DE2839381A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von granulat - Google Patents

Description

VEB Plast- und Elastverarbeitungs-

maschinen-Kombinat Karl-Marx-Stadt d. 10.8.1978

Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Granulat

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Granulat unterschiedlicher geometrischer Formen aus plastischen Massen nach dem Kaltabschlagprinzip ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, zum Zwecke der Herstellung von Granulat, vorzugsweise zylindrischen Querschnittes, Stränge bzw. Bänder zu extrudieren, abzukühlen und anschließend mittels einer Schneideinrichtung zu zerkleinern. Der Nachteil des Bandgranulierens ist der erhöhte maschinentechnische Aufwand, da zur Herstellung von Granulat eine Längs- und Quertrennung des Bandes erforderlich ist. Das nach diesem Verfahren hergestellte Würfelgranulat ist auf Grund seiner geringen Schüttdichte und der Geometrie für die Weiterverarbeitung auf Schneckenmaschinen nicht optimal. Das Stranggranulieren hat den Nachteil, daß beim Abriß eines Stranges der Produktionsablauf gestört wird und ein Neueinführen der Stränge in die Schneideinrichtung erforderlich ist. Es ist bereits ein Verfahren zum Granulieren von thermoplastischem Material bekannt (DE-AS 1 176 346), bei dem kontinuierlich Stränge extrudiert werden, wobei die einzelnen Stränge nebeneinander angeordnet sind und während ihrer Vorwärtsbewegung auf einer schräg bzw.

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diagonal zur Richtung der Stränge verlaufenden Linie derart flachgedrückt werden, daß sie sich im Bereich dieser Linie berühren und miteinander verbinden. Dadurch wird ein Verwirren der Stränge verhindert. Wach diesem Verfahrensschritt werden die in kurzen Abständen untereinander verbundenen Stränge gekühlt und in einem Granulator zu Granulat geschnitten.

Dieses Verfahren, das sich bisher in der Praxis nicht durchgesetzt hat, weist folgende Nachteile auf. Durch das Verschweißen der einzelnen Stränge untereinander in kurzen Abständen - z.B. aller 2,5 cm - entsteht in dem flachgedrückten Bereich ein Granulat unregelmäßiger Form. Infolge des Nichtauftrennens aller einzelnen Verbindungen zwischen den Strängen kommt es zur Bildung von Doppelgranulat. Beides wirkt sich nachteilig auf die Weiterverarbeitung des Granulates aus. Auf Grund der bei der Stranggranulierung oft auftretenden unterschiedlichen Austrittsgeschwindigkeiten der einzelnen Stränge über die Werkzeugbreite, kann nach diesem Verfahren nur eine kleine Anzahl-an Strängen extrudiert werden, so daß die Durchsatzleistung einer derartigen Anlage gering ist.

Außerdem ist zur Realisierung dieses Verfahrens ein zusätzlicher maschinentechnischer Aufwand - gekühlte Walzen mit schraubenförmiger Rippe auf der Oberfläche - erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den maschinentechnischen Aufwand zu verringern, die Durchsatzleistung zu erhöhen und ein Granulat guter Qualität herzustellen·

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Granulat und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, eine beliebige Anzahl von Strängen kontinuierlich ohne Unterbrechungen so miteinander zu verbinden, daß eine einfache Längstrennung und die Herstellung von Granulat hoher Schüttdichte mit einer für die Weiterverarbeitung günstigen, einheitlichen Granulatform gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer Breitschlitzdüse ein flaches oder mittels einer Schlauchdüse ein ringförmiges Extrudat, das nach dem Verlassen der Düse aufgeschnitten und flachgelegt wird, bestehend aus mehreren mittels dünner Stege verbundenen und damit ein einheitliches Ganzes darstellenden, einen verschiedenartigen geometrischen Querschnitt aufweisenden Strängen, erzeugt wird. Dieses profilierte Band wird kontinuierlich abgezogen, dabei gekühlt, längs der dünnwandigen Verbindungsstege in die einzelnen Stränge aufgetrennt und mittels einer bekannten Stranggranuliereinrichtung zerkleinert. Mir Plastmaterialien mit ungünstigen Fließeigenschaften, z.B. hochviskosen Stoffen oder stark füllstoffhaltigen Massen, ist der Querschnitt der lOrmgebungszone (Bügelzone) der Extruderdüse sowohl für die dünnwandigen Verbindungsstege, als auch für die Stränge, relativ groß auszulegen und zur Erzielung verwertbarer Granulatabmessungen das extrudierte Band entsprechend abzuziehen, d.h. zu recken.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann mittels einer Breitschlitzdüse ein flaches, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisendes Extrudat oder mittels einer Schlauchdüse ein ringförmiges, vorzugsweise einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisendes Extrudat, das

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nach Verlassen der Düse aufgeschnitten und flachgelegt wird, erzeugt und dieses mittels entsprechend der gewünschten Strangquerschnittsgeometrie profilierter Walzen oder Hollen derartig geprägt werden, daß ein Band, bestehend aus mehreren mittels dünner Verbindungsstege verbundenen, einen verschiedenartigen geometrischen Querschnitt aufweisenden Strängen, entsteht, dieses somit profilierte Band kontinuierlich abgezogen, dabei gekühlt, längs der dünnwandigen Verbindungsstege aufgeschnitten wird und die auf diese Weise erzeugten Einzelstränge mit einer bekannten Stranggranulierungseinrichtung zerkleinert werden. Der Querschnitt der Stränge kann kreisrunde, quadratische oder auch eine andere Geometrie aufweisen. Die Prägewalzen bzw. Rollen können Heiz- bzw. Kühleinrichtungen enthalten. Als Kühlmedium für die profilierten Bänder kann Luft, Wasser, Wassernebel o.a. verwendet werden. Die Kühleinrichtung kann aus mehreren antreibbaren Galetten bestehen, die in ein Kühlbad eintauchen. Dieser gleichzeitig abziehenden und kühlenden Einrichtung kann nach Zwischenschaltung einer Tropfenauffangvorrichtung eine zusätzliche Abzugseinrichtung nachgeordnet sein. Die längstrenneinrichtung kann auf thermischem (beheizte Messer), mechanischem (Schlitzmesser, Rollenmesser) oder hydraulischem (fokussfierter Wasserstrahl längs der dünnen Verbindungsstege) Wirkprinzip beruhen. In letzterem Pail wird durch die Wasserstrahlbeaufschlagung ein zusätzlicher Kühleffekt erreicht. Bei Verwendung beheizter Messer v/erden die an den einzelnen Strängen nach dem Trennvorgang zurückbleibenden Stegreste mit den Strängen verschweißt. Durch die Anordnung einer Strangzwangzuführung unmittelbar nach der Längstrenneinrichtung, z.B. durch entsprechende FührUngarinnen oder - rohre, durch Pührungsrollen o.a., wird ein Ausweichen der Einzelstränge vermieden und eine sichere Einspeisung in den Stranggranulator gewährleistet. Erforderlichenfalls kann die Reihenfolge einiger technologischer Operationen, z.B. Kühlung,

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Abzug und längstrennen, zeitlich bzw« örtlich vertauscht ausgeführt werden»

Das erfindungsgemäße Verfahren gliedert sich somit in die Verfahrensschritte Ausformen eines Bandes, evtl. Prägen bei Ausformen eines unprofilierten Bandes, Kühlen und Abziehen, Längstrennen in Stränge, Strangzwangsführen und Stranggranulieren. Die Vorrichtung zur Realisierung obengenannten Verfahrens besteht aus der Extruderdüse, gegebenenfalls einer Prägemaschine, einer Kühl- und Abziehvorrichtung, einer Tropfenauffangvorrichtung, evtl. einem zusätzlichen Abzug, einer Längstrenneinrichtung, einer führungseinrichtung und einem Stranggranulator.

Zwecks optimaler Ausnutzung der Werkzeugbreite können die Düsenbohrungen und/oder die sich anschließenden Düsenaustrittsöffnungen in der äußeren Düsenplatte in beliebiger Kurven- oder Linienführung nebeneinander angeordnet sein. Werden große, ausstoßintensive Extruder eingesetzt, können vorteilhafterweise mehrere Extrudate erzeugt, gemeinsam oder getrennt gekühlt und getrennt granuliert werden.

Das Extrusionswerkzeug besteht aus einer inneren und einer äußeren Düsenplatte. In der inneren Düsenplatte ist ein Fließkanal angeordnet, der in die äußere Düsenplatte und von dort in Düsenbohrungen mündet, zwischen denen Schlitze angeordnet sind.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Eine Granulieranlage mit direkter Extrusion eines profilierten Bandes

Pig. 2: Einige geometrische Querschnittsformen des profilierten Bandes

Fig. 3: Eine Granulieranlage mit nachträglicher Bandprofilierung

Pig. 4a: Eine mögliche Düsenanordnung mehrfach über- und nebeneinander im Extrusionswerkzeug

Pig. 4b: Eine kreisförmige Düsenanordnung im Extrusionswerkzeug

Pig. 4c: Eine sinusförmige Düsenanordnung im Extrusionswerkzeug

Pig. 5a: Die Vorderansicht eines Ausschnittes der Düsenplatte des Extrusionswerkzeuges

Pig. 5b: Einen Schnitt durch den Düsenbereich des Extrusionswerkzeuges

Pig. 6: Eine Einrichtung zur Extrusion mehrerer Bänder

Pig.7: Eine Granulieranlage mit gemeinsamer Kühlung und getrennter Granulierung mehrerer Bänder

Fig. 8: Eine Granulieranlage mit getrennter Verarbeitung mehrerer Bänder.

In Pig. 1 ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei aus einer Extruderdüse 1 direkt ein profiliertes Extrudat 11 erzeugt wird. Im einzelnen besteht die Einrichtung aus der Extruderdüse 1 mit profiliertem Bügelzonenquerschnitt. (Breitschlitzdüse oder auch Schlauchdüse; bei letzterer muß eine in der Zeichnung nicht dargestellte Scklauchschlitz- und -flachlegevorrichtung vorgesehen werden), der Kühl- und Abzugseinrichtung 2 mit Mitteln zur Beaufschlagung des

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Extrudates 11 mit einem Kühlmedium, z.B. in einem temperierten Tauch- oder Sprühbad, mit Umlenkgaletten, Abzugswalzen und einer Tropfenauffangeinrichtung am Ende dieser Einrichtung, einer Abzugsmaschine 3, einer Längstrenneinrichtung 4 mit Schlitz- oder Rollenmessern bzw. mit einer Vorrichtung zur Beaufschlagung der dünnwandigen Verbindungsstege 10 mit einem fokussierten Wasserstrahl mit der durch das Durchtrennen der Verbindungsstege 10 erforderlichen Energie, einer Strangzwangsführung 5 und einer Stranggran uliermaschine 6. Die Einrichtung funktioniert folgendermaßen :

Das aus der Extruderdüse 1 gepreßte profilierte Extrudat 11 durchläuft die Kühl- und Abzugseinrichtung 2, wird hier abgekühlt und gegebenenfalls im Vergleich zu den Düsenquerschnittsmaßen und auf kleinere Abmessungen gereckt, von der sich anschließenden Abzugsmaschine 3 abgezogen und der Längstrenneinrichtung 4 zugeführt, hier längs der dünnen Verbindungsstege 10 in einzelne Stränge 9 aufgetrennt, über eine Strangzwangsführung 5 der Stranggranuliermaschine 6 zugeführt und mittels dieser zu Granulat geschnitten.

Fig. 2 zeigt profilierte Bänder 7 bzw. einen profilierten Schlauch 8, wie sie aus der Breitschlitzdüse bzw. einer Schlauchdüse erfindungsgemäß extrudiert werden. Die Stränge 9 sind mittels dünner Verbindungsstege 10 zu einem einheitlichen Ganzen verbunden. Die Stränge 9 können einen unterschiedlichen geometrischen Querschnitt, z.B. Kreis- oder Quadratquerschnitt, aufweisen, je nach den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Schüttgutes. So kann es z.B. aufgrund ganz spezifischer Bedingungen des Weiterverarbeitungsprozesses erforderlich werden, einen hochwirksamen Verzahnungsmechanismus zwischen den Granulatkörnern zu realisieren (z.B. in der Einzugszone eines mit einer Nutenbuchse versehenen Piastizierextruders). In diesem Falle dürfte ein Granulat mit quadratischem

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Querschnitt und beiderseitigen Restgraten vom durchgeschnittenen Verbindungssteg günstige Eigenschaften aufweisen.

In Pig· 3 ist im Vergleich zu Fig· 1 eine Prägeeinrichtung 12 ergänzt worden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung wird durch die Extruderdüse 1 ein unprofiliertes Extrudat 13 extrudiert, das anschließend auf der Prägeeinrichtung 12 zu einem oben bereits eingehend beschriebenen, profilierten Extrudat 11 geprägt wird. Alle weiteren Verfahrensoperationen laufen wie auf der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ab.

In Fig. 4a ist eine Möglichkeit dargestellt, mehrere profilierte Bänder mit einem Extrusions-werkzeug 1 zu produzieren. Die profilierten Bänder 7 können neben- und/ oder übereinander (Fig. 6) extrudiert werden und gemäß Fig. 7 gemeinsam gekühlt, dann aber getrennt granuliert werden oder gemäß Fig. 8 direkt nach Verlassen des Extrusionswerkzeuges 1 auf separaten erfindungsgemäßen Einrichtungen getrennt zu Granulat verarbeitet werden. Derartige Variationen sind insbesondere interessant, wenn leistungsstarke Extruder schwächer dimensionierten Kühl- und/oder Granuliereinrichtungen anzupassen sind. Die Figuren 4b und 4c zeigen weitere Möglichkeiten zur Düsenanordnung im Extrusionswerkzeug 1, um die zur Verfügung stehenden Werkzeugabmaße optimal auszunutzen. Damit ist es möglich, geringere Abzugsgeschwindigkeiten bei gleichem Massedurchsatz bzw. größere Massedurchsätze bei gleicher Abzugsgeschwindigkeit zu fahren. Diese Düsenanordnungen führen ebenfalls dazu, daß entweder geringere Werkzeugabmaße und damit Materialeinsparungen bei gleichem Durchsatz möglich sind, oder herkömmliche Werkzeuggrößen zum Einsatz an größeren Extrudern geeignet sind.

Der Winkel in den Figuren 6, 7 und 8 kann 0 bis 90 Grad betragen.

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In den Figuren 5a und 5b ist ein erfindungsgemäßes Extrusionswerkzeug 1 zur Durchführung des neuen Granulierverfahrens dargestellt. Die kreisrunden Düsenaustrittsöffnungen 22 sind in einer Ebene horizontal nebeneinander angeordnet und jeweils durch Schlitze 21 verbunden (Pig· 5a). Aus der Fig. 5b ist der Verlauf des Fließkanals 15 und der Düsenbohrung 20 innerhalb des Extrusionswerkzeuges 1 zu erkennen. In der inneren Düsenplatte 14 ist der in Richtung der Düsenbohrung 20 konisch verlaufende Fließkanal 15 eingearbeitet. Dieser konische Verlauf endet über der gesamten Breite der Düsenbohrungen 20 in der äußeren Düsenplatte 16. Zwischen den Düsenbohrungen 20 im Bereich der Schlitze 21 setzt sich der konische Verlauf in der äußeren Düsenplatte 16 weiter fort, bis er die Schlitzhöhe 18 erreicht. Dadurch wird verhindert, daß sich im Düsenauslaufbereich 19 der äußeren Düsenplatte 16 ein Stau des Massestromes bildet. Der Düsendurchmesser der Düsenbohrung 20 wurde mit 17 bezeichnet. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende. Die aus dem nicht dargestellten Extruder kommende Schmelze strömt in den Fließkanal 15 der inneren Düsenplatte 14 des Extrusionswerkzeuges 1. Von dort aus verteilt sie sich gleichmäßig auf die Düsenbohrungen 20 und die zwischen den einzelnen Düsenbohrungen 20 angeordneten Schlitze 21. Somit wird ein Extrudat gebildet, das aus kreisförmigen Strängen 9 besteht, die jeweils durch Stege 10 miteinander verbunden sind. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß durch die leicht zu trennenden Verbindungsstege ein stabiler Produktionsablauf gewährleistet ist und ein in der Form einheitliches, qualitativ hochwertiges zylinderförmiges Granulat hergestellt werden kann.

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Claims (7)

1. Jirfindungsanspruch

   1, Verfahren zur Herstellung von Granulat nach dem Kaltabschlagprinzip, gekennzeichnet dadurch, daß mittels eines Extruders in der Bügelzone einer

   . speziell profilierten Extruderdüse (1) mindestens ein profiliertes Bxtrudat (11), vorzugsweise ein flaches oder unbestimmt kurven - oder linienförmiges Band (7) oder ein Schlauch (8) der anschließend aufgeschnitten und flachgelegt wird, bestehend aus mehreren mittels dünner Verbindungsstege (10) verbundenen, einen verschiedenartigen geometrischen Querschnitt aufweisenden Strängen (9), erzeugt, das profilierte Bxtrudat (11) kontinuierlich abgezogen, dabei gekühlt, längs der Verbindungsstege (10) aufgetrennt, zwangsweise einer Stranggranuliermaschine (6) zugeführt und dort zu Granulat geschnitten wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit der Extruderdüse (1) ein unprofiliertes flaches, vorzugsweise rechteckiges Extrudat (13) oder ein unprofiliertes schlauchförmiges Extrudat (13), das nach dem Verlassen der Extruderdüse (1) aufgeschnitten und flachgelegt wird, erzeugt, und das unprofilierte Extrudat (13) mittels einer entsprechend der gewünschten Strangquerschnittsgeometrie ausgeführten temperierbaren Prägeeinrichtung (12) zu einem profilierten Extrudat (11) ausgeformt wird·
3. 3· Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Formgebungsquerschnitt der Extruderdüse (1) überdimensioniert ist, und das austretende profilierte Extrudat (11) oder unprofilierte Extrudat (13) gereckt wird.

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   ORIGINAL INSPECTED
4. 4· Verfahren nach, den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Stege des profilierten Extrudates (11), in Längsrichtung thermisch, mechanisch oder hydromechanisch getrennt werden, wobei vorzugsweise beheizte Messer, Heißluft oder fokussierte Wasserstrahlen eingesetzt werden.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine Extruderdüse (1), gegebenenfalls eine Prägeeinrichtung (12)/eine Kühl- und Abzugsvorrichtung (2), eine Abzugsmaschine (3), eine Längstrenneinrichtung (4)» eine Strangzwangszuführung (5) und eine Stranggranuliermaschine (6) hintereinander angeordnet sind, wobei die Reihenfolge der Aggregate in Abhängigkeit von dem zu granulierenden Material verschieden sein kann·
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Extruderdüse (1) aus einer inneren und einer äußeren Düsenplatte (14, 16) besteht, wobei in der inneren Düsenplatte (14) ein Fließkanal (15) angeordnet ist, der in die äußere Düsenplatte (16) und von dort in Düsenbohrungen (27) mündet und daß zwischen den einzelnen Düsenbohrungen (20) Schlitze (21) angeordnet sind·
7. 7. Vorrichtung nach Punkt 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsenbohrungen (20) und/oder die sich anschließenden Düsenaustrittsöffnungen (22) iß der äußeren Düsenplatte (16) in beliebiger Band-, Kurven-, Linien- oder Schlauchführung nebeneinander angeordnet sind.

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