DE10134701A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders, wobei dem Doppelschneckenextruder plastifizierter Kautschuk mit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlageteile: DOLLAR A einem Kurzschneckenextruder (5), der mit einem Einlass (7) für das zu extrudierende Material versehen ist, DOLLAR A einer Zahnradpumpe (3), die einlassseitig mit dem Kurzschneckenextruder (5) verbunden ist und deren Auslass direkt an die Einlassseite des Doppelschneckenextruders (2) angeschlossen ist, DOLLAR A sowie getrennt regelbare Antriebe (4; 6) für die Zahnradpumpe (3) und den Kurzschneckenextruder (5).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Bisher werden Kautschukmischungen fast ausschließlich diskontinuierlich in sogenannten Innenmischern hergestellt. Eine kontinuierliche Herstellung - wie in der Kunststoffindustrie sonst üblich - hätte qualitative und kostenmäßige Vorteile.
  • Versuche, auch Kautschukmischungen kontinuierlich auf Doppelschneckenextrudern zu compoundieren, sind seit längerer Zeit bekannt (DE-Z. Gummi Fasern Kunststoffe, Capelle, G. "Kont. Herstellung von Kautschukmischungen auf Zweischnecken-Extrudern", 49 (1996) 6, Seiten 470-473; DE-Z. Kautschuk Gummi Kunststoffe, Uphus, Skibba, Schuster "Cont. Mixing of Powder Rubber on the Twin Screw Extruder'; 4/2000; DE 40 39 943).
  • Entscheidende Probleme hierbei sind
    • - um kontinuierlich dosieren zu können und die vorgegebene Rezeptur einzuhalten, muss der Kautschuk in einer dosierfähigen Form vorliegen, also z. B. als Pulver, Granulat usw.
    • - Dies bedeutet üblicherweise einen teuren Aufbereitungsschritt (Mahlen des Ballenkautschuks und Trennen der Körner oder andere Aufbereitungsverfahren wie z. B. Pulverkautschukherstellung, Gasphasen-EPDM)
  • Für die Dosierung selbst muss ein verhältnismäßig teures Dosiersystem verwendet werden.
    • - Bei weitem nicht alle Kautschuktypen und ggf. in Kombination mit Ruß oder Kieselsäure als Füllstoff können in dieser Form angeboten werden.
  • Ein weiteres, sehr wesentliches Problem besteht darin, dass durch die im Vergleich zu Kunststoffschmelzen wesentlich höheren Viskositäten durch innere Reibung (Dissipation) viel Wärme erzeugt wird, die die Mischung schädigen kann. Aus diesem Grund muß die Drehzahl und damit der Durchsatz der Anlage klein gehalten werden. Dies bedeutet wirtschaftliche Nachteile.
    • - Bei kleinen Drehzahlen ist aber auch bald die Grenze des verfügbaren Drehmomentes erreicht.
  • In der Praxis wird das Material üblicherweise kalt in den Doppelschneckenextruder gefüttert. Ein großer Teil des Antriebsdrehmomentes muss dann nur zum Aufwärmen der Kautschukmischung von z. B. 20°C auf 100°C verbraucht werden. In den üblichen Innenmischern geht man z. B. von ca. 0,2 kWh/kg an spezifischer Antriebsenergie aus, die benötigt wird eine übliche Kautschukmischung zu compoundieren. Bei einer angenommenen, durchschnittlichen spezifischen Wärmekapazität von 2000 J/(kg K) für den Kautschuk braucht man allein für das Aufwärmen (Plastifizieren) ca. 0.0444 kWh/kg bzw. ca. 22%. Bei vorgegebener Drehzahl heißt dies auch ca. 22% des verfügbaren Drehmomentes.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu schaffen, mit dem Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders mit vergleichsweise geringem Energieaufwand kontinuierlich gemischt werden können. Außerdem sollen auch der Anlagenaufwand und damit die Kosten gering gehalten werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass dem Doppelschneckenextruder eine bereits plastifizierte Kautschukmischung mit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird. Als Einsatzmaterial kann dabei auch in Streifen geschnittener Ballenkautschuk verwendet werden.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass im bzw. mit dem Doppelschneckenextruder nicht mehr die zum Plastifizieren der Kautschukmischung notwendige Energie aufgebracht werden muss.
  • Anlagenmäßig eignet sich hierzu die Kombination eines Kurzschneckenextruders mit einer angeschlossenen Zahnradpumpe, die dann ihrerseits an den Eingang des Doppelschneckenextruders angeschlossen ist.
  • Hierdurch ergeben sich gleich mehrere Vorteile:
    Es kann konventioneller Ballenkautschuk verwendet werden, der nur vorher über eine üblicherweise vorhandenen Kautschukspalter in relativ dicke Streifen gespaltet wurde: d. h. der Kautschuk muss nicht mit Trennmittel behandelt werden; bzw. es muss kein teurer Kautschuk in Pulver - oder Granulatform benutzt werden. Selbstverständlich können aber auch andere Rohstofformen wie Pulver, Granulat oder Streifen benutzt werden.
  • Durch die mehr oder weniger von Gegendruck unabhängige volumetrische Betriebsweise der Zahnradpumpe kann dem Doppelschneckenextruder ein konstanter Volumenstrom (d. h. bei konstanter Dichte auch konstanter Massestrom) zugeführt werden, der der Forderung der Rezeptur entspricht.
  • Durch die voneinander unabhängige Betriebsweise des Kurzextruders und der Zahnradpumpe kann die Temperatur des plastifizierten Kautschuks in einem weiten Regelbereich durch Ändern der Extruderdrehzahl bei vorgegebener Pumpendrehzahl variiert werden, d. h. die Plastifizierleistung wird durch die Extruder Zahnradpumpen- Kombination übernommen, so dass die hierfür erforderliche Leistung wieder dem Doppelschneckenextruder zur Verfügung steht. Dies bedeutet gegenüber der bisherigen Praxis, höherer Durchsatz bei konstanter Drehzahl oder gleicher Durchsatz bei niedrigerer Drehzahl.
  • Bei einigen Anwendungen, wie z. B. dem Silanisieren von Kieselsäure-haltigen Mischungen, muss auch eine chemische Reaktion durchgeführt werden. Diese findet beispielsweise bei 140°C statt. Diese Massetemperatur kann erfindungsgemäß durch den Kurzextruder aufgebracht werden. Die Verweilzeit der Masse im Doppelschneckenextruder kann damit komplett bei Reaktionstemperatur sein.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Baulänge des Doppelschneckenextruders um die Aufwärmlänge kürzer sein kann.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an einem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigt:
  • Fig. 1 schematisch den Aufbau der Vorrichtung und
  • Fig. 2 den Kurzschneckenextruder mit der angeschlossenen Zahnradpumpe.
  • Der in der Fig. 1 gezeigte Doppelschneckenextruder 2 weist einen üblichen Antrieb 1 auf. Nicht dargestellt ist in der Zeichnung die Ausgestaltung des vorderen Bereiches des Doppelschneckenextruders mit dem Extruderkopf, da es sich hierbei um übliche Bauelemente handelt.
  • An den Einlass des Doppelschneckenextruders ist eine Zahnradpumpe 3 angeschlossen, die mit einem Kurzschneckenextruder 5 verbunden ist. Der Raum zwischen den Schnecken des Doppelschneckenextruders und der Zahnradpumpe ist dabei so gering wie möglich gehalten, d. h. der Außendurchmesser der Verzahnung der Zahnradpumpe befindet sich in sehr geringem Abstand von der Außenverzahnung der Schnecken des Doppelschneckenextruders. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Mischungswechsel der Reinigungsaufwand erheblich verringert ist.
  • Der Antrieb für die Zahnradpumpe ist mit 4 und der für den Kurzschneckenextruder mit 6 bezeichnet.
  • In der Fig. 2 ist vergrößert der Schnitt AA dargestellt, wobei hieraus die Kombination Zahnradpumpe 3 und Kurzschneckenextruder 5 zu ersehen ist. Mit 7 ist der Füttertrichter für den Kurzschneckenextruder 5 bezeichnet.
  • Wie vorher bereits beschrieben, wird der Kurzschneckenextruder 5 durch den Trichter 7 mit einer in Streifen geschnittenen Kautschukmischung gefüttert. Im Kurzschneckenextruder erfolgt die Plastifizierung des Materials, wobei einerseits durch das Zusammenwirken von Extruder und Zahnradpumpe andererseits durch deren voneinander unabhängige Betriebsweise die Temperatur des ptastifzierten Kautschuks vor der Übergabe an den Doppelschneckenextruder in einem weiten Regelbereich beeinflussbar ist. Die auf diese Weise eingestellte Kautschukmasse wird dann vom Doppelschneckenextruder in bekannter Weise unter Zugabe der sonstigen Mischungsbestandteile wie z. B. Russ, Öl gemischt.

Claims (4)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders, dadurch gekennzeichnet, dass dem Doppelschneckenextruder plastifizierter Kautschuk mit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial in Streifen geschnittenen Ballenkautschuk verwendet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlageteile:
einem Kurzschneckenextruder (5), der mit einem Einlass (7) für das zu extrudierende Material versehen ist,
einer Zahnradpumpe (3), die einlasseitig mit dem Kurzschneckenextruder (5) verbunden ist und deren Auslass direkt an die Einlasseite des Doppelschneckenextruders (2) angeschlossen ist,
sowie getrennt regelbare Antriebe (4; 6) für die Zahnradpumpe (3) und den Kurzschneckenextruder (5).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Zahnradpumpe (3) derart nahe dem Einlass des Doppelschneckenextruders (2) angeordnet ist, dass sich der Außendurchmesser der Verzahnung der Zahnradpumpe in geringem Abstand von der Außenverzahnung der Schnecken des Doppelschneckenextruders befindet.
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