WO2012146240A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer kautschukkomponente - Google Patents

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WO2012146240A2
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extrusion unit
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Dennis PREICK
Hoffmann WIELAND
Bernd Pielsticker
Michael Zelleröhr
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Troester Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of a rubber component, for example a tire component or a tread, in which an intermediate mixture is mixed in one process step and subsequently fed to an extrusion unit, in particular as a discharge extruder. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • Modern processes for the production of rubber compounds for tire production use rolling mills in conjunction with internal mixers in which the mixing components rubber, filler, plasticizer and chemicals are entered manually or fully automatically.
  • the operation of the internal mixer is discontinuous due to the closed mixing chamber. After ready mixing of a batch, it is ejected onto a rolling mill and the internal mixer is refilled for a new cycle.
  • the mixture is homogenized on the rolling mill and cooled.
  • the forming on the roller mixture skins are removed as plates or cut into endless strips and fed to a fur cooling system. In this plant, the strips are finally cooled and treated for further storage with release agent.
  • rolling mills are used after the internal mixer.
  • variants are already known in which extruders have taken over the function of the rolling mill.
  • the internal mixer empties into a shaft that can hold several batches. This mixing buffer allows the extruder to run continuously.
  • the tasks of the extruder consist in the absorption, cooling and shaping of the mixture. Single-screw extruders and short twin-screw extruders are used.
  • DE 40 14 408 C1 describes the processing in a closed working space in which a rotating and oscillating movement is used.
  • a single-screw conveyor machine also referred to as a co-kneader, performs a synchronous reciprocating movement in the axial direction per revolution.
  • the kneading blades on the auger shaft work together with fixed kneading teeth or pins in the kneader housing. This shears the raw material components between the kneading blades and the kneading teeth. Due to the working principle, a good mixing effect results through optimal distribution of the starting materials. As a disadvantage, when mixing over rolling mills, the large space requirement, the high investment costs and personnel expenses.
  • the invention has for its object to simplify the production of rubber components, in particular of tire components, significantly.
  • the mixing section could be used to increase the pressure to transfer the mixture to the extrusion unit with a relative overpressure.
  • the pressure compensation can take place both in the region of the mixing section and in a transfer area.
  • the object of the invention is still achieved with a device for producing a rubber component, in particular a truck tread, with a mixing section for an intermediately stored mixture and with a particular designed as Austragsextruder extrusion unit in that the mixing section a kneader with a rotationally movable and oscillating drivable screw conveyor having.
  • a homogeneous mixing of the temperature is achieved, which makes a customary in the prior art extruder as well as a downstream of the extruder mill dispensable. In this way, both the space required and the control effort as well as the manufacturing costs and the staff can be reduced.
  • the kneader according to the invention can be connected in an open process chain by means of per se known conveying means with the extrusion unit.
  • the kneader is connected to the extrusion unit to form a structural unit in order to realize particularly compact dimensions and to further reduce the control effort.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is also achieved in that the mixing section has the kneader and a volumetric pump arranged in the conveying direction for pressure stabilization, so as to be independent of the possible pressure increase by the kneader a constant pressure in the transfer of the mixture to the extrusion unit sure.
  • the kneader has a feed roll which is arranged in particular in the feed area of the feed screw and which permits continuous feeding, in particular when the mixture is supplied in the form of hides. This can be driven by a drive common to the kneader.
  • an embodiment of the kneader is preferably also suitable, in which the draw-in area has a shaping acting as a draw-in curve for deflecting the supplied component in the direction of the axis of rotation of its screw conveyor, so as to achieve optimized feeding of the mixture.
  • the mixture flow is already so by the pull-in curve imprinted a movement component with a direction of action parallel to the screw conveyor axis.
  • a gap with a gap width greater than 10% of the thickness of the feeding strip, in particular between 10% and 80%, preferably 50% to 60% of the thickness of the feeding strip is pronounced is a further improvement of the intake behavior achieved.
  • the gap may be tapering in the direction of rotation of the screw conveyor or pass into the intake curve.
  • This movement of the feed roller can take place parallel to the longitudinal axis of the kneader according to another, particularly useful embodiment according to the oscillating movement of the kneader, so that the feed roller, the movement of the screw conveyor, in particular also by means of a common drive is moved.
  • An undesirable accumulation of material in the end regions of the feed roller due to the oscillating movement of the kneader can be counteracted so effectively.
  • the kneader has a section intended for pressure increase, which is free of shear pins engaging in the kneading blades, so as to achieve a controlled pressure build-up in this section.
  • On a downstream pump can be omitted and the manufacturing cost can be further reduced.
  • the kneader and / or a transfer area connecting the kneader to the extrusion aggregate has a plurality of degassing openings.
  • the kneader has a feed for a heat transfer fluid, so as to achieve a temperature compensation within the mixture.
  • this liquid can be supplied to influence the mixing temperature in the desired manner on their evaporation.
  • the screw conveyor at least partially encloses a cavity, which is connected to recesses at the circumference of the screw conveyors U and serves to supply a heat transfer fluid. For example, by feeding the screw conveyor through the cavity into the hollow kneading blades, the temperature can be effectively adjusted to the mixture without the direct action of a fluid.
  • the kneader has a drive shaft, which is axially guided by a hollow shaft of a transmission of the extrusion unit, so as to secure by the design of the device as a piggyback unit advantageous space conditions and accordingly to reduce the space requirement.
  • the kneader in the axial direction of the screw conveyor can be assigned a lateral feed for other components so as to be able to supply the mixture, if necessary, further components.
  • the feed is not limited to fluids, but is also suitable, for example, for powdered rubber, so that optionally can be dispensed with an internal mixer.
  • the mixing section following the kneader in the process direction on a variable-temperature section in which the mixture is formed into a tube with variably adjustable wall thickness and then slit and folded.
  • the tube is slotted for degassing the air in the core and opened to the rubber skin, the entrapped by the axial movement of the kneader shaft in the core of each solid profile at least for production start air entrapment with unfolded tube to the atmosphere.
  • a further embodiment of the device according to the invention is realized in that the screw conveyor has webs, at least in a catchment area, which in relation to a cross-sectional plane to the axis of rotation have different pitch angles over the circumference of the screw conveyor.
  • the pitch angle is dimensioned such that due to a substantially stationary rotational movement of the screw conveyor in conjunction with an oscillating movement of the screw conveyor in the axial direction, a particularly constant material feed can be achieved.
  • Such an embodiment has also proven to be particularly successful, regardless of the preparation of a rubber component, in a device for mixing an existing component without supplying a further component and in mixtures of various components supplied.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a method according to the invention.
  • Fig. 3 shows a variant of the method according to the invention also
  • Fig. 4 intended for the production of a rubber component
  • FIG. 5 shows the kneader shown in Figure 4 in a perspective view.
  • Fig. 6 shows an embodiment of a screw conveyor with webs of different pitch in a side view
  • Fig. 7 shows the axial position of a web of the screw conveyor in dependence of their
  • FIG. 1 shows schematically a process sequence according to the prior art in tire production for further processing of the mixtures into the profile by heat extrusion.
  • the mixture In the heat extrusion, the mixture must be homogenized and mixed again before forming due to high natural rubber content, and then transferred continuously in a heat in the so-called heat extruder.
  • This will be a so-called Porkchop extruder 1 used 1, which continuously preheats the intermediately stored mixture and passes to one or more rolling mills 12, 13 connected in series.
  • the mixture is remixed and transferred via a buffer with subsequent transfer belt to an extrusion unit 2 designed as a heat extruder.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the process according to the invention in a first variant, in which the intermediate mixture is processed in a homogeneous manner in a kneader 1 and then fed to the extrusion unit 2.
  • the extrusion unit 2 can be dispensed with a rolling mill, because the kneader 1 performs the required preparation in a single step.
  • the supply of the mixture to the extrusion unit 2 takes place by means of a known conveyor belt 3, so as to achieve a pressure equalization of the mixture with respect to the atmosphere at the same time.
  • FIG. 4 shows a kneader 1 intended for the production of a rubber component, in a partially sectioned plan view, which is connected to a volumetric pump 4 arranged in the direction of conveyance behind it for pressure stabilization.
  • a volumetric pump 4 arranged in the direction of conveyance behind it for pressure stabilization.
  • FIG. 5 shows a modification of the kneader 1 shown in FIG. 4, in which the kneader 1 has a feed roller 5 arranged in the feed region of the conveyor screw.
  • a continuous supply is achieved in particular in the supply of the mixture in the form of skins.
  • the mixture can be fed to the kneader 1 in granulated form in order to add even powdered additives already in the feed.
  • the feed roller 5 can be driven by a common with the kneader 1 drive 6 movable.
  • FIG 6 a special embodiment of a screw conveyor 8 is shown in a side view, in which at least some of the webs 9 on the circumference U seen peripheral regions 10, 1 1 with a large pitch ⁇ and ⁇ have small pitch.
  • Each of these webs 9 has, in relation to its main plane, which at the same time corresponds to the average pitch ⁇ , a wave-shaped course, so that the pitch ⁇ , ß of a web 9 in the peripheral area 10 is greater and in the peripheral areas 1 1 smaller than the average pitch ⁇ is.
  • the transition between the peripheral areas 10, 11 is continuous and follows a substantially sinusoidal course.
  • FIG. 7 the movement of a web 9 of the screw conveyor 8 shown in Figure 6 is shown with a diagram, wherein the abscissa the angular position ⁇ for a full rotation of the screw conveyor 8 and the ordinate axial displacement S of the screw conveyor 8 is applied.
  • the curve I corresponds to the axial displacement of the entire screw conveyor, starting from the zero position.
  • the auger 8 shifts in a first direction during the first half of a auger circulation and in the opposite direction in the second half of the auger circulation.
  • the webs 9 have the curve II shown in FIG.
  • the pitch ⁇ in the circumferential region 11 of the zero position is initially very small, while the pitch ⁇ already has a clear incline at a rotational angle of approximately 60 ° in the peripheral region 10 and a maximum near half the rotational angle, while the incline continues Course of the angle of rotation decreases.
  • the superimposed rotational movement of the screw conveyor 8 in conjunction with the translationally reversing movement of the screw conveyor 8 leads to a constant displacement or feed movement of the mixture due to the above-described different pitch of the webs 9, as illustrated by the curve I II.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Reifenkomponente, bei denen eine zwischengelagerte Mischung in einem Kneter (1) temperaturhomogen aufbereitet und anschließend einem Extrusionsaggregat (2) zugeführt wird. Hierdurch kann auf ein Walzwerk verzichtet und die erforderliche Aufbereitung in einem einzigen Arbeitsschritt durchgeführt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Kautschukkomponente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukkomponente, beispielsweise einer Reifenkomponente oder eines Laufstreifens, bei dem eine zwischengelagerte Mischung in einem Verfahrensschritt gemischt und anschließend einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei modernen Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen für die Reifenherstellung werden Walzwerke in Verbindung mit Innenmischern eingesetzt, bei denen die Mischungsbestandteile Kautschuk, Füllstoff, Weichmacher und Chemikalien manuell oder vollautomatisch eingegeben werden. Die Arbeitsweise des Innenmischers ist aufgrund der geschlossenen Mischkammer diskontinuierlich. Nach Fertigmischung einer Charge wird diese auf ein Walzwerk ausgestoßen und der Innenmischer für einen neuen Zyklus wieder befüllt.
Die Mischung wird auf dem Walzwerk homogenisiert und abgekühlt. Je nach Weiterverarbeitung werden die sich auf der Walze bildenden Mischungsfelle als Platten abgenommen oder in Endlosstreifen geschnitten und einer Fellkühlanlage zugeführt. In dieser Anlage werden die Streifen endgültig abgekühlt und zur weiteren Lagerung mit Trennmittel behandelt.
Speziell bei Mischungen mit hohen Füllstoffgehalten werden während des Mischvorgangs sehr hohe Temperaturen im Bereich von 140 bis 170 °C erreicht. Diese hohen Temperaturen lassen eine Zugabe der Vernetzungschemikalien wie Beschleuniger, Peroxide und Vulkanisierharze aufgrund ihrer Temperaturempfindlichkeit nicht zu. Für diese Mischungen wird eine zweite Mischstufe auf dem Walzwerk oder im Innenmischer nachgeschaltet. In dieser werden Temperaturen über 120 °C vermieden. Das Zweistufenverfahren wird für Mischungen mit hohen Füllstoffanteilen, kleinen Weichmachermengen oder hochaktivem Ruß angewandt. Die Grundmischung wird nach dem Ausformen über mehrere Stunden zwischengelagert und abgekühlt, um dann dem Innenmischer in der Fertigmischstufe noch einmal zusammen mit den Vernetzungschemikalien zugeführt zu werden.
Zur Homogenisierung und Ausformung der heißen Mischung werden nach dem Innenmischer Walzwerke genutzt. In der Praxis sind auch bereits Varianten bekannt, bei denen Extruder die Funktion des Walzwerks übernommen haben.
Der Innenmischer entleert in einen Schacht, der mehrere Chargen aufnehmen kann. Dieser Mischungspuffer gestattet dem Extruder eine kontinuierliche Fahrweise. Die Aufgaben des Extruders bestehen in der Aufnahme, Abkühlung und Ausformung der Mischung. Eingesetzt werden dabei Einschneckenextruder und kurze Doppelschneckenextruder.
Bei der Reifenherstellung unterscheidet man in der Weiterverarbeitung der Mischungen zum Profil die Kalt- und die Warmextrusion. Bei der Kaltextrusion wird die zwischengelagerte Mischung kalt in den Ausformextruder aufgegeben. Bei dem Ausformextruder handelt es sich in der Regel um einen sogenannten Querstrommischextruder. Bei der Warmextrusion muss die Mischung vor der Ausformung aufgrund hoher Naturkautschukanteile erneut homogenisiert und gemischt werden, um dann in einer Wärme in den sogenannten Warmextruder kontinuierlich übergeben zu werden. Dazu setzt man heute u.a. Porkchop- Extruder ein, die kontinuierlich die zwischengelagerte Mischung vorwärmen und an ein oder mehrere hintereinander geschaltete Walzwerke übergeben. Die Mischung wird nachgemischt und über einen Zwischenspeicher mit anschließendem Transferband an den Warmextruder übergeben.
Ferner wird in der DE 40 14 408 C1 die Verarbeitung in einem geschlossenen Arbeitsraum beschrieben, bei der eine rotierende und oszillierende Bewegung genutzt wird. Eine solche, auch als Ko-Kneter bezeichnete einwellige Förderschneckenmaschine führt dabei pro Umdrehung eine synchrone Hin- und Herbewegung in axialer Richtung aus. Die Knetflügel auf der Förderschneckenwelle arbeiten mit feststehenden Knetzähnen oder -bolzen im Knetergehäuse zusammen. Dadurch werden die Rohstoff-Komponenten zwischen den Knetflügeln und den Knetzähnen geschert. Aufgrund des Arbeitsprinzips ergibt sich eine gute Mischwirkung durch optimale Verteilung der Ausgangsstoffe. Als nachteilig erweisen sich bei dem Mischen über Walzwerke der große Platzbedarf, die hohen Investitionskosten sowie der Personalaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Kautschukkomponenten, insbesondere von Reifenkomponenten, wesentlich zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die zwischengelagerte Mischung in einem Kneter temperaturhomogen aufbereitet und anschließend dem Extrusionsaggregat zugeführt wird. Hierdurch kann in überraschend einfacher Weise auf ein nach dem Stand der Technik erforderliches Walzwerk verzichtet werden, indem der Kneter die erforderliche Aufbereitung in einem einzigen Arbeitsschritt durchführt. Dabei hat sich gezeigt, dass sowohl die gewünschte Homogenisierung als auch die Durchmischung der bereits vorhandenen Mischung entgegen den in der Fachwelt vorherrschenden Vorurteilen in effizienter Weise in dem Kneter realisiert werden kann. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll der Begriff Mischung eine Behandlung zur gezielten Optimierung der Eigenschaftsprofile sowohl mit als auch ohne die Beimischung von Zuschlagstoffen, wie beispielsweise Füllstoffen oder Additiven, umfassen.
Die Mischstrecke könnte zur Druckerhöhung genutzt werden, um die Mischung mit einem relativen Überdruck an das Extrusionsaggregat zu übergeben. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn die Mischung nach einem Druckausgleich gegenüber der Atmosphäre von dem Kneter an das Extrusionsaggregat übergeben wird, indem die Übergabe des Kneters offen an das Extrusionsaggregat erfolgt. Auf diese Weise können flüchtige Bestandteile entweichen, sodass eine Beeinträchtigung des Ausformungsprozesses vermieden wird. Der Druckausgleich kann dabei sowohl im Bereich der Mischstrecke als auch in einem Übergabebereich erfolgen.
Bei einer weiteren, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung wird der Massedurchsatz in dem Kneter im Wesentlichen konstant gehalten, indem die axiale Position und/oder die Winkelposition einer Förderschnecke des Kneters erfasst werden und die Rotationsgeschwindigkeit entsprechend angepasst wird, also zyklisch bei einer Umdrehung der Förderschnecke variiert. Somit wird der Massedurchsatz bzw. der austretende Volumenstrom konstant gehalten, um die durch die Förderschnecke bedingte Pulsation entsprechend zu kompensieren bzw. dieser entgegenzuwirken. Auf diese Weise kann ein konstanter Durchsatz ohne einen zusätzlichen Materialpuffer erreicht werden. Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe noch mit einer Vorrichtung zur Herstellung einer Kautschukkomponente, insbesondere eines LKW-Laufstreifens, mit einer Mischstrecke für eine zwischengelagerte Mischung und mit einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat dadurch gelöst, dass die Mischstrecke einen Kneter mit einer rotationsbeweglich und oszillierend antreibbaren Förderschnecke aufweist. Hierdurch wird eine temperaturhomogene Durchmischung erreicht, die einen nach dem Stand der Technik üblichen Extruder ebenso wie ein dem Extruder nachgeschaltetes Walzwerk entbehrlich macht. Auf diese Weise können sowohl der Platzbedarf als auch der Steuerungsaufwand sowie die Herstellungskosten und der Personaleinsatz reduziert werden.
Dabei kann der erfindungsgemäße Kneter in einer offenen Prozesskette mittels an sich bekannter Fördermittel mit dem Extrusionsaggregat verbunden sein. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn der Kneter mit dem Extrusionsaggregat zu einer Baueinheit verbunden ist, um so besonders kompakte Abmessungen zu realisieren und den Steuerungsaufwand weiter zu reduzieren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Mischstrecke den Kneter sowie eine in Förderichtung hinter diesem angeordnete volumetrische Pumpe zur Druckstabilisierung aufweist, um so unabhängig von der möglichen Druckerhöhung durch den Kneter einen konstanten Druck bei der Übergabe der Mischung an das Extrusionsaggregat sicherzustellen.
Als besonders praxisnah erweist es sich, wenn der Kneter eine insbesondere im Einzugsbereich der Förderschnecke angeordnete Speisewalze aufweist, welche insbesondere bei der Zuführung der Mischung in Form von Fellen eine kontinuierliche Zuführung gestattet. Diese kann durch einen mit dem Kneter gemeinsamen Antrieb beweglich angetrieben werden.
Des Weiteren besteht alternativ die Möglichkeit, die Mischung im Kneter in granulierter Form zuzuführen. Hierbei ist es möglich, auch pulverförmige Additive bereits im Einzug hinzuzudosieren.
Hierzu eignet sich bevorzugt auch eine Ausgestaltung des Kneters, bei der der Einzugsbereich eine als Einzugskurve wirkende Ausformung zur Ablenkung der zugeführten Komponente in Richtung der Rotationsachse seiner Förderschnecke aufweist, um so eine optimierte Zuführung der Mischung zu erreichen. Dem Mischungsstrom wird so bereits durch die Einzugskurve eine Bewegungskomponente mit einer Wirkrichtung parallel zu der Förderschneckenachse aufgeprägt.
Wenn gemäß einer weiteren Erfindung im Einzugsbereich zwischen der Förderschnecke und der Zylinderwandung ein Spalt mit einer Spaltbreite größer als 10% der Dicke des Fütterstreifens, insbesondere zwischen 10% und 80%, vorzugsweise 50% bis 60% der Dicke des Fütterstreifens ausgeprägt ist, wird eine weitere Verbesserung des Einzugsverhaltens erreicht. Hierzu kann der Spalt in Drehrichtung der Förderschnecke zulaufend ausgeprägt sein oder in die Einzugskurve übergehen.
Diese Bewegung der Speisewalze kann gemäß einer weiteren, besonders sinnvollen Ausgestaltung entsprechend der oszillierenden Bewegung des Kneters parallel zur Längsachse des Kneters erfolgen, sodass die Speisewalze, der Bewegung der Förderschnecke folgend, insbesondere auch mittels eines gemeinsamen Antriebs bewegt wird. Einer unerwünschten Materialanhäufung in den Endbereichen der Speisewalze aufgrund der oszillierenden Bewegung des Kneters kann so wirksam entgegengewirkt werden.
Eine andere, ebenfalls besonders zweckmäßige Abwandlung wird dadurch erreicht, dass der Kneter einen zur Druckerhöhung bestimmten Abschnitt aufweist, der frei von in die Knetflügel eingreifenden Scherstiften ist, um so einen kontrollierten Druckaufbau in diesem Abschnitt zu erreichen. Auf eine nachgeordnete Pumpe kann dabei verzichtet und der Herstellungsaufwand weiter reduziert werden.
Zu diesem Zweck hat es sich bereits als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Abschnitt mit der Förderschnecke drehfest und axial beweglich verbunden ist. Durch eine entsprechende axiale Lagerung wird die Übertragung der oszillierenden Förderschneckenbewegung auf diesen Abschnitt vermieden. Indem die Lagerung dieses Abschnitts als einzigen Freiheitsgrad eine Drehbewegung gestattet, wird einer Übertragung der Linearbewegung der Förderschnecke auf den mit dieser lediglich drehfest durch eine Schiebeführung verbundenen Abschnitt vermieden. Auf einen zusätzlichen Antrieb für den Abschnitt kann daher verzichtet werden.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisnahen Abwandlung weist der Kneter und/oder ein den Kneter mit dem Extrusionsaggregat verbindender Übergabebereich mehrere Entgasungsöffnungen auf. Hierdurch wird eine definierte Entgasung sichergestellt, durch welche die flüchtigen Bestandteile einer gezielten Nachbehandlung zugeführt werden können.
Weiterhin ist es besonders sinnvoll, wenn der Kneter eine Zuführung für ein Wärmeträger- Fluid aufweist, um so einen Temperaturausgleich innerhalb der Mischung zu erreichen. Insbesondere kann hierzu Flüssigkeit zugeführt werden, um über deren Verdampfung die Mischungstemperatur in der gewünschten Weise zu beeinflussen.
Eine andere Möglichkeit zur Steuerung der Temperatur wird dadurch realisiert, dass die Förderschnecke zumindest abschnittsweise einen Hohlraum einschließt, welcher mit Ausnehmungen am U mfang der Förderschnecken verbunden ist und der Zuführung eines Wärmeträger-Fluids dient. Indem der Förderschnecke beispielsweise ein Kühlmittel durch den Hohlraum bis in die hohlen Knetflügel zugeführt wird, kann die Temperatur wirkungsvoll und ohne eine unmittelbare Einwirkung eines Fluids auf die Mischung eingestellt werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Abwandlung weist der Kneter eine Antriebswelle auf, welche axial durch eine Hohlwelle eines Getriebes des Extrusionsaggregats geführt ist, um so durch die Ausführung der Vorrichtung als ein Huckepackaggregat vorteilhafte Platzverhältnisse zu sichern und dementsprechend den Platzbedarf zu verringern.
Vorzugsweise kann dem Kneter in axialer Richtung der Förderschnecke eine seitliche Zuführung für weitere Komponenten zugeordnet sein, um so der Mischung bedarfsweise weitere Komponenten zuführen zu können. Dabei ist die Zuführung nicht auf Fluide beschränkt, sondern ist beispielsweise auch für Pulverkautschuk geeignet, sodass gegebenenfalls auch auf einen Innenmischer verzichtet werden kann.
Ferner weist nach einer bevorzugten Variante die Mischstrecke im Anschluss an den Kneter in Verfahrensrichtung einen variabel temperierbaren Abschnitt auf, in dem die Mischung zu einem Schlauch mit variabel einstellbarer Wanddicke ausgeformt und anschließend geschlitzt und gefaltet wird. Dadurch, dass der Schlauch zur Entgasung der im Kern befindlichen Luft geschlitzt und zum Kautschukfell geöffnet wird, kann der durch die axiale Bewegung der Kneterwelle im Kern eines jeden Vollprofils zumindest zum Produktionsstart entstehende Lufteinschluss bei aufgeklapptem Schlauch gegenüber der Atmosphäre entgasen.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung wird dadurch realisiert, dass die Förderschnecke zumindest in einem Einzugsbereich Stege aufweist, die in Bezug auf eine Querschnittsebene zu der Drehachse unterschiedliche Steigungswinkel über den Umfang der Förderschnecke aufweisen. Insbesondere ist dabei der Steigungswinkel derart bemessen, dass aufgrund einer im Wesentlichen stationären Rotationsbewegung der Förderschnecke in Verbindung mit einer oszillierenden Bewegung der Förderschnecke in Achsrichtung ein insbesondere konstanter Materialvorschub erreicht werden kann. Eine solche Ausgestaltung hat sich unabhängig von der Herstellung einer Kautschukkomponente auch bereits ganz allgemein bei einer Vorrichtung zur Durchmischung einer vorhandenen Komponente ohne Zuführung einer weiteren Komponente sowie bei Mischungen verschiedener zugeführter Komponenten als besonders Erfolg versprechend erwiesen.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 den Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls
in einer Prinzipdarstellung;
Fig. 4 einen zur Herstellung einer Kautschukkomponente bestimmten
Kneter in einer teilweise geschnittenen Draufsicht;
Fig. 5 den in Figur 4 gezeigten Kneter in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 6 eine Ausgestaltung einer Förderschnecke mit Stegen unterschiedlicher Steigung in einer Seitenansicht;
Fig. 7 die axiale Position eines Stegs der Förderschnecke in Abhängigkeit ihrer
Winkelposition in einer Diagrammdarstellung.
Figur 1 zeigt schematisch einen nach dem Stand der Technik bekannten Verfahrensablauf bei der Reifenherstellung zur Weiterverarbeitung der Mischungen zum Profil durch Warmextrusion. Bei der Warmextrusion muss die Mischung vor der Ausformung aufgrund hoher Naturkautschukanteile erneut homogenisiert und gemischt werden, um dann in einer Wärme in den sogenannten Warmextruder kontinuierlich übergeben zu werden. Dazu wird ein sogenannter Porkchop-Extruder 1 1 eingesetzt, der kontinuierlich die zwischengelagerte Mischung vorwärmt und an ein oder mehrere hintereinander geschaltete Walzwerke 12, 13 übergibt. Die Mischung wird nachgemischt und über einen Zwischenspeicher mit anschließendem Transferband an ein als Warmextruder ausgeführtes Extrusionsaggregat 2 übergeben.
Figur 2 zeigt in einer Prinzipdarstellung das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Variante, bei der die zwischengelagerte Mischung in einem Kneter 1 temperaturhomogen aufbereitet und anschließend dem Extrusionsaggregat 2 zugeführt wird. Wie zu erkennen ist, kann auf ein Walzwerk verzichtet werden, weil der Kneter 1 die erforderliche Aufbereitung in einem einzigen Arbeitsschritt durchführt. Die Zuführung der Mischung zu dem Extrusionsaggregat 2 erfolgt dabei mittels eines an sich bekannten Förderbands 3, um so zugleich einen Druckausgleich der Mischung gegenüber der Atmosphäre zu erreichen.
Demgegenüber kann auf ein solches Förderband verzichtet werden, wenn der Kneter 1 gemäß einer in Figur 3 gezeigten Variante derart mit dem Extrusionsaggregat 2 verbunden ist, dass die aufbereitete, aus dem Kneter 1 austretende Mischung dem Extrusionsaggregat 2 direkt zugeführt wird, indem der Auslass des Kneters 1 an das Extrusionsaggregat 2 angeflanscht ist und der Kneter 1 mit dem Extrusionsaggregat 2 so zu einer Baueinheit verbunden ist. Hierbei wird die Mischung mit einem Überdruck an das Extrusionsaggregat 2 übergeben.
Ergänzend zeigt Figur 4 einen zur Herstellung einer Kautschukkomponente bestimmten Kneter 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht, welcher mit einer in Förderichtung hinter diesem angeordneten volumetrischen Pumpe 4 zur Druckstabilisierung verbunden ist. Mit Hilfe der Pumpe 4 wird unabhängig von der möglichen Druckerhöhung durch den Kneter 1 ein konstanter Druck bei der Übergabe der Mischung an das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Extrusionsaggregat 2 sichergestellt.
In Figur 5 ist eine Abwandlung des in Figur 4 gezeigten Kneters 1 erkennbar, bei welcher der Kneter 1 eine im Einzugsbereich der Förderschnecke angeordnete Speisewalze 5 aufweist. Hierdurch wird insbesondere bei der Zuführung der Mischung in Form von Fellen eine kontinuierliche Zuführung erreicht. Alternativ kann die Mischung dem Kneter 1 in granulierter Form zugeführt werden, um auch pulverförmige Additive bereits im Einzug hinzuzudosieren. Die Speisewalze 5 kann durch einen mit dem Kneter 1 gemeinsamen Antrieb 6 beweglich angetrieben werden. Durch eine im Einzugsbereich als Einzugskurve wirkende Ausformung 7 zur Ablenkung der zugeführten Komponente in Richtung der Rotationsachse der Förderschnecke wird zudem eine optimierte Zuführung der Mischung erreicht und dem Mischungsstrom eine Bewegungskomponente mit einer Wirkrichtung parallel zu der Förderschneckenachse aufgeprägt.
In Figur 6 ist eine spezielle Ausgestaltung einer Förderschnecke 8 in einer Seitenansicht dargestellt, bei welcher zumindest einzelne der Stege 9 über den U mfang gesehen Umfangsbereiche 10, 1 1 mit großer Steigung α sowie kleiner Steigung ß aufweisen. Jeder einzelne dieser Stege 9 weist in Bezug auf seine Hauptebene, welcher zugleich der mittleren Steigung γ entspricht, einen wellenförmigen Verlauf auf, sodass die Steigung α, ß eines Stegs 9 in dem Umfangsbereich 10 größer und in den Umfangsbereichen 1 1 kleiner als die mittlere Steigung γ ist. Dabei ist der Übergang zwischen den U mfangsbereichen 10, 1 1 stetig und folgt einem im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf.
In Figur 7 ist die Bewegung eines Stegs 9 der in Figur 6 gezeigten Förderschnecke 8 anhand eines Diagramms dargestellt, wobei auf der Abszisse die Winkelposition Ω für eine volle Drehung der Förderschnecke 8 und auf der Ordinate die axiale Verlagerung S der Förderschnecke 8 aufgetragen ist. Dabei entspricht die Kurve I der axialen Verlagerung der gesamten Förderschnecke, ausgehend von der Nullposition. Erkennbar verlagert sich die Förderschnecke 8 während der ersten Hälfte eines Förderschneckenumlaufs in eine erste Richtung und in der zweiten Hälfte des Förderschneckenumlaufs in die entgegengesetzte Richtung. Um zu vermeiden, dass die von der Förderschnecke 8 transportierte Mischung dieser zyklisch reversierenden Bewegung folgt, weisen die Stege 9 den in der Figur 6 gezeigten Kurvenverlauf II auf. So ist die Steigung ß im U mfangsbereich 1 1 der N ulllage zunächst sehr gering, während die Steigung α bereits bei einem Drehwinkel von ca. 60° im Umfangsbereich 10 eine deutliche Steigung und nahe des halben Drehwinkels ein Maximum aufweist, während die Steigung im weiteren Verlauf des Drehwinkels abnimmt. Die überlagerte Drehbewegung der Förderschnecke 8 in Verbindung mit der translatorisch reversierenden Bewegung der Förderschnecke 8 führt aufgrund der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Steigung der Stege 9 zu einer konstanten Verlagerung bzw. Vorschubbewegung der Mischung, wie dies durch die Kurve I II verdeutlicht ist.

Claims

PAT EN TAN SPR Ü C H E
1 . Verfahren zur Herstellung einer Kautschukkomponente, insbesondere eines Laufstreifens, bei dem eine zwischengelagerte Mischung in einem Verfahrensschritt gemischt und anschließend einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengelagerte Mischung in einem Kneter (1 ) temperaturhomogen aufbereitet und anschließend dem Extrusionsaggregat (2) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung nach einem Druckausgleich gegenüber der Atmosphäre von dem Kneter (1 ) an das Extrusionsaggregat (2) übergeben wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mischung mit einem Ü berdruck an das Extrusionsaggregat (2) übergeben wird.
4. Verfahren und Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant gehalten wird, indem die axiale Position und/oder die Winkelposition einer Förderschnecke des Kneters (1 ) erfasst oder berechnet und die Rotationsgeschwindigkeit der Förderschnecke entsprechend angepasst wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant gehalten wird, indem das Gehäuse und/oder die Schnecke des Kneters (1 ) oszillierend in Achsrichtung der Förderschnecke angetrieben werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant gehalten wird, indem das die Masse umschließende Gehäusevolumen am Austritt des Kneters (1 ) über ein Formelement verändert wird.
7. Vorrichtung zur Herstellung einer Kautschukkomponente, insbesondere eines Laufstreifens, mit einer Mischstrecke für eine zwischengelagerte Mischung und einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke einen Kneter (1 ) mit einer Förderschnecke aufweist, die rotationsbeweglich und oszillierend in Achsrichtung der Förderschnecke antreibbar ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) mit dem Extrusionsaggregat (2) zu einer Baueinheit verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke den Kneter (1 ) sowie eine in Förderichtung hinter dem Kneter (1 ) angeordnete volumetrische Pumpe (4) zur Druckstabilisierung aufweist.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) eine insbesondere im Einzugsbereich der Förderschnecke angeordnete Speisewalze (5) aufweist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzugsbereich eine als Einzugskurve wirkende Ausformung (7) zur Ablenkung der zugeführten Komponente in Richtung der Rotationsachse der Förderschnecke aufweist.
12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Einzugsbereich zwischen der Förderschnecke und der Zylinderwandung zur Verbesserung des Einzugsverhaltens ein Spalt ausgeprägt ist, wobei die Breite des Spalts mehr als 10% der Dicke der streifenförmigen Kautschukkomponente, insbesondere zwischen 10% und 80% bzw. 50% bis 60% der Dicke des Fütterstreifens entspricht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Speisewalze entsprechend der oszillierenden Bewegung des Kneters (1 ) parallel zur Längsachse des Kneters (1 ) beweglich ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisewalze (5) drehzahlvariabel zur Kneterwelle stell- und oder regelbar ist.
15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) einen zur Druckerhöhung bestimmten Abschnitt aufweist, der frei von in die Förderschneckenzwischenräume eingreifenden Scherstiften ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt mit der Förderschnecke drehfest und axial beweglich verbunden ist und eine Lagerung aufweist, welche der Übertragung der oszillierenden Förderschneckenbewegung auf diesen Abschnitt entgegenwirkt.
17. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Beschickung des Kneters (1 ) eine Kombination von Extrusionsaggregat (2) und volumetrischem Förderer oder einen volumetrischen Förderer aufweist.
18. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Kombination aus regelbarer Fördertechnik und eine im Durchlauf gewichtsbestimmende Messvorrichtung aufweist.
19. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Beschickung eine Regelung des Übergabedrucks zwischen dem volumetrischen Förderer und dem Kneter (1 ) aufweist.
20. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) mehrere Entgasungsöffnungen aufweist.
21 . Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) und das Extrusionsaggregat (2) durch einen mit Entgasungsöffnungen ausgestatteten Übergabebereich verbunden sind.
22. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) eine Zuführung für ein Wärmeträger-Fluid aufweist.
23. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke zumindest abschnittsweise einen Hohlraum für die Zuführung eines Wärmeträger-Fluids einschließt, welcher mit Ausnehmungen in den Knetflügeln verbunden ist.
24. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneterschnecke als Antriebswelle ausgeführt ist, welche axial durch eine Hohlwelle eines Getriebes des Extrusionsaggregats geführt ist.
25. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) im Bereich der axialen Erstreckung der Förderschnecke eine seitliche Zuführung für weitere Komponenten aufweist.
26. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke im Anschluss an den Kneter (1 ) in Verfahrensrichtung einen variabel temperierbaren Abschnitt aufweist, in dem die Mischung zu einem Schlauch mit variabel einstellbarer Wanddicke ausgeformt und anschließend geschlitzt und gefaltet wird.
27. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kneter (1 ) in Verfahrensrichtung durch ein Ausformwerkzeug extrudiert, welches die Mischung zu einem Schlauch ausformt.
28. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dorn als Verlängerung der Kneterwelle ausgebildet ist.
29. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch zur Entgasung der im Kern befindlichen Luft geschlitzt und zum Kautschukfell geöffnet wird.
30. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Kneters (1 ) oszillierend in Achsrichtung der Förderschnecke antreibbar ausgeführt ist, um den Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant zu halten.
31 . Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und die Schnecke des Kneters (1 ) oszillierend in Achsrichtung der Förderschnecke antreibbar ausgeführt sind, um den Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant zu halten.
32. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Massedurchsatz in dem Kneter (1 ) im Wesentlichen konstant gehalten wird, indem das die Masse umschließende Gehäusevolumen am Austritt des Kneters (1 ) über ein Formelement verändert wird.
33. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (8) zumindest in einem Einzugsbereich Stege (9) aufweist, die in Bezug auf eine Querschnittsebene zu der Drehachse unterschiedliche Steigungswinkel (a, ß, γ) in verschiedenen Umfangsbereichen (10, 1 1 ) oder in verschiedenen Winkelpositionen (Ω) der Förderschnecke (8) aufweisen.
34. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (α, ß, γ) derart bemessen ist, dass aufgrund einer im Wesentlichen stationären Rotationsbewegung der Förderschnecke (8) in Verbindung mit einer oszillierenden Bewegung der Förderschnecke (8) in Achsrichtung ein insbesondere konstanter Materialvorschub erreicht ist.
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