DE102011112081A1 - Process for processing elastics - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung werden Planetwalzenextruder mit Transportspindeln sowohl für die Vernetzung von Elastomeren als auch für deren Devulkanisierung verwendet.According to the invention, planetary roller extruders with transport spindles are used both for the crosslinking of elastomers and for their devulcanization.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von natürlichen und künstlich hergestellten Elastomeren und vergleichbaren Stoffen.The invention relates to a process for the processing of natural and artificially produced elastomers and comparable substances.
Die Elastomere und vergleichbare Stoffe haben in der Wirtschaft/Technik eine erhebliche Bedeutung. Überall, wo Kunststoff eine besonders starke Verformung erfahren sollen und nach einer Entlastung gleichwohl wieder die ursprüngliche Form einnehmen sollen, wird über Elastomere (Elaste) und dergleichen gummielastische Kunststoffe (Kautschuk) nachgedacht. Kunststoffe bestehen aus großen Molekülketten. Die hohe Elastizität der Elastomere wird durch ein Phänomen im Verhalten der Molekülketten gegeben. Bei einer Zugbelastung der ursprünglich im Knäuel liegenden Molekülketten ordnen sich die Molekülketten anders, vorzugsweise parallel, und dehnen sich die Molekülketten.The elastomers and comparable substances have a significant importance in the economy / technology. Wherever plastic is supposed to undergo a particularly pronounced deformation and should nevertheless return to its original shape after being relieved of strain, rubber-elastic plastics (rubber) are being considered via elastomers (elastics) and the like. Plastics consist of large molecule chains. The high elasticity of the elastomers is given by a phenomenon in the behavior of the molecular chains. In a tensile load of the original molecular chains lying in the ball, the molecular chains arrange differently, preferably in parallel, and stretch the molecular chains.
Für die gewünschte Verformung ist allerdings auch Voraussetzung, daß die Molekülketten nicht aneinander gleiten. Das wird durch eine Vernetzung der Molekülketten erreicht. Durch das Maß der Vernetzung wird die Verformung beeinflußt. Bei geringer Vernetzung entsteht ein weicher Kunststoff. Bei starker Vernetzung entsteht ein harter Kunststoff.However, the prerequisite for the desired deformation is that the molecular chains do not slide against each other. This is achieved by networking the molecular chains. The degree of crosslinking influences the deformation. Low crosslinking creates a soft plastic. Strong networking creates a hard plastic.
Es kommen unterschiedliche Vernetzungsmittel vor. In Abhängigkeit von dem Kunststoff findet eine Auswahl der Vernetzungsmittel statt. Schwefel gehört zu den häufig angewendeten Vernetzungsmittel. Schwefel tritt bei entsprechender Erwärmung des Kunststoffes als Vernetzungsmittel in Wirkung. Bei anderen Vernetzungsmitteln kommt es auf Wärmewirkung nicht an oder kann die Wirkung des Vernetzungsmittels auch von anderen Umständen abhängen.There are different cross-linking agents. Depending on the plastic, a selection of crosslinking agents takes place. Sulfur is one of the commonly used crosslinking agents. Sulfur occurs with appropriate heating of the plastic as a crosslinking agent in action. Other crosslinking agents do not depend on heat effect or the effect of the crosslinking agent may also depend on other circumstances.
Zu den Elastomeren gehören zum Beispiel
Acrylnitril/Butadien/Acrylat (A/B/A)
Acrylnitril/chloriertes Polethylen/Styrol (A/PE-C/S)
Acrylnitril/Methylmethacrylat (A/MMA)
Butadien-Kautschuk (BR)
Butylkautschuk (HR)
Chloropren-Kautschuk (CR)
Ethylen-Ehylacrylat-Copolymer (E/EA)
Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM)
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)
Ethylenvinylacetat (EVA)
Fluorkautschuk (FPM oder FKM)
Isopren-Kautschuk (IR)
Naturkautschuk (NR)
Polyisobutylen (PIB)
Polyvinylbutyral (PVB)
Silicon-Kautschuk (Q oder SIR)
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
Styyrool-Buradien-Styrol (SBS)
Thermoplastisches Polyurethan (TPU oder TPE-U)
Vinylchlorid/Ethylen (VC/E)
Vinylchlorid/Ethylen/Methacrylat (VC/E/MA)The elastomers include, for example
Acrylonitrile / butadiene / acrylate (A / B / A)
Acrylonitrile / chlorinated polyethylene / styrene (A / PE-C / S)
Acrylonitrile / methyl methacrylate (A / MMA)
Butadiene rubber (BR)
Butyl rubber (HR)
Chloroprene rubber (CR)
Ethylene-ethyl acrylate copolymer (E / EA)
Ethylene-propylene copolymer (EPM)
Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM)
Ethylene vinyl acetate (EVA)
Fluororubber (FPM or FKM)
Isoprene rubber (IR)
Natural rubber (NR)
Polyisobutylene (PIB)
Polyvinyl butyral (PVB)
Silicone rubber (Q or SIR)
Styrene butadiene rubber (SBR)
Styyroole-buradien-styrene (SBS)
Thermoplastic polyurethane (TPU or TPE-U)
Vinyl chloride / ethylene (VC / E)
Vinyl chloride / ethylene / methacrylate (VC / E / MA)
Für eine kontinuierliche Aufbereitung des Kunststoffes ist seit längerem bekannt, Planetwalzenextruder zu verwenden. Solche Verfahren und ensprechende Planetwalzenextruder sind insbesondere in folgenden Druckschriften beschrieben:
Von Planetwalzenextmderabschnitten/Planetwalzenextrudermodulen wird dann gesprochen, wenn ein Extruder sich aus mehreren Abschnitten/Modulen zusammensetzt und die betreffenden Abschnitte/Module eine Planetwalzenextruderbauweise zeigt. Es kommen sowohl Abschnitte/Module mit gleicher Bauweise wie auch Abschnitte unterschiedlicher Bauweise vor. Das heißt Planetwalzenextrudermodule/Planetwalzenextruderabschnitte können auch mit Abschnitten anderer Bauart, zum Beispiel mit Abschnitten/Modulen in Einschneckenextruderbauart.Planetary gear extender sections / planetary roller extruder modules are used when an extruder is composed of several sections / modules and the sections / modules in question show a planetary roller extruder design. There are both sections / modules with the same construction as well as sections of different construction before. That is, planetary roller extruder modules / planetary roller extruder sections may also be used with sections of other types, for example, single-screw extruder sections / modules.
Ein Planetwalzenextruder besitzt eine Zentralspindel, ein innen verzahntes Gehäuse und zwischen Gehäuseinnenverzahnung und der Zentralspindel verschiedene Planetspindeln. Die Planetspindeln kämmen sowohl mit der Zentralspindel als auch mit dem innen verzahnten Extrudergehäuse. Die Planetspindeln laufen dabei um die Zentralspindel um. Wegen der Einzelheiten und Variationen bekannter Planetwalzenextruder bzw. Abschnitten/Modulen wird Bezug genommen auf folgende Druckschriften:
Für die Einstellung können an dem Planetwalzenextruder verändert werden:
- a) das Spiel zwischen den bewegten Planetwalzenteilen
- b) die Anzahl der Planetspindeln
- c) die Verzahnung der Planetwalzenteile
- a) the game between the moving planetary gear parts
- b) the number of planetary spindles
- c) the teeth of the planetary roller parts
Zu a) To a)
Mit dem Spiel zwischen den bewegten Planetwalzenteilen wird das Maß der Verformung bestimmt, dem die Elastomere unterliegen, wenn es zwischen die Zähne der Planetwalzenteile gelangt. Je kleiner das Spiel ist, desto stärker wird die Verformung. Je größer das Spiel ist, desto geringer wird die Verformung.With the clearance between the moving planetary roller parts, the amount of deformation that the elastomers undergo as it passes between the teeth of the planetary roller parts is determined. The smaller the game, the stronger the deformation. The bigger the game, the lower the deformation.
Zu b)To b)
Das Besondere an Planetwalzenextrudern bzw. an Planetwalzenextruderabschnitten gegenüber Extrudern und Extruderabschnitten anderer Bauart ist neben einer extremen Verformungsleistung ein Hohlraum zwischen den die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln. In den Hohlraum können die Elastomere strömen.The special feature of planetary roller extruders or on planetary roller extruder sections in relation to extruders and extruder sections of a different design is, in addition to extreme deformation performance, a cavity between the planetary spindles revolving around the central spindle. The elastomers can flow into the cavity.
Der Hohlraum wird durch Änderung der Anzahl der Planetspindeln beeinflußt. Je geringer die Zahl der Planetspindeln ist, desto größer wird der Hohlraum.The cavity is affected by changing the number of planetary spindles. The smaller the number of planetary spindles, the larger the cavity becomes.
Zu c)To c)
Die Verzahnung kann unterschiedliche Beschaffenheit haben.The teeth can have different texture.
Wahlweise ist eine Normalverzahnung oder eine Igelverzahnung oder eine Noppenverzahnung der umlaufenden Planetspindeln vorgesehen.Optionally, a normal toothing or a hedgehog toothing or a knob toothing of the revolving planetary spindles is provided.
Die bekannte Igelverzahnung entsteht vorzugsweise aus einer Normalverzahnung, indem in axialen Abständen ringförmige Nuten in die Planetspindeln eingearbeitet werden.The known hedgehog toothing is preferably formed from a standard toothing, by annular grooves are incorporated in the planetary spindles at axial intervals.
Die Noppenverzahnung entsteht vorzugsweise aus der Normalverzahnung.The studded toothing preferably arises from the normal toothing.
Die Normalverzahnung von Planetspindeln ist einerseits durch einen Querschnitt gekennzeichnet, wie ihn die ineinander greifenden Zähne der Zahnräder eines Getriebes zeigen. Anderseits verlaufen die Zähne nicht gerade sondern spindelförmig bzw. wie die Gewindegänge eines Schraubgewindes am Umfang entlang.The normal toothing of planetary spindles is characterized on the one hand by a cross section, as it show the interlocking teeth of the gears of a transmission. On the other hand, the teeth are not straight but spindle-shaped or like the threads of a screw thread along the circumference.
Die Gewindegänge werden auch in dieser Form in das Ausgangsmaterial der Planetspindeln geschnitten, z. B. gedreht oder gefräst.The threads are cut in this form in the starting material of the planetary spindles, z. B. turned or milled.
Bei den Gewinden wird unterschieden zwischen linksgängem Gewinde und rechtsgängigem Gewinde. Es gibt auch mehrgängige Gewinde.For the threads, a distinction is made between left-handed thread and right-handed thread. There are also multiple threads.
Die gleiche Unterscheidung findet an Extruderspindeln statt.The same distinction is made on extruder spindles.
Eine Noppenverzahnung entsteht, wenn z. B. in eine rechtsgängige Verzahnung eine linksgängig verlaufende Nut eingearbeitet wird. Durch Einarbeiten der Nut entsteht dann eine linksgänge Verzahnung. Bei ursprünglicher rechtsgängiger Verzahnung ist eine linksgäng verlaufende Nut vorgesehen. Allgemein kann von einer gegenläufigen Verzahnung gesprochen werden.A knob toothing arises when z. B. in a right-handed gearing a left-handed groove is incorporated. By incorporating the groove then creates a left-toothing. In the case of original right-hand gearing, a left-handed groove is provided. In general, one can speak of opposing gearing.
Durch die Nut werden die ursprünglichen Gewindegänge der Planetspindeln unterbrochen. Die Nut kann dabei gleiche oder eine andere (geringer oder größere) Steigung als die ursprüngliche Verzahnung des betreffenden Planetwalzenteiles besitzen. Die Steigung der Nut weicht vorzugsweise höchstens um 50% von der Steigung der ursprünglichen Verzahnung ab. Durch die Unterbrechungen (Ausnehmungen) der Zähne der ursprünglichen Verzahnung verbleiben nach der Einarbeitung der vorstehend beschriebenen Nut (gegenläufigen Verzahnung) Noppen von der ursprünglichen Verzahnung. Die Noppenverzahnung kann auf einzelne Planetwalzenteile beschränkt sein. DieThrough the groove, the original threads of the planetary spindles are interrupted. The groove can have the same or a different slope (less or greater) than the original toothing of the corresponding planetary roller part. The slope of the groove preferably deviates at most by 50% from the pitch of the original toothing. Due to the interruptions (recesses) of the teeth of the original toothing remain after the incorporation of the above-described groove (opposing teeth) nubs of the original teeth. The knobbed toothing may be limited to individual planetary roller parts. The
Noppenverzahnung kann auch in mehreren oder in allen Planetwalzenteilen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Planetspindeln mit einer Noppenverzafnung versehen.Studded toothing can also be provided in several or in all planetary roller parts. Preferably, the planetary spindles are provided with a Noppenverzafnung.
Die Noppenverzahnung kann ganz oder teilweise die Verzahnung an den Planetwalzenteilen bilden.The studded toothing can wholly or partially form the toothing on the planetary roller parts.
Bei teilweise Noppenverzahnung an den Planetwalzenteilen kann es gewünscht sein, den normalverzahnten Teil der Planetwalzenteile in Förderrichtung des Extruders am hinter Ende (am austragseitigen Ende der Planetwalzenteile) anzuordnen, um dort einen Förderdruck aufzubauen, der einen Übergang der Elastomere in den weiteren (in Förderrichtung nächsten) Extruderbereich sicherstellt.In the case of partial studded toothing on the planetary roller parts, it may be desirable to arrange the normally toothed part of the planetary roller parts in the conveying direction of the extruder at the rear end (at the discharge end of the planetary roller parts), in order to build up a delivery pressure therebetween, which will transfer the elastomers into the other (downstream) ) Ensures extruder area.
Wahlweise können sich auch noppenverzahnte Planetwalzenspindeln mit normal verzahnten Planetwalzenspindeln abwechseln und umgekehrt.Optionally, napped toothed planetary spindles can also alternate with normally toothed planetary roller spindles and vice versa.
Wahlweise können auch einzelne normalverzahnte Planetwalzenspindeln zwischen Noppenverzahnten Planetwalzenspindeln angeordnet sein oder umgekehrt.Optionally, individual normal-toothed planetary roller spindles between knobbed planetary roller spindles can be arranged or vice versa.
Sofern die Noppenverzahnung in mehreren korrespondierenden Planetwalzenteilen vorgesehen ist, kann die Noppenverzahnung so angeordnet werden, daß die Unterbrechungen der Verzahnung im einen Planetwalzenteil mit den Unterbrechnungen im korrespondierenden Planetwalzenteil fluchten oder im Verhältnis zu diesen Unterbrechungen versetzt sind. Der Versatz kann ein Maß haben, das gleich einem Bruchteil der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen oder ein Mehrfaches der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen ist, wobei ein Mehrfaches auch eine Zahl kleiner 2 sein kann.If the nub toothing is provided in a plurality of corresponding planetary roller parts, the nub toothing can be arranged so that the interruptions of the teeth in a planetary roller part are aligned with the interruptions in the corresponding planetary roller part or offset in relation to these interruptions. The offset may have a dimension equal to a fraction of the tooth gap between two teeth or a multiple of the tooth gap between two teeth, wherein a multiple may also be a number less than 2.
Durch die Unterbrechung der Zähne entstehen Öffnungen, in welche das Extrusionsgut strömen kann.The interruption of the teeth creates openings into which the material to be extruded can flow.
Das unter b) beschriebene Hohlraumvolumen und die unter c) beschriebene Noppenverzahnung reduzieren den von den Planetwalzenteilen ausgehenden Druckaufbau, so daß die Elastomere für eine notwendige gewünschte Behandlungsdauer in dem Extruder bzw. in dem Extruderabschnitt verbleiben können.The void volume described under b) and the nub toothing described under c) reduce the build-up of pressure from the planetary roller parts, so that the elastomers can remain in the extruder or in the extruder section for a necessary desired treatment time.
Vorzugsweise besitzt der Planetwalzenextruderabschnitt eine Länge von höchstens 1200 mm bei einem Durchmesser bis 100 mm in der Verzahnung des Planetwalzen-Extrudergehäuses, noch weiter bevorzugt von höchstens 1000 mm. Bei anderen Durchmessern der Verzahnung des Planetwalzen-Extrudergehäuses ergeben sich entsprechend größere oder kleinere maximale Längen.Preferably, the planetary roller extruder section has a length of at most 1200 mm with a diameter of up to 100 mm in the toothing of the planetary roller extruder housing, even more preferably of at most 1000 mm. For other diameters of the teeth of the planetary roller extruder housing result in correspondingly larger or smaller maximum lengths.
Beim Extrudieren wird im Extruder bzw. im Extruderabschnitt in erheblichem Umfang Energie freigesetzt, die sich in den Elastomeren als Wärme zeigt. Sofern die Elastomere schon mit erheblicher Temperatur in den Planetwalzenextruder bzw. den Planetwalzenextruderabschnitt gelangt und/oder die im Planetwalzenextruderabschnitt in die Elastomere eingetragene Energie eine übermäßige Erwärmung zur Folge hat, so wird die anfallende Wärme durch Kühlung abgeführt.During extrusion, a considerable amount of energy is released in the extruder or in the extruder section, which is shown as heat in the elastomers. If the elastomers already reach the planetary roller extruder or the planetary roller extruder section at a considerable temperature and / or the energy introduced into the elastomers in the planetary roller extruder section results in excessive heating, the resulting heat is dissipated by cooling.
Sofern die Elastomere beim Eintritt in den Planetwalzenextruder bzw. den Extruderabschnitt noch keine ausreichende Temperatur hat, unterbleibt obige Kühlung. Gegebenenfalls wird sogar Wärme zugeführt.If the elastomers on entry into the planetary roller extruder or the extruder section does not have sufficient temperature, the above cooling is omitted. Optionally, even heat is supplied.
Für die Kühlung und/oder Erwärmung sind übliche Temperierungseinrichtungen an Planetwalzenextrudern ausreichend. Üblich ist es, das Gehäuse zweischalig auszuführen und das Temperierungsmittel durch den Zwischenraum zu leiten. Üblich ist auch, die Zentralspindel mit Kanälen zu versehen, durch die gleichfalls Temperierungsmittel geleitet wird. Das übliche Temperierungsmittel ist Wasser oder Öl, mit dem beheizt oder gekühlt wird.For cooling and / or heating conventional temperature control devices on planetary roller extruders are sufficient. It is customary to make the housing bivalve and to guide the tempering agent through the gap. It is also common to provide the central spindle with channels, is also passed through the Temperierungsmittel. The usual tempering agent is water or oil, with which is heated or cooled.
Bei der Verarbeitung der gewünschten Elastomere, werden zumeist compoundierte Mischungsbestandteile und/oder auch uncoumpondierte Mischungsbestandteile im Extruder zusammengeführt, homogenisiert und auf die gewünschte Temperatur und Druck gebracht, so daß Vernetzungsmittel/Vulkanisierungsmittel in den Elastomeren aktiv werden, die auf Temperatur und/oder Druck reagieren.In processing the desired elastomers, compounded compounding ingredients and / or uncumbdimented compounding ingredients are generally combined in the extruder, homogenized and brought to the desired temperature and pressure so that crosslinking agent / vulcanizing agent becomes active in the elastomers which react to temperature and / or pressure ,
Das hat sich bewährt.That has proven itself.
Gleichwohl hat sich, die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Aufbereitung von Elastomeren zu verbessern.Nevertheless, the invention has set itself the task to improve the preparation of elastomers.
Dabei hat die Erfindung erkannt, daß die Qualität der Vernetzung für die Qualität der Elastomere von wesentlicher Bedeutung ist.The invention has recognized that the quality of the crosslinking for the quality of the elastomers is essential.
Die Vernetzung wird optimiert, wenn die Temperaturbedingungen eingehalten werden. Bei normalverzahnten Planetspindeln erweist sich die Einhaltung der Temperaturbedingungen als besonders schwierig.The networking is optimized if the temperature conditions are met. In normal-toothed planetary spindles, observing the temperature conditions proves to be particularly difficult.
Bei Igelspindeln ist die Einhaltung der Temperaturbedingungen leichter. Das gilt auch für Noppenspindeln. Die Igelspindeln wie auch die Noppenspindeln sind zur Erhöhung der Mischleistung entwickelt worden.Hedgehog spindles make it easier to maintain temperature conditions. This also applies to Noppenspindeln. The hedgehog spindles as well as the knob spindles have been developed to increase the mixing performance.
Die Erfindung wendet sich zur Einflußnahme auf die Temperaturbedingungen den Transportspindeln (Spindeln mit reduziertem Zahnbesatz) zu, welche aus anderem Zweck entstanden sind.The invention is to influence the temperature conditions the transport spindles (spindles with reduced tooth stock), which have arisen for other purpose.
Bei der Entwicklung der Transportspindel wird an mindestens einer normalverzahnten Planetenspindel mindestens ein Zahn entfernt. Wahlweise werden auch mehr Zähne entfernt. Vorzugsweise verbleiben mindestens jeweils drei gleichmäßig am Umfang der Planetwalzenspindeln. Es kann auch jeder vierte oder jeder dritte oder jeder zweite Zahn entfernt werden. Es kann können auch alle Zähne bis auf einen Zahn entfernt werden. Dadurch entstseht ein reduzierter Zahnbesatz im Unterschied zu nicht reduziertem Zahnbesatz. Die Entfernung der Zähne erfolgt vorzugsweise bis in den Zahngrund. Denkbar ist auch eine darüber hinausgehende Materialausarbeitung, ebenso eine teilweise Entfernung der Zähne.During the development of the transport spindle, at least one tooth is removed on at least one normally toothed planetary spindle. Optionally, more teeth are removed. Preferably, at least three each remain evenly on the circumference of the planetary roller spindles. It can also be removed every fourth or every third or every second tooth. It can also be removed all teeth except for one tooth. This results in a reduced tooth stocking as opposed to non-reduced tooth stocking. The removal of the teeth is preferably carried out to the tooth base. It is also conceivable that a further material preparation, as well as a partial removal of the teeth.
Durch die Entfernung der Zähne entsteht eine besondere Planetspindelform.The removal of the teeth creates a special planetary spindle shape.
Durch die ganze oder teilweise Entfernung bestimmter Zähne entsteht bei unverändertem Fortbestand der übrigen Zähne eine Planetwalzenspindel mit mehr Förderwirkung als eine reine Noppenspindel, wenn auch mit weniger Mischleistung als eine reine Noppenspindel. Die Transportspindel läßt sich auch anders als durch nachträgliche Entfernung von Zähnen herstellen, zum Beispiel durch Fräsen und Schleifen nach der Vorlage einer vorhandenen Transportspindel.Due to the entire or partial removal of certain teeth, a planetary roller spindle with more conveying effect than a pure stud spindle, with less mixing power than a pure stud spindle, is produced with the remaining teeth unchanged. The transport spindle can also be produced differently than by subsequent removal of teeth, for example by milling and grinding after the presentation of an existing transport spindle.
Die Erfindung hat erkannt, daß mit den Transportspindeln weniger Energie in das Extrusionsgut getragen wird, als mit anderen Planetspindeln. infolgedessen muß weniger Kühlung erfolgen bzw. ist die Kühlung unter Beibehaltung vorhandener Kühleinrichtungen wirksamer als bei der Verwendung von anderen Planetspindeln. Das erleichtert die Einhaltung eines vorteilhaften Temperaturverlaufes bzw. erlaubt eine genauere Einhaltung von Vernetzungstemperaturen/Vulkanisationstemperaturen.The invention has recognized that with the transport spindles less energy is carried in the material to be extruded, as with other planetary spindles. As a result, less cooling must be done or is the cooling while maintaining existing cooling devices more effective than with the use of other planetary spindles. This facilitates the maintenance of an advantageous temperature profile or allows more accurate compliance with crosslinking temperatures / vulcanization temperatures.
Die nachträgliche Entfernung der Zähne kann Vorteile haben:
Soweit eine Vorratshaltung an Planetwalzenspindeln stattfindet und soweit eine Vergütung oder Härten oder sonstiges Behandeln zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Zahnflächen vorgesehen ist, werden die Planetwalzenspindeln vorzugsweise ohne die Oberflächenbehandlung bevorratet, damit im nachhinein eine einfache erfindungsgemäße Bearbeitung der Planetwalzenspindeln, z. B. durch Fräsen, möglich ist. Die Behandlung der der Zahnflächen erfolgt nach der Bearbeitung.The subsequent removal of the teeth can have advantages:
As far as stockpiling of planetary roller spindles takes place and as far as compensation or hardening or other treatment to increase the wear resistance of the tooth surfaces is provided, the planetary roller spindles are preferably stored without the surface treatment, so that in retrospect, a simple inventive processing of the planetary roller spindles, z. B. by milling, is possible. The treatment of the tooth surfaces takes place after processing.
Überraschenderweise beeinträchtigt das Entfernen von Zähnen die Laufruhe der Planetwalzenspindeln nicht, weil die Zähne wie Schrauben/Gewindegänge an der Oberfläche der Planetwalzenspindeln verlaufen. Bei ausreichender Länge der Spindeln und entsprechender Steigung umschlingen die schraubenförmig bzw. gewindegangförmig verlaufenden Zähne die Spindeln so häufig, daß die Planetwalzenspindeln zwischen der Zentralspindel und dem umgebenden Gehäuse sicher geführt und fixiert sind. Bei einer Planetwalzenspindel, bei der jeder zweite Zahn entfernt worden ist, ist nach der Erfindung vorzugsweise
- a) bei einem Planetwalzengehäusedurchmesser (bezogen auf den Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Gehäuses) kleiner 160 mm eine erfindungsgemäß bearbeitete Mindest-Spindellänge von 200 mm, bevorzugt von mindestens 300 m und weiter bevorzugt eine Spindellänge von mindestens 400 mm und erfindungsgemäß bearbeitete Maximal-Spindellänge bis 1500 mm, vorzugsweise bis 1200 mm und höchst bevorzugt bis 900 mm für eine Planetspindel vorgesehen.
- b) bei einem Planetwalzengehäusedurchmesser (bezogen auf den Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung des Gehäuses) von 160 mm und mehr eine erfindungsgemäß bearbeitete Mindest-Spindellänge von mindestens 400 mm, bevorzugt von mindestens 800 m und weiter bevorzugt eine Spindellänge von mindestens 1200 mm und eine Maximal-Spindellänge bis 3000 mm, vorzugsweise bis 2500 mm und noch weiter bevorzugt bis 2000 mm vorgesehen.
- a) at a planetary roller housing diameter (based on the pitch circle diameter of the inner toothing of the housing) smaller than 160 mm according to the invention machined minimum spindle length of 200 mm, preferably of at least 300 m and more preferably a spindle length of at least 400 mm and inventively machined maximum spindle length to 1500 mm, preferably up to 1200 mm and most preferably provided to 900 mm for a planetary spindle.
- b) with a planetary roller housing diameter (based on the pitch circle diameter of the inner toothing of the housing) of 160 mm and more according to the invention machined minimum spindle length of at least 400 mm, preferably of at least 800 m and more preferably a spindle length of at least 1200 mm and a maximum spindle length to 3000 mm, preferably to 2500 mm and even more preferably to 2000 mm provided.
Die vorstehende Mindest-Spindellänge bezieht sich auf die Verzahnung an der Planetspindel. Zu der Mindest-Spindel-Spindellänge gehört vorzugsweise nicht die Verzahnung, welche beim oben beschriebenen Auslaufen von Fräsern entsteht und/oder beim Einlaufen des Fräsers auf Sollfrästiefe entsteht, wenn die Planetspindellänge größer als die Verzahnungslänge der Planetspindel ist.The above minimum spindle length refers to the toothing on the planetary spindle. To the minimum spindle spindle length preferably does not include the teeth, which arises in the above-described leakage of milling cutters and / or arises when entering the milling cutter to the specified milling depth when the planetary spindle length is greater than the toothed length of the planetary spindle.
Die Bearbeitung (Entfernen von Zähnen) der Planetwalzenspindeln kann auf alle bekannten Zahnmodule Anwendung finden, insbesondere auf die gebräuchlichen Module 1,5 bis 12 oder darüber hinaus bis 20. Die Zahnmodule sind von den oben erwähnten Planetwalzenteilen/Modulen zu unterscheiden. Die Zahnmodule kennzeichnen die Größe der Zähne.The machining (removal of teeth) of the planetary roller spindles can be applied to all known tooth modules, in particular to the common modules 1.5 to 12 or beyond to 20. The tooth modules are to be distinguished from the above-mentioned planetary roller parts / modules. The tooth modules indicate the size of the teeth.
Die oben beschriebenen (als Transportspindeln ausgebildeten) Planetspindeln finden wahlweise nur in einem, dazu als Planetwalzeextruder ausgebildeten Extruderabschnitt einer Extrusionsanlage Anwendung. Vorzugsweise finden diese Planetspindeln für die erfindungsgemäße Bearbeitung von Elastomeren in mindestens zwei hintereinander angeordneten Extruderabschnitten, noch weiter bevorzugt in mindestens drei hintereinander angeordneten Extruderabschnitten Anwendung.The planetary spindles (designed as transport spindles) described above are optionally used only in an extruder section of an extrusion line designed as a planetary roller extruder. These planetary spindles are preferably used for the processing of elastomers according to the invention in at least two extruder sections arranged one behind the other, even more preferably in at least three extruder sections arranged one behind the other.
Dabei sind die verschiedenen, als Planetwalzenextruder ausgebildeten Extruderabschnitte vorzugsweise in einer Stufe der Extrusionsanlage angeordnet. Wahlweise kann es sich auch um eine mehrstufige Extrusionsanlage handeln. Bei zwei Stufen spricht man von einer Tandemanlage mit einem Primärextruder und einem Sekundärextruder. Bei mehr Stufen spricht man von einer Kaskadenanlage. Dann können sich alle Extruderabschnitte mit den als Transportspindeln ausgebildeten Planetspindeln auf eine der Stufen konzentrieren. Wahlweise können sich die Extruderabschnitte mit den als Transportspindeln ausgebildeten Planetspindeln auch auf mehrere Stufen der Extrusionsanlage verteilen.The various extruder sections designed as planetary roller extruders are preferably arranged in one stage of the extrusion installation. Optionally, it may also be a multi-stage extrusion line. In two stages one speaks of a tandem system with a primary extruder and a secondary extruder. With more stages one speaks of a cascade plant. Then all extruder sections can concentrate on one of the stages with the planetary spindles designed as transport spindles. Optionally, the extruder sections with the planetary spindles designed as transport spindles can also be distributed over several stages of the extrusion plant.
Zu der Extrusionsanlage gehört regelmäßig ein Extruderabschnitt, der eine Einfüllzone für die zu bearbeitenden Materialien bildet. Zumeist ist dieser Extruderabschnitt als Einschneckenextruder ausgebildet.The extrusion plant regularly includes an extruder section, which forms a filling zone for the materials to be processed. In most cases, this extruder section is designed as a single-screw extruder.
Zu der Extrusionsanlage gehört zumeist auch ein am Ende vorgesehener Extruderabschnitt, in dem das Extrusionsgut auf Austrittstemperatur gebracht wird.To the extrusion plant belongs usually also an end provided extruder section, in which the extruded material is brought to outlet temperature.
Die Planetwalzenabschnitte/Extruderteile/Module werden mit den anderen Abschnitten/Modulen zu dem jeweils gewünschten Extruder zusammengesetzt. Dabei ist es üblich, für alle hintereinander angeordneten Module einer Stufe einer Extrusionsanlage eine gemeinsame Zentralspindel vorzusehen. Die Zentralspindel setzt sich in zugehörige, als Einschneckenextruder ausgebildete Extruderabschnitte/Module als deren Schnecke fort. Die Modulbauweise ist mit einem Baukastensystem vergleichbar und in der Regel besonders wirtschaftlich.The planetary roller sections / extruder parts / modules are assembled with the other sections / modules to the respective desired extruder. It is customary to provide a common central spindle for all successively arranged modules one stage of an extrusion plant. The central spindle continues into associated extruder sections / modules designed as single-screw extruders as their screw. The modular design is comparable to a modular system and usually very economical.
Die verschiedenen Planetenteile (Zentralspindel/Planetenspindeln/Innenverzahnung) eines Abschnittes/Moduls haben regelmäßig den gleichen Zahnmodul. The various planetary parts (central spindle / planetary spindles / internal teeth) of a section / module regularly have the same tooth module.
Bei der alternativen Fertigung der Transportspindeln kann wie folgt vorgegangen wrden:
Dazu kann an herkömmliche Verfahren zur Herstellung der Verzahnung an Planetspindeln wie folgen angeknüpft werden: Verbreitet ist die Herstellung durch Fräsen und Schleifen. Dazu wird die Kontur der Verzahnung festgelegt und der Fräser entlang der Kontur bewegt. Der Fräser arbeitet dabei verhältnismäßig grob. Deshalb ist anschließend eine Feinbearbeitung üblich, z. B. durch Schleifen bei außen verzahnten Teilen oder durch Honen oder Erodieren bei innen verzahnten Teilen üblich. Es sind auch urformende Herstellungsverfahren für Getriebeteile bekannt, das sind Gießen und Sintern. Zu den Umformenden Herstellungsverfahren zählt Schmieden, Pressen, Ziehen, Walzen, Stanzen).For the alternative production of the transport spindles, the procedure may be as follows:
This can be linked to conventional methods for producing the teeth on planetary spindles as follows: The production is widespread by milling and grinding. For this purpose, the contour of the toothing is determined and the cutter moves along the contour. The cutter works relatively coarse. Therefore, then a fine machining is common, for. B. by grinding externally toothed parts or by honing or eroding in internally toothed parts usual. There are also known forming processes for gear parts, which are casting and sintering. Forging processes include forging, pressing, drawing, rolling, stamping).
Das Fräsen gehört zur spanenden Herstellung. Andere spanende Verfahren sind zum Beispiel Hobeln, Stoßen, Räumen, Schaben, Schleifen, Honen.Milling is part of the machining process. Other machining methods include, for example, planing, beating, broaching, scraping, grinding, honing.
Allen Herstellungsverfahren für Verzahnungen ist gemeinsam, daß sie der festgelegten Kontur der Verzahnung folgen. Bei normaler Verzahnung wechselt ein Zahn mit einer Zahnlücke. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen eines Teiles ist gleich Bei der Festlegung der Kontur kommt es auf die Verzahnung an. Die Verzahnung folgt den allgemeinen Erkenntnissen der Getriebetechnik.All manufacturing processes for toothing have in common that they follow the specified contour of the toothing. With normal gearing, a tooth changes with a tooth gap. The distance between two adjacent teeth of a part is the same When defining the contour, it depends on the toothing. The gearing follows the general knowledge of gear technology.
Man unterscheidet verschiedene Grundformen von Verzahnungen: Evolventenverzahnung, Zykloidenverzahnung und Treibstockverzahnung. Darüber hinaus gibt es diverse Sonderformen.A distinction is made between different basic types of gears: involute toothing, cycloidal toothing and gear toothing. In addition, there are various special forms.
Bei Planetwalzenextrudern hat sich die Evolventenverzahnung durchgesetzt. Die Evolventenverzahnung mit vollem Zahnbesatz wird im folgenden als Normalverzahnung bezeichnet.In planetary roller extruders, the involute gearing has prevailed. The involute toothing with full tooth stocking is referred to below as normal toothing.
Bei der Evolventenverzahnungi werden die Flanken der Zähne des Zahnrades von Evolventen gebildet. Vorstellen kann man sich die Evolventen, wenn man sich den Zahnradgrundkreis als massiven Zylinder vorstellt, um den ein Faden gewickelt ist. Wird dieser Faden nun abgewickelt, so beschreibt der straff gespannte Endpunkt des Fadens die Figur eine Evolvente. Alle Punkte auf dem Faden, welche den ganzzahlig vielfachen Abstand vom Endpunkt aufweisen, bewegen sich somit auf der Evolvente eines anderen Zahnes. Die Evolventenverzahnungen haben folgende Vorteile:In the involute toothing, the flanks of the teeth of the gear are formed by involutes. One can imagine the involute, if one imagines the gear base circle as a massive cylinder, around which a thread is wound. If this thread is now unwound, then the taut end point of the thread describes the figure an involute. All points on the thread, which have the integer multiple distance from the end point, thus move on the involute of another tooth. The involute gears have the following advantages:
Die Flanken zweier im Eingriff befindlicher Zahnräder berühren sich immer, und in diesen Berührungspunkten haben sie stets die annähernd gleiche Geschwindigkeit. Somit ist gewährleistet, daß die Übertragung der Drehbewegung reibungsarm erfolgt.The flanks of two meshing gears always touch, and in these points of contact they always have approximately the same speed. This ensures that the transmission of the rotational movement takes place with little friction.
Gleichzeitig erlaubt die Evolventenverzahnung die gleichmäßige Übertragung von Drehmomenten durch eine konstante Übersetzung.At the same time the involute toothing allows the uniform transmission of torque through a constant translation.
Sie ist unempflindlich gegen das Verschieben der Achsen der Zahnräder (Achsabstandsunabhängigkeit).It is insensitive to the shifting of the axes of the gears (distance between the axles).
Sie ist einfach in der Fertigung durch standardisierte geradlinige Werkzeuge. Bei gleicher Geometrie des Werkzeuges sind Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl und unterschiedlicher Profilverschiebung frei miteinander kombinierbar.It is easy to manufacture with standardized straight-line tools. With the same geometry of the tool gears with different numbers of teeth and different profile displacement are freely combinable.
Bei Planetwalzengetrieben ist man wie bei anderen Getrieben bemüht, mit möglichst geringem Spiel zwischen den Getriebeteilen zu arbeiten. Das Spiel kann bei der Festlegung der Kontur berücksichtigt werden. Bei Planetwalzenextrudern ist üblicherweise ein sehr viel größeres Spiel vorgesehen. Auch dieses Spiel kann bei der Festlegung der Zahnkontur berücksichtigt werden.With planetary gearboxes, as with other transmissions, it is endeavored to work with as little clearance as possible between the gearbox parts. The game can be considered when defining the contour. In planetary roller extruders usually a much larger game is provided. Also this game can be considered in the determination of the tooth contour.
Bei üblicher Verzahnung folgt ein Zahn einer Zahnlücke und einer Zahnlücke ein Zahn, wobei die Zähne und die Zahnlücken gleich sind. Da die Zähne in die Zahnlücken greifen und die miteinander kämmenden/ineinander greifenden Getriebeteile die gleiche Verzahnung haben sollen, beinhalten die Zahnlücken eine spiegelverkehrte Abbildung der Zähne. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Verzahnung sind die Zahnlücken aber anders als bei üblicher Verzahnung. Bei der oben beschriebenen Herstellung der erfindungsgemäßen Verzahnung werden dazu an vorhandenen Getriebeteilen einzelne oder mehrere Zähne entfernt. Alternativ werden schon bei der Festlegung der Zahnkontur einzelne oder mehrere Zähne entfernt. Die Herstellung folgt dann in der oben beschriebenen Weise der festgelegten erfindungsgemäßen Zahnkontur. Das heißt, im Falle der Anwendung eines Fräsers, folgt der Fräser der vorher festgelegten neuen Kontur mit größeren Zahnlücken. Entsprechendes gilt für andere Werkzeuge zur Herstellung der vorher festgelegten neuen Kontur.In conventional gearing, a tooth of a tooth gap and a tooth space follows a tooth, the teeth and the tooth gaps are the same. Since the teeth engage in the tooth gaps and the intermeshing / meshing gear parts should have the same teeth, the tooth gaps include a mirror image of the teeth. In the design of the toothing according to the invention, however, the tooth gaps are different than with conventional toothing. In the above-described production of the toothing according to the invention, individual or several teeth are removed from existing gear parts for this purpose. Alternatively, even when determining the tooth contour, one or more teeth are removed. The production then follows in the manner described above the specified tooth contour according to the invention. That is, in the case of using a milling cutter, the milling cutter follows the predetermined new contour with larger tooth gaps. The same applies to other tools for producing the previously defined new contour.
Günstig ist es, wenn die Zahl der Zähne von Gehäuseinnenverzahnung (Buchsenverzahnung), Planetspindeln und Zentralspindel so gewählt ist, daß der Selbstreinigungseffekt der Planetwalzenteile gewahrt bleibt. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Zähnezahl an der Zentralspindel und an der Gehäuseinnenverzahnung (Buchsenverzahnung) gerade ist und die Zähnezahl an den Planetspindeln ungerade ist. Dann wird die Schmelze in jedem Zwischenraum zwischen zwei Zähnen durch die in den Zwischenraum eindringenden Zähne anderer Teile des Planetwalzenextruders in Bewegung gebracht.It is advantageous if the number of teeth of internal housing teeth (bushing teeth), planetary spindles and central spindle is chosen so that the self-cleaning effect of the planetary roller parts is maintained. This is the case, for example, when the number of teeth on the central spindle and on the housing internal teeth (bushing teeth) is straight and the number of teeth on the planetary spindles is odd. Then the melt is in each space between two teeth by the penetrating teeth in the gap of other parts of the planetary roller extruder in motion.
Die gleichen Verhältnisse ergeben sich bei ungeraden Zähnezahlen an Zentralspindel und Gehäuseinnenverzahnung und gerade Zähnezahl an den Planetwalzenspindeln.The same conditions arise with odd numbers of teeth on the central spindle and housing internal teeth and even number of teeth on the planetary roller spindles.
Das gleiche Ergebnis kann durch unregelmäßiges Entfernen des Zahnbesatzes erreicht werden, zum Beispiel dadurch, daß nicht regelmäßig jeder zweite Zahn, sondern einmal oder mehrmals ein anderer Zahn, zum Beispiel der dritte Zahn entfernt wird oder zum Beispiel zwei ursprünglich neben einander stehende Zähne unberührt bleiben. Das heißt, die Bearbeitung erfolgt in unterschiedlichen Abständen. Dabei kann ausreichend sein, daß ein Abstand anders als die anderen Abstände ist. Es können auch mehrer Abstände anders sein. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden, daß erfindungsgemäß bearbeitete Planetwalzenspindeln mit unbearbeiteten Planetwalzenspindeln kombiniert werden oder das unterschiedlich erfindungsgemäß bearbeitete Planetwalzenspindeln miteinander kombiniert werden.The same result can be achieved by irregular removal of the Zahnbesatzes, for example, that not regularly every second tooth, but once or several times another tooth, for example, the third tooth is removed or, for example, two originally adjacent teeth remain untouched. That is, the processing takes place at different intervals. It may be sufficient that a distance is different than the other distances. It can also be different distances. The same result can also be achieved by combining planetary roller spindles machined according to the invention with unprocessed planetary roller spindles, or by combining the different types of planetary roller spindles machined differently in accordance with the invention.
Die Transportspindeln und der zugehörige Stand der Technik sind beschrieben in
Zu jedem Planetwalzenextruder gehört ein maximaler Planetspindelbesatz. Dabei handelt es sich um die maximale Zahl von Planetspindeln, die zwischen Innenverzahnung des umgebenden Gehäuses und der Zentralspindel Platz finden können, ohne daß sich die Planetspindeln gegenseitig an einer Drehung hindern.Each planetary roller extruder has a maximum planetary spindle stock. This is the maximum number of planetary spindles that can be accommodated between the internal teeth of the surrounding housing and the central spindle, without the planetary spindles preventing each other from rotating.
Der maximale Planetspindelbesatz hängt von dem jeweiligen Verzahnungsmodul ab.The maximum planet spindle stock depends on the respective gear module.
Während der Planetwalzenextrudermodul ein Exrtruderabschnitt ist, handelt es sich bei dem Verzahnungsmodul um eine die Form der Zähne und der Zahnlücken bestimmende Berechnungs/Konstruktionsgröße.While the planetary roller extruder module is an extruder section, the spline module is a design / calculation size determining the shape of the teeth and gullets.
Durch Wahl eines im Vergleich zu dem maximalen Planetspindelbesatz geringeren Planetspindelbesatz kann zusätzlich zum erfindungsgemäßen Einsatz von Transportspindeln eine Reduktion des Energieeintrages in das Einsatzgut im Extruder erfolgen. Vorzugsweise ist im Vergleich zu dem maximalen Planetspindelbesatz mindestens eine Verringerung der Planetspindelzahl um eins, wahlweise auch um mindestens 2 oder mindestens drei vorgesehen.By selecting a lower planetary spindle stocking compared to the maximum planetary spindle stocking, in addition to the use of transport spindles according to the invention, the energy input into the feedstock in the extruder can be reduced. Preferably, at least one reduction of the planetary spindle number is provided by one, optionally also by at least 2 or at least three compared to the maximum planetary spindle stocking.
Es besteht die Erwartung, daß sich Planetwalzenspindeln durchsetzen, die auf der gesamten Länge erfindungsgemäß verzahnt sind.There is the expectation that prevail planetary spindles, which are interlocked along the entire length according to the invention.
Im bestimmten Fällen kann es gleichwohl vorteilhaft sein, Planetwalzenspindeln zu verwenden, die in dem oben beschriebenen Bereich die vorstehend beschriebene Bearbeitung aufweisen und in dem übrigen Bereich normal verzahnt sind oder als Noppenspindeln ausgebildet sind oder eine andere Verzahnung aufweisen.In certain cases, however, it may nevertheless be advantageous to use planetary roller spindles which have the above-described machining in the above-described range and are normally toothed in the remaining region or are formed as nubble spindles or have a different toothing.
Diese kann dadurch erfolgen, daß die Bearbeitungswerkzeuge am Übergang von dem einen Bereich in den anderen Bereich auslaufen. In der Kombination mit Noppenbildung heißt das, die gegenläufige Verzahnung, welche in der oben beschriebenen Form die Noppenspindeln, läuft an dem erwähnten Übergang aus.This can be done by the processing tools terminating at the transition from one area to the other area. In combination with napping this means that the counter-teeth, which in the above-described form the nubs spindles, expire at the mentioned transition.
Desgleichen läuft die Bearbeitung beim Übergang von einem Bereich in den anderen aus. Der Begriff des Auslaufens ist von dem Auslaufen des Verzahnungswerkzeug abgeleitet. Das Verzahnungswerkzeug dringt nämlich zwischen den Enden einer Planetspindel nicht schlagartig in das Material ein, sondern langsam ein. Entsprechendes gilt, wenn das Verzahnungswerkzeug aus dem Material herausbewegt wird, d. h. ausläuft. Es entstehen Übergangsbereiche, die hier als Auslaufen bezeichnet werden.Likewise, processing progresses from one area to the other. The term of leakage is derived from the leakage of the gear tool. The gear tool penetrates namely between the ends of a planetary spindle not abruptly in the material, but slowly. The same applies if the gear tool is moved out of the material, d. H. expires. There are transition areas, which are referred to here as phasing out.
Wahlweise sind auch mehrteilige Planetwalzenspindeln vorgesehen, nämlich mit einem separat und erfindungsgemäß bearbeiteten Teil und mit einem separat hergestellten Restteil. Der Restteil kann ein Noppenverzahnungsteil oder ein normal verzahntes Teil oder ein anderes Teil sein. Beide Teile sind zugleich mit einer mittigen Bohrung für einen Anker versehen, mit dem die beiden Teile miteinander verspannt werden. Auf dem Wege entstehen mehrteilige Planetwalzenspindeln, die über ihrer Länge einen Verzahnungswechsel aufweisen, daß heißt von einer erfindungsgemäßen Verzahnung zu einer anderen Verzahnung wechseln.Alternatively, multi-part planetary roller spindles are provided, namely with a separately and according to the invention processed part and with a separately produced residual part. The remainder may be a knobbed part or a normal toothed part or another part. Both parts are also provided with a central bore for an armature, with which the two parts are braced together. On the way arise multi-part planetary roller spindles, which have a tooth change over its length, that is, change from a gearing according to the invention to another gearing.
Die Mehrteiligkeit kann bei der Herstellung der Verzahnung Vorteile haben, indem die Teile mit unterschiedlicher Verzahnung separat hergestellt werden. Dann müssen die Werkzeuge dem Zahnwechsel nicht folgen. Im Zusammenhang mit einem gewünschten schlagartigen Wechsel der Verzahnung bietet sich eine solche Vorgehensweise an.The multi-part can have advantages in the production of the teeth by the parts are made with different teeth separately. Then the tools do not have to follow the change of teeth. In connection with a desired abrupt change of the gearing, such an approach offers itself.
Auf der anderen Seite kann verfahrenstechnisch auch ein langsamer Wechsel von einer Verzahnung zur anderen von Vorteil sein. Ein langsamer Übergang von einer oben beschriebenen Verzahnung zu einer Normalverzahnung entsteht in der Anwendung eines Fräsers zum Beispiel dadurch, daß der für die nachträgliche Zahnentfernung eingesetzte Fräser langsam aus dem Material der Planetwalzenspindel herausgefahren wird.On the other hand, procedurally, a slow change from one gearing to another can also be advantageous. A slow transition from one described above Toothing a standard toothing arises in the application of a milling cutter, for example, by the fact that the cutter used for the subsequent tooth removal is slowly moved out of the material of the planetary roller spindle.
Es kann auch ein Wechsel von einer Verzahnung, zum Beispiel von einer Normalverzahnung, zu einer vorstehend beschriebenen Verzahnung vorkommen. Dann gilt entsprechendes wie zu dem vorstehend erläuterten Wechsel mit der Maßgabe, daß für einen langsamen Wechsel der Fräser langsam in das Material der Planetwalzenspindel hineingefahren wird.It can also occur a change from a gearing, for example, from a normal gearing, to a gearing described above. Then, the same applies to the above-explained change with the proviso that for a slow change of the cutter is slowly driven into the material of the planetary roller spindle.
Die mehrteiligen Planetwalzenspindeln können auch einen mehrfachen Verzahnungswechsel besitzen.The multi-part planetary roller spindles can also have a multiple gear change.
Es kommen auch einteilige Planetwalzenspindeln in Betracht, die über Ihrer Länge in der Verzahnung einen oder mehrere Verzahnungswechsel zeigen.There are also one-piece Planetwalzenspindeln into consideration, which show over its length in the toothing one or more tooth change.
Für jeden Wechsel der Verzahnung gelten die Ausführungen zur nachträglichen Entfernung von Zähnen und der vorhergehenden Festlegung der Zahnkontur entsprechend.For each change of the gearing, the statements regarding the subsequent removal of teeth and the previous definition of the tooth contour apply accordingly.
Je nach Elastomerbeschaffenheit kann auch eine Entgasung erforderlich werden. Wegen der Einzelheiten wird zum Beispiel auf folgende Entgasungsvorgänge verwiesen:
Die Planetwalzenspindeln bilden nur einen Teil des Planetwalzenextruders. Andere Planetwalzenteile sind die Zentralspindel und die Innenverzahnung des Gehäuses bzw. der ggfs. im Gehäuse sitzenden Buchse.The planetary roller spindles form only part of the planetary roller extruder. Other planetary gear parts are the central spindle and the internal toothing of the housing or the optionally seated in the housing socket.
Die Zentralspindel kann auch mit der oben beschriebenen Verzahnung versehen sein. Das gleiche gilt für die Innenverzahnung des Gehäuses bzw. der Buchse. Insoweit gelten obige Ausführungen auch für die Zentralspindel und die Innenverzahnung. Dabei gehören mehrteilige Zentralspindeln bereits zum bekannten Stand der Technik, so daß die oben beschrdeibene Bearbeitung der Zentralspindel leichter ist. Gleichwohl ist es in der Regel aus verfahrenstechnischen Gründen vorteilhafter, die Planetspindeln mit der erfindungsgemäßen Verzahnung zu versehen. Die Planetwalzenspindeln bieten bei entsprechend großer Besatzzahl eine größere Verzahnungsfläche als die Zentralspindel. Dadurch hat die erfindungsgemäße Verzahnung dort eine größere Wirkung als an der Zentralspindel. Hinzu kommt die vorteilhafte Kombinationsmöglichkeit der Planetwalzenspindeln. Wie oben ausgeführt, können die mit der oben beschriebenen Verzahnung versehenen Planetwalzenspindeln mit normal verzahnten Planetwalzenspindeln kombiniert werden. Wahlweise ist die oben beschriebene Verzahnung zugleich ganz oder teilweise genoppt. Dies geschieht durch die oben beim Noppen beschriebene gegenläufige Verzahnung der nach dem Zahnentfernen verbliebenen Verzahnung.The central spindle can also be provided with the toothing described above. The same applies to the internal toothing of the housing or the socket. In that regard, the above statements also apply to the central spindle and the internal teeth. Multi-part central spindles already belong to the known state of the art, so that the above-described machining of the central spindle is easier. Nevertheless, it is usually more advantageous for procedural reasons to provide the planetary spindles with the toothing according to the invention. The planetary roller spindles offer a larger toothing surface than the central spindle with a correspondingly large stocking number. As a result, the toothing according to the invention has a greater effect there than at the central spindle. In addition, there is the advantageous combination possibility of planetary roller spindles. As stated above, the planetary gear spindles provided with the above-described toothing can be combined with normally toothed planetary gear spindles. Optionally, the toothing described above is at the same time fully or partially studded. This is done by the opposite teeth described above in the nubs of the teeth remaining after the tooth removal.
Auch die Innenverzahnung des Gehäuses kann mit der oben beschriebenen Verzahnung versehen werden. Wie bei der Zentralspindel ist es in der Regel von Vorteil, die Planetwalzenspindeln mit der erfindungsgemäßen Verzahnung zu versehen.The internal toothing of the housing can also be provided with the toothing described above. As with the central spindle, it is generally advantageous to provide the planetary roller spindles with the toothing according to the invention.
Denkbar ist auch, alle Planetwalzenteile gemeinsam in erfindungsgemäßer Weise zu verzahnen.It is also conceivable to interlock all planetary roller parts together in accordance with the invention.
Vorteilhafterweise können die Extruder nicht nur für das Vernetzen/Vulkanisieren von künstlichen Elastomeren und natürlichen Elastomeren (z. B. Kautschuk) Anwendung finden, sondern auch für das Recycling vernetzter Elastomere bzw. für das Devulkanisieren von Gummi. Das heißt mit derselben Anlage kann unter unterschiedlicher Betriebsführung sowohl vernetzt/vulkanisiert als auch devulkanisiert werden. Dabei ist es möglich, chargenweise zu fahren, d. h. eine Charge Recyclat herzustellen und anschließend eine Charge Produktmaterial herzustellen oder umgekehrt.Advantageously, the extruders can be used not only for the crosslinking / vulcanization of artificial elastomers and natural elastomers (eg rubber), but also for the recycling of crosslinked elastomers or for devulcanization of rubber. This means that with the same system, it can be both cross-linked / vulcanised and devulcanized under different management conditions. It is possible to drive batchwise, d. H. make a batch of recycled material and then make a batch of product material or vice versa.
In größeren Produktionsstätten kann es zweckmäßig sein, mehrere Anlagen einzusetzen, von denen eine Anlage für das Vernetzen/Vulkanisieren und eine andere Anlage für das Devulkanisieren verwendet wird. Dabei ist die Anlage zum Devulkanisieren wesentlich kleiner als die Anlage zum Vernetzen/Vulkanisieren, wenn lediglich eine Zumischung von Recyclat zu Frischmaterial in einer Anlage für Produktmaterial vorgesehen ist. Wenn mehrere Anlagen für Produktmaterial vorgesehen sind oder neben den Anlagen für das Vernetzen/Vulkanisieren auf Vorrat in geeignete Behälter produziert wird, kann die zum Devulkanisieren vorgesehene Anlage baugleich oder sogar größer als die Anlagen zum Vernetzen/Vulkanisieren sein.In larger factories, it may be convenient to use multiple plants, one of which is for cross-linking / vulcanization and another for devulcanization. The device for devulcanization is much smaller than the system for crosslinking / vulcanization, if only an admixture of recyclate to fresh material in a plant for product material is provided. If more than one equipment is intended for product material or is being produced in suitable containers in addition to the equipment for crosslinking / vulcanization, the Devulcanization plant to be identical or even larger than the equipment for crosslinking / vulcanization.
Gummi besteht aus Naturkautschuk und/oder künstlich hergestellten Elastomeren, deren Moleküle eine Vernetzung erfahren haben. Bekannt sind dabei unter anderem Schwefel-Kohlenstoffverbindungen und Schwefel-Schwefel-Verbindungen zwischen den Molekülen. Dabei wird auch von Querverbindungen gesprochen.Rubber consists of natural rubber and / or artificially produced elastomers whose molecules have undergone crosslinking. Among others, sulfur-carbon compounds and sulfur-sulfur compounds between the molecules are known. It is also spoken of cross connections.
Durch das Vernetzen ändern sich die Materialeigeschaften drastisch. Das betrifft insbesondere die Festigkeit, Elastizität und die Wärmebelastungsfähigkeit.Crosslinking drastically changes the material properties. This relates in particular to the strength, elasticity and heat load capacity.
Überwiegend kommt Gummi in der Fahrzeugindustrie zur Anwendung. Die Belastbarkeit von Fahrzeugreifen ist legendär.Predominantly rubber is used in the vehicle industry. The load capacity of vehicle tires is legendary.
Je nach Laufkilometer der Reifen ergibt sich ein Verschleißzustand, der sich daran mißt, wie stark das Profil der Reifen abgefahren ist.Depending on the running kilometer of the tires results in a state of wear, which is measured by how much the profile of the tires is worn.
Wenn das Profil eine bestimmte Dicke unterschritten hat, muß ein Reifenwechsel vorgenommen werden.If the profile has fallen below a certain thickness, a tire change must be made.
Es fallen Altreifen bzw. Altgummi an.It fall on old tires or old rubber.
Es gibt zwar verschiedene Vorschläge zur chemischen Aufbereitung von Altgummi, der Aufwand ist jedoch so hoch, daß bisher davon kaum Gebrauch gemacht wird. Vielmehr wird Altgummi vorzugsweise der Verbrennung zugeführt. Dabei hat sich die Zementindustrie als großer Abnehmer erwiesen. Dort wird der Altgummi in den Drehrohröfen mitverbrannt. Die Zementdrehrohrofen besitzt eine lange Verbrennungsstrecke, so daß unverbrannte Gase nachverbrannt werden. Eine Belastung der Umwelt aus unverbrannten Gasen der Altreifenverbrennung wird damit ausgeschlossen.Although there are various proposals for the chemical treatment of waste rubber, but the effort is so high that so far it is hardly used. Rather, waste rubber is preferably supplied to the combustion. The cement industry has proven to be a large buyer. There, the waste rubber in the rotary kilns is mitverbrannt. The cement rotary kiln has a long combustion section, so that unburned gases are burned. A burden on the environment from unburned gases of waste tire combustion is thus excluded.
Die Zementindustrie verlangt für die Altreifenverbrennung jedoch zumeist einen Entsorgungsbeitrag.However, the cement industry usually requires a waste disposal contribution for waste tire combustion.
Die Entsorgung der Altreifen wird außerdem nicht mehr als zeitgemäß angesehen.The disposal of used tires is also no longer considered timely.
Deshalb bemüht man sich seit langem um das Recycling von Gummi und Elastomeren. Dabei werden verschiedene Wege gegangen.Therefore, efforts have been made for a long time to the recycling of rubber and elastomers. There are different ways.
Nach der
In der
Die
Die
Ein anderes Verfahren schlägt zur Devulkanisierung eine Behandlung des Recyclats in einer Gasphase aus Luft oder Stückstoff mit Chlor und Fluor vor.Another method proposes for devulcanization, a treatment of the recyclate in a gas phase of air or composite with chlorine and fluorine.
Die
Die
Die Erfindung nutzt wahlweise auch die Devulkanisierungsmittel/Modifizierungsmittel. Deren Anwendung bedingt je nach Beschaffenheit Verfahrenstemperaturen zwischen 150 und 350 Grad Celsius. Die Erfindung schlägt aber zusätzlich die Behandlung in einem Planetwalzenextruder oder Planetwalzenextruderabschnitt vor. Dadurch werden die Devulkanisierungsmittel/Modifizierungsmittel in das Recyclat gedrückt und entsteht zusätzlich zu der von den Devulkanisierungsmitteln/Modifizierungsmitteln ausgehenden Belastung der Molekülketten im Recyclat noch eine starke mechanische Belastung im Recyclat.Optionally, the invention also utilizes the devulcanizing / modifying agents. Their application requires, depending on the nature process temperatures between 150 and 350 degrees Celsius. However, the invention additionally proposes the treatment in a planetary roller extruder or planetary roller extruder section. As a result, the devulcanizing / modifying agents are pressed into the recyclate and, in addition to the emanating from the Devulkanisierungsmitteln / modifying agents strain of the molecular chains in the recyclate still a strong mechanical stress in the recyclate.
Vorzugsweise schlägt die Erfindung vor, die Devulkanisierung allein durch mechanische und thermische Belastung der Elastomere in einem Planetwalzenextruder oder Planetwalzenextruderabschnitt zu bewirken.Preferably, the invention proposes to effect the devulcanization solely by mechanical and thermal loading of the elastomers in a planetary roller extruder or planetary roller extruder section.
Aus Sicht der Erfindung haben die Modifizierungsmittel den Nachteil, daß die Modifizierungsmittel ganz oder teilweise in dem Recyclat verbleiben und die Verwendbarkeit des Recyclats ganz stark beschränken. From the point of view of the invention, the modifiers have the disadvantage that the modifiers remain wholly or partly in the recyclate and limit the usability of the recyclate very strong.
Es ist zwar auch ein Devulkanisieren ohne chemische Mittel bekannt.Although it is also known devulcanization without chemical means.
Bevorzugt finden dabei Mikrowellen und Ultraschallwellen Anwendung.Microwaves and ultrasonic waves are preferably used.
Mit den Wellen wird eine starke mechanische Belastung des Gummis und der Elastomere erzeugt, mit denen die Molekülketten aufgebrochen werden sollen. Die mechanische Belastung kann durch Anwendung von Wärme bzw. durch hohen Dampfdruck ergänzt werden.The waves create a strong mechanical stress on the rubber and elastomers, which are intended to disrupt the molecular chains. The mechanical load can be supplemented by the application of heat or by high vapor pressure.
Gleichwohl wird diese Art der Devulkanisation als unzureichend angesehen, vgl. zum Beispiel die
In der bevorzugten Anwendung erfindungsgemäßer Extruder auf das Recycling von Elastomeren/Elastomeren bzw. Gummi wird ein anderer Weg beschritten.In the preferred application of extruder according to the invention for the recycling of elastomers / elastomers or rubber, another approach is taken.
Die Erfindung will – soweit möglich – bei Altgummi und Elastomere die Vernetzung mechanisch und/oder thermisch zumindest teilweise zerstören. Insbesondere will die Erfindung Altgummi und Elastomere, deren Vernetzung auf einer Schwefelverbindung basiert, recyclen.The invention seeks - as far as possible - to destroy the cross-linking mechanically and / or thermally, at least partially, in the case of waste rubber and elastomers. In particular, the invention aims to recycle scrap rubber and elastomers whose crosslinking is based on a sulfur compound.
Nach der Erfindung wird die mechanische und thermische Belastung in einem Planetwalzenwextruder dadurch erzeugt, daß an mindestens einem Planetwalzenextruderabschnitt/Planetwalzenextrudermodul zusätzlich zu der Verformung der Elastomere zwischen den ineinandergreifenden Zähnen von Gehäuse, Planetspindeln und Zentralspindel noch eine starke mechanische Belastung der Elastomere sm Austritt des Planetwalzenextruderabschnitts/Planetwalzenextrudermodul erzeugt wird.According to the invention, the mechanical and thermal stress is generated in a planetary roller extruder in that on at least one planetary roller extruder section / planetary roller extruder module in addition to the deformation of the elastomers between the meshing teeth of housing, planetary spindles and central spindle still a strong mechanical stress of the elastomers sm exit of the planetary roller extruder section / Planetwaltezene extruder module is generated.
Der Austritt wird üblicherweise durch einen Anlaufring definiert, an dem die Planetspindeln bei ihrem Umlauf um die Zentralspindel gleiten. Dieser Anlaufring wird so eng dimensioniert, daß das durch die Öffnung durchgepreßte Recyclingmaterial noch die gewünschte mechanische und thermische Belastung zum Aufsprengen der Molekülketten erfährt.The exit is usually defined by a stop ring on which the planetary spindles slide around the central spindle as they circulate. This thrust ring is dimensioned so tight that the through-pressed through the opening recycling material still undergoes the desired mechanical and thermal stress to break up the molecular chains.
Die richtige Öffnungsweite des Anlaufringes läßt sich durch Auswechseln des Anlaufringes gegen Ringe mit kleiner Öffnung leicht ermitteln.The correct opening width of the thrust ring can be easily determined by replacing the thrust ring against rings with a small opening.
Das gilt besonders für Anlaufringe in einem Planetwalzenextruderabschnitt bzw. Planetwalzenextrudermodul, dessen Gehäuse an dem betreffenden Ende einen Kragen aufweist und mit dem Kragen an einem entsprechenden Kragen des Gehäuses eines nachfolgenden Extruderabschnittes verspannt ist. Dann werden die Anlaufringe üblicherweise zwischen den beiden Abschnittsenden/Modulenden eingespannt.This is especially true for thrust rings in a planetary roller extruder section or planetary roller extruder module whose housing has a collar at the respective end and is clamped to the collar on a corresponding collar of the housing of a subsequent extruder section. Then the stop rings are usually clamped between the two section ends / module ends.
Der Anlaufring kann auch mehrteilig ausgebildet sein bzw. mit anderen Ringen eine mehrteilige Konstruktion bilden, so daß der eine Teil besonders vorteilhafte Gleiteigenschaften für die Planetsprindeln zeigt und der andere Teil der Konstruktion die gewünschte Verengung bildet.The thrust ring can also be designed in several parts or form a multi-part construction with other rings, so that one part shows particularly advantageous sliding properties for the Planetsprindeln and the other part of the construction forms the desired constriction.
Wahlweise kann der Anlaufring auch mehrere Funktionen aufweisen. Zum Beispiel kann der Anlaufring zugleich als Dispergierring ausgebildet sein. Dann finden sich in dem Anlaufring bzw. in der mehrteiligen Anlaufringkonstruktion Kanäle, welche zum Eintragen von Prozeßmitteln oder Additiven für die Elastomere dienen.Optionally, the stop ring can also have multiple functions. For example, the run-up ring can also be designed as a dispersing ring. Then found in the run-up ring or in the multi-part run-up ring design channels, which are used for the entry of process agents or additives for the elastomers.
An sich ist bekannt, daß Einschneckenextrudern und Doppelschneckenextrudern eine mechanische Belastung verursachen, durch die Molekülgerüste zerbrechen können. Ein entsprechender Stand der Technik ist in der
Bei Planetwalzenextrudern wird gegenüber einem Doppelschneckenextruder auch unter Berücksichtigung der Verformungsverhältnisse an dem Anlaufring eine sehr viel geringere mechanische Belastung der Molekülgerüste gesehen.In the case of planetary roller extruders, a much lower mechanical load on the molecular frameworks is also considered, compared to a twin-screw extruder, taking into account the deformation conditions on the thrust ring.
Auch wenn die Planetwalzenextruder in einigen Druckschriften als mögliche Extrudervariante angesprochen werden, haben Planetwalzenextruder bislang in Produktionsanlagen für das Recycling von Gummi und Elastomeren keinen Eingang gefunden. Der geringen Erwartung an die mechanische Belastung von Molekülketten durch Planetwalzenextruder entspricht, daß einige Hinweise auf die Verwendung von Planetwalzenextrudern für die Regenerierung von Gummi zugleich mit dem Hinweis auf die Zugabe von oben beschriebenen Devulkanisationsmitteln verbunden sind.Even though the planetary roller extruders are referred to in some documents as a possible extruder variant, planetary roller extruders have hitherto not found an entry into production plants for the recycling of rubber and elastomers. The low expectation of the mechanical stress of molecular chains by planetary roller extruder corresponds to the fact that some references to the use of planetary roller extruders for the regeneration of rubber are at the same time connected with the reference to the addition of devulcanization agents described above.
Die Erfindung baut gleichwohl mit den verengten Anlaufringen eine zum Devulkanisieren auch allein ausreichende mechanische Wirkung in Planetwalzenextrudern auf.The invention nevertheless builds with the narrowed stop rings for devulcanization alone sufficient mechanical effect in planetary roller extruders.
Üblicherweise besitzen Anlaufringe einen Innendurchmesser, der in etwa gleich dem Durchmesser ist, welche die Mittelachsen der Planetspindeln beschreiben. Diverse Bauarten zeigen auch einen größeren Innendurchmesser.Usually, thrust rings have an inner diameter which is approximately equal to the diameter which the central axes of the planetary spindles describe. Various designs also show a larger inner diameter.
Die erfindungsgemäßen Anlaufringe besitzen vorzugsweise einen Innendurchmesser, der mindestens 10% kleiner, vorzugsweise mindestens 20% und noch weiter bevorzugt mindestens 30% kleiner als der Durchmesser der Umlaufbahn ist, welche die Planetspindeln im Betrieb mit ihren Mittelachsen beschreiben.The thrust rings according to the invention preferably have an inner diameter which is at least 10% smaller, preferably at least 20% and even more preferably at least 30% smaller than the diameter of the orbit, which describe the planetary spindles in operation with their central axes.
Die Reduzierung des Durchtrittsquerschnittes kann sogar so weit gehen, daß der Anlaufring in eine Nut der Zentralspindel eingreift.The reduction of the passage cross-section can even go so far that the thrust ring engages in a groove of the central spindle.
Dabei kann der Anlaufring zum Beispiel sogar nur noch einen Spalt von wenigen Millimeter, im Extremfall von zum Beispiel einem Millimeter, bis zum Zahngrund für den Durchtritt von Gummi und Elastomeren offen lassen.In this case, for example, the stop ring can be left open only a gap of a few millimeters, in the extreme case of, for example, a millimeter, to the tooth base for the passage of rubber and elastomers.
Nach der Erfindung kann es dabei von Vorteil sein, die Nut um ein geringes Maß, zum Beispiel um das Maß von einem Millimeter, über den Zahngrund der Verzahnung an der Zentralspindel hinaus in die Zentralspindel einzuarbeiten.According to the invention, it may be advantageous to incorporate the groove by a small amount, for example by the measure of one millimeter, on the tooth base of the teeth on the central spindle also in the central spindle.
Es wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Recyclen vernetzter Elastomere bzw. von Altgummi eingesetzt, das von metallischen Verstärkungseinlagen befreit ist Metallische Verstärkungseinlagen kommen insbesondere an Altreifen vor. Es handelt sich um Stahleinlagen, welche die Fahrzeugreifen in der gewünschten Form halten.The process according to the invention is used for recycling crosslinked elastomers or waste rubber, which is freed of metallic reinforcing inserts. Metallic reinforcing inserts occur, in particular, on scrap tires. These are steel inserts that hold the vehicle tires in the desired shape.
Für die Trennung von Gummi und Metall eignen sich verschiedene Verfahren.For the separation of rubber and metal, various methods are suitable.
Wahlweise wird das Altgummi stark gekühlt und dem stark gekühlten Zustand in einer Mühle zerkleinert. In gekühltem Zustand wird die Zerkleinerung leichter, weil die Nachgiebigkeit von Gummi abnimmt. Je kälter das Gummi ist, desto leichter wird die Zerkleinerung.Optionally, the waste rubber is strongly cooled and crushed in a highly cooled state in a mill. When chilled, comminution becomes easier because the compliance of rubber decreases. The colder the rubber, the easier the shredding becomes.
Vorzugsweise werden die Laufflächen der Altreifen abgeschält. Dieses Recyclat ist frei von metallischen Verstärkungseinlagen und frei von Gewebeeinlagen. Das so gewonnene Recyclat ist besonders für die erfindungsgemäße Aufbereitung geeignet.Preferably, the running surfaces of the scrap tires are peeled off. This recyclate is free of metallic reinforcing inserts and free of tissue deposits. The recycled material thus obtained is particularly suitable for the treatment according to the invention.
Nach der Erfindung werden Gummi und Elastomere als Schnitzel in den Extruder eingesetzt. Der mittlere Schnitzeldurchmesser beträgt vorzugsweise 5 bis 40 mm, nach weiter bevorzugt 15 bis 30 mm.According to the invention, rubber and elastomers are used as chips in the extruder. The average chip diameter is preferably 5 to 40 mm, more preferably 15 to 30 mm.
Im Planetwalzenextruder läßt sich die Temperatur des Behandlungsgutes sehr gut einstellen, weil das Behandlungsgut bzw. Gummi und Elastomere großflächig und dünnschichtig ausgewalzt wird. Dadurch wirkt der Planetwalzenextruder als großflächiger Wärmetauscher. Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder mit vergleichbarer Baugröße besitzen eine vergleichsweise kleine Wärmetauscherfläche.In planetary roller extruder, the temperature of the material to be treated can be adjusted very well, because the material to be treated or rubber and elastomers is rolled over a large area and thin layers. As a result, the planetary roller extruder acts as a large-area heat exchanger. Single-screw extruders and twin-screw extruders of comparable size have a comparatively small heat exchanger surface.
Das Einsatzgut wird im Planetwalzenextruder zwischen den miteinander kämmenden Zähnen dünnschichtig ausgewalzt. Dadurch entsteht eine starke Knetwirkung auf Elastomere bzw. auf Altgummi. Durch die Knetwirkung wird Wärme in die Elastomere bzw. das Altgummi getragen.The feed material is rolled thin-layered in the planetary roller extruder between the intermeshing teeth. This creates a strong kneading action on elastomers or on old rubber. Due to the kneading effect, heat is carried into the elastomers or the waste rubber.
Die Knetwirkung kann durch unterschiedliche Zahl und/oder unterschiedliche Ausbildung der Planetspindeln beeinflußt werden.The kneading effect can be influenced by different numbers and / or different design of the planetary spindles.
Die Zahl der Planetspindeln beträgt vorzugsweise mindestens 5, vorzugsweise mindestens 6. Je größer der Durchmesser der Zentralspindel ist, desto mehr Planetspindeln sind üblicherweise in einem Modul/Abschnitt vorgesehen. So können zum Beispiel bei größeren Baugrößen ohne weiteres 24 und mehr Spindeln zum Einsatz kommen.The number of planetary spindles is preferably at least 5, preferably at least 6. The larger the diameter of the central spindle, the more planetary spindles are usually provided in a module / section. For example, 24 and more spindles can easily be used for larger sizes.
Die Temperatur des Behandlungs/Recyclinggutes wird im Planetwalzenextruder zur Zuführung von Wärme bzw. durch Kühlung auf ein für das Recycling gewünschtes Niveau gebracht.The temperature of the treatment / recycling material is brought in the planetary roller extruder for supplying heat or by cooling to a desired level for recycling.
Dieses Niveau liegt nach der Erfindung für Behandlungs/Recyclinggut mit Schwefelbindung zwischen 200 und 350 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 250 und 300 Grad Celsius.This level is according to the invention for treatment / recycling with sulfur binding between 200 and 350 degrees Celsius, preferably between 250 and 300 degrees Celsius.
Die Knetwirkung (einschließlich der Verformungswirkung im Anlaufring) und Wärmewirkung wird dabei für die Dauer von 1 bis 4 min, vorzugsweise 1,5 bis 3 min aufrecht erhalten. Diese Dauer entspricht der Aufenthaltsdauer in dem Planetwalzenextruder.The kneading action (including the deformation effect in the starting ring) and heat effect is maintained for a period of 1 to 4 minutes, preferably 1.5 to 3 minutes. This duration corresponds to the residence time in the planetary roller extruder.
Bei erfindungsgemäßer Knetung und Erwärmung des Altgummis wird die Schwefelverbindung gesprengt. Die Schwefelverbindung geht in einen gasförmigen Zustand über. Das Gas wird abgesaugt. Am Extruder wird das als Entgasung bezeichnet. Zur Entgasung eignet sich zum Beispiel wieder ein Ring zwischen zwei nachfolgenden Extruderabschnitten bzw. Extrudermodulen. Dieser Ring kann wiederum ein Anlaufring sein, wenn er am Ende eines weiteren Planetwalzenextruderabschnittes bzw. Planetwalzenexturdermoduls sitzt.In accordance with the invention kneading and heating of the waste rubber, the sulfur compound is blasted. The sulfur compound turns into a gaseous state. The gas is sucked off. At the extruder this is called degassing. For degassing, for example, a ring between two subsequent extruder sections or extruder modules is again suitable. This ring may in turn be a stop ring when it sits at the end of another planetary roller extruder section or planetary roller texture module.
Die genaue Bestimmung der materialabhängigen jeweils richtigen Knetwirkung und Temperatur läßt sich durch Änderung der Durchlaufzeit und Änderung der Temperatur in wenigen Versuchen anhand weniger Versuche festlegen.The exact determination of the material-dependent respectively correct kneading effect and temperature can be determined by changing the cycle time and Change the temperature in a few experiments based on a few experiments.
Bei richtiger Behandlung bzw. Devulkanisierung entsteht nach entsprechender Behandlungsdauer/Aufenthaltsdauer von Gummi und Elastomeren ein flockiges Material ohne nennenswerte Festigkeit.With proper treatment or devulcanization, a fuzzy material without appreciable strength is produced after the appropriate duration of treatment / length of stay of rubber and elastomers.
Bei zu hoher Temperatur zeigt das Behandlungsgut die Überhitzung optisch, zum Beispiel als ein Verbacken.If the temperature is too high, the material to be treated will visually show overheating, for example as a caking.
Bei zu geringer Temperatur wird die Vernetzung nicht ausreichend aufgehoben, das ausgetragene Material ist zwar flexibel, zeigt zumindest aber teilweise seine Festigkeit. Mit Erfahrung können die Bedienungsleute den Extruder zum Recyclen von Elastomeren nach ersten Testergebnissen optimal einstellen.If the temperature is too low, the cross-linking will not be sufficiently removed; the discharged material, while flexible, will at least partially show its strength. With experience, operators can optimally set the extruder to recycle elastomers according to initial test results.
Je nach Materialbeschaffenheit des Altgummis kann ein Extruder verwendet werden, dessen Länge ausreicht, um die gesamte Behandlung/Devulkanisierung in einem Extruder vorzunehmen. Das heißt, der Extruder hat dann eine Länge, in der sich die gesamte gewünschte Verweilzeit darstellen läßt.Depending on the material properties of the waste rubber, an extruder can be used whose length is sufficient to carry out the entire treatment / devulcanization in an extruder. That is, the extruder then has a length in which the entire desired residence time can be represented.
Vorzugsweise finden jedoch Extruder Anwendung, die aus miteinander fluchtenden Modulen/Abschnitten zusammengesetzt sind.Preferably, however, find extruder application, which are composed of mutually aligned modules / sections.
Die Module/Abschnitte besitzen wahlweise insgesamt oder teilweise eine Länge von kleiner/gleich 800 mm, vorzugsweise von kleiner/gleich 600 mm und noch weiter bevorzugt von kleiner/gleich 500 mm.The modules / sections optionally have all or part of a length of less than or equal to 800 mm, preferably less than or equal to 600 mm and even more preferably less than or equal to 500 mm.
Durch kleinere Langen einzelner oder aller Module/Abschnitte kann eine Anpassung an unterschiedliche Temperaturanforderung erfolgen. Darüber hinaus kann die Temperierung an einem längeren Extrudermodul/Extruderabschnitt auch in verschiedene Abschnitte unterteilt werden, die in axialer Richtung hintereinander liegen.Smaller lengths of individual or all modules / sections can be adapted to different temperature requirements. In addition, the temperature control on a longer extruder module / extruder section can also be subdivided into different sections which lie one behind the other in the axial direction.
Es können aber auch Modullängen von mehr als 1000 mm, zum Beispiel 1400 mm Anwendung finden.But module lengths of more than 1000 mm, for example 1400 mm, can also be used.
Je größer der Extruderdurchmesser ist, desto größer wird in der Regel der Durchsatz. Mit der Erhöhung des Durchsatzes kann sich die Verweildauer von Gummi und Elastomeren in dem Extruder verlängern und eine größere Extruderlänge ergeben.The larger the diameter of the extruder, the larger the throughput usually becomes. As the throughput increases, the residence time of rubber and elastomers in the extruder may lengthen and result in a larger extruder length.
Mit der Modulbauweise/Abschnittsbauweise eröffnet sich am Planetwalzenextruder auch die Möglichkeit zur Änderung der Knetwirkung durch Änderung der Verzahnung bzw. durch Einbau von Modulen mit unterschiedlicher Verzahnung.With the modular design / section design opened on planetary roller extruder and the possibility of changing the kneading effect by changing the teeth or by installing modules with different teeth.
Soweit gleiche Module bereits vorgesehen sind, kann im nachhinein noch eine Änderung der Knetwirkung und Durchlaufzeit durch Auswechselung der Plenetspindeln bzw. durch Reduzierung der Planetspindelzahl erreicht werden.As far as the same modules are already provided, a change in the kneading effect and cycle time can be achieved by replacing the plenum screws or by reducing the number of planetary spindles afterwards.
Dies beinhaltet bei einem Wechsel des Einsatzgutes einen gravierenden praktischen Vorteil. Günstig ist bei der Verarbeitung von Gummi oder dergleichen Elastomeren auch eine unterschiedliche Länge der Planetspindeln, so daß das in einen Planetwalzenmodul eingespeiste Material schonend und nicht schlagartig insgesamt von der Verzahnung ergriffen wird.This involves a serious practical advantage when changing the input material. Favorable in the processing of rubber or the like elastomers and a different length of the planetary spindles, so that the fed into a planetary roller module material is taken gently and not abruptly total of the teeth.
Es kann mit einer oben beschriebenen Extrusionsanlage und unterschiedlicher Betriebsführung sowohl die Vernetzung der Elastomere als auch die Wiederaufbereitung der vernetzten Elastomere erfolgen.Both the cross-linking of the elastomers and the recycling of the cross-linked elastomers can be carried out with an extrusion plant described above and different operations management.
Dabei kann die Vernetzung/Vulkanisierung wie auch das Devulkanisieren mit derselben Anlage erfolgen. Es können auch baugleiche Anlagen Anwendung finden, wobei eine Anlage zum Devulkanisieren allein das Einsatzmaterial für eine einzige oder für mehrere Anlagen zum Vernetzen/Vulkanisieren liefert.The networking / vulcanization as well as the devulcanization can be done with the same system. Equally identical systems can be used, with a devulcanization system alone providing the feedstock for a single or multiple crosslinking / vulcanization equipment.
Dabei kann die Anlage zum Devulkanisieren auch größer oder kleiner als die Anlagen zum Vernetzen/Vulkanisieren sein, wenn der Bedarf an diesen Anlagen größer oder kleiner ist.In this case, the devulcanization plant may also be larger or smaller than the crosslinking / vulcanizing plants if the demand for these plants is greater or smaller.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the drawing, various embodiments of the invention are shown.
In den Einzug
Die Dosierung wird in nicht dargestellter Form mit schwefelvernetzt EPDM-Partikeln aus dem Recycling von Altreifen für dessen Wiederaufarbeitung gefüllt und geschlossen. Es handelt sich um Partikel, die beim Abschälen der Lauffläche und nach entsprechender Zerkleinerung angefallen sind.The dosage is filled in a manner not shown with sulfur-crosslinked EPDM particles from the recycling of used tires for its reprocessing and closed. These are particles that have accumulated during the peeling of the tread and after appropriate comminution.
Die EPDM-Partikel gelangt in den Einzug
Der Einzug
Zum Devulkaniseren von granulatförmigem EPDM-Recyclat gilt folgendes. In dem Einzug
Für die Erwärmung der EPDM-Partikel ist ein Heiz-Kühlkreis
Die EPDM-Partikel gelangen im Ausführungsbeispiel mit Vorwärmtemperatur von 140 Grad Celsius in den nächsten Extruderabschnitt/Modul
In dem Planetwalzenextruderabschnitten/Modulen
Dabei kann Wärme von dem Gehäusemantel auf das EPDM übertragen werden oder von dem EPDM abgezogen und über den Gehäusemantel abgeführt werden.In this case, heat can be transferred from the housing jacket to the EPDM or withdrawn from the EPDM and removed via the housing jacket.
Wie im Modul
In den Extruderabschnitten/Modulen
In den Extruderabschnitten werden die Molekülketten des EPDM weitgehend zerstört. Der Schwefel verdampft. Das erlangte und eingehaltene Temperaturprofil entspricht den Vorgaben des EPDM-Herstellers.In the extruder sections, the molecular chains of the EPDM are largely destroyed. The sulfur evaporates. The obtained and maintained temperature profile corresponds to the specifications of the EPDM manufacturer.
In anderen Anwendungsbeispielen wird eine andere Temperatur eingestellt und eingehalten.In other application examples, a different temperature is set and maintained.
Zusätzlich ist im Ausführungsbeispiel für die Verarbeitung des EPDM die Möglichkeit zum Einspritzen von Devulkanisierungsmitteln/Modifizierungsmitteln vorgesehen. Das Einspritzen erfolgt über einen Einspritzring
Im Ausführungsbeispiel bildet der Einspritzring
Ferner sind an dem Einspritzring
Wegen der Einzelheiten des Einspritzringes
Von der Einspritzmöglichkeit wird im Ausführungsbeispiel möglichst wenig Gebrauch gemacht, um den Anteil nachteiliger Bestandteile im Recyclat möglichst gering zu halten.In the exemplary embodiment, as little as possible use is made of the possibility of injection in order to minimize the proportion of disadvantageous constituents in the recyclate.
Auch an den Moduln
Das EPDM wird mit der Termperatur von 220 Grad Celsius aus der Extrusionsanlage ausgetragen. Dazu ist der Modul
Das Ausführungsbeispiel nach
Für die Weiterverarbeitung wird das sich im Wasserbehälter
Das Ausführungsbeispiel nach
Die Entgasung
Die Schneckengänge sind in der Zeichnung durch schräg zur Spindellängsachse verlaufende Striche dargestellt.The flights are shown in the drawing by oblique to the spindle axis extending lines.
Die Schneckengänge verlaufenl in der Seitenansicht von rechts rechtsgängig, im Uhrzeigersinn. Die Schnecken besitzen außenseitig eine Verzahnung. Die korrespondierende spiegelbildliche Verzahnung findet sich an der Zentralspindel des Planetwalzenextruderabschnittes und dem innen verzahnten umgebenden Gehäuse, so daß die Planetwalzenspindeln
Die Planetwalzenspindel
Dadurch ergibt sich für den Teil
Im Teil
Die Planetspindeln nach den
Jedoch zeigt sich auch, daß die von den Transportspindeln geleistete Verformungsarbeit überraschend gering ist. Dementsprechend gering ist der Energieeintrag in das EPDM. Das erleichtert die Einhaltung der für das EPDM erforderlichen Temperaturführung.However, it also shows that the work done by the transport spindles is surprisingly low. Accordingly, the energy input into the EPDM is low. This facilitates compliance with the temperature required for the EPDM temperature.
In den Ausführungsbeispielen nach
In anderen Ausführungsbeispielen sind in den verschiedenen Modulen unterschiedliche Planetspindeln vorgesehen. Die Unterschiede können dabei die Zahl der „fehlenden” Zähne betreffen. Die Unterschiede können sich auch aus der Kombination mit Spindeln anderer Bauart ergeben. Die Unterschiede können sich auch aus der Kombination unterschiedlicher Verzahnung an einzelnen oder sämtlichen Planetspindeln ergeben. Mindestens ist eine teilweise als Transportspindel ausgebildete Planetspindel in der Extrusionsanlage vorgesehen. In other embodiments, different planetary spindles are provided in the various modules. The differences may concern the number of "missing" teeth. The differences may also arise from the combination with spindles of other designs. The differences may also arise from the combination of different teeth on individual or all planetary spindles. At least one partially designed as a transport spindle planetary spindle is provided in the extrusion line.
Die Länge der Module beträgt in den Ausführungsbeispielen 400 mm. Die Planetspindeln besitzen im Ausführungsbeispiel eine geringere Länge, zum Teil eine unterschiedliche Länge.The length of the modules is 400 mm in the exemplary embodiments. In the exemplary embodiment, the planetary spindles have a shorter length, in some cases a different length.
Auch der Extruder nach
Die Gehäuse
Während des Betriebes drücken die Planetspindeln
Die Planetspindeln
An die Anlaufringkonstruktion ist überdies ein Injektor
Der Gleitteil umgibt die Zentralspindel ringförmig.The sliding part surrounds the central spindle annularly.
Der Innendurchmesser des Gleitteils ist im Ausführungsbeispiel 15% kleiner als der Durchmesser der Umlaufbahn, auf der die Planetspindeln mit ihren Mittelachsen im Betrieb umlaufen. Gleiwohl bleibt noch ein Spalt zwischen der Zentralspindel und der Innenfläche des Gleitteils.The inner diameter of the sliding member is in the
In anderen Ausführungsbeispielen ergibt sich ein Spalt aus einer Durchmesserdifferenz des Gleitteils zu der Umlaufbahn der Planetspindelmitten von 10 bis 30%.In other embodiments, a gap results from a difference in diameter of the sliding member to the orbit of the planetary spindle centers of 10 to 30%.
Durch diesen Spalt und durch die Zahnlücken der Zentralspindel wird das Recyclinggut im Betrieb durchgespreßt. Die damit verbundene mechanische Belastung ergänzt sich mit der mechanischen Belastung des Recyclats zwischen den Zähnen der Planetwalzenextruderteile. Hinzu kommt eine Wärmebelastung von im Ausführungsbeispiel 280 Grad Celsius, in anderen Ausführungsbeispielen von 250 bis 300 Grad Celsius.Through this gap and through the tooth gaps of the central spindle recycled material is passed through during operation. The associated mechanical stress complements the mechanical stress of the recyclate between the teeth of the planetary roller extruder parts. In addition, a heat load of 280 degrees Celsius in the embodiment, in other embodiments of 250 to 300 degrees Celsius.
Die Gesamtbelastung der Molekülketten des Recyclats ist so groß, daß die Molekülketten auseinanderbrechen.The total load of the molecular chains of the recyclate is so great that the molecular chains break apart.
Das anfallende Recyclat kann bei oben erläutertem chargenweisen Betrieb in denselben Anlagen zur Erzeugung von EPDM-Material für die Runderneuerung von Altreifen wiederverwendet werden, allerdings mit anderer Betriebsweise der Anlage Dabei werden nicht benötigte Anlagenteile still gesetzt oder demontiert. Insbesondere der oben erläutert, zur zusätzlichen mechanischen Belastung des Recyclats vorgesehene Ring wird demontiert. Zusätzlich benötigt Komponenten werden anmontiert. Das gilt insbesondere für die Dosierung des Recyclats und des frischen EPDM sowie der Mischungsanteile.The accumulated recyclate can be reused in the above-described batch operation in the same facilities for the production of EPDM material for the retreading of used tires, but with a different operation of the system Unnecessary parts of the plant are shut down or dismantled. In particular, the above-described, provided for additional mechanical stress of the recyclate ring is dismantled. Additionally required components are mounted. This is especially true for the dosage of the recyclate and the fresh EPDM and the mixing proportions.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt eine Vermischung des Recyclats mit frischem EPDM, wobei im Ausführungsbeispiel ein Recyclat-Mischungsanteil von 20%, bezogen auf die Gesamtmischung vorgesehen ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann mit einem viel höheren Recyclat-Mischungsanteil gefahren werden. In manchen Fällen kann ausschließlich mit Recyclat gefahren werden. Ferner wird das EPDM zusammen mit anderen Stoffen, insbesondere Vernetzungsmittel, wahlweise auch Beschleunigungsmittel oder Verzögerungsmittel aufgegeben. Wegen der anderen Stoffe/Mischungsanteile des EPDM wird auf folgende Druckschriften Bezug genommen:
Bei der Aufgabe der Mischungsanteile ist günstig, wenn zunächst alle anderen Mischungsanteile des EPDM in Mischung gebracht werden, bevor das Vernetzungsmittel in den Extruder eingebracht wird. Flüssige und gasförmige Vernetzungsmittel können unmittelbar in der oben beschriebenen Weise eingespritzt werden. Feste Vernetzungsmittel können über einen Seitenarmextruder eingetragen werden. Günstig ist dabei, wenn die festen Vernetzungsmittel mit einem flüssigen Mischungsanteil eingetragen werden. Das reduziert die Reibung und erleichtert die Mischung.In the task of mixing proportions is favorable when all the other mixture proportions of the EPDM are first brought into mixture before the crosslinking agent is introduced into the extruder. Liquid and gaseous cross-linking agents can be injected directly in the manner described above. Solid crosslinkers can be added via a side arm extruder. It is advantageous if the solid crosslinking agents are registered with a liquid mixture fraction. This reduces friction and facilitates the mixture.
Im Ausführungsbeispiel liegt die Vernetzungstemperatur bei 170 Grad Celsius. Solange die Temperatur im Extruder ausreichend unter der Vernetzungstemperatur liegt, kann die Mischung sehr leicht bearbeitet werden. Mit der oben erläuterte Temperierung des Extruders kann die Temperatur in dem Extruder leicht kontrolliert werden. Im Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Extruders bei 145 Grad Celsius gehalten. Im Ausführungsbeispiel ist der Extrusionsanlage eine Form nachgeschaltet. Darin unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel von den vorstehend erläuterten Anlagen zum Devulkanisieren.In the exemplary embodiment, the crosslinking temperature is 170 degrees Celsius. As long as the temperature in the extruder is sufficiently below the crosslinking temperature, the mixture can be processed very easily. With the above-described temperature control of the extruder, the temperature in the extruder can be easily controlled. In the exemplary embodiment, the temperature of the extruder is maintained at 145 degrees Celsius. In the exemplary embodiment, the extrusion plant is followed by a mold. Therein, the embodiment differs from the devulcanization systems explained above.
Zur Runderneuerung wird der vorher außen abgeschälte Altreifen in die Form gebracht. Dabei verbleibt zwischen Altreifen und Forminnenwand ein formgebender Hohlraum. In den formgebenden Hohlraum wird die bis dahin unvernetzte Mischung gebracht, die kurz vorher am Extruderende auf Vernetzungstemperatur gebracht worden ist, so daß in der Form die Vernetzung/Vulkanisierung und Verbindung des eingebrachten Materials mit dem Altreifen erfolgen kann.For retreading the previously peeled-off scrap tires is brought into the mold. It remains between used tires and mold inner wall a shaping cavity. In the shaping cavity, the hitherto uncrosslinked mixture is brought, which has been brought shortly before the end of the extruder to crosslinking temperature, so that in the form of crosslinking / vulcanization and compound of the introduced material can be done with the old tire.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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