DE102020130334A1 - Cooling method and apparatus for a rubber raw material - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Gummirohmaterials in einer Mischkammer (2), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:- Einführen des Gummirohmaterials in die Mischkammer (2) und Mischen des Gummirohmaterials in der Mischkammer (2),- Einführen eines Kühlmediums in die Mischkammer (2), wobei das Kühlmedium einen festen oder einen flüssigen Aggregatszustand aufweist,- gleichzeitiges Mischen des Gummirohmaterials und Mischen des Gummirohmaterials mit dem Kühlmedium,- Verdampfen des Kühlmediums durch Wärmeaufnahme vom Gummirohmaterial und- Ausführen des verdampften Kühlmediums aus der Mischkammer (2).The present invention relates to a method for cooling a rubber raw material in a mixing chamber (2), comprising the following method steps: - introducing the rubber raw material into the mixing chamber (2) and mixing the rubber raw material in the mixing chamber (2), - introducing a cooling medium into the mixing chamber (2), wherein the cooling medium has a solid or a liquid state of aggregation, - simultaneously mixing the rubber raw material and mixing the rubber raw material with the cooling medium, - evaporating the cooling medium by absorbing heat from the rubber raw material, and - discharging the vaporized cooling medium from the mixing chamber (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Gummirohmaterials in einer Mischkammer und einen entsprechenden Mischapparat, in dem das Gummirohmaterial gemischt wird.The present invention relates to a method for cooling a rubber raw material in a mixing chamber and a corresponding mixing apparatus in which the rubber raw material is mixed.

Bei der Aufbereitung von Gummirohmaterial wird das Rohmaterial, welches in der Regel eine Mischung verschiedener Bestandteile darstellt, in einem Prozessschritt vermischt.When processing rubber raw material, the raw material, which is usually a mixture of different components, is mixed in one process step.

Das Mischen wird in speziell hierfür konstruierten Mischapparaten vorgenommen. Hierzu wird Aktoren, beispielsweise Rotoren, mechanische Leistung eingebracht, durch welche einerseits distributive, dispersive und laminare Mischeffekte generiert werden.Mixing is carried out in specially designed mixing apparatus. For this purpose, mechanical power is introduced into actuators, for example rotors, through which on the one hand distributive, dispersive and laminar mixing effects are generated.

Andererseits wird während des Mischens mechanische Reibung erzeugt, die zu einer Temperaturerhöhung im Mischgut führt.On the other hand, mechanical friction is generated during mixing, which leads to an increase in temperature in the material to be mixed.

Wegen der vergleichsweise geringen Wärmeleitfähigkeit von Polymeren verzögert sich weiterhin der Wärmetransport aus dem Inneren des Mischgutes nach außen.Due to the comparatively low thermal conductivity of polymers, the heat transport from the inside of the mixed material to the outside is also delayed.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kühlung eines Gummirohmaterials und einen entsprechenden Mischapparat zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to provide a method for cooling a rubber raw material and a corresponding mixing apparatus.

Die Aufgabe wird zumindest teilweise durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.The object is at least partially achieved by a method according to claim 1.

Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

  • - Einführen eines Gummirohmaterials in die Mischkammer. Das Gummirohmaterial wird anschließend in der Mischkammer gemischt.
  • - Einführen eines Kühlmediums in eine Mischkammer, wobei das Kühlmedium einen festen oder einen flüssigen Aggregatszustand aufweist. Das Kühlmedium liegt beim Einführen nicht in gasförmiger Form vor.
  • - Gleichzeitiges Mischen des Gummirohmaterials und Mischen des Gummirohmaterials mit dem Kühlmedium.
  • - Verdampfen des Kühlmediums durch Wärmeaufnahme vom Gummirohmaterial. Die Wärmeaufnahme und das Verdampfen erfolgen während des Mischvorganges. Das Kühlmedium wird nahezu vollständig verdampft. Allenfalls geringe Anteile des Kühlmediums werden durch Adsorption im Gummirohmaterial gebunden und daher nicht verdampft.
  • - Ausführen des verdampften Kühlmediums aus der Mischkammer.
The procedure comprises the following procedural steps:
  • - introducing a rubber raw material into the mixing chamber. The rubber raw material is then mixed in the mixing chamber.
  • - Introducing a cooling medium into a mixing chamber, wherein the cooling medium has a solid or a liquid state of aggregation. The cooling medium is not in gaseous form when it is introduced.
  • - Simultaneously mixing the rubber raw material and mixing the rubber raw material with the cooling medium.
  • - Evaporation of the cooling medium by absorbing heat from the rubber raw material. Heat absorption and evaporation take place during the mixing process. The cooling medium is almost completely vaporized. At most, small amounts of the cooling medium are bound by adsorption in the rubber raw material and are therefore not evaporated.
  • - Carrying out the vaporized cooling medium from the mixing chamber.

In einer Ausführungsform ist das Kühlmedium gerade dann vollständig verdampft, wenn das Mischen des Gummirohmaterials abgeschlossen ist. So wird das Gummirohmaterial während des gesamten Mischvorganges gekühlt, ohne dass nach dem Mischen überschüssiges Kühlmedium zurückbleibt oder entfernt werden muss. Die Menge des zugegebenen Kühlmediums kann entsprechend bemessen werden.In one embodiment, the cooling medium is completely vaporized just when the mixing of the gum raw material is complete. The rubber raw material is thus cooled during the entire mixing process without excess cooling medium remaining or having to be removed after mixing. The amount of cooling medium added can be measured accordingly.

In einer Ausführungsform liegt die Temperatur des Kühlmediums beim Einführen in die Mischkammer unter einer Verdampfungstemperatur des Kühlmediums. Umso kälter das Kühlmedium zugeführt wird, desto mehr Wärme kann von diesem aufgenommen und zur Kühlung der Mischkammer bzw. des Gummirohmaterials abgeführt werden.In one embodiment, the temperature of the cooling medium when it is introduced into the mixing chamber is below an evaporation temperature of the cooling medium. The colder the cooling medium is supplied, the more heat can be absorbed by it and dissipated to cool the mixing chamber or the rubber raw material.

In zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gummirohmaterial mehrere Bestandteile. Die Bestandteile können ein oder mehrere aus einer Gruppe aus Kautschuk, natürlichen oder künstlichen Kohlenwasserstoffen und für die Gummiherstellung benötigten Hilfs- oder Zusatzstoffen umfassen. Die Bestandteile liegen in flüssiger oder fester Form vor.In at least one embodiment, the gum base material comprises multiple components. The ingredients may comprise one or more of rubber, natural or artificial hydrocarbons and auxiliaries or additives required for rubber production. The ingredients are in liquid or solid form.

Während eines Mischvorganges werden die Bestandteile des Gummirohmaterials gemischt. Zeitgleich wird durch denselben Mischvorgang Gummirohmaterial mit dem Kühlmedium gemischt.During a mixing process, the components of the rubber raw material are mixed. At the same time, rubber raw material is mixed with the cooling medium by the same mixing process.

In einer Ausführungsform ist das Kühlmedium Wasser in flüssiger und/oder fester Form. In anderen Ausführungsformen ist das Kühlmedium eine weitere als Kältemittel geeignete Substanz außer Wasser wie beispielsweise ein Alkohol oder Trockeneis.In one embodiment, the cooling medium is water in liquid and/or solid form. In other embodiments, the cooling medium is another substance other than water that is suitable as a refrigerant, such as an alcohol or dry ice.

Das Kühlmittel wird in einer Ausführungsform kontinuierlich in die Mischkammer zugeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das Kühlmedium portionsweise in regelmäßigen Zeitintervallen zugegeben. Das Kühlmedium kann beispielsweise in flüssiger Form über Einspritzventile oder in fester Form über eine Beschickungsklappe zugeführt werden. In einer möglichen Alternative kann das Kühlmedium in flüssiger oder fester Form über die Beschickungsklappe in Beuteln zugegeben werden. In allen genannten Varianten kann der Mischer während der Zugabe des Kühlmediums weiterlaufen. In one embodiment, the coolant is fed continuously into the mixing chamber. In another embodiment, the cooling medium is added in portions at regular time intervals. The cooling medium can, for example, be supplied in liquid form via injection valves or in solid form via a feed flap. In a possible alternative, the cooling medium can be added in liquid or solid form via the loading flap in bags. In all the variants mentioned, the mixer can continue to run while the cooling medium is being added.

Das Kühlmedium verdampft nahezu vollständig bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, auf die das Gummirohmaterial gekühlt werden sollen. In zumindest einer Ausführungsform kann das Kühlmedium während des Mischungsprozesses vollständig durch Wärmeaufnahme vom Gummirohmaterial verdampft werden und in gasförmiger Form aus der Mischkammer ausgeführt werden.The cooling medium almost completely vaporizes at a temperature below the temperature to which the rubber raw material is to be cooled. In at least one embodiment, the cooling medium can be completely absorbed during the mixing process by absorbing heat from the rubber raw material material are vaporized and carried out in gaseous form from the mixing chamber.

In einer Ausführungsform kann ein geringer Teil an Kühlmedium im Gummirohmaterial zurückbleiben und mit diesem in weiteren Prozessschritten weiterverarbeitet werden. Das Kühlmedium kann dann in einem nachfolgenden Prozessschritt wie einem erneuten Mischprozess (zweistufiges Mischen), einem Untermaschinenprozess (Walzwerk, Entgasungsextruder) oder in einem Trocknungsprozess ausgetrieben werden.In one embodiment, a small amount of cooling medium can remain in the rubber raw material and can be further processed with it in further process steps. The cooling medium can then be expelled in a subsequent process step such as a renewed mixing process (two-stage mixing), an under-machine process (rolling mill, vented extruder) or in a drying process.

Der wesentliche Teil des Kühlmediums wird jedoch in allen Ausführungsformen während des Mischvorganges verdampft und in gasförmigem Zustand aus der Mischkammer ausgeführt. Der wesentliche Teil des Kühlmediums reagiert somit nicht mit dem Gummirohmaterial oder einer seiner Bestandteile, das heißt es findet keine chemische Reaktion statt.In all of the embodiments, however, the essential part of the cooling medium is vaporized during the mixing process and discharged from the mixing chamber in the gaseous state. The major part of the cooling medium therefore does not react with the rubber raw material or one of its components, i.e. no chemical reaction takes place.

Aufgrund des direkten Kontakts zwischen dem Gummirohmaterial und dem Kühlmedium kann Wärme einfach vom Gummirohmaterial auf das Kühlmedium übertragen werden. Hierzu muss das Kühlmedium eine geringere Temperatur als das Gummirohmaterial aufweisen. Eine typische Verarbeitungstemperatur des Gummirohmaterials liegt zwischen 80°C und 200°C. Eine bevorzugte Verarbeitungstemperatur des Gummirohmaterials liegt zwischen 120°C und 160°C. Die Temperatur des Kühlmediums beträgt bevorzugt nicht mehr als 100°C.Because of the direct contact between the rubber raw material and the cooling medium, heat can be easily transferred from the rubber raw material to the cooling medium. For this purpose, the cooling medium must have a lower temperature than the rubber raw material. A typical processing temperature of the rubber raw material is between 80°C and 200°C. A preferred processing temperature of the rubber raw material is between 120°C and 160°C. The temperature of the cooling medium is preferably not more than 100°C.

Durch einen höheren Temperaturgradienten kann die Wärmeübertragung verbessert werden. Liegt das Kühlmedium bei seiner Verdampfungstemperatur vor, kann das Kühlmedium während seiner Phasenänderung Wärme aufnehmen, ohne dass seine Temperatur ansteigt. So kann der Temperaturgradient und somit die abgeführte Wärmemenge über die Zeit annähernd konstant gehalten werden.A higher temperature gradient can improve heat transfer. If the cooling medium is at its vaporization temperature, the cooling medium can absorb heat during its phase change without its temperature increasing. In this way, the temperature gradient and thus the amount of heat dissipated can be kept almost constant over time.

Die Wärmeübertragung zwischen Gummirohmaterial und Kühlmedium hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Rohmaterials, dem Wärmeübergang vom Rohmaterial auf das Kühlmedium und der Wärmeleitfähigkeit des Kühlmediums ab.The heat transfer between the rubber raw material and the cooling medium depends on the thermal conductivity of the raw material, the heat transfer from the raw material to the cooling medium and the thermal conductivity of the cooling medium.

Begrenzend ist in der Regel die Wärmeleitfähigkeit des Gummirohmaterials. Wird das Kühlmedium unmittelbar mit dem Gummirohmaterial gemischt, sodass Kühlmedium und Gummirohmaterial in unmittelbarem Kontakt stehen, verkürzt sich der Weg der Wärmeleitung von einer beliebigen Stelle innerhalb des Gummirohmaterials zum Kühlmedium. Die Wärmeübertragung kann somit erhöht werden.The thermal conductivity of the rubber raw material is usually the limiting factor. If the cooling medium is directly mixed with the rubber raw material so that the cooling medium and the rubber raw material are in direct contact, the heat conduction path from any point within the rubber raw material to the cooling medium is shortened. The heat transfer can thus be increased.

Durch das Mischen von Kühlmedium und Gummirohmaterial wird weiterhin die Kontaktfläche zwischen den beiden Materialien erhöht, sodass der Wärmeübergang zwischen diesen verbessert wird.Furthermore, by mixing cooling medium and rubber raw material, the contact area between the two materials is increased, so that the heat transfer between them is improved.

Somit trägt die beschriebene Durchmischung zur Erhöhung der Wärmeübertragung bei. Mit derselben Menge an Kühlmedium kann somit mehr Wärme abgeführt werden bzw. die einzusetzende Menge an Kühlmedium kann gesenkt werden. Dies reduziert die Kosten des Verfahrens.The mixing described thus contributes to increasing the heat transfer. With the same amount of cooling medium, more heat can thus be dissipated or the amount of cooling medium to be used can be reduced. This reduces the cost of the procedure.

Durch die verbesserte Kühlung ist es möglich mehr mechanische Leistung in das Gummirohmaterial einzubringen, was zu einer besseren Durchmischung und somit einer besseren Materialqualität eines daraus hergestellten Gummimaterials führt. Dieser Effekt kann beispielsweise durch die Erhöhung der Drehzahl eines Aktors in der Mischkammer erreicht werden. Aufgrund der möglichen höheren Drehzahl kann gleichzeitig oder alternativ der Materialdurchsatz in der Mischkammer erhöht werden. In einer Ausführungsform liegt die Drehzahl zwischen 5 und 50 rpm (revolutions per minute, Umdrehungen pro Minute). In einer weiteren Ausführungsform übersteigt die Drehzahl 50 rpm und erreicht bis zu 250 rpm.The improved cooling makes it possible to introduce more mechanical power into the rubber raw material, which leads to better mixing and thus better material quality of a rubber material made from it. This effect can be achieved, for example, by increasing the speed of an actuator in the mixing chamber. Due to the possible higher speed, the material throughput in the mixing chamber can be increased simultaneously or alternatively. In one embodiment, the speed is between 5 and 50 rpm (revolutions per minute). In another embodiment, the speed exceeds 50 rpm and reaches up to 250 rpm.

Aufgrund der erzielten besseren Durchmischung des Gummirohmaterials in der Mischkammer können weitere Mischstufen eingespart werden, was zu einem höheren Durchsatz des gesamten Mischprozesses führt. Weiterhin kann durch das Weglassen zusätzlicher Mischstufen Energie eingespart werden und die Effizienz des Verfahrens somit verbessert werden.Due to the achieved better mixing of the rubber raw material in the mixing chamber, further mixing stages can be saved, which leads to a higher throughput of the entire mixing process. Furthermore, by omitting additional mixing stages, energy can be saved and the efficiency of the process can thus be improved.

Das erhitzte und verdampfte Kühlmedium wird anschließend in gasförmiger Form aus der Mischkammer ausgeführt. In zumindest einer Ausführungsform weist die Mischkammer eine hierfür geeignete Öffnung auf.The heated and vaporized cooling medium is then discharged from the mixing chamber in gaseous form. In at least one embodiment, the mixing chamber has an opening suitable for this purpose.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren als weitere Schritte das Kondensieren des Kühlmediums und das Rückführen des Kühlmediums in die Mischkammer.In one embodiment, the method comprises the further steps of condensing the cooling medium and returning the cooling medium to the mixing chamber.

Nach dem Ausführen des gasförmigen Kühlmediums aus der Mischkammer, wird das Kühlmedium beispielsweise bei Umgebungstemperatur kondensiert. Hierfür ist kein zusätzlicher Energieeintrag notwendig. Im Falle von überhitztem Dampf wird dieser zuerst bis zur Verdampfungstemperatur gekühlt und anschließend kondensiert. Das flüssige Kühlmedium kann weiter gekühlt werden.After the gaseous cooling medium has been discharged from the mixing chamber, the cooling medium is condensed, for example at ambient temperature. No additional energy input is required for this. In the case of superheated steam, it is first cooled to the evaporation temperature and then condensed. The liquid cooling medium can be further cooled.

In einer Ausführungsform kann das Kühlmedium so weit abgekühlt werden, dass es zumindest teilweise zu einem Feststoff erstarrt.In one embodiment, the cooling medium can be cooled to such an extent that it at least partially solidifies to form a solid.

Durch die anschließende Rückführung des Kühlmediums in die Mischkammer wird eine kontinuierliche Kühlung des Gummirohmaterials sichergestellt. Der Vorgang des Rückführens des Kühlmediums in die Mischkammer entspricht dem Vorgang des Einführens des Kühlmediums. Durch diese Kreislaufführung des Kühlmediums wird im gesamten Prozess nur eine vergleichsweise geringe Menge an Kühlmedium benötigt. Die Wiederverwendung des Kühlmediums ist weiterhin ressourcenschonend und trägt somit zum Umweltschutz bei.The subsequent return of the cooling medium to the mixing chamber ensures continuous cooling of the rubber raw material. The process of returning the cooling medium to the mixing chamber corresponds to the process of introducing the cooling medium. Due to this circulation of the cooling medium, only a comparatively small amount of cooling medium is required in the entire process. The reuse of the cooling medium continues to save resources and thus contributes to environmental protection.

In zumindest einer Ausführungsform wird das Kühlmedium in die Mischkammer eingespritzt.In at least one embodiment, the cooling medium is injected into the mixing chamber.

Eine Außenwand der Mischkammer kann hierfür eine Öffnung in Form eines Einspritzventils oder einer Düse aufweisen.For this purpose, an outer wall of the mixing chamber can have an opening in the form of an injection valve or a nozzle.

Das Einspritzen ermöglicht eine gezielte und dosierte Zuführung des Kühlmediums. Durch den Druck des Kühlmediums während des Einspritzens wird das Kühlmedium direkt beim Einführen in die Mischkammer mit dem Gummirohmaterial vermischt.Injection enables a targeted and metered supply of the cooling medium. Due to the pressure of the cooling medium during injection, the cooling medium is mixed with the rubber raw material directly when it is introduced into the mixing chamber.

In zumindest einer Ausführungsform wird das Kühlmedium mittels eines Rotors mit dem Gummirohmaterial gemischt.In at least one embodiment, the cooling medium is mixed with the rubber raw material by means of a rotor.

Der Rotor entspricht dem Aktor in der Mischkammer, über welchen eine mechanische Leistung zum Mischen des Gummirohmaterials eingebracht wird. Der Rotor erlaubt eine einfache und effektive Vermischung der Bestandteile des Gummirohmaterials miteinander und mit dem eingeführten Kühlmedium. Die Mischkammer kann mehrere Aktoren bzw. mehrere Rotoren umfassen, sodass Ort und Betrag der eingebrachten Leistung einfach und präzise kontrolliert werden können. Beispielsweise kann die Mischkammer zwei Aktoren in Form von Rotoren umfassen.The rotor corresponds to the actuator in the mixing chamber, through which mechanical power is introduced to mix the rubber raw material. The rotor allows a simple and effective mixing of the components of the rubber raw material with each other and with the introduced cooling medium. The mixing chamber can include multiple actuators or multiple rotors, so that the location and amount of power introduced can be easily and precisely controlled. For example, the mixing chamber can include two actuators in the form of rotors.

In einer Ausführung des Verfahrens wird das Kühlmedium nur eingeführt, wenn eine Temperatur, die mit der Temperatur des Gummirohmaterials korreliert, eine vorgegebene erste Temperaturschwelle überschreitet. Bei der Temperatur, die mit der Temperatur des Gummirohmaterials korreliert, handelt es sich beispielsweise um eine maximale erlaubte Temperatur des Gummirohmaterials oder eine maximale erlaubte Temperatur in der Mischkammer. Zur Kontrolle der entsprechenden Temperatur ist ein Thermometer in der Mischkammer angebracht.In one embodiment of the method, the cooling medium is introduced only when a temperature that correlates with the temperature of the rubber raw material exceeds a predetermined first temperature threshold. The temperature correlating with the temperature of the rubber raw material is, for example, a maximum allowable temperature of the rubber raw material or a maximum allowable temperature in the mixing chamber. A thermometer is installed in the mixing chamber to check the relevant temperature.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte:

  • - Zuführen mehrerer Bestandteile für ein Gummirohmaterial in die Mischkammer. Hierfür ist eine geeignete Zuführvorrichtung in der Außenwand der Mischkammer integriert. Zumindest eines der Bestandteile kann über dieselbe Öffnung bzw. dasselbe Einspritzventil wie das Kühlmedium in die Mischkammer eingeführt werden.
  • - Mischen der Bestandteile und Messen einer Temperatur, die mit der Temperatur des Gummirohmaterials korreliert.
  • - Zuführen des Kühlmediums, wenn die erste Temperaturschwelle überschritten wird. Während des Zuführens des Kühlmediums wird der Mischvorgang fortgesetzt.
  • - Beenden der Zuführung des Kühlmediums, wenn die Temperatur des Gummirohmaterials unter eine zweite Temperaturschwelle gefallen ist, wobei die zweite Temperaturschwelle niedriger als die erste Temperaturschwelle ist. Überschreitet die Temperatur wieder die erste Temperaturschwelle, wird abermals das Kühlmedium zugeführt. Auch nach Beenden der Zuführung des Kühlmittels kann der Mischvorgang fortgesetzt werden.
In one embodiment, the method further includes the following steps:
  • - feeding several ingredients for a rubber raw material into the mixing chamber. A suitable feed device is integrated into the outer wall of the mixing chamber for this purpose. At least one of the components can be introduced into the mixing chamber via the same opening or the same injection valve as the cooling medium.
  • - Mixing the ingredients and measuring a temperature that correlates with the temperature of the rubber raw material.
  • - Supplying the cooling medium when the first temperature threshold is exceeded. The mixing process continues while the cooling medium is being supplied.
  • - ending the supply of the cooling medium when the temperature of the rubber raw material has fallen below a second temperature threshold, the second temperature threshold being lower than the first temperature threshold. If the temperature again exceeds the first temperature threshold, the cooling medium is supplied again. The mixing process can be continued even after the coolant supply has ended.

In einer Ausführungsform wird die Drehzahl des mindestens einen Rotors im Wesentlichen konstant gehalten. Somit wird kontinuierlich dieselbe Mischleistung in die Mischkammer eingebracht, sodass ein hoher Durchsatz des Mischverfahrens gewährleistet ist. Durch das offenbarte Kühlverfahren wird die Temperatur während des Mischens unterhalb einer kritischen maximalen Temperatur, welche der ersten Temperaturschwelle entspricht oder oberhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, gehalten.In one embodiment, the speed of the at least one rotor is kept essentially constant. In this way, the same mixing power is continuously introduced into the mixing chamber, so that a high throughput of the mixing process is guaranteed. The cooling method disclosed keeps the temperature during mixing below a critical maximum temperature, which corresponds to the first temperature threshold or is above the first temperature threshold.

In einer Ausführungsform wird die Drehzahl des mindestens einen Rotors nach Erreichen der ersten Temperaturschwelle um maximal 20% verringert wird. Dadurch werden die in das System eingebrachte Mischleistung und damit auch die in Wärme umgewandelte Reibung in der Mischkammer verringert. Die Mischkammer bzw. das Gummirohmaterial können so schneller auf eine gewünschte Temperatur gekühlt werden.In one embodiment, the speed of the at least one rotor is reduced by a maximum of 20% after the first temperature threshold has been reached. This reduces the mixing power introduced into the system and thus also the friction in the mixing chamber that is converted into heat. The mixing chamber or the rubber raw material can thus be cooled more quickly to a desired temperature.

In zumindest einer Ausführungsform ist die Menge des zugeführten Kühlmediums größer als eine Menge, die durch das Gummirohmaterial adsorbiert oder anderweitig aufgenommen werden kann. Zumindest eine Teilmenge des Kühlmittels kann also weder physikalisch noch chemisch an das Gummirohmaterial gebunden oder von dieser aufgenommen werden. Diese Teilmenge kann aus der Mischkammer entnommen werden und trägt so durch die aufgenommene Wärme, die dann dem System entzogen wird, wesentlich zur Kühlung der Mischkammer bei.In at least one embodiment, the amount of cooling medium supplied is greater than an amount that can be adsorbed or otherwise accommodated by the gum stock. At least a portion of the coolant can therefore neither be physically nor chemically bound to the rubber raw material or absorbed by it. This subset can be removed from the mixing chamber and thus contributes significantly to the cooling of the mixing chamber through the absorbed heat, which is then withdrawn from the system.

In zumindest einer Ausführungsform wird das Kühlmedium, welches nicht durch Adsorption oder anderweitig im Gummirohmaterial gebunden ist, vollständig verdampft. Nach dem Verdampfen wird das Kühlmittel wie beschrieben aus der Mischkammer ausgeführt. Durch das Verdampfen kann das Kühlmedium eine deutlich höhere Wärmemenge aufnehmen als wenn kein Phasenwechsel auftritt.In at least one embodiment, the cooling medium, which is not by adsorption or otherwise bound in the rubber raw material is completely vaporized. After evaporation, the coolant is discharged from the mixing chamber as described. Due to the evaporation, the cooling medium can absorb a significantly higher amount of heat than if no phase change occurs.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Mischapparat. Der Mischapparat umfasst eine Mischkammer, die zum Mischen eines Gummirohmaterials eingerichtet ist.The present invention further relates to a mixing apparatus. The mixing apparatus includes a mixing chamber configured for mixing a gum raw material.

In einer Außenwand der Mischkammer ist eine Kühlvorrichtung integriert. Die Kühlvorrichtung weist mindestens eine Öffnung zum Zuführen eines Kühlmediums, das fest oder flüssig, jedoch nicht gasförmig vorliegt, in die Mischkammer auf.A cooling device is integrated in an outer wall of the mixing chamber. The cooling device has at least one opening for supplying a cooling medium, which is solid or liquid but not gaseous, into the mixing chamber.

In einer Ausführungsform wird das Kühlmedium außerhalb der Mischkammer zu dem Gummirohmaterial hinzugefügt. Das Gummirohmaterial und das Kühlmedium werden dann gemeinsam in die Mischkammer zugeführt.In one embodiment, the cooling medium is added to the gum raw material outside of the mixing chamber. The rubber raw material and the cooling medium are then fed together into the mixing chamber.

Weiterhin weist die Kühlvorrichtung mindestens eine Öffnung zum Ausführen des Kühlmediums im verdampften Zustand aus der Mischkammer auf.Furthermore, the cooling device has at least one opening for carrying out the cooling medium in the vaporized state from the mixing chamber.

In weiteren Ausführungsformen weist die Kühlvorrichtung der Mischkammer mehrere Öffnungen zum Zuführen eines Kühlmediums auf. So kann das Kühlmedium schneller und zielgerichteter in die Mischkammer zugeführt werden. Das Zuführen über verschiedene Öffnungen ermöglicht weiterhin eine bessere Verteilung des Kühlmediums in der Mischkammer.In further embodiments, the cooling device of the mixing chamber has a number of openings for supplying a cooling medium. In this way, the cooling medium can be fed into the mixing chamber more quickly and in a more targeted manner. Feeding in via different openings also enables better distribution of the cooling medium in the mixing chamber.

In einer Ausführungsform wird die Temperatur an verschiedenen Stellen innerhalb der Mischkammer gemessen - beispielsweise durch den Einsatz mehrerer Thermometer. So kann die Temperatur an verschiedenen Stellen in der Mischkammer erfasst werden. Durch eine zielgerichtete Zuführung des Kühlmediums können Bereiche höherer Temperatur bevorzugt gekühlt werden.In one embodiment, the temperature is measured at various locations within the mixing chamber - for example using multiple thermometers. In this way, the temperature can be recorded at different points in the mixing chamber. Areas with higher temperatures can be preferentially cooled by a targeted supply of the cooling medium.

In weiteren Ausführungsformen weist die Kühlvorrichtung der Mischkammer mehrere Öffnungen zum Ausführen des Kühlmediums im verdampften Zustand auf. So kann die Wärme schneller aus der Mischkammer abgeführt werden und der gesamte Kühlungsprozess, umfassend Zuführen und Abführen des Kühlmediums, kann beschleunigt werden.In further embodiments, the cooling device of the mixing chamber has a plurality of openings for carrying out the cooling medium in the vaporized state. In this way, the heat can be dissipated more quickly from the mixing chamber and the entire cooling process, including the supply and discharge of the cooling medium, can be accelerated.

Durch den Anschluss von Pressluft bzw. Spülluft an die Einspritzventile kann das Ausführen des Kühlmediums zusätzlich beschleunigt werden.By connecting compressed air or scavenging air to the injection valves, the cooling medium can be discharged even more quickly.

In dem Mischapparat kann das Gummirohmaterial gemäß dem zuvor offenbarten Verfahren gemischt und gekühlt werden.In the mixing apparatus, the gum raw material can be mixed and cooled according to the method previously disclosed.

Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um Wasser oder ein alternatives geeignetes Kühlmittel wie es oben beschrieben wurde handeln.The cooling medium can be, for example, water or an alternative suitable coolant as described above.

Das Kühlmedium kann mehrere verschiedene Kühlmittel umfassen.The cooling medium can include several different coolants.

In zumindest einer Ausführungsform ist der Mischapparat Teil einer Mischanlage. In der Mischanlage werden neben dem Mischen weitere vor- und nachbereitende Prozessschritte durchgeführt.In at least one embodiment, the mixing apparatus is part of a mixing plant. In addition to mixing, further preparatory and post-processing steps are carried out in the mixing plant.

In zumindest einer Ausführungsform umfasst der Mischapparat eine zweite Kühlvorrichtung. Die zweite Kühlvorrichtung umfasst Kühlkanäle, die in die Außenwand der Mischkammer integriert sind. Die Kühlkanäle werden von einem zweiten Kühlmedium durchflossen. Das zweite Kühlmedium kann dem ersten Kühlmedium entsprechen.In at least one embodiment, the mixing apparatus includes a second cooling device. The second cooling device includes cooling channels that are integrated into the outer wall of the mixing chamber. A second cooling medium flows through the cooling channels. The second cooling medium can correspond to the first cooling medium.

Durch die integrierten Kühlkanäle, wird die Außenwand der Mischkammer gekühlt. Durch Wärmeübertragung vom Gummirohmaterial auf die gekühlte Außenwand wird das Gummirohmaterial gekühlt. Aufgrund der schlechten Wärmeleitung im Gummirohmaterial wird jedoch kaum Wärme von dem Teil des Gummirohmaterials, welches keinen direkten Kontakt zur Außenwand hat, auf die Außenwand übertragen.The outer wall of the mixing chamber is cooled by the integrated cooling channels. The rubber raw material is cooled by heat transfer from the rubber raw material to the cooled outer wall. However, due to poor heat conduction in the rubber raw material, heat is hardly transmitted to the outer wall from the part of the rubber raw material which is not in direct contact with the outer wall.

In zumindest einer Ausführungsform umfasst die Mischkammer einen Aktor, durch welchen mechanische Leistung eingebracht wird. Der Aktor ist beispielsweise ein Rotor. Der Rotor kann ebenfalls integrierte Kühlkanäle aufweisen.In at least one embodiment, the mixing chamber includes an actuator through which mechanical power is introduced. The actuator is a rotor, for example. The rotor can also have integrated cooling channels.

In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Öffnung in der Außenwand der Mischkammer ein Einspritzventil.In one embodiment, the at least one opening in the outer wall of the mixing chamber is an injection valve.

Weitere Öffnungen in der Außenwand können ebenfalls Einspritzventile sein oder können keine Einspritzventile sein. In weiteren Ausführungsformen können die Öffnungen Düsen sein.Other openings in the outer wall may also be injectors or may not be injectors. In further embodiments, the openings can be nozzles.

Das mindestens eine Einspritzventil kann zum Einspritzen des Kühlmediums und zum Einspritzen eines oder mehrerer Bestandteile des Gummirohmaterials verwendet werden.The at least one injection valve can be used for injecting the cooling medium and for injecting one or more components of the rubber raw material.

Das Einspritzen ermöglicht eine gezielte und dosierte Zuführung des Kühlmediums. Durch den Druck des Kühlmediums während des Einspritzens wird das Kühlmedium direkt beim Einführen in die Mischkammer mit dem Gummirohmaterial vermischt.Injection enables a targeted and metered supply of the cooling medium. Due to the pressure of the cooling medium during injection, the cooling medium is mixed with the rubber raw material directly when it is introduced into the mixing chamber.

Wird das eine Einspritzungsventil sowohl zum Einspritzen des Kühlmediums als auch von Bestandteilen des Gummirohmaterials verwendet, verringert sich der apparative Aufwand bei der Konstruktion der Mischkammer. Weitere zusätzliche Einspritzventile können eingespart werden.If one injection valve is used both for injecting the cooling medium and components of the rubber raw material, the outlay on equipment in the construction of the mixing chamber is reduced. Further additional injection valves can be saved.

Zur Auswahl des einzuspritzenden Materials ist eine geeignete Regeleinrichtung umfassend ein geeignetes Stellglied erforderlich. Das Stellglied kann beispielsweise ein Dreiwegeventil sein, durch welches entweder das Kühlmedium oder ein Bestandteil des Gummirohmaterials in eine Zuführleitung des Einspritzventils eingelassen werden kann. So kann kontrolliert werden, wann und wie viel Kühlmedium durch das Einspritzventil in die Mischkammer eingespritzt wird.A suitable control device comprising a suitable actuator is required to select the material to be injected. The actuator can be a three-way valve, for example, through which either the cooling medium or a component of the rubber raw material can be admitted into a feed line of the injection valve. In this way it is possible to control when and how much cooling medium is injected into the mixing chamber through the injection valve.

Ist keine Kühlung des Gummirohmaterials notwendig, kann das mindestens eine Einspritzventil ausschließlich zur Zuführung von Bestandteilen des Gummirohmaterials verwendet werden. If the rubber raw material does not need to be cooled, the at least one injection valve can be used exclusively for supplying components of the rubber raw material.

Liegt beispielsweise die Temperatur in der Mischkammer bzw. die Temperatur des Gummirohmaterials unter einer hierfür vorgegebenen Temperaturschwelle, ist das Zuführen des Kühlmediums nicht notwendig.If, for example, the temperature in the mixing chamber or the temperature of the rubber raw material is below a temperature threshold specified for this purpose, it is not necessary to supply the cooling medium.

Zur Kontrolle der entsprechenden Temperatur ist in einer Ausführungsform ein Thermometer in der Mischkammer angebracht.In one embodiment, a thermometer is fitted in the mixing chamber to check the corresponding temperature.

In einer Ausführungsform ist mindestens ein zweites Einspritzventil zum Einspritzen eines oder mehrerer Bestandteile des Gummirohmaterials vorhanden. Das erste Einspritzventil kann in dieser Ausführungsform ausschließlich zum Einführen von Kühlmedium eingerichtet sein.In one embodiment there is at least one second injection valve for injecting one or more ingredients of the gum raw material. In this embodiment, the first injection valve can be set up exclusively for introducing cooling medium.

Zwei separate Einspritzventile ermöglichen das gleichzeitige Zuführen von Kühlmedium und eines oder mehrerer Bestandteile des Gummirohmaterials. Für mehrere Bestandteile des Gummirohmaterials können mehrere Einspritzventile vorgesehen sein. Es können ein oder mehrere Einspritzventile ausschließlich zur Zuführung von Kühlmedium eingerichtet sein, sodass zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende Kühlung des Gummirohmaterials gewährleistet ist.Two separate injection valves enable the simultaneous supply of cooling medium and one or more components of the rubber raw material. Multiple injection valves can be provided for multiple components of the rubber raw material. One or more injection valves can be set up exclusively for the supply of cooling medium, so that adequate cooling of the rubber raw material is ensured at all times.

Alternativ kann das erste Einspritzventil in dieser Ausführungsform sowohl zum Einführen eines Kühlmediums als auch zum Einführen eines Bestandteils des Gummirohmaterials eingerichtet sein.Alternatively, in this embodiment, the first injection valve may be configured to both introduce a cooling medium and introduce a component of the rubber raw material.

In weiteren Ausführungsformen weist die Mischkammer in ihrer Außenwand mindestens eine Kühlmittel-Einspritzvorrichtung auf, die kein Einspritzventil ist, und weist weiterhin mindestens eine Dampfauslassvorrichtung auf, welche auch in den Beschickungsschacht integriert sein kann.In further embodiments, the mixing chamber has at least one coolant injection device in its outer wall, which is not an injection valve, and also has at least one vapor outlet device, which can also be integrated into the charging shaft.

In einer Ausführungsform kann die Dampfauslassvorrichtung auch zur Zuführung bzw. Entnahme weiterer Medien oder Komponenten des Gummirohmaterials benutzt werden.In one embodiment, the steam outlet device can also be used to supply or remove other media or components of the rubber raw material.

Für die Kühlmittel-Einspritzvorrichtung, die kein Einspritzventil ist, können im Weiteren alle in Bezug auf ein Einspritzventil im obigen Text beschriebenen Merkmale und Eigenschaften zutreffen.For the coolant injection device that is not an injection valve, all of the features and properties described in relation to an injection valve in the text above can also apply.

Die Öffnungen zum Zuführen oder zum Ausführen des Kühlmediums sind in einer Ausführungsform in regelmäßigen Abständen in der Außenwand der Mischkammer integriert. So kann ein gleichmäßiges Zuführen und Abführen des Kühlmediums in bzw. aus der Mischkammer gewährleistet werden.In one embodiment, the openings for supplying or removing the cooling medium are integrated at regular intervals in the outer wall of the mixing chamber. In this way, a uniform supply and removal of the cooling medium into and out of the mixing chamber can be ensured.

Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und nicht-erfindungsgemäße Vergleichsbeispiele anhand von beispielhaften Abbildungen detailliert erklärt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt.In the following, exemplary embodiments of the present invention and comparative examples not according to the invention are explained in detail using exemplary illustrations. The present invention is not limited to the disclosed examples.

Die Abbildungen zeigen:

  • 1a: eine Seitenansicht einer nicht-erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform des Mischapparats im Querschnitt,
  • 1b: eine Vorderansicht einer nicht-erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform des Mischapparats im Querschnitt,
  • 2: eine Detailansicht einer Mischkammer mit Kühlungskanälen der ersten Ausführungsform des Mischapparats,
  • 3: eine schematische Seitenansicht einer zweiten Kühlvorrichtung einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform des Mischapparats im Schnitt,
  • 4: ein Temperatur-Zeit-Profil der ersten Ausführungsform des Mischapparats,
  • 5: ein Temperatur-Zeit-Profil der zweiten Ausführungsform des Mischapparats.
The illustrations show:
  • 1a : a cross-sectional side view of a first embodiment of the mixing apparatus not according to the invention,
  • 1b : a cross-sectional front view of a first embodiment of the mixing apparatus not according to the invention,
  • 2 : a detailed view of a mixing chamber with cooling channels of the first embodiment of the mixing apparatus,
  • 3 : a schematic sectional side view of a second cooling device of a second embodiment of the mixing apparatus according to the invention,
  • 4 : a temperature-time profile of the first embodiment of the mixing apparatus,
  • 5 : a temperature-time profile of the second embodiment of the mixing apparatus.

In den 1a und 1b ist ein nicht-erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Mischapparats 1 dargestellt. Der Mischapparat 1 weist eine Mischkammer 2 mit doppelzylindrischer Form auf. Über eine Zuführungsvorrichtung 3, die auch Beschickung genannt wird, können verschiedene Bestandteile eines Gummirohmaterials in die Mischkammer 2 zugeführt werden. Die Zuführungsvorrichtung 3 umfasst eine Beschickungstür 3a, über welches feste Bestandteile des Gummirohmaterials in einen Beschickungsschacht 3b in die Mischkammer 2 eingeführt werden. Mithilfe eines Stempels 4 werden die Materialien im Beschickungsschacht 3b in die Mischkammer 2 geschoben.In the 1a and 1b an exemplary embodiment of a mixing apparatus 1 not according to the invention is shown. The mixing apparatus 1 has a mixing chamber 2 with a double-cylindrical shape. Various components of a rubber raw material can be fed into the mixing chamber 2 via a feed device 3 , which is also called feed. The feeding device 3 comprises a loading door 3a, via which solid components of the rubber raw material are introduced into a feed chute 3b in the mixing chamber 2. The materials in the feed chute 3b are pushed into the mixing chamber 2 with the aid of a plunger 4 .

Flüssige Bestandteile des Gummirohmaterials wie beispielsweise Polymeröle werden über ein Einspritzventil 5 in die Mischkammer 2 eingeführt.Liquid components of the rubber raw material, such as polymer oils, are introduced into the mixing chamber 2 via an injection valve 5 .

Mithilfe zweier Rotoren 6 werden die Bestandteile des Gummirohmaterials vermischt, sodass ein Material erzeugt wird, in dem die einzelnen Bestandteile gleichmäßig verteilt sind.The components of the rubber raw material are mixed with the aid of two rotors 6, so that a material is produced in which the individual components are evenly distributed.

Sowohl die Rotoren 6 als auch die Kammeraußenwand 7, welche die Mischkammer 2 nach außen begrenzt, enthalten im vorliegenden Beispiel Kühlkanäle 8.Both the rotors 6 and the chamber outer wall 7, which delimits the mixing chamber 2 to the outside, contain cooling channels 8 in the present example.

Eine Detailansicht der Mischkammer 2, in welcher die Kühlkanäle 8 dargestellt sind, bietet 2. Die Kühlkanäle 8 werden von einem Kühlmedium wie beispielsweise Wasser durchflossen. Hierdurch wird die Oberfläche 6a der Rotoren 6 bzw. die innere Oberfläche 7a der Kammeraußenwand 7 der Kühlkammer 2 gekühlt. Durch Wärmeübertragung vom Gummirohmaterial auf die gekühlten Oberflächen 6a und 7a bzw. auf das Kühlmedium, wird das Gummirohmaterial gekühlt.A detailed view of the mixing chamber 2, in which the cooling channels 8 are shown, offers 2 . A cooling medium such as water flows through the cooling channels 8 . As a result, the surface 6a of the rotors 6 or the inner surface 7a of the chamber outer wall 7 of the cooling chamber 2 is cooled. The rubber raw material is cooled by heat transfer from the rubber raw material to the cooled surfaces 6a and 7a or to the cooling medium.

Ein typischer Radius eines Zylinders der doppelzylinderförmigen Mischkammer beträgt beispielhaft 900 mm. Die beiden Rotoren 6 sind jeweils entlang der Mittelachsen der beiden Zylinder angebracht. Der Abstand zwischen einem Teilchen des Gummirohmaterials und den gekühlten Oberflächen 6a und 7a kann in diesem Beispiel bis zu 100 mm betragen.A typical radius of a cylinder of the double-cylindrical mixing chamber is 900 mm, for example. The two rotors 6 are respectively attached along the central axes of the two cylinders. The distance between a particle of rubber raw material and the cooled surfaces 6a and 7a can be up to 100 mm in this example.

Vor allem aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gummirohmaterials, die eine Wärmeübertragung vom Inneren des Gummirohmaterials zu den gekühlten Oberflächen 6a und 7a erschwert, ist daher eine weitere Kühlung der Mischkammer 2 notwendig.Further cooling of the mixing chamber 2 is therefore necessary primarily because of the low thermal conductivity of the rubber raw material, which makes it difficult for heat to be transferred from the interior of the rubber raw material to the cooled surfaces 6a and 7a.

In einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform ist in der offenbarten Mischkammer 2 eine weitere Kühlvorrichtung integriert, die detailliert in 3 dargestellt ist. Im Wesentlichen gleicht die zweite der ersten Ausführungsform, sodass wiederkehrende Merkmale nicht erneut beschrieben werden, um Wiederholungen zu vermeiden.In a second embodiment according to the invention, a further cooling device is integrated in the disclosed mixing chamber 2, which is detailed in 3 is shown. The second embodiment is essentially the same as the first embodiment, so recurring features will not be described again to avoid repetition.

Durch ein weiteres Einspritzventil 10 wird in der zweiten Ausführungsform ein weiteres Kühlmedium direkt in die Mischkammer 2 eingespritzt. Das weitere Kühlmedium ist im vorliegenden Beispiel Wasser. Das Wasser befindet sich im flüssigen Aggregatszustand. Das weitere Kühlmedium kann dem ersten Kühlmedium in den Kühlkanälen 8 entsprechen.In the second embodiment, a further cooling medium is injected directly into the mixing chamber 2 by a further injection valve 10 . The additional cooling medium is water in the present example. The water is in the liquid state of aggregation. The further cooling medium can correspond to the first cooling medium in the cooling channels 8 .

Durch das Einspritzen wird das Wasser direkt mit den Bestandteilen des Gummirohmaterials gemischt. Die Bewegung der Rotoren 6 in der Mischkammer 2 stellt eine weitere Durchmischung des Gummirohmaterials mit dem Kühlmedium sicher.By injecting the water is mixed directly with the components of the rubber raw material. The movement of the rotors 6 in the mixing chamber 2 ensures further mixing of the rubber raw material with the cooling medium.

Durch die erfolgte Durchmischung reduzieren sich die Wege der Wärmeleitung im Gummirohmaterial und vergrößert sich die zur Übertragung von Wärme zwischen Gummirohmaterial und Kühlmedium zur Verfügung stehende Fläche.As a result of the mixing that has taken place, the heat conduction paths in the rubber raw material are reduced and the area available for the transfer of heat between the rubber raw material and the cooling medium is increased.

Im vorliegenden Beispiel wird das Kühlmedium Wasser knapp unter seiner Verdampfungstemperatur von 100°C zugeführt. Durch die Aufnahme von Wärme aus dem Gummirohmaterial verdampft das Wasser. Während des Verdampfens kann das Wasser einen hohen Betrag an Energie in Form von Verdampfungsenthalpie aufnehmen, ohne dass sich die Temperatur des Wassers erhöht.In the present example, the cooling medium water is supplied just below its evaporation temperature of 100°C. By absorbing heat from the rubber raw material, the water evaporates. During evaporation, the water can absorb a large amount of energy in the form of enthalpy of vaporization without increasing the temperature of the water.

Das verdampfte Kühlmedium steigt in der Mischkammer 2 auf. Durch eine Dampfauslassvorrichtung 11, die so angeordnet ist, dass keine Flüssigkeiten die Auslassvorrichtung 11 erreichen, entweicht das verdampfte Kühlmedium aus der Mischkammer 2. Im vorliegenden Beispiel ist die Dampfauslassvorrichtung 11 im Beschickungsschacht 3b angeordnet. Bei der Dampfauslassvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Öffnung im Zulauf oder ein Dampfauslassventil handeln.The vaporized coolant rises in the mixing chamber 2 . The vaporized cooling medium escapes from the mixing chamber 2 through a vapor outlet device 11, which is arranged in such a way that no liquids reach the outlet device 11. In the present example, the vapor outlet device 11 is arranged in the charging shaft 3b. The steam outlet device can be, for example, an opening in the inlet or a steam outlet valve.

Außerhalb der Mischkammer 2 wird das verdampfte Kühlmedium kondensiert und kann anschließend über das Einspritzventil 10 wieder in die Mischkammer 2 eingeführt werden. Das Kühlmedium wird also in einem Kühlmedienzyklus K wiederverwendet.The vaporized cooling medium is condensed outside of the mixing chamber 2 and can then be reintroduced into the mixing chamber 2 via the injection valve 10 . The cooling medium is thus reused in a cooling medium cycle K.

In einem beispielhaften Verfahren soll die Temperatur des Gummirohmaterials während des Mischens zwischen 120°C und 160°C gehalten werden. Übersteigt die Temperatur 160°C kann das Gummirohmaterial nicht mehr mit gleichbleibender Qualität verarbeitet werden. Mögliche Bestandteile des Gummirohmaterials sind beispielsweise Naturkautschuk, Kohlenstoff in Form von Ruß, Silica und organische Polymerverbindungen.In an exemplary process, the temperature of the gum raw material is to be maintained between 120°C and 160°C during mixing. If the temperature exceeds 160°C, the rubber raw material can no longer be processed with consistent quality. Possible components of the rubber raw material are, for example, natural rubber, carbon in the form of soot, silica and organic polymer compounds.

Zur Durchmischung bringen zwei Rotoren 6 eine Mischleistung in die Mischkammer 2 ein. Aufgrund der dabei entstehenden Reibung zwischen Rotoren 6 und Gummirohmaterial bzw. innerhalb des Gummirohmaterials, wird ein Teil der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt, was die Temperatur in der Mischkammer 2 erhöht.Two rotors 6 introduce a mixing power into the mixing chamber 2 for thorough mixing. Due to the resulting friction between the rotors 6 and the rubber raw material or within the rubber raw material, part of the energy supplied is converted into heat, which increases the temperature in the mixing chamber 2 .

In 4 wird die Temperatur in der Mischkammer 2 abhängig von der Zeit bei einer Drehzahl von 50 rpm der beiden Rotoren 6 für die erste Ausführungsform des Mischapparats 1 dargestellt, in der die Mischkammer nur eine Kühlung durch Kühlkanäle 8 aufweist. Die Temperatur wird durch ein hierfür vorgesehenes Thermometer 9 in der Mischkammer 2 gemessen. Ein weiteres Thermometer 9 kann in oder am Übergang zu der Zuführvorrichtung 3 vorgesehen sein.In 4 the temperature in the mixing chamber 2 is shown as a function of time at a speed of 50 rpm of the two rotors 6 for the first embodiment of the mixing apparatus 1, in which the mixing chamber only has cooling through cooling channels 8. The temperature is measured in the mixing chamber 2 by a thermometer 9 provided for this purpose. Another thermometer 9 can be provided in or at the transition to the feed device 3 .

Wird die Temperaturschwelle von 160°C überschritten, wird die Kühlung eingeschaltet. Die Kühlung durch die Kühlkanäle 8 reicht nicht aus, um die gesamte zugeführte Wärme abzuführen. Daher muss, um einen weiteren Anstieg der Temperatur in der Mischkammer 2 zu vermeiden, gleichzeitig die Drehzahl der Rotoren 6 deutlich gesenkt werden. Beispielsweise wird die Drehzahl um 20 % gesenkt. Der Durchsatz des Mischapparats 1 wird somit reduziert bzw. durch eine geringere Durchmischung wird die Qualität des Endprodukts verringert.If the temperature threshold of 160°C is exceeded, the cooling is switched on. The cooling by the cooling channels 8 is not sufficient to dissipate all of the heat supplied. Therefore, in order to avoid a further rise in temperature in the mixing chamber 2, the speed of the rotors 6 must be significantly reduced at the same time. For example, the speed is reduced by 20%. The throughput of the mixing apparatus 1 is thus reduced or the quality of the end product is reduced due to less thorough mixing.

In 5 wird dasselbe Temperaturprofil in Abhängigkeit von der Zeit für eine Mischkammer 2 der zweiten Ausführungsform des Mischapparats 1, welcher beide Kühlsysteme umfasst, dargestellt. Die beiden Kühlsysteme sind zum einen die Kühlung durch die Kühlkanäle 8 und zum anderen die Kühlung durch das direkte Einspritzen eines Kühlmediums.In 5 the same temperature profile is shown as a function of time for a mixing chamber 2 of the second embodiment of the mixing apparatus 1, which comprises both cooling systems. The two cooling systems are, on the one hand, cooling through the cooling channels 8 and, on the other hand, cooling through the direct injection of a cooling medium.

Übersteigt die Temperatur in der Mischkammer 2 in diesem Szenario eine Temperatur von 160°C, werden die beiden Kühlsysteme eingeschaltet. Durch die höhere mögliche Wärmeabfuhr, kann die Temperatur in der Mischkammer 2 ohne Reduzierung der Drehzahl wieder auf die gewünschte Temperatur von 120°C abgekühlt werden. Wird eine Temperatur unterhalb dieser zweiten Temperaturschwelle von 120°C in der Mischkammer 2 erreicht, wird die Kühlung wieder ausgeschaltet.If the temperature in the mixing chamber 2 exceeds a temperature of 160°C in this scenario, the two cooling systems are switched on. Due to the higher possible heat dissipation, the temperature in the mixing chamber 2 can be cooled down again to the desired temperature of 120° C. without reducing the speed. If a temperature below this second temperature threshold of 120° C. is reached in the mixing chamber 2, the cooling is switched off again.

Somit ist in der zweiten Ausführungsform ein Betrieb des Mischapparats 1 mit gleichbleibendem hohem Durchsatz bzw. ohne Verminderung der Produktqualität möglich. Durch die effektivere Kühlung kann die Drehzahl gegenüber Apparaten, die nicht beide Kühlsysteme aufweisen, erhöht werden und zusätzliche Mischstufen können eingespart werden. Dies erhöht den Durchsatz des gesamten Prozesses bzw. verringert dessen Kosten und Energieverbrauch.Thus, in the second embodiment, the mixing apparatus 1 can be operated with a consistently high throughput or without reducing the product quality. Due to the more effective cooling, the speed can be increased compared to devices that do not have both cooling systems, and additional mixing stages can be saved. This increases the throughput of the entire process and reduces its costs and energy consumption.

BezugszeichenlisteReference List

11
Mischapparatmixer
22
Mischkammermixing chamber
33
Zuführvorrichtungfeeding device
3a3a
Förderbandconveyor belt
3b3b
ZulaufIntake
44
StempelRubber stamp
55
Einspritzventil für GummirohmaterialInjection valve for rubber raw material
66
Rotorenrotors
6a6a
Oberfläche der Rotorensurface of the rotors
77
Kammeraußenwandchamber outer wall
7a7a
Innere Oberfläche der KammeraußenwandInner surface of the outer wall of the chamber
88th
Kühlkanälecooling channels
99
Thermometerthermometer
1010
Einspritzventil für KühlmediumInjection valve for cooling medium
1111
Dampfauslassvorrichtungsteam outlet device
KK
Kühlmedienzykluscooling media cycle

Claims (14)

Verfahren zur Kühlung eines Gummirohmaterials in einer Mischkammer (2), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Einführen des Gummirohmaterials in die Mischkammer (2) und Mischen des Gummirohmaterials in der Mischkammer (2), - Einführen eines Kühlmediums in die Mischkammer (2), wobei das Kühlmedium einen festen oder einen flüssigen Aggregatszustand aufweist, - gleichzeitiges Mischen des Gummirohmaterials und Mischen des Gummirohmaterials mit dem Kühlmedium, - Verdampfen des Kühlmediums durch Wärmeaufnahme vom Gummirohmaterial, - Ausführen des verdampften Kühlmediums aus der Mischkammer (2).Process for cooling a rubber raw material in a mixing chamber (2), comprising the following process steps: - introducing the rubber raw material into the mixing chamber (2) and mixing the rubber raw material in the mixing chamber (2), - introducing a cooling medium into the mixing chamber (2), the cooling medium having a solid or a liquid state of aggregation, - simultaneous mixing of the rubber raw material and mixing of the rubber raw material with the cooling medium, - Evaporation of the cooling medium through heat absorption from the rubber raw material, - Carrying out the vaporized cooling medium from the mixing chamber (2). Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Schritte: - Kondensieren des Kühlmediums, - Rückführen des Kühlmediums in die Mischkammer (2).procedure after claim 1 , further comprising the steps of: - condensing the cooling medium, - returning the cooling medium to the mixing chamber (2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kühlmedium in die Mischkammer (2) eingespritzt wird.procedure after claim 1 or 2 , whereby the cooling medium is injected into the mixing chamber (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kühlmedium mittels mindestens eines Rotors (6) mit dem Gummirohmaterial vermischt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein the cooling medium is mixed with the rubber raw material by means of at least one rotor (6). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlmedium nur eingeführt wird, wenn eine Temperatur, die mit der Temperatur des Gummirohmaterials korreliert, eine vorgegebene erste Temperaturschwelle überschreitet.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the cooling medium is introduced only when a temperature correlating with the temperature of the rubber raw material exceeds a predetermined first temperature threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte: - Zuführen mehrerer Bestandteile für ein Gummirohmaterial, - Mischen der Bestandteile und Messen einer Temperatur, die mit der Temperatur des Gummirohmaterials korreliert, - Zuführen des Kühlmediums, wenn die erste Temperaturschwelle überschritten wird, - Fortsetzen des Mischens, - Beenden der Zuführung des Kühlmediums, wenn die Temperatur des Gummirohmaterials unter eine zweite Temperaturschwelle gefallen ist, wobei die zweite Temperaturschwelle niedriger als die erste Temperaturschwelle ist.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , comprising the steps of: - supplying several components for a rubber raw material, - mixing the components and measuring a temperature which correlates with the temperature of the rubber raw material, - supplying the cooling medium if the first temperature threshold is exceeded, - continuing the mixing, - ending the supplying the cooling medium when the temperature of the rubber raw material has fallen below a second temperature threshold, the second temperature threshold being lower than the first temperature threshold. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Drehzahl des mindestens einen Rotors (6) im Wesentlichen konstant gehalten wird.procedure after claim 6 , wherein the speed of the at least one rotor (6) is kept substantially constant. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Drehzahl des mindestens einen Rotors (6) nach Erreichen der ersten Temperaturschwelle um maximal 20% verringert wird.procedure after claim 6 , wherein the rotational speed of the at least one rotor (6) is reduced by a maximum of 20% after the first temperature threshold has been reached. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeführten Kühlmediums größer ist als eine Menge, die durch das Gummirohmaterial adsorbiert oder anderweitig aufgenommen werden kann.Procedure according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the amount of cooling medium supplied is greater than an amount that can be adsorbed or otherwise accommodated by the rubber raw material. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium, welches nicht durch Adsorption oder anderweitig im Gummirohmaterial gebunden ist, vollständig verdampft wird.procedure after claim 9 , characterized in that the cooling medium, which is not bound by adsorption or otherwise in the rubber raw material, is completely vaporized. Mischapparat (1) aufweisend eine Mischkammer (2), die zum Mischen eines Gummirohmaterials eingerichtet ist, wobei in einer Außenwand (7) der Mischkammer (2) eine Kühlvorrichtung integriert ist, aufweisend - mindestens eine Öffnung zum Zuführen eines Kühlmediums (10) in die Mischkammer (2), das nicht gasförmig ist, und weiterhin - mindestens eine Öffnung zum Ausführen des Kühlmediums (11) im verdampften Zustand aus der Mischkammer (2).Mixing apparatus (1) having a mixing chamber (2) which is set up for mixing a rubber raw material, a cooling device being integrated in an outer wall (7) of the mixing chamber (2). - at least one opening for feeding into the mixing chamber (2) a cooling medium (10) which is not gaseous, and furthermore - At least one opening for carrying out the cooling medium (11) in the vaporized state from the mixing chamber (2). Mischapparat (1) nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Öffnung zum Zuführen eines Kühlmediums ein Einspritzventil (5, 10) ist.Mixing apparatus (1) after claim 11 , wherein the at least one opening for supplying a cooling medium is an injection valve (5, 10). Mischapparat (1) nach Anspruch 12, der dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Einspritzventil (5, 10) zum Einspritzen des Kühlmediums und zum Einspritzen eines oder mehrerer Bestandteile des Gummirohmaterials zu verwenden.Mixing apparatus (1) after claim 12 , which is set up to use the at least one injection valve (5, 10) for injecting the cooling medium and for injecting one or more components of the rubber raw material. Mischapparat (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei mindestens ein zweites Einspritzventil (5) zum Einspritzen eines oder mehrerer Bestandteile des Gummirohmaterials vorhanden ist.Mixing apparatus (1) after claim 11 or 12 wherein there is at least one second injection valve (5) for injecting one or more components of the rubber raw material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10251032A1 (en) 2002-07-12 2004-01-22 Continental Aktiengesellschaft Process for the production of rubber compounds
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DE102008012185A1 (en) 2008-03-03 2009-09-10 Tesa Se Process for the preparation of a highly cohesive PSA
DE102009007644A1 (en) 2009-02-05 2010-09-16 List Holding Ag Separating material mixtures, particularly solutions, suspensions and emulsion, involves dividing main vaporization and degasification, where main vaporization and degasification are performed in separate mixing kneader

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