DE102016013785A1

DE102016013785A1 - Reifendichtmittelmischvorrichtung

Info

Publication number: DE102016013785A1
Application number: DE102016013785.1A
Authority: DE
Inventors: Philippe Nicolas Joseph Renard; Giorgio Agostini; Jean Luc Dheur; Nicolas Robert VERDON; Patrycja POLINSKA
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-06-14
Also published as: US10124511B2; BR102016028670A2; US20180243945A1; US20170165872A1

Abstract

Es wird eine Misch- und Extrusionsvorrichtung für Kautschukmischungen oder Reifendichtmittelmaterialien offenbart. Die Vorrichtung umfasst einen Ausformextruder, der mit konischen konvergierenden Doppelschnecken (12) ausgerüstet ist, die sich in einer Mischkammer (16) befinden, die einen Eintragsbereich (24) mit relativ niedrigem Druck und einen Kanalisierungsbereich (26) mit relativ hohem Druck aufweist; einen entfernbaren Blindflansch (18) zum zeitweiligen Verschließen eines Auslasses (14) der Mischkammer (16), sodass Material in der Mischkammer (16) zum Umlaufen zwischen dem Kanalisierungsbereich (26) und dem Eintragsbereich (24) in der Mischkammer (16) gezwungen wird, wodurch die Mischkammer (16) auch als Compoundierkammer wirkt; und eine Einlassöffnung (32), die sich in dem Kanalisierungsbereich (26) mit relativ hohem Druck befindet, wobei die Einlassöffnung (32) zum Einbringen eines Streckmittels (34) während eines Mischens eines Reifendichtmittelmaterials oder einer Kautschukmischung in der Mischkammer (16) gestaltet ist.

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Das Mischen von Kautschukmischungen kann in verschiedenen Vorrichtungen vollzogen werden einschließlich Mischern vom Banbury-Typ, Extrudern und dergleichen. Eine spezifische Art von Mischern ist der konische Doppelschneckenextruder, auch als Ausformextruder oder Konusmischer bekannt, wie in US 7,556,419 B2 offenbart.
Reifendichtmittelmaterialien sind Kautschukmischungen, welche eine Vielfalt von Komponenten umfassen, einschließlich eines hohen Volumens an Streckmittel mit relativ niedriger Viskosität, wie etwa ein Öl oder ein Polymer, das eine relativ niedrige Molmasse hat oder flüssig ist. Ein vollständiges Mischen des Streckmittels mit den restlichen Bestandteilen in Konusmischern aus dem Stand der Technik ist schwierig und führt häufig zu unvollständigem Vermischen mit großen Mengen nicht eingearbeiteten Streckmittels.
Es wäre wünschenswert, über einen Konusmischer zu verfügen, der ein verbessertes Vermischen von Reifendichtmittelmaterialien vorsieht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung ist auf eine Misch- und Extrusionsvorrichtung gerichtet, die zum Mischen und der Extrusion von Reifendichtmittelmaterialien oder Kautschukmischungen verwendet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Draufsicht eines Mischers nach der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt eine Seitenansicht eines Mischers nach der vorliegenden Erfindung dar.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Offenbart wird eine Misch- und Extrudiermaschine für Reifendichtmittelmaterialien umfassend einen Ausformextruder, der mit konischen konvergierenden Doppelschnecken ausgerüstet ist, die sich in einer Mischkammer befinden, wobei die Kammer einen Eintragsbereich mit relativ niedrigem Druck und einen Kanalisierungsbereich mit relativ hohem Druck aufweist, einen entfernbaren Blindflansch zum zeitweiligen Verschließen des Auslasses der Mischkammer, sodass das Material zum Umlaufen zwischen dem Kanalisierungsbereich und dem Eintragsbereich in der Mischkammer gezwungen wird, wodurch die Kammer auch als Compoundierkammer wirkt, und eine in dem Hochdruck-Kanalisierungsbereich befindliche Einlassöffnung, wobei über die Einlassöffnung während des Mischens eines Reifendichtmittelmaterials ein Streckmittel einbringbar ist.
1 veranschaulicht eine Draufsicht eines Konusmischers. Der Konusmischer ist in vieler Hinsicht analog zu einem Mischer wie in US 7,556,419 B2 offenbart.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet der Mischer 10 zwei kämmende bzw. ineinander eingreifende konische Schnecken 12, die sich in der Mischkammer 16 befinden. Die konischen Schnecken 12 konvergieren zu dem Auslass 14 der Mischkammer 16 hin. Die konischen Schnecken 12 werden von einem Motor (nicht dargestellt) angetrieben, sodass sie im Gegendrehmodus rotieren. Der Dichtflansch 18 (in der offenen Position dargestellt) wird zum Schließen des Auslasses 14 verwendet und gestattet das Mischen zugesetzter Materialien (wie etwa Reifendichtmittelkomponenten) in der Mischkammer 16.
2 zeigt eine Seitenansicht des Mischers 10 mit dem Dichtflansch 18 in der geschlossenen Position. Die Mischkammer 16 öffnet sich durch die Eintragsöffnung 22 zu dem Aufgabe- bzw. Zuführbehälter 20. Die Mischkammer 16 beinhaltet die benachbart zu dem Aufgabebehälter 20 befindliche Eintragszone 24, und die benachbart zu dem Auslass 14 befindliche Kanalisierungszone 26. Die konischen Schnecken 12 verjüngen sich in einer Richtung, beginnend in der Eintragszone 24, zu dem Kanalisierungsbereich 26 hin. Die konischen Schnecken 12 haben in der Eintragszone 24 eine größere Steigung und größere Gangtiefe und in der Kanalisierungszone 26 eine kleinere Steigung und kleinere Gangtiefe, das heißt, Steigung und Gangtiefe der Schnecken verjüngt sich von der Eintragszone 24 zu der Kanalisierungszone 26 hin. Die konischen Schnecken 12 werden vom Motor 30 durch einen Eingriffmechanismus (nicht dargestellt) gedreht. Ist der Auslass des Mischers geschlossen, wie in 2 gezeigt, wird durch den Aufgabebehälter 20 eingebrachtes Material gezwungen, in der Mischkammer 16 während der Gegendrehung und des Ineinandereingreifens der konischen Schnecken 12 umzulaufen.
Während des Betriebs bei geschlossenem Dichtflansch 18, wie in 2 gezeigt, werden zu einer Kautschukmischung zu vermischende Materialien durch den Aufgabebehälter 20 geladen bzw. zugeführt und in die Mischkammer 16 eingespeist. Die Gegendrehung der konischen Schnecken 12 drückt zu vermischendes Material zu dem geschlossenen Auslass 14 und zu dem Dichtflansch 18 hin. Der Dichtflansch 18 zwingt das Material, von der Kanalisierungszone 26 rückwärts zu der Eintragszone 24 hin wieder umzulaufen. So wird ein ansteigender Druckgradient zwischen dem Eintragsbereich 24, mit relativ niedrigem Druck, und einer Kanalisierungszone 26 nahe dem Blindflansch, mit relativ hohem Druck, erhalten. Der Umlauf des Materials zwischen Bereichen mit variablem Druck gestattet das Mischen der Mischung.
Die Einlassöffnung 32 befindet sich in der Kanalisierungszone 26. Die Einlassöffnung 32 gestattet das Einbringen eines Streckmittels 34 mit relativ niedriger Viskosität, wie etwa Öl oder flüssiges Polymer, in die Kanalisierungszone 26 während der Rotation der konischen Schnecken 12, und Mischen des Materials. Die Einlassöffnung 32 kann aus einem Schlauch, Rohr oder einer anderen Leitung aufgebaut sein, die an dem Mischer 10 montiert ist, sodass extern zugeführtes Streckmittel 34, das durch die Öffnung 32 strömt, in fluider Kommunikation bzw. Verbindung mit der Kanalisierungszone 26 ist. Die Einlassöffnung 32 ist so konstruiert, dass sie dem angelegten Druck des Streckmittels widersteht. Dazu werden in der Technik bekannte Fertigungstechniken eingesetzt.
Der Eintrag des Streckmittels 34 in die Kanalisierungs-Hochdruckzone 26 durch die Einlassöffnung 32 erfordert, dass das Streckmittel 34 druckbeaufschlagt ist. Der Streckmitteldruck muss höher sein als der Druck des Materials, das in der Kanalisierungszone 26 gemischt wird, ansonsten wird das Material in die Öffnung 32 strömen. Das Streckmittel 34 wird unter Verwendung von Druckbeaufschlagungsausrüstung (nicht dargestellt) extern von dem Mischer 10 druckbeaufschlagt.
Die Einlassöffnung 34 ist mit einem Verschlussschieber (nicht dargestellt) ausgerüstet, der betreibbar ist, um das Einspritzen des Streckmittels während eines Teils des Mischzyklus zu gestatten. Das Streckmittel wird vor dem Öffnen des Schiebers (nicht dargestellt) druckbeaufschlagt und muss druckbeaufschlagt bleiben, bis der Schieber bei Vollendung der Streckmitteleinspritzung geschlossen wird.
Nach dem Mischen wird ein Ventil (nicht dargestellt) in dem Dichtflansch 18 geöffnet, und die konischen Schnecken 12 in Rotation drücken die Mischung durch das Ventil (nicht dargestellt).
Der Mischer 10 gestattet die Produktion von Kautschukmischungen, wie etwa Reifendichtmittel, aus individuell zu dem Mischer zugesetzten Rohmaterialien (Polymere, Füllstoffe, Vulkanisationshilfsmittel, Öle etc.).
Alternativ kann der Mischer 10 zum Mischen von Streckmittel mit einer Vormischung verwendet werden, die in einem Mischvorgang extern von dem Mischer 10 gemischt wird.
Insbesondere ist das Mischen einer Vormischung mit Streckmittel in dem Mischer 10 vorteilhaft.
In der Verwendung von Vormischungen liegen verschiedene Vorteile, wie etwa die Erleichterung der Dosierung verschiedener Komponenten, Staubkontrolle, und eine Verzögerung der Aushärtung. Eine Vormischung kann beispielsweise Kautschuk, Öl, Carbon Black (Ruß) und einen Teil Vulkanisationshilfsmittel, und kein oder nur einen kleinen Teil des Streckmittels enthalten. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Mischzeit 50% bis 100% länger ist, wenn eine Vormischung in einem Konusmischer des Standes der Technik (d. h. einem Mischer, wie beispielsweise in US 7,556,419 B2 offenbart) verwendet wird, verglichen mit dem Mischen individuell zugesetzter Komponenten.
Es wird davon ausgegangen, dass die Verlängerung der Mischzeit für eine Vormischung in einem Mischer des Standes der Technik mit der Schwierigkeit zusammenhängt, das Streckmittel mit niedrigerer Viskosität in die Vormischungsverbindung mit höherer Viskosität einzuarbeiten. Bei dem Mischer des Standes der Technik wird Streckmittel oben auf die Vormischungsverbindung, die gerade gemischt wird, in die Eintragszone hinein zugesetzt. An einem Punkt während des Zusetzens des Streckmittels zerfallen das Streckmittel und die gemischte Verbindung in zwei Phasen: Die erste Phase besteht aus Kautschukagglomeraten mit einer Größe von 3 bis 5 cm und ist umgeben von einer zweiten Phase aus flüssigem Streckmittel. Wenn die Charge in solch ein Zweiphasensystem übergeht, wird beobachtet, dass die Stromstärke des Antriebsmotors um 20 bis 60% fällt, was einen Verlust an Mischeffizienz andeutet.
Simulationsstudien haben gezeigt, dass die Scherkräfte in der Eintragszone der Mischkammer am niedrigsten sind. Die Materialgeschwindigkeit und der Druck sind in diesem Bereich ebenfalls am niedrigsten. Diese Simulation hat auch gezeigt, dass nur ein mäßiger Austausch von Materialien zwischen der Kanalisierungszone, wo Geschwindigkeit und Druck hoch sind, und der Eintragszone, wo Geschwindigkeit und Druck niedrig sind, stattfindet.
Das Hinzufügen der Einlassöffnung 32 in der Kanalisierungszone gestattet eine Modifikation des Einspritzpunkts des Streckmittels im Vergleich mit dem Stand der Technik. Statt Streckmittel oben auf die Mischverbindung in der Eintragszone der Mischkammer zuzusetzen, ist nun der Einspritzpunkt in der Hochdruck-Kanalisierungszone angeordnet.
Simulationsstudien haben weiter gezeigt, dass in dem Bereich der Kanalisierungszone eine Vorwärtsbewegung des Materials vorliegt, welche die Mischungen in den Bereich zwingt, wo Druck und Geschwindigkeit am höchsten sind. Das Einbringen von Streckmittel am Einlass des Bereichs mit der höchsten Geschwindigkeit und dem höchsten Druck erleichtert die Einarbeitung von Streckmittel durch die Mischverbindung und verbessert somit die Dispersion des Streckmittels und verringert die Zykluszeit.
Die Dichtmittelzusammensetzung kann aus gleich welchen von verschiedenen Dichtmittelzusammensetzungen, wie sie in der Technik bekannt sind, bestehen. Die Dichtmittelzusammensetzung kann eine Vielfalt von Komponenten beinhalten einschließlich mindestens eines eines Elastomers, eines thermoplastischen Elastomers, eines Ionomers, eines Polybutens als Streckmittel, eines Öls als Streckmittel, und eines klebrigmachenden Harzes. Nach Wunsch können auch Vulkanisationshilfsmittel und Füllstoffe in dem Dichtmittel enthalten sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Dichtmittel ein Elastomer und ein flüssiges Polymer- oder Öl-Streckmittel, und geeignetes Vulkanisationshilfsmittel. Geeignete Dichtmittelzusammensetzungen dieses Typs sind in US 6,303,694 B2 und US 8,821,982 B2 offenbart. Spezieller umfasst ein Dichtmittel dieses Typs einen Butylkautschuk, ein Polybuten und ein chinoides Vulkanisationshilfsmittel.
In einer Ausführungsform umfasst das Dichtmittel ein thermoplastisches Elastomer und ein flüssiges Polymer- oder Öl-Streckmittel. Geeignete Dichtmittelzusammensetzungen dieses Typs sind in US 8,871,852 B2 , US 8,573,271 B2 , US 8,602,075 B2 , EP 2 125 949 A1 und CN-A-100 594 225 offenbart. Spezieller umfasst ein Dichtmittel dieses Typs ein thermoplastisches SEBS(Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol)-Elastomer und ein Polybuten.
Im Anschluss an das Mischen der Dichtmittelkomponenten in dem Mischer 10 und jedweder erforderlichen Reaktion und Vulkanisation wird die Dichtmittelzusammensetzung auf die der Innenisolierungslage eines vulkanisierten Reifens aufgebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7556419 B2 [0001, 0010, 0021]
US 6303694 B2 [0027]
US 8821982 B2 [0027]
US 8871852 B2 [0028]
US 8573271 B2 [0028]
US 8602075 B2 [0028]
EP 2125949 A1 [0028]
CN 100594225 A [0028]

Claims

Misch- und Extrusionsvorrichtung für Kautschukmischungen oder Reifendichtmittelmaterialien, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Ausformextruder, der mit konischen konvergierenden Doppelschnecken (12) ausgerüstet ist, die sich in einer Mischkammer (16) befinden, die einen Eintragsbereich (24) mit relativ niedrigem Druck und einen Kanalisierungsbereich (26) mit relativ hohem Druck aufweist; einen entfernbaren Blindflansch (18) zum zeitweiligen Verschließen eines Auslasses (14) der Mischkammer (16), sodass Material in der Mischkammer (16) zum Umlaufen zwischen dem Kanalisierungsbereich (26) und dem Eintragsbereich (24) in der Mischkammer (16) gezwungen wird, wodurch die Mischkammer (16) auch als Compoundierkammer wirkt; und eine Einlassöffnung (32), die sich in dem Kanalisierungsbereich (26) mit relativ hohem Druck befindet, wobei die Einlassöffnung (32) zum Einbringen eines Streckmittels (34) während eines Mischens eines Reifendichtmittelmaterials oder einer Kautschukmischung in der Mischkammer (16) gestaltet ist.
Misch- und Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einlassöffnung (32) einen Verschlussschieber umfasst.
Misch- und Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Streckmittel (34) eine druckbeaufschlagte Flüssigkeit ist.
Misch- und Extrusionsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vorderende der konischen Schnecken (12) bei Betrieb den verschließenden Blindflansch (18) streift.
Misch- und Extrusionsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zur Gegendrehung der konischen Schnecken (12) konfiguriert ist.