DE102018220593A1

DE102018220593A1 - Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen, Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugluftreifen sowie die Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018220593A1
Application number: DE102018220593.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Pfaff; Thomas Völker
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen, umfassend mindestens eine Vorrichtungskammer und mindestens ein innerhalb der einen Vorrichtungskammer angeordnetes Mischwerkzeug, wobei das eine oder das mindestens eine Mischwerkzeug mindestens einen ersten Mischwerkzeugsteg, mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg und eine Werkzeugachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Mischwerkzeugsteg sich vom mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg unterscheidet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugluftreifen sowie die Verwendung der Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen, umfassend mindestens eine Vorrichtungskammer und mindestens ein innerhalb der einen Vorrichtungskammer angeordnetes Mischwerkzeug, wobei das eine oder das mindestens eine Mischwerkzeug mindestens einen ersten Mischwerkzeugsteg, mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg und eine Werkzeugachse aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugluftreifen sowie die Verwendung der Vorrichtung.
Aufgrund der momentanen Entwicklungen bei der Reifenherstellung führen neuartige Rezepturen der Kautschukmischungen häufig zu Mischungen, welche nur schwer zu mischen und umzuformen sind. Diese schwer zu mischenden Kautschukmischungen konnten häufig mittels erhöhter Herstellungstemperaturen verarbeitet werden. Jedoch kann die Herstellungstemperatur nicht beliebig erhöht werden, da es sonst zum sogenannten „Pre-Scorch“ kommt. Zu einem „Pre-Scorch“ kommt es zudem häufig dann, wenn die Kautschukmischungen nicht homogen vermischt werden und partial überhitzen. Zudem wird die Temperaturverteilung nach dem Umformungsprozess breiter. Dieses Problem liegt insbesondere bei den neuartigen Rezepturen der schwer zu mischenden Kautschukmischungen vor. Außerdem kann es zusätzlich zu Druckschwankungen kommen. Aus den vorstehend genannten Schwierigkeiten gibt es insbesondere beim Extrudieren das Problem, dass das Extrudat von der gewünschten Geometrie und dem Zielgewicht abweichen kann und als folge entsorgt werden muss. Dies belastet die Umwelt unnötig.
Bei den neuartigen Rezepturen wird die Viskosität der Kautschukmischungen häufig mithilfe zusätzlicher Mischstufen verringert. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Herstellungsprozess um mehrere Stunden verlängert werden kann und dass die zusätzlichen Mischstufen bestimmte Materialeigenschaften verschlechtern können, wie beispielsweise den Rollwiderstand. Die Zugabe von chemischen Prozesshilfsmitteln zur Verringerung der Viskosität der Kautschukmischungen ist aus umweltrelevanten und Qualitätsgründen nachteilig.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen bereitzustellen, mit der Probleme wie die inhomogene Verteilung der Bestandteile in einer Kautschukmischung, wie die Druckschwankungen während des Mischens einer Kautschukmischung und/oder wie die Schwankungen in der Geometrie der fertig gemischten oder extrudierten Kautschukmischung im Vergleich zu bekannten Verfahren zumindest reduziert werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen, umfassend

- mindestens eine Vorrichtungskammer und
- mindestens ein innerhalb der einen Vorrichtungskammer angeordnetes Mischwerkzeug, wobei das eine oder das mindestens eine Mischwerkzeug
- - mindestens einen ersten Mischwerkzeugsteg,
- - mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg und
- - eine Werkzeugachse des Mischwerkzeuges
aufweist,

Es ist eine besondere Leistung der vorliegenden Erfindung herausgefunden zu haben, dass für Kautschukmischungen allgemein, insbesondere jedoch für hochviskose oder kalte Kautschukmischung, durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Mischwerkzeugstege an eine Mischwerkzeug oder in einer Vorrichtungskammer die vorstehend beschriebenen oder im Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder gar vermeidet.
Ohne an eine wissenschaftliche Theorie gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass die Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme und die Verbesserung der Qualität einer mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Kautschukmischung unter anderem dadurch erreicht werden, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Füllstoff-Agglomerate in der fertig gemischten oder extrudierten Kautschukmischung kleiner sind als in Kautschukmischungen, welche mit einer nicht erfindungsmäßen Vorrichtung hergestellt wurden. Ein kleinerer durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Füllstoff-Agglomerate in der fertig gemischten oder extrudierten Kautschukmischung führt zu geringeren Abweichungen des extrudierten Kautschukprofils. Dies stellt einen großen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar.
Zudem führt eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Kautschukmischung zu einem Fahrzeugluftreifen, welcher bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling aufweist.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Füllstoff-Agglomerate bezieht sich hierbei auf den mittleren flächenäquivalenten Durchmesser der Sekundärpartikel und nicht auf den Durchmesser der Primärpartikel, da Primärpartikel mit einer Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen nicht zerkleinert werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser auf verschiedene Weisen ermittelt werden, wobei die drei folgenden Methoden A), B) und C) in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt sind:

A) Bevorzugt wird der „durchschnittliche Partikeldurchmesser“ durch den Filtertest nach DIN EN 13900-5 oder ISO 23900-5 bestimmt. Hierbei wird der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Sekundärpartikel häufig auch als Korngröße bezeichnet.
B) Besonders bevorzugt wird der „durchschnittliche Korngröße “ durch Oberflächenreflexion an frischen Schnittkanten von Gummiproben (DisperGRADER™) nach ISO 11345 (Methoden C, D und E) oder ASTM D7723 bestimmt.
C) Ganz besonders bevorzugt wird der „durchschnittliche Partikeldurchmesser“ durch einen arithmetischen Mittelwert von Messwerten ermittelt, die durch Messen des flächengleichen Kreisdurchmessers (Heywood-Durchmesser) von zufällig ausgewählten 10 oder mehr Partikeln mit Hilfe eines Rastertransmissions-Elektronenmikroskops (STEM), einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX), etc. erhalten werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Mischen einer Kautschukmischung“ auch das Extrudieren, Plastifizieren, Mastifizieren oder Kneten einer Kautschukmischung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Kautschukmischung“ daher auch gemischte, extrudierte, plastifizierte, mastifizierte oder geknetete Kautschukmischungen sowie einen Kautschukmischungsbatch, welcher eine gemischte Kautschukmischung ist, und ein Kautschukprofil oder Extrudat, welche extrudierte Kautschukmischungen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Mischrichtung“ daher auch die Extrusionsrichtung und der Ausdruck „Vorrichtungskammer“ auch eine Extrusionskammer.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Vorschub der Kautschukmischung“ bevorzugt die Erzeugung der Bewegung der Kautschukmischung in Mischrichtung oder auch Extrusionsrichtung oder auch Förderrichtung innerhalb der Vorrichtungskammer.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Zahnrad-Pumpe mit mindestens einem Mischzahn eines Zahnrads, ein Extruder mit mindestens einem Schneckensteg einer Extruderschnecke oder ein Mischer mit mindestens einem Rotorsteg eines Rotors ist. Bevorzugt ist eine Zahnrad-Pumpe, wobei die Zahnrad-Pumpe drei Mischachsen für zwei Zahnräder und einen separaten Mischigel aufweist und die Mischachse des Mischigels die Werkzeugachse mit dem ersten und dem zweiten Mischwerkzeugsteg darstellt.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere die Verwendung von zwei unterschiedlichen Schneckenstegen auf einer Extruderschnecke als Beispiel eines Mischwerkzeugs die vorstehend beschriebenen oder im Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder gar vermeidet.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtungskammer eine Einzugs- und eine Auswurföffnung für eine Kautschukmischung aufweist, wobei

- der eine erste Mischwerkzeugsteg des einen Mischwerkzeuges in Mischrichtung räumlich vor einen oder dem mindestens einem zweiten Mischwerkzeugsteg an der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs

- der eine zweite Mischwerkzeugsteg des einen Mischwerkzeuges in Mischrichtung räumlich nach einen oder dem mindestens einem ersten Mischwerkzeugsteg an der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die räumliche Separation des mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege von den zweiten Mischwerkzeugstege die vorstehend beschriebenen oder im Stand der Technik bekannten Probleme noch weiter reduziert werden können im Vergleich zu Mischwerkzeugen ohne diese räumliche Separation. Durch den vorstehenden Aspekt wird insbesondere sichergestellt, dass genügend Vorschub erzeugt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verläuft die Mischrichtung in der Vorrichtungskammer von der Einzugsöffnung zur Auswurföffnung entlang des Mischwerkzeuges.
Ganz besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben oder wie vorstehend als besonders bevorzugt beschrieben, wobei

- der mindestens eine erste Mischwerkzeugsteg zum Vorschub der Kautschukmischung geeignet ist, bevorzugt nicht zum Mischen der Kautschukmischung geeignet ist,

- der mindestens eine zweite Mischwerkzeugsteg zum Mischen der Kautschukmischung geeignet ist, bevorzugt nicht zum Vorschub der Kautschukmischung geeignet ist.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass mittels der vorstehend beschriebenen räumlichen Separation ein ausreichender Vorschub der Kautschukmischung durch die ersten Mischwerkzeugstege garantiert werden kann und die zweiten Mischwerkzeugstege dafür sorgen, dass die fertig gemischte oder extrudierte Kautschukmischung die vorstehend beschriebenen oder im Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder gar vermeidet. Die zweiten Mischwerkzeugstege bewirken, dass die Kautschukmischung vor der Auswurföffnung zusätzlich vermischt wird und somit formstabiler beim Austritt aus der Auswurföffnung ist.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei Vorrichtung ein, zwei, drei, vier, fünf, oder sechs, sieben, acht, neun oder zehn erste Mischwerkzeugstege und/oder zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, oder zehn, 11 bis 20, 21 bis 40, 41 bis 80, 81 bis 100, 101 bis 120, 121 bis 144 zweite Mischwerkzeugstege aufweist.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der mindestens eine zweite Mischwerkzeugsteg des einen Mischwerkzeuges an der in Mischrichtung hinteren Viertel der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs angeordnet ist, bevorzugt an dem in Mischrichtung hinteren Fünftel der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs, besonders bevorzugt an dem in Mischrichtung hinteren Zehntel der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass je weiter hinten die zweiten Mischwerkzeugstege zum Mischen angeordnet ist, desto besser können die vorstehend beschriebenen oder im Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder gar vermeidet, da die Kautschukmischung vor der Auswurföffnung zusätzlich vermischt wird und somit formstabiler beim Austritt aus der Auswurföffnung ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck „hinteres Drittel/Viertel“ auf das Drittel/Viertel des Mischwerkzeuges, welches näher an der Auswurföffnung ist bzw. welches in Mischrichtung hinter dem anderen Teil des Mischwerkzeuges liegt.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Werkzeugachse in erste Mischsegmente und in zweite Mischsegmente unterteilt ist und die mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege ausschließlich in den ersten Mischsegmente und die mindestens einen zweiten Mischwerkzeugstege ausschließlich in den zweiten Mischsegmente angeordnet sind, wobei bevorzugt alternierend zwei erste Mischsegmente und zwei zweite Mischsegmenten entlang der Werkzeugachse angeordnet sind.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die vorstehend beschriebenen ersten Mischwerkzeugstege für einen besonders guten Vorschub sorgen und somit die Kautschukmischung von den zweiten Mischwerkzeugstege noch besser vermischt werden kann. Dies löst die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe noch besser.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der eine oder jeder der mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege spiral um die Werkzeugachse herum verlaufend angeordnet ist, wobei bevorzugt die Spiralebene des einen oder jedes der mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege eine Steigung oder einen Schnittwinkel β im Bereich von 5° bis 75° aufweist, bevorzugt einen Winkel im Bereich von 10° bis 60°, besonders bevorzugt einen Winkel im Bereich von 10° bis 40°.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass die vorstehend beschriebenen ersten Mischwerkzeugstege für einen besonders guten Vorschub sorgen und somit die Kautschukmischung von den zweiten Mischwerkzeugstege noch besser vermischt werden kann. Dies löst die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe noch besser.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verläuft die Querschnittebene eines ersten Mischwerkzeugsteges immer entlang seiner beiden längsten Längserstreckungen und ist nie parallel zur Werkzeugachse.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der eine oder jeder der mindestens einen zweiten Mischwerkzeugstege einen ersten Querschnitt in Form eines geraden oder gebogenen Fingers und/oder einen zweiten zum ersten Querschnitt senkrecht ausgerichteten Querschnitt in Form eines Rechtecks oder mit einer halbelliptischen Form aufweist.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass solche zweiten Mischwerkzeugstege ein besonders gutes Durchmischen der Kautschukmischung erzielen und somit die vorstehend beschriebenen Probleme nicht aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verläuft die Ebene des ersten Querschnitts eines zweiten Mischwerkzeugsteges bevorzugt senkrecht zur Drehachse des Mischwerkzeuges.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verläuft die Ebene des zweiten Querschnitts eines zweiten Mischwerkzeugsteges bevorzugt senkrecht zur Ebene des ersten Querschnittes des zweiten Mischwerkzeugsteges und parallel zur Drehachse des Mischwerkzeuges.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Vorrichtung mehr als einen zweiten Mischwerkzeugsteg aufweist und ein Teil, die Hälfte, die Mehrheit oder Gesamtheit der zweiten Mischwerkzeugstege in einer, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn zur Werkzeugachse senkrechten Quersparten an der Werkzeugachse angeordnet sind, wobei bevorzugt drei, vier, fünf zweite Mischwerkzeugstege in jeder Quersparte angeordnet sind, wobei besonders bevorzugt die zweiten Mischwerkzeugstege einen ersten Querschnitt in Form eines gebogenen Fingers und/oder einen zweiten zum ersten Querschnitt senkrecht ausgerichteten Querschnitt in Form eines Rechtecks oder mit einer halbelliptische Form aufweisen.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die vorstehend beschriebenen Formen der zweiten Mischwerkzeugstege eine besonders gute Durchmischung der Kautschukmischung erfolgt und somit die vorstehend beschriebenen Probleme besonders stark im Vergleich mit Mischwerkzeugen andere Formen reduziert oder vermeidet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweiten Mischwerkzeugstege in den vorstehend beschriebenen Quersparten angeordnet sind und zwischen diesen Quersparten jeweils immer Segmente mit ersten Mischwerkzeugstege angeordnet sind, sodass eine in Mischrichtung laufende Kautschukmischung abwechselnd einen Vorschub durch die ersten Mischwerkzeugstege und eine Vermischung durch die zweiten Mischwerkzeugstege erfährt.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Biegerichtung des ersten Querschnitts der zweiten Mischwerkzeugstege in Form eines gebogenen Fingers in und/oder entgegen zeigt. Ganz besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Biegerichtung des ersten Querschnitts in Form eines gebogenen Fingers in und entgegen der Drehrichtung des Mischwerkzeugs zeigt, wobei die zweiten Mischwerkzeugstege in einer Quersparte so angeordnet sind, dass die Biegerichtung des ersten Querschnitts der zweiten Mischwerkzeugstege alternierend in und entgegen der Drehrichtung des Mischwerkzeuges zeigen.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass bei einer Biegerichtung in der Drehrichtung des Mischwerkzeuges um die Werkzeugachse eine besonders gute Durchmischung der Kautschukmischung erfolgt und somit die vorstehend beschriebenen Probleme besonders stark im Vergleich mit Mischwerkzeugen mit anderen Formen reduziert oder vermeidet.
In besonders hohem Maße bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, umfassend:

- mindestens eine Vorrichtungskammer

- mindestens ein innerhalb der einen Vorrichtungskammer angeordnetes Mischwerkzeug, wobei das eine oder das mindestens eine Mischwerkzeug
- - mindestens einen ersten Mischwerkzeugsteg,
- - mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg und
- - eine Werkzeugachse
aufweist,

- die Vorrichtung ein Extruder ist mit mindestens einem Schneckensteg einer Extruderschnecke ist, das Mischwerkzeug die Extruderschnecke mit einer Werkzeugachse ist und der Mischwerkzeugsteg der Schneckensteg ist,
- die Vorrichtungskammer eine Einzugs- und eine Auswurföffnung für eine Kautschukmischung aufweist, wobei
- die Mehrzahl oder sämtliche der ersten Mischwerkzeugstege des einen Mischwerkzeuges in Mischrichtung räumlich vor sämtlichen zweiten Mischwerkzeugsteg an der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs

- die Mehrzahl oder sämtliche der zweiten Mischwerkzeugstege des einen Mischwerkzeuges in Mischrichtung räumlich nach sämtlichen ersten Mischwerkzeugsteg an der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs

- sämtliche der ersten Mischwerkzeugsteg zum Vorschub der Kautschukmischung geeignet ist,
- sämtliche der zweiten Mischwerkzeugsteg zum Mischen der Kautschukmischung geeignet ist,
- die Vorrichtung mindestens zwei erste Mischwerkzeugstege und mindestens 15 bis 30 zweite Mischwerkzeugstege aufweist,
- der mindestens eine zweite Mischwerkzeugsteg des einen Mischwerkzeuges an dem in Mischrichtung hinteren Zehntel der Werkzeugachse des Mischwerkzeugs angeordnet ist,
- die Mehrzahl oder sämtliche der ersten Mischwerkzeugstege spiral um die Werkzeugachse herum verlaufend angeordnet ist, wobei die Spiralebene des einen oder jedes der mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege eine Steigung oder einen Schnittwinkel ß im Bereich von 40° bis 60° aufweist,

- die Mehrzahl oder sämtliche der zweiten Mischwerkzeugstege einen ersten Querschnitt in Form eines gebogenen Fingers und einen zweiten zum ersten Querschnitt senkrecht ausgerichteten Querschnitt in Form eines Rechtecks aufweist.

Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen gelten auch für sämtliche Aspekte eines nachstehend beschriebenen Verfahrens und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte erfindungsgemäßer Verfahren gelten entsprechend für sämtliche Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugluftreifen, umfassend die folgenden Schritte:

A) Bereitstellen oder Herstellen einer Kautschukmischung,
B) Füllen einer Vorrichtungskammer, bevorzugt einer Vorrichtungskammer einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, mit der Kautschukmischung,
C) Mischen, insbesondere Extrudieren oder Vorschieben, der Kautschukmischung in der Vorrichtungskammer der Vorrichtung mittels der ersten Mischwerkzeugstege des einen oder des mindestens einen Mischwerkzeugs,
D) Mischen der Kautschukmischung in der Vorrichtungskammer der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mittels der zweiten Mischwerkzeugstege des einen oder des mindestens einen Mischwerkzeugs

E) Ausformen der in Schritt D) gemischten Kautschukmischung zu einem Endlos-Streifen zur Herstellung eines Reifenbauteils sowie Herstellen und Einbauen des Reifenbauteils in einen Fahrzeugluftreifen.

Vorteilhaft ist das der aus einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrzeugluftreifen bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling aufweist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei
die Kautschukmischung in Schritt B) zumindest teilweise eine Temperatur im Bereich von 20 °C bis 150 °C aufweist, bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 120 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 70 °C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 40 °C
und/oder
die Kautschukmischung unmittelbar nach Schritt D) zumindest teilweise eine Temperatur im Bereich von 60 °C bis 150 °C aufweist, bevorzugt im Bereich von 80 °C bis 145 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 100 °C bis 140 °C.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die in Schritt A) hergestellte oder bereitgestellte Kautschukmischung Füllstoffe wie Ruß und/oder Silica in einer Gesamtmenge im Bereich von 0 bis 200 phr, bevorzugt im Bereich von 40 bis 100 phr umfasst und

- die durchschnittliche Korngröße der Füllstoffpartikel in der Kautschukmischung in Schritt B) im Bereich von 1 mm bis 8 nm liegt, bevorzugt im Bereich von 10 µm bis 100 nm,

- die durchschnittliche Korngröße der Füllstoffpartikel in der in Schritt D) resultierenden Kautschukmischung mindestens 10 nm kleiner ist, bevorzugt mindestens 100 nm, besonders bevorzugt mindestens 1 µm, oder im Bereich von 8 µm bis 8 nm liegt, bevorzugt im Bereich von 5 µm bis 50 nm.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere die vorstehend beschriebenen Kautschukmischungen zu den vorstehend beschriebenen Problemen führen und somit in einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut reduziert oder vermieden werden können. Die resultierenden Fahrzeugreifen weisen bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling auf.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser auf verschiedene Weisen ermittelt werden, wobei die drei vorstehenden Methoden A), B) und C) in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt sind.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei
die Kautschukmischung in Schritt B) keine Temperaturunterschiede in den verschiedenen Teil der Kautschukmischung von größer als 10 K, bevorzugt von größer als 5 K, besonders bevorzugt von größer als 2 K, aufweist
und/oder
die Kautschukmischung unmittelbar nach Schritt D) keine Temperaturunterschiede in den verschiedenen Teil der Kautschukmischung von größer als 10 K, bevorzugt von größer als 5 K, besonders bevorzugt von größer als 2 K, aufweist.
Nur mithilfe einer erfindungsmäßen Vorrichtung können solche kleinen Temperaturunterschiede erreicht werden.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 30 MU bis 160 MU aufweist, bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 80 MU oder bevorzugt im Bereich von 50 MU bis 100 MU, besonders bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 55 MU oder m Bereich von 60 MU bis 85 MU.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere die vorstehend beschriebenen Kautschukmischungen zu den vorstehend beschriebenen Problemen führen und somit in einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut reduziert oder vermieden werden können. Die resultierenden Fahrzeugreifen weisen bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling auf.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 40 MU bis 80 MU, bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 55 MU, aufweist und das Reifenbauteil in Schritt E) ein Laufstreifen oder ein Teil eines Laufstreifens eines Winterreifens ist und der hergestellte Fahrzeugluftreifen ein Winterluftreifen ist.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere die vorstehend beschriebenen Kautschukmischungen zu den vorstehend beschriebenen Problemen führen und somit in einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut reduziert oder vermieden werden können. Die resultierenden Fahrzeugreifen weisen bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling auf.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 50 MU bis 100 MU, bevorzugt im Bereich von 60 MU bis 85 MU, aufweist und das Reifenbauteil in Schritt E) ein Laufstreifen oder ein Teil eines Laufstreifens eines Sommerreifens ist und der hergestellte Fahrzeugluftreifen ein Sommerluftreifen ist.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere die vorstehend beschriebenen Kautschukmischungen zu den vorstehend beschriebenen Problemen führen und somit in einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut reduziert oder vermieden werden können. Die resultierenden Fahrzeugreifen weisen bessere Werte im Schnee-, Nass- oder Trocken-Handling auf.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Kautschukmischung unmittelbar nach Schritt D) eine ähnliche oder gleiche Mooney-Viskosität aufweist wie die Kautschukmischung in Schritt B).
Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von Kautschukmischungen gelten auch für sämtliche Aspekte einer nachstehend beschriebenen Verwendung und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte erfindungsgemäßer Verwendungen gelten entsprechend für sämtliche Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von Kautschukmischungen.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben oder der ersten und/oder zweiten Mischwerkzeuge wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben

- zum Mischen von Kautschukmischungen,
- zur Verkleinerung der Agglomerate von Füllstoffen in Kautschukmischungen

- zur Verbesserung der Temperaturverteilung im Extrudat.

Figurenliste

1: Seitenansicht auf eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Vorrichtungskammer im Profil, wobei die Drehachse der Werkzeugachse in der Bildebene liegt;
2: Querschnittsansicht eines schematisch dargestellten Mischwerkzeuges einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Drehachse der Werkzeugachse senkrecht zur Bildebene und die Querschnittsebene entlang der Ebene 15 aus 1 verläuft.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform umfassend eine Extrusionskammer 2, ein Schneckengehäuse 3 mit einer Einzugsöffnung 8 und einer Auswurföffnung 9 sowie einer Extruderschnecke 4. Die Extruderschnecke 4 weist dabei zwei erste Mischwerkzeugstege 5 , d.h. es liegt eine zweigängige Extruderschnecke vor, in der Quersparte 12 und neun zweite Mischwerkzeugstege 6 (nur sechs der neun zweiten Mischwerkzeugsteg 6 davon sind in 1 schematisch dargestellt) in den drei Quersparten 13 auf, wobei die zweiten Mischwerkzeugstege 6 in Förderrichtung 17 im hinteren Viertel der Extruderschnecke 4 und die ersten Mischwerkzeugstege 5 in den ersten drei Vierteln angeordnet sind. Die zwei erste Mischwerkzeugstege 5 sind spiral um die Werkzeugachse 7 herum verlaufend angeordnet ist, wobei die ersten Mischwerkzeugstege 5 so angeordnet sind, dass die Werkzeugachse 7 mit der Spiralebene 14 einen Schnittwinkel β von 50° aufweist. Der erste Querschnitt des zweiten Mischwerkzeugsteges 6 weist jeweils entlang der Ebene 15 die Form eines gebogenen Fingers auf, wobei die Biegerichtung 18 des gebogenen Fingers eines jeden Mischwerkzeugsteges 6 des zweiten Mischwerkzeuges wie in 2 dargestellt in die Drehrichtung 19 des Mischwerkzeuges 4 zeigt. Durch das Drehen der Werkzeugachse 7 bewirken ausschließlich die Mischwerkzeugstege 5 des ersten Mischwerkszeuges einen Vorschub der Kautschukmischung. Durch das Drehen der Werkzeugachse 7 bewirken die zweiten Mischwerkzeugstege 6 ein Durchmischen der Kautschukmischung. In einer nicht dargestellten bevorzugten Ausführungsform würde das Mischwerkzeug 4 nacheinander alternierend mehrere Quersparten mit ersten Mischwerkzeugstege 5 und zweiten Mischwerkzeugstege 6 aufweisen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Mischwerkzeuges 4 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 entlang der Ebene 15 wie in 1 dargestellt. Dargestellt sind in 2 die Werkzeugachse 7 und die zweiten Mischwerkzeugstege 6, wobei drei zweite Mischwerkzeugstege 6 in einer zur Werkzeugachse 7 senkrechten Ebene 15 angeordnet sind. Zu sehen ist in 2, dass die zweiten Mischwerkzeugstege 6 die Form eines gebogenen Fingers aufweisen, wobei die Biegerichtung 18 des gebogenen Fingers eines jeden zweiten Mischwerkzeugsteges 6 in die Drehrichtung 19 des Mischwerkzeuges 4 zeigt. Auch dargestellt ist die Ebene 16 des zweiten Querschnitts eines zweiten Mischwerkzeuges Steges 6.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung; Extruder
2: Vorrichtungskammer; Extrusionskammer
3: Vorrichtungsgehäuse; Schneckengehäuse
4: Mischwerkzeug; Extruderschnecke
5: erster Mischwerkzeugsteg
6: zweiter Mischwerkzeugsteg; Mischsteg in Form eines gebogenen Fingers
7: Werkzeugachse des Mischwerkzeuges; Schneckenachse; Schneckenwelle
8: Einzugsöffnung
9: Auswurföffnung
10: Mischrichtung, Förderrichtung, Extrusionsrichtung
11: Schnittwinkel β der Spiralebene des ersten Mischwerkzeugsteges
12: zur Werkzeugachse senkrechten Quersparte des ersten Mischwerkzeugsteges
13: zur Werkzeugachse senkrechten Quersparte des zweiten Mischwerkzeugsteges
14: Ebene des Querschnitts des ersten Mischwerkzeugsteges
15: Ebene des ersten Querschnitts eines zweiten Mischwerkzeugsteges
16: Ebene des zweiten Querschnitts eines zweiten Mischwerkzeugsteges
18: Biegerichtung
19: Drehrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 13900-5 [0010]
ISO 23900-5 [0010]

Claims

Vorrichtung zum Mischen von Kautschukmischungen, umfassend - mindestens eine Vorrichtungskammer (2) und - mindestens ein innerhalb der einen Vorrichtungskammer (2) angeordnetes Mischwerkzeug (4), wobei das eine oder das mindestens eine Mischwerkzeug (4) - mindestens einen ersten Mischwerkzeugsteg (5), - mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg (6) und - eine Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeuges (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Mischwerkzeugsteg (5) sich vom mindestens einen zweiten Mischwerkzeugsteg (6) unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) eine Zahnrad-Pumpe mit mindestens einem Mischzahn eines Zahnrads, ein Extruder mit mindestens einem Schneckensteg einer Extruderschnecke oder ein Mischer mit mindestens einem Rotorsteg eines Rotors ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei - der mindestens eine erste Mischwerkzeugsteg (5) zum Vorschub der Kautschukmischung geeignet ist und bevorzugt nicht zum Mischen der Kautschukmischung geeignet ist, und/oder - der mindestens eine zweite Mischwerkzeugsteg (6) zum Mischen der Kautschukmischung geeignet ist und bevorzugt nicht zum Vorschub der Kautschukmischung geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungskammer (2) eine Einzugs- und eine Auswurföffnung (8, 9) für eine Kautschukmischung aufweist, wobei - der eine erste Mischwerkzeugsteg (5) des einen Mischwerkzeuges (4) in Mischrichtung (10) räumlich vor einen oder dem mindestens einem zweiten Mischwerkzeugsteg (6) an der Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeugs (4) und/oder - der eine zweite Mischwerkzeugsteg (6) des einen Mischwerkzeuges (4) in Mischrichtung (10) räumlich nach einen oder dem mindestens einem ersten Mischwerkzeugsteg (5) an der Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeugs (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) - ein, zwei, drei, vier, fünf, oder sechs, sieben, acht, neun oder zehn erste Mischwerkzeugstege (5) und/oder - zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, oder zehn, 11 bis 20, 21 bis 40, 41 bis 80, 81 bis 100, 101 bis 120, 121 bis 144 zweite Mischwerkzeugstege (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Mischwerkzeugsteg (6) des einen Mischwerkzeuges (4) an der in Mischrichtung (10) hinteren Viertel der Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeugs (4) angeordnet ist, bevorzugt an dem in Mischrichtung (10) hinteren Fünftel der Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeugs (4), besonders bevorzugt an dem in Mischrichtung (10) hinteren Zehntel der Werkzeugachse (7) des Mischwerkzeugs (4).
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der eine oder jeder der mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege (5) spiral um die Werkzeugachse (7) herum verlaufend angeordnet ist, wobei bevorzugt die Spiralebene des einen oder jedes der mindestens einen ersten Mischwerkzeugstege (5) einen Schnittwinkel β (11) im Bereich von 5° bis 75° aufweist, bevorzugt einen Schnittwinkel ß (11) im Bereich von 10° bis 60°, besonders bevorzugt einen Schnittwinkel ß (11) im Bereich von 10° bis 40°.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der eine oder jeder der mindestens einen zweiten Mischwerkzeugstege (6) einen ersten Querschnitt in Form eines geraden oder gebogenen Fingers und/oder einen zweiten zum ersten Querschnitt senkrecht ausgerichteten Querschnitt mit einer halbelliptische Form aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) mehr als einen zweiten Mischwerkzeugsteg (6) aufweist und ein Teil, die Hälfte, die Mehrheit oder Gesamtheit der zweiten Mischwerkzeugstege (6) in einer, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn zur Werkzeugachse (7) senkrechten Quersparten (13) an der Werkzeugachse angeordnet sind, wobei bevorzugt drei, vier, fünf zweite Mischwerkzeugstege (6) in jeder Quersparte (13) angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen von Fahrzeugluftreifen, umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen oder Herstellen einer Kautschukmischung, B) Füllen einer Vorrichtungskammer (2) einer Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit der Kautschukmischung, C) Mischen der Kautschukmischung in der Vorrichtungskammer (2) der Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mittels der ersten Mischwerkzeugstege (5) des einen oder des mindestens einen Mischwerkzeugs (4), D) Mischen der Kautschukmischung in der Vorrichtungskammer (2) der Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mittels der zweiten Mischwerkzeugstege (6) des einen oder des mindestens einen Mischwerkzeugs (4) und E) Ausformen der in Schritt D) gemischten Kautschukmischung zu einem Endlos-Streifen zur Herstellung eines Reifenbauteils sowie Herstellen und Einbauen des Reifenbauteils in einen Fahrzeugluftreifen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kautschukmischung in Schritt B) zumindest teilweise eine Temperatur im Bereich von 20 °C bis 150 °C aufweist, bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 120 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 70 °C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 °C bis 40 °C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei - die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 30 MU bis 160 MU aufweist, bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 80 MU oder bevorzugt im Bereich von 50 MU bis 100 MU, besonders bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 55 MU oder m Bereich von 60 MU bis 85 MU und/oder - die Kautschukmischung unmittelbar nach Schritt D) eine ähnliche oder gleiche Mooney-Viskosität aufweist wie die Kautschukmischung in Schritt B).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei - die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 40 MU bis 80 MU, bevorzugt im Bereich von 40 MU bis 55 MU, aufweist und das Reifenbauteil in Schritt E) ein Laufstreifen oder ein Teil eines Laufstreifens eines Winterreifens ist und der hergestellte Fahrzeugluftreifen ein Winterluftreifen oder - die Kautschukmischung in Schritt B) eine Mooney-Viskosität im Bereich von 50 MU bis 100 MU, bevorzugt im Bereich von 60 MU bis 85 MU, aufweist und das Reifenbauteil in Schritt E) ein Laufstreifen oder ein Teil eines Laufstreifens eines Sommerreifens ist und der hergestellte Fahrzeugluftreifen ein Sommerluftreifen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die in Schritt A) hergestellte oder bereitgestellte Kautschukmischung Füllstoffe wie Ruß und/oder Silica in einer Gesamtmenge im Bereich von 0 bis 150 phr, bevorzugt im Bereich von 40 bis 100 phr umfasst und - der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Füllstoffpartikel in der Kautschukmischung in Schritt B) im Bereich von 1 mm bis 8 nm liegt, bevorzugt im Bereich von 10 µm bis 100 nm, und/oder - der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Füllstoffpartikel in der in Schritt D) resultierenden Kautschukmischung mindestens 10 nm kleiner ist, bevorzugt mindestens 100 nm, besonders bevorzugt mindestens 1 µm, oder im Bereich von 8 µm bis 8 nm liegt, bevorzugt im Bereich von 5 µm bis 50 nm.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 8 oder der ersten und/oder zweiten Mischwerkzeuge (5, 6) wie in definiert den Ansprüchen 1 bis 8 - zum Mischen von Kautschukmischungen, - zur Verkleinerung der Agglomerate von Füllstoffen in Kautschukmischungen und/oder - zur Verbesserung der Temperaturverteilung im Extrudat.