser Granulator besitzt,wie bislang allgemein bekannt auf dem betreffenden Fachgebiet,eine ebene Konstitution, indem das geschmolzene Kunststoffmaterial vom Extruder 3O durch eine Anzahl von Formdüsen 1 zu Strängen extrudiert wird, die dann in Stücke mit jeweils definierter Länge z.B. zu Kügelchen durch ein Messer 2 aufgeteilt werden. Das Messer dreht sich unter Wasser vor den Formdüsen 1, so daß die Stücke rasch durch das strömende Wasser abgekühlt und durch das Wasser in eine nicht gezeigte Rohrleitung abgeführt werden. Da das Granulieren des Kunststoffmaterials bislang unter Verwendung einer solchen Formwerkzeugkonstruktionen durchgeführt wurde, war es unausweichlich notwendig, längs des ümfangs der Düse eine Vielzahl von Formdüsen anzuordnen um mit dem Formwerkzeug eine große Materialmenge verarbeiten zu können. Dies bedingte jedoch eine Vergrößerung des Durchmessers A des Formwerkzeugs, was wiederum eine Vergrößerung der Dicke T der Formplatte erforderlich machte, damit der Druck des Kunststoffmaterials aufgenommen werden konnte. Der Druck des Kunststoffmaterials steigt nämlich mit zunehmendem DurchmesserA an. Eine vergrößerte Dicke T der Formplatte bedingt jedoch offensichtlich einen höheren Widerstand für das durch die Düsen 1 hindurchströmende Kunststoffmaterial . Folglich war die Verarbeitungsleistung aufgrund des Druckverlustes des extrudierten Kunststoffmaterials bedingt durch den erhöhten Strömungswiderstand des Materials bei dessen Extrusion durch die Formdüsen 1 Beschränkungen unterworfen, so daß die Menge an zu verarbeitendem Harz natürlichen Grenzen unterworfen war. Andererseits wurde kürzlich die Verarbeitungsleistung eines Extruders soweit erhöht, daß sie proportional zur dritten Potenz des Schneckendurchmessers liegt. Dies war Folge einer verbesserten Schneckenbauweise. Demgegenüber kann die Verarbeitungsleistung eines mit dem Extruder gekoppelten Granulators aufgrund

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der ebenen Konfiguration nur in der zweiten Potenz des Formwerkzeügdurchmessers erhöht werden, was zu einer beträchtlichen Vergrößerung des Durchmessers A des Formwerkzeugs führt. Dies bedingt nicht nur eine Zunahme im Gesamtgewicht des Granulators und damit auch dessen Preises, sondern erfordert darüber hinaus beim Betrieb eine besondere Sorgfalt bei der Durchführung des Granuliervorgangs. Da darüber hinaus die äußere Oberfläche der mit dem strömenden Wasser in Berührung kommenden Form notwendigerweise ebenso wie der Durchmesser A der Form zunimmt, erweist sich eine gleichförmige Beheizung der Form als so schwierig, daß die Qualität der Produkte nachteilig beeinflußt wird. Daher stellt die Form beim Granulieren in größerem Maßstab bislang ein nicht zufriedenstellend bewältigtes Problem dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Granulator der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit dem die bei konventionellen Granulatoren mit einer ebenen Formkonfiguration verbundenen Nachteile beseitigt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, durch Vorsehen eines hohlen Gehäuses, das mit dem vorderen Ende eines Extruders im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dessen Achse verbindbar ist, einer den inneren Umfang des hohlen Gehäuses bildenden Formfläche, die eine Rotationsfläche ist, deren Achse mit der Achse des hohlen Gehäuses zusammenfällt, eine ringförmige Strömungspassage für das Kunststoffmaterial, die in die Wand des Gehäuses eingebohrt ist, so daß an dem äußeren bzw. inneren Umfang der Ringpassage eine Gehäusewand bzw. eine Formwand verbleibt, wobei jede Wand eine definierte Dicke hat, eine Anzahl von in die Formwand radial zur Formfläche eingebohrte Formdüsen und ein im hohlen Gehäuse angeordnetes Drehmesser mit einer Anzahl von dergestalt axial angeordneten Schneidblättern, daß zwischen der Formfläche und der Kante jedes Schneidblattes ein gleichmäßiger definierter Spalt verbleibt.

Der erfindungsgemäße Granulator mit einem unter Wasser arbeitenden Messer besteht somit aus einem Formwerkzeug mit einer inneren

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Oberfläche in Form eines Rotationskörpers z.B. eines Kegelstumpfes, eines Kreiszylinders oder dergleichen. Mit dem Extruder ist ein Gehäuse verbunden, das die Formfläche umgibt, wobei eine Ringpassage für das zu tablettierende oder granulierende Kunststoffmaterial zwischen der inneren Oberfläche und der Außenseite der Form vorgesehen ist. Durch die Wand der Form radial zu deren Achse ist weiter eine Vielzahl von Düsen eingebohrt, die die Ringpassage für das Kunststoff material mit der inneren Oberfläche der Form verbindet. Vor der inneren Oberfläche der Form rotiert ein Messer, das eine Vielzahl von Schneidblättern aufweist. Dabei ist die Außenkante von jedem Schneidblatt parallel zur inneren Oberfläche der Form angeordnet, wobei zwischen der Oberfläche und der Kante ein definierter gleichförmiger Spalt verbleibt.

Mit dem erfindungsgemäß aufgebauten Granulator kann die Abmessung der Form vergleichsweise dünn gewählt werden, so daß der Widerstand, dem das Kunststoffmaterial bei Durchtritt durch die Formdüsen ausgesetzt ist, verringert wird. Die Verarbeitungskapazität wird daher keiner wesentlichen Beschränkung unterworfen. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die Verarbeitungskapazität auf die dritte Potenz des Durchmessers der Form des Granulators erhöht werden kann. Die Erhöhung der Verarbeitungskapazität läßt sich somit ohne weiteres realisieren, ohne daß hierzu eine wesentliche Zunahme in der Abmessung des Granulators und seines Gewichtes notwendig ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind in der Wand des Gehäuses oberhalb und unterhalb der Ringpassage für das Kunststoffmaterial Heizmäntel vorgesehen. Desweiteren können in die Formwand zwischen den Formdüsen axial Düsenheizmäntel eingebohrt werden, die mit den obigen Heizmäntelnendseitig in Verbindung stehen.

Damit wird ein gleichmäßiges Beheizen der Form gewährleistet, so daß die Kügelchen aus dem Kunststoffmaterial eine ausgezeichnete und gleichmäßige Qualität besitzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der

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der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungs-

gemäßen Granulators in Verbindung mit einem Extruder,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen wesentlichen Bereich

des in Fig. 1 gezeigten Granulators,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Granulator nach Fig. 1 längs

der Schnittlinie III-III nach Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines konventionellen Granulators in Verbindung mit einem Extruder ähnlich dem nach Fig. 1, und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den konventionellen Granulator nach Fig. 4.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Extruder 30 mit einem horizontal angeordneten Zylinder 31 und einer darin drehbar gehaltenen Schnecke 32 gezeigt. Die Schnecke 32 wird über ein Reduziergetriebe 33 von einer Rollen- und Riemeneinrichtung 34 aus angetrieben. Die von einem Trichter 35 zugeführtenKunststoffmaterialien werden im Zylinder 31 durch die Schnecke 32 aufgeschmolzen und geknetet und dann in einen erfindungsgemäßen Granulator oder Tablettiervorrichtung 50 über eine Prallplatte 11, die am Eingang des Granulators 5O befestigt ist, geführt. Der Granulator 50 kann fest mit dem vorderen Ende des Zylinders 31 des Extruders 30 durch geeignete Mittel, z.B. Flansche und nicht gezeigte Befestigungsschrauben, dergestalt verbunden werden, daß die Achse des Granulators vertikal zu liegen kommt und die Achse des Zylinders 31 senkrecht schneidet.

Der Granulator 50 weist gemäß Fig. 1 bis 3 ein Gehäuse 12 mit einer grundsätzlich hohlen, zylindrischen Gestalt auf. An der inneren Oberfläche des Gehäuses 12 ist eine Formfläche 13 ausgebildet,und ein Messer 16 erstreckt sich koaxial im Gehäuse 12 dergestalt, daß

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es vor der Formfläche 13 rotiert. Die Fläche 13 bildet eine Umdrehungsfläche, wobei die Umdrehungsachse mit der Achse des Gehäuses-12 zusammenfällt. Die Fläche 13 bildet somit z.B. einen kreiszylindrischen Körper oder stellt einen Kegelstumpf dar. Die Wand des Gehäuses 12 weist eine ringförmige Strömungspassage 14 für das plastifizierte Kunststoffmaterial auf (die nachfolgend einfach als "Ringpassage" bezeichnet wird). Die Ringpassage ist axial zwischen der äußeren Oberfläche des Gehäuses der Formfläche 13 eingebohrt, so daß an der Außenseite eine Gehäusewand und an der Innenseite die Formwand verbleibt, wobei jede Wand eine bestimmte Dicke hat. Dabei ist in der die Ringpassage 14 umgebenden Gehäusewand in dem Bereich ein Loch vorgesehen, bei dem das Gehäuse 12 dem Zylinder 31 des Extruders zugewandt ist, so daß die Ringpassage 14 in Verbindung mit dem Zylinder 31 steht. Dadurch kann das aufgeschmolzene und geknetete Kunststoffmaterial vom Zylinder 31 über die Prallplatte 11 in die Ringpassage 14 eingeführt werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Gehäusewand und die Formwand als separate Teile hergestellt werden können, die auf bekannte Weise unter Vorsehen von Dichtungen miteinander befestigt oder auseinandergenommen werden können. Die Dichtungen dienen dabei dem Zweck, einen Leckaustritt von dem geschmolzenen Kunststoffmaterial aus der Ringpassage 14 zu verhindern. Dies erlaubt eine einfache und genaue Bearbeitung und einen Zusammenbau des Granulators 50.

In die Formwand ist eine Anzahl von Formdüsen 15 radial zur Formfläche 13 eingebohrt, welche eine Passage für das geschmolzene und geknetete Kunststoffmaterial von der Ringpassage 14 zur Innenseite der Formfläche 13 bilden. Jede Formdüse 13 hat eine Gestalt und Abmessung, die von der Gestalt der mittels konventioneller Granulatoren hergestellten Kügelchen abhängt. Die Anzahl der Formdüsen 15 ist so festgelegt, daß die gesamte Fläche der Formdüsen der Menge an pro Zeiteinheit auszustoßenden Kügelchen entspricht. Ferner sind die Formdüsen 15 vorzugsweise in einer oder mehreren horizontalen Ebenen angeordnet, die vertikal in einem bestimmten Abstand voneinander liegen. In diesen horizontalen Ebenen erstrecken sich die Formdüsen 15 längs des Umfangs der Ebenen in gleichem Abstand voneinander.

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Neben der Ringpassage 14 ist in die Wand des Gehäuses 12 ein oberer und ein unterer ringförmiger Heizmantel 17 und 18 eingebohrt, wobei sich der eine Heizmantel oberhalb und der andere unterhalb der Ringpassage 14,von dieser über Trennwände abgetrennt erstreckt. Eine Anzahl von die Düsen erwärmenden Heizmäntelni9, die den oberen und unteren Heizmantel 17 und 18 miteinander verbinden, sind ebenfalls axial in die Formwand zwischen den betreffenden Längsreihen von Formdüsen 15 eingebohrt. Der obere und untere Heizmantel 17 und 18 v/eisen einen Einlaß für das Heizmedium und Auslaßöffnungen 20 bzw. 21 auf, die in die Wand des Gehäuses 12 so eingebohrt sind, daß sie mit den Heizmänteln in Verbindung stehen.

Das Messer 16 besitzt eine Antriebswelle 16' die axial im Gehäuse 12 angeordnet ist und eine Anzahl Schneidblätter 16". Die Schneidblätter 16"sind mit der Antriebswelle 16' in Längsrichtung in gleichem Abstand längs der Welle verbunden, so daß jede Außenkante der Schneidblätter gegenüber der Fläche 13 liegt, wobei zwischen der Fläche 13 und den Kanten ein definierter gleichförmiger Spalt verbleibt. Die Welle 16' wird von einer Antriebseinrichtung 17 angetrieben , die am Gehäuse 12 an irgendeiner gewünschten Stelle sehr ähnlich, wie die Antriebseinrichtung für einen konventionellen Granulator angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung kann von einer Rollen- und Riemeneinrichtung 18 beaufschlagt v/erden.

Beim Betrieb ist der Granulator mit dem vorderen Ende des Zylinders 31 des Extruders 30 verbunden,und es wird durch die Innenseite des Gehäuses 12 ein Kühlwasser längs der Formfläche 13 in eine bestimmte Richtung, z.B. nach oben,gemäß Fig. 1 und 2,geleitet. Mittels der Antriebseinrichtung 17 wird das Messer 16 unter Wasser mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit vor den Formdüsen 15 bewegt. Zur gleichen Zeit wird das Heizmedium von der Einlaßöffnung 20 in den oberen Heizmantel 17 eingeführt und von dort durch die Heizmäntel 19 für die Düsen in den unteren Heizmantel 18 geleitet, von wo es über die Auslaßöffnung 21 austritt.

Bei Drehung der Schnecke 32 des Extruders 30 wird das geschmolzene

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und geknetete Kunststoffmaterial unter einem definierten Druck durch die Prallplatte 11 in die Ringpassage 14 des Gehäuses 12 des Granulators 50 gebracht, so daß das Kunststoffmaterial durch ⁿie Düsen 15 in Strangform und in das längs der Formfläche 13 strömende Wasser gepreßt wird. Nach Austritt aus den Düsen 15 auf die Formfläche 13 werden die Stränge durch das längs der Fläche 13 nach oben fließende Kühlwasser abgekühlt, so daß sie erstarren, wobei die Stränge durch die Schneidblätter 16" des Messers 16 in Kügelchen aufgeteilt werden. Die Schneidblätter drehen sich dabei unter einem definierten gleichmäßigen kleinen Abstand vor der Formfläche 13. Danach werden die geschnittenen Kügelchen mit dem strömenden Kühlwasser von der Formfläche 13 weggeführt. Die Abmessung und Gestalt der Kügelchen werden prinzipiell durch den Druck des geschmolzenen Kunststoffmaterials in der Ringpassage 14 des Gehäuses 12, durch die Gestalt und Abmessung der Formdüsen 15, der Drehgeschwindigkeit des Messers 16, der Abmessung des Spaltes zwischen der Formfläche 13 und den Kanten der betreffenden Schneidblätter 16" usw. bestimmt. Im vorliegenden Fall, d.h. bei Ausbildung der Formfläche 13 in Form eines Kegelstumpfes,läßt sich der Spalt zwischen der Formfläche 13 und den Kanten der Schneidblätter 16 einfach und genau einstellen.

Da die Forrofläche die Gestalt eines Rotationskörpers beispielsweise eines Kegelstumpfes hat und die Außenseite der eine ähnliche Konfiguration aufweisenden Formwand längs ihres Umfangs dem Druck des Kunststoffmaterials ausgesetzt ist, kann die Dicke der Formwand wesentlich dünner als bei einem konventionellen Formwerkzeug mit ebener Ausbildung sein. Dadurch jedoch nimmt der Widerstand ab, dem das Kunststoffmaterial bei Durchtreten durch die Formdüsen 15 unterworfen wird. Ferner läßt sich die Menge an extrudiertem Kunststoffmaterial dadurch erhöhen, indem man einfach in entsprechender Weise die Anzahl der horizontalen Ebenen erhöht, in denen die Formdüsen 15 liegen, wobei die Dicke der Formwand im wesentlichen die gleiche wie zuvor bleibt. Dies bedeutet, daß die Verarbeitungskapazität des erfindungsgemäßen Granulators in Proportion zur dritten Potenz des Innendurchmessers der Formfläche 13 gebracht werden kann. Ein weite-

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res vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Granulators besteht darin, daß in der Wand oberhalb und unterhalb der Ringpassage 14 ein oberer und unterer ringförmiger Heizmantel 17, 18 vorgesehen ist, wobei die Heizmäntel durch die Düsen erwärmende Heizmäntel 19
miteinander verbunden sind. Mit dieser Anordnung der Heizmäntel läßt sich das Formwerkzeug selbst dann gleichmäßig beheizen, wenn als
Heizmedium Dampf verwendet wird. Dies aufgrund des Urnstandes, daß
das in den Heizmänteln gebildete Wasser ohne weiteres aus den Heizmänteln abgeführt werden kann.

Obschon ein einzelnes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde und dargestellt ist, versteht es sich, daß in
Kenntnis der gegebenen Lehre zahlreiche Modifikationen hinsichtlich Gestalt und Abmessung vorgenommen v/erden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

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Claims

- 10 P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1., J Mit einem unter Wasser arbeitenden Messer versehener Granulator, gekennzeichnet durch ein hohles Gehäuse (12), das mit dem vorderen Ende eines Extruders (30) im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu dessen Achse verbindbar ist, einer den inneren Umfang des hohlen Gehäuses bildenden Formflache (13) aus einer Rotationsfläche, deren Achse mit der Achse des hohlen Gehäuses zusammenfällt, eine ringförmige Strömungspassage (1:4) für das Kunststoff material, die in die Wand des Gehäuses eingebohrt ist, so daß an dem äußeren bzw. inneren umfang der Ringpassage (14) eine Gehäusewand bzw. eine Formwand verbleibt, wobei jede Wand eine definierte Dicke hat, eine Anzahl von in die Formwand radial zur Formfläche eingebohrten Formdüsen· (15),und ein im hohlen Gehäuse angeordnetes Drehmesser (16) mit einer Anzahl von dergestalt axial angeordneten Schneidblättern " (16"), daß zwischen der Formfläche (13) und der Kante jedes Schneidblattes ein gleichmäßiger definierter Spalt verbleibt.

2. Granulator nach Anspruch ΐ, dadurch gekennzeichnet, daß die Formdüsen (15) in der Formfläche (13) in einer Vielzahl von horizontalen Ebenen angeordnet sind, welche Ebenen in vertikaler Richtung unter einem bestimmten Abstand voneinander liegen, wobei die Formdüsen längs der betreffenden horizontalen Ebenen unter einem gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Granulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Gehäuse (12) eine im wesentlichen hohle zylindrische Gestalt hat und die Rotationsfläche aus einem kreiszylindrischen Körper oder einem Kegelstumpf gebildet ist..

4. Granulator nach Anspruch T, dadurch g e k e η η — zeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Ringpassage (14) je ein ringförmiger Heizmantel (17, 18) angeordnet ist, wobei die Heizmäntel von der Ringpassage (14) durch ringförmige Trennwände

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mit wesentlicher Dicke getrennt sind, und die Heizmäntel über in die Wand des hohlen Gehäuses eingebohrte Ein- bzw. Auslaßöffnungen (20, 21) mit einem zirkulierenden Heizmedium beaufschlagbar sind.

5. Granulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Formwand zwischen den longitudinalen Reihen von Formdüsen (15) Heizmittel (19) für die Düsen axial eingebohrt sind und diese Heizmäntel an ihren oberen und unteren Enden mit den ringförmigen Heizmänteln (17, 18) in Verbindung stehen.

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