DE3242641A1 - Kontinuierlich arbeitende granuliervorrichtung - Google Patents

Kontinuierlich arbeitende granuliervorrichtung

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DE3242641A1
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cylinder
kneader
screw
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Japan Steel Works Ltd
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Description

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Dr phil. G Henkel. München .Dipl.-Ing. J Pfenning. Berlin Dr rer. nat L Feiler. München Dipl.-Ing. W. Hänzel. München
THE JAPAN STEEL WORKS, LTD. DipL-Phys K H.Meinig Berlin
Dr. Ing. A. Butenschon. Berlin
•Tokyo /JAPAN
Mohlstraße 37
D-8000 München 80
Tel. 089/982085-87 Telex-0529802 hnkld Telegramme ellipsoid
N26-30087M/YO
18. Nov. 1932
KONTINUIERLICH ARBEITENDE GRANULIERVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Granuliervorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen, Kneten und Granulieren von makromolekularen Stoffen.
Eine bisherige Vorrichtung dieser Art für die Verarbeitung eines Kunstharzmaterials besteht aus einem Kneter mit einer an beiden Enden gelagerten Schnecke zum Schmel-■ zen und Kneten des Guts sowie einem Einschnecken-Extruder zum Granulieren des Kunstharzmaterials. Diese Vorrichtung in Form einer Kneter/Extruder-Kombination besitzt vergleichsweise große Gesamtabmessungen,verbraucht ziemlich viel Energie und unterwirft das Kunstharzmaterial einer großen Wärmeeinwirkung.
BAD
Eine andere bisherige Vorrichtung enthält einen Kneter mit einer nur am einen Ende gelagerten Schnecke sowie eine mit dem Vorderende des Kneters in Reihe geschaltete Granuliermaschine für das gleichzeitige Schmelzen, Kneten und Granulieren von Gut. Eine nur einseitig gelagerte Schnecke ist aber einem großen Gegendruck unterworfen, der eine komplexe Schub- bzw. Drucklagerkonstruk- tion erforderlich macht. Die Schnecke muß vergleichsweise lang sein, um das Granulieren gegen den großen Gegendruck zu ermöglichen. Diese Vorrichtung besitzt daher eine große Gesamtlänge und ist teuer in der Herstellung. Die Schnecke kann nicht mit hoher Drehzahl betrieben werden, weil sonst der Zylinder infolge einer Berührung mit der Schnecke Beschädigungen erleiden würde. Mit dieser Vorrichtung kann daher keine erhöhte Verarbeitungsleistung erreicht werden.
Bei einer weiteren bisherigen Vorrichtung ist am distalen bzw. vorderen Ende eines DoppelSchneckenextruders eine Zahnradpumpe angebaut. Nachteilig daran ist, daß mit dem Doppelschneckenextruder der Knetgrad des Guts im Betrieb nicht eingestellt werden kann, so daß eine genaue Gütesteuerung in Abhängigkeit von Art und Sorte des verwendeten Kunstharzmaterials nicht möglich ist. Da der Doppelschneckenextruder zwei Zylinderkammern aufweist, die über eine Querbohrung miteinander in Verbindung stehe, ergibt sich ein weiterer Nachteil daraus, daß die in den Zylinderkammern angeordneten Schnecken Querkräften aufgrund des Drucks des Kunstharzmaterials unterworfen sind, so daß sie mit dem Zylinder in Berührung gelangen und diesen beschädigen können. Je länger die auskragenden Schnecken sind und je höher ihre Drehzahl ist, um so größer ist die Möglichkeit für eine solche Beschädigung
b^
des Zylinders. Diese Vorrichtung besitzt daher eine eingeschränkte Verarbeitungsleistung.
Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber insbesondere die Schaffung einer kontinuierlich arbeitenden Granuliervorrichtung mit einem Doppelschneckenkneter, bei dem der Knetgrad des Guts einstellbar ist, und einer diesem Kneter zugeordneten Zahnradpumpe, wobei der Doppelschneckenkneter an seinem vorderen Zylinderende getrennte Zylinderkammern aufweist, die nicht in Querverbindung miteinander stehen, so daß die bei den bisherigen Vorrichtungen auftretenden Nachteile vermieden werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer kontinuierlich arbeitenden Granuliervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfin
dung,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung von Versuchsergebnissen eines Vergleichs zwischen einer bisherigen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich des Energieverbrauchs und
Fig. 4a und 4b Detailansichten einer Schneideinheit.
ORIGINAL
Die erfindungsgemäße Granuliervorrichtung umfaßt einen Doppelschnecken-Kneter 1, eine Zahnradpumpe 2 und eine Schneideinheit 3. Der Kneter 1 enthält in seinem Zylinder 4 zwei Schnecken 5, die durch einen Motor 7 über ein Drehzahländerungs-Getriebe 6 antreibbar sind. Jede Schnecke 5 umfaßt einen Rotor 5a zum Schmelzen und Kneten des zugeführten Kunstharzmaterials, einen konischen Schlitz öder Spalt 5b zur Einstellung des Knetgrads des Kunstharzmaterials und einen sich von diesem Schlitz 5b nach vorn erstreckenden Schneckenendabschnitt 5c. Der Zylinder 4 weist einen Fülltrichter 4a zum Eingeben des Guts in den Kneter 1 und einen neben dem konischen Schlitz oder Spalt 5b befindlichen konischen Schlitz oder Spalt 4b auf. Durch Axialverschiebung des Zylinders 4 kann der Abstand zwischen den Schlitzen 4b, 5b eingestellt werden. Der Zylinder 4 weist einen sich vom Schlitz 4b nach vorn bzw. gemäß Fig. 1 nach rechts erstreckenden Abschnitt auf, dessen Innendurchmesser kleiner ist als derjenige des hinteren Endabschnitts des Zylinders. Gemäß Fig. 2 weist der Zylinder 4 zwei getrennte Zylinderkammern auf, in denen jeweils ein Schneckenendabschnitt 5c angeordnet ist.
Der Zylinder 4 weist mehrere auf einem Sockel 8 abrollende Räder 4e auf, so daß er mittels eines am Sockel 8 angeordneten hydraulischen Arbeitszylinders 9 axial verschiebbar ist. Der Zylinder 4 weist weiterhin vorderhalb des Schlitzes 4b eine Entlüftung 4c und außerdem an seinem distalen bzw. vorderen Ende einen Druckentlader 4d auf, mit dem die Zahnradpumpe 2 verbunden ist. Zwischen dem Druckentlader 4d und der Zahnradpumpe 2 ist eine Kammer 10 mit einem Druckfühler 11 festgelegt, der bei der Messung eines bestimmten, in der Kammer 10 herrschenden
Drucks ein Signal zu einer nicht dargestellten Steuereinheit liefert, welche die Zahnradpumpe 2 betätigt. Die Schneideinheit 3 ist der Zahnradpumpe 2 nachgeschaltet und enthält ein Sieb 20, Spritzköpfe 22, Schneidklingen und andere Teile (in Fig. 1 nicht dargestellt).
Gemäß den Fig. 4a und 4b kann die Vorrichtung ein der Zahnradpumpe (außerhalb der Kammer 10) und/oder den Spritzköpfen voigeschaltetes Austragventil zum Austragen des geschmolzenen Kunstharzmaterials aufweisen.
Der Zweck der Anordnung des Austragventils vorderhalb der Zahnradpumpe besteht darin, einen Eintritt von ungeschmolzenen Massen oder Fremdkörpern in die.Zahnradpumpe und damit eine Beschädigung der Zähne der Zahnradpumpe zu verhindern, wenn das Kunstharzmaterial durch den Kneter 1 aufgeschmolzen und geknetet wird. Zu Betriebsbeginn der Vorrichtung bleibt das Austragventil offen, so daß das Kunstharzmaterial über dieses austritt. Nachdem festgestellt worden ist, daß das Kunstharzmaterial ausreichend aufgeschmolzen worden ist und keine Fremdstoffe enthält, wird das Austragventil zur Förderung des geschmolzenen Kunstharzmaterials zur Zahnradpumpe umgeschaltet.
Vorderhalb der Spritzköpfe (dies) kann ein. Austrag- bzw. Auslaßventil angeordnet sein, das ein zweckmäßiges Ablassen des Kunstharzmaterials zwischen Zahnradpumpe und Spritzköpfen vor dem Schneidvorgangbeim Abstellen der Vorrichtung ermöglicht. Durch Einleitung des Schneidvorgangs nach dem öffnen des Austragventils zur vollständigen Entfernung des Kunstharzmaterials aus dem Durchgang zwischen Zahnradpumpe und Spritzköpfen kann die
Vorrichtung ein einwandfreies Granulaterzeugnis liefern.
Das Austragventil kann gewünschtenfalls der Zahnradpumpe und/oder den Spritzköpfen zugeordnet sein.
Die Zahnradpumpe 2 und die Schneideinheit 3 sind auf einem mit Rädern versehenen Sockel 13 montiert, so daß sie eine Axialverschiebung des Zylinders 4 mitzumachen vermögen.
Die vorstehend beschriebene Granuliervorrichtung arbeitet wie folgt:
über den Fülltrichter 4a eingegebenes Kunstharzmaterial wird, während es aufgeschmolzen wird, durch die Schnekken 5 gefördert. Das Kunstharzmaterial wird sodann durch die Rotoren 5a weiter aufgeschmolzen und geknetet. Der Knetgrad des Kunstharzmaterials kann durch Betätigung des ArbeitsZylinders 9 eingestellt werden, um den Zylinder 4 zur Änderung des Abstands zwischen den Schlitzen 4b, 5b zu verschieben. Nach dem ausreichenden Durchkneten des geschmolzenen Kunstharzmaterials wird dieses durch die Schneckenendabschnitte 5c zum Druckentlader 4d gefördert, aus welchem das aufgeschmolzene Kunstharzmaterial in die Zahnradpumpe 2 eingeführt wird. Während das aufgeschmolzene Gut durch die Schneckenendabschnitte 5c gefördert wird, wird es nach Bedarf über die Entlüftung 4c entlüftet. Das aufgeschmolzene Kunstharzmaterial wird sodann durch die Zahnradpumpe 2 unter einem hohen Druck in der Größenordnung von 150 bis 350 bar (kg/cm2) in die Schneideinheit 3 überführt, in welcher das Gut granuliert wird. Der in der Kammer 10 herrschende Druck bzw. der Druck am Ende des Druckentladers 4d unter wel-
chem das aufgeschmolzene Gut gehalten wird, wird durch den Druckfühler 11 gemessen. Die Drehzahl der Zahnrad-
.oder des Motors 7
pumpe /wird durch eine nicht dargestellte Steuereinheit über eine Rückkopplungs-Regelschleife so eingestellt, daß der gemessene Druck jederzeit innerhalb eines Soll-Druckbereichs (5 bis 10 bar)liegt. Das aufgeschmolzene Kunstharzmaterial wird somit stromauf bzw. vor der Zahnradpumpe 2 auf einem niedrigen Druck von 5 bis 10 bar und stromab bzw .hinter der Zahnradpumpe 2 unter einem hohen Druck von 150 bis 350 bar gehalten.
Bei der kontinuierlich arbeitenden Granuliervorrichtung gemäß der Erfindung kann das Ausmaß, bis zu dem das Gut geknetet wird, im Betrieb der Vorrichtung durch Einstellung des Abstands zwischen den konischen Schlitzen beliebig eingestellt werden. Das Gut kann somit bei niedriger Temperatur ohne die Gefahr für ein übermäßiges Kneten geknetet werden. Das geknetete Gut kann der Schneideinheit durch die Zahnradpumpe 2 unter einem hohen Druck zugeführt werden, während der Druck am Druckentlader 4d auf einen konstanten niedrigen Wert geregelt wird, so daß die Schneckenendabschnitte 5c vergleichsweise kurz sein könnnen. Der reduzierte Druck am Druckentlader 4d führt dazu, daß die Schneckenendabschnitte 5c mit einer kleineren Querkraft beaufschlagt werden. In Verbindung mit der Tatsache, daß die Zylinderkammern stromab des Schlitzes 4d voneinander getrennt sind, gewährleistet dieses Merkmal, daß das aufgeschmolzene Kunstharzmaterial die Schneckenendabschnitte 5c in allen Richtungen gleichmäßig mit Druck beaufschlagt und somit als Lager für die Schneckenendabschnitte 5c wirkt, die demzufolge weniger leicht mit den benachbarten Wandabschnitten in Berührung gelangen und diese beschädigen
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können. Die Schnecken 5 können mit vergleichsweise hoher Drehzahl angetrieben werden» um eine große Kunstharzmenge mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten zu können. Da bei dieser Granuliervorrichtung das Gut nicht übermäßig stark durchgeknetet und aufgrund des vergleichsweise niedrigen Drucks stromauf der Zahnradpumpe unter einem niedrigen Druck gefördert wird, verbraucht die erfindungsgemäße Granuliervorrichtung erheblich weniger Energie. Fig. 3 veranschauchlicht die Ergebnisse eines Versuchs, bei dem ein bisheriger Doppelschneckenkneter mit Einschneckenextruder und die erfindungsgemäße Granuliervorrichtung bezüglich des Energieverbrauchs miteinander verglichen wurden. Aus der graphischen Darstellung von Fig. 3 geht hervor, daß bei der erfindungsgemäßen Granuliervorrichtung die erforderliche Antriebsenergie um etwa 20 bis 25% niedriger ist als bei der bisherigen Vorrichtung.
Während bei der beschriebenen Ausführungsform der Druck am Druckentlader durch. Einstellung der Drehzahl der Zahnradpumpe konstant gehalten wird, kann der Druck auch durch Einstellung der Drehzahl des Motors für den Doppelschneckenkneter zur Änderung der zugeführten Gutmenge geregelt werden. Die Innenwandfläche des Zylinders kann mit einer Beschichtung auf Kobalt- oder Nickelbasis versehen sein, um eine Beschädigung des Zylinders durch die Schnecken noch wirksamer zu verhindern. Die Schnecken können mit höherer Drehzahl in Drehung versetzt werden, in^dem ihre Gewindegänge mit einer Breite von 0,1 bis 0,5 D (D = Innendurchmesser des Zylinders) gewählt wer- ■' den.
Bei der vorstehend beschriebenen, kontinuierlich arbei-
BAD ORIGINAL
tenden Granuliervorrichtung gemäß der Erfindung kann bei einem Doppelschnecken-Kneter der Knetgrad des Guts durch Einstellung eines Abstands zwischen Schlitzen, durch welche das Gut gefördert wird, eingestellt werden, wobei der Kneter einen Zylinder aufweist, dessen vorderer Abschnitt sich über die Schlitze hinaus nach vorn erstreckt und dessen Innendurchmesser kleiner ist als der-
JO jenige des hinteren Zylinderabschnitts. Der Vorderabschnitt des Zylinders enthält voneinander unabhängige bzw. getrennte, nicht in Querverbindung miteinander stehende Zylinderkammern, wobei eine Zahnradpumpe mit einem am Vorderende des Doppelschnecken-Kneters angeordneten
1§ . Druckentlader in Reihe geschaltet und eine Schneideinheit an den Auslaß der Zahnradpumpe angeschlossen ist. Aufgrund dieser Anordnung kann der Knetgrad des Guts beliebig eingestellt werden, während die Schnecken daran gehindert werden können, am Zylinder anzugreifen und diesen zu beschädigen, und zur Gewährleistung einer erhöhten Verarbeitungsleistung eine große Gutmenge mit hoher Geschwindigkeit extrudiert werden kann.
v- Leerseite

Claims (10)

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig*"" *··* ·:-Patentanwälte E uroppcin Paleni Attorney;. Zugelassene Vrirtrelei voi dein Luropaischen Patentamt Dr phil G Ηβηκβί Muncnen Dipl -Ing J. Pfenning Ber'in Dr rer na; L Fetler. Mj~chep Dip! -Ing W Maize;. Murcner. Dipl -Phys- K. H Meinig Berlin THE JAPAN STEEL WORKS , LTD. Dr Ing A Butenschon. Berlin Tokyo /JAPAN Möhistraße 37 D-8000 München 80 Tel 089/982085-87 Telex 0529802 hnkld . Telegramme ellipsoid N26-30087M/YO 18· Nov. 1982 KONTINUIERLICH ARBEITENDE GRANULIERVORRICHTUNG PATENTANSPRÜCHE
1. Kontinuierlich arbeitende Granuliervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelschnecken-Kneter (1) und eine Einrichtung zur Einstellung des Knetgrads, dem das Gut durch den Kneter (1) unterworfen wird, vorgesehen sind, daß der Kneter (1) einen Zylinder (4) mit sich nach vorn erstreckenden Vorderabschnitten eines kleineren Innendurchmessers als dem eines hinteren Abschnitts des Zylinders (4) aufweist, daß die Vorderabschnitte des Zylinders (4) voneinander getrennte, nicht in Querverbindung miteinander stehende Zylinderkammern aufweisen, daß am Vorderende des Doppelschnecken-Kneters (1) ein
Druckentlader (4d) angeordnet ist, daß mit letzterem eine Zahnradpumpe (2) in Reihe geschaltet ist und daß an einem Auslaß der Zahnradpumpe (2) eine Schneideinheit (3) angebaut ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß sich die 10. getrennten Zylinderkammern zumindest über die Vorderabschnitte (5c) der Schnecken (5) des Kneters (1) erstrecken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Einstelleinrichtung Mittel zur Bestimmung eines Zwischenraums (4b, 5b), durch den das Gut durch den Kneter (1) gefördert wird, und Mittel zur Einstellung dieses Zwischenraums aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet , daß der Zwischenraum mindestens einen zwischen einem Abschnitt der Schnecken (5) und einem anschließenden Zylinderabschnitt festgelegten konischen Schlitz bzw. Spalt (4b, 5b) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Verschieben von Zylinder (4) und Schnekken (5) relativ zueinander zwecks Einstellung des Zwischenraums vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die
Schneideinheit (3) Spritzkopfeinrichtungen (die means) und vor diesen angeordnete Auslaß- oder Austragventileinheiten aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet , daß vor der Zahnradpumpe (2) Auslaß- bzw. Austragventileinheiten vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß vor der Zahnradpumpe (2) Auslaß- bzw. Austragventileinheiten vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung des Drucks des Guts stromauf der Zahradpumpe und zur Steuerung der Zahnradpumpe
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antrieb für den Kneter und durch eine Einrichtung zur Messung des Drucks des Guts stromauf der Zahnradpumpe sowie zur Steuerung des Antriebs.
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