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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von elastomeren Gummi-
oder Kunststoffmischungen, die mit FUll-und Wirkstoffen angereichert werden Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung einer
aus Gummi, Kunststoff oder dergl. bestehenden Mischung. Sie betrifft ferner Vorrichtungen
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Verfahren zur Herstellung von Gummi-, Kunststoff-oder dergl. Mischungen
sind bekannt. Bei diesen Verfahren werden insbesondere in der Gummiindustrie die
Grundstoffe und Zuschläge in der Regel kontinuierlich oder diskontinuierlich in
einem Chargenmischer zuEgegebent wobei bereits im Werkstoffzulaufschacht die Grundstoffe
und Zuschläge von einem hin und her beweglichen Stempel einer Druckbelastung unterzogen
werden.
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Diese Druckbelastung ist notwendig, da die zu mischenden Stoffe in
Folge ihrer großen Viskosität sonst dem Mischwerkzeug ausweichen und es zu keiner
Homogenisierung der zu mischenden Stoffe kommen würde. Nach Beendigung des Mischvorganges
fällt das Mischgut aus dem Mischer heraus und wird anschließend auf Walzwerken,
Strainern, Plastifizierextrudern, Kalandern und dergl. weiter bearbeitet.
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Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen das Gut in sogenannten Strainern,
Extruderprofilschneckenpressen eingegeben wird und dort unter Mischen und Kneten
homogenisiert und dann zu einem Strangprofil oder z.B. Laufflächenprofil für die
Reif enproduktion umgeformt wird.
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Allen bekannten Verfahren haftet aber der allgemeine Nachteil an,
daß eine Homogenisierung einer aus Einzel-Komponenten bestehenden Mischung, beispielsweise
einer Gummimischung, nur unter einem beachtlichen Zeitaufwand möglich ist, weil
das Mischgut einerseits eine oder mehrere Komponenten hochviskoser Art aufweist
und andererseits Zuschlagkomponenten zugegeben werden müssen, die in der Regel einem
feinstkörnigen Staubgut bestehen, welches aber einen ungünstigen Böschungswinkel
aufweist. Aus dieser Erkenntnis hat die einschldgige Zuschlagstoffindustrie, i.B.
Rußfabriken, ihre Rohstoffe so umformuliert, daß diese Perlen-oder kugelförmig granuliert
oder pelitiert sind, damit die sehr zur Brückenbildung und Anhaftung neigenden Stoffe
einen leicht rieselförmigen Charakter erhalten, was zur Folge hat, daß der
Böschungswinkel
dieser Stoffe weniger einen spitzen, sondern mehr einem flachen Winkel bis zur Horizontallage
einnimmt, wie dieses auch bei leicht flüssigen Stoffen, wie Öle und dergl., der
Fall ist.
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Die Füllstoff- oder Rußfabriken stellen daher eine Anforderung bezüglich
Betriebsmittel, d.h., Auslegung der Silos, Beschickung der Silos, Entnahme der Stoffe,
Auslegung der Dosier- und Wiegeaggregate bis zu einem Tragsystem in den Mischern,
wobei sämtliche Vor- und nachgeschalteten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren so
ausgelegt werden, daß die Vorpelletierung oder Granulierung nicht zerstört wird,
da sonst die Abriebe, z.B. Staubteilchen wiederum den Rieselcharakter der Füllstoffe
ungünstig beeinflussen und dadurch die Mischzeiten erhöhen.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die in den sogenannten Innenmischern
oder Stempelknetern vormastizierten Elastomeremischungen den gesamten Mischraum
vorerst nicht ausfüllen, weil einerseits durch die Formgebung der Knetwerkzeuge
eine konzentrierte Verdichtung und Ballenbildung der Mischgutteile entsteht und
andererseits ein hoher Abrieb infolge der hochgradigen Viskosität besteht.
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Hierdurch kommt es beim Einbringen der Zuschlagkomponenten in den
Mischer vielfach zu einer ungenügenden Verteilung der Stoffe, weil in die engspaltigen
Hohlräume zwischen den grobknolligen Elastomerekomponenten die Füllstoffe nicht
oder nur ungenügend einfließen und hierdurch beim weiteren Mischen vorübergehend
zu un-erwünscht hohen
Drücken auf das Mischwerkzeug und die Mischerinnenwand
kommt und dadurch ein hoher Verschleiß bedingt ist.
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Die einschlägigen Vorrichtungen sind daher aus hochfesten Werkstoffen
mit Aufpanzerung hergestellt, damit die Standzeiten der Mischer in annähernd wirtschaftlicher
Größe gewährleistet sind.
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Ein nicht unwesentlicher Nachteil der bestehenden Mischvorrichtungen
besteht darin, daß infolge des ungünstigen Böschungswinkels der Aufnahmeschacht
des Kneters sehr groß zu dimensionieren ist, damit durch mehrmaliges Auf- und Niederfahren
des Druckstempels ein sogenanntes Nachfüttern erfolgen kann. Der Nachteil ist nicht
nur der Zeitverlust sowie unwirtschaftliche Überdimensionierung der Mischerschäte
und dergl., sondern im wesentlichen auch der Faktor des zusätzlicen Verschleißes,
da der Mischerschaft und der Stempel ähnlich wie die Mischwerkzeuge und die Mischkammer
bei abräsiven Stoffen verschleißen.
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Ein weiterer Nachteil ist durch die Auflagen der Rohstoffhersteller
bedingt, da man nach heutigem Stand der Technik die Vorratssilos kaum oder sehr
selten pneumatisch beschicken kann, weil bei Ruß, insbesondere bei den überhöhten
Fließgeschwindigkeiten bei einer pneumatischen Förderung es so zu größeren Abrieben
kommt und zusätzlich das granulierte Fördergut durch die überhöhte Massenbeschleunigung
beim Passieren einer Engstelle oder Umlenken in einem Rohrbogen zerschellen und
somit ein nicht unbedeutender Anteil der Grundstoffe wieder in die Ursprungsform
- Pulver -zurückgeführt wird.
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Aus der Tatsache, daß eine pneumatische Rohstoff-Förderung einen wirtschaftlichen
Stetigförderer darstellt, aber hierbei ein erhöhter Zerstörungsgrad der pelletierten
Teilchen in Kauf genommen werden muß, hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe
gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, welches insbesondere unter Ausnutzung der
Vorteile des pneumatischen Förderns das Mischgut so in einen Mischer einführt, daß
durch die pneumatische Förderung zwangsläufig zerstörten Teilchen gleichmäßig in
kürzester Zeit im Mischer verteilt werden. Mit dem Verfahren sollen auch Zuschlagstoffe
in Mischer eingebracht werden können, welche bereits pulverförmig sind, oder durch
eine andere Förderart -mechenische Förderung - ganz oder teilweise aus einer pelletierten
in einen pulverförmigen Zustand überführt worden sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Zuschlagstoffe auf
ihrem Weg vom Vorratsbehälter bis zum Einlauf in die Mischkammer mit Luft oder einem
anderen gasförmigen Medium anzureichern und dieses nach selbsttätigem Entweichen
aus der Mischung während des Mischvorganges im Mischraum über ein Filtersystem zu
reinigen und dem Belüftungskreislauf wieder zuzuführen.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Luft oder ein anderes
gasförmiges Medium im Auslauftrichter des Vorratsbehälters, im Üb@rgangsstutzen
zur doslervorrichtung, in der Mantelfläche der Dosiervorrichtung, in der Mantel-@@@@@e
des Wiegebehälters, in der Zulaufgosse @@@ M@schereinlauf, in der Aufq@beklappe
des Mischerschachtes und in der gesamten Mantelfläche des Mischerschachtes aufzugeben.
In den vorgenannten
Belüftungsbereichen können zur Erreichung eines
Fluidisierungseffektes poröse Werkstoffe oder solche mit Feinstbohrungen (Belüftungsdüsen)
Verwendung finden.
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Ein weiterer verfahrenstechnischer Vorteil besteht darin, daß bei
dem Verdichtungs- und Einmastizierungsvorgang die sonst gegebene vorübergehende
Entmischung der Stoffe nicht mehr möglich ist, weil alle Füllstoff-Zuschläge sich
sofort beim Zufluß relativ gleichmäßig in der Grundkomponente verteilen und somit
beim weiteren Ablauf des Misch- und Kn@tvorganges von der plastischen elastomeren
Grundkomponente umschlossen werden und durch die duroplastische oder thermoplastische
Eigenschaft des Stoffes an der Oberfläche anhaften, Vorrichtungstechnische Vorteile
bestehen darin, daß die zu fluidosierenden Grundstoffe auf dem Wege vom Ausgangspunkt
der Lagerung, der Transportstrecke zwischen Dosierung und Chargenverwiegung, der
Zulaufrohre, Schüttgossen, Zulauftrlmellen der Einfüllklappe und der Innenwandung
des Kneterschachtes belüftbar sind. Gemäß der Erfindung lassen sich die inneren
Mantelflächen der vorgenannten Lager-, Dosier-, Char ier- und Zuführagqtegate aus
porösem Werkstoff, z.B. Sinterbronze, Sinterpolypropolen, sowie Person und Diolengewege
ausführen, die eine Ermöglichung einer FLießbettbelüftung biet@n.
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Annand der in den Zeich@ungen dargestellten Figu@en ist die Erfindung
an einem Ausführungs beispiel im Folgenden näher besch@@eben.
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Es zeigen: Figuren 1 und 2 in schematischer Darstellung die Abhängigkeit
des Schüttgutböschungswinkel 5 von der Schttgutart in Verbindung mit dem Zerstörungsgrad
der einzelnen Schüttgutpartikel.
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Figur 3 den Einfluß bei Zugabe von Luft oder anderen gasförmigen Medien
zum Schüttgut auf die Größe des Böschungswinkels.
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Figur 4 im Schnitt einen Mischer in herkömmlicher Bauweise im Zeitpunkt
der Zuführung der Zuschlagstoffe ohne Luft- bzw. Gaszugabe bei hochgezogenem Stempelzulaufschacht.
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Figur 5 den Mischer der Figur 4 mit abgesenktem Stempel im Zulaufschacht.
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Figur 6 im S-hnitt einen Mischer in herkömmlicherBauweise im Zeitpunkt
des Abschlusses der Beschickung der Zuschlagstoffe mit Luft- bzw.
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Gaszugabe bei hochgezogenem Stempelzulaufschacht.
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Figur 7 den Mischer der Figur 6 mit abgesenktem Stempel und geschlossener
Mischkammer.
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Figur 8 in schematischer Darstellung ein Be- und Entlüftungssystem
für Zuschlagstoffe an einer Mischeinrichtung.
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Beim Vergleich der Figuren 1 und 2 kann festgestellt werden, daß der
Böschungswinkel des Schüttgutes 1 steiler ist als der Böschungswinkel ! des Schüttgutes
2.
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Die Unterschiede in der größe des Böschungswinkels bzw. d ' ist durch
den höheren Anteil an zerstörten Schüttgutpartikelchen bedingt. Das Schüttgut 1
hat einen höheren Anteil an zerstörten Schüttgutpartikelchen als das Schüttgut 2.
Bei der Figur 3 ist der Böschungswinkel i @@ des Schüttgutes 3 wesentlich kleiner
als derjenige des Schüttgutes 1 und 2. Der relativ kleine SchUttgutwinkelt " ist
dadurch bedingt, daß dem auszuschüttenden Gut während der Bildung des Haufwerkes
laufend Luft oder ein anderes gasförmiges Medium zugeführt wird, wodurch die Fließeigenschaften
verbessert und die Hafteigenschaften der Partikelchen untereinander herabgesetzt
werden.
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Um das einzelne Schüttgutpartikelchen bildet sich eine Luft- bzw.
Gaszone, die sogar noch teilweise in das Partikelchen eindringt. Das Partikelchen
selbst ist also von einem von Luft oder Gas gänzlich umschlossen, so daß eine echte
Oberflächenreibung der Teilchen untereinander überhaupt nicht auftritt. Selbst bei
Abbau der das Partikelchen umgebenden Luft- bzw.
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Gas zone reicht die in das Partikelchen eingedrungene Luft beim Entlüften
noch aus, um das Schüttgut vorübergehend in eiaem ausgezeichneten fließfähigen Zustand
zu halten. Bei den Figuren 1 - 3 muß selbstverständlich vorausgesetzt werden, daß
die Böschungswinkel und 4 '' sämtlich auf die Linie A, B - Befüllungsebene - bezogen
sind.
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Die vorliegende Erfindung hat sicfl tm vorhergehenden beschriebenen
Erscheinungsformen zu Nutze gemacht.
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Es wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel, z.B. bei der Herstellung
einer Gummimischung das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. In den Figuren 4
und 5 ist zunächst der Befüllungs- und teilweise
Mischvorgang bei
einem Mischer in herkömmlicher Bauweise veranschaulicht, wobei die Zuschlagstoffe
nicht mit Luft oder einem gasförmigen Medium beaufschlagt sind. Die Zuführung der
Zuschlagstoffe, z.B.
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Ruß 4, erfolgt über die Schüttgosse 5, Die Schüttgosse 5 mündet in
einem Mischschacht 6, in dem ein Stempel 7 geführt ist. Als Betätigungsorgan für
den Stempel 7 dient ein Arbeitszylinder 8, in dem ein Kolben 9 mit Kolbenstange
1o geführt ist. Bevor Zugabe der Zuschlagstoffe 4 werden die Grundkomponenten 11
in den Mischer 12 über die Öffnung 13 in Zulaufschacht 6 eingegeben. Die Öffnung
13 ist mittels einer Klappe 14 verschließbar.
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In der Kammer 15 des Mischers 12 rotieren de Mischwerkzeuge 16 und
17. Der Auslauf der Mischkammer 15 bildet der Klappsattel 18 welcher Mittels eines
Arbeitszylinders 19 in Schließstellung verriegelbar ist. Die Einfüllklappe 14 ist
von einem kastenähnlichen Gebilde 20 umschlossen, an welches eine Entlüftungs- und
Entstaubungsleitung 21 angeschlossen ist. Der Stempel 7 hat die Aufgabe, in hochgezogener
Lage einmal den Zulaufschacht 5 und die Öffnung 13 zum Zulaufschacht freizugeben.
Weiterhin hat er die Aufgabe, in abgesenktem Zustand die Mischkammer 12 abzuschließen,
damit ein Austritt der zu mischenden Masse in den Schacht 6 vermieden wird. Ein
guter Abschluß durch den Stempel 7 ist unbedingt notwendig, da es sich um hoch viskose
Materialien handelt, die einer enorm hohen Knetwirkung unterliegen.
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In den Figuren 6 und 7 ist die herkömmliche Bauweise eines Mlschers
der Figuren 4 und 5 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Schüttgosse
5 an ihrer außen liegenden Mantelfläche 22 durch Verwendung eines porösen Werkstoffes
mit Anschluß an eine Belüftung 23 belüftbar ist. Das gleiche gilt für die Klappe
14, die ihrerseits ebenfalls aus einem porösen Werkstoff 24
besteht
und die an eine Belüftung 25 angeschlossen ist. Der Schacht 6 für den Stempel 7
hat im oberen Bereich zusätzlich eine Öffnung 26. Die über die Schüttgosse 5 eingeführten
Zuschlagstoffe werden beim Einfüllen mit Luft angereichert und damit in den Eingangs
erwähnten gut fließfähigen Zustand versetzt. Dadurch können in relativ kurzer Zeit
die Zwischenräume zwischen den Grundwerkstoffen Ii schnellstens aufgefüllt und sofort
die Zuschlag.
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stoffe 4 in den Mischprozess einbezogen werden.
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Dadurch wird aber die Mischzeit erheblich verkürzt.
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Dabei ist aber gleichzeitig der Vorteil gegeben, daß durch das schnellere
Einmischen der Zuschlagstoffe 4 in die Grundstoffe 11 die Reibungswirkung und damit
der Verschleiß herabgesetzt wird.
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Die den Zuschlagstoffen 4 während des Einfüllens beigegebene Luft
wird zum Teil wieder über die Öffnungen 26 und den Kasten 20 abgeführt und in einem
Filter 27 gereinigt und über die Leitung 28 mit Gebläse 29 dem Belüftungskreislauf
über die Leitungen 30 wieder zugeführt. Die den Zuschlagstoffen 4 noch innewohnenden
restlichen Luftanteile, die während des Knetvorganges ausgetrieben werden, können
in den Schacht 6 in sofern entweichen, als der Stempel 7 mit einem Spiel in denselben
geführt ist.
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In der Figur 8 ist in schematischer Darstellung ein Be-und Entlüftungssystem
für die Zuschlagstoffe, die einem Innenmischer zugegebenwerden, dargestellt. Außer
den Stellen 22 und 24 für die Zugabe von Luft zu den Zuschlagstoffen können noch
bereits im Vorratsbehälter 31 insbesondere in seinem trichterförmigen Auslauf 32
Luft oder gasförmige Medien den Zuschlagstoffen zugegeben werden. Ferner besteht
die Möglichkeit, im Aus auf
stutzen 33 Luft oder-gasförmige Medien
zugegeben.
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Auch im Dosieraggregat 34 besteht eine solche Möglichkeit, ferner
im Chargen- oder Wiegenbehälter 35 an Luft oder ein gasförmiges Medium den Zuschlagstoffen
zugegeben werden. Auch der Zulauf schacht 6 kann an beliebiger Stelle an ein Be-
und Entlüftungssystem angeschlossen sein. Das in der Figur 8 dargestellte Be- und
Entlüftungssystem arbeitet kontinuierlich, wobei an den vorgenannten Stellen gleichzeitig
Luft oder ein anderes gasförmiges Medium den Zuschlagstoffen zugegeben wird. Es
besteht aber auch eine diskontinuierliche Betriebsweise. Ferner besteht die Möglichkeit
nicht an sämtlichen im Vorhergehenden beschriebenen Stellen die Belüftung der Zuschlagstoffe
vorzunehmen. Das in der Figur 8 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt in kombinierter
Anwendung Be- und Entlüftung. Es versteht sich von selbst, daß sowohl die Belüftung
als auch die Entlüftung und damit verbundene Entstaubung in voneinander getrennten
Systemen durchgeführt werden kann. Dadurch wird der Gedanke der Erfindung nicht
belastet.