DE69723499T2

DE69723499T2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von Gummi mit zum Teil tangentialen und zum Teil ineinandergreifenden Rotoren

Info

Publication number: DE69723499T2
Application number: DE69723499T
Authority: DE
Inventors: Victor Gheorghita
Original assignee: Techint Compagnia Tecnica Internazionale SpA
Current assignee: Techint Compagnia Tecnica Internazionale SpA
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: DE69723499D1; EP0807503A2; EP0807503B1; IT1283030B1; ES2202538T3; CA2203324A1; PT807503E; CN1108907C; KR970073916A; ATE245084T1; ITMI960993A1; ITMI960993A0; JPH1052818A; KR100493433B1; EP0807503A3; US5863117A; CN1169906A; CA2203324C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ununterbrochenen Mischen von Gummi sowie eine zugehörige Maschine mit parallelen Rotoren, wobei das Verfahren wenigstens einen Vormischungsschritt umfaßt, der mittels entsprechender axialer Abschnitte der Rotoren ausgeführt wird, die tangential zueinander rotieren, und wenigstens einen nachfolgenden Mischungsschritt umfaßt, der mittels entsprechender axialer Abschnitte der Rotoren ausgeführt wird, die sich in gegenseitiger Durchdringung drehen.
In dem technischen Gebiet, das mit dem Mischen von polymeren Werkstoffen im Zusammenhang steht, ist bekannt, daß es möglich ist, diesen Mischvorgang mittels Produktionszyklen des diskontinuierlichen oder des kontinuierlichen Typs auszuführen.
Der kontinuierliche Prozeß bietet zahlreiche Vorteile gegenüber dem diskontinuierlichen Prozeß – sowohl von einem technologischen Standpunkt aus als auch in bezug auf die Anlagenkonstruktion.
In technologischer Hinsicht ermöglicht der kontinuierliche Prozeß, zu jedem Zeitpunkt die wichtigsten Prozeßgrößen zu überwachen und eine beständigere Qualität des bearbeiteten Produkts bei einer konsequenten Senkung der Ausschußproduktion, die nicht der Spezifikation entspricht, sicherzustellen.
Außerdem ist es bei einem kontinuierlichen Mischen möglich, die Pausenzeiten, die für ein diskontinuierliches Mischen typisch sind und insbesondere während des Beschickens mit Ausgangsmaterialien und während des Auslassens der Mischung aber auch während der Arbeitsvorgänge, die das Reinigen des Beschickungstrichters betreffen, auftreten, vollständig zu beseitigen.
Neben den oben genannten Vorteilen, die mit der Überwachung im Zusammenhang stehen, ermöglicht der kontinuierliche Prozeß auch, die überwachten Parameter leichter ohne größere Folgen zu korrigieren, da diese Korrektur eine Sofortwirkung hat und nicht mit der Zeitvariable verbunden ist, die andererseits von grundlegender Bedeutung in diskontinuierlichen Zyklen ist, in denen während des Zyklus logische und zeitliche Abfolgen eingehalten werden müs sen.
Vom Standpunkt der Anlagenkonstruktion aus bietet eine kontinuierliche Verarbeitungskette Vorteile aufgrund der niedrigeren installierten Leistungen, da die maschinellen Einrichtungen, sowohl was die eigentliche Mischanlage als auch die Hilfseinrichtungen (Regeleinrichtungen, Verdichter, Meß- und Dosiereinrichtungen usw.) anbelangt, kleinere Abmessungen haben und daher leichter sind.
Die Technologie für das kontinuierliche Mischen von Gummi ist jedoch aufgrund der Probleme, die angetroffen werden, wenn gleichzeitig qualitativ hochwertige Ergebnisse hinsichtlich der Dispersion der Komponenten, welche die Mischung bilden, und eine niedrige Auslaßtemperatur der Mischung selbst, die notwendig ist, um ein vorzeitiges Wirksamwerden der in der Mischung vorhandenen vernetzenden Agenzien, das zu einem "Anvulkanisieren" der Mischung führt, die nicht länger für die nachfolgenden Verarbeitungsvorgänge wie etwa Extrudieren, Formpressen und dergleichen verwendet werden kann, erzielt werden sollen, noch in frühen Entwicklungsstadien.
Zusätzlich zu den weiter oben dargestellten Schwierigkeiten sind noch Probleme im Zusammenhang mit der kontinuierlichen Zuführung der Materialien in abgeteilten Mengen bekannt, da während der Dosierung, die mit Hilfe von Gravimetrieeinrichtungen durchgeführt wird, eine große Menge Luft in die Mischkammer eingebracht wird, die eine Zunahme des scheinbaren Volumens der Mischung bewirkt und einen korrekten Vorschub dieser in Richtung der nachgeordneten Mischzonen verhindert.
Bei einem Versuch, Lösungen für die genannten Probleme zu finden, sind kontinuierliche Maschinen geschaffen worden, die mit einem Paar von Rotoren des Tangentialtyps ausgestattet sind, wobei die Rotoren insbesondere für die unmittelbar an die Zuführungszone angrenzende Zone zweckmäßig sind, aber andererseits in den Zonen der Maschine, die sich hinter der Stelle befinden, an der es erforderlich ist, die Füllstoffe in die elastomere Matrix einzubetten, einen eingeschränkten Nutzeffekt haben, obwohl eine gute Beherrschung der Temperatur der Mischung erhalten wird.
Außerdem sind Maschinen geschaffen worden, die mit einem Paar von Rotoren des sich gegenseitig durchdringenden Typs ausgestattet sind, wobei die Wahl der einen oder der anderen Maschine vom Viskositätsgrad der zu verarbeitenden Mischung, dem physikalischen Zustand und den Abmessungen der zugeführten Ausgangsmaterialien abhängt.
Außerdem gibt es Maschinen, die eine einzige speziell geformte Schnecke umfassen, die sich im Inneren eines Zylinders dreht, dessen Wände mit runden Zapfen oder ortsfesten Teilen verschiedener Formen versehen sind, deren Zweck jedoch die Verteilung der Materialströme in verschiedene Richtungen sowie das Liefern einer Scherwirkung ist.
Diese letzteren Maschinen werden mit einer breiten Palette von Produkten unterschiedlicher Viskosität verwendet, sind aber nur dann in der Lage, die Produkte gut zu vermischen, wenn die Viskosität des Materials gering ist und wenn das Material ein rein thermoplastisches Verhalten zeigt.
Im Fall von Materialien mit hoher Viskosität sind diese einzelnen Schnecken nur in der Lage, eine verteilende und homogenisierende Wirkung auf das Material auszuüben, ohne jedoch die hohen Scherkräfte zu liefern, die für ein gutes Vermischen erforderlich sind.
Mit anderen Worten, in dem technischen Gebiet, das mit dem kontinuierlichen Mischen von Gummi im Zusammenhang steht, ist bekannt, daß es möglich ist, in einer einzigen Maschine das vollständige Mischen zu erzielen, das die folgenden Schritte umfaßt:

– Verringern des mittleren Durchmessers der Partikel der einzelnen Komponenten der Mischung und Einbetten der so verkleinerten Partikel in die elastomere Matrix (dispergierendes Vermischen); und
– gleichmäßiges Verteilen und Homogenisieren der Partikel in der Mischung (distributives Vermischen);
– Beibehalten einer optimalen Beherrschung der Temperatur der Mischung während aller Mischschritte.

Der Stand der Technik ist in GB-1 468 481 offenbart. EP-A-513 742 zeigt Rotoren verschiedener Durchmesser in einer Doppelschnecken-Mischvorrichtung. Das technische Problem, das sich stellt, ist daher die Schaffung eines Verfahrens für ein ununterbrochenes Mischen von Gummi sowie einer Maschine, die mit einem einzigen Paar von Rotoren versehen ist, die so beschaffen sind, daß sie die Verarbeitung jedes Mischungstyps, unabhängig von seiner höheren oder niedrigeren Viskosität, ermöglichen.
Im Rahmen des technischen Problems ist es außerdem erforderlich, daß die Maschine mit Rotoren ausgestattet sein sollte, die ermöglichen,

– ein großes Beförderungsvolumen in der ersten Zone, die sich unmittelbar hinter dem Zuführungstrichter befindet;
– eine ausreichende Schubwirkung auf das Material in Richtung der Öffnung am Ende, die ein Austreten des Materials ohne impulsartige Strömungseffekte bewirkt;
– ein optimales Vermischen aller Bestandteile der Mischung, sowohl der festen als auch der flüssigen, durch Bearbeiten des Materials, um eine optimale Wirkung hinsichtlich sowohl des dispergierenden als auch des distributiven Vermischens hervorzurufen;
– eine gute Beherrschung der Temperatur der Mischung, insbesondere in der Endzone der Maschine nahe dem Auslaß, zu erhalten.

Diese Ergebnisse werden mittels der vorliegenden Erfindung erzielt, die eine Maschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 schafft.
Weitere Einzelheiten könnten aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung entnommen werden, die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben ist, worin
1 eine Seitenansicht einer kontinuierlichen Mischmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 einen Grundriß der Maschine gemäß 1 zeigt, die an der Oberseite offen ist;
3 gestrichen worden ist;
4 einen Schnitt längs der Ebene zeigt, die in 2 durch IV-IV angegeben ist;
die 5a, 5b eine Perspektivansicht und die zugehörige ebene Abwicklung des ineinandergreifenden Teils der beiden Rotoren zeigen;
die 6a, 6b Ansichten des anderen Rotors des Paares zeigen, die jenen der 5a, 5b entsprechen;
7 schematisch einen Teilschnitt durch die Endzone der Maschine in einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung für die Regulierung des Abflusses des Materials zeigt; und
8 einen Teilschnitt längs der in 7 durch VIII-VIII angegebenen Ebene zeigt.
Wie in den Figuren gezeigt ist, umfaßt eine Maschine 1 zum ununterbrochenen Mischen von Gummi 2 ein Gehäuse 3, das von Postamenten 3a getragen wird, die auf dem Boden ruhen, und ist mit einer Abdeckung 4 versehen, die über nicht gezeigte zugehörige Drehgelenke durch Drehen geöffnet werden kann.
Der Innenraum des Gehäuses ist so ausgebildet, daß eine Kammer 5 geschaffen wird, die einen Querschnitt aufweist, der im wesentlichen die Form einer umgekippten Acht hat und sich über die gesamte axiale Länge der Maschine erstreckt.
Am Ende der Kammer 5 befindet sich ein Mundstück 5d zum Auslassen des Materials nach unten, dessen Öffnung mit Hilfe von zugeordneten Vorrichtungen, die weiter unten beschrieben sind, eingestellt werden kann.
Die Oberseite der Abdeckung 4 ist mit wenigstens einer Öffnung 4a versehen, die mit einem zugehörigen Trichter 6a für die Zuführung des Polymers 2 und der Zusatzstoffe, die notwendig sind, um die besonderen chemisch-physikalischen Eigenschaften zu erhalten, die für jeden speziellen Mischungstyp gefordert werden, ausgestattet ist.
Im Inneren der Kammer 5 ist das Paar von mischenden Rotoren 7 angeordnet, die durch koaxiale Motoren 8 angetrieben werden, die an einem Ende des Behälters 3 angeordnet sind, wobei jeder der Rotoren 7 äußere Oberflächenabschnitte hat, die sich axial von der Zuführungszone zu der Mündung 5d zum Auslassen der Mischung 2 erstrecken und in Abhängigkeit von den verschiedenen Verarbeitungsvorgängen, die in dem entsprechenden Kammerabschnitt erforderlich sind, unterschiedlich geformt sind.
Insbesondere ist der erste Rotorabschnitt 7a, der der Kammerzone 5a nahe des Trichters 6, der das Polymer 2 zuführt, entspricht, schneckenartig geformt und so beschaffen, daß das Polymer in Richtung des nächsten Abschnitts 5b der Kammer 5 geschoben wird, in dem die Rotoren 7 Abschnitte 7b mit einer Außenfläche aufweisen, die so beschaffen ist, daß die beiden Rotoren zueinander tangential bleiben, also so bemessen sind, daß sowohl ein großes Volumen für die Zuführung des Materials als auch eine großes Mischvolumen sichergestellt ist. In dem Kammerabschnitt 5a wird daher ein gutes Vormischen der Komponenten unter Umgebungsdruck und kontrollierten Temperaturbedingungen erzielt, derart, daß die Temperatur unter 80°C gehalten wird, um ein Anvulkanisieren der Mischung zu vermeiden.
Andererseits weisen die Rotoren 7 im letzten Abschnitt 7c ihrer axialen Ausdehnung eine äußere Oberfläche auf, die so beschaffen ist, daß sich die beiden Rotoren gegenseitig durchdringen und deshalb ein dispergierendes Vermischen und Homogenisieren der Mischung begünstigen.
In Übereinstimmung mit den größeren Abmessungen der Rotoren 7 in der Endverarbeitungszone hat auch die Kammer 5 einen Abschnitt 5c mit einer axialen Ausdehnung, die im wesentlichen derjenigen des Abschnitts 7c der sich gegenseitig durchdringenden Rotoren entspricht, jedoch mit einem größeren Querschnitt.
Die Vergrößerung der Abmessungen der Kammer 5 im Endabschnitt 5c hat eine entsprechende Vergrößerung der Kontaktfläche der Mischung mit der Metalloberfläche der Kammer 5 zur Folge, in deren Hohlraum die Kühlflüssigkeit fließt, wodurch die Beherrschung und Absenkung der Temperatur der Mischung begünstigt wird, bevor sie durch das Entleerungsmundstück 5d aus der Kammer 5 austritt.
Das Mundstück 5d zum Auslassen der Mischung aus der Maschine ist mit Vorrichtungen zum Einstellen seiner Öffnung versehen, die im wesentlichen aus einem Schieber 9 bestehen, der betätigt werden kann, so daß er mit Hilfe von Betriebsmitteln, die an sich bekannt sind und deshalb nicht im einzelnen dargestellt sind, eine translatorische Verlagerung ausführt.
Mit Hilfe der Einstellung der Mischungsauslaßöffnung ist es außerdem möglich, unterschiedliche Füllungen der Mischkammer und damit die Übertragung unterschiedlicher Energiemengen an die Mischung selbst zu erzielen.
Wie in den 5a, 5b und 6a, 6b gezeigt ist, hat der Rotorabschnitt 5c in einer Konfiguration, welche die gegenseitige Durchdringung ermöglicht, in einer bevorzugten Ausführungsform den Flansch 7d radial vom Rotorkern vorstehend und in Form einer Helix mit einer Neigung ihrer Achse um ungefähr 15° in bezug auf die Längsachse des Rotors angeordnet. Der Neigungswinkel könnte jedoch in Abhängigkeit von den verschiedenen Eigenschaften des zu mischenden Gummis im Bereich zwischen 10° und 25° enthalten sein.
In der gezeigten und beschriebenen Zeichnung drehen sich die Rotoren 5 gegenläufig und haben eine symmetrische Konfiguration in bezug auf die Längsachse der Maschine, wobei jedoch während der Montage einer der beiden Rotoren in bezug auf den anderen um einen geeigneten Winkel versetzt wird, um zu verhindern, daß sich die gegenseitig durchdringenden Abschnitte berühren und die Maschine beschädigt wird.
Außerdem steht die rechtsgängige oder linksgängige Konfiguration der Helix offensichtlich im Zusammenhang mit der Drehrichtung des zugeordneten Motors, derart, daß ein verbesserter Vorschub des Materials vom Versorgungsmundstück zum Entleerungsmundstück gewährleistet ist.
Wie in den 7 und 8 veranschaulicht ist, wird außerdem eine Variation der Ausführungsform der Mittel zum Einstellen der Entleerungsöffnung 5d geschaffen.
In dieser Ausführungsform bestehen die Mittel aus einem Zylinderelement 109, das im Inneren wenigsten über einen geeigneten Längsabschnitt hohl ist, wobei eine Öffnung 109a an der Zylinderseitenfläche ausgebildet ist.
Der Zylinder ist in bezug auf das Mundstück 5d zum Auslassen der Mischung quer angeordnet, wobei an einem seiner Enden drehbare Betätigungsmittel 109c angebracht sind, die an sich bekannt sind und daher in den Figuren nur schematisch dargestellt sind.
Durch Einurirken auf den Zylinder, wobei er in Drehung versetzt wird, ist es möglich, die Öffnung 109a des Zylinders 109 vollständig/ teilweise zu dem Entleerungsmundstück 5d der Kammer 5 auszurichten und dieses letztere vollständig/ teilweise zu öffnen und dem Material das Ausströmen in einer kontrollierten Art und Weise zu ermöglichen.
Wie in 7 gezeigt ist, ist der Auslaßquerschnitt der Öffnung 5d im wesentlichen kegelstumpfförmig, wobei der weitere Teil nach unten gerichtet ist, um das Ausströmen des Materials zu begünstigen.

Claims

Maschine zum ununterbrochenen Mischen von Gummi, die eine Mischkammer (5) umfaßt, die mit wenigstens einer Öffnung (4a, 6a) für die Zuführung des Polymers und mit wenigstens einem Mundstück (5d) zum Entleeren der Mischung (2) versehen ist und in der innen ein Paar sich entgegengesetzt drehender Wellen (7) angeordnet ist, die durch die Kammer (5) verlaufen, wobei die Kammer in Strömungsrichtung des Materials in longitudinale Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Kammerabschnitt umfaßt: – einen ersten Anfangsabschnitt mit vorgegebenem Querschnitt, in dem die Welle (7) in der Art tangentialer Schrauben (7a) konfiguriert ist; – wenigstens einen Zwischenabschnitt mit einem Querschnitt, der dem des Anfangsteils entspricht, in dem die Wellen (7) in Form tangentialer Rotoren (7b) konfiguriert sind; und – einen Endabschnitt mit einem im Vergleich zu den vorhergehenden Querschnitten erweiterten Querschnitt, in dem die Wellen in der Art ineinander eindringender Rotoren (7c) mit größerem Querschnitt als die anderen konfiguriert sind.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit ineinander eindringenden Rotoren Flansche (7d) besitzen, die unter Neigungswinkeln zwischen 10 und 25 Grad in bezug auf die Längsachse schraubenlinienförmig gewunden sind.
Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel vorzugsweise im Bereich von 12 bis 18 Grad liegen.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (5d) zum Entleeren der Mischung (2) eine Blende besitzt, die mittels zugeordneter Einstellmittel (9; 109) eingestellt werden kann.
Maschine nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen der Blende zum Entleeren der Mischung (2) im wesentlichen aus einem Schieber (9) bestehen, der betätigt werden kann, um eine translatorische Verlagerung auszuführen, damit er in das Entleerungs mundstück eingeschoben bzw. aus dem Entleerungsmundstück herausgezogen wird.
Maschine nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen der Blende zum Entleeren der Mischung (2) im wesentlichen aus einem Zylinder (109) bestehen, der wenigstens teilweise hohl und in bezug auf das Entleerungsmundstück quer angeordnet ist und auf seiner seitlichen Oberfläche eine Öffnung (109a) besitzt, die so beschaffen ist, daß sie auf das Entleerungsmundstück durch eine Drehung des Zylinders, die durch zugeordnete Betätigungsmittel (109c) ausgeführt wird, ausgerichtet werden kann.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entleerungsmundstück einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen vertikalen Querschnitt besitzt, wobei die größere Basis unter der kleineren Basis angeordnet ist.