DE2925266C2

DE2925266C2 - Misch- und Knetmaschine

Info

Publication number: DE2925266C2
Application number: DE2925266A
Authority: DE
Inventors: Tsugushi Miki Tokio/Tokyo Fukui; Kimi Inoue; Akimasa Kobe Tokio/Tokyo Kuriyama; Tatuo Akashi Tokio/Tokyo Masaki; Minoru Hachioji Tokio/Tokyo Miyaoka; Kazuhiko Kobe Tokio/Tokyo Nakagawa; Norimoto Kodaira Tokio/Tokyo Sato
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1978-06-23
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1985-01-17
Also published as: IT1191304B; AU4834679A; AU528418B2; IT7923824A0; FR2429087B1; DE2925266A1; GB2024635A; FR2429087A1; US4284358A; GB2024635B

Description

Die Erfimfcng betrifft eine Misch- und Knetmaschine mit einem Gehäuse und zwei in demselben parallel zueinander Beigeordneten, in entgegengesetzten Richtungen drehbar gelagerten Rotoren, von denen jeder wenigstens eine lange Rippe und wenigstens eine kurze Rippe aufweist, die wendelförmig zur Längsachse des betreffenden Rotors verlaufen, wobei die langen Rippen untereinander und die kurzen Rippen untereinander im wesentlichen gleich lang sind.

Misch- und Knetmaschinen dieser Art vermischen und kneten unabhängig von der Art des zu bearbeitenden Materials dieses intensiv. Sie sind zum Vermischen von Gummi geeignete Chargenkneter und damit für die Gummiindustrie unerläßliche Maschinen. Sie werden beispielsweise /um Mastizieren b/.w. Kneten von Gummi von Reifenherstellern, zum Kneten von Kohlenstoff-Mastcrbaich für Gummi oder zum Kneten von Vulkanisiermitteln, d. h. zum sogenannten Vorkneten benutzt.

Um ein homogenes Gemisch zu erzeugen, ist eine makroskopische Dispersion b/.w. Verteilung von großer Bedeutung. Dl? Materialien müssen gleichförmig vermischt werden und durch und durch gleichmäßig verteilt einen Zuschlagstoff enthalten, damit das Gemisch eine gleichförmige Dichte aufweist. Wenn beispielsweise bei der Herstellung währeiid des Vorknetens ein Vulkanisiermittcl nicht homogen beigemischt wird, weist das fertige Produkt ungleichförmige physikalische Eigenschaften auf, was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Qualitätsreifen führt Währviid der Anteil von Stahl-Radialreifen mit eingebettetem Stahlcord an der Gesamtmenge der hergestellten Reifen aus Sicherheitsgründen wegen des Hochgeschwindigkeitsfahrcns immer mehr zunimmt, geht der Trend dahin, für solche Reifen alsGummimalcrial gebrauchic Materialien zu benutzen, die von sich aus härter sind. Bei der Verarbeitung derartiger Materialien ist es schwieriger als bei der Verarbeitung üblichen Gummimaterials, ein homogenes Gemisch mit guter Dispersion der Zuschlagstoffe zu erzielen.

Die hierfür bekannten Misch- und Knetmaschinen haben keine befriedigende Festigkeit zum Verarbeiten derartiger Materialien und sind nicht geeignet, eine ausreichend gleichmäßige Verteilung bzw. Dispersion verschiedenster Zuschlagstoffe zu erreichen.

Bei einer bekannten Misch- und Knetmaschine der eingangs genannten Cuttung (US-PS 34 03 894) sind auch nach längeren Mischzeiten die Mischergebnisse im Hinblick auf die makroskopische Dispersion von Knetmaterial und Zuschlagstoffen ungleichförmig und somit ungenügend, weil sowohl die hingen als auch die kurzen Rippen einen verhältnismäßig hohen Schub auf das Material in Achsrichtung des Rotors ausüben, so daß sich Material im mittleren Bereich jedes Rotors staut und dort eine unerwünschte Verdichtung stattfindet. Es kann von dort auch nicht genügend Material in den Bereich des anderen Rotors übertreten, weil dort ebenfalls Material gestaut ist. Deshalb bleibt das zu knetende und zu mischende Material bald nur noch in einem mehr oder weniger begrenzten Bereich der Rotoren und erfähi t praktisch keine axiale Verschiebung mehr, obwohl die Rippen zu diesem Zweck wendelförmig ausgebildet sind. Die für die eingangs genannten Zwecke notwendige gute Dispersion von Zuschlagstoffen in einem homogenen Gemisch ist somit nicht zu erzielen.

Auch andere Misch- und Knetmaschinen (JP-OS 42-27 032 und IP-Gm 49-43 330) sind nicht in der Lage, zufriedenstellende homogene Gemische aus gebrauchten Gumniimaterialien und Zuschlagstoffe zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Misch- und Knetmaschine zu schaffen, die unabhängig von der An der zu verarbeitenden Materialien unter Berücksichtigung der Materialbewegungen im Betrieb der Maschinedie Materialien intensiv zu einem homogenen Gemisch miteinander vermischt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäQ dadurch gelöst, daß bei einer Misch- und Knetmaschine der eingangs genannten Gattung die Länge der kurzen Rippen — in Achsrichtung des Rotors gesehen — in einem Verhältnis von 0,1 bis 0.48 zur Länge der langen Rippen steht. Dadurch wird auch bei der Verarbeitung von harten Materialien ein relativer Matcrialfhiß entlang den Rotoren erzeugt, der praktisch iillc Ik-reiche im Innern des Gehäuses erfaßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der I Intcriinsprüchc.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispicle einer erfindungsgemäßen Misch- und Knetmaschine schematisch

b5 dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die beiden Rotoren der Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die beiden Rotoren der Maschine gemäß einer/weilen Ausführungsform.
F i g. 3 eine Abwicklung einer der beiden Rotoren aus F i g. 2,

^" F i g. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Mischqualität vom Längenverhältnis der Rotor-Rip

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Mischqualitat vom Schubverhältnis der Rotor-Rip- '·... pen und

_s:_;: Fig.6a und 6b graphische Darstellungen der mit erfindungsgemäßen Rotoren und mit bekannten Rotoren

f.-' erreichbaren Misch- bzw. Dispersionsergebnisse.

?j· Gemäß F i g. 1 hai jeder der beiden dort gezeigten Rotoren 2 und 3 jeweils zwei lange Rippen 4 und jeweils

v" zwei kurze Rippen 5, die wendelförmig zur Längsachse des betreffenden Rotors verlaufen. Das Längenverhältnis LJLi zwisenen den kurzen und den langen Rippen ist kleiner als 0,4. Fig.4 zeigt anhand von zwei mit unterschiedlichem Misch- und Knetzeiten ermittelten Kurven 11 und 12 für unterschiedliche Ripper.längen, daß ■/ bei einem Längenverhältnis über 0,4 die Abweichungen von einer homogenen Dispersion stark zunehmen. Deshalb liegt das Längenverhältnis der kurzen zu den langen Rippen unter 0,48 und vorzugsweise im Bereich von 03 bis 0,15.

Anhand der nachfolgenden Tabelle werden die Unterschiede beim Vorkneten von natürlichem Gummi und :· einem Vulkanisiermittel mit Hilfe einer Misch- und Knetvorrichtung mit einem inneren Volumen von 236 I mit ;'.'- bekannten Rotoren, bei denen das Längenverhältnis der kurzen zu den langen Rippen 0,49 beträgt, und mit - erfindüngsgemäßen Rotoren mit -einem Längenverhältnis von 0.23 aufgezeigt Die Tabelle zeigt, daß mit den ;-_ erfindungsgemäßen Rotoren die Dispersion bzw. Verteilung von Zuschlagstoffen im Gummimaterml verbessert ',' wird, und zwar sowohl gegenüber vorbckannlcn Rotoren mit vier als auch mit zwei Rippen. Die in der Tabelle v; angegebenen Werte sind die Abweichungen von einer gleichförmigen Dispersion.

-i Tabelle

Roter	bekannter	bekannter
Erfindungsgem.	Rotor	Rotor
Rotor
Anzahl der Kippen	4	2
4

0,75	10,4	1,0
0,5	3.1	1,0
0.3	1,0

_f < Längenverhältnis der Rippen 0,23 0,49 —

Gummimaterial
Weichgummi
mitielweicher Gummi
Hartgummi 0,3 1,0 —

\ Die Tabelle zeigt, daß mit Rotoren gemäß F i g. I eine gleichförmige Dispersion des gemischten und geknete-

•_t, ten Materials sowohl in makroskopischer als auch in mikroskopischer Hinsicht zu erzielen ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 sind die kurzen Rippen 5 der Rotoren 2 und 3 relativ länger ah beirr· Ausführungsbeispie! gemäß Fig. 1 und damit die langen Rippen 4 relativ kürzer ausgebildet. Das Längenverhältnis zwisenen den kurzen und den langen Rippen liegt zwischen 0,48 und 0,1. Der Steigungswinkel der wendelförmig verlaufenden langen und kurzen Rippen 4 und 5 ist i.n wesentlichen gleich.

Nachfolgend wird das Verhältnis zwischen der Wendelung der Rippen und der Druck- bzw. Schubbelastung erläutert. Das zu verarbeitende Material wird Kräften ausgesetzt, welche senkrecht zur Arbeitsfläche der lungen und kurzen Rippen 4 und 5 wirken, und wird von einer axialen Komponente der Kraft beim Drehen der Rotoren 2 und 3 in axialer Richtung derselben bewegt. Dieser Druck oder Schub in axialer Richtung wird vom Neigungswinkel oder Schraubenwinkcl der langen oder der kurzen Rippen 4 bzw. deren Länge bestimmt. Die Schubkraft kann wie folgt definiert werden, wobei Pi für die langen und P, für die kurzen Rippen gilt:

Pi = Ax Z./X tanfV/

P, = fx L,

= fx lh

PJP, = aJa,

Dabei bezeichnet 6'/(6',J den Steigungswinkel, Li (Z.,) die Rippenliingc,;/; (a,) «Jas Maß der Wendelung und f (constant) die axiale Druck- oder .Schubbelastung pro Breiteneinheit (Fig. 3).

Es ergibt sich, daß das Druck- und Schubverhältnis der langen zu den kurzen Rippen vom Neigungswinkel der Rippen abhängt. Experimente beim Vorkneten von hartem Gummi in einem Mischer mit einem Rauminhalt von 236 I und jeweils vier Rippen aufweisenden Rotoren haben gezeigt, daß die Verteilung eines Zuschlagmittels bei einigen Gummimaterialicn sehr ungleichmäßig ist und daß eine Maschine mil vier Rippen aufweisenden Rotoren eine sehr viel schlechtere Verteilung der Zuschlagstoffe bewirkt wie eine Maschine mit zwei Rippen aufweisenden Rotoren. Es wurde eine Testmaschine gebaut, um das Flicßverhalten des Materials beim Misch- und Knetvorgang zu beobachten und somit die Gründe für die ungleichmäßige Verteilung aufzudecken. Diese Testmaschine hatte ein trommclförmigcs Gehäuse aus Acryl-Kunsiharz, so daß der Matcrialfluß in ihr direkt beobachtet werden konnte. Um die erreichte Verteilung durch quantitative Analyse auswerten zu können, wurde eine bestimmte Mongc farbiger Kunstsioffkörncr (Polyester) zugegeben und die Anzahl der in mehreren Proben enthaltenen Körner mehrfach (n-x) nach dem Kneten ermittelt und daraus die Abweichung (o„-1) der

Anzahl der Körner berechnet. Die Testmaschine hatte dieselbe Größe wie ein Mischer mit einer inneren Ausnehmung von 1.7 I. Eine wäßrige Lösung mit 30% CMC (Carboxymethylcellulose) wurde zum Durchführen der Experimente benutzt, da dieses Material ein ähnliches Flioßvcrhalten wie in der Praxis verarbeiteter Hartgummi hat.

S Die Gleichförmigkeit der Dispersion nimmt bei Verwendung einer Misch- und Knotvorrichtung mit Rotoren, die jeweils vier Rippen aufweisen, bei steigendem Füll-Faktor ab, wie F i g. 6a und 6b zeigt, und zwar auch bei Erhöhung der Miscn- und Knetdauer. F i g. 6a zeigt dabei die Abweichung der Kornverteilung bei einer Misch- und Knetdauer von 40see und Fig.6b die Abweichung bei einer Misch- und Knetdauer von 60see. Die Kurve 22 zeigt jeweils die Abweichung für eine Misch- und Knetvorrichtung mit Rotoren, die vier Rippen aufweisen, wobei das Längenverhältnis der kurzen zu den langen Rippen über 0,48 liegt. Die Kurve 21 zeigt jeweils die Abweichung der Kornverteilung bei Verwendung von Rotoren mit nur zwei Rippen. Die Kurve 23 zeigt die Ergebnisse bei Verwendung von Rotoren mit vier Rippen auf. bei denen das Liingenvcrhälinis zwischen den kurzen und den langen Rippen zwischen 0,4 und 0,1 liegt. Es ist erkennbar, daü dabei der Füllfaktor der Misch- und Knetvorrichtung auf die Abweichung der Kornverteiliing nahc/u keinen Einfluß hat.

Bei der Ausführungsform gemäß Fi g. 2 hat jeder Rotor 2 und 3 jeweils zwei lange Rippen 4 und zwei kurze Rippen 5, die in entgegengesetzten Richtungen wendelförmig zur Längsachse des Rotors verlaufen und das zu bearbeitende Material zur Mitte des Rotors fördern. Die Steigung der Wendelung ist so gewählt, daß der von den kurzen Rippen auf das Material ausgeübte axiale Schub oder Druck zu dem von den langen Rippen ausgeübten axialen Schub oder Druck in einem Verhältnis von 0,7 bis etwa 0 steht. Bei einer derartigen Anordnung weicht das Fließverhallen des Materials in axialer Richtung zwischen den beiden Rotoren voneinander ab und ist beschleunigt, um die Homogenität der erzielten Mischung zu verbessern.

F i g. 3 zeigt eine Abwicklung eines der Rotoren 2 bzw. 3 gemäß F i g. 2. wobei das Verhältnis (PJPi) des von den kurzen Rippen 5 ausgeübten Druckes P, zu dem von den laugen Rippen 4 ausgeübten Druck Pi durch entsprechende Wahl der Steigung der Rippcnwendelung in einen Bereich zwischen 0.7 bis etwa 0 eingestellt ist.

Das Material wird dann abwechselnd von den langen und den kurzen Rippen zurückgeschoben und der axiale Materialfluß durch Umschalten der axialen Richtung gegenüber dem Material beschleunigt. Wenn das Längenverhältnis (LJLl) der kurzen zu den langen Rippen im Bereich von 0,48 bis 0,1 liegt, wird verhindert, daß das Material an den Enden der Rotoren zum Stillstand kommen kann. Besonders gute Ergebnisse zeigten sich, wenn das Längcnvcrhällnis zwischen den kurzen und den langen

Rippen im Bereich von 0,3 bis 0,15 liegt.

Das Diagramm aus F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit der Abweichung der Kornverteilung vom Schubverhältnis der Rotor-Rippen. Die Kurven 13,14,15 und 16 gelten für ein l.ängenvcrhällnis LJLi von 0,48. von 0375, von 0,25 bzw. von 0,125. Es ist erkennbar, daß die Abweichung der Kornverteiliing (o_n-i) stark anzusteigen beginnt, wenn das Schubverhältnis (PJL) 0,7 übersteigt, hingegen ein Minimum aufweist, wenn sich das Schubverhältnis dem Wert 0 nähert. Die Abweichung der Kornverteilung ist bei allen untersuchten Längcnverhältisscn noch zufriedenstellend, wenn das Schubverhältnis den Wert von 0.45 nicht übersteigt. Das Schubverhältnis wird daher im Bereich zwischen 0,7 und 0 und vorzugsweise im Bereich zwischen 0,45 und nahezu 0 gewählt.

Damit das unter Einfluß der langen Rippen 4 in den Bereich der kurzen Rippen 5 fließende Material von der kurzen Rippe zur Rückseite der langen Rippe zurückgeschoben wird, ist eine genügend große Durchlauföffnung zwischen den Enden der langen und der kurzen Rippen vorhanden. Eine derartige Durchlauföffnung erhält man durch Verringern der Steigung der kurzen Rippe. Dadurch wird der auf das Material im Mischer ausgeübte Druck verringert und somit auch der auf die Rotoren ausgeübte axiale Druck.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Misch- und Knetmaschine, mit einem Gehäuse umd zwei in demselben parallel zueinander angeordneten, in entgegengesetzten Richtungen drehbar gelagerten Rotoren, von denen jeder wenigstens eine lange Rippe und wenigstens eine kurzo Rippe aufweist, die wendelförmig zur Längsachse des Rotors verlaufen, wobei die langen Rippen untereinander und die kurzen Rippen untereinander im wesentlichen gleich lang sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der kurzen Rippen (5) — in Achsrichtung des Rotors (2,3) gesehen — in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,48 zur Länge der langen Rippen (4) steht.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhälinis der kurzen Rippen (.") zu ίο den langen Rippen (4) in einem Bereich von 0,4 bis0,1 liegt.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längen verhältnis der kurzen Rippen (5) zu den langen Rippen (4) in einem Bereich von 03 bis 0,15 liegt.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den kurzen Rippen (5) auf das zu bearbeitende Material ausgeübte axiale Schub zu dem von den laugen Rippen (4) ausgeübten axialen Schub in einem Verhältnis von 0,7 bis etwa 0 steh·.