DE3809735C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lochplatte zur Unterwassergranulierung von Kunststoffsträngen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei derartigen Lochplatten ist es bekannt, die Länge der Strangaustrittsdüsen sowohl aus wärmetechnischen Gründen, wie auch aus Gründen eines gering zu haltenden Druckabfalls auf ein Mindestmaß zu beschränken. Dabei erfolgt der Schmelzezulauf zu den Strangaustrittsdüsen einzeln über kegelförmige Einlaufbohrungen, um einen gleichmäßigen Schmelzezufluß zu ermöglichen.

Ein Nachteil hierbei ist, daß durch die Einlaufbohrungen die Anzahl der Strangaustrittsdüsen in der Lochplatte durch deren endliche Fläche begrenzt ist. Auch die geforderte Stabilität der Lochplatte im kritischen durch Wärmespannungen belasteten Austrittsbereich der Strangaustrittsdüsen setzt hier technische Grenzen.

Aus der US-PS 34 27 685 ist eine Lochplatte bekannt, bei der ausgehend von einem Verteilerkanal in die Strangaustrittsdüsen jeweils konisch sich verjüngende Einlaufkanäle ausmünden. Hiernach können die Strangaustrittsdüsen nur in begrenzter Anzahl untergebracht werden, da über jeweils einen Einlaufkanal eine Strangaustrittsdüse beschickt wird. Die nahezu über die gesamte Breite der Lochplatte durchgehenden Einzelbohrungen beeinträchtigen wegen des gegebenen Druckabfalls zudem die Produktqualität.

Bei einer weiteren, aus der US-PS 38 57 665 bekannten Lochplatte sind taschenförmig ausgebildete Einlaufkanäle vorgesehen, wobei jeder Einlaufkanal in zwei in ihrer Länge relativ kurze Strangaustrittsdüsen einmündet. Der Nachteil dieser bekannten Lochplatte liegt darin, daß im Bereich der am Taschengrund ausmündenden Strangaustrittsdüsen Einlaufstörungen auftreten, die durch die Stegbildung an der Einlauftasche noch verstärkt werden. Bei Unterbringung einer hohen Anzahl Strangaustrittsdüsen vermindert die örtlich dichte Anordnung benachbarter Strangaustrittsdüsen zudem die Stabilität der thermisch hochbelasteten Lochplattenstirnseite.

Weiterhin ist aus der DE-OS 34 20 944 eine Lochplatte zur Unterwassergranulierung von Kunststoffen bekannt, die zur Verringerung des Extrudierdruckes und Vergrößerung der Dichte der Strangaustrittsdüsen eine Primärbohrung großen Durchmessers aufweist, über die mehrere parallel zur Längsachse dieser Bohrung verlaufende Strangaustrittsdüsen gespeist werden. Nachteilig ist, daß auch hier die Querschnittsänderung im Übergabebereich der Primärbohrung zu den Strangaustrittsdüsen einen ungleichmäßigen Schmelzezufluß bewirkt, der die Produktqualität beeinträchtigt. Die Stabilität der Lochplattenstirnseite ist durch die Unterbringung einer Mehrzahl von Strangaustrittsdüsen, die nur durch relativ dünne und kurze Stege voneinander getrennt sind, ebenfalls vermindert.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß zur Erzielung optimaler Druck- und Strömungsverhältnisse innerhalb der Lochplatte gegenüber einer geringeren Anzahl von Einlaufkanälen eine Vielzahl von Strangaustrittsdüsen wünschenswert ist, wobei dieser Gestaltung aus Gründen der erforderlichen Wärmezufuhr im Hinblick auf die Festigkeit der Lochplatte konstruktiv jedoch Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lochplatte zu schaffen, die unter Berücksichtigung optimaler Schmelze-Einlauf- und Strangaustrittsverhältnisse ausreichende Festigkeit im Strangaustrittsbereich aufweist.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die trichterförmige Verengung eines jeden in mehrere Strangaustrittsdüsen ausmündenden Einlaufkanals und die Ausbildung eines mit diesem übereinstimmenden Durchtrittsquerschnittes mehrerer Strangaustrittsdüsen werden Einlaufstörungen in die Strangaustrittsdüsen, die zu ungleichem Schmelzefluß führen, vermieden. Da die Strangaustrittsdüsen unter einem Neigungswinkel angeordnet sind, bilden diese einen gemeinsamen Schmelzeeinlauf, der solche Einlaufstörungen ausschließt. Es ist daher hiermit auf einfache Weise über nur einen sich trichterförmig verengenden Einlaufkanal eine Vielzahl von Strangaustrittsdüsen mit Schmelze beschickbar, so daß bei kleinerer lichter Weite der Einlaufkanäle gegenüber bisherigen Ausführungen wesentlich mehr Strangaustrittsdüsen angeordnet werden können. Dabei besitzen die im stirnseitigen Austrittsbereich der Lochplatte verbleibenden stegförmigen Flächenbereiche ein hohes Widerstandsmoment gegen thermische Verwerfungen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist bei wirtschaftlicher Herstellung der Einlaufkanäle diesen eine Mehrzahl von Strangpreßdüsen in einfacher geometrischer Form zugeordnet.

Eine weitere Ausbildung nach Anspruch 3 betrifft die erfindungsgemäße Anordnung der Strangaustrittsdüsen bei einer Gestaltung des Querschnitts der Einlaufkanäle in vorzugsweise mit halbkreisförmigen Enden ausgebildeter Rechteckform. In dieser Zuordnung ermöglichen eine relativ kleine Kanalbreite und dünne Zwischenstege die Ausbildung einer hohen Anzahl Schmelzebohrungen ohne Einbußen an Festigkeit. Eine besonders wirtschaftliche Herstellung des die Kunststoffschmelze führenden Teils ist in einer Ausgestaltung der Lochplatte nach den Merkmalen des Anspruches 4 erreicht. Eine vorteilhafte Begrenzung der Abstände der Strangaustrittsdüsen unter Einhaltung einer noch ausreichenden Stegbreite zwischen den Einlaufkanälen ist mit den Merkmalen des Anspruches 5 aufgezeigt. Die Einschnürung der Strangaustrittsdüsen im Einlaufbereich der Einlaufkanäle nach der Erfindung ermöglicht in einer weiteren Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 in diesem Bereich stirnseitig der Lochplatte die Anordnung von Heizungskanälen mit ausreichend bemeßbarem Durchtrittsquerschnitt. Die genannte Einschnürung bietet den Freiraum hierfür, so daß bei einer Beheizung mit flüssigem Wärmeträger dessen zügiger Durchlauf über einen relativ groß bemeßbaren Bohrungsquerschnitt gewährleistet ist.

Bei Beheizung mit Dampf ist hierdurch wiederum ein störungsfreier Kondensatrücklauf sichergestellt. Durch ringförmiges Umschließen der Einlaufkanäle ergibt sich eine intensive Beheizung der Schmelzströme im Austrittsbereich.

Dabei sichert die in einer weiteren Ausbildung nach Anspruch 7 vorgesehene Verbindung der Ringkanäle untereinander unter gleichbleibendem Gefälle der Zubringerkanäle einen sicheren rückstaufreien Kondensatablauf.

Eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Ringkanäle erreicht man, wenn diese in einer Ausgestaltung nach Anspruch 8 an einem in die Schneidplatte einfügbaren Einsatz ausgebildet sind. Auch die Gestaltung der Zubringerkanäle ist hierdurch vereinfacht.

Alternativ können die Heizkanäle bei im Querschnitt rechteckförmigen Einlaufkanälen nach den Merkmalen des Anspruches 9 bei vergleichbar guter Rücklaufwirkung des Kondensats ausgebildet sein. Diese ergibt sich aus der zwar unterschiedlichen aber stets vorhandenen Neigung der einzelnen Zubringerkanäle bei im Betriebszustand senkrechter Einbaulage der Lochplatte.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht der Austrittsseite einer Lochplatte mit Einlaufkanälen, die in zylinderförmigen Einsätzen angeordnet sind;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht der Austrittsseite einer Lochplatte mit im Querschnitt rechteckförmig ausgestalteten Einlaufkanälen;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V nach Fig. 3;

Fig. 6 eine Ansicht des eintrittsseitigen Bereiches eines einzelnen Einsatzes nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 7 eine weitere Ausbildung einer Lochplatte mit einer mehrere benachbarte Einlaufkanäle umschließenden Isolierung.

Nach Fig. 1 und 2 weist die mit einem nicht näher dargestellten Extruder über eine Schraubverbindung 7 verbundene Lochplatte 1 eine ringförmige Schneidplatte 13 auf. Diese ist als erhabene Kreisringfläche 6 aus der Lochplatte 1 herausgebildet und üblicherweise mit einer Verschleißschutzschicht 3 bedeckt, über welche dicht anliegende nicht näher dargestellte Schneidmesser geführt sind.

Auf konzentrischen Lochkreisen 11 sind innerhalb des Bereiches der Kreisringfläche 6 Einlaufkanäle 2 gebildet, die für die Zuführung von Kunststoffschmelze mit einem Verteilerkanal 12 in Verbindung stehen.

Nach einer ersten Ausbildungsform sind die Einlaufkanäle 2 einzeln innerhalb eines zylinderförmigen Einsatzes 5 angeordnet. Im zylinderförmigen Einsatz 5 befinden sich zudem mehrere Strangaustrittsdüsen 14, in welche die Einlaufkanäle 2 einmünden.

Jeder Einlaufkanal 2 besteht aus einer konzentrisch im zylinderförmigen Einsatz 5 angeordneten Sacklochbohrung 4, die sich an ihrem Ende trichterförmig verengt.

Am Grund der trichterförmigen Verengung 8 der Sacklochbohrung 4 sind die Strangaustrittsdüsen 14 so nebeneinander angeordnet, daß sie, wie aus Fig. 6 ersichtlich, ineinander übergehend einen gemeinsamen Eintrittsquerschnitt bilden, der somit zugleich dem Austrittsquerschnitt des Einlaufkanals 2 entspricht. Dabei münden über nur einen trichterförmig sich verjüngenden Einlaufkanal 2 jeweils mehrere Strangaustrittsdüsen 14 aus. Hierzu sind die Längsachsen 9 der Strangaustrittsdüsen 14 zur jeweiligen Längsachse 10 ihrer Einlaufkanäle 2 um einen Winkel geneigt, der vorzugsweise in einem Bereich von 10-20 Winkelgrad liegt. Wie die Fig. 6 zeigt, erhält man so z. B. je Einlaufkanal 2 sechs Strangaustrittsdüsen 14 an der Stirnseite der ringförmigen Schneidplatte 13. Da ihre Längsachsen 9 austrittsseitig auf einem Teilkreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse 10 des zugehörigen Einlaufkanals 2 liegt, ist für einen ausreichenden Abstand der Strangaustrittsdüsen 14 untereinander genügend Raum. Durch die trichterförmige Verengung 8 der Einlaufkanäle 2 wird ein gleichmäßiger Schmelzefluß innerhalb der Einlaufkanäle 2 selbst wie auch in jeder einzelnen Strangaustrittsdüse 14 erzielt. Die trichterförmige Verengung 8 bemißt sich nach den rheologischen Eigenschaften der zu verarbeitenden Kunststoffschmelze und beträgt für ihren Kegelwinkel zwischen 30 und 60 Winkelgrad. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise bei einer Schmelzezuführung in mehrere Strangaustrittsdüsen 14, ausgehend von jeweils einem Einlaufkanal 2, Einlaufstörungen sicher vermieden werden. Die Zuordnung mehrerer Strangaustrittsdüsen 14 zu einem Einlaufkanal 2, d. h. deren Bündelung innerhalb eines zylinderförmigen Einsatzes 5, ermöglicht bei relativ geringen Abständen dieser Einsätze 5 die Unterbringung einer hohen Anzahl von Strangaustrittsdüsen 14. Darüber hinaus sind bei stirnseitig beheizter Lochplatte 1, wie dies Fig. 1 und 2 zeigen, im Bereich der Einschnürung der Strangaustrittsdüsen 14 am Außenumfang der zylinderförmigen Einsätze 5 Heizkanäle 15 und 15′ angeordnet. Diese sind mit am Außenmantel der zylinderförmigen Einsätze 5 in Form einer ringförmigen Ausdrehung gebildeten Ringkanälen 18 über Zubringerkanäle 17 verbunden.

Die Ringkanäle 18 und die Zubringerkanäle 17 befinden sich unmittelbar im Einlaufbereich der Strangaustrittsdüsen 14, so daß in diesem Bereich eine intensive und umfassend gleichmäßige Beheizung der Strangaustrittsdüsen 14 ermöglicht ist.

Die Zufuhr und Abfuhr des Heizmediums wie z. B. Wasserdampf bzw. dessen Kondensat über die Heizkanäle 15, 15′ zu den Ringkanälen 18 erfolgt über die Zubringerkanäle 17, die zur Verbindung der in einer Ebene liegenden Ringkanäle 18 senkrecht zu den Längsachsen 10 der Einlaufkanäle 2 angeordnet sind.

Da die zylinderförmigen Einsätze 5 mit ihren Längsachsen 10 auf konzentrischen Lochkreisen 11 liegen, können jeweils die in Reihen benachbart und in einer Ebene zueinander versetzt angeordneten Ringkanäle 18 der zylinderförmigen Einsätze 5 in einer über die Längsachsen 10 der Einlaufkanäle 2 verlaufenden geraden Linie verbunden werden.

Auf diese Weise ergibt sich bei mit in der Zeichenebene nach Fig. 1 übereinstimmender senkrechter Einbaulage der Lochplatte 1 ein stetiges Gefälle für die Zubringerkanäle 17. Hierdurch ist gewährleistet, daß sich bildendes Kondensat stetig abfließen kann.

Die Zubringerkanäle 17 ihrerseits werden über in die Heizkanäle 15, 15′ mittels wie in Fig. 4 gezeigter Zulauf- bzw. Ablauföffnung 19, 19′ eingespeistes Heizmedium versorgt. Die günstige Anordnung der Heizkanäle 15, 15′ im Bereich der Einschnürung der Strangaustrittsdüsen 14 erlaubt die Ausbildung im Querschnitt relativ großer Ringkanäle 18 und Zubringerkanäle 17, so daß ein Rückstau von Kondensat ausgeschlossen wird. Auch die Abstände der zylinderförmigen Einsätze 5 untereinander können unter Ausbildung relativ dünner, in ihrer Festigkeit noch ausreichender Stege 20 hiernach gering gehalten werden.

In einer weiteren Ausbildung einer Lochplatte 1 nach Fig. 3 u. 4 sind mit gleichen Vorteilen die Einlaufkanäle 21 in ihrer Außenkontur in Form einer Tasche rechteckförmig mit halbkreisförmigen Taschenenden ausgebildet. Auch diese Einlaufkanäle 21 bestehen aus einer an ihrem einlaufseitigen unteren Ende sich trichterförmig verengenden Ausnehmung, aus welcher innerhalb der Kreisringfläche 6 mehrere Strangaustrittsdüsen 16 ausmünden. Wie Fig. 5 zeigt, sind die Strangaustrittsdüsen 16 mit ihren Längsachsen 9′ zur Längsachse 22 des jeweiligen Einlaufkanals 21 ebenfalls geneigt angeordnet.

Deutlich ist zu erkennen, daß auch hier die Heizkanäle 23, angeordnet im Bereich der Einschnürung der Strangaustrittsdüsen 16 und des Steges 24, mit ausreichend großem Durchschnittsquerschnitt dimensioniert werden können. Ohne Einbuße an Festigkeit können die Stege 24 so schmal bemessen sein, daß eine hohe Anzahl an Strangaustrittsdüsen 16 je Lochplatte ermöglicht ist. Die auch hier über einen Verteilerkanal 12 in die Einlaufkanäle 21 einfließende Kunststoffschmelze wird auf Grund der trichterförmigen Verengung jedes Einlaufkanals 21 allen Strangaustrittsdüsen 16 bei gleichförmigem Schmelzefluß zugeführt. Der Transport des Heizmediums in die stirnseitig der Lochplatte vorgesehenen Heizkanäle 23 bzw. die Abfuhr sich bildenden Kondensates erfolgt über hier gleichfalls vorgesehene ringförmig umlaufende Kanäle 30, 30′ und über Zulauf- bzw. Ablauföffnungen 19, 19′, die mit einem Anschlußstutzen 25 versehen sind.

Die Kreisringfläche 6 ist ebenfalls mit einer Verschleißschutzschicht 31 bedeckt.

Fig. 7 zeigt die Lochplatte 1 in einer weiteren Ausführungsform. Bei ihr sind die Einlaufkanäle 35 von einer zusammenhängenden Isolierschicht 26 umschlossen, durch welche ein Wärmeabfluß über die stirnseitig gekühlte, mit einer Verschleißschutzschicht 36 versehene Schneidplatte 38 verhindert ist. Die Beheizung der Lochplatte 1 über Heizkanäle 27 erfolgt hierbei nicht austrittsseitig der Kunststoffschmelze im Bereich der Schneidplatte 38, sondern innerhalb des eintrittsseitigen Bereichs der Einlaufkanäle 35.

Die Einlaufkanäle 35 werden durch zylinderförmige Einsätze 37 gebildet, die in entsprechende Bohrungen 29 der Lochplatte 1 eingesetzt sind. Jeder einzelne auslaufseitig sich trichterförmig verengende Einsatz 37 mündet in eine Mehrzahl Strangaustrittsdüsen 32 aus, deren Längsachsen 33 gegenüber der Längsachse 34 des entsprechenden Einlaufkanals 35 bzw. des zylinderförmigen Einsatzes 37 geneigt sind.

Die Einsätze 37 können aus einer wärmeleitenden metallischen Legierung, z. B. einer Kupfer-Legierung, gebildet sein.

Bei dieser Ausgestaltung sind die Strangaustrittsdüsen 32 ohne Einbuße an Festigkeit der Schneidplatte 38 in ihrer Bohrungslänge relativ kurz ausgebildet, so daß die trichterförmige Verengung 28 der Einlaufkanäle 2 und damit das auf Grund der zusammenhängenden Isolierschicht 26 in diesem Bereich gleichmäßige Temperaturfeld jeweils bis dicht an die Fläche der Schneidplatte 38 herangeführt werden kann.

Durch die relativ kurze Bohrungslänge der Strangaustrittsdüsen 32 wird hier ebenfalls eine erhebliche Reduzierung des Druckabfalles innerhalb der Strangaustrittsdüsen 32 erreicht.

Die Ausbildung der Lochplatte ermöglicht über die Einlaufkanäle 2, 21, 35 und die Strangaustrittsdüsen 14, 16, 32 eine weitgehend störungsfreie Schmelzeführung bei gleichmäßiger Erwärmung der Schmelzestränge über die im Querschnitt für die Führung des Heizmediums ausreichend bemeßbaren Zubringerkanäle 17 und Ringkanäle 18. Die Lochplatte eignet sich in ihrer Verwendung insbesondere für die hochviskosen Typen des Polyäthylens und des Polypropylens.

Claims (9)

1. Lochplatte zur Unterwassergranulierung von Kunststoffsträngen mit einer stirnseitig angeordneten, von Strangaustrittsdüsen durchsetzten ringförmigen Schneidplatte, mit in die Strangaustrittsdüsen ausmündenden, im Mündungsbereich konisch sich verjüngenden Einlaufkanälen, die in einem Teilbereich ihrer Längserstreckung am Umfang von Heizkanälen umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die konische Verjüngung eines jeden Einlaufkanals (2, 21, 35) mehrere Strangaustrittsdüsen (14, 16, 32) anschließen, deren gemeinsamer Eintrittsquerschnitt weitgehend dem Austrittsquerschnitt eines Einlaufkanals (2, 21, 35) entspricht, und daß die Strangaustrittsdüsen (14, 16, 32) mit ihren Längsachsen zur Längsachse des zugehörigen Einlaufkanals (2, 21, 35) einen Neigungswinkel bilden.

2. Lochplatte nach Anspruch 1 mit im Querschnitt kreisförmigen Einlaufkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangaustrittsdüsen (14) austrittsseitig auf einem Teilkreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse des zugehörigen Einlaufkanals (2) liegt.

3. Lochplatte nach Anspruch 1 mit im Querschnitt rechteckförmigen Einlaufkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strangaustrittsdüsen (16) austrittsseitig auf zwei parallelen Geraden gegeneinander versetzt gegenüberliegen.

4. Lochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaufkanal (2) in einem in einer Ausnehmung der Schneidplatte (13) und ebenflächig mit ihrer Kreisringfläche (6) eingefügten Einsatz (5) ausgebildet ist.

5. Lochplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Längsachsen der Strangaustrittsdüsen (14, 16, 32) 10 bis 20 Winkelgrad beträgt.

6. Lochplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaufkanälen (2) zugeordneten Heizkanäle (15, 15′) mit in einer Ebene senkrecht zu den Längsachsen der Einlaufkanäle (2) verlaufenden Zubringerkanälen (17) verbunden sind, welche einzeln jeden Einlaufkanal (2) unmittelbar im Mündungsbereich zu den Strangaustrittsdüsen (14) mittels eines Ringkanals (18) umschließen.

7. Lochplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zubringerkanäle (17) mehrere in einer Ebene jeweils in Reihen benachbart und zueinander versetzt angeordnete Ringkanäle (18) in gerader über die Längsachsen der Einlaufkanäle (2) verlaufender Linie verbinden.

8. Lochplatte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaufkanal (2) in einem in einer Ausnehmung der Schneidplatte (13) eingefügten zylinderförmigen Einsatz (5) ausgebildet ist, an dessen Umfang in Form einer Ausnehmung der mit den Zubringerkanälen (17) verbindbare Ringkanal (18) ausgebildet ist.

9. Lochplatte nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar im Mündungsbereich der Einlaufkanäle (21) zu den Strangaustrittsdüsen (16) in einer Ebene senkrecht und radial zur Lochplattenachse Heizkanäle (23) angeordnet sind, die einzeln oder gruppenweise mit Kanälen (30, 30′) für die Zu- bzw. Ableitung eines Heizmediums verbunden sind.