DE3145614C2

DE3145614C2 - Vorrichtung zum Granulieren von Strängen aus Kunststoffmaterial und ähnlichen plastischen Massen

Info

Publication number: DE3145614C2
Application number: DE19813145614
Authority: DE
Inventors: Friedrich 8754 Grossostheim Hunke
Original assignee: Automatik Apparate-Maschinenbau H Hench 8754 Grossostheim De GmbH
Current assignee: Automatik Apparate-Maschinenbau H Hench 8754 Grossostheim De GmbH
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE3145614A1

Abstract

Vorrichtung zum Granulieren von Strängen aus Kunststoffmaterial, bei der plastische bzw. schmelzflüssige, durch diesen erzeugte Stränge nach äußerlicher Verfestigung einem angetriebenen Walzenpaar zuführbar und durch dieses Walzenpaar in einzelne Granulatteilchen zerteilt wird. Die Walzen bestehen gegenüber dem Kunststoffmaterial aus hartem Metall, z.B. Stahl. Die erste Walze wirkt als Quetschwalze und ist mit axialen Vorsprüngen versehen, deren Enden in der Fläche eines zur Quetschwalze koaxialen Zylinders liegen. Die zweite Walze besitzt als Gegenwalze eine zylindrische Umgangsfläche. Eine der beiden Walzen ist gegenüber der anderen Walze beweglich gelagert, so daß die zylindrischen Bereiche der Vorsprünge an der Gegenwalze annähernd zum Liegen kommen. Die Bewegung der betreffenden Walze in Richtung zur anderen Walze ist in der letzteren Lage durch einen Anschlag begrenzt, gegen den die betreffende Walze unter Vorspannung gedrückt wird. Die Quetschwalze quetscht mit ihren am Ende zylindermantelförmigen Vorsprüngen einzelne Granulatteilchen von den Strängen ab.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung /um Grai lieren von Strängen aus Kunststoffmaterial und ähnlichen plastischen Massen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 37 23 035 bekannt Dort ist in einem Kühlmittel ein einen extrudieren Kunststoffstrang zerkleinerndes Weizenpaar vorgesehen. Dabei sind am Umfang der einen Walze radial abstehende Schneiden und am Umfang der anderen Walze Auflagen aus einem elastischen Kunststoff material angeordnet. Die Walzen sind derart voneinander beabstandet und werden derart synchron angetrieben, daß bei ihrer Drehung jeweils eine Schneide in die Oberfläche einer Auflage gedrückt wird, wodurch ein zwischen den Walzen durchgeführter Strang aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial granuliert wird.

Durch das Eindringen der Schneiden in die Auflagen sind die Schneiden bei einer solchen Granuliervorrichtung einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt. Dies führt dazu, daß das entstehende Granulat unsauber vom Strang abgetrennt wird bzw. daß die einzelnen Granulatteilchen auch nach dem Schneidvorgang noch durch dünne Fäden miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Vorrichtung zum Granulieren derart zu gestalten, daß sie weitgehend verschleißfrei arbeitet und die einzelnen Granulatteilchen gleichmäßig voneinander tren:,t.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aufgrund des Aufbaus der beiden Walzen aus hartem Material, z. B. Stahl, ergibt sich ein außerordentlich geringer Verschleiß, zumal aufgrund der Konstruktion der beiden Walzen keinerlei Schneideffekt erforderlich ist, der zu einem Stumpfwerden von Messern führen könnte. Einerseits ist die Gegenwalze aufgrund ihrer zylindrischen Umfangsfläche in der Lage, erheblichen Drücken standzuhalten, andererseits besitzt auch die Quetschwalze aufgrund ihrer durch die zylindrische Oberfläche bestimmten Bereiche an den Enden der Vorsprünge eine Gestaltung, die eine erhebliche Standfestigkeit aufweist. Dabei sorgt das Anliegen der zylindrischen Oberflächen der beiden Walzen dafür, daß die Stränge im Bereich der Enden der Vorsprünge jeweils mit definierter Länge eine Abquetschung erfahren, durch die die einzelnen Granulatteilchen so voneinander getrennt werden, daß keinerlei Verbindung zwischen den Granulatteilchen mehr bestehen bleiben kann. Dabei sorgt der Anschlag dafür, daß die beiden Walzen im Bereich ihrer zylindrischen Oberflächen bzw. Oberflächenteile ständig auf Anlage gehalten werden, dabei aber kein übermäßiger Druck der Quetschwalze auf die Gegenwalze ausgeübt werden kann. Im Falle eines Leerlaufs der beiden Walzen, also ohne Zuführung von Strängen, kann also die Quetschwalze keine Beschädigung oder Abnutzung der Gegenwalze herbeiführen. Durch die Vorspannung wird schließlich dafür gesorgt, daß der Abquetschvorgang nur mit einem maximalen Druck ausgeübt werden kann, bei dessen Überschreiten die betreffende bewegliche Walze von der anderen Walze abhebt. Die Vorspannung wird dabei so eingestellt, daß sie oberhalb der erforderlichen Quetschkraft liegt.

Zweckmäßig ordnet man die beiden Walzen so an. ihiLl die (iegenwal/c auf einer festliegenden Achse und die Quetschwalze demgegenüber beweglich angeordnet ist. In diesem Falle bildet die Gegenwalze tür die /ugeführten Siriinge ein definiertes Gegenlager, demgegenüber im 1 'alle des Überschreitens der Quetschkraft die

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Quetschwalze zurückweichen könnte. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn aus irgendwelchen Gründen plötzlich besonders harte Stränge bzw. besonders dicke Stränge zugeführt werden.

Für die Erzeugung der Beweglichkeit der Quetsch- ^ri walze gestaltet man die Vorrichtung zweckmäßig so, daß die Quetschwalze um eine parallel zu ihr verlaufende Achse schwenkbar gelagert ist. Es ist natürlich ai:eh möglich, als Lagerung für die bewegliche Walze eine Schlittenführung vorzusehen, jedoch ist die vcr- ιυ schwenkbare Lagerung konstruktiv besonders günstig zu realisieren.

Eine zusätzliche Elastizität kann man der Vorrichtung dadurch geben, daß eine der beiden Walzen mit einem in ihrem Inneren angeordneten elastischen Zylinderman- is tel versehen ist. Im Falle einer besonderen Beanspruchung der beiden Walzen, z. B. durch Klumpenbildung in den Strängen, besteht darin die Möglichkeit, daß über die Elastizität des Zylindermantels die beiden Walzen kurzfristig in gewissem Umfang voneinander zurückweichen.

Die beiden Walzen kann man mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit antreiben. Es ist aber auch möglich, eine der beiden Walzen, insbesondere die Quetschwalze, mit höherer Umfangsgeschwindigkeit anzutreiben. Im letzteren Falle ergibt sich zusätzlich der Effekt, daß nach dem Abquetschen zusätzlich ein Abreißeffekt eintritt.

Den Anschlag für die bewegliche Walze bildet man zweckmäßig verstellbar aus, so daß es möglich ist, die beiden Walzen hinsichtlich ihres Achsabstandes so einzustellen, daß in Abhängigkeit vom jeweils zu verarbeitenden Material ein geringer Abstand zwischen den zylindrischen Oberflächenteilen der beiden Walzen eingehalten wird, der z. B. bei 0,01 mm liegen kann und der bewirkt, daß die gegenseitigen Belastungen der beiden Walzen verringert werden. Bei einem solchen oder einem ähnlichen Abstand besteht in Abhängigkeit von dem jeweils verarbeiteten Material noch die Möglichkeit des Abquetschens der einzelnen Granulatteilchen 4ii vom Strang, insbesondere wenn zusätzlich der Kffckt ausgenutzt wird, daß eine der beiden Walzen mit höherer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird, wodurch sich der vorstehend erwähnte zusätzliche Abreißeffekt ergibt. 4ί

Zweckmäßig gibt man der Vorspannung Federungseigenschaften, wozu z. B. mechanische Federn oder pneumatische Einrichtungen herangezogen werden können. Hierdurch läßt sich auf besonders einfache Weise die der betreffenden Walze aufgedrückte Vor- ^r,n spannung realisieren.

Zwecks Schonung der Walzen ist es sinnvoll, den zylindrischen Bereichen der Vorsprünge eine möglichst geringe Breite zu geben. Es muß dabei nur dafür gesorgt werden, daß durch den Abquetschvorgang ein genügen- π der Abstand zwischen den einzelnen Granulatteilchen erzielt wird. Es hat sich ergeben, daß die zylindrischen Bereiche eine Breite von etwa 0,1 bis 2 mm aufweisen können, was sich nach dem jeweils zu verarbeitenden Material richtet. bo

Wenn man den Vorsprüngen gegenüber der Axialrichtung der Gegenwalze eine geringe Steigung. /.. B. 5°. gibt, ergibt sich der Effekt, daß die Vorsprünge mit ihren zylindrischen Bereichen nicht plötzlich iiuf die Gcgenwalze auftreffen, sondern sich längs derGcgenwalze auf e.^r> dieser gewissermaßen abwälzen. Dies dient ebenfalls der Schonung der beiden Walzen und führt da/u, daß sich der Abquetschvorgang zeitlich gestreckt abspielt Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungslorm der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 eine beispielhafte Ausgestaltung der die Stränge zerkleinernden Walzen:

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2.

Über der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine nicht gezeichnete Düsenanordnung vorgesehen, aus der ein thermoplastischer Kunststoff schmelzflüssig austritt. Dabei wird die Schmelze der Düsenanordnung aus irgendeinem nicht dargestellten Zuführorgan zugeleitet, bei dem es sich beispielsweise um einen Extruder handeln kann. Bei dem thermoplastischen Material handelt es sich um ein solches, dessen Oberfläche sich beim Abkühlen schnell verfestigt.

Die aus der Düsenanordnung austretenden Stränge 2 werden einer Leiteinrichtung 5 zugeführt. Am unteren Ende 11 der Leiteinrichtung 5 werden die Stränge 2 durch ein Walzenpaar 8, 9 hindurchgeführt und granuliert. Die aus der Düsenanordnung austretenden Stränge 2 werden, nachdem sie der Leiteinrichtung 5 zugeführt wurden, derart abgekühlt, daß sie sich äußerlich verfestigen. Beispielsweise beträgt die Kühlzeit etwa 0,3 Sek. Zur Bewirkung der Abkühlung wird der Leiteinrichtung 5 Kühlwasser zugeführt. Dabei umspült es die Stränge 2 und bildet gleichzeitig zwischen diesen und der Leiteinrichtung 5 einen Film, so daß die zunächst noch aus sehmclzflüssigem Material bestehenden Stränge 2 nicht an der Oberfläche der Leiteinrichtung 5 festkleben können. Die Stränge 2 werden entlang der Leiteinrichtung 5 derart abgekühlt, daß sie am unteren Ende 11 schließlich zumindest äußerlich verfestigt ankommen.

Nach dem Verlassen des unteren Endes 11 der Leiteinrichtung 5 geraten die Stränge 2 in das aus den Walzen 8 und 9 bestehende Granulierwerk. Infolge der Festigkeit der Oberfläche der Stränge 2 am Ende 11 der Leiteinrichtung 5 sind diese abquetschbar. Das durch die später im einzelnen näher erläuterten Walzen 8, 9 erzeugte Granulat fällt nach unten und gelangt auf den Boden 21 einer Atiffangrinne 22, wobei auf den Boden 21 über eine Zuleitung 23 weiteres Kühlwasser in Richtung der in der F i g. 1 dargestellten Pfeile zugeführt wird. Durch dieses Kühlwasser wird das unter einer minimalen Staubentwicklung erzeugte Granulat zum Ausgangsende der Vorrichtung transportiert.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist die drehbare Walze 9 als Gegenwalze zylinderförmig ausgebildet. Die drehbare Walze 8 als Quetschwalze >veist dagegen ein dachartiges Profil mit Vorsprüngen 81 auf, das später noch näher erläutert wird. Die Quetschwalze 8 ist an ihren Enden auf Schwinghebeln 4 gelagert. Die Schwinghebel 4 sind um eine gemeinsame Achse 6 schwenkbar angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Quetschwalze 8 durch ein Schwenken der Schwinghebel 4 um die Achse 6 derart an die Gegenwalze 9 angenähert werden kann, daß die Vorsprünge 81 des dachuriigcn Profils der Quetschwalze 8 an der zylinde^rfftrmigen Oberfläche der Gegenwalze 9 angreifen. Um zu verhindern, dal} beim Drehen der Walzen 8 und 9 die Quetschwalze 8 infolge ihres dachartigen Profils um die Achse 6 zu schwingen beginnt, ist ein Anschlag 7 vorgesehen, gegen den die Anschlagflächen 10 der Schwinghebel 4 auflaufen, wenn die Vorsprünge 81 des dachartigen Profils der Quetschwalze 8 an der zylinder-

förmigen Oberfläche der Gegenwalze 9 anliegen. Wie dies in der Fig. I schematiseh dargestellt ist, kann der Anschlag 7 zur Feineinstellung und damit zur Regulierung des Drucks, mit dem die Vorsprünge 81 des dachartigen Profils der Quetschwalze 8 die Granulatteilchen 2' von den Strängen 2 abquetschen, verstellt werden, und zwar mittels der Schraube 87.

Im folgenden wird insbesondere im Zusammenhang mit den Fig. 2 und J die Ausbildung der die einzelnen Stränge 2 granulierenden Walzen 8 und 9 beschrieben. Während die Gegenwalzc 9 zylinderförmig ausgestaltet ist, weist die Quetschwalze 8 an ihrem Umfang dachartig ausgebildete Vorsprünge 81 auf. Dabei sind die radial äußeren Enden der einzelnen Vorsprünge 81 derart ausgebildet, daß sie jeweils in einem Bereich 82 /ylinderförmig verlaufen, wobei die Mittelachse des Zylinders mit der Achse der Quetschwalze 8 übereinstimmt. Dabei sind die Mitten benachbarter Bereiche 82 jeweils durch die Teilung 84 voneinander beabstandet. Hierdurch wird die Länge der einzelnen aus den Strängen 2 gebildeten Granulatteilchen 2' bestimmt. In der F i g. 2 ist der Radius der die Bereiche 82 bestimmenden zylinderförmigen Umfangsfläche durch das Bezugszeichen 85 dargestellt.

Durch das Bezugszeichen 86 ist ein Innenradius der Quetschwalze 8 dargestellt, von dem aus sich die Vorsprünge 81 erheben. Dabei sind die benachbarten Fußpunkte von benachbarten Vorsprüngen 81 jeweils durch den Abstand 83 voneinander getrennt. Die Neigungen der Vorsprünge 81 werden in der aus der F i g. 2 ersichtlichen Weise durch die Winkel λ\ und <\; bestimmt.

Bei einer Drehung der Walzen 8 und 9 kommen die einzelnen zylinderförmigen Bereiche 82 der Quetschwalze 8 an der zylinderförmigen Oberfläche der Gcgenwalze 9 annähernd zur Anlage. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die zylinderförmigen Oberflächen der Bereiche 82 der Vorsprünge 81 der Quetschwalze 8 von einem zwischen den Walzen 8 und 9 hindurchgeführten Strang 2 bei der Drehung der Walzen 8 und 9 Granulatteilchen 2' in einer besonders sauberen und reproduzierbaren Weise abquetschen. Dabei kann auf die Quetschwalze 8, infolge der bereits beschriebenen Lagerung auf den Schwinghebeln 4, ein vorgegebener Druck ausgeübt werden, so daß die Schwinghebel 4 mit ihren Anschlagflächen 10 gegen die Anschläge 7 gedrückt werden.

Der Quetschvorgang erfolgt jeweils über einen gegebenen Zeitraum, der durch den Flächenbereich 82 und durch die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 8 und 9 festgelegt ist. Durch diesen andauernden Quetschvorgang und den dabei auf den Strang 2 ausgeübten Druck wird sichergestellt, daß die einzelnen Granulatteilchen 2' jeweils völlig von dem Strang abgetrennt werden und nicht mehr durch einzelne dünne Fäden miteinander verbunden sind.

Wie die F i g. 2 zeigt, ist die Quetschwalze 8 in ihrem Inneren mit einem aus elastischem Material bestehenden Zylindermantel 88 versehen, der dem äußeren Bereich der Quetschwalze 8 mit den Vorsprüngen 81 eine gewisse elastische Beweglichkeit gegenüber dem Kern 89 der Quetschwalze 8 gibt. F.s kann sich bei dem Material z. B. um Gummi oder ein ähnliches Elastomer handeln. Dieser elastische Zylindermantel 88 sorgt dafür, daß bei besonderen Belastungen, die gegebenenfalls durch Klumpen in den Strängen 2 oder momentan besonders hartes Strangmaterial auftreten, die Möglichkeit gegeben ist, daß der äußere Bereich der Quetschwalze 8 mit den Vorsprüngen 81 zusätzlich zu der Lagerung der Quetschwalze 8 auf den Schwinghebeln 4 nachgeben kann. Dabei nimmt der Zylindermantel 88 im wesentlichen nur Schwingungen kurzen Hubes auf.

Die F i g. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen mit seinem zylinderförmigen Flächenbereich 82 mit der ebenfalls /ylinderförmigen Oberfläche der Gegenwalze zusammenwirkenden Vorsprung 81.

Im folgenden wird ein Beispiel für die Abmessungen der Walzen 8 und 9 angegeben:

Walze 8

Außendurchmesser: 110 mm

Innendurchmesser:96 mm

Länge des Flächen.bereichs (82) eines Vorsprungs (81) in Umfangsrichtung: 1 mm

Teilung: 24 mm

Abstand zwischen den Fußpunkten der Vorsprünge am Innendurchmesser^ mm

Winkel^: 90°

Winkel ν-: 115°

Walze 9

Durchmesser: 60 mm

Die Walzen 8 und 9 können aus beliebigen harten Materialien, insbesondere aus Stahl, bestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Vorrichtung zum Granulieren von Strängen aus Kunststoffmaterial und ähnlichen plastischen Massen, mit einer Zuführeinrichtung für wenigstens einen äußerlich verfestigten Strang, die zu einem um parallele Achsen gegenläufig antreibbaren Walzenpaar führt, von dem wenigstens eine Walze aus gegenüber dem Kunststoffmaterial hartem Material besteht und mit im wesentlichen axial verlaufenden umfangsverteilten Vorsprüngen versehen ist, deren radial äußere Enden mit der Gegenwalze zusammenarbeiten, welche eine glatte zylindrische Umfangsfläche besitzt, dadurch gekenn ζ eich-η et, daß beide Walzen (8, 9) des Walzenpaars aus gegenüber dem Kunslstoffmaterial hartem Material bestehen, daß die radial äußeren Enden der Vorsprünge (81) der als Quetschwalze (8) ausgebildeten einen Walze durch Flächenbereiche (82) eines zu ihr koaxialen Zylinders bestimmt sind, daß eine der beiden Walzen (8, 9) gegenüber der jeweils anderen Walze derart bewegbar gelagert ist, daß die radial äußeren Flächenbereiche (82) der Vorsprünge (81) an der Gegenwalze annähernd zum Anliegen kornmen, und daß die betreffende Walze in dieser Lage unter Vorspannung gegen einen Anschlag (7,10) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (9) auf einer festliegenden Achse und die Quetschwalze (8) demgegenüber beweglich angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschwalze (8) um eine parallel zu ihr verlaufende Achse (6) schwenkbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Walzen (8,9) mit einem in ihrem Inneren angeordneten elastischen Zylindermantel (88) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Walzen (8,

9) mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit antreibbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Walzen, insbesondere die Quetschwalze (8) mit höherer Umfangsgeschwindigkeit antreibbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (7, 10) verstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Vorspannung gegen den Anschlag (7, 10) gehaltene Walze mit einem Federungscigenschaften aufweisenden Element beaufschlagt ist. γ,

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Flächenbereiche (82) der Vorsprünge (81) eine Breite von etwa 0,1 bis 2 mm aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—9, mi dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (81) gegenüber der Axialrichtung der Quetschwalze (8) eine geringe Steigung,/. B. 5 .besitzen.