WO2017028936A1 - Devulkanisieren von altgummi in einem planetwalzenextruder - Google Patents

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WO2017028936A1
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ring
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Harald Rust
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    • C08J2321/00—Characterised by the use of unspecified rubbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to the Devulkan any of waste rubber.
  • Rubber is made of natural rubber and / or man-made
  • Predominantly rubber is used in the vehicle industry.
  • waste rubber is preferably supplied to the combustion.
  • the cement industry has proven to be a large buyer. There, the waste rubber in the rotary kilns is mitverbrannt. The cement rotary kiln has a long
  • CONFIRMATION COPY become. A burden on the environment from unburned gases of waste tire combustion is thus excluded.
  • hardened (crosslinked) elastomers and rubber modifier used consist entirely or partially
  • Adipic acid or oxalic acid Furthermore, find additives that use
  • Sulfur, zinc oxide and stearic acid exist.
  • DE60215210T2 provides aromatic oil, naphthenic oil or paraffinic oil as devulcanizing agent.
  • the 60306089T2 sees 2-butanol and carbon dioxide as
  • DE60120804T2 provides modifiers.
  • the oil is extracted from the recyclate itself.
  • the modifiers have the disadvantage that the
  • Modifiers remain wholly or partially in the recyclate and limit the usability of the recyclate very strong.
  • Microwaves and ultrasonic waves are preferably used.
  • the waves create a strong mechanical stress on the rubber and elastomers, which are intended to disrupt the molecular chains.
  • the mechanical load can be supplemented by the application of heat or by high vapor pressure.
  • Elastomers whose crosslinking is based on a sulfur compound are devulcanized. The sulfur is released by mechanical and thermal stress and the rubber or the
  • a planetary roller extruder is used.
  • WO2011 / 091966 uses dispersing rings to build up a mechanical effect sufficient for devulcanization
  • thrust rings have an inner diameter which is approximately equal to the diameter, which describe the center axes of the planetary spindles in their circulation.
  • Various types of thrust rings also show a larger inner diameter.
  • the inner diameter of the dispersing ring provided is, according to WO2011 / 091966, preferably smaller than the above by at least 10%, preferably at least 20% and even more preferably at least 30% of the dimension of the associated planetary spindles described diameter of the trajectory of
  • the reduction can go so far that the dispersing the central spindle on the necessary game for the rotation of the
  • the reduction of the passage cross-section can even go so far that the dispersing ring engages in a groove of the central spindle.
  • the dispersing ring for example, even only a gap of a few millimeters, in the extreme case of, for example, a
  • Such rings are preferably made of a plurality of parts, so that the rings around the central spindle and in the groove can be set cross-together when the planetary roller extruder or planetary roller module is prepared for mounting the dispersion ring.
  • the method is used for the treatment of waste rubber, which is exempt from metallic reinforcing inserts.
  • Metallic reinforcing inserts occur especially on used tires. These are steel inserts that hold the vehicle tires in the desired shape.
  • the waste rubber is strongly cooled and crushed in the highly cooled state in a mill.
  • the waste rubber is strongly cooled and crushed in the highly cooled state in a mill.
  • the mean chip diameter is preferably 5 to 40 mm, more preferably 15 to 30 mm.
  • the planetary roller extruders have a centrally arranged
  • the central spindle is usually provided externally with an involute toothing. There are others
  • the involute toothing usually has a 45 degree skew of the teeth. There are also different ones
  • Tooth sizes It is distinguished by tooth modules.
  • the central spindle is surrounded by a housing that has a
  • Tooth module as the external toothing on the central spindle.
  • the planetary spindles are arranged uniformly on the circumference of the central spindle.
  • the planetary spindles have an outer toothing with the same module as the central spindle and the housing toothing.
  • the planetary spindles mesh with the central spindle and the internal teeth of the
  • the rotating planetary spindles slide in the conveying direction at the front of a sliding ring or thrust ring, so that their orbit is determined in the axial direction.
  • Planetary roller extruder is referred to, for example, the following references:
  • the feed material is rolled thin-layered in the planetary roller extruder between the intermeshing teeth. This creates a strong kneading effect on the waste rubber. By the kneading effect is
  • the kneading effect can by different number and / or
  • the number of planetary spindles is preferably at least 5, preferably at least 6.
  • Central spindle is, the more planetary spindles are usually provided in a module / section. For example, at larger sizes are readily used 24 or more spindles.
  • the planetary spindles can, for example, as normal spindles, as
  • Hedgehog spindles or Noppenspindeln be formed, as described in DE 10 2004 048 440 or in US 7476416.
  • Standard spindles has a constant from one end to the other end of the same toothing.
  • the hedgehog spindle builds on the standard spindle. At intervals are in the hedgehog spindles annular circumferential recesses in the
  • the knob spindle also builds on a standard spindle. However, the spindle is provided after the normal toothing with an opposite toothing, which crosses the normal toothing. That is, in the teeth of the normal teeth are cut with the opposing teeth gaps of specific shape and sequence. The teeth remaining from the normal teeth show a knobbed shape. The gaps reduce the conveying effect of the planetary spindles, while the kneading effect increases. In addition, the kneading operation with the knobs differs from the kneading with the kneading process
  • the references to the hedgehog spindles and nubble spindles describe further useful details of planetary roller extruders suitable for devulcanization.
  • the temperature of the material to be treated in the planetary roller extruder by supplying heat or by cooling to a for the
  • This level is according to WO2011 / 091966 between 250 and 350 degrees Celsius, preferably between 250 and 300 degrees Celsius.
  • the kneading action and heating effect is maintained for a period of 1 to 4 minutes, preferably 1 to 5 to 3 minutes. This duration corresponds to the residence time in the planetary roller extruder.
  • the sulfur goes into a gaseous state.
  • the gas is sucked off. At the extruder this is called degassing.
  • Knetrial and temperature can be by changing the
  • the cross-linking will not be sufficiently removed; the discharged material, while flexible, will at least partially show its strength.
  • the planetary roller extruder is particularly suitable for the desired temperature control of waste rubber if the housing is inside in known manner has a socket which is provided on the central spindle side with the described internal toothing and is provided on the outside with a same normal toothing or other normal toothing.
  • the bush is preferably shrunk into the housing. For this purpose, the bushing is cooled, so that the diameter is reduced sufficiently to be pushed into the housing.
  • Reheating expands the socket and the socket sits firmly in the housing.
  • the housing can also be shrunk onto the socket. Then the housing is heated and expands the housing, so that the socket can be pushed into the housing. After cooling, the housing encloses the socket firmly.
  • these passages can be used as channels for the passage of tempering.
  • the channels are preferably connected by an annular channel to the
  • the one annular channel is provided on the inlet side and connected to a supply line.
  • the other channel is provided on the outlet side and connected to a drain line. Both lines are part of a temperature control. As tempering used in devulcanization oil.
  • the oil is pumped through the channels.
  • an extruder can be used, the length of which is sufficient to cover the entire length
  • the Extruder then has a length in which the entire desired residence time can be represented.
  • each module has its own housing and planetary spindles and its own stop ring.
  • a common central spindle is provided for all mutually aligned modules / sections.
  • the modules / sections optionally have all or part of one
  • Extruder module / extruder section are also divided into different sections, which are in the axial direction one behind the other.
  • spindles with normal spindles and / or with hedgehog spindles can be combined.
  • the nubs spindles are the one extreme for the processing of rubber in the extruder, the effect of hedgehog spindles and normal spindles deviates from it. If it turns out that the cycle time is too long in the above sense, single or multiple stud spindles can be exchanged for hedgehog spindles or normal spindles.
  • transport spindles as described in EP702739, are also used to shorten the transit time. That is, it will be single or multiple
  • the transport spindles also build on the normal spindles.
  • one or more teeth are machined out of the spindle after the normal toothing of a spindle.
  • Procedure has to successful devulcanization of waste rubber guided.
  • the system used is composed of a filling part and various planetary roller modules.
  • the object of the invention has been found to improve devulcanization, in particular to increase the economics of devulcanization with a planetary roller extruder.
  • the invention is based on the idea of providing the warming up of the feed material after leaving the filling part
  • the dispersing ring evenens the flow of material into the heating zone. This facilitates the control of the warm-up.
  • the devulcanization zone is the zone in which
  • the sulfur released by breaking up the molecular cross-linking must be at least largely discharged from the extruder in order to obtain a raw material of sufficient quality.
  • devulcanization can occur in a single
  • Planetary roller module take place.
  • several planetary roller modules each with separate temperature control
  • the dispersing ring at the beginning of the devulcanizing zone is preferably located between the heating module and the first module of the devulcanization zone.
  • At least one further dispersing ring can be used at a distance from the first dispersing ring in the devulcanizing zone in order to build up an additional mechanical load.
  • the mechanical stress of the first dispersing ring can be used at a distance from the first dispersing ring in the devulcanizing zone in order to build up an additional mechanical load.
  • the passage gap is selected on a dispersing ring depending on the particular nature of the material to be used.
  • a very narrow gap and long gap is chosen, which necessarily leads to the desired deformation and associated mechanical stress.
  • fine-grained feedstock With coarse material also a relatively large and short gap leads to the desired deformation and associated mechanical stress.
  • the aim is the
  • the gap width decreases with increasing processing distance and / or the gap length increases with increasing
  • the processing line is the route on which the feedstock / material is processed.
  • the Processing line is the greater, the more planetary roller extruder are combined / put together to an extruder plant.
  • extruder systems may arise in which the opening width
  • Opening width of the first dispersing ring is lower by at least 5%, preferably by at least 10%, even more preferably by at least 15%,
  • the third dispensing ring is smaller than the opening width of the second dispersing ring by at least 5%, preferably by at least 10%, more preferably by at least 15% and most preferably by at least 20%.
  • the third dispensing ring is smaller than the opening width of the second dispersing ring by at least 5%, preferably by at least 10%, more preferably by at least 15% and most preferably by at least 20%.
  • the fourth dispensing ring is smaller than the opening width of the third dispersing ring by at least 5%, preferably by at least 10%, even more preferably by at least 15%, and most preferably by at least 20%.
  • the gap width / opening width of the gap on the dispersing ring denotes the distance between the outer surface of the central spindle and the
  • the length of the gap of the dispersing rings is of their thickness
  • the thickness may be, for example, 1 to 25 mm, preferably 3 to 20 mm.
  • Dispergierringe housing side be provided with a consistently thick collar and the central spindle side with a collar that is thicker or thinner as you choose.
  • the thicker collar and thinner collar design also allows the dispersing ring to be composed of two halves or more segments which are assembled around the central spindle, engaging the collar in a groove of the central spindle.
  • the dispersing rings can be exactly cylindrical in the gap area.
  • the dispersing rings are rounded at the edges of the gap-forming surface and between the edges
  • the exit cone may be longer than the entry cone.
  • the conical surfaces of the dispersing rings preferably have an inclination of 1 degree to 45 degrees, even more preferably one
  • the areas forming the gap also include the areas of the
  • the edges and corners of the recess are also rounded in order to avoid dead spaces.
  • Dead spaces are spaces in which material can settle without being pushed away by nachströmendem material.
  • the recess remains in the central spindle
  • Shaping by changing the dispersing ring by controlling the temperature of the extruder influence on the deformability of the feedstock. By heating, the deformability increases, by cooling, the deformability decreases. This can also be used in order to use dispersing rings with a gap width or gap length, which only lead to insufficient processing of the feedstock at a different temperature of the feedstock.
  • the dispersing rings can each be arranged between two planetary roller modules and / or a module forming the filling part and designed in the manner of a single screw and a subsequent planetary roller module. This facilitates the assembly of the dispersion rings and their
  • dispersion rings can be adapted to the respective feedstock and the respective processing state in the system. This is especially true for dispersing rings that do not engage in a groove of the central spindle.
  • the arrangement between two modules allows the dispersing rings to be tightened when clamping the associated module housing ends
  • the races and the dispersing rings are taken together in a common construction when the dispersing rings are used, for example, between two planetary roller modules.
  • the common construction may be a centering ring in which the thrust rings and the dispersing rings are inserted. In this case, when clamping the housing, for example, the housing of in
  • Dispersing ring with respect to the centering protrudes slightly and the projecting end of the housing of the rear module is included.
  • Planetary roller module can be so large that the module length is turned off to the desired position of the dispersion rings.
  • a central spindle often consists of a central anchor, on the toothed sleeves are pushed in turn as modules of the central spindle.
  • the sleeves are braced against each other with the anchor.
  • a tongue and groove connection between the armature and the sleeves may be provided. The torque required to move the central spindle is transmitted to the sleeves via the armature.
  • the torque is generated by a drive motor and transmitted via a transmission to the central spindle.
  • the sleeves carry on the outer circumference the necessary teeth for the interaction with the planetary spindles in one
  • the groove can be formed by an outside wholly or partially smooth sleeves / central spindle module.
  • the degassing is carried out as in WO2011 / 091966 preferably by means of a 9.armextruders, wherein the side arm extruder used for degassing even more preferably perpendicular to the
  • a degassing can take place at the extruder outlet. Then a further dispersing ring and a gas extraction are provided at the extruder outlet.
  • the gas extraction at the extruder outlet is very effective because the gas expands due to its heat, dissolves from the feedstock and rises.
  • Starting phase must according to the invention together no longer than one according to WO2011 / 091966 provided planetary roller module.
  • the invention also includes a greater overall length , or a smaller overall length.
  • the modules for the warm-up zone and the starting phase may have the same length.
  • the size corresponds to the pitch diameter of the
  • Temperianssmittels of more than 300 degrees Celsius at low speed of the central spindle in the warming up is advantageous.
  • the temperature of the heating means may also be between 350 and 400 degrees Celsius. Due to the short stay of the
  • Start temperature is material dependent and is conveniently determined in the laboratory. The starting temperature can also be determined in the system by
  • the start temperature is below 300 degrees Celsius and the temperature in other parts of the devulcanization zone is not raised above the start temperature. Even more preferably, the temperature in the other parts of the devulcanization zone becomes lower than that Start temperature kept. It may be appropriate to the temperature of planetary roller module to planetary roller module
  • Devulcanization zone preferably find different
  • the associated temperature of the temperature control is in
  • cooling means the temperature of the tempering agent is lower than that of the
  • the temperature of the tempering agent is higher than that of the
  • the run-up rings and / or all intermediate rings and / or all dispersing rings are provided with a temperature control.
  • appropriate channels are provided in the rings, which are acted upon with tempering. If the rings are arranged either close to the gap or even in the gap between the planetary roller modules, the temperature control means can be led by a line through the gap to the rings or be discharged through the gap of the rings again.
  • Control intermediate rings and / or dispersing rings Even more preferably, the pressure at the dispersing rings is even more preferably controlled before and / or after the dispersing rings.
  • Tempering agent for the feedstock The thickness reduction is limited by the necessary stability of the housing socket.
  • Housing bush has a shrink connection.
  • a short processing path or degassing section is preferably selected according to the invention.
  • the planetary roller modules have a degree of filling less than 90%, preferably less than 80%, more preferably less than 70%. Fill levels less than 60% and even less than 50% may be appropriate. The degree of filling decreases with increasing speed.
  • the degassing devices are each there to the
  • All degassing devices can be connected to a common suction line.
  • the extracted gases are cleaned before they are discharged into the ambient air.
  • Effective cleaning filter can use an activated carbon filter.
  • the results of the separation according to the invention between the heating zone and the devulcanization zone are astonishing.
  • the feed can be optimally prepared for the beginning of devulcanization.
  • Mooney numbers of from 20 to more than 60, preferably from 30 to 50, even more preferably from 35 to 45, can be achieved.
  • the Mooney Viscometer has a spindle that rotates at a specific material sample temperature in the material sample. Then the torque required for the spindle rotation provides information about the viscosity of the sample material.
  • the stated Mooney numbers refer to a temperature of 100 degrees Celsius.
  • the Mooney numbers obtainable according to the invention are significantly higher.
  • the process is advantageously so stable that the rotational speed of the central spindle can be increased. This is with appropriate refilling of feed
  • the extrusion line is 70 years old.
  • the system according to the invention consists of various sections 2,3a, 3b, 4,5,6.
  • the section 2 is a filling part and the way of one
  • the sections 3a, 3b, 4,5,6 are planetary roller modules.
  • a common central spindle is provided for all planetary roller modules and for the filling part. That is, the central spindle extends through all planetary roller modules and through the filling part 2 to the gearbox 1.
  • the transmission is powered by a Drive motor moves. As a result, the central spindle rotates in the extruder.
  • the planetary spindles meshing with the central spindle run around the central spindle and mesh with the internally toothed housing of the planetary roller modules.
  • Planetary roller modules 4,5 and 6 have a length of 400 mm each.
  • the Planetwlazenmodulen 3a and 3b have a length of 200mm.
  • the planetary spindles of the modules 4 and 5 are formed as Noppenspindeln and evenly distributed around the circumference of the central spindle. Of the planetary spindles of the module 6 are three
  • Planet spindles also formed as Noppenspindeln.
  • the remaining planetary spindles of the module 6 are formed as transport spindles.
  • the planetary roller modules 3a and 3b have more planetary spindles than the other planetary roller modules, namely six.
  • the planetary roller modules 3a and 3b have more planetary spindles than the other planetary roller modules, namely six.
  • Planet spindles of the modules 3a and 3b provided with a standard toothing.
  • the standard toothing causes a stronger mechanical load of the scrap rubber than the planetary spindles provided in the other modules, whose stud spindles are very conducive to degassing and their transport spindles are both beneficial to degassing, as well as develop a significant conveying effect.
  • Planet spindles are longer. They have a length of
  • Planetary roller module 3a and 3b however, three planetary spindles are provided with this length.
  • the remaining three planetary spindles have a shorter length of 373 mm.
  • the thrust rings are connected in the embodiment in a manner not shown with Dispergierringen.
  • the dispersing ring for the module 3a is designated by 19,
  • a dispersing ring 36 is also provided on the last module 6.
  • the modules 3b, 5,6 are provided with a degassing 30, 32, 35.
  • the degassing is formed by side arms extruder, which are perpendicular to the associated modules contrary to the representation of the drawing.
  • Feedstock / material to be treated which is under pressure in the extruder or is inclined to exit with withdrawn gas, forced back into the extruder.
  • the waste rubber is metered in the embodiment fine-grained in the filling part 2.
  • the metering is denoted by 7, the material inlet with 40.
  • an opening 41 is provided at the material inlet, can be blown through the remaining material at standstill material.
  • the planetary roller modules 3, 4, 5 are tempered with oil coolers 10a, 10b, 11, 12, 13 during the devulcanization operation.
  • the filling part has a temperature control 14.
  • a temperature 15 is provided for the central spindle, not shown
  • the temperature control of the temperature 15 for Example set to a temperature of 120 degrees Celsius In other examples, working at lower or higher temperature.
  • the temperature 5 is adjustable to 140 degrees Celsius.
  • the waste rubber is pressed from the filling part 2 in the module 3a, which forms a warm-up zone.
  • the old rubber is heated to a material-dependent starting temperature for a
  • the starting temperature in the example is 310 degrees Celsius.
  • the temperature control 10a of the module 3a is set to 330 degrees Celsius in the example.
  • Feed / treated material can escape.
  • the escape of sulfur is promoted by the
  • Feedstock / material to be treated is intensively mixed and rolled in module 3b. At the same time, gaseous sulfur released is sucked off via the degassing 30.
  • the feed / material to be treated is pressed into the module 4.
  • the admixing material / material to be treated passes through the dispersing ring 20.
  • the dispersing ring 20 In the module 4, the
  • the material thus processed is further processed in the module 5 and degassed.
  • devulcanized waste rubber cooled in the planetary roller module 6 to 220 degrees Celsius, before it exits in crumbly form from the extrusion plant and is cooled in a water cooling 16 to room temperature.
  • a water cooler 3 is provided on the planetary roller module 6.
  • the filling part 2 is also provided with a water cooler 14.
  • the cooling temperatures at the filling part and after devulcanization are also dependent on the material.
  • the associated radiator 15 is like the radiator 10,11, 12 an oil cooler and set to a temperature of 300 degrees Celsius.
  • the Devulkanmaschine is effected by the mechanical and thermal stress of the waste rubber in the extrusion plant.
  • the dispersing rings are arranged in the conveying direction of the waste rubber through the system behind the starting rings, not shown.
  • the inner diameter of the dispersing rings 20, 21, 22 is smaller than the outer diameter of the central spindle.
  • the dispersing 20,21, 22 engage in grooves, not shown in the central spindle, so that the tooth spaces between the teeth of the central spindle are closed except for a narrow gap on the tooth base.
  • the narrowing of the gap is material dependent and causes extreme deformation and extreme mechanical stress of the feedstock.
  • dispersing ring 20 is between the
  • the clamping of the dispersing 20,21, 22 takes place during clamping of the cylindrical housing of the planetary roller modules 3,4,5,6.
  • the planetary roller modules 3,4,5,6 have this customary at their ends flanges, which are pulled against each other with clamping screws.
  • the filling part 2 has conventional flanges, With these flanges, the filling part is clamped on the one hand to the housing of the drive 1 and on the other hand with the planetary roller module. 3
  • these rings are composed of two halves to facilitate assembly.
  • the assembly is explained below on the dispersing ring 20.
  • the thrust ring for the planetary spindles is pushed over the central spindle and into a centric opening of the housing end of the planetary roller module.
  • the stop ring bears in the area of contact with the planetary spindles
  • Thrust ring the dispersing ring and the support ring.

Abstract

Nach der Erfindung findet eine Devulkanisierung von Altgummi im Planetwalzenextruder statt, wobei eine separate Aufwärmzone mit eigenem Planetwalzenmodul und eigener Temperierung vorgesehen ist und/oder am Anfang der Devulkanisierungszone eine Startphase mit eigenem Planetwalzenmodul und eigener Temperierung vorgesehen ist.

Description

DEVULKANISIEREN VON ALTGUMMI IN EINEM PLANETWALZENEXTRUDER
Die Erfindung betrifft das Devulkanisieren von Altgummi.
Gummi besteht aus Naturkautschuk und/oder künstlich hergestellten
Elastomeren, deren Moleküle eine Vernetzung erfahren haben.
Bekannt sind dabei unter anderem Schwefel-Kohlenstoffverbindungen und Schwefel-Schwefel-Verbindungen zwischen den Molekülen. Dabei wird auch von Querverbindungen gesprochen.
Durch das Vernetzen ändern sich die Materialeigeschaften drastisch.
Das betrifft insbesondere die Festigkeit, Elastizität und die
Wärmebelastungsfähigkeit.
Überwiegend kommt Gummi in der Fahrzeugindustrie zur Anwendung.
Die Belastbarkeit von Fahrzeugreifen ist legendär.
Je nach Laufkilometer der Reifen ergibt sich ein Verschleißzustand, der sich daran mißt, wie stark das Profil der Reifen abgefahren ist.
Wenn das Profil eine bestimmte Dicke unterschritten hat, muß ein
Reifenwechsel vorgenommen werden.
Es fallen Altreifen bzw. Altgummi an.
Es gibt zwar verschiedene Vorschläge zur chemischen Aufbereitung von Altgummi, der Aufwand ist jedoch so hoch, daß bisher davon kaum Gebrauch gemacht wird. Vielmehr wird Altgummi vorzugsweise der Verbrennung zugeführt. Dabei hat sich die Zementindustrie als großer Abnehmer erwiesen. Dort wird der Altgummi in den Drehrohröfen mitverbrannt. Die Zementdrehrohrofen besitzt eine lange
Verbrennungsstrecke, so daß unverbrannte Gase nachverbrannt
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE werden. Eine Belastung der Umwelt aus unverbrannten Gasen der Altreifenverbrennung wird damit ausgeschlossen.
Die Zementindustrie verlangt für die Altreifenverbrennung jedoch zumeist einen Entsorgungsbeitrag.
Die Entsorgung der Altreifen wird außerdem nicht mehr als zeitgemäß angesehen.
Deshalb bemüht man sich seit langem um das Recycling von Gummi und Elastomeren.
Dabei werden verschiedene Wege gegangen.
Nach der DE60004885T2 werden zum Devulkanisieren von
gehärteten(vernetzten) Elastomeren und Gummi Modifizierungsmittel eingesetzt. Diese Modifizierungsmittel bestehen ganz oder teilweise aus
Adipinsäure oder Oxalsäure. Ferner finden Additive Anwendung, die aus
Schwefel, Zinkoxid und Stearinsäure bestehen.
In der DE 909041 sind als Modifizierungsmittel Edeleanuextrakte vorgesehen, die aus Erdölverarbeitung gewonnen werden. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Kerosin, Nitrobenzol, Furfurol, Phenol,
Dichlordiäthylenäther,
Die DE 60008279T2 sieht Aminverbindungen als
Devulkanisierungsmittel/Modifizierungsmittel vor.
Die DE60215210T2 sieht aromatisches Öl, naphthenisches Öl oder paraffinisches Öl als Devulkanisierungsmittel vor.
Die 60306089T2 sieht 2-Butanol und Kohlendioxid als
Devulkanisierungsmittel vor.
Auch die DE60120804T2 sieht Modifizierungsmittel vor. Allerdings wird das Öl aus dem Recyclat selbst gewonnen. Die Modifizierungsmittel haben den Nachteil, daß die
Modifizierungsmittel ganz oder teilweise in dem Recyclat verbleiben und die Verwendbarkeit des Recyclats ganz stark beschränken.
Es ist auch ein Devulkanisieren ohne chemische Mittel bekannt.
Bevorzugt finden dabei Mikrowellen und Ultraschallwellen Anwendung. Mit den Wellen wird eine starke mechanische Belastung des Gummis und der Elastomere erzeugt, mit denen die Molekülketten aufgebrochen werden sollen. Die mechanische Belastung kann durch Anwendung von Wärme bzw. durch hohen Dampfdruck ergänzt werden.
Gleichwohl wird diese Art der Devulkanisation als unzureichend angesehen, vgl. zum Beispiel die DE60120804T2.
Einen anderen Weg zur Devulkanisation bietet die WO2011/091966. Dabei wird vernetztes Altgummi und vernetzte Elastomere, die
mechanisch und /oder thermisch zumindest teilweise zerstörbar ist, mittels Extruder devulkanisiert. Insbesondere soll Altgummi und
Elastomere, deren Vernetzung auf einer Schwefelverbindung basiert, devulkanisiert werden. Der Schwefel wird durch mechanische und thermische Belastung frei gesetzt und von dem Gummi bzw. den
Elastomeren getrennt.
Dabei findet ein Planetwalzenextruder Anwendung.
Früher war schon bekannt, mit Einschneckenextrudern und
Doppelschneckenextrudern eine mechanische Belastung zu
verursachen, durch die Molekülgerüste zerbrechen können. Ein entsprechender Stand der Technik ist in der DE60120804T2 wie auch in der DE69329245T2, wie auch in der DE69724239T2 beschrieben. Bei Planetwalzenextrudern wird gegenüber einem
Doppelschneckenextruder eine sehr viel geringere mechanische
Belastung der Molekülgerüste gesehen.
Auch wenn die Planetwalzenextruder in einigen Druckschriften als mögliche Extrudervariante angesprochen werden, hatten
Planetwalzenextruder bis dahin in Produktionsanlagen für das Recycling von Gummi und Elastomeren keinen Eingang gefunden. Der geringen Erwartung an die mechanische Belastung von Molekülketten durch Planetwalzenextruder entspricht, daß einige Hinweise auf die
Verwendung von Planetwalzenextrudern für die Regenerierung von Gummi zugleich mit dem Hinweis auf die Zugabe von oben
beschriebenen Devulkanisationsmitteln verbunden sind.
Die WO2011/091966 baut gleichwohl mit Dispergierringen eine zum Devulkanisieren ausreichende mechanische Wirkung in
Planetwalzenextrudern auf. Mit den Dispergierringen wird der
Durchtrittsquerschnitt für das im Extruder behandelte Gummi bzw.
Elastomer mehr als durch einen Anlaufring reduziert. Üblicherweise besitzen Anlaufringe einen Innendurchmesser, der in etwa gleich dem Durchmesser ist, welche die Mittelachsen der Planetspindeln bei ihrem Umlauf beschreiben. Diverse Bauarten von Anlaufringen zeigen auch einen größeren Innendurchmesser.
Der Innendurchmesser des vorgesehenen Dispergieringes ist nach der WO2011/091966 vorzugsweise um mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% und noch weiter bevorzugt mindestens 30% des Maßes der zugehörigen Planetenspindeln kleiner als der vorstehend beschriebene Durchmesser der Bewegungsbahn der
Planetspindelmitten bei deren Umlauf.
Die Reduzierung kann dabei so weit gehen, daß die Dispergierringe die Zentralspindel über das notwendige Spiel für die Drehung der
Zentralspindel hinaus lediglich mit einem geringen Spalt umgeben.
Die Reduzierung des Durchtrittsquerschnittes kann sogar so weit gehen, daß der Dispergierring in eine Nut der Zentralspindel eingreift.
Dabei kann der Dispergierring zum Beispiel sogar nur noch einen Spalt von wenigen Millimetern, im Extremfall von zum Beispiel einem
Millimeter, bis zum Zahngrund für den Durchtritt von Gummi und
Elastomeren offen lassen.
Dabei kann es von Vorteil sein, die Nut um ein geringes Maß, zum
Beispiel um das Maß von einem Millimeter, über den Zahngrund der Verzahnung an der Zentralspindel hinaus in die Zentralspindel
einzuarbeiten. Solche Ringe sind vorzugsweise mehrteilig ausgeführt, so daß die Ringe um die Zentralspindel herum und in der Nut greifend zusammen gesetzt werden können, wenn der Planetwalzenextruder oder Planetwalzenmodul zur Montage des Dispersionsringes vorbereitet ist.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Aufbereitung von Altgummi eingesetzt, das von metallischen Verstärkungseinlagen befreit ist.
Metallische Verstärkungseinlagen kommen insbesondere an Altreifen vor. Es handelt sich um Stahleinlagen, welche die Fahrzeugreifen in der gewünschten Form halten.
Für die Trennung von Gummi und Metall eignen sich verschiedene
Verfahren. Wahlweise wird das Altgummi stark gekühlt und in dem stark gekühlten Zustand in einer Mühle zerkleinert. In gekühltem Zustand wird die
Zerkleinerung leichter, weil die Nachgiebigkeit von Gummi abnimmt. Je kälter das Gummi ist, desto leichter wird die Zerkleinerung.
Nach der WO2011/091966 werden Gummi und Elastomere als Schnitzel in den Extruder eingesetzt. Der mittlere Schnitzeldurchmesser beträgt vorzugsweise 5 bis 40mm, nach weiter bevorzugt 15 bis 30mm.
Im Planetwalzenextruder läßt sich die Temperatur des
Behandlungsgutes sehr gut einstellen, weil das Behandlungsgut bzw. Gummi und Elastomere großflächig und dünnschichtig ausgewalzt wird. Dadurch wirkt der Planetwalzenextruder als großflächiger
Wärmetauscher. Einschneckenextruder und Doppelschneckenextruder mit vergleichbarer Baugröße besitzen eine vergleichsweise kleine
Wärmetauscherfläche.
Die Planetwalzenextruder besitzen eine mittig angeordnete,
angetriebene Zentralspindel. Die Zentralspindel ist außen üblicherweise mit einer Evolventenverzahnung versehen. Es gibt auch andere
Verzahnungsarten. Die Evolventenverzahnung besitzt üblicherweise eine 45Grad-Schrägung der Zähne. Es gibt auch unterschiedliche
Zahngrößen. Dabei wird nach Zahnmodulen unterschieden.
Die Zentralspindel wird von einem Gehäuse umgeben, das eine
Innenverzahnung besitzt. Die Innenverzahnung hat den gleichen
Zahnmodul wie die Außenverzahnung an der Zentralspindel. Zwischen dem Gehäuse und der Zentralspindel sind mehrere Planetenspindel gleichmäßig am Umfang der Zentralspindel angeordnet. Die Planetspindeln besitzen eine Außenverzahnung mit gleichem Modul wie die Zentralspindel und die Gehäuseverzahnung. Die Planetspindeln kämmen mit der Zentralspindel und der Innenverzahnung des
Gehäuses.
Die umlaufenden Planetspindeln gleiten in Förderrichtung vorn an einem Gleitring bzw. Anlaufring, so daß deren Umlaufbahn in axialer Richtung bestimmt ist. Wegen der weiteren Einzelheiten üblicher
Planetwalzenextruder wird zum Beispiel auf folgende Druckschriften Bezug genommen:
DE 102009019846, DE 02009013839, DE 102008063036, DE
102008018686, DE 102007058174, DE 102007050466, DE
102007041486, DE 102007040645.
Das Einsatzgut wird im Planetwalzenextruder zwischen den miteinander kämmenden Zähnen dünnschichtig ausgewalzt. Dadurch entsteht eine starke Knetwirkung auf das Altgummi. Durch die Knetwirkung wird
Wärme in das Altgummi getragen.
Die Knetwirkung kann durch unterschiedliche Zahl und/oder
unterschiedliche Ausbildung der Planetspindeln beeinflußt werden.
Die Zahl der Planetspindeln beträgt vorzugsweise mindestens 5, vorzugsweise mindestens 6. Je größer der Durchmesser der
Zentralspindel ist, desto mehr Planetspindeln sind üblicherweise in einem Modul/Abschnitt vorgesehen. So können zum Beispiel bei größeren Baugrößen ohne weiteres 24 und mehr Spindeln zum Einsatz kommen.
Die Planetspindeln können zum Beispiel als Normalspindeln , als
Igelspindeln oder Noppenspindeln ausgebildet sein, wie sie in der DE 10 2004 048 440 oder in der US 7476416 beschrieben sind. Die
Normalspindeln besitzt eine von einem Ende zum anderen Ende durchgehend gleiche Verzahnung.
Die Igelspindel baut auf der Normalspindel auf. In Abständen sind bei den Igelspindeln ringförmig umlaufende Ausnehmungen in die
Verzahnung eingearbeitet, so daß in einer seitlichen Betrachtung einer Spindel eine meandernde Kontur ersichtlich ist.
Die Noppenspindel baut auch auf einer Normalspindel auf. Dabei ist die Spindel allerdings nach der Normalverzahnung mit einer gegenläufigen Verzahnung versehen, welche die Normalverzahnung kreuzt. Das heißt, in die Zähne der Normalverzahnung werden mit der gegenläufigen Verzahnung Lücken von bestimmter Form und Folge geschnitten. Die von der Normalverzahnung bleibenden Zähne zeigen eine Noppenform. Durch die Lücken reduziert sich die Förderwirkung der Planetspindeln, während die Knetwirkung zunimmt. Außerdem unterscheidet sich der Knetvorgang mit den Noppen von dem Knetvorgang mit der
Normalspindel und der Igelspindel.
Die zu den Igelspindeln und Noppenspindeln genannten Druckschriften beschreiben weitere nützliche Einzelheiten von Planetwalzenextrudern, die für eine Devulkanisierung geeignet sind. Die Temperatur des Behandlungsgutes wird im Planetwalzenextruder durch Zuführung von Wärme bzw. durch Kühlung auf ein für die
Devulkanisierung gewünschtes Niveau gebracht.
Dieses Niveau liegt nach der WO2011/091966 zwischen 250 und 350 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 250 und 300 Grad Celsius.
Die Knetwirkung und Wärmewirkung wird für die Dauer von 1 bis 4 min, vorzugsweise 1 ,5 bis 3 min aufrecht erhalten. Diese Dauer entspricht der Aufenthaltsdauer in dem Planetwalzenextruder.
Bei der Knetung und Erwärmung des Altgummis im
Planetwalzenextruder wird die Schwefel-Verbindung gesprengt.
DerSchwefel geht in einen gasförmigen Zustand über. Das Gas wird abgesaugt. Am Extruder wird das als Entgasung bezeichnet.
Die genaue Bestimmung der materialabhängigen jeweils richtigen
Knetwirkung und Temperatur läßt sich durch Änderung der
Durchlaufzeit und Änderung der Temperatur in wenigen Versuchen anhand der Versuchsergebnisse erreichen.
Bei richtiger Devulkanisierung entsteht nach entsprechender
Behandlungsdauer/Aufenthaltsdauer von Gummi und Elastomeren ein flockiges Material ohne nennenswerte Festigkeit.
Bei zu hoher Temperatur zeigt das Behandlungsgut/Einsatzmaterial die
Überhitzung optisch, zum Beispiel als verbacken.
Bei zu geringer Temperatur wird die Vernetzung nicht ausreichend aufgehoben, das ausgetragene Material ist zwar flexibel, zeigt zumindest aber teilweise seine Festigkeit.
Der Planetwalzenextruder ist für die gewünschte Temperierung von Altgummi besonders geeignet, wenn das Gehäuse innenseitig in bekannter Weise eine Buchse besitzt, die zentralspindelseitig mit der beschriebenen Innenverzahnung versehen ist und außenseitig mit einer gleichen Normalverzahnung oder anderen Normalverzahnung versehen ist. Die Buchse wird vorzugsweise in das Gehäuse geschrumpft. Dazu wird die Buchse gekühlt, so daß sich der Durchmesser ausreichend verringert, um in das Gehäuse geschoben zu werden. Bei der
Wiedererwärmung dehnt sich die die Buchse und sitzt die Buchse fest in dem Gehäuse. Das Gehäuse kann auch auf die Buchse geschrumpft werden. Dann wird das Gehäuse erwärmt und dehnt sich das Gehäuse, so daß die Buchse in das Gehäuse geschoben werden kann. Nach Abkühlung umschließt das Gehäuse die Buchse fest.
Sowohl beim einen Schrumpfvorgang wie auch beim anderen
Schrumpfvorgang verschließt das Gehäuse die Gänge der
außenseitigen Verzahnung an der Buchse. Dadurch können diese Gänge als Kanäle für die Durchleitung von Temperierungsmittel genutzt werden.
Die Kanäle werden vorzugsweise durch einen Ringkanal an den
Gehäuseenden miteinander verbunden. Der eine Ringkanal ist zulaufseitig vorgesehen und mit einer Zulaufleitung verbunden. Der andere Kanal ist ablaufseitig vorgesehen und mit einer Ablaufleitung verbunden. Beide Leitungen sind Bestandteil einer Temperierung. Als Temperierungsmittel dient beim Devulkanisieren Öl.
Das Öl wird durch die Kanäle gepumpt.
Je nach Öltemperatur bewirkt das eine Kühlung oder Beheizung.
Je nach Materialbeschaffenheit des Altgummis kann ein Extruder verwendet werden, dessen Länge ausreicht, um die gesamte
Devulkanisierung in einem Extruder vorzunehmen. Das heißt, der Extruder hat dann eine Länge, in der sich die gesamte gewünschte Verweilzeit darstellen läßt.
Vorzugsweise finden jedoch Extruder Anwendung, die aus miteinander fluchtenden Modulen/Abschnitten zusammengesetzt sind. Jeder Modul besitzt ein eigenes Gehäuse und eigene Planetspindeln und einen eigenen Anlaufring.
Vorzugsweise ist für alle miteinander fluchtenden Module/Abschnitte eine gemeinsame Zentralspindel vorgesehen.
Die Module/Abschnitte besitzen wahlweise insgesamt oder teilweise eine
Länge von kleiner/gleich 800mm, vorzugsweise von kleiner/gleich
600mm und noch weiter bevorzugt von kleiner/gleich 500mm.
Durch kleinere Längen einzelner oder aller Module/Abschnitte kann eine
Anpassung an unterschiedliche Temperaturanforderung erfolgen.
Darüber hinaus kann die Temperierung an einem längeren
Extrudermodul/Extruderabschnitt auch in verschiedene Abschnitte unterteilt werden, die in axialer Richtung hintereinander liegen.
Es können aber auch Modullängen von mehr als 1000 mm, zum Beispiel
1400 mm Anwendung finden.
Je größer der Extruderdurchmesser ist, desto größer wird in der Regel der Durchsatz. Mit der Erhöhung des Durchsatzes kann sich die
Verweildauer von Gummi und Elastomeren in dem Extruder verlängern und eine größere Extruderlänge ergeben.
Mit der Modulbauweise/Abschnittsbauweise eröffnet sich am
Planetwalzenextruder auch die Möglichkeit zur Änderung der
Knetwirkung durch Änderung der Verzahnung bzw. durch Einbau von Modulen mit unterschiedlicher Verzahnung. Soweit gleiche Module bereits vorgesehen sind, kann im nachhinein noch eine Änderung der Knetwirkung und Durchlaufzeit durch
Auswechselung der Plenetspindeln bzw. durch Reduzierung der
Planetspindelzahl erreicht werden.
Dies beinhaltet bei einem Wechsel des Einsatzgutes einen gravierenden praktischen Vorteil.
In dem Sinne können Noppenspindeln mit Normalspindeln und/oder mit Igelspindeln kombiniert werden. Die Noppenspindeln stellen das eine Extrem für die Bearbeitung von Gummi im Extruder dar, die Wirkung von Igelspindeln und Normalspindeln weicht davon ab. Wenn sich zeigt, daß die Durchlaufzeit in obigem Sinne zu lang ist, können einzelne oder mehrere Noppenspindeln gegen Igelspindeln oder Normalspindeln ausgewechselt werden. Wahlweise finden auch zur Verkürzung der Durchgangszeit Transportspindeln Anwendung, wie sie in der EP702739 beschrieben sind. Das heißt, es werden einzelne oder mehrere
Noppenspindeln gegen Transportspindeln ausgewechselt.
Die Transportspindeln bauen gleichfalls auf den Normalspindeln auf. Dabei werden nach der Normalverzahnung einer Spindel einzelne oder mehrere Zähne aus der Spindel herausgearbeitet.
Günstig ist bei der Verarbeitung von Gummi oder dergleichen auch eine unterschiedliche Länge der Planetspindeln, so daß das in einen
Planetwalzenmodul eingespeiste Material schonend und nicht
schlagartig insgesamt von der Verzahnung ergriffen wird.
Die Anwendung des nach der WO2011/091966 vorgesehenen
Verfahrens hat zu einer erfolgreichen Devulkanisierung von Altgummi geführt. Dabei setzt sich die verwendete Anlage aus einem Füllteil und verschiedenen Planetwalzenmoduln zusammen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Devulkanisieren zu verbessern, insbesondere die Wirtschaftlichkeit der Devulkanisierung mit einem Planetwalzenextruder zu steigern.
Das wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches erreicht. Die
Unteransprüche beschreib en bevorzugte Ausführungsformen.
Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, die nach Verlassen des Füllteiles vorgesehene Aufwärmung des Einsatzmaterials auf
Starttemperatur für die Devulkanisierung von der Devulkanisierung zu trennen.
Bereits für die Aufwärmzone ist die Verwendung eines Dispergierringes von Vorteil. Dieser Ring trägt zur mechanischen Bearbeitung des
Einsatzmaterials bei. Außerdem vergleichmäßigt der Dispergierring den Materialfluß in die Aufwärmzone. Das erleichtert die Steuerung der Aufwärmung.
Nach der Erfindung ist die Devulkanisierungszone die Zone, in der
-nach Passieren eines Dispergierringes
-unter gleichzeitiger mechanischer Bearbeitung des Altgummis im
Planetwalzenextruder
-eine Entgasung des Materials stattfindet.
Außerdem ist günstig, die Devulkanisierungszone in eine Startphase und in die Phase weiterer Devulkanisierung zu unterteilen. Aus Sicht der Erfindung muß der durch Aufbrechen der molekularen Vernetzung frei werdende Schwefel zumindest weitgehend aus dem Extruder ausgetragen werden, um zu einem Rohstoff mit ausreichender Qualität zu kommen.
Die erfindungsgemäße Trennung der Aufwärmzone von der
Devulkanisierungszone wird durch modularen Aufbau des
Planetwalzenextruders erreicht, wobei der Aufwärmzone ein eigener Planetwalzenmodul mit separater Temperierung(Kühlung/Beheizung) zugeordnet wird.
Im Extremfall kann die Devulkanisierung in einem einzigen
Planetwalzenmodul stattfinden. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Planetwalzenmodule mit jeweils separater Temperierung
(Kühlung/Beheizung) erfolgen. Außerdem ist günstig, für die Startphase wie für die Aufwärmzone einen separaten Planetwalzenmodul mit eigener/separater Temperierung(Kühlung/Beheizung) vorzusehen.
Der Dispergierring am Anfang der Devulkanisierungszone befindet sich vorzugsweise zwischen dem Modul für die Aufwärmung und dem ersten Modul der Devulkanisierungszone.
Wahlweise kann noch mindestens ein weiterer Dispergierring im Abstand von dem ersten Dispergierring in der Devulkanisierungszone Anwendung finden, um eine zusätzliche mechanische Belastung aufzubauen. Wie am ersten Dispergierring wird die mechanische Belastung des
Einsatzgutes am zweiten Dispergierring auch dadurch erreicht, daß das Einsatzgut durch einen engen Durchtrittsspalt am Dispergierring
gezwungen wird. Nach der Erfindung wird der Durchtrittsspalt an einem Dispergierring in Abhängigkeit von der jeweiligen Beschaffenheit des Einsatzgutes gewählt. Für pul verförmiges Einsatzgut wird ein sehr enger Spalt und langer Spalt gewählt, der zwingend zu der gewünschten Verformung und damit verbundenen mechanischen Belastung führt. Entsprechendes gilt für feinkörniges Einsatzmaterial. Bei grobem Material führt auch ein relativ großer und kurzer Spalt zu der gewünschten Verformung und damit verbundenen mechanischen Belastung. Angestrebt wird die
Verarbeitung möglichst groben Materials. Das entlastet die Aufbereitung von Altgummi für die Verarbeitung im Planetwalzenextruder. Das heißt, das Altgummi wird durch das zum Beispiel vorgesehene Schreddern und/oder Mahlen nur in eine grobe Körnung gebracht. Das ist mit weniger Arbeit, Autwand und Kosten als das Schreddern und Mahlen in eine feine Körnung verbunden. Extrem wird die Ersparnis gegenüber einer Pulverform.
Nach Passieren des ersten Dispergierringes und Bearbeitung in dem zugehörigen Planetwalzenextruderabschnitt ändert sich die
Beschaffenheit des Einsatzmaterials. Gummi und Elastomere werden nachgiebiger. Das wird bei der Wahl des nächsten Dispergierringes berücksichtigt. Im Folgenden wird von einer Spaltweite und Spaltlänge der Dispergierringe gesprochen. Damit ist jeweils die Öffnung zwischen Dispergierring und Zentralspindel gemeint.
Bei gleichbleibender Temperatur werden vorzugsweise Dispergierringe gewählt, deren Spaltweite mit größer werdender Verarbeitungsstrecke abnimmt und/oder deren Spaltlänge mit größer werdender
Verarbeitungsstrecke zunimmt. Die Verarbeitungsstrecke ist die Strecke, auf der das Einsatzmaterial/Behandlungsgut bearbeitet wird. Die Verarbeitungsstrecke wird umso größer, je mehr Planetwalzenextruder zu einer Extruderanlage kombiniert/aneinander gesetzt werden.
Beispielsweise können sich Extruderanlagen ergeben, in denen die Öffnungsweite
-des zweiten Dispergierringes gegenüber der
Öffnungsweite des ersten Dispergierringes um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% geringer ist,
-des dritten Dispiergierringes gegenüber der Öffnungsweite des zweiten Dispergierringes um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist.
-des dritten Dispiergierringes gegenüber der Öffnungsweite des zweiten Dispergierringes um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist.
-des vierten Dispiergierringes gegenüber der Öffnungsweite des dritten Dispergierringes um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist.
Dabei können sich, bezogen auf die Baugröße, für den ersten
Dispergierring zum Beispiel folgende Spaltweiten ergeben:
Baugröße Spaltweite
50mm 4,5mm
70mm 4,5mm
100mm 7mm 150mm 7mm
180mm 9mm
200mm 8,5mm
250mm 8mm
280mm 13mm
300mm 16mm
350mm 16mm
400mm 17mm
Die Spaltweite/Öff ungsweite des Spaltes am Dispergierring bezeichnet den Abstand zwischen der Außenfläche der Zentralspindel und der
gegenüberliegenden Innenfläche des Dispergierringes an der betreffenden Stelle.
Die Länge des Spaltes der Dispergierringe ist von deren Dicke
abhängig. Die Dicke kann zum Beispiel 1 bis 25mm, vorzugsweise 3 bis 20mm betragen.
Günstig ist eine Veränderbarkeit der Spaltlänge. Im Zweifel erfolgt die Veränderung der Spaltlänge durch Auswechselung eines
Dispiergierringes gegen einen anderen Dispiergierring mit größerer oder kleinerer Dicke. Das kann jedoch gleichzeitig zu einer Auswechselung der Zentralspindel zwingen. Vor Vorteil ist, die Zentralspindel
unverändert zu lassen. Dazu können die auswechselbaren
Dispergierringe gehäuseseitig mit einem gleichbleibend dicken Bund und zentralspindelseitig mit einem Kragen versehen sein, der nach Wahl dicker oder dünner ist. Die Ausbildung mit dickerem Bund und dünnerem Kragen erlaubt auch eine Zusammensetzung des Dispergierringes aus zwei Hälften oder mehr Segmenten, die um die Zentralspindel herum zusammengesetzt werden und dabei mit dem Kragen in eine Nut bzw. Eindrehung der Zentralspindel greifen.
Die Dispergierringe können im Spaltbereich genau zylindrisch sein.
Vorzugsweise sind die Dispergierringe an der spaltbildenden Fläche an den Kanten gerundet und zwischen den Kanten mit einer
strömungsgünstigen Konizität versehen, so daß keine Toträume im Spalt entstehen. Wahlweise gibt es einen Eintrittskonus und einen
Austrittskonus an den Dispierringen. Der Austrittskonus kann länger als der Eintrittskonus sein.
Die konischen Flächen der Dispergierringe haben dabei vorzugsweise eine Neigung von 1 Grad bis 45Grad, noch weiter bevorzugt eine
Neigung zwischen 10Grad bis 35Grad und höchst bevorzugt eine
Neigung von 15Grad bis 30Grad zur Mittelachse der Dispergierringe.
Zu den spaltbildenden Flächen gehören auch die Flächen der
Eindrehung. Vorzugsweis sind die Kanten und Ecken der Eindrehung zur Vermeidung von Toträumen auch gerundet. Toträume sind Räume, in denen sich Material absetzen kann, ohne von nachströmendem Material weggeschoben zu werden.
Nach der Erfindung bleibt die Eindrehung in der Zentralspindel
vorzugsweise unverändert und erfolgen Änderungen des Spaltes, insbesondere dessen Erweiterung oder Reduzierung und sonstige
Formgebung durch Änderung des Dispergierringes. Vorteilhafterweise kann durch Temperierung des Extruders auf die Verformungsfähigkeit des Einsatzmaterials Einfluß genommen werden. Durch Erwärmung nimmt die Verformungsfähigkeit zu, durch Kühlung nimmt die Verformungsfähigkeit ab. Das kann auch genutzt werden, um Dispergierringe mit einer Spaltweite bzw. Spaltlänge einsetzen zu können, die bei anderer Temperatur des Einsatzmaterials nur zu einer unzureichenden Bearbeitung des Einsatzmaterials führen.
Bei modularem Aufbau der Extruderanlage können die Dispergierringe jeweils zwischen zwei Planetwalzenmodulen und/oder einem das Füllteil bildenden und nach Art einer Einschnecke ausgebildeten Modul und einem sich anschließenden Planetwalzenmodul angeordnet werden. Das erleichtert die Montage der Dispergierringe und deren
Auswechselung, so daß die Dispergierringe dem jeweiligen Einsatzgut und dem jeweiligen Verarbeitungszustand in der Anlage angepaßt werden können. Das gilt insbesondere für Dispergierringe, die nicht in eine Nut der Zentralspindel greifen.
Aber auch bei Dispergierringen, welche in eine Nut der Zentralspindel greifen, ist eine Auswechselung der Dispergierringe mit abweichender Spaltlänge möglich, ohne daß die Zentralspindel ausgewechselt werden muß, solange die Nut beibehalten werden kann.
Die Anordnung zwischen zwei Modulen erlaubt es, die Dispergierringe beim Verspannen der zugehörigen Modulgehäuse-Enden mit zu
verspannen. Dieser Vorteil wird üblicherweise auch zur Montage der zu einem Planetwalzenmodul gehörigen Anlaufringe genutzt. Vorzugsweise werden die Anlaufringe und die Dispergierringe in einer gemeinsamen Konstruktion zusammen gefaßt, wenn die Dispergierringe zum Beispiel zwischen zwei Planetwalzenmodulen eingesetzt werden. Die gemeinsame Konstruktion kann ein Zentrierring sein, in den die Anlaufringe und die Dispergierringe eingelegt werden. Dabei kann beim Verspannen der Gehäuse zum Beispiel das Gehäuse des in
Förderrichtung hinteren Moduls gegen den Dispergierring drücken, der ' Dispergierring gegen den Anlaufring und der Anlaufring gegen das
Gehäuse des in Förderrichtung vorderen Moduls. Zugleich wird eine Zentrierung dieser Maschinenteile dadurch bewirkt, daß der Zentrierring in dem Gehäuse des vorderen Moduls zentriert ist, der Anlaufring und der Dispiergierring in dem Zentrierring zentriert ist, und das Gehäuse des in Förderrichtung hinteren Moduls an dem Dispiergierring, weil der
Dispergierring gegenüber dem Zentrierring etwas vorsteht und das vorstehende Ende von dem Gehäuse des hinteren Moduls umfaßt wird.
Der Vorteil der Anordnung der Dispergierringe zwischen zwei
benachbarten Planetwalzenmodulen bzw. zwischen einem nach Art einer Einschnecke ausgebildeten Füllteilmodul und einem
Planetwalzenmodul kann so groß sein, daß die Modullänge auf die gewünschte Position der Dispergierringe abgestellt wird.
Im Übrigen kann durch Verwendung von Zentralspindeln, welche
gleichfalls modular aufgebaut sind, eine Teilauswechselung der
Zentralspindel bei größer werdender Spaltlänge stattfinden. Dann beschränkt sich die Auswechselung auf die betreffenden Spindelteile oder die mit der Auswechselung der betreffenden Spindelteile verbundene Spaltänderung ergänzt die mit einer Auswechselung des Dispergierringes verbundene Spaltbildung.
Bei modularem Aufbau besteht eine Zentralspindel häufig aus einem mittigen Anker, auf dem verzahnte Hülsen ihrerseits als Module der Zentralspindel aufgeschoben werden. Die Hülsen werden mit dem Anker gegeneinander verspannt. Außerdem kann eine Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Anker und den Hülsen vorgesehen sein. Über den Anker wird das zum Bewegen der Zentralspindel notwendige Drehmoment auf die Hülsen übertragen.
Üblicherweise wird das Drehmoment mit einem Antriebsmotor erzeugt und über ein Getriebe auf die Zentralspindel übertragen.
Darüber hinaus ist es möglich, die verschiedenen Hülsen nach Art von Zahnkupplungen miteinander zu verzahnen, so daß das notwendige Drehmoment auch unmittelbar vom Getriebe auf die Hülsen übertragen werden kann. Dabei gibt eine Hülse das Drehmoment an die andere Hülse weiter.
Die Hülsen tragen am äußeren Umfang die notwendige Verzahnung für das Zusammenwirken mit den Planetspindeln in einem
Planetwalzenextruder bzw. Planetwalzenmodul.
Soweit in der Zentralspindel eine Nut für einen Dispergierring
vorgesehen ist, kann die Nut durch ein außen ganz oder teilweise glattes Hülsen/Zentralspindelmodul gebildet werden. Für eine Änderung der mit einem Dispergierring korrespondierenden Nut kann eine Auswechselung eines vorhandenen Zentralspindelmoduls gegen ein passendes anderes Modul erfolgen. Die Entgasung erfolgt wie nach der WO2011/091966 vorzugsweise mittels eines Seitenarmextruders, wobei der zur Entgasung genutzte Seitenarmextruder noch weiter bevorzugt senkrecht auf dem
Planetwalzenextruder bzw. auf seinem zugehörigen Planetwalzenmodul sitzt.
Zur Fortsetzung der Devulkanisation ist von Vorteil, wenn nach jedem weiteren Dispergierring eine weitere Entgasung vorgesehen. Noch weiter bevorzugt erfolgt die weitere Entgasung auch wieder über
Seitenarmextruder. Zusätzlich kann eine Entgasung am Extruderaustritt erfolgen. Dann sind am Extruderaustritt ein weiterer Dispergierring und eine Gasabsaugung vorgesehen. Die Gasabsaugung am Extruderaustritt ist sehr wirkungsvoll, weil das Gas aufgrund seiner Wärme expandiert, sich aus dem Einsatzmaterial löst und aufsteigt.
Bei Verwendung von Seitenarmextrudern zur Entgasung kann das Gas kann dann sehr gut abgesaugt werden. Das geschieht in geringem
Abstand von dem Dispergierring, der dem betreffenden Modul
vorgeschaltet ist. Dort bildet sich der größte Hohlraum bei der
vorgesehenen Teilfüllung des Moduls.
Wenn eine Anlage nach der WO2011/091966 vier Planetwalzenmodule besitzt, ergibt sich nach der Erfindung mit der separaten Aufwärmphase und der separaten Startphase eine Zahl von 5 Planetwalzenmodulen. Dabei kann sich zwar eine größere Gesamtlänge ergeben, die
Gesamtlänge der erfindungsgemäßen Anlage unterscheidet sich jedoch vorzugsweise nicht wesentlich von der Länge einer Anlage nach der WO2011/091966. Die Module für die Aufwärmzone und für die
Startphase müssen nach der Erfindung zusammen nicht länger als ein nach der WO2011/091966 vorgesehener Planetwalzenmodul sein. Die Erfindung schließt allerdings auch eine größere Gesamtlänge, oder eine kleinere Gesamtlänge ein.
Wahlweise können die Module für die Aufwärmzone und die Startphase dabei gleiche Länge aufweisen.
Je nach Baugrößen der Planetwälzenextruder/Module ergeben sich folgende bevorzugte Längen
Baugröße Modullänge Modullänge
Aufwärmzone Startphase
50iger bis 70iger 100 bis 300mm 100 bis 300mm
100er bis 150iger 250 bis 600mm 250 bis 650mm
170iger bis 250iger 300 bis 650mm 300 bis 650mm
280iger bis 300er 320 bis 800mm 320 bis 800mm
(schwere Ausführung)
350iger 300 bis 650mm 300 bis 650mm
400er 320 bis 800mm 120 bis 800mm
(schwere Ausführung)
400er 320 bis 800mm 320 bis 800mm
500er bis 1000er 350 bis 1000mm 350 bis 1000mm
500er bis 1000er 350 bis 1000mm 350 bis 1000mm
Schwere Ausführung
Die Baugröße entspricht dem Teilkreisdurchmesser der
Innenverzahnung im Gehäuse bzw. in der Gehäusebuchse.
In der Aufwärmzone wird die für den Start der Devulkanisation
notwendige Energie zugeführt. Das erfolgt durch die mechanische Bearbeitung in der Aufwärmzone und durch eine Beheizung der
Aufwärmzone. Je stärker Energie durch mechanische Bearbeitung in das Einsatzmaterial eingetragen wird, desto weniger Energiezufuhr durch Beheizung ist erforderlich und umgekehrt. Je stärker beheizt wird, desto geringer kann die mechanische Bearbeitung sein. Die Erfindung hat erkannt, daß eine starke Beheizung mit einer Temperatur des
Temperierungsmittels von mehr als 300 Grad Celsius bei geringer Drehzahl der Zentralspindel in der Aufwärmzone von Vorteil ist.
Vorzugsweise ist dort eine Temperatur von mehr als 320 Grad Celsius, noch weiter bevorzugt von mehr als 340 Grad Celsius vorgesehen. Die Temperatur des Beheizungsmittels kann auch zwischen 350 und 400 Grad Celsius liegen. Infolge der kurzen Verweildauer des
Einsatzmaterials in der Aufwärmzone und infolge der intensiven
Materialmischung in der Aufwärmzone und des damit verbundenen Energieeintrages erfährt das Einsatzmaterial dadurch eine sehr schnelle Aufwärmung auf Starttemperatur für die Devulkanisierung. Die
Starttemperatur ist materialabhängig und wird zweckmäßigerweise im Labor bestimmt. Die Starttemperatur kann auch in der Anlage ermittelt wird, indem
-eine Temperatur eingestellt wird, die mit Sicherheit im Startbereich liegt und
-die Temperatur anschließend heruntergefahren wird, bis das ausgetragene devulkanisierte Material eine gewünschte Qualität erreicht hat
Vorzugsweise liegt die Starttemperatur unter 300 Grad Celsius und wird die Temperatur in weiteren Teilen der Devulkanisierungszone nicht über die Starttemperatur erhöht. Noch weiter bevorzugt wird die Temperatur in den weiteren Teilen der Devulkanisierungszone niedriger als die Starttemperatur gehalten. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Temperatur von Planetwalzenmodul zu Planetwalzenmodul zu
verringern, um Viskosität des Einsatzmaterials während der
Devulkanisation auf einem gleichen Niveau zu halten. Es kann auch die Viskosität durch Änderung der Kühlung und gegebenenfalls durch Beheizung verändert werden.
Bei gleichbleibender Viskosität des Einsatzmaterials können/in allen dafür vorgesehenen Planetwalzenmodulen der Devulkanisationszone gleiche Dispergierringe Anwendung finden. Das erleichtert die
Vorratshaltung für die Dispergierringe. Bei gewünschter Änderung der Viskosität finden für weitere Verformungsarbeit in der
Devulkanisationszone finden vorzugsweise unterschiedliche
Dispergierringe Anwendung.
Die zugehörige Temperatur des Temperierungsmittels liegt in
entsprechender Höhe zur Temperatur des
Einsatzmaterials/Behandlungsgutes. Entsprechend heißt bei Kühlung: die Temperatur des Temperierungsmittels ist geringer als die des
Einsatzmaterials, um das notwendige Temperaturgefälle zur Erzeugung des gewünschten Wärmeflusses vom Einsatzmaterial zum
Temperierungsmittel zu bewirken. Entsprechend heißt bei Beheizung: die Temperatur des Temperierungsmittels ist höher als die des
Einsatzmaterials, um das notwendige Temperaturgefälle zur Erzeugung des gewünschten Wärmeflusses von dem Temperierungsmittel zum Einsatzmaterial zu erzeugen. Das Einstellen einer Temperatur, welche unter dem Startbereich liegt, und ein anschließendes Hochfahren der Temperatur sind nicht
empfehlenswert, weil das leicht zu einem Betriebsstillstand führen kann.
Bis zu einer Temperatur von 350 Grad Celsius kann mit handelsüblichen Ölen als Temperierungsmittel gearbeitet werden. Über 350 Grad Celsius kann zwar auch mit Öl als Temperierungsmittel gearbeitet werden. Das Öl soll nach der Erfindung jedoch unter Stickstoff oder einem anderen inerten Mittel stehen, um einer Entzündung des Öls entgegen zu wirken.
Für die Temperierung des Einsatzmaterials ist von Vorteil, wenn die Anlaufringe und/oder alle Zwischenringe und/oder alle Dispergierringe mit einer Temperierung versehen sind. Dazu sind dann in den Ringen entsprechende Kanäle vorgesehen, die mit Temperierungsmittel beaufschlagt werden. Wenn die Ringe entweder dicht am Spalt oder sogar im Spalt zwischen den Planetwalzenmodulen angeordnet sind, kann das Temperierungsmittel mit einer Leitung durch den Spalt zu den Ringen geführt bzw. durch den Spalt von den Ringen wieder abgeführt werden.
Vorzugsweise wird zumindest die Temperatur des Einsatzmaterials bzw. des bearbeiteten Materials an allen Anlaufringen und/oder
Zwischenringen und/oder Dispergierringen kontrolliert. Noch weiter bevorzugt wird auch der Druck an den Dispergierringen, noch weiter bevorzugt vor und/oder hinter den Dispergierringen kontrolliert.
Für die erfindungsgemäße Aufwärmung des Einsatzmaterials ist eine mehrschalige Gehäuseausbildung der Planetwalzenmodule mit einer dünnen, innen verzahnten Gehäusebuchse von Vorteil. Je dünner die Gehäusebuchse ist, desto besser ist der Wärmeübergang vom
Temperierungsmittel zum Einsatzmaterial. Die Dickenreduzierung ist durch die notwendige Stabilität der Gehäusebuchse begrenzt.
Günstig ist für eine geringe Dicke ist, wenn das Gehäuse mit der
Gehäusebuchse eine Schrumpfverbindung hat.
In der Startphase der Devulkanisierung ist eine intensive Entgasung vorgesehen. Dazu wird nach der Erfindung vorzugsweise eine kurze Bearbeitungsstrecke bzw. Entgasungsstrecke gewählt.
Es ist für die Entgasung günstig, wenn die Planetwalzenmodulen einen Füllgrad kleiner 90%, vorzugsweise kleiner 80%, noch weiter bevorzugt kleiner 70% aufweisen. Es können auch Füllgrade kleiner 60 % und sogar kleiner 50% zweckmäßig sein. Der Füllgrad wird mit Erhöhung der Drehzahl kleiner.
Die Entgasungsvorrichtungen sind jeweils dort an den
Planetwalzenmodulen angeflanscht, wo aufgrund des Füllgrades kleiner 100% sich ein Hohlraumvolumen bildet.
Alle Entgasungsvorrichtungen können an eine gemeinsame Saugleitung angeschlossen sein. Die abgesaugten Gase werden gereinigt, bevor sie in die Umgebungsluft abgelassen werden. Als einfacher und
wirkungsvoller Reinigungsfilter kann ein Aktivkohlefilter Verwendung finden. Die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Trennung zwischen Aufwärmzone und Devulkanisationszone sind verblüffend.*
In der erfindungsgemäßen Aufwärmzone kann das Einsatzmaterial bestens auf den Beginn der Devulkanisierung vorbereitet werden.
In der Startphase können unabhängig von der nachfolgenden
Bearbeitung ideale Startbedingungen geschaffen werden.
Während bei einer Arbeitsweise nach der WO2011/091966 in größeren Anlagen mit Betriebsstörungen gerechnet werden kann, entwickelt sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre ein stabiler Prozess mit gut devulkanisiertem Austrittsmaterial.
Dabei lassen sich Mooney-Zahlen von 20 bis über 60, vorzugsweise 30 bis 50, noch weiter bevorzugt 35 bis 45, erreichen. Mit einem Mooney- Viskosimeter wird die Viskosität des austretenden Materials gemessen. Das Mooney-Viskosimeter besitzt eine Spindel, die bei einer bestimmten Materialprobentemperatur in der Materialprobe gedreht wird. Dann gibt das zur Spindeldrehung notwendige Drehmoment Aufschluß über die Viskosität des Probenmaterials. Die angegebenen Mooney-Zahlen beziehen sich auf eine Temperatur von 100 Grad Celsius.
Im Vergleich zu den nach der WO2011/091966 bei gleicher Temperatur erzielbaren Mooney-Zahlen liegen die nach der Erfindung erzielbaren Mooney-Zahlen deutlich höher.
Der Prozess ist nach Anspringen der Devulkanisierung vorteilhafterweise so stabil, daß die Drehzahl der Zentralspindel erhöht werden kann. Das ist bei entsprechendem Nachfüttern von Einsatzmaterial
gleichbedeutend mit einer Leistungserhöhung der Anlage. Mit
vergleichbaren Anlagen und mit vergleichbarem Einsatzmaterial konnte die Leistung bei einem Verfahren nach der Erfindung in Versuchen ohne weiteres bis zum 3fachen gegenüber einer Anlage und einem Anlagenbetrieb nach der WO2011/091966 gesteigert werden.?
Hinzu kommt, daß nach der Erfindung eine Verstellung des
Anlagenbetriebes in größeren Schritten möglich war. Das ist von großer Wichtigkeit für die Frage zulässiger Schwankungen beim
Einsatzmaterial.
Ferner hat sich ergeben, daß sich die Devulkanisation teilweise ohne weitere Extruderarbeit und unter Reduzierung der Beheizung fortsetzt. Das wird beim Materialaustritt aus dem Extruder deutlich. Dort ist je nach Länge des Extruders bzw. je nach Länge der vorhergehenden
Entgasungsstrecke noch ein deutlicher Gasaustritt zu verzeichnen, dem mit einer Absaugung Rechnung getragen werden sollte, um ein
Entweichen ungefilterten Gases in die Umgebung zu verhindern.
In der Zeichnung ist eine Extrusionsanlage für ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Anwendung auf Altgummi dargestellt.
Bei der Extrusionsanlage handelt es sich um eine 70iger Baugröße. Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus verschiedenen Abschnitten 2,3a,3b,4,5,6. Der Abschnitt 2 ist ein Füllteil und nach Art eines
Einschneckenextruders ausgebildet.
Die Abschnitte 3a,3b,4,5,6 sind Planetwalzenmodule. Zu den
verschiedenen Planetwalzenmodulen gehören innen verzahnte
zylindrische Gehäuse, nicht dargestellte Planetspindeln und eine nicht dargestellte Zentralspindel. Hier ist für alle Planetwalzenmodule und für das Füllteil eine gemeinsame Zentralspindel vorgesehen. Das heißt, die Zentralspindel erstreckt sich durch alle Planetwalzenmodule und durch das Füllteil 2 zum Getriebe 1 hin. Das Getriebe wird durch einen Antriebsmotor bewegt. Infolgedessen dreht sich die Zentralspindel in dem Extruder. Die mit der Zentralspindel kämmenden Planetspindeln laufen dabei um die Zentralspindel herum und kämmen mit dem innen verzahnten Gehäuse der Planetwalzenmodulen. Die
Planetwalzenmodulen 4,5 und 6 haben eine Länge von jeweils 400 mm. Die Planetwlazenmodulen 3a und 3b besitzen eine Länge von jeweils 200mm.
In allen Planetwalzenmodulen sind jeweils fünf Planetspindeln
vorgesehen. Die Zahl der Planetspindeln hat Einfluß auf den
Füllungsgrad der Planetwalzenmoduln. Je geringer die Zahl der
Planetspindeln ist, desto größere Hohlräume können erzeugt werden. Die Planetspindeln der Module 4 und 5 sind als Noppenspindeln ausgebildet und gleichmäßig verteilt am Umfang der Zentralspindel angeordnet. Von den Planetspindeln des Moduls 6 sind drei
Planetspindeln gleichfalls als Noppenspindeln ausgebildet. Die übrigen Planetspindeln des Moduls 6 sind als Transportspindeln ausgebildet. Die Planetwalzenmoduln 3a und 3b besitzen mehr Planetspindeln als die anderen Planetwalzenmoduln, nämlich sechs. Außerdem sind die
Planetspindeln der Moduln 3a und 3b mit einer Standardverzahnung versehen. Die Standardverzahnung verursacht eine stärke mechanische Belastung des Altgummis als die in den anderen Moduln vorgesehenen Planetspindeln, deren Noppenspindeln dem Entgasen sehr förderlich sind und deren Transportspindeln sowohl dem Entgasen förderlich sind, als auch eine erhebliche Förderwirkung entfalten. Bei der
Standardverzahnung findet ein sehr starkes Auswalzen des Altgummis zu dünnen Schichten statt. Das intensiviert den Wärmefluß. Von Planetspindeln in den Planetwalzenmodulen 4,5,6 besitzen jeweils drei Noppenspindeln die gleiche Länge von 373 mm. Die übrigen
Planetspindeln sind dagegen länger. Sie besitzen eine Länge von
399mm. Die unterschiedlich langen Planetspindeln sind für das
Einziehen des Altgummis in den Wirkungsbereich aller Spindeln von Vorteil.
Planetwalzenmodul 3a und 3b sind dagegen drei Planetspindeln mit dieser Länge vorgesehen. Die übrigen drei Planetspindeln besitzen eine kürzere Länge von 373 mm.
Alle Planetspindeln gleiten in nicht dargestellter Weise an üblichen
Anlaufringen. Die Anlaufringe sind im Ausführungsbeispiel in nicht dargestellter Weise mit Dispergierringen verbunden.
Der Dispergierring für den Modul 3a ist mit 19 bezeichnet,
der Dispergierring für den Modul 3b mit 20,
der Dispergierring für den Modul 4 mit 21 ,
der Dispergierring für den Modul 5 mit 22.
Außerdem ist auch am letzten Modul 6 noch ein Dispergierring 36 vorgesehen.
Die Module 3b, 5,6 sind mit einer Entgasung 30, 32, 35 versehen. Die Entgasung wird durch Seitenarmextruder gebildet, die entgegen der Darstellung der Zeichnung senkrecht auf den zugehörigen Modulen stehen.
Dabei hat
der Seitenarmextruder 30 geringen Abstand vom Dispergierring 19, der Seitenarmextruder 32 geringen Abstand vom Dispergierring 21 , der Seitenarmextruder 35 geringen Abstand vom Dispergierring 22.
An den Seitenarmtextrudern liegt jeweils Unterdruck an. Während der Entgasung werden die Seitenarmextruder leer gefahren, so daß
Einsatzmaterial/Behandlungsgut, welches im Extruder unter Druck steht bzw. geneigt ist, mit abgezogenem Gas auszutreten, wieder in den Extruder zurückgedrängt.
Das Altgummi wird im Ausführungsbeispiel feinkörnig in das Füllteil 2 eindosiert. Die Dosierung ist mit 7 bezeichnet, der Materialeintritt mit 40. Am Materialeintritt ist darüber hinaus eine Öffnung 41 vorgesehen, durch die bei Betriebsstillstand verbliebenes Material ausgeblasen werden kann.
Die Planetwalzenmodule 3, 4 ,5 werden mit ölkühlern 10a, 10b, 11 ,12, 13 während des Devulkanisierungsbetriebes temperiert.
Das Füllteil besitzt eine Temperierung 14.
Ferner ist eine Temperierung 15 für die nicht dargestellte Zentralspindel vorgesehen
Beim Anfahren wird zunächst Öl über eine Pumpe 45 in das Füllteil eingetragen, bevor das Füllteil mit Altgummi beschickt wird. Das verhindert ein Trockenlaufen der bewegten Extruderteile.
Nach dem Eintragen des Altgummis in das Füllteil 2 erfährt das
Altgummi durch die Schnecke des Füllteiles eine mechanische
Verformung und Belastung. Zugleich erfährt das Altgummi eine
Erwärmung. Dazu ist das Temperierungsmittel der Temperierung 15 zum Beispiel auf eine Temperatur von 120 Grad Celsius eingestellt In anderen Beispielen wird mit geringerer oder höherer Temperatur gearbeitet. Vorzugsweise ist die Temperierung 5 bis auf 140 Grad Celsius einstellbar.
Das Altgummi wird aus dem Füllteil 2 in den Modul 3a gedrückt, der eine Aufwärmzone bildet. In der Aufwärmezone findet eine Aufwärmung des Altgummis auf eine materialabhängige Starttemperatur für eine
Devulkanisierung statt. Die Starttemperatur beträgt im Beispiel 310 Grad Celsius. Dazu ist die Temperierung 10a des Moduls 3a im Beispiel auf 330 Grad Celsius eingestellt. Zugleich findet eine intensive Mischung und Auswalzung des Altgummis im Modul 3a statt.
Nach der Aufwärmung des Altgummis auf Starttemperatur wird das Altgummi durch den Spalt am Dispergierungsring 19 gedrückt. Nach Passieren des Dispierungsringes 19 sind die Molekülketten des
Altgummis soweit aufgebrochen, daß Schwefel aus dem
Einsatzmaterial/Behandlungsgut entweichen kann. Das Entweichen des Schwefels wird dadurch gefördert, daß das
Einsatzmaterial/Behandlungsgut in dem Modul3b intensiv gemischt und ausgewalzt wird. Zugleich wird frei werdender, gasförmiger Schwefel über die Entgasung 30 abgesaugt.
In dem Modul 3b wird die Devulkanisation des Einsatzmaterials
gestartet.
Um eine ausreichende Devulkanisation zu erreichen, muß die
Bearbeitung noch weiter fortgesetzt werden. Aus dem Modul 3b wird das Einsatzmaterial/Behandlungsgut in den Modul 4 gedrückt. Dabei passiert das Einsazmaterial/Behandlungsgut den Dispergierungsring 20. In dem Modul 4 wird das
Einsatzmaterial/Behandlungsgut weiter behandelt und durch einen weiteren Dispiergierring 21 gedrückt. Das so bearbeitete Material wird in dem Modul 5 weiter bearbeitet und entgast.
Nach dem Austritt aus dem Planetwalzenmodul 5 wird das
devulkanisierte Altgummi in dem Planetwalzenmodul 6 auf 220 Grad Celsius gekühlt, bevor es in krümeliger Form aus der Extrusionsanlage austritt und in einer Wasserkühlung 16 auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Für die Kühlung ist ein Wasserkühler 3 an dem Planetwalzenmodul 6 vorgesehen.
Auch das Füllteil 2 ist mit einem Wasserkühler 14 versehen.
Auch die Kühltemperaturen am Füllteil und nach der Devulkanisierung sind materialabhängig.
Im Ausführungsbeispiel ist überdies eine Innenkühlung der
Zentralspindel vorgesehen. Der zugehörige Kühler 15 ist wie die Kühler 10,11 ,12 ein Ölkühler und auf eine Temperatur von 300 Grad Celsius eingestellt.
Die Devulkanisierung wird durch die mechanische und die thermische Belastung des Altgummis in der Extrusionsanlage bewirkt.
Zur mechanischen Belastung in den Planetwalzenmodulen 3,4,5 tragen auch die Dispergierringe 20, 21 , 22 bei. Im Ausführungsbeispiel sind die Dispergierringe in Förderrichtung des Altgummis durch die Anlage hinter den nicht dargestellten Anlaufringen angeordnet.
Dabei ist der Innendurchmesser der Dispergierringe 20,21 ,22 kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel. Die Dispergierringe 20,21 ,22 greifen in nicht dargestellte Nuten in der Zentralspindel, so daß die Zahnlücken zwischen den Zähnen der Zentralspindel bis auf einen engen Spalt am Zahngrund geschlossen sind. Die Dispergierringe
20,21 ,22 sind im Übrigen zwischen den korrespondierden Enden der Planetwalzenmodule gehalten, so daß auch der die Zentralspindel umgebende Gehäuseraum geschlossen ist und das Altgummi
gezwungen ist, durch den engen Spalt zu dringen. Die Verengung des Spaltes ist materialabhängig und bewirkt eine extreme Verformung und extreme mechanische Belastung des Einsatzmaterials.
Im einzelnen ist der Dispergierring 20 zwischen den
Planetwalzenmoduln 3 und 4 , der Dispergierring 21 zwischen den Planetwalzenmodulen 4 und 5 und der Dispergierring 22 zwischen den Planetwalzenmodulen 5 und 6 vorgesehen.
Die Einspannung der Dispergierringe 20,21 ,22 erfolgt beim Verspannen der zylindrischen Gehäuse der Planetwalzenmodule 3,4,5,6 .
Die Planetwalzenmodule 3,4,5,6 besitzen dazu an ihren Enden übliche Flansche, die mit Spannschrauben gegeneinander gezogen werden. Auch das Füllteil 2 besitzt übliche Flansche, Mit diesen Flanschen ist das Füllteil einerseits an dem Gehäuse des Antriebs 1 verspannt und andererseits mit dem Planetwalzenmodul 3. Für die im Ausführungsbeispiel in Nuten der Zentralspindel greifenden Dispergierringen 20,21 ,22 ist vorgesehen, daß diese Ringe sich aus zwei Hälften zusammensetzen, um die Montage zu erleichtern.
Die Montage ist nachfolgend am Dispergierring 20 erläutert. Die
Montage der übrigen Dispergierringe 20,21 , 22 erfolgt entsprechend.
Nach der Montage des Füllteilgehäuses wird zunächst die Zentralspindel mit ihrem als Einschnecke ausgebildeten Ende in das Füllteilgehäuse geschoben und mit dem Antrieb gekoppelt.
Anschließend wird das Gehäuse des Planetwalzenmoduls 3 über die Zentralspindel geschoben und mit dem Füllteilgehäuse verspannt.
Es folgt die Positionierung der Planetspindeln des Planetwalzenmoduls 3. Dazu werden die Planetspindeln drehend in ihre vorgesehene Position zwischen Gehäuse und Zentralspindel geschoben. Die Position der Planetspindeln ist durch gleichmäßige Verteilung am Umfang der
Zentralspindel und den schon beschriebenen Verzahnungseingriff der Planetspindeln mit der Innenverzahnung des Gehäuses und der
Außerverzahnung der Zentralspindel gekennzeichnet.
Nach der Positionierung der Planetspindeln wird der Anlaufring für die Planetspindeln über die Zentralspindel und in eine zentrische Öffnung des Gehäuseendes des Planetwalzenmoduls geschoben. Der Anlaufring trägt im Berührungsbereich mit den Planetspindeln eine
Hartmetallschicht als Verschleißschutz.
Nach Positionierung des Anlaufringes wird der aus zwei Hälften
bestehende Dispergierring 20 an dem Anlaufring zur Anlage gebracht. Dabei werden die Hälften zugleich in eine Nut der Zentralspindel geschoben. Die Zentrierung des Dispergierringes erfolgt dann mit Hilfe eines einteiligen Stützringes, der über die Zentralspindel geschoben werden kann und seinerseits in der gleichen Gehäuseöffnung wie der Anlaufring eine Zentrierung im Planetwalzenmodul 3findet. Der Stützring ist zugleich so bemessen, daß er aus dem Ende der Gehäuseöffnung des Planetwalzenmoduls 3 herausragt und eine Zentrierung für das nachfolgend zu montierende Gehäuse des Planetwalzenmoduls 4 bildet. Das Gehäuse des Planetwalzenmoduls 4 wird dabei mit dem Gehäuse des Planetwalzenmoduls 3 in der oben beschriebenen Form verspannt. Diese Verspannung bewirkt zugleich eine Verspannung des
Anlaufringes, des Dispergierringes und des Stützringes.

Claims

Patentansprüche
1.
Verfahren zum Devulkanisieren von vernetzten Gummi und vernetzten Elastomeren, deren Molekülketten durch mechanische und thermische Belastung bis auf die Kohlenwasserstoffmoleküle zerstörbar sind, wobei die mechanische und thermische Belastung in einem
Planetwalzenwextruder erzeugt wird, wobei der Planetwalzenextruder aus einem Gehäuse, Planetspindeln und einer Zentralspindel besteht und die Zentralspindel mit den Planetspindeln kämmt und die
Planetspindeln mit einer Innenverzahnung des Gehäuses oder der Innenverzahnung einer im Gehäuse vorgesehenen Buchse kämmt, so daß eine Drehung der Zentralspindel ein Umlaufen der Planetspindeln um die Zentralspindel im Gehäuse bewirkt, wobei die Planetspindeln eines Extruderabschnittes mit einer Stirnfläche an einem Anlaufring dieses Extruderabschnittes gleiten,
wobei in dem Planetwalzenextruder mindestens ein Dispergierring vorgesehen ist, der den Strömungsquerschnitt für Gummi und
Elastomere mehr reduziert als ein Anlaufring,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Füllteil und der Devulkanisierungszone eine separate Aufwärmzone mit eigenem Planetwalzenmodul und eigener
Temperierung vorgesehen ist und/oder am Anfang der
Devulkanisierungszone eine Startphase mit eigenem Planetwalzenmodul und eigener Temperierung vorgesehen ist.
2.
Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Verwendung von modular aufgebauten Planetwalzenextruder mit folgenden Modullängen Baugröße Modullänge Modullänge
Aufwärmzone Startphase
50iger bis 70iger 100 bis 300mm 100 bis 300mm
100er bis 150iger 250 bis 600mm 250 bis 650mm
170iger bis 250iger 300 bis 650mm 300 bis 650mm
280iger bis 300er 320 bis 800mm 320 bis 800mm
(schwere Ausführung)
350iger 300 bis 650mm 300 bis 650mm
400er 320 bis 800mm 120 bis 800mm
(schwere Ausführung)
400er 320 bis 800mm 320 bis 800mm
500er bis 1000er 350 bis 1000mm 350 bis 1000mm
500er bis 1000er 350 bis 1000mm 350 bis 1000mm
Schwere Ausführung
3.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungsmittel in der Aufwärmzone eine Temperatur von mindestens 300 Grad Celsius, vorzugsweise mindestens 320 Grad Celsius und noch weiter bevorzugt mindestens 340 Grad Celsius aufweist, so daß das Einsatzmaterial sehr schnell auf Startertemperatur für die Devulkanisation gebracht wird.
4.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Einsatzmaterial in der Starterphase der Devulkanisierungszone die notwendige Startertemperatur aufweist und nach Verlassen der
Starterphase eine geringere Temperatur aufweist.
5.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
-beim Anfahren des Extruders zunächst eine Starttemperatur gewählt wird, die sicher im Startbereich liegt und
-die Temperatur schrittbeweise gesenkt wird, bis die optimale Starttemperatur erreicht ist.
6.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer Dispergierringe, wobei jeder Dispergierring einem Planetwalzenmodul zugeordnet ist, so daß die mit den Dispergierringen verbundene Bearbeitung des Einsatzmaterials in mehreren Schritten erfolgt.
7.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungsweite des Spaltes an den Dispergierringen mit jedem
Barbeitungsschritt reduziert wird, wobei vorzugsweise die
Öffnungsweitse an dem
-zweiten Dispergierring gegenüber der
Öffnungsweite am ersten Dispergierring um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% geringer ist,
-dritten Dispiergierring gegenüber der Öffnungsweite am
zweiten Dispergierring um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist.
-dritten Dispiergierring gegenüber der Öffnungsweite an dem zweiten Dispergierring um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist.
-vierten Dispiergierring gegenüber der Öffnungsweite am
dritten Dispergierring um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 15% und höchst bevorzugt um mindestens 20% kleiner ist
wobei die Dispergierringe zur Änderung der Spaltweite auswechselbar sind.
8.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Dispergierringen, deren Spaltlänge durch die Dicke der Dispergierringe bestimmt wird und vorzugsweise 1 bis 25mm, noch weiter bevorzugt 3 bis 20 mm beträgt, wobei die Dispergierringe
vorzugsweise zur Änderung der Spaltlänge auswechselbar sind.
9.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Dispergierringen mit einem konischen Spalt,
vorzugsweise mit einem Eintrittskonus und/oder einem Austrittskonus und/oder mit gerundeten Kanten und/oder mit einer Neigung der konischen Flächen von 1 bis 45 Grad, noch weiter bevorzugt 10 bis 35 Grad und höchst bevorzugt 15 bis 30Grad zur Mittelachse der
Dispergierringe.
10.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von Dispergierringe, wobei alle Dispergierringe der
Devulkanisationszone in eine Nut der Zentralspindel greifen,
wobei die Dispergierringe aus Hälften oder mehr Segmenten zusammen gesetzt sind,
wobei die im Querschnitt der Nut ersichtlichen Ecken und Kanten vorzugsweise gerundet sind und/oder wobei vorzugsweise die Nut im Falle einer Auswechselung eines Dispergierringes unverändert bleibt.
11.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von unterschiedlichen Dispiergierringen, welche gehäuseseitig einen gleich dicken Bund aufweisen und zentralspindelseitig mit einem Kragen in die Nut der Zentralspindel greifen und Kragen unterschiedlicher Dicke aufweisen können.
12.
Verfahren nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch die Verwendung von Dispergierringen, welche bei modulweiser Zusammensetzung einer Extrusionsanlage zwischen zwei Modulen angeordnet werden können.
13.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Verwendung von Dispergierringen, die in einer gemeinsamen Konstruktion mit den Anlaufringen von Planetwalzenmodulen angeordnet werden können, vorzugsweise in einer gemeinsamen Zentrierung und/oder mit einem gemeinsamen Stützring montiert werden.
14.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verwendung von Modulen mit einer der gewünschten Position der Dispergierringe angepaßten Länge.
15.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Verwendung einer modular aufgebauten Zentralspindel,
wobei die Zentralspindel aus einem Anker besteht, auf den verschiedene Hülsen aufgeschoben sind und
wobei die Hülsen mit dem Anker gegeneinander verspannt werden, vorzugsweise mit Hülsen, die an ihren Berührungsflächen mit Zähnen ineinander greifen,
wobei die Hülsen im Bereich eines Dispergierringes eine Nut aufweisen, so daß der Dispergierring in die Nut greifen kann,
wobei die Hülsen am Umfang eine Verzahnung tragen, mit der sie mit den Planetspindeln kämmen, und wobei die Hülse mit dem eine Nut bildenden Bereich auswechselbar ist.
16.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Dispergierringes, der vor dem Planetwalzenmodul der Aufwärmzone angeordnet ist und die Zentralspindel im Abstand umgibt, wobei der Abstand groß genug ist, um das zu
devulkanisierenden Material durchdrücken zu können und zugleich klein genug ist, um das zu devulkanisierende Material beim Durchtritt durch den Spalt stark zu verformen.
17.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch Öl als Temperierungsmittel, das für Temperaturen über 350 Grad Celsius unter Stickstoff gesetzt wird.
18.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch temperierte Dispergierringe.
19.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen Füllgrad des Extruders von weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 70%, noch weiter bevorzugt weniger als 50%.
20.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Entgasung des Einsatzmaterials nach Verlassen des Extruders, wobei das Einsatzmaterial am Extruderende durch einen weiteren Dispergierring mechanisch belastet wird.
21.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch die Verwendung von Planetwalzenmoduln mit Standardspindeln für die Aufwärmzone und/oder für die Startphase beim Devulkanisieren und durch die Verwendung von Noppenspindeln und/oder Transportspindeln und/oder Igelspindeln zum Entgasen in der Devulkanisierungszone.
22.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , gekennzeichnet durch Herstellung eines Produktes mit einer Mooneyzahl von 20 bis 60, vorzugsweise 30 bis 50, noch weiter bevorzugt 35 bis 45, gemessen bei einer Temperatur von 100 Grad Celsius.
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