DE69116238T2

DE69116238T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von Kunststoffen

Info

Publication number: DE69116238T2
Application number: DE69116238T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Ishida; Tetsuo Makida; Hideaki Mizuguchi; Takaaki Okita; Minoru Yoshida
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: DE69116238D1; JPH0720618B2; US5360585A; US5190768A; EP0462705A1; JPH0425409A; EP0462705B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein(e) Kunststoffgranulier-Verfahren und -Vorrichtung und betrifft insbesondere eine neuartige Verbesserung des (der) Kunststoffgranulier-Verfahrens und -Vorrichtung, wobei ein Druckmittel zugeführt wird, um damit die Messerantriebswelle vorwärts/rückwärts zu verschieben, so daß die Schneidmesser o.dgl. über andere Mittel als eine Messerantriebswelle leicht ausgewechselt werden können.
Im Stand der Technik sind verschiedene Kunststoffgranulier-Vorrichtungen der oben angegebenen Art bekannt. Als typisches Beispiel der Konfigurationen solcher Vorrichtungen soll die in der ungeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. Hei-1-225511 offenbarte und in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung beschrieben werden.
In den Zeichnungen steht die Bezugsziffer 1 für eine Granuliermaschine, die durch einen Verteiler 2 zum umfangsmäßigen Verteilen von aus einer (nicht dargestellten) Extrudier- oder Strangpreßmaschine extrudiertem, aufgeschmolzenem Harz, einem am Verteiler 2 in inniger Berührung mit diesem angebrachten Spritz-Werkzeug bzw. Spritzkopf (die) 3, einem an einer Fläche 3a des Spritzkopfes 3 angebauten Messergehäuse 4 und einer in letzterem angeordneten Schneidmessereinheit 5 gebildet ist.
Der Spritzkopf 3 ist scheibenförmig ausgebildet; durch einen ringförmigen Bereich des Spritzkopfes 3, der dessen Achse umgibt, hindurch sind zahlreiche axial verlaufende Düsen(öffnungen) 6, 6, ... geformt. Die jeweiligen Enden der betreffenden Düsen 6 münden in einem ringartigen Harzdurchgang 2a des Verteilers 2 bzw. im Messergehäuse 4.
Das Messergehäuse 4 ist mit Hilfe von Schraubbolzen 7 abbaubar so am Verteiler 2 montiert, daß es fest an der Fläche des Spritzkopfes 3 anliegt. Das Messergehäuse 4 weist einen Heißwassereinlaß 8 und einen Heißwasserauslaß 9 auf, so daß es stets mit heißem Wasser gefüllt ist.
Die Schneidmessereinheit (cutter) 5 ist so ausgestaltet, daß mehrere Schneidmesser 11, 11, ... radial verlaufend fest am Außenumfang einer Stirnfläche eines dem Spritzkopf 3 zugewandten Messerhalters 10 gehaltert sind. Die Schneidmesser 11 liegen an der Fläche 3a des Spritzkopfes 3, d.h. an der Fläche des ringartigen Bereichs, der von den Düsen 6, 6, ... durchsetzt wird, an. Über eine auf der zentralen Achslinie des Messerhalters 10 liegende Messerantriebswelle 12 wird eine Dreh(antriebs)kraft auf den Messerhalter 10 übertragen.
Die Messerantriebswelle 12 ist mittels Lagern 14 und 14 drehbar in einem zylindrischen Gehäuseteil 13 gelagert und dabei so geführt, daß sie keine relative Axialbewegung auszuführen vermag. Das Gehäuseteil 13 ist durch ein an der Rückseite des Messergehäuses 4 befestigtes Gehäuse (housing) axial verschiebbar gelagert. Die Messerantriebswelle 12 kann sich mithin in Axialrichtung mit dem Gehäuseteil 13 mitbewegen. Ein Feineinstellmechanismus 19 aus einer Schnecke 16, einem Schneckenrad 17 und Einstellschrauben (bzw. einem Einstellgewinde) 18 ist zwischen dem Gehäuse 15 und dem Gehäuseteil 13 so angeordnet, daß letzteres durch Drehen der Schnecke 16 in axialer Richtung einer Feinverschiebung unterworfen werden kann. Zwischen einem hinteren Endabschnitt (einem rechten Endabschnitt gemäß Fig. 2) des Gehäuseteils 13 und dem Gehäuse 15 ist eine Druckfeder 20 vorgesehen, welche das Gehäuseteil 13 und die Messerantriebswelle 12 gegen den Spritzkopf 3 drückt, um damit ein Axialspiel der Messerantriebswelle 12 aufgrund von Spalten in den Lagern 14, Schrauben- bzw. Gewindespiel des Feineinstellmechanismus 19 o. dgl. auszugleichen.
Das Basisende der Messerantriebswelle 12 ist mit einer Ausgangs- bzw. Antriebswelle 22 einer (nicht dargestellten) Rotationsmaschine, z.B. eines Motors o.dgl., über eine Kupplung 21 verbunden, die eine feine (in kleinen Stufen erfolgende) Axialverschiebung der Messerantriebswelle 12 zuläßt.
Ein Spaltabschnitt zwischen dem Basisendabschnitt der Messerantriebswelle 12 und einem diesen Basisendabschnitt umgebenden Gehäuseabschnitt 15a ist durch ein Paar vorderer und hinterer Dichtelemente 23 und 23 abgedichtet, wobei im Spaltabschnitt ein Ölreservoir 24 geformt ist. Letzteres ist so ausgebildet, daß es mit einer Ölkammer 27 an der Seite eines Kolbens 26 kleinen Durchmessers eines außerhalb der Aufnahme 15 angeordneten Druckverstärkers (booster) 25 kommuniziert. Von einer (nicht dargestellten) Druckluftquelle gelieferte Hochdruckluft wird in eine Druckkammer 29 im Druckverstärker 25 an der Seite eines Kolbens 28 großen Durchmessers über ein Umschaltventil 30, ein Reduzierventil 31 und ein Luftventil 32 eingeleitet. Das Umschaltventil 30 ist so konstruiert, daß die Druckkammer 29 des Druckverstärkers 25 zur Atmosphäre (d.h. Außenluft) offen ist, wenn das Umschaltventil 30 in die dargestellte Stellung umgeschaltet ist, während die Druckkammer 29 und das Reduzierventil 31 miteinander verbunden sind, wenn das Umschaltventil 30 in die linke Stellung umgeschaltet ist.
Im Basisendabschnitt der Messerantriebswelle 12 ist eine Ölbohrung 33 geformt, die in das um den Basisendabschnitt herum vorgesehene Ölreservoir 24 mündet. Durch den zentralen Bereich (auf der Achse) der Messerantriebswelle 12 ist von deren vorderer Stirnfläche, d.h. der Stirnfläche an der Seite des Spritzkopfes 3, zur Ölbohrung 33 im Basisendabschnitt ein Öldurchgang 34 ausgebildet.
Gemäß Fig. 3 ist der Messerhalter 10 mit im wesentlichen konischen und zylindrischen Sektionen ausgebildet und so geformt, daß ein Vorderendabschnitt der Messerantriebswelle 12 verschiebbar (gleitend) in den Messerhalter 10 eingepaßt ist, wobei zwischen der Innenumfangsfläche des Messerhalters 10 und der Außenumfangsfläche der Messerantriebswelle 12 ein O- Ring 35 angeordnet ist. Ferner ist an der Stirnfläche des Messerhalters 10 an der Seite des Spritzkopfes 3 ein Formdeckel (blanking cover) 37 mit einer (zwischengefügten) Dichtung 36 angebracht. Zwischen dem Messerhalter 10 und der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 ist eine öldichte geschlossene Kammer 38 geformt. In die geschlossene Kammer 38 wird über den in der Messerantriebswelle 12 ausgebildeten Öldurchgang 34 Drucköl eingeleitet.
Eine Drehmomentübertragungsscheibe 40 mit einer an ihrer Außenumfangsfläche geformten Evolventenverzahnung 39 ist an der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 befestigt. Andererseits ist im Messerhalter 10 ein Drehmomentübertragungsring 42 mit einer an seiner Innenumfangsfläche geformten Evolventenverzahnung 41 befestigt. Durch den Eingriff zwischen den Verzahnungen 39 und 41 wird mithin die Dreh(antriebs)kraft von der Messerantriebswelle 12 auf den Messerhalter 10 übertragen, wobei letzterer so gelagert ist, daß er relativ zur Messerantriebswelle 12 verschiebbar ist, wenn die Drehkraft von der Messerantriebswelle 12 auf den Messerhalter 10 übertragen wird.
Zwischen der an der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 befestigten Drehmomentübertragungsscheibe 40 und dem Messerhalter 10 sind Druckfedern 43 angeordnet; hier bei wird der Messerhalter 10 durch die Federn 43 stets in der Richtung, in welcher er sich vom Spritzkopf 3 zu trennen trachtet, gedrängt.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der Messerstellung- Einstellvorrichtung bei der Granuliervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
Wenn der Spritzkopf 3 gereinigt wird, die Schneidmesser 11 ausgewechselt werden o.dgl., wird zunächst das Gehäuse 15 auf einen in Fig. 2 in strichpunktierten Linien eingezeichneten Wagen 44 aufgesetzt; die das Messergehäuse 4 mit dem Spritzkopf 3 verbindenden Schraubbolzen 7 werden sodann entfernt. Der Wagen 44 wird dann so verfahren, daß die gesamte, aus dem Messergehäuse 4 und dem Gehäuse 15 bestehende Schneidmesseranordnung vom Spritzkopf 3 getrennt werden kann. Da hierbei genügend Arbeitsraum zwischen dem Spritzkopf 3 und der Schneidmessereinheit 5 bereitgestellt wird, können die Reinigungs- und Auswechselarbeiten und dgl. einfach durchgeführt werden.
Nach Abschluß der Arbeit(en) wird das Messergehäuse 4 in enge Anlage an den Spritzkopf 3 gebracht und in Arbeitsgängen, die in umgekehrter Reihenfolge der vorher beschriebenen Arbeitsgänge durchgeführt werden, am Spritzkopf 3 befestigt; die Einstellung der Schneidmesserstellung kann durchgeführt werden, während die Strangpreßmaschine im Abschaltzustand verbleibt.
Für die Feineinstellung wird zuerst der Feineinstellmechanismus 19 betätigt, um damit die Messerantriebswelle 12 sich zusammen mit dem Gehäuseteil 13 im größtmöglichen Ausmaß zurückversetzen zu lassen. Sodann werden das Luftventil 32 geöffnet und das Umschaltventil 30 in die linke Stellung umgestellt, so daß Luft mit einem mittels des Reduzierventils 31 geregelten Druck in die Druckkammer 29 des Druckverstärkers 25 eingeführt wird, während Arbeitsdrucköl von der Ölkammer 27 des Druckverstärkers 25 in das Ölreservoir 24 im Bereich des Basisendabschnitts der Messerantriebswelle 12 geschickt wird. Dabei strömt das Hochdruck-Arbeitsöl über die Ölbohrung 33 und den Öldurchgang 34 in der Messerantriebswelle 12 in die in der Messerantriebswelle 12 an der(en) Vorderendseite vorgesehene geschlossene Kammer 38. Infolgedessen verschiebt sich der Messerhalter 10 zum Spritzkopf 3 hin vorwärts, und die Schneidmesser 11 kommen dicht an der Spritzkopffläche 3a zu liegen.
Wenn sich der Messerhalter 10 über einen vollen Hub zur Messerantriebswelle 12 vorschiebt, legt er sich an die an der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 befestigte Drehmomentübertragungsscheibe 40 an (vgl. Fig. 3), wodurch er Messerhalter 10 gegen eine weitere Vorschubbewegung festgelegt wird. In diesem Zustand wird dann der Feineinstellmechanismus 19 betätigt, um damit die Schneidmessereinheit 5 zusammen mit der Messerantriebswelle 12 und dem Gehäuseteil 13 etwas vorzuschieben und damit einen Spalt zwischen den Schneidmessern 11 und der Spritzkopffläche 3a einzustellen. Wenn die Schneidmesser 11 an die Spritzkopffläche 3a angedrückt werden, gelangen sie in innige Berührung mit der Spritzkopffläche 3a, wobei der in der geschlossenen Kammer 38 herrschende Druck durch das Reduzierventil 31 eingestellt wird.
Nach erfolgter Lageneinstellung der Schneidmessereinheit 5 wird das Umschaltventil 30 in die dargestellte Stellung umgestellt, so daß die Druckkammer 29 des Druckverstärkers 25 zur Atmosphäre hin geöffnet wird. Hierdurch werden die Kolben 26 und 28 im Druckverstärker 25 freigemacht, um damit den Druck in der geschlossenen Kammer 38 zu senken. Daraufhin wird der Messerhalter 10 durch die Vorbelastungskraft der Druckfedern 43 zurückgedrückt, bevor sich der Formdeckel 37 an die an der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 vorgesehene Drehmomentübertragungsscheibe 40 anlegt. Infolgedessen werden die Schneidmesser 11 gemäß Fig. 2 auf einen ausreichenden Abstand von der Spritzkopffläche 3a eingestellt.
Wenn sodann ein Granulieren durchgeführt werden soll, wird das Umschaltventil 30 in die linke Stellung umgeschaltet, so daß Hochdruckluft in die Druckkammer 29 des Druckverstärkers 25 eingespeist wird. Infolgedessen verschieben sich die Schneidmesser 11 in die erste Einstellstellung vorwärts. Hierauf werden die Strangpreßmaschine in Betrieb gesetzt und die Messerantriebswelle 12 durch die Rotationsmaschine, wie einen Motor o.dgl., über die Kupplung 21 in Drehung versetzt. Die Drehkraft wird dabei über die Verzahnungen 39 und 41 auf den Messerhalter 10 übertragen, so daß die Schneidmesser 11 längs der Spritzkopffläche 3a rotieren bzw. umlaufen. Das aus der Strangpreßmaschine über den Harzdurchgang 2a und die Düsen 6, 6, ... des Spritzkopfes 3 kontinuierlich ausgetriebene geschmolzene Harz wird daher durch die Schneidmesser 11 fein geschnitten und zum Granulieren verarbeitet. Die so behandelten bzw. erhaltenen Harzpellets werden im Heißwasser im Messergehäuse 4 verfestigt und zusammen mit dem Heißwasser über den Heißwasserauslaß 9 ausgetragen.
Aufgrund der oben beschriebenen Ausgestaltung ist die herkömmliche Kunststoffgranuliervorrichtung mit den folgenden Problemen behaftet:
(1) Die Schneidmesser müssen im allgemeinen in Abständen von jeweils 1 - 3 Monaten ausgewechselt werden. Die Ausgestaltung ist dabei derart, daß der Öldurchgang 34 in der rotierenden Welle 12 geformt ist und der Bührungs- oder Anlagezustand zwischen den Schneidmessern 11 und der Spritzkopffläche 3a durch Änderung des Drucks in der im Messerhalter 10 geformten geschlossenen Kammer 38 geändert wird. Es war daher (bisher) nötig, zum Auswechseln der Schneidmesser den Formdeckel 37 des Messerhalters 10 zu entfernen; beim Entfernen oder Abbauen des Formdeckels 37 kann dabei im Öldurchgang 34 enthaltenes Öl herausdringen, wodurch sich die Auswechselarbeit sehr schwierig gestaltet.
Da es weiterhin beim Anbauen des Messerhalters erforderlich ist, einen Lufteintritt in den Öldurchgang zu verhindern, gestalten sich die Wartungsarbeiten in höchst nachteiliger Weise kosten- und zeitaufwendig.
(2) Die Betriebslebensdauer- bzw. Standzeitgrenze der Schneidmesser 11 entspricht einer Abriebweite oder -größe von etwa 2 mm derselben. Wenn die Abriebgröße den Grenzwert übersteigt, ist die Kontaktbreite der Kantenfläche so vergrößert, daß ein fehlerhaftes Schneiden des extrudierten Schmelzharzes stattfindet. Der Abrieb- oder Verschleißzustand der Schneidmesser 11 ist daher für die Qualitätssicherung der hergestellten Pellets äußerst wichtig. Bei der herkömmlichen Konstruktion kann jedoch der Abrieb- oder Verschleißzustand der Schneidmesser 11 im Dauerbetrieb derselben von außen her nicht festgestellt werden. Demzufolge besteht keine andere Möglichkeit, als die Maschine zunächst abzustellen, die das Messergehäuse 4 mit dem Spritzkopf 3 verbindenden Schraubbolzen 7 zu entfernen, um die gesamte Schneidmessereinheit vom Spritzkopf 3 zu trennen, den Wagen 44 zurückzusetzen, um den Spritzkopf 3 und das Gehäuse 15 voneinander zu trennen, und den Verschleißzustand der Schneidmesser 11 mit dem unbewaffneten Auge zu prüfen.
(3) Ferner wird im Gebrauch oder Betrieb die durch das Reduzierventil 31 im voraus auf einen vorbestimmten Druck geregelte Hochdruckluft im Druckverstärker 25 vor Einleitung der Drehung der Schneidmesser 11 von einem Luftdruck in Öldruck umgewandelt, worauf das (der) umgewandelte (erzeugte) Drucköl (bzw. Öldruck) über das Ölreservoir 24 und den Öldurchgang 34 in die geschlossene Kammer 38 eingeführt wird, um damit den Messerhalter 10 gegen den Spritzkopf 3 zu drücken, so daß die Schneidmesser 11 unter dem vorbestimmten Druck an die Spritzkopffläche 3a angepreßt und dann in Drehung versetzt werden.
Wenn die Schneidmesser 11 in Drehung versetzt werden, um damit die kontinuierlich aus den Düsen 6, 6, ... ausgetriebene Harzschmelze in dem in das Messergehäuse 4 eingeführten Heißwasser zu schneiden, erzeugt der Schnittwinkel der Schneidmesser 11 unter der Wirkung ihrer Drehkraft in diesen einen Schub, durch den die Schneidmesser 11 in Richtung auf die Spritzkopffläche 3a getrieben werden. Der Schub ändert sich proportional zur Dreh- oder Umlaufgeschwindigkeit, d.h. der Schub wird bei hoher Drehgeschwindigkeit groß.
Der Berührungsflächendruck zwischen den Schneidmessern 11 und der Spritzkopffläche 3a wird durch den Schub erhöht; wenn der Flächendruck eine vorbestimmte Größe übersteigt, unterliegen die Schneidmesser unter Verkürzung ihrer Standzeit einem schnellen Verschleiß.
Aus diesem Grund sind die Federn 43 zwischen die an der vorderen Stirnfläche der Messerantriebswelle 12 befestigte Drehmoment(übertragungs)scheibe 40 und den Messerhalter 10 eingefügt, so daß die Vorbelastungskraft der Federn 43 dem Schub entgegenwirkt, um damit zu verhindern, daß der Berührungsflächendruck zwischen den Schneidmessern 11 und der Spritzkopffläche 3a im Betrieb einen Abrieb- bzw. Verschleißgrenzwert, wie oben beschrieben, übersteigt.
Mit der herkömmlichen Konstruktion war es jedoch unmöglich, einem neueren Bestreben nach Vergrößerung der Abmessungen der Strangpreßmaschine und einer Erhöhung der Verarbeitungsmenge Rechnung zu tragen.
Der an den Schneidmessern 11 zu erzeugende (bzw. entstehende) Schub wird nämlich mit zunehmender Vergrößerung der Abmessungen des Messerhalters 10, der Vergrößerung der Zahl der Schneidmesser 11 und der Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Schneidmesser 11 immer größer, so daß es aufgrund des beschränkten Einbauraums unmöglich wurde, Federn mit einer ausreichend großen Gegenwirkkraft für den erhöhten Schub vorzusehen. Infolgedessen übersteigt der (die) von der Rotation herrührende Schub(kraft) die zulässige Leistung (allowable capability) der Federn 43, so daß die Schneidmesser 11 mit einem anomalen Druck an die Spritzkopffläche 3a angepreßt werden und damit der die Standzeit der Schneidmesser 11 verkürzende Verschleiß derselben begünstigt wird.
(4) Eine Ausgestaltung, bei welcher der rotierende Messerhalter 10 über den in der rotierenden Messerantriebswelle 12 ausgebildeten Öldurchgang mit Fluiddruck beaufschlagt wird, ist außerordentlich kompliziert, so daß Störungen, wie Ölaustritt o.dgl., auftreten und ein sehr großer Kosten- und Arbeitsaufwand nötig ist. Demzufolge wurde eine Verbesserung der Zuverlässigkeit gefordert.
Die vorliegende Erfindung ist mit dem Ziel der Lösung der geschilderten Probleme beim Stand der Technik und insbesondere der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Granulieren von Kunststoff entwickelt worden, wobei ein Druckmittel nicht durch eine Messerantriebswelle, um diese vorwärts/rückwärts zu verschieben, zugespeist wird, so daß sich das Auswechseln der Schneidmesser o.dgl. einfach durchführen läßt.
Die EP-A-0 418 941 offenbart ein Druckerhaltungsverfahren für Granulatormaschinen. Die US-A-3 912 434 offenbart eine Granulatorvorrichtung für (mit) Einstellung der Schneidklingenstellung in bezug auf einen Spritzkopf. Die US-A-4 529 370 offenbart einen Granulator mit mehreren Klingen und Regeldruck-Zylinderanlage oder -andruck. Die DE-A-27 59 111 offenbart ein Kunststoffgranulierverfahren mit Harzextrusion.
Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Granulieren von Kunststoffen, bei dem ein aus einem Spritzwerkzeug (bzw. -kopf) extrudiertes (auf)geschmolzenes Harz mittels Schneidmessern, die längs einer Fläche des Spritzwerkzeugs und in Berührung mit dieser rotieren, geschnitten und dadurch zu Kunststoffteilchen geformt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Beaufschlagen eines die Schneidmesser tragenden oder lagernden Axialschiebemechanismus mit einer Kraft entgegengesetzt zur Richtung eines durch die Rotation der Schneidmesser erzeugten Schubs mit Hilfe eines Druckmittels und
Steuern des Flächenberührungsdrucks zwischen der Spritzwerkzeug(ober)fläche und den Schneidmessern, das gekennzeichnet ist durch (folgende Schritte):
Rotierenlassen der Messer in Wasser und
Beaufschlagen mit der Kraft durch Anlegen bzw. Zuspeisen des Druckmittels an bzw. zu Raumkammern, die zwischen einem Abschnitt des Schiebemechanismus und einem umgebenden Gehäuse geformt sind.
Insbesondere ist bei diesem Verfahren der Druck des Druckmittels mit Druckeinstellventilen einstellbar.
Außerdem werden bei diesem Verfahren speziell die Druckeinstellventile proportional zur bzw. in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schneidmesser gesteuert.
Gegenstand dieser Erfindung ist ferner eine Kunststoffgranuliervorrichtung, umfassend ein Spritzwerkzeug mit einer Werkzeug(ober)fläche; eine in einem Gehäuse vorgesehene Messerantriebswelle; (und) einen Messerhalter mit Schneidmessern, die durch die Messerantriebswelle für Drehung längs der Werkzeug(ober)fläche antreibbar sind, so daß durch Schneiden von aus dem Spritzwerkzeug extrudiertem Harz mittels der Schneidmesser Kunststoffteilchen erhalten werden; die dadurch gekennzeichnet ist, daß
im Gehäuse eine axial verschiebbare Hülse zum koaxial drehbaren Halten bzw. Lagern der Messerantriebswelle vorgesehen ist und
durch die Hülse und das Gehäuse festgelegte Raumkammern vorgesehen sind, so daß bei Beaufschlagung mit einem in die Raumkammern eingespeisten Druckmittel die Messerantriebswelle sich mit einer Axialverschiebung der Hülse axial verschiebt.
Insbesondere wird bei dieser Vorrichtung das Druckmittel über Druckeinstellventile in die Raumkammern eingespeist.
Speziell ist bei dieser Vorrichtung im Gehäuse ein Detektormittel vorgesehen, und die Lagenbeziehung zwischen dem Gehäuse und der Hülse wird durch das Detektormittel detektiert, um damit einen Verschleißzustand der Schneidmesser zu erfassen.
Bei dem (der) Kunststoffgranulier-Verfahren und -Vorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Druckmittel dem Axialschiebemechanismus für die Schneidmesser zugespeist, um eine Kraft in der Richtung entgegengesetzt zu einem durch die Drehung der Schneidmesser erzeugten Schub wirken zu lassen. Infolgedessen kann der Berührungsflächendruck zwischen der Werkzeug- bzw. Spritzkopffläche und den Schneidmessern so geregelt werden, daß die Druckkraft gegen den von den Schneidmessern herrührenden Schub mit einer ausreichenden Größe einwirkt; hierdurch wird es möglich, den Berührungsflächendruck zwischen den Schneidmessern und der Werkzeug- bzw. Spritzkopfoberfläche auf eine(n) gewünschte(n) Zustand bzw. Größe einzustellen.
Wenn die Schneidmesser ausgewechselt werden sollen, kann ferner die Auswechselarbeit lediglich durch Entfernen der Schraubbolzen einfach durchgeführt werden, weil im Messer halter kein Druckmittel enthalten ist.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung der Ausgestaltung der Kunststoffgranuliervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 und 3 die herkömmliche Granuliervorrichtung, wobei Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung der gesamten Ausgestaltung oder Konstruktion und
Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Hauptteils von Fig. 2 sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen bzw. -beispiele des (der) Kunststoffgranulier-Verfahrens und -Vorrichtung gemäß dieser Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Den Teilen des herkömmlichen Beispiels gleiche oder entsprechende Teile sind dabei mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung der Ausgestaltung der Kunststoffgranuliervorrichtung gemäß dieser Erfindung.
In der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 1 eine Granuliermaschine bezeichnet. Die Granuliermaschine 1 besteht aus einem Verteiler 2 zum umfangsmäßigen Verteilen eines aufgeschmolzenen Harzes bzw. einer Harzschmelze, das bzw. die aus einer (nicht dargestellten) Strangpreßmaschine extrudiert wird, einem am Verteiler 2 in inniger Berührung mit diesem montierten Spritz-Werkzeug bzw. Spritzkopf 3, einem an einer Werkzeug- bzw. Spritzkopf(ober)fläche 3a des Spritzkopfes 3 angebrachten Messergehäuse 4 und einer im Messergehäuse 4 vorgesehenen Schneidmessereinheit (cutter) 5.
Der Spritzkopf 3 ist scheibenförmig ausgebildet; durch einen ringförmigen Bereich des Spritzkopfes 3, der dessen Zentrum bzw. Achse umgibt, hindurch sind zahlreiche mit einem Harzdurchgang 2a in Verbindung stehende Düsen(öffnungen) 6, 6, ... geformt. Die jeweiligen Enden der betreffenden Düsen 6 münden in einem ringförmigen Harzdurchgang 2a des Verteilers 2 bzw. im Messergehäuse 4.
Das Messergehäuse 4 ist mit Hilfe von Schraubbolzen 7 abbaubar so montiert, daß es fest an der Fläche des Spritzkopfes 3 anliegt. Das Messergehäuse 4 weist einen Heißwassereinlaß 8 und einen Heißwasserauslaß 9 auf, so daß es stets mit Heißwasser gefüllt ist.
Die Schneidmessereinheit 5 ist so ausgestaltet, daß mehrere Schneidmesser 11, 11, ... radial verlaufend fest am Außenumfang einer Stirnfläche eines dem Spritzkopf 3 zugewandten Messerhalters 10 gehaltert sind. Die Schneidmesser 11 sind so vorgesehen, daß sie der Fläche 3a des Spritzkopfes 3, d.h. der Fläche des ringartigen Bereichs, der von den Düsen 6, 6, ... durchsetzt wird, gegenüberliegen oder zugewandt sind. Über eine auf der zentralen Achslinie des Messerhalters liegende Messerantriebswelle 12 wird eine Dreh(antriebs)kraft auf den Messerhalter 10 übertragen. Der Messerhalter 10 ist mittels eines Schraubbolzens 10a und einer Keilnut 10b abnehmbar an der Messerantriebswelle 12 angeordnet.
Am einen Ende des Messergehäuses 4 ist mittels Schraubbolzen 53 ein Gehäuse 15 mit einer Hülse 52, die unter Zwischenfügung eines O-Rings 50 und mehrerer Dichtungspackungen 51 im Gehäuse axial verschiebbar angeordnet ist, angebracht. Die Messerantriebswelle 12 ist mittels zweier Wellendichtungsvorrichtungen 54 und zweier Lager 55 koaxial drehbar in der Hülse 52 angeordnet; die Messerantriebswelle 12 ist dabei so gehalten, daß sie sich nicht axial (in der Längsrichtung) relativ zur Hülse 52 bewegen kann.
Zwischen einem hinteren Abschnitt 52a der Hülse 52 und einem hinteren Abschnitt 15a des Gehäuses 15 sind erste und zweite Raumkammern 56 bzw. 57 geformt; in den ersten und zweiten Raumkammern 56 und 57 sind jeweils mit letzteren in Verbindung stehende erste und zweite Bohrungen 58 bzw. 59 ausgebildet. Ein Axialschiebemechanismus 100 für die Schneidmesser ist durch die Messerantriebswelle 12, die Hülse 52 und das Gehäuse 15 gebildet.
Vom hinteren Abschnitt 52a der Hülse 52 ragt über eine im hinteren Abschnitt 15a des Gehäuses 15 geformte Durchgangsnut oder -öffnung 61 ein(e) radial verlaufende(r) Taster bzw. Keilfeder (key) 60 nach außen. Am Taster 60 liegt ein Fühlstift 62a einer an einer Außenfläche 15b des Gehäuses 15 vorgesehenen und durch eine Meßuhr und dgl. gebildeten Detektoreinheit 62 an.
An einem hinteren Ende 15c des Gehäuses 15 ist mit Hilfe von Schraubbolzen 64 ein ringförmiger hinterer Deckel 63 angebracht. Ein Stopper 66 mit Betätigungshebeln 65 ist auf ein im hinteren Deckel 63 geformtes Aufschraub(gewinde)teil 63a aufgeschraubt.
Der Stopper 66 liegt an einem mit dem hinteren Ende 52c der Hülse 52 gekoppelten Zwischenstück 67 an. Die axiale Stopp- oder Anschlagbetätigung der Hülse 52 kann durch Drehen des Stoppers 66 unter Axialverschiebung desselben erfolgen.
An die erste Bohrung 58 ist weiterhin ein erstes Umschaltventil 70 angeschlossen, das über ein erstes Druckeinstellventil 68 mit einer ein Druckmittel, wie Druckluft, Drucköl o.dgl., enthaltenden Druckmittelquelle 69 verbunden ist. Andererseits ist über ein zweites Druckeinstellventil 71 ein zweites Umschaltventil 72 an die zweite Bohrung 59 angeschlossen. Zum Überwachen des Drucks des in die ersten und zweiten Bohrungen 38 bzw. 39 (d.h. 58 bzw. 59) einzuspeisenden Druckmittels sind ferner Manometer 73 an die Druckeinstellventile 68 und 71 angeschlossen.
Die Kunststoffgranuliervorrichtung gemäß der Erfindung weist die oben beschriebene Ausgestaltung auf. Im folgenden ist nun das erfindungsgemäße Granulierverfahren beschrieben.
Wenn zunächst das zweite Druck(einstell)ventil 71 voll geöffnet wird, verschiebt sich die Hülse 52 unter der kolbenartigen Wirkung des in die zweite Raumkammer 57 eingespeisten Druckmittels im Gehäuse 15 in Richtung auf das (den) Werkzeug bzw. Spritzkopf 3, so daß die Schneidmesser 11 an die Spritzkopffläche 3a angedrückt werden. In diesem Zustand wird der Status der Detektoreinheit 62 zu diesem Zeitpunkt auf Null gesetzt.
Wenn in diesem Zustand die Messerantriebswelle 12 durch eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung in Drehung versetzt wird, rotieren die Schneidmesser 11 mit hoher Geschwindigkeit, wobei aus den Düsen 6 ausgestoßene (nicht dargestellte) Kunststoffschmelze durch die Schneidmesser 11 fein geschnitten bzw. zerkleinert wird. Die so geschnittenen Pellets werden im Messergehäuse 4 in heißem oder kaltem Wasser verfestigt (zum Erstarren gebracht) und über den Heißwasserauslaß 9 zusammen mit dem Heiß- oder Kaltwasser einer (nicht dargestellten) Verarbeitungssektion zugeführt, so daß (worin) die Pellets zu Endprodukten getrocknet werden.
Wenn die Schneidmesser 11 im Wasser rotieren, wird ein(e) Schub(kraft) erzeugt, der (die) sich proportional zur Drehgeschwindigkeit der Schneidmesser 11 ändert; auch in einem normalen Drehgeschwindigkeitsbereich ändert sich der Schub von einem Niedriggeschwindigkeitsbereich auf einen Hochgeschwindigkeitsbereich ganz beträchtlich. Diese Tendenz ist speziell bei einer in neuerer Zeit eingesetzten Granuliermaschine großer Kapazität festzustellen; durch den erzeugten Schub wird die Messerantriebswelle 12 vorwärts (gemäß Fig. 1 nach links) verschoben.
Beim Vorschieben der Messerantriebswelle 12 treten ein Abrieb oder Verschleiß der Schneidmesser 11 und ein fehlerhaftes Schneiden eines Polymers auf. Demzufolge werden die Drehgeschwindigkeit der Messerantriebswelle 12 detektiert bzw. gemessen und das erste Druckeinstellventil 68 auf der Grundlage eines die Drehgeschwindigkeit angebenden Signals eingestellt, um damit eine Druckmitteleinspeisung in die erste Raumkammer 56 zu regeln und den Vorschub der Messerantriebswelle 12 automatisch entsprechend der Hubgröße 5 der ersten Raumkammer 56 zu steuern, so daß der Berührungszustand (d.h. der Berührungsflächendruck) zwischen den Schneidmessern 11 und der Spritzkopffläche 3a geregelt und auf der zweckmäßigsten Größe gehalten werden kann. Die gleiche Funktion kann durch Einstellen des Einstellventils 71 anstelle des Einstellventils 68 zwecks Einstellung des Drucks des in die zweite Raumkammer 56 einzuspeisenden Druckmittels erzielt werden.
Der Abrieb- oder Verschleißzustand der Schneidmesser 11, d.h. die Größe ihres Verschleißes und der Zustand ihres anomalen Rückversatzes (retreat), kann von der Außenseite der Vorrichtung her durch Ablesen der Meßuhr der Detektoreinheit 62 bestimmt werden. Wenn die Schneidmesser 11 ausgewechselt werden sollen, werden nach dem Ablassen des im Messergehäuse 4 enthaltenen Wassers die Schraubbolzen 7 herausgeschraubt und das Messergehäuse 4 sowie das Gehäuse 13 auf die beim herkömmlichen Beispiel gezeigte Weise mittels eines Wagens wegbewegt, so daß der Messerhalter 10 nach außen hin freiliegt.
In diesem Zustand wird der Messerhalter 10 durch Entfernen des Schraubbolzen 10a aus der Messerantriebswelle 12 von letzterer getrennt; daraufhin ist das einfache Auswechseln der Schneidmesser 11 möglich.
Die genannte Detektoreinheit 62 ist nicht auf die Meßuhr beschränkt; beispielsweise kann auch eine elektrische Detektoreinheit unter Verwendung eines Potentiometers benutzt werden.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kunststoffgranuliervorrichtung gewährleistet diese die folgenden Wirkungen (Vorteile):
(1) Der Schub gegen den bei der Drehung der Schneidmesser erzeugten Vorschiebeschub kann mittels eines Druckmittels automatisch gesteuert oder geregelt werden, so daß der Berührungszustand zwischen den Schneidmessern und der Spritzkopffläche auf eine zweckmäßigste Größe eingestellt werden kann und damit ein höchst wirkungsvolles Granulieren durchführbar ist.
(2) Durch den Druck eines Druckmittels kann jederzeit die zweckmäßigste Gegenwirkkraft (reaction) auch gegen einen großen Schub, wenn Abmessungen und Zahl der Schneidmesser vergrößert werden oder sind, erzielt werden. Folglich kann eine Hochleistungsgranulierung mit hoher Produktionsleistung (yield) erreicht werden.
(3) Ein Rückversatz der Messerantriebswelle gegen den Schub kann entsprechend der Drehgeschwindigkeit durch im voraus erfolgende Erfassung der Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit und dem Schub bewirkt werden. Infolgedessen kann der Berührungsdruck zwischen den Schneidmessern und der Spritzkopffläche auf die zweckmäßigste Größe eingestellt werden.
(4) Im Gegensatz zum herkömmlichen Beispiel ist es möglich, den Messerhalter von der Messerantriebswelle zu trennen, indem lediglich das Messergehäuse vom Spritzkopf getrennt wird, ohne daß dabei Öl austreten kann. Die Schneidmesser lassen sich daher außerordentlich einfach auswechseln.
(5) Der Verschleiß der Schneidmesser kann von außen her mittels der Detektoreinheit beobachtet bzw. bestimmt werden, so daß damit die Standzeit, die Größe des Verschleißes und der anomale Rückversatz der Schneidmesser vorherbestimmt werden können. Das Eindringen eines Polymers zwischen die Spritzkopffläche und die Schneidmesser kann ebenfalls von der Außenseite her festgestellt werden.
(6) Da weiterhin die Hülse zum axialen Verschieben der Messerantriebswelle durch eine Keilfeder (key) an einer Drehung gehindert wird und Wasserdichtheit durch die Dichtungsanordnung gewährleistet ist, tritt während der Ansteuerung der Hülse kein Druckmittel aus, so daß die Wartung einfach und mit hoher Verläßlichkeit durchgeführt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Granulieren von Kunststoffen, bei dem ein aus einem Spritzwerkzeug (3) extrudiertes (auf)geschmolzenes Harz mittels Schneidmessern (11), die längs einer Fläche des Spritzwerkzeugs und in Berührung mit dieser rotieren, geschnitten und dadurch zu Kunststoffteilchen geformt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Beaufschlagen eines die Schneidmesser tragenden oder lagernden Axialschiebemechanismus (10, 12, 52) mit einer Kraft entgegengesetzt zur Richtung eines durch die Rotation der Schneidmesser erzeugten Schubs mit Hilfe eines Druckmittels (69) und

Steuern des Flächenberührungsdrucks zwischen der Spritzwerkzeug(ober)fläche und den Schneidmessern, gekennzeichnet durch (folgende Schritte):

Rotierenlassen der Messer (11) in Wasser und

Beaufschlagen mit der Kraft durch Anlegen bzw. Zuspeisen des Druckmittels (69) an bzw. zu Raumkammern (56, 57), die zwischen einem Abschnitt des Schiebemechanismus (52) und einem umgebenden Gehäuse (15) geformt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck des Druckmittels (69) mit (einem) Druckeinstellventil(en) (68, 71) einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Druckeinstellventile (68, 71) proportional zur bzw. in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schneidmesser (11) gesteuert werden.

4. Kunststoffgranuliervorrichtung, umfassend ein Spritzwerkzeug (3) mit einer Werkzeug(ober)fläche; eine in einem Gehäuse (15) vorgesehene Messerantriebswelle (12); (und) einen Messerhalter (10) mit Schneidmessern (11), die durch die Messerantriebswelle für Drehung längs der Werkzeug(ober)fläche antreibbar sind, so daß durch Schneiden von aus dem Spritzwerkzeug extrudiertem Harz mittels der Schneidmesser Kunststoffteilchen erhalten werden; dadurch gekennzeichnet, daß

im Gehäuse (15) eine axial verschiebbare Hülse (52) zum koaxial drehbaren Halten bzw. Lagern der Messerantriebswelle vorgesehen ist und

durch die Hülse und das Gehäuse festgelegte Raumkammern (56, 57) vorgesehen sind, so daß bei Beaufschlagung mit einem in die Raumkammern eingespeisten Druckmittel die Messerantriebswelle sich mit einer Axialverschiebung der Hülse axial verschiebt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend:

mit den jeweiligen Raumkammern (56, 57) kommunizierende Einstellventile (68, 71) zum Einstellen des Drucks des Druckmittels.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend:

ein am Gehäuse vorgesehenes Detektormittel (62) zum Detektieren bzw. Erfassen der Lagenbeziehung zwischen dem Gehäuse (15) und der Hülse (52), um damit den Verschleißzustand der Schneidmesser erfassen zu können.