DE3714162A1 - Mischvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Bildung eines homogenen Gemischs und insbesondere für die Herstellung von Gummi-, Klebstoff- und anderen Feststoffgemischen.

Derartige Mischvorrichtungen sind bekannt und enthalten Hohlraumtransfermischer, die für verschiedene Mischvorgänge verwendet werden.

Diese haben im allgemeinen die Form eines Extruders, bei denen auf der einen Seite der Stoff eingegeben wird und durch eine Extrusionsdüse an der gegenüberliegenden Seite wieder herausgeleitet wird. Diese Extruder enthalten einen hohlen, zylindrischen Stator und einen darin drehbar gelagerten zylindrischen Rotor. Die gegenüberliegenden zylindrischen Oberflächen auf dem Rotor und Stator weisen eine entsprechende Anzahl von in Reihen nebeneinander liegenden Nuten oder Hohlräumen auf, die so angeordnet sind, daß ein Mischgang erfolgt, wenn das zu bearbeitende Material durch den Mischer geleitet wird.

In der GB-PS 9 30 339 ist ein Hohlraumtransfermischer beschrieben, bei dem die Nuten in Längsrichtung verlaufend ausgebildet sind. Die in Reihen nebeneinander liegenden Nuten sind auf jedem Teil über deren Umfang in einem axialen Abstand zueinander angeordnet, wobei die Reihen auf dem einen Teil axial versetzt zu den Reihen auf dem anderen Teil liegen, so daß eine axiale Überlappung der Nuten in benachbarten Reihen auf dem Stator und Rotor erfolgt. Aufgrund dieser Anordnung von sich überlappenden, geschlossenen Hohlräumen auf dem Rotor und Stator muß das durch den Mischer geleitete Material auf einem zwischen Rotor- und Statorhohlräumen hin- und herlaufenden Pfad geführt werden. Wenn sich ein Hohlraum auf dem einen Teil gerade gegenüber einem vorstehenden Abschnitt auf dem anderen Teil befindet, wird das zu mischende Material einem einfachen Schervorgang (shear) unterworfen, so daß es in Hälften zerschnitten wird, bevor es fast rechtwinklig zur ursprünglichen Bewegungsrichtung verschoben wird, wenn es in den nächsten Hohlraum gelangt.

Aus der US-PS 44 19 014 ist ein verbesserter und besonders wirksam arbeitender Hohlraumtransfermischer bekannt, bei dem die Rotor- und Statorhohlräume hemisphärische Form haben und in einer besonderen Konfiguration angeordnet sind. Insbesondere sind diese hemisphärischen Hohlräume in parallelen Reihen auf dem Rotor und Stator so zueinander angeordnet, daß (a) die Hohlräume in benachbarten Reihen auf dem Stator über den Umfang versetzt angeordnet sind; (b) die Hohlräume in benachbarten Reihen auf dem Rotor über den Umfang versetzt angeordnet sind; und (c) die in Reihen nebeneinander liegenden Hohlräume auf dem Stator und Rotor axial versetzt zueinander angeordnet sind, wodurch die gesamte Mischkapazität für denselben Flächenbereich vergrößert wird, wobei eine exponentielle Mischcharakteristik auftritt und der einfache Schermischvorgang (simple shear mixing) wiederholt durch Schneid- und Drehschritte unterbrochen wird.

Der Hohlraumtransfermischer gemäß US-PS 44 19 014 ist wirkungsvoller als derjenige gemäß der GB-PS 9 30 339. Insbesondere wird die Mischkapazität für den Oberflächenbereich beträchtlich vergrößert. Außerdem erhält man noch andere bedeutende Vorteile. Die hemisphärischen Hohlräume können so angeordnet sein, daß sich zu jeder Zeit immer drei Hohlräume überlappen, so daß eine besondere Vermischung und Vermengung durch wiederholte Teilung des geschmolzenen Materialstroms erfolgt. Die hemisphärische Form der Hohlräume ermöglicht eine besonders gute Führung des Materialstroms, so daß kein Stillstand eintritt.

In der amerikanischen Patentanmeldung 8 57 692 wird eine neuartige Vorrichtung zum Eingeben eines Gummi-Vernetzungsmittels in eine Klebstoffzusammensetzung auf Gummibasis beschrieben, bei welcher das Vernetzungsmittel mit der Klebstoffzusammensetzung in einem Hohlraumtransfermischer (cavity transfer mixer CTM) vermischt wird, wobei z. B. ein Hohlraumtransfermischer gemäß der US-PS 44 19 014 benutzt werden kann, wodurch man entscheidende Vorteile bei der Herstellung erhält. Vorzugsweise kann das Vernetzungsmittel in einen Öl- oder Weichmacherträger eingegeben werden. Wie in der parallelen Anmeldung beschrieben, wird zuerst ein Vorgemisch aus Gummi und anderen Komponenten in einem Banbury-Mischer während eines Chargenbetriebes (batch operation) gebildet. Anschließend wird das Vorgemisch zur Eingabeöffnung des Extruders transportiert, an dessen Ausgabeseite der Hohlraumtransfermischer angeordnet ist. Der Hohlraumtransfermischer weist nahe an seiner Eingangsseite einen Einspritzkanal auf, durch das das Vernetzungsmittel eingegeben wird. Wie erwähnt, kann der Hohlraumtransfermischer auf dem ausgangsseitigen Ende des Extruders aufgeschraubt oder in anderer Weise am Extruder befestigt sein. Außerdem kann er separat unter variabler Drehzahl angetrieben und z. B. durch eine Klemmverbindung am Ausgang des Extruders befestigt sein. Bei der zuletzt erwähnten Ausführungsform kann dabei der Hohlraumtransfermischer einen bedeutend größeren Durchmesser als der Extruder besitzen, wodurch ein größerer Oberflächenbereich für die Vermischung im Hohlraumtransfermischer entsteht, welcher nun die Zugabe von wesentlich größeren Mengen an Zusatzstoffen ermöglicht und somit leistungsfähiger wird.

Vorzugsweise sollte das Mischverfahren kontinuierlich ablaufen, wobei das Vorgemisch aus dem Banbury-Mischer direkt in einen kontinuierlich arbeitenden Extruder fällt und bestimmte Mengen des Vernetzungsmittels automatisch mit Hilfe von Mikroprozessoren in den Hohlraumtransfermischer geleitet werden. In anderen Worten: Da die Menge des aus dem Banbury-Mischers austretenden Vorgemisches während einer bestimmten Chargenzeit, z. B. 10 Minuten, bekannt ist, woraus sich die Durchlaufrate des Vorgemisches durch den Extruder ableiten läßt, kann die erforderliche Menge des hinzuzumischenden Vernetzungsmittels bestimmt und automatisch abgemessen werden, wenn das Vorgemisch kontinuierlich in und durch den Hohlraumtransfermischer geleitet wird.

Auf diese Weise erhält man bei Verwendung eines Hohlraumtransfermischers anstelle einer 2,16 m-Doppelwalzen- Mühle ein homogenes Klebstoffgemisch, das das Vernetzungsmittel enthält, und dieses Vorgemisch kann anschließend unverzüglich zu einer Kalandriervorrichtung befördert werden, wo zur Bildung eines Klebstreifens der Klebstoff auf eine geeignete Unterlage aufgetragen wird.

In der parallelen amerikanischen Patentanmeldung 8 92 677 wird ein anderes Verfahren zur Bildung von Gummizusammensetzungen unter Verwendung eines Hohlraumtransfermischers beschrieben und beansprucht. Hier wird ein Hohlraumtransfermischer verwendet, um klebrig machendes Harz in Gummizusammensetzungen einzugeben, die Klebstoffeigenschaften enthalten.

Bei den in dieser Anmeldung beschriebenen bevorzugten Ausführungen werden sämtliche Komponenten der Klebstoffzusammensetzung bis auf die erforderliche Menge des klebrig machenden Stoffes zuerst in einem Innenmischer, vorzugsweise einem Banbury-Mischer, vermischt, um ein geschmolzenes, homogenes Vorgemisch aus Gummi und anderen Komponenten (Füllstoffe Antioxydiermittel etc.) zu erhalten. Das geschmolzene Vorgemisch wird anschließend von dem Banbury-Mischer oder einem anderen Innenmischer zum Hohlraumtransfermischer für die Zugabe des klebrig machenden Stoffes transportiert. Vorzugsweise sollte dies kontinuierlich anstelle eines Chargenbetriebes erfolgen, wobei das Vorgemisch vom Innenmischer über einen Führungsschaft direkt in die Einlaßöffnung eines herkömmlichen Extruders fällt. Der Hohlraumtransfermischer ist an der Ausgangsseite des Extruders befestigt, so daß das Vorgemisch über den Extruder zum Hohlraumtransfermischer befördert wird.

Theoretisch kann der Hohlraumtransfermischer auf dem ausgangsseitigen Ende des Extruders aufgeschraubt und mit einem Einspritzkanal versehen sein, durch das das Harz eingegeben wird. Diese Anordnungen sind auch für die vorliegende Erfindung nützlich. Dennoch bereitet ein derartiger Aufbau Schwierigkeiten bei der Herstellung, so daß sie zumindest für die meisten hier betrachteten Klebstoffsysteme nicht bevorzugt werden sollte.

In der amerikanischen Patentanmeldung 8 92 677 wird außerdem erwähnt, daß Experimente gezeigt haben, daß etwa 5 bis 6% Harz maximal hinzugegeben werden kann, wenn ein 6-Reihen- Hohlraumtransfermischer direkt an einem Davis-Standard- 16 : 1-Kaltextruder (Davis Standard 16 : 1 cold feed extruder) angeschlossen ist. Während dieser Prozentsatz von klebrig machendem Stoff für einige Klebstoffe durchaus angemessen ist, sind für einige Klebstoffzusammensetzungen größere Mengen an in das Vorgemisch einzubringenden Zusatzstoffen erforderlich.

Wie in der amerikanischen Patentanmeldung 8 92 677 beschrieben, sollte der Hohlraumtransfermischer vorzugsweise vom Extruder abnehmbar und unabhängig antreibbar angeordnet werden, so daß er bei unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden kann, welche beträchtlich höher als die des Extruders sein können. Auf diese Weise kann eine wesentlich größere Menge von Harz hinzugegeben werden, d. h. die für die betrachteten Klebstoffe typischen Mengen. An dieser Stelle soll betont werden, daß trotz getrennter Anordnung und eigenem Antrieb des Hohlraumtransfermischers (im Gegensatz zu einem fest am Extruder angeschraubten Hohlraumtransfermischer) eine Verbindung mit dem Extruder (durch herkömmliche mechanische Einrichtungen) vorgesehen werden sollte, so daß die geschmolzene Masse des Vorgemisches direkt vom Extruder in den Hohlraumtransfermischer geleitet werden kann.

Man fand heraus, daß man optimale Ergebnisse durch Vergrößerung der Länge des Hohlraumtransfermischers erhielt, indem man z. B. einen 9-Reihen-Hohlraumtransfermischer verwendet. Ebenso ist jedoch der Einsatz von Hohlraumtransfermischern mit einer veränderbaren Länge denkbar, z. B. zwei oder mehrere getrennte Einheiten in verbundener Anordnung, um einen Austritt des von einem Hohlraumtransfermischer zum nächsten geleiteten Materials zu verhindern.

Ebenfalls ist es möglich, einen 3-Reihen-Hohlraumtransfermischer direkt an einem Kaltextruder zu befestigen, z. B. an die Ausgangsseite eines 2,5″-Extruder. An diesen 3-Reihen-Hohlraumtransfermischer kann dann ein 6-Reihen- Hohlraumtransfermischer dichtend angeschlossen werden, der unter veränderlicher Drehzahl separat angetrieben wird.

Während der Hohlraumtransfermischer theoretisch mit einem einzigen Einspritzkanal zum Einfüllen des Harzes versehen werden kann, sollten vorzugsweise mehrere Einspritzkanäle entlang des Fließweges des Hohlraumtransfermischers angeordnet werden. Mit dieser Ausführungsform, bei welcher ein 9-Reihen-Hohlraumtransfermischer verwendet wird, erhielt man die besten Resultate bei Verwendung von zwei Einspritzkanälen für das Harz. Beispielsweise erwies sich die Verwendung von zwei Einspritzkanälen bei einem 9-Reihen-Hohlraumtransfermischer, in dem mindestens 6 Reihen unabhängig mit z. B. einer 3- bis 4-fachen Drehzahl wie der Hauptextruder angetrieben wurden, für die Zugabe von bis zu 23% heißen Harzes für geeignet.

Dennoch sollte die 9-Reihen-Einheit, die vollständig unabhängig angetrieben wird, vorzugsweise mit drei im Abstand zueinander angeordneten Einspritzkanälen zum Einspritzen des Harzes vorgesehen werden, z. B. mit einem ersten Einspritzkanal kurz vor dem Hohlraumtransfermischer, einem zweiten in der 3-Reihen-Position und einem dritten in der 6-Reihen-Position. Hierbei sei angemerkt, daß der gleichzeitige Betrieb aller drei Einspritzkanäle nicht immer notwendig ist. Nichtsdestotrotz erlaubt die Verwendung von drei Einspritzkanälen eine größere Flexibilität beim Betrieb der Mischvorrichtung.

Die Erfindung betrifft nun eine neuartige Mischvorrichtung für die Verwendung in Herstellungsprozessen, um die in den erwähnten parallelen amerikanischen Anmeldungen beschriebenen Zusammensetzungen herzustellen. Dabei sind erfindungsgemäß ein Innenmischer, ein Extruder und ein unter veränderlicher Drehzahl getrennt angetriebener Hohlraumtransfermischer vorgesehen, welcher so angeordnet ist, daß das im Innenmischer vorbereitete Vorgemisch aus den zu mischenden Stoffen direkt in den Extruder und von dort zum Hohlraumtransfermischer transportiert wird, wo zusätzliche Füllstoffe in das Vorgemisch gegeben werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der beiliegenden Figur gezeigt.

Wie vorstehend erwähnt, weist die erfindungsgemäße Mischvorrichtung folgende drei Mischeinrichtungen auf: (a) einen Innenmischer, (b) einen Extruder und (c) einen Hohlraumtransfermischer, wie er in der US-PS 44 19 014 beschrieben ist. Bevor die in der Figur dargestellte Ausführungsform beschrieben wird, soll noch kurz auf die Entwicklung der Gummiherstellung eingegangen werden.

In früheren Herstellungsverfahren wurde das Gummi zuerst geschnitten und anschließend in eine Mühle gegeben, wo es mastiziert und dann kompoundiert wurde. Normalerweise bestand die Mühle aus zwei parallelen Metallwalzen, die so eingestellt wurden, daß das Gummi zerkleinert und zwischen ihnen zerteilt werden konnte. Die Mischwalzen waren typischerweise zwischen 50,8 cm (20″) und 2,13 m (84″) lang und hatten einen Durchmesser von 40,64 cm (16″) bis 71,12 cm (28″). Die 2,13 m-Walzen bildeten die obere mechanische Grenze und konnten 136 kg Gummi (300 pound) in 25 bis 40 Minuten verarbeiten. Die Walzen wurden von innen mit Wasser gekühlt. Durch die enorme Kraft dieser beiden Walzen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben wurden (- dabei wurde die hintere Walze schneller als die vordere mit einem gewöhnlichen Drehzahlverhältnis von 1,2 : 1 bis 1,5 : 1 gedreht,), verbunden mit leichter Oxydierung, sowie durch die Hitze, die aufgrund der resultierenden Reibung erzeugt wurde, wurden die kalten Gummiklumpen in plastizierte Schichten umgeformt, welche an einem der Zylinder kleben blieben. Dabei wurde die 2-Walzen-Mühle als Außenmischer benutzt.

Als der Bedarf an der Herstellung von Gummiprodukten stieg, mußten größere, schnellere und leistungsfähigere Maschinen entwickelt werden. Deshalb wird heutzutage fast das gesamte Gummi zuerst in Innenmischern wie Banbury- Mischern hergestellt. Diese Maschinen, die mit Innendruck und rotierenden Teilen arbeiten, haben eine Kapazität, die typischerweise im Bereich von 68 kg (150 pound) bis 454 kg (1000 pound) liegen kann. Im Vergleich zu den 25 bis 40 Minuten, die im allgemeinen eine 2-Walzen-Mühle für die Bearbeitung von 68 kg (150 pound) bis 136 kg (300 pound) Gummi benötigt, liegt die Bearbeitungszeit der Innenmischer bei ca. 5 bis 8 Minuten. Zusätzlich zur Zeiteinsparung hat ein Banbury-Innenmischer noch den Vorteil, daß mit ihm im Gegensatz zu den manuell zu betreibenden Außenmühlen ein besonders gleichmäßiges und homogenes Produkt herstellbar ist.

Allerdings führte der hohe Energieverbrauch und die Tatsache, daß ein Banbury-Innenmischer nicht kontinuierlich sondern nur im Chargenbetrieb arbeitet, zur Entwicklung von neuen Misch-Extrudern.

Bei einem typischen Herstellungsprozeß für Gummi, wie er in der Gummiindustrie durchgeführt wird, werden das Gummi entweder in natürlicher oder synthetischer Form und die meisten der zusätzlichen Füllstoffe im Banbury- Mischer miteinander vermischt, um ein sogenanntes Vorgemisch (premix) zu bilden. Dieses Vorgemisch wird vom Banbury-Mischer über einen Führungsschacht ausgegeben und anschließend zu einem Extruder transportiert, der daraus Streifen oder Schläuche formt. Ein für diesen Zweck benutzter Extruder ist ein Gerät, mit dem ein durch Wärme weichgemachtes Gummigemisch durch Öffnungen oder Düsen herausgedrückt wird. Das Gummi wird im Extruder verkleinert und mit Hilfe einer Schraube durch eine erhitzte Düse gepreßt. Das extrudierte Material, das die Form der Düse erhält und im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig mit einem Durchmesser von etwa 2,5 m (1″) bis 20,3 cm (8″) haben kann, wird anschließend z. B. auf einem Förderband zu einer 2-Walzen-Mühle transportiert, wo die übrigen Füllstoffe, die nicht in den Banbury-Mischer eingegeben werden konnten, in das gemahlene Vorgemisch hinzugegeben werden. Nach der Bearbeitung in der Mühle wird die auf Gummi basierende Zusammensetzung anschließend zu den übrigen Einrichtungen transportiert, z. B. zum Kalandrieren, Aufschlitzen, Aufwickeln und Verpacken.

Seit neuestem wird auch der Hohlraumtransfermischer verwendet, der als eine Art Extrudier-Mischgerät anzusehen ist und nur einige cm lang ist. Neben den oben erwähnten Aspekten weist der Hohlraumtransfermischer noch weitere Vorteile gegenüber dem Walzenbetrieb auf. Dennoch ist er in seiner Leistungsfähigkeit begrenzt und kann den Banbury-Innenmischer nicht ersetzen.

Auf jeden Fall wurde vor der Erfindung die Herstellung von Gummizusammensetzungen im Chargenbetrieb durchgeführt, wobei ein Vorgemisch im Banbury- oder einem anderen Innenmischer gebildet und dieses anschließend zu einer 2-Walzen- Mühle und/oder einem Hohlraumtransfermischer für die Herstellung der endgültigen Zusammensetzung transportiert wurde. Ein Chargenbetrieb hat jedoch verschiedene Nachteile, nämlich hauptsächlich der hohe Bedarf an Personal, eine lange Betriebszeit und einen hohen Energieverbrauch. Außerdem konnte die Produktzusammensetzung nicht präzise gesteuert werden.

Die Erfindung ist daher auf einen kontinuierlichen Betrieb gerichtet, der die oben erwähnten Nachteile eines Chargenbetriebes nicht besitzt und eine präzise und gleichförmige Zusammensetzung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird das im Innenmischer gebildete Vorgemisch über einen Führungsschacht vom Innenmischer direkt in die Einfüllöffnung des Extruders befördert, welcher ein Davis-Standard-16 : 1-Kaltextruder (Davis Standard 16 : 1 cold feed extruder) sein kann. Das aus der Düse an der Ausgangsseite des Extruders austretende Vorgemisch wird dann direkt in einen Hohlraumtransfermischer geleitet, der mindestens einen Einspritzkanal zur Zugabe einer genau abgemessenen Menge an Zusatzmaterial wie z. B. klebrig machendes Harz, Vernetzungsmittel o. ä. in das Vorgemisch zur Bildung der gewünschten Zusammensetzung enthält.

Obwohl die Einfüllseite des Hohlraumtransfermischers auf das ausgangsseitige Ende des Extruders geschraubt sein und die gesamte Kombination von einem einzigen Motor angetrieben werden kann, besteht ein wesentlicher Teil der Erfindung darin, daß der Hohlraumtransfermischer getrennt mit einer veränderbaren Drehzahl angetrieben wird, d. h. bei höheren Drehzahlen als der Extruder, um einen erhöhten Materialdurchsatz zu erhalten.

Vorzugsweise können Mikroprozessoren eingesetzt werden, um den Betrag des Vorgemisches und somit dessen Fließgeschwindigkeit durch den Extruder zu bestimmen und dadurch wiederum präzise abgemessene Mengen von Zusatzstoffen über die Einspritzkanäle des Hohlraumtransfermischers hinzugeben zu können. Ebenfalls kann, wie bereits erwähnt, eine größere Anzahl von Einspritzkanälen vorgesehen sein. Anstelle eines einzigen Einspritzkanals in der Nähe der Eintrittsöffnung des Hohlraumtransfermischers kann dieser auch direkt an der Ausgabeöffnung des angrenzenden Extruders angeordnet sein, so daß mindestens ein Teil des Zusatzstoffes kurz vor Eintritt des Vorgemisches in den Hohlraumtransfermischer hinzugegeben wird. Zusätzlich können noch ein oder mehrere zusätzliche Einspritzkanäle in Abständen entlang des Hohlraumtransfermischers vorgesehen werden.

Es sei angemerkt, daß der Hohlraumtransfermischer über eine geeignete Verbindung an den Extruder dichtend angeschlossen ist, um einen Austritt des durchgeleiteten Materials zu verhindern.

Wie die beiliegende Figur zeigt, weist die Mischvorrichtung einen Innenmischer 10, einen Extruder 30 und einen getrennt davon mit variabler Drehzahl angetriebenen Hohlraumtransfermischer 44 auf.

Der Innenmischer 10 ist ein herkömmlicher Banbury-Mischer und auf einer Grundplatte 12 befestigt, die von Säulen oder ähnlichen Stützen 14 getragen wird. In einer herkömmlichen Fabrik dürfte die Grundplatte 12 der Boden des einen Stockwerkes in der Fabrik sein, während sich der Extruder und der Hohlraumtransfermischer in dem darunter liegenden Stockwerk befinden. Der Innenmischer 10 wird von einem ersten Motor 16 angetrieben, der auf einem Block 18 befestigt ist. Der Innenmischer 10 weist einen Einfüllschacht 20 zum Einfüllen des zu mischenden Rohmaterials sowie einen Führungsschacht 22 zur Ausgabe des Gemisches auf. Ferner enthält der Banbury-Mischer einen Preßstempel 24, der von einer nicht dargestellten Druckluftquelle über Druckluft betätigt wird, die über einen Druckluftanschluß 26 in den Innenmischer 10 geleitet wird.

Über den Führungsschacht 22 wird das aus dem Innenmischer 10 abgegebene Mischgut direkt in einen Einfüllstutzen 28 des Extruders 30 geleitet, der an einem Befestigungsblock 32 und auf einem Stützblock 34 gehaltert ist. Der Extruder 30 wird von einem zweiten Motor 36 angetrieben, der auf einem Block 38 sitzt. Die Ausgabeöffnung 40 des Extruders 30 ist mit der Eintrittsöffnung 42 des Hohlraumtransfermischers 44 über eine Schellen-Klemmverbindung 46 dichtend verbunden, so daß das aus dem Extruder ausgegebene Gemisch direkt in den Hohlraumtransfermischer 44 geleitet wird, ohne in die Umgebung auszutreten.

Der Hohlraumtransfermischer 44 wird von einem dritten Motor 48 getrennt angetrieben, der auf einem Laufwagen 50 mit Laufrädern 52 angeordnet ist, so daß er bezüglich des Extruders 30 beweglich ist. Ferner ist ein Getriebekasten 54 vorgesehen, um die Drehzahl für den Antrieb des Hohlraumtransfermischers 44 variabel zu halten, so daß z. B. der Hohlraumtransfermischer bei höheren Drehzahlen als der Extruder 30 angetrieben werden kann.

Der Hohlraumtransfermischer 44 besitzt einen oder mehrere Einspritzkanäle 56 für die Eingabe von Material in die sich im Hohlraumtransfermischer 44 bewegende Masse. In der beiliegenden Figur sind zwei Einspritzkanäle 56 dargestellt. Weitere derartige Einspritzkanäle können zweckmäßigerweise an verschiedenen Stellen entlang des Fließweges auf dem Hohlraumtransfermischer 44 vorgesehen sein, worauf im einzelnen noch näher eingegangen werden soll.

Die Ausgabeseite 58 des Hohlraumtransfermischers 44 besitzt ein Ausgaberohr 60, aus dem das Gemisch vom Hohlraumtransfermischer 44 auf ein Endlosförderband 62 ausgegeben wird, um zu weiteren Einrichtungen transportiert zu werden, wie z. B. zu einer Verpackungsstation, einer Kalandriereinrichtung zur Beschichtung auf einer Unterlage zur Herstellung von Klebestreifen etc. An dieser Stelle sei erwähnt, daß zusätzliche Einrichtungen zur Probenentnahme aus dem Mischgut für die Qualitätskontrolle vorgesehen werden können.

Da nur die wichtigen Elemente der Erfindung in der Figur gezeigt sind, sei darauf hingewiesen, daß noch weitere Elemente oder Einrichtungen mit bestimmten Funktionen vorgesehen werden können. Beispielsweise können Mikroprozessoren eingesetzt werden, um die Menge und die Fließgeschwindigkeit des Materials im Extruder zu bestimmen, wodurch wiederum eine präzise abgemessene Menge an Material für das Mischgut über die Einspritzkanäle 56 in den Hohlraumtransfermischer 40 eingebracht werden kann. Falls das einzuleitende Material bei Raumtemperatur nicht ausreichend flüssig oder fließfähig ist, können zur Erleichterung des Einspritzvorganges Heizeinrichtungen vorgesehen werden.

Es sei ebenfalls angemerkt, daß das Material manuell in den Innenmischer 10 eingefüllt werden kann, z. B. durch eine auf einer Plattform neben dem Einfüllschacht 20 stehende Bedienungsperson. Ebenfalls kann das Einfüllen aber auch automatisch erfolgen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Mischvorrichtung beschrieben werden.

Das in den Hohlraumtransfermischer 44 einzuspritzende Material wird über geeignete Meßventile und Kanäle zu den Einspritzkanälen 56 geleitet. Wie bereits erwähnt, können auch Erwärmungseinrichtungen vorgesehen werden, um das Material für die Eingabe durch die Einspritzkanäle 56 flüssig zu machen, falls es bei Raumtemperatur nicht flüssig oder fließfähig ist.

Anschließend werden die Motoren 16, 36 und 48 aktiviert und das Gummi bzw. der Kautschuk und andere Komponenten für das Mischgut werden in den Banbury-Mischer gefüllt. Das kann entweder manuell oder automatisch erfolgen. In ähnlicher Weise können auch die Zusatzstoffe entweder manuell oder automatisch mit einer Regelung durch Mikroprozessoren in den Hohlraumtransfermischer eingegeben werden.

Das aus der Düse des Hohlraumtransfermischers austretende Material kann anschließend, wie bereits erwähnt, zu weiteren Einrichtungen z. B. zum Kalandrieren, Verpacken etc. transportiert werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Arbeitsweise der Erfindung verdeutlichen:

Beispiel 1

Für die Herstellung eines homogenen Vorgemisches aus Naturgummi wurden folgende Füllstoffe in einen Banbury- Mischer gegeben:

Ein 3-Reihen-Hohlraumtransfermischer war direkt an einen Davis-Standard-16 : 1-Kaltextruder angeschlossen. Ein 6-Reihen- Hohlraumtransfermischer wurde anschließend mit einer Antriebswelle verbunden, die von einem 1,5″-Prodex-Extruder angetrieben wird. Eine Ausgabehülse war zwischen dem 6-Reihen-Hohlraumtransfermischer und dem Prodex-Zylinder angeordnet. Ein Einspritzkanal war kurz vor dem ausgangsseitigen Ende des 2,5″-Extruder angeordnet, d. h. direkt vor dem 3-Reihen-Hohlraumtransfermischer. Ein zweiter Einspritzkanal war zwischen dem 3-Reihen- und dem 6-Reihen-Hohlraumtransfermischer vorgesehen. Der Extruder und die Hohlraumtransfermischer wurden auf eine Temperatur von 160°C erwärmt. Die Drehzahl des 2,5″-Extruders betrug 10 Umdrehungen/Minute und die Drehzahl des separat angetriebenen 6-Reihen-Hohlraumtransfermischers etwa 80-90 Umdrehungen/Minute. Das Vorgemisch wurde aus dem Banbury-Mischer in den Extruder geleitet und ein polymerisierter Mineralöl-Kohlenwasserstoff-Klebrigmacher (polymerized petroleum hydrocarbon tackifier), nämlich das Harz STA TAC B der Firma Reichhold Co., wurde anschließend in die beiden Einspritzkanäle mit einer Geschwindigkeit von 137,5 g/min gepumpt, um ein natürliches Klebstoffmischgut mit einer Ausflußgeschwindigkeit von 36 kg/h und ungefähr 22,9% Gewichtsanteil an Harz zu erhalten.

Beispiel 2

Für die Herstellung eines homogenes Butylkautschuk-Vorgemisches wurden folgende Füllstoffe in einen Banbury-Mischer gegeben:

Wie in Beispiel 1 wurden ein Extruder, ein 3-Reihen- und ein 6-Reihen-Hohlraumtransfermischer verwendet. Die Drehzahl des 2,5″-Extruders wurde auf 14 Umdrehungen/Minute und die des getrennt angetriebenen 6-Reihen-Hohlraumtransfermischers auf 50 Umdrehungen/Minute (etwa 3,5- mal schneller als der Extruder) gesetzt. Das Butyl-Vorgemisch wurde in den Extruder gegeben und ein aliphatisches klebrig machendes Kohlenwasserstoffharz (Piccopale 100 der Firmal Hercules Co.) wurde in die beiden Einspritzkanäle mit einer Geschwindigkeit von etwa 115 g/min gepumpt, um ein Klebstoffgemisch aus Butylkautschuk mit einer Ausflußgeschwindigkeit von 40,4 kg/h und mit ungefähr 17% Gewichtsanteil an Harz zu erhalten.

Die vorangegangenen Beispiele zeigen, daß nach Einfüllen eines Anteils aus einer bestimmten Menge des Klebrigmachers in den Banbury-Mischer der übrige Teil dann in den Hohlraumtransfermischer zugegeben wird. Hierbei sei darauf hingewiesen, daß es ebenfalls möglich ist, sämtliches Harz und Plastizierer über den Hohlraumtransfermischer einzugeben. Dafür müßte jedoch der Hohlraumtransfermischer eine größere Länge besitzen. Wie bekannt ist, sollte zweckmäßigerweise mindestens der plastizierende Teil des Harzes in den Banbury-Mischer gegeben werden.

Die auf diese Weise hergestellte Klebstoffzusammensetzung wurde auf herkömmlichen Unterlagen kalendriert, um Klebstreifen herzustellen, die anschließend mit den Klebeigenschaften von Kontrollstreifen mit einer ähnlichen, in herkömmlicher Weise hergestellten Zusammensetzung verglichen wurden. Die Klebeigenschaften der Teststreifen waren vergleichbar und lagen innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen.

Aus den vorangegangenen Beispielen ergibt sich, daß mit der Erfindung ein eleganter Herstellungsprozess für Klebstoffe auf Gummibasis geschaffen wird, deren Klebeigenschaften mit den herkömmlich hergestellten Klebstoffen vergleichbar sind. In anderen Worten: Die erfindungsgemäß hergestellten Klebstoffe sind nicht unbedingt besser, jedoch ist das dazu benötigte Herstellungsverfahren gegenüber dem Stand der Technik weit überlegen.

In der amerikanischen Patentanmeldung 8 69 692 wird an Beispielen beschrieben, daß ein Vernetzungsmittel über einen Hohlraumtransfermischer in ein Gummi-Vorgemisch gegeben wird. Dennoch wurde in diesen Beispielen der Hohlraumtransfermischer nicht mit einer variablen Drehzahl separat angetrieben, sondern war statt dessen mit einer einfachen Schraube am Ausgabeende des Extruders befestigt. Im Hinblick auf das oben Gesagte sei angemerkt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für die in der Patentanmeldung beschriebenen Verfahren nützlich sein wird.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur in der Gummiindustrie, sondern auch in anderen Industriebereichen Verwendung finden kann, z. B. zur Herstellung verschiedener fester oder halbflüssiger Stoffe, die eine homogene Mischung aus verteilten Teilchen enthalten.

Claims (14)

1. Mischvorrichtung zur Bildung eines homogenen Gemisches, gekennzeichnet durch einen Innenmischer (10) mit einer Einfülleinrichtung (20) zum Einfüllen der zu mischenden Stoffe und mit einer Ausgabeeinrichtung (22) zur Ausgabe des Gemisches aus dem Innenmischer (10); einen Extruder (30) mit einer Einfülleinrichtung (28), durch die ein Stoff eingefüllt wird, einer Ausgabeeinrichtung (40) durch die der Stoff austritt, und einem Motor (36) zum Antrieb des Extruders (30); und durch einen Hohlraumtransfermischer (44) mit einer Einfülleinrichtung (42) für die Zugabe von Material in das Gemisch, einer Ausgabeeinrichtung (58, 60), durch die der Stoff aus dem Hohlraumtransfermischer (44) austritt, einem Motor (48) zum Antrieb des Hohlraumtransfermischers (44) und einer Einrichtung (54) zur Veränderung der Drehzahl für den Antrieb des Hohlraumtransfermischers (44); wobei die Einfülleinrichtung (28) des Extruders (30) bezüglich des Innenmischers (10) so angeordnet ist, daß das aus dem Innenmischer (10) abgegebene Gemisch direkt in die Einfülleinrichtung (28) des Extruders (30) geleitet werden kann, die Einfülleinrichtung (42) des Hohlraumtransfermischers (44) an der Ausgabeeinrichtung (30) des Extruders (30) dichtend angeschlossen ist, wodurch der im Extruder (30) befindliche Stoff direkt in den Hohlraumtransfermischer (44) geleitet wird, und der Extruder (30) und der Hohlraumtransfermischer (44) getrennt voneinander durch ihre Motoren (36, 48) angetrieben werden.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Extruder (30) oder der Hohlraumtransfermischer (44) Einspritzkanäle (56) für die Zugabe eines Zusatzstoffes in das mit dem Stoff durchgeleitete Gemisch aufweist.

3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (56) am Extruder (30) in der Nähe von dessen Ausgabeeinrichtung (40) ausgebildet ist.

4. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einspritzkanäle (56) am Hohlraumtransfermischer (44) zwischen dessen Einfüll- (42) und Ausgabeeinrichtung (58, 60) ausgebildet sind.

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmischer (10) ein Banbury-Mischer ist.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung des Innenmischers (10) einen Führungsschacht (22) aufweist.

7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfülleinrichtung des Extruders (30) einen Einfüllstutzen (28) aufweist, der direkt unterhalb des Führungsschachtes (22) angeordnet ist, wodurch der durch den Führungsschacht (22) ausgegebene Stoff unter Schwerkrafteinfluß in den Einfüllstutzen (28) des Extruders (30) geleitet wird.

8. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumtransfermischer (44) einen hohlen, zylindrischen Stator und einen darin drehbar gelagerten, zylindrischen Rotor enthält, wobei die gegenüberliegenden zylindrischen Oberflächen auf dem Rotor und Stator mehrere entsprechende Hohlräume aufweisen, die so angeordnet sind, daß ein Mischvorgang erfolgt, wenn der Stoff durch den Mischer (44) von dessen Einfülleinrichtung (42) zu dessen Ausgabeeinrichtung (58, 60) geleitet wird, und die Hohlräume hemisphärisch geformt und auf dem Rotor und Stator jeweils in parallelen Reihen angeordnet sind, so daß (a) die Hohlräume in benachbarten Reihen auf dem Stator über dessen Umfang versetzt zueinander angeordnet sind; (b) die Hohlräume in benachbarten Reihen auf dem Rotor über dessen Umfang versetzt zueinander angeordnet sind; und (c) die in Reihen angeordneten Hohlräume auf dem Rotor und Stator axial versetzt zueinander liegen, wodurch sich die gesamte Mischkapazität für denselben Oberflächenbereich vergrößert, wobei eine exponentielle Mischcharakteristik entsteht und das einfache Schermischverfahren durch Schneid- und Förderschritte wiederholt unterbrochen wird.

9. Mischvorrichtung zum Mischen von Feststoffen, um daraus ein homogenes Gemisch zu bilden, wobei zuerst in einem ersten Mischschritt ein Vorgemisch mit den Komponenten gebildet und anschließend in einem zweiten Mischschritt mindestens eine Zusatzkomponente des Gemisches in das Vorgemisch gegeben wird, gekennzeichnet durch

• - einen Banbury-Mischer (10) mit einer Einrichtung (20, 24) zum Einfüllen der Vorgemisch-Komponenten für die Mischung und mit einem Führungsschacht (22), durch den das Vorgemisch aus dem Banbury- Mischer (10) ausgegeben wird;
• - einen Extruder (30) mit einer Einfüllöffnung (28) an seinem einen Ende zur Materialaufnahme und mit einer Ausgabeeinrichtung (40) an dem gegenüberliegenden Ende, durch den der durch den Extruder (30) geleitete Stoff wieder ausgegeben wird, wobei die Einfüllöffnung (28) des Extruders (30) unterhalb des Führungsschachtes (22) des Banbury-Mischers (10) angeordnet ist, wodurch das aus dem Banbury- Mischer (10) ausgegebene Vorgemisch unter Schwerkrafteinfluß in die Einfüllöffnung (28) des Extruders (30) geleitet wird;
• - einen Hohlraumtransfermischer (44) mit einem hohlen zylindrischen Stator und einem darin drehbar gelagerten, zylindrischen Rotor sowie mit einer Eingabeseite (42) zur Zuführung des Materials und einer Ausgabeseite (48) zur Ausgabe des Materials, wobei der Hohlraumtransfermischer (44) oder der Extruder (30) mindestens einen Einspritzkanal (56) zur Zugabe eines Zusatzstoffes in das mit dem Stoff durchgeleitete Gemisch aufweist und die Eingabeseite (42) des Hohlraumtransfermischers (44) an die Ausgabeeinrichtung (40) des Extruders (30) in kontinuierlicher Verbindung dichtend angeschlossen ist, wodurch das durch den Extruder (30) geleitete Vorgemisch direkt in den Hohlraumtransfermischer (44) geleitet wird;
• - Motoren (36, 48) zum getrennten Antrieb des Extruders (30) und des Hohlraumtransfermischers (44); und
• - eine Einrichtung (54) zur Veränderung der Drehzahl des Hohlraumtransfermischers (44), wodurch dieser bei unterschiedlichen Drehzahlen gegenüber dem Extruder (30) betrieben werden kann.

10. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (30) ein Kalt-Extruder (cold feed extruder) ist.

11. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Veränderung der Drehzahl des Hohlraumtransfermischers (44) einen Getriebekasten (54) aufweist.

12. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumtransfermischer (44) mindestens zwei Einspritzkanäle (56) besitzt.

13. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (30) und der Hohlraumtransfermischer (44) zylindrische Form haben.

14. Mischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Hohlraumtransfermischers (44) größer als der Durchmesser des Extruders (30) ist.