JP5036861B2 - プラスチックグラニュールを製造する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に従ってプラスチックグラニュール（可塑性粒状体）を製造するための装置に関する。さらに、本発明は、方法の独立請求項の前文に従ったプラスチックグラニュールの製造中に装置を動作するための方法に関する。

一般的な種類の装置及び方法が、プラスチックグラニュールの製造中に使用される。この種類の装置は、例えば、反応炉内で重合される輸送容易で貯蔵に適した形態に導くために、重合反応炉から下流に位置付けられる。反応炉から流出するプラスチック質量流は、グラニュレータ（製粒機）内で小さいグラニュール粒子に砕かれる。これらのグラニュール粒子は、容易に計量され且つ良好に運搬され得る。加えて、グラニュール粒子は袋内に包装され、引き続き、輸送され且つ貯蔵され得る。化合物を形成するために重合体を添加物と混合する化合工場も、一般的な種類の装置から下流に位置付けられ得る。

プラスチック質量流をグラニュール粒子に砕き得るために、グラニュレータは、切断ユニットを含み、その切断素子は、プラスチックを砕くときに、プラスチック質量流の上に係合される。プラスチックが依然として溶融状態にあり、よって、可塑的に変形可能であること、及び、プラスチックが既に固体ストランドに固化されていることの双方が考えられる。

プラスチック質量流を粒状化するための一般的な種類の装置は、例えば、ＤＥ１９９３１２２２Ａ１及びＤＥ１０３０２６４５Ａ１中に記載されている。引用される第一の装置において、プラスチックストランドは、それらがストランド形状固形物を形成するよう、先ず十分に冷却される。次に、これらのプラスチックストランドは、固定された切断ストリップの上で回転する切断ローラを使用して、グラニュール粒子に砕かれる。引用される第二の装置において、液体プラスチックは、そこを通じて流れる水を有するチャンバ内に運ばれ、出口ノズルの上を掃く（スイープする）カッタを使用して、その中で砕かれる。

粒状化プロセスは、極めて複雑であり、複数の境界条件によって影響される。さらに、粒状化装置の状態は、特に、粒状化製品に否定的に影響する高い摩耗が粒状化中に起こり得るので、粒状化製品にとって大きな重みを有する。既知の粒状化装置において、連続的なプロセス監視、及び／又は、粒状化装置の状態の連続的な監視は、可能ではない。むしろ、粒状化プロセスの十分なプロセス確認、及び／又は、例えば、粒状化製品を確認することによって或いは予測的保守のような特別な処理手段によって、特定のパラメータに基づく粒状化装置の十分な状態確認を保証することは、操作者の仕事である。

従って、この従来技術から展開して、改良された処理及び／又は状態監視を可能にする、プラスチックグラニュールを製造するための新規な粒状化装置を提案することが、本発明の目的である。さらに、改良された処理及び／又は状態監視を有する粒状化装置を動作するための方法を提案することが、本発明の目的である。

この目的は、２つの独立の主要請求項の教示にそれぞれ従った装置及び方法によって達成される。

本発明の有利な実施態様は、従属請求項の主題である。

本発明に従った装置は、装置が少なくとも１つの振動センサを含み、それを使用して、グラニュレータ上で発生する振動が検出され得るという主要な着想に基づく。粒状化装置に関する実験は、装置内に発生する振動が、粒状化プロセス及び／又は粒状化装置の状態を有意に特徴付けることを示した。粒状化装置上で発生する振動を検出することによって、粒状化プロセス及び／又はその中の装置の状態を有意に特徴付ける情報は、容易に分析され且つ／或いは導出され得る。

振動センサを使用して検出される振動信号がさらに処理される方法は、根本的には恣意的である。特に簡単な変形では、ディスプレイスクリーン又はプリンタのようなディスプレイユニットが装置の上に設けられ、それを使用して、振動センサを使用して検出される周波数信号及び／又は時間の経過と共に検出される周波数曲線が表示され得る。このディスプレイの適切な確認によって、次に、操作者は、信号曲線から結論を引き出し且つそこから適切な手段を容易に導き出す能力を有する。周波数信号及び／又は周波数曲線の簡単な表示に代替して或いは追加して、周波数分析ユニットも装置の上に設けられ得る。この目的のために、例えば、適当で適切なソフトウェアが、装置のマスターコンピュータ上にインストールされ得る。次に、振動センサを使用して検出される周波数曲線は、周波数分析ユニットを使用して分析されることができ、分析は好ましくは自動的に実行される。

振動センサを使用して検出される振動パラメータは、根本的に恣意的である。もしグラニュレータ上で発生する有効振動強度が測定されるならば、それは粒状化プロセス及び／又は粒状化装置の状態を記載するために特に有意である。例えば、もし摩耗の増大が装置上で発生するならば、機械の運転はより騒々しくなり、それによって、効果的に発生する振動強度は増大する。もし特別な振動強度が超過されるならば、粒状化プロセスの正しい処理の信頼性は、もはやもたらされない。

周波数分析ユニットを使用して周波数分析を遂行するための大きく異なる可能性がある。好適な実施態様によれば、基準周波数曲線又は基準周波数信号が、周波数分析ユニットに記憶される。これらの記憶される基準周波数曲線又は基準周波数信号は、粒状化プロセス又は粒状化装置の状態を有意に特徴付ける既知の機能と相関する。現在の処理及び／又は装置状態は、振動センサを使用して検出される実周波数曲線を記憶される基準曲線及び／又は基準信号と比較することによって結論づけられ得る。

もし基準振動レベルが周波数分析ユニットに記憶されるならば特に有意である。これらの基準振動レベルは、特定の振動強度をそれぞれ特徴付ける個別の値である。センサを使用して装置上で検出される有効に発生する振動強度は、この基準振動レベルと比較され、処理状態及び／又は装置状態に関する結論が、比較結果から引き出される。

粒状化装置上で振動信号を検出するための本発明に従った原理の拡大では、振動アクチュエータも装置内に追加的に提供され得る。振動パルスのような標的振動信号が、この振動アクチュエータを使用して周波数励起のために生成され得る。この周波数励起と相関する信号応答は、振動センサを使用して検出されるので、処理状態及び／又は装置状態に関する結論が、振動歴と振動応答との間の層間から引き出され得る。

粒状化装置内のグラニュレータの構造は、根本的に恣意的である。１つの構成によれば、固定の切断ストリップ及び被駆動の切断ロータがグラニュレータ内に提供され、プラスチックストランドは砕かれて、切断ストリップと切断ロータとの間の切断間隙内でグラニュールになる。この種類の粒状化は、発生する振動信号によって異常に有意に特徴付けられ、従って、本発明に従った原理を実施するのに顕著に適している。

もし振動センサが切断ストリップ及び／又は切断ロータ上で発生する振動を検出するならば特に有利である。具体的には、グラニュレータ内で発生する摩擦は、効果的な摩耗監視をこのような方法で実施するために、切断ストリップ及び／又は切断ロータ上で発生する振動の分析を通じて極めて良好に結論づけられ得る。

切断ストリップ及び切断ロータを有するグラニュレータ（ストランドグラニュレータ）の代替として、本発明に従った原理は、固定されるノズル板及びこのノズル板の上を掃く（スイープする）回転するカッタを含む構造（水面下グラニュレータ）に対しても実施され得る。鍛造可能なプラスチックは、それを通じて流れる水を有するチャンバ内のストランド内のノズル板内のノズルから出て、固化前でさえ、ノズル板の上を掃くカッタによって砕かれてグラニュール粒子になる。グラニュレータのこの構造では、もし振動センサがノズル板及び／又はカッタ上で発生する振動を検出するならば特に望ましい。振動分析は、好ましくは、ここでは摩耗監視のためにも使用され得る。

粒状化装置を動作するための本発明に従った方法は、先ず、粒状化装置のグラニュレータ上で発生する振動が、振動センサを使用して検出され、引き続き、そのようにして測定される振動信号が、周波数分析ユニット内で分析される点で特徴付けられる。次に、製造プロセス及び／又は粒状化装置の状態の監視は、周波数分析の結果として得られるデータを使用して実施される。

例えば、粒状化されるべき材料の材料特性、具体的には、グラニュールの温度、湿度、及び／又は、幾何を結論づけ、特定の限界値への合致を監視することが、適切な周波数分析を通じて可能である。

それに対する代替として或いは追加として、ロータと切断ストリップとの間の切断間隙の正しい調節のようなグラニュレータの正しい設定を、周波数分析を通じて完了することも可能である。

加えて、適切な周波数分析によって、粒状化装置の摩耗も結論付けられ得るし、摩耗監視が実施され得る。

このような方法で、予防保守手段が、摩耗監視の結果の関数として提案され且つ／或いは開始され得る。

具体的には、このようにさらなるプロセス計画のための結果を導き出し得るよう、回避不能な保守手段を遂行するまでの粒状化装置の残余実行時間のような残余運転パラメータが、周波数分析の分析結果から計算され得る。

具体的には、残余運転パラメータは、運転中の及び／又は次回の製造バッチの要求パラメータと比較され得る。このようにして、動作中の或いは次回の製造バッチが保守手段前に依然として完了され得るかを推定することが可能である。例えば、もし比較的短い依然として残留する運転時間のみが、有意な摩耗損傷が周波数分析結果に基づき予測されなければならない時間まで起こるならば、交換粒状化装置は、事前に既に開始され得るし、次の製造バッチは、この交換粒状化装置に切り替えられ得る。新しいバッチの粒状化を開始する前に適切な保守手段を提供し且つ／或いは介挿することも考えられる。

もし検出される実周波数曲線が記憶される基準周波数曲線又は記憶される基準周波数信号と比較されるならば、特に簡単で効果的な周波数分析が起こる。

もし新しい以前知られていない有意な事象が、粒状化装置の動作中に起こるならば、これらの事象中に検出される実周波数曲線は、このようにして基準周波数のデータベース（基準周波数の教示）を拡大するために、新しい基準周波数曲線及び／又は新しい基準周波数信号として記憶され得る。

基準周波数の教示を単純化するために、有意な事象の発生の後で、工場コントローラによって、対応する教示が自動的に提供されることができ、新しい基準周波数曲線のみが、操作者による承認後に記憶される

基準周波数曲線との実周波数曲線の比較において、多数の戦略が考えられる。１つの可能な戦略によれば、実周波数曲線が特定の基準周波数信号及び／又は特定の基準周波数曲線に近似するか否かが監視される。もし近似が特定の許容値より下にあるならば、基準周波数曲線及び／又は基準周波数信号と相関する事象の発生の前に操作者に警告を与えるために、警告信号が生成され得る。

警告信号は、予期されるべき事象に関する情報及び／又は周波数分析に基づくこの事象の発生までの期間に関する情報を含み得る。

警告信号を生成することの代替として或いは追加として、警報信号及び／又は緊急停止がそれぞれ生成され或いは開始され得る。

好適な方法の変形によれば、振動センサを使用して検出される効果的に発生する振動強度が、記憶される基準振動レベルと比較される。

さらなる方法の変形によれば、振動信号、具体的には、グラニュレータの周波数励起のための振動パルスが、振動アクチュエータを使用して生成される。グラニュレータ上にこのようにして引き起こされる振動は、振動センサを使用して検出される。もし周波数分析ユニットが提供されるならば、処理及び／又は装置の状態は、アクチュエータを使用して生成される振動信号とグラニュレータ上で測定される振動応答との間の比較から結論付けられ得る。

もし周波数センサを使用して検出される周波数曲線が、数学的周波数分析方法、具体的には、フーリエ変換によって、周波数分析ユニット内で周波数スペクトルの個別の周波数成分に分解されるならば、特に差別化された分析が可能である。よって、例えば、特別な周波数成分が、特別の有意な事象又は有意な状態又はシステム構成部品に関して監視されることが可能である。

本発明の様々な実施態様が図面中に例証され、例示的な目的のために以後に説明される。

切断ロータ及び切断ストリップを有する固化されたプラスチックストランドを粒状化するためのストランド粒状化装置を示す斜視図である。 ノズル板及び切断ブレードを有する水面下粒状化装置を示す断面図である。

図１は、ノズル（図示せず）から出るプラスチックの溶融ストランド２を粒状化するための粒状化装置１を例証している。冷却ライン（図示せず）に続く脱水ラインの端部が示されており、そこでは、ストランド２は、回転するコンベヤベルト３によって支持され且つ輸送され、コンベヤベルト３は、被駆動撓みローラ４によって移動される。よって、これは従来技術である。

入口支持体５が脱水ラインに隣接し、ストランド２は被移動コンベヤベルト３によってその上に押される。入口支持体５は、２つの壁６及び７（後者は取り壊されている）の間に２つの段部８及び９を有し、その前後に、支持表面１０，１１，１２が位置付けられている。コンベヤベルト３によって輸送されるストランド２が、支持表面１０上に確実に押されるよう、支持表面１０は、コンベヤベルト３まで近接して延びている。段部８は、スロット付きノズル１３を形成するために使用され、それは入口支持体５に亘って横方向に延在している。入口支持体５に亘って横方向に延在するスロット付きノズル１４も、段部９に相応して実現されている。圧縮空気が、管状空気接続部１５を介して、これらのスロット付きノズルに供給される。ストランド２のさらなる運搬が入口支持体５の地域においても保証されるよう、空気流が支持表面１１，１２の上に位置するストランドに作用し且つ同伴するよう、各場合において４つの隣接する短い矢印によって表示される空気流が、スロット付きノズル１３，１４のそれぞれから出る。空気流のこの作用は、グラニュレータ１７の入口内に延びる支持表面１２の端部まで及ぶ。このようにして、入口支持体５によって満たされる輸送ベルト４の端部からグラニュレータ１７の入口まで延びる地域において、牽引力がストランド２上に加えられ、その結果、脱水ラインの後、即ち、ストランド２が輸送ベルト３を離れた後の地域において、ストランドの望ましくないくねり、よって、もつれが起こらないよう、グラニュレータ１７の入口内までのストランドの確実な案内がもたらされる。

従来技術から既知であるように、グラニュレータ１７は、２つの引込みローラ１８，１９を含み、それらはそれらの間に引込み間隙を残し、グラニュレータ１７の入口２０がそれらの中に延びている。引込みローラ１８，１９によって引き込まれるストランドは、固定されたカッタブレード２１に達し、切断ロータ２２がそれに対して走行し、ストランドを砕いてグラニュール粒子２３にする。

グラニュール粒子２３が砕かれるときにグラニュレータ１７内で起こる振動を検出するために、振動センサ２４，２５が、カッタブレード２１及び切断ロータ２２内にそれぞれ一体化されている。センサ２４，２５を使用して検出される振動信号は、ライン（図示せず）を介して、粒状化装置１のコントローラに中継され、周波数分析ユニットを使用してその中で分析される。分析結果は、粒状化プロセスの状態、及び／又は、粒状化装置１、特に、グラニュレータ１７の状態に関する情報を提供する。具体的には、グラニュレータ１７における摩耗が、適切な振動分析によって結論付けられ得る。

図２は、ノズル板３２及び回転カッタヘッド３３を有するグラニュレータ４０を有する装置３１を示しており、回転カッタヘッドのカッタ３４は、ノズル板３２の出口側３５の上を掃き(sweep)、ノズル３６，３７から出るプラスチック溶融物を切ってグラニュール粒子にする。ノズル板３２は、図２に示されていない多数の環状に位置付けられるノズル３６，３７を含む。この設計は既知の構造である。

カッタヘッド３３は、ロータ軸３８を介して回転し始め、ロータ軸３８は、ハウジング３９内にカッタヘッド３３及びカッタ３４と共に収容され、ハウジングは、そこを通じて流れる冷媒を有し、それは入口４１ａ内に流入し、出口４１ｂを介して流出する。冷媒液体は、カッタ３４によって切断されるグラニュールを運び、ハウジング３９から外にグラニュール粒子を輸送する。ハウジング３９は、ノズル板３２に恒久的に接続されている。

ロータ軸３８は、例えば、ねじ止め又はピン止めによって、駆動モータ４２の駆動シャフト４３に接続されている。ハウジング３９の内側チャンバは、シャフトシール８０によって外側チャンバに対して封止され、シャフトシールは、一方では、ロータ軸３８を圧迫し、他方では、管状部分４４内に取り付けられ、管状部分は、そのフランジ４５を介して、ハウジング３９の構成素子を形成する。駆動シャフト４３は、駆動ロータ５６内に続き、それを支持し、その場合には、ロータは、電気非同期式機械の既知の短絡ロータであり得る。駆動ロータ５６がステータ４６内で回転し、駆動ロータ５６を回転させ始めるよう、所要の電力が既知の方法でそこに供給される。ステータ４６は、既知の典型的な方法でモータハウジング４７内に取り付けられる。モータハウジング４７は、支持フレーム５０上の２つの支持体４８，４９を介して位置し、それはノズル板３２と共に静止的に取り付けられ、ノズル板３２と支持フレーム５０との間の距離は、恒久的に固定されている。

直線調節素子５２が、支持フレーム５０の１つの脚部５１に締結され、それは、既知の直線的に作用する移動ユニットによって、例えば、直線調節素子５２内に記号的に表示されるようなピストンシリンダユニットによって形成される。直線調節素子５２は、その軸方向に移動可能なピストン５３を介して、それとロータ軸３８との間に位置付けられた構成素子に対して作用し、ピストン５３の移動は、ロータ軸３８に対して、よって、カッタヘッド３３に対して作用する。所望の設定は、カッタ３４と共にこのような方法で、具体的には、摩耗を補償するために、ノズル板３２に対して特定の距離でノズル板３２と接触させられるカッタをもたらす。よって、剛的な接続が、支持フレーム５０、管状部分４４、及び、ハウジング３９を介して、直線調節素子５２とノズル板３２との間に存在する。

振動センサ６０，６１が、支持フレーム５０と直線調節素子５２との間でノズル板３２にそれぞれ据え付けられ、それを使用して、ノズル板３２上の振動及びカッタ３４上の振動が検出され得る。振動センサ６０，６１の計測される信号は、信号ライン（図示せず）を介して粒状化装置３１のコントローラ内に一体化される周波数分析ユニットに中継される。粒状化プロセスの状態及び粒状化装置３１の状態は、振動センサ６０，６1を使用して測定される周波数信号の周波数分析によって結論付けられ得る。

Claims (23)

1. プラスチックグラニュールを製造するための装置であって、
   当該装置は、グラニュレータを有し、該グラニュレータは、本質的に連続的に運搬されるプラスチック質量流を砕いてグラニュール粒子にし、前記グラニュレータは、切断ユニットを含み、該切断ユニットの切断素子は、プラスチックを砕くときに、プラスチック質量流の上に係合し、
   当該装置は、少なくとも１つの振動センサを含み、該少なくとも１つの振動センサを使用して、当該装置上に起こる振動を検出することができ、
   前記グラニュレータは、固定のノズル板を含み、該固定のノズル板は、鍛造可能なプラスチックストランドの出口のためのノズルを有し、且つ、前記鍛造可能なプラスチックストランドを砕くためにその上を掃く回転カッタを有し、前記振動センサは、摩耗監視のために、前記ノズル板及び／又は前記カッタの上で発生する振動を検出し、或いは、
   前記グラニュレータは、固定の切断ストリップと、被駆動の切断ロータとを有し、前記プラスチックストランドは、前記切断ストリップと前記切断ロータとの間の切断間隙内で砕かれてグラニュール粒子になることができ、前記振動センサは、摩耗監視のために、前記切断ストリップ及び／又は前記切断ロータの上で発生する振動を検出することを特徴とする、
   装置。
2. ディスプレイユニットを含み、該ディスプレイユニットの上に、前記振動センサを使用して検出される周波数曲線が表示され得ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 周波数分析ユニットを含み、該周波数分析ユニットを使用して、前記周波数センサを使用して検出される前記周波数曲線を分析し得ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記振動センサを使用して、前記グラニュレータ上に効果的に発生する振動強度を測定し得ることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の装置。
5. 基準周波数曲線又は基準周波数信号が前記周波数分析ユニット内に記憶され、前記振動センサによって検出される前記周波数曲線と比較され得ることを特徴とする、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の装置。
6. 基準振動レベルが前記周波数分析ユニット内に記憶され、前記振動センサによって検出される前記効果的に発生する振動強度と比較され得ることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 振動アクチュエータを含み、該振動アクチュエータを使用して、振動信号が周波数励起のために生成され得ることを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の装置。
8. プラスチックグラニュールを製造するための装置を動作するための方法であって、
   前記装置は、グラニュレータを有し、該グラニュレータは、本質的に継続的に運搬されるプラスチック質量流を砕いてグラニュール粒子にし、前記グラニュレータは、切断ユニットを含み、該切断ユニットの切断素子は、上記請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の装置を動作するために、前記プラスチックを砕くときに、前記プラスチック質量流の上に係合し、
   前記装置の上で発生する前記振動は振動センサを使用して検出され、
   前記測定される振動信号は周波数分析ユニット内で分析され、
   前記製造プロセス及び／又は前記装置の状態が前記周波数分析ユニットのデータを使用して監視されることを特徴とする、
   方法。
9. 粒状化されるべき材料の材料特性は、前記周波数分析ユニットの前記データを使用して監視されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記グラニュレータの前記設定は、前記周波数分析ユニットの前記データを使用して監視されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 前記グラニュレータの前記摩耗は、前記周波数分析ユニットの前記データを使用して監視されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
12. 予防保守手段が、前記分析結果の関数として提案され且つ／或いは開始されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 残余運転パラメータが、前記分析結果の関数として計算されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記残余運転パラメータは、運転中の及び／又は次回の製造バッチの所要パラメータと比較されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記振動センサによって検出される実周波数曲線が、前記周波数分析ユニット内で記憶基準周波数曲線及び／又は記憶基準周波数信号と比較されることを特徴とする、請求項８乃至１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
16. 実周波数曲線が、新しい基準周波数曲線及び／又は新しい基準周波数信号として記憶されることを特徴とする、請求項８乃至１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
17. 新しい基準周波数曲線としての実周波数曲線の記憶は、操作者による承認後に遂行されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. もし前記実周波数曲線が、特定の基準周波数曲線及び／又は特定の基準周波数信号に到達するならば、警告信号が生成されることを特徴とする、請求項８乃至１７のうちのいずれか１項に記載の方法。
19. 前記警告信号は、予期されるべき事象についての情報及び／又はこの事象の発生までの期間について情報を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. もし前記実周波数曲線が、特定の別な基準周波数曲線を越えて及び／又は特定の基準周波数信号を越えて逸脱するならば、警報信号が生成され且つ／或いは緊急停止が開始されることを特徴とする、請求項８乃至１９のうちのいずれか１項に記載の方法。
21. 前記振動センサを使用して検出される前記効果的に発生する振動強度は、記憶される基準振動レベルと比較されることを特徴とする、請求項８乃至２０のうちのいずれか１項に記載の方法。
22. 振動信号が、前記グラニュレータの周波数励起のために振動アクチュエータを使用して生成され、そのようにして前記グラニュレータ上に引き起こされる前記振動は、前記振動センサを使用して検出されることを特徴とする、請求項８乃至２１のうちのいずれか１項に記載の方法。
23. 前記周波数センサを使用して検出される前記周波数曲線は、数学的周波数分析方法によって、前記周波数分析ユニット内で周波数スペクトルの個々の周波数成分に分解されることを特徴とする、請求項８乃至２２のうちのいずれか１項に記載の方法。

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