DE3601135C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung insbesondere eine Vorrichtung zum Zerkleinern spröder Substanzen, worunter hier insbesondere Substanzen verstanden werden, die durch folgende Parameter gekennzeichnet werden können:

Biege-Elastizitätsmodul (analog DIN 53 457, Deutsche Industrienorm) von höchstens 3000 N/mm²,
Biegefestigkeit σ _bB (analog DIN 53 452) von 5 bis 16 N/mm² und
Schlagzähigkeit a _n (analog DIN 53 453) von 0,2 bis 2 kJ/m².

Zur Zerkleinerung solcher Substanzen werden bisher vielfach Mühlen, Schlagwerke, Brecher oder ähnliche Vorrichtungen eingesetzt, die jedoch von der Arbeitsplatzhygiene sowohl wegen der Lärmentwicklung als auch durch Staubentwicklung nachteilig sind. Letzteres Merkmal beeinträchtigt darüber hinaus auch die Produktqualität bzw. -verarbeitbarkeit, da der Staubanteil beim Weiterverarbeiter vielfach unerwünscht ist. Auch ist bei diesen Zerkleinerungsvorrichtungen meist ein hoher Energieaufwand notwendig und die übliche Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere die Werkzeuge und Lager nutzen sich relativ schnell ab.

Derartige Zerkleinerungsvorrichtungen zum Granulieren von Strängen oder Bändern aus Kunststoffen, Elastomeren, Gummi und dergleichen werden beispielsweise in den DE-A 21 60 456 und DE-A 23 40 614 vorgeschlagen. In diesen Vorrichtungen wird das zu zerkleinernde Gut durch ein Transportband einer als Schneidwerkzeug ausgebildeten Walze zugeführt, die das Gut an einer Schneidkante abschert oder abfräst.

Aufgabe der Erfindung war es daher, einen einfacheren Weg zu finden, spröde, vorzugsweise harzartige Substanzen, insbesondere Kunststoffe bzw. Kunstharze, ohne Staubentwicklung, praktisch ohne zusätzlichen Energieverbrauch und ohne Lärmbelästigung in gut handhabbare vorzugsweise weitgehend einheitliche Bruchstücke zu zerkleinern. Die dafür verwendete Vorrichtung sollte überdies wenig oder besser gar nicht störanfällig sein.

Diese Aufgaben konnten nun durch eine Zerkleinerungsvorrichtung gelöst werden, die aus einem endlosen Transportband, das über eine Rolle mit einem Durchmesser d₄ umgelenkt wird, einem endlosen Mitlaufband, das mit dem Transportband zusammen einen Mitnahmebereich bildet, in dem beide Bänder im wesentlichen parallel laufen und der sich zumindest über einen Teil des Transportbandes erstreckt, der an der Mantelfläche der vorstehend genannten Rolle anliegt, und einem Ablauftisch besteht, wobei Transportband und Mitlaufband am Beginn des Mitnahmebereiches einen Einlauftrichter für das Zerkleinerungsgut bilden und das Mitlaufband am Ende des Mitnahmebereiches vom Transportband abgehoben, über eine Rolle mit einem Durchmesser d₃ umgelenkt und über weitere Umlenkrollen an den Beginn des Mitnahmebereiches zurückgeführt wird. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauftisch an das Transportband hinter dem Mitnahmebereich, d. h. in dem Bereich, in dem es an der Mantelfläche der eingangs genannten Rolle anliegt und bereits teilweise umgelenkt ist, vorzugsw. ohne direkte Berührung heranreicht, daß die an dieser Stelle der Oberfläche des Transportbandes bzw. der Mantelfläche der Rolle gedachte Tangente mit der der Umlenkrolle des Mitlaufbandes zugewandten Seite des nach unten geneigten Ablauftisches einen Winkel a von 20 bis 60° bildet, daß bei einer Schichtdicke δ des Zerkleinerungsgutes die Achse der Umlenkrolle des Mitlaufbandes einen Abstand a von der genannten an der Oberfläche des Transportbandes gedachten Tangente und einen Abstand b von der ihr zugewandten Seite des Ablauftisches besitzt, die folgende Bedingungen erfüllen:

0,51 d₃ + δ a 0,60 d₃ + δ
0,51 d₃ + δ b 0,60 d₃ + δ

und daß der Durchmesser d₃ einen Wert von 5 bis 20% des Durchmessers d₄ besitzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Zerkleinerung der verschiedensten insbesondere harzartigen Substanzen, soweit sie eine gewisse Sprödigkeit besitzen, die etwa durch die eingangs genannten Parameter definiert werden kann. Dabei ist es unerheblich, ob diese Sprödigkeit bereits bei Raumtemperatur, also bei etwa 10 bis 30°C bereits vorliegt oder erst durch Kühlung auf tiefere Temperaturen erreicht werden muß. Bevorzugt werden natürlich solche Substanzen erfindungsgemäß zerkleinert, bei denen die Sprödigkeit bereits gegeben ist, ohne daß aufwendige Kühlvorrichtungen notwendig sind, um z. B. Temperaturen bei oder unter 0°C zu erreichen. Diese Voraussetzung ist z. B. bei einer ganzen Reihe von Kunstharzen oder Kunststoffen gegeben, für die sich die erfindungsgemäße Vorrichtung daher besonders eignet.

Kunststoffe sind Stoffe die durch Polymerisation oder Polykondensation aus den sogenannten Monomeren hergestellt werden können. Hierbei spielt insbesondere die radikalische Polymerisation eine große Rolle, bei der ethylenisch ungesättigte Verbindungen in Lösungsmitteln, in heterogener, insbesondere wäßriger Phase nach der Suspensions-, Mikrosuspensions- oder Emulsionsmethode oder in Masse nach dem Blockpolymerisationsverfahren, d. h. ohne derartige Verdünnungsmittel wie Wasser oder Lösungsmittel, mittels freie Radikale bildenden Initiatoren zur Reaktion gebracht werden. Bei der Blockpolymerisation fällt das Polymerisat, der Kunststoff bzw. das Kunstharz, entweder bereits als Pulver an (z. B. beim PVC) oder aber als Schmelze. Als Beispiel für solche bei der Polymerisation als Schmelze anfallende Polymere sind insbesondere die Polymeren der Vinylester und an erster Stelle Polyvinylacetat und Polyvinylpropionat, besonders vorzugsweise das Polyvinylacetat zu nennen. Daher ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch besonders für die Zerkleinerung dieser genannten Polymeren geeignet. Im folgenden werden der Einfachheit halber und weil diese Verwendung auch besonders bevorzugt ist, die Einzelheiten der Erfindung anhand der Zerkleinerung von Polyvinylacetat beschrieben. Es versteht sich aber von selbst, daß diese Merkmale ebenso auch für andere Anwendungen, z. B. für die Zerkleinerung anderer spröder, insbesondere harzartiger Substanzen, wie z. B. Kolophonium gelten.

Das Polyvinylacetat fällt bei der Blockpolymerisation als Schmelze an, die auf verschiedene an sich bekannte Weisen aufgearbeitet werden können. Als Beispiele hierfür seien die Extrusion von Strängen und das Aufbringen der Schmelze auf Kühlbänder, z. B. mittels Rakel oder Kalander genannt. Die Polymerstränge bzw. das auf das Kühlband aufgebrachte Polymere werden in üblicher Weise, z. B. im Wasserbad, im Wasser- oder im Luftstrom gekühlt und zur Erstarrung gebracht und müssen anschließend zerkleinert werden.

Dies kann nun mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft erfolgen, wobei das Kühlband vorzugsweise gleichzeitig als Transportband 7 dient.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Abbildung dargestellt. Sie besteht zunächst aus einem endlosen Transportband 7, das über die Rolle 4 mit dem Durchmesser d₄ umgelenkt wird. In der Zeichnung ist nur das Ende des Transportbandes dargestellt, an dem das Produkt, dargestellt als Schicht 8, wieder vom Band abgenommen wird. Da, wie schon ausgeführt, das vorstehend angesprochene Kühlband beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gleich als Transportband 7 verwendet werden kann, kann es aus üblichen Kühlbandmaterialien, z. B. aus einem Metallband oder PTFE-Band bestehen oder auch als Ketten- oder Plattenband ausgebildet sein.

Sofern es nicht gleichzeitig als Kühlband dient, kann es aus üblichen Materialien bestehen, die z. B. weiter unten im Zusammenhang mit dem Mitlaufband 6 genannt sind.

Auf dieses Transportband wird das Gut aufgebracht, z. B. in einer Dicke δ von bis zu etwa 10 mm, vorzugsweise 2-8 mm, insbesondere 3-6 mm, und beim Transport schließlich zwischen dem Transportband 7 und dem Mitlaufband 6 in den Mitnahmebereich eingeführt. Das Mitlaufband 6, das entweder auf Grund der Reibungskraft durch Kraftübertragung vom Transportband 7 über das Zerkleinerungsgut 8 "mitgenommen" werden kann oder das auch einen eigenen Antrieb über die Umlenkrolle 3 oder über andere Umlenkrollen, z. B. die Rollen 1 oder 2, besitzen und dadurch auf eine im wesentlichen der Geschwindigkeit des Transportbandes 7 gleiche Geschwindigkeit gebracht werden kann, legt sich zumindest über einen Teil des Bereiches, in dem das Transportband auf der Mantelfläche der Rolle 4 aufliegt, an das Transportband 7 bzw. an das auf dem Transportband 7 befindliche Zerkleinerungsgut 8 an und bildet zusammen mit dem in diesem Bereich im wesentlichen parallel laufenden Transportband 7 einen Mitnahmebereich, in dem das Gut zwischen beide Bänder (6 und 7) "eingeklemmt" ist. Der Mitnahmebereich erstreckt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in Richtung längs der Achse der Rolle 4 betrachtet, über mindestens ein Achtel des Rollenumfanges der Rolle 3, besonders vorzugsweise über ein bis drei Achtel.

Am Ende des Mitnahmebereiches wird das Mitlaufband 6 vom Transportband 7 wieder abgehoben und über eine Umlenkrolle 3 mit dem Durchmesser d₃ umgelenkt und über geeignete Vorrichtungen, z. B. die Umlenkrollen 2 und 1 wieder an den Beginn des Mitnahmebereiches zurückgeführt. Vor dem Mitnahmebereich bildet das Transportband 7 und das Mitlaufband 6 einen Einlauftrichter, der einerseits durch die Rückführvorrichtung des Mitlaufbandes 6, z. B. die Rolle 1 mit dem Radius d₁, und andererseits durch die Stelle des Transportbandes begrenzt wird, an der die Tangente an das Transportband 7 parallel zum Mitlaufband 6 läuft, bzw. ohne Gut 8 mit dem Mitlaufband 6 zusammenfällt. Die Rückführvorrichtung des Mitlaufbandes 6, z. B. die Rolle 1, die den Beginn des Einlauftrichters begrenzt, kann direkt oberhalb der Stelle angebracht sein, an der das Transportband 7 in Förderrichtung sich an die Mantelfläche der Rolle 4 anlegt, wobei der Abstand der Rollenachse der Rolle 1 vom Transportband 7 im allgemeinen geringfügig größer als der Rollenradius d₁/2 ist. Sie kann aber auch entgegen der Förderrichtung des Bandes 7 vorverlegt sein, so daß die Achse der Rolle 1 in etwa dem gleichen Abstand, wie vorstehend beschrieben, oberhalb des Transportbandes 7 angebracht ist. Der genaue Abstand der Achse der Rolle 1 vom Transportband 7 ist nicht entscheidend, die beste Lage der Achse kann vom Fachmann, ausgehend von seiner Fachkenntnis, praktisch beliebig festgelegt werden, solange das Brechgut 8 dem Mitnahmebereich zuverlässig zugeführt wird.

Die Umlenkrolle 3 des Mitlaufbandes ist so angebracht, daß der Abstand a ihrer Drehachse vom Transportband, das an dieser Stelle an der Rolle 3 anliegt, einen Wert von 0,51 d₃ + δ bis 0,60 d₃ + w beträgt.

Das Mitlaufband kann ebenfalls aus für Transportbänder üblichen Materialien stehen, wobei - da das Gut vor der Berührung damit vorzugsweise bereits weitgehend abgekühlt sein und die für das Brechen gewünschte spröde Konsistenz besitzen soll - natürlich keine so hohen Anforderungen an die Hitzebeständigkeit gestellt werden müssen, wie dies bei dem Kühlband der Fall ist. Als Beispiele für geeignete Materialien können Textilgewebe mit Gummi- oder Kunststoffimprägnierung oder -beschichtung, Kunststoffbänder (oder -gurte) und ähnliches genannt werden, z. B. solche aus Polyurethan, PVC und PTFE.

In Laufrichtung des Transportbandes 7 hinter der Stelle, an der das Mitlaufband 6 durch die Rolle 3 vom Transportband 7 abgehoben wird, reicht ein Ablauftisch 5 an das Transportband 7 heran, vorzugsweise ohne dies jedoch direkt zu berühren. Der Ablauftisch bildet mit der Tangente an das Transportband, die an dieser Stelle gedacht ist, an der der Ablauftisch oder Abnehmer das Band (nahezu) berührt, einen Winkel von 20-60°, vorzugsweise von 30-50°, mehr bevorzugt von 40-50°, insbesondere von etwa 45°. Der Abstand b vom Ablauftisch zur Achse der Rolle 3 beträgt 0,51 d₃ + δ bis 0,60 d₃ + δ.

Das Polyvinylacetat wird z. B. gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Schmelze auf das Kühlband 7, vorzugsweise in Form von mehreren Gießsträngen von z. B. 2-10 cm Breite und mit einer Dicke von 2-8 mm, aufgebracht und in üblicher Weise abgekühlt (nicht in der Abbildung dargestellt). Das erkaltete Produkt wird schließlich vom Mitnahmebereich erfaßt und dem Ablauftisch (Abnehmer) zugeführt, durch diesen vom Kühlband abgehoben und nach dem Brechen, das im wesentlichen im Zwickel zwischen Kühlband, Rolle 3 und Ablauftisch 5 erfolgt, in Form weitgehend gleichmäßiger Bruchstücke aufgefangen und kann in üblicher Weise z. B. verpackt oder gelagert oder weiterverarbeitet etc. werden.

Es ist durchaus möglich, das Polyvinylacetat vor dem endgültigen Erstarren auf dem Kühlband noch durch eine Prägevorrichtung, z. B. eine Prägewalze, mit einer Oberflächenstruktur zu versehen, die das Brechen weiter erleichtert.

Beispielhaft seien hier schließlich noch einige bevorzugte Maße der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannt:

d₁ und d₂100-200 mm, insb. 120-150 mm d₃50-100 mm, insb. 70-90 mm d₄500-2000 mm, insb. 700-1500 mm a und b30-60 mm, insb. 40-55 mm und α30-50 mm, insb. 40-50°.

Bei der erfindungsgemäßen Zerkleinerung der spröden insbesondere harzartigen Substanzen, insbesondere des Polyvinylacetats, werden die eingangs genannten Aufgaben in hervorragender Weise gelöst. Z. B. tritt das Staubproblem völlig in den Hintergrund, das Produkt fällt in sehr einheitlichen Bruchstücken an, die z. B. das Gießen in Pellet-Form praktisch überflüssig machen, womit bisher vielfach auch das Staubproblem umgangen wurde. Schließlich konnte durch das Weglassen der üblichen Schneidevorrichtung selbst auf eine Lärmverkapselung der Anlage verzichtet werden, so daß darüber hinaus auch der Platzbedarf gegenüber dem des üblichen Kühlbands praktisch unverändert blieb.

Claims (3)

1. Zerkleinerungsvorrichtung, bestehend aus einem endlosen Transportband 7, das über eine Rolle 4 mit einem Durchmesser d₄ umgelenkt wird, einem endlosen Mitlaufband 6, das mit dem Transportband 7 zusammen einen Mitnahmebereich bildet, in dem beide Bänder im wesentlichen parallel laufen und der sich zumindest über einen Teil des Transportbandes 7 erstreckt, der an der Mantelfläche der Rolle 4 anliegt, und einem Ablauftisch 5, wobei Transportband 7 und Mitlaufband 6 am Beginn des Mitnahmebereiches einen Einlauftrichter für das Zerkleinerungsgut 8 bilden und das Mitlaufband 6 am Ende des Mitnahmebereiches vom Transportband 7 abgehoben, über eine Rolle 3 mit einem Durchmesser d₃ umgelenkt und über weitere Umlenkrollen an den Beginn des Mitnahmebereiches zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauftisch 5 an das Transportband hinter dem Mitnahmebereich heranreicht, daß die an dieser Stelle des Transportbandes 7 bzw. der Mantelfläche der Rolle 4 gedachte Tangente mit der der Umlenkrolle 3 zugewandten Seite des nach unten geneigten Ablauftisches 5 einen Winkel von α von 20 bis 60° bildet, daß bei einer Schichtdicke δ des Zerkleinerungsgutes die Achse der Rolle 3 einen Abstand a von der genannten an der Oberfläche des Transportbandes 7 gedachten Tangente und einen Abstand b von der ihr zugewandten Seite des Ablauftisches 5 besitzt, die folgende Bedingungen erfüllen: 0,51 d₃ + δ a 0,60 d₃ + δ
0,51 d₃ + δ b 0,60 d₃ + δund daß der Durchmesser d₃ einen Wert von 5 bis 20% des Durchmessers d₄ besitzt.

2. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zum Zerkleinern spröder Substanzen.

3. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zum Zerkleinern von Polyvinylacetat.