DE202015106285U1

DE202015106285U1 - RingExtruder zur kontinuierlichen Aufbereitung von Gummimassen mit Co-Extruder und Kühlsystem

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Publication number: DE202015106285U1
Application number: DE202015106285.0U
Authority: DE
Original assignee: Blach Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Blach Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-01-11
Anticipated expiration: 2025-11-19

Abstract

Mehrwellenextruder, insbesondere RingExtruder (59) zur kontinuierlichen Aufbereitung von Gummimaterial mit wenigstens sechs in einem Kreis in einem Extrudergehäuse (3, 590) angeordneten achsparallelen, gleichsinnig drehenden Schneckenwellen (1) dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrwellenextruder wenigstens einen Co-Extruder (71, 105, 710) aufweist, der an dem Mehrwellenextruder angeordnet ist und dem Mehrwellenextruder Material für die kontinuierliche Gummiaufbereitung zuführt, wobei der Co-Extruder (71, 105, 710) für die Mastizierung geeignet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Extruder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf eine Extruderanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 9.
Bei der Herstellung von Gummimischungen besitzt ein kontinuierlicher Extrusionsprozess gegenüber den etablierten Innenmischerverfahren einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten sowie des Platzbedarfs. Weiterhin bieten kontinuierliche Verfahren eine ausgeprägte Stetigkeit und Reproduzierbarkeit der Produktqualität, welche bei den intermittierenden Batchprozessen wesentlich schwieriger zu erzielen sind. Sie lassen sich außerdem deutlich leichter hinsichtlich Materialhandling sowie Prozesssteuerung und -Regelung automatisieren. Die Möglichkeit, die Schnecken- und Gehäusekonfigurationen an die verfahrenstechnischen Erfordernisse unterschiedlicher Rezepturen anzupassen, führt zu einer ausgeprägten Flexibilität der Extrusionsanlagen (F. Röthemeyer, Kautschuk Technologie: Werkstoffe, Verarbeitung, Produkte, Carl Hanser Verlag (2. überarbeitete Auflage, 2006), 413). Aus diesen Gründen wird seit einigen Jahren an der Entwicklung kontinuierlicher Prozesse zur Herstellung von Gummimischungen mit unterschiedlichen Extrudertypen, insbesondere gleichsinnig drehenden Zwei- und Mehrwellenextrudern, gearbeitet.
Dessen ungeachtet wird die Gummi-Industrie immer noch durch batchweise arbeitende Innenmischer mit nachgeschalteten Walzwerken dominiert, obwohl diese Aggregate oftmals zwei- oder mehrfach durchlaufen werden müssen. Dagegen steht der RingExtruder als etabliertes Extrusionssystem zur Herstellung von Gummimischungen in einem kontinuierlichen Prozess zur Verfügung. Dank sehr guter Dispergierleistung und einer sehr differenziert justierbaren Temperaturkontrolle bei vergleichsweise niedriger Umdrehungsgeschwindigkeit sind die Gummiaufbereitungsprozesse auch bei größeren Maschinen wie RingExtruder5, RingExtruder7 und RingExtruder9, wie sie von der Anmelderin vertrieben werden, zu realisieren. Ein vom RingExtruder3 ausgehender Scale-up ist auf Grund der außergewöhnlich hohen Oberflächen/Volumen-Verhältnisse selbst bei den größeren Maschinentypen RingExtruder7 und RingExtruder9 gut darstellbar.
Ausgehend von den gleichsinnig drehenden, dichtkämmenden Doppelschneckenextrudern gelingt eine Durchsatzsteigerung beim RingExtruder-Konzept zunächst durch die Vervielfachung der Schneckenanzahl auf zwölf. Daher werden bei identischen Schneckendurchmessern im RingExtruder wesentlich höhere Durchsätze als mit für die Gummiaufbereitung nur eingeschränkt einsetzbaren Doppelschnecken erzielt. Gleichzeitig wird aber die Misch- und Dispergierwirkung deutlich verbessert (s. u.) und der spezifische Energieeintrag minimiert. Eine weitere Erhöhung der Durchsätze wird beim RingExtruder zum einen ebenfalls durch Vergrößerung der Schneckendurchmesser erzielt, zum anderen kann aber auch alternativ die Anzahl der Wellen z. B. auf 18 oder 24 weiter erhöht werden.
Auf diese Weise bietet der RingExtruder erstmalig die Möglichkeit, mit einem kontinuierlichen Verfahren an die Durchsatzansprüche der Gummi-Industrie heranzureichen. Seit einiger Zeit werden diverse RingExtruder mit einem Schneckendurchmesser von 70 mm (1) in diesem Industriezweig erfolgreich in Serienproduktion betrieben und ersetzten sowohl Innenmischer als auch nachgeschaltete Walzwerke. Die Durchsätze liegen rezepturabhängig bei ca. 1200 bis 3000 kg/h.
Gleichwohl gehen mit dieser technischen Ausrichtung Probleme mit Blick auf die Prozesswärme, Belastung des Extruder-Materials, Verarbeitung des zu extrudierenden Materials einher, die es als wünschenswert erscheinen lassen, den Prozessdurchlauf durch den Extruder quantitativ und qualitativ weiter zu verbessern, soweit – nicht nur – aber insbesondere Gummi- bzw. Kautschukvorprodukte mittels RingExtrudern betroffen sind.
Diese Aufgabe wird mit den Vorrichtungen der Nebenansprüche 1 und 9 gelöst.
Anwendungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Extruder und eine erfindungsgemäße Extruder-Anlage sind:

– Fußbodenbeläge, Gummiplatten und -Bahnen
– Gummiprofile, Faltenbälge, Dichtungen, Schläuche
– Reifen
– Selbstversiegelnde Reifendichtmassen
– Dehnungsfugenbänder und Bauelemente im Brücken- und Hochbau
– Gummidämpfer
– Kabelummantelungen
– Kautschukbasierte Klebstoffe
– Base-gum und Kaugummi
– Thermoplastische Elastomere (TPE)
– Thermoplastische Vulkanisate (TPV)
– Thermomechanische und/oder chemische Devulkanisation
– Entgasen und Strippen synthetischer Rohkautschuk-Massen
– Mechanisches Abquetschen von Lösemitteln oder Wasser aus synthetischen Rohkautschuk-Massen

Die Begriffe Gummi, Kautschuk, Gummimaterial, Gummiwerkstoff sowie Gummimassen werden in der vorliegenden Anmeldung als Synonyme gebraucht.
Unter dem Begriff Gummi-Werkstoff versteht die Erfindung einen Werkstoff, insbesondere aus der Gruppe der Elastomere mit viskoelastischen Eigenschaften. Der Gummi-Werkstoff kann auf Kautschuk und/oder anderen kautschukähnlichen Pflanzensäften basieren, die beim Eintrocknen vorzugsweise durch Polymerisation zu plastisch-elastischen Feststoffen verhärten.
Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ebenso natürlicher Kautschuk sowie synthetisch hergestellter Kautschuk verwendet werden.
Der Gummi-Werkstoff umfasst einen vulkanisierten Kautschuk und ist insbesondere als elastischer und relativ strapazierfähiger Feststoff bekannt.
Bei der Herstellung des Gummi-Werkstoffes werden dem natürlichen und/oder dem synthetischem Kautschuk weitere feste und/oder flüssige Inhaltsstoffe zugeführt und mit diesem/n vermengt. Unter Vermengen wird vorliegend auch Vermischen verstanden.
Synthesekautschuke sind z. B. Styrol-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Etylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk und Polyisopren-Kautschuk. Die Aufzählung ist nur beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich gemeint.
Derartige Gummi-Mischungen bzw. Kautschukmischungen weisen alle eine komplexe Rezeptur auf mit im einfachsten Fall sieben bis acht Bestandteilen, für spezielle Anforderungen bis zu 20 Bestandteilen, jeweils auf den Einsatzzweck abgestimmt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind Inhaltstoffe beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich Kautschuk, Lösungsmittel, Weichmacher, Vernetzungssysteme aus Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsverzögerer, Aktivatoren, Silica, Russ, Pigmente, Füllstoffe, Harze, Haftmittel, flammhemmende Zusatze, Ozon- und Alterungsschutzmittel.
Sie sind aber alle dadurch gekennzeichnet, dass sie – rezepturbezogene, also immanente – Bestandteile für die Herstellung eines Gummi-Werkstoffes sind und sich von Fremdbeimengungen, wie etwa die im Stand der Technik bekannten gesonderten Trennmittel oder Beschichtungs-, Benetzungs- oder Bestäubungsmittel, abgrenzen.
Ein Trennmittel im Sinne dieser Fremdbeimengung gemäß dem Stand der Technik hat den Zweck der Trennung der Partikel. In Abgrenzung hierzu wird etwa ein Weichmacher nicht als eine Fremdbeimengung im Sinne des Standes der Technik angesehen, sondern als Inhaltsstoff, weil er die Shore-Härte beeinflusst und damit ein notwendiger Rezepturbestandteil des Werkstoffs ist.
Die Auswahl der Inhaltsstoffe hängt u. a. von der Anwendung des Werkstoffs und damit auch von den Produktanforderungen sowie von den Kosten ab. Diese Parameter haben einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Wahl des Kautschuks und des Verstärkungssystems.
Bei Reifenmischungen ist z. B. „Silica” ein wichtiger Rezepturbestandteil. So profitieren Autoreifen etwa von der Verstärkung durch ein spezielles SiO₂-System, weil hierdurch gegenüber den traditionell nur mit Ruß gefüllten Gummimischungen zum einen Treibstoff eingespart werden kann und weil gleichzeitig die Sicherheitsleistungen verbessert werden.
Beispielhaft und nicht abschließend werden die nachfolgenden Füllstoffe als Inhaltsstoffe charakterisiert. Die nachfolgende Aufzählung ist ebenfalls in Bezug auf die Inhaltsstoffe wie in Bezug auf den Verwendungszweck beispielhaft und nicht abschließend:

– Calciumcarbonat für Fußbodenbelage, Dichtungsplatten,
– Aluminiumsilikat für Schläuche, Schuhsohlen, Profile, Dichtungen, technische Produkte, Fußbodenbeläge
– Kieselerde für Schläuche, Dichtungen, technische Produkte
– Calciumsilikat für Schuhsohlen, Dichtungsplatten,
– Magnesiumsilikat für technische Produkte,
– Zinkcarbonat für helle Produkte,
– Kaolin calziniert für Kabel, technische Produkte,
– silanisierte Kaoline für technische Produkte
– silanisierte Silikate für Reifen,
– Magnesiumsilikat zur Beeinflussung der Gasdurchlässigkeit und Chemikalienbeständigkeit,
– Aluminiumhydroxid zur Beeinflussung des Flammschutzes,
– Magnesiumcarbonat zur Beeinflussung der Grünfestigkeit,
– Bariumsulfat zum Einsatz bei Lärmdämmung, Strahlenschutz, zur Beeinflussung der Säurebeständigkeit,
– Calciumoxid zur Verwendung als Wasser- und Säureakzeptor,
– Titandioxid zur Verwendung als UV-Stabilisator,
– Aluminiumoxid zur Verwendung als inerter Füllstoff,
– Zinkoxid zur Verwendung als Vernetzungsmittel und zur Beeinflussung der Hitzebeständigkeit,
– Magnesiumoxid zur Verwendung als Aktivator und zur Beeinflussung der Hitzebeständigkeit.

Ein geringes bis mittelwirkendes Verstärkungssystem weisen dabei beispielhaft auf: Aluminiumsilikat, Kieselerde, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, calziniertes Kaolin, silanisierte Kaoline. Ein mittel bis hohes Verstärkungssystem weisen beispielhaft auf: Aluminiumsilikat, silanisierte Silicate.
Ein Beispiel für die flüssigen Inhaltsstoffe sind die vorerwähnten Weichmacher. Diese sind vorzugsweise naphtenische oder aromatische Mineralöle.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
1: einen Prozessraum des RingExtruders mit 12 gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Schnecken.
2: ein Schneckenpaket des RingExtruders mit 12 gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Schnecken.
3a–3f: Musterbeispiele für Z-Profile; 3g–h Musterbeispiele für T-Profile
4a: Wirkungsprinzip Z-Profil-Elemente; 4b Wirkungsprinzip der T-Profile
5: RingExtruder-Gehäuse mit herkömmlicher Gehäusekonstruktion.
6: RingExtruder-Gehäuse mit optimiertem Kühlkanalsystem und dünnwandigem Verschleißschutz-Einsatz.
7: eine Schneckenkühlung beim RingExtruder.
8: Qualitative Massetemperaturverläufe über dem Austrittsquerschnitt beim RingExtruder sowie bei Doppelschneckenextrudern.
9: einen exemplarischen Aufbau eines RingExtruders für die kontinuierliche Gummiaufbereitung.
10: einen exemplarischen Anbau eines Einwellenextruders als Co-Extruder an den RingExtruder für die Zuführung von Endlos-Gummistreifen im Rahmen der kontinuierlichen Gummiaufbereitung.
11: einen RingExtruder-Control mit Bedienoberfläche der RingExtruder-Steuerung.
12: einen exemplarischen Anbau eines Fassschmelzers in Kombination mit drei beheizten, gravimetrischen Dosierwaagen als Flüssigdosierungen an den RingExtruder für die kontinuierliche Gummiaufbereitung.
13: einen Grundkörper eines Domgehäuses für atmosphärische Entlüftung oder Vakuumentgasung.
14: eine installierte Baugruppe (rechts) eines Domgehäuses für atmosphärische Entlüftung oder Vakuumentgasung.
15: eine Düse zur Erzeugung spezieller Geometrien; hier: Austrag mehrerer Streifen.
16: eine Schlauchschlitzdüse.
17: einen Austrag leicht fließfähiger Produkte.
18: einen freien Austrag ohne Düse, z. B. für Extruder- oder Kalanderbeschickung.
19: eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Gummi-Aufbereitungsanlage mit dem RingExtruder zur Veranschaulichung diverser Peripherieoptionen.
20: eine schematische Darstellung der mit einem Ein- oder Mehrschneckenextruder als seitliche Zuführung (Co-Extruder) verbundenen Baukomponenten unter Darstellung der Anordnung der Kühlwasseranschlüsse.
21: eine schematische Darstellung einer Konfiguration gemäß 20, wobei ein Adaptergehäuse an den RingExtruder angeflanscht ist.
22: eine schematische Darstellung analog zu 20 in einer Ausgestaltung, bei der das Adaptergehäuse in das RingExtruder-Gehäuse hineinragt.
23: eine schematische Darstellung der Konfiguration gemäß 22, wobei das RingExtruder-Gehäuse und der Adapter in miteinander verbundenem Zustand gezeigt sind.
24: eine schematische Darstellung zu einer Anordnung gemäß den 20–23, wobei die seitliche Öffnung des RingExtruder-Gehäuses, an dem der Seitenextruder (Co-Extruder) angeflanscht wird, einen dünnwandigen Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzeinsatz (Thinliner) aufweist.
25: eine schematische Darstellung der Konfiguration gemäß 20–23, bei der die seitliche Öffnung des RingExtruder-Gehäuses, an dem der Seitenextruder angeflanscht wird, einen Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzeinsatz (Inliner) aufweist.
Der RingExtruder besteht häufig aus sechs, nach dem nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiel aus zwölf koaxialen Schnecken 1 in einer kreisförmigen Anordnung. Alle benachbarten Wellenmittelpunkte 2 weisen denselben Achsabstand auf und greifen dicht kämmend ineinander (1) Die Schnecken rotieren mit identischer Drehzahl ortsfest um ihre eigene Mittelachse. Die Bewegungsverhältnisse, zumindest wenn man zwei benachbarte Schnecken isoliert betrachtet, sind der gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Doppelschnecke sehr ähnlich. Daraus lässt sich folgern, dass der RingExtruder prinzipiell nicht nur sämtliche Aufgaben der Doppelschneckenextruder in zumindest derselben Qualität erfüllen kann, sondern auch ganz neuen Anwendungen zur Verfügung steht.
Wie aus 1 hervorgeht, werden durch die Anordnung der Schneckenwellen in einem Kreisring zwei gegensinnig wirkende Bereiche gebildet. Der äußere Bereich 3 befindet sich zwischen dem Extrudergehäuse 4 und den Schnecken, der innere Bereich 5 zwischen den Schnecken und dem ortsfesten Kern 6. Während das Material 7 im äußeren Bereich von einer Schnecke zur Nachbarschnecke im Uhrzeigersinn übergeben und gleichzeitig zum Austritt gefördert wird, erfolgt der Materialtransport im Inneren entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Dadurch ergibt sich ein gegenläufiger Materialtransport in Umfangsrichtung. Diese Verhältnisse führen zu optimalen Bedingungen für eine intensive Quer- und Längsvermischung. Hierfür muss lediglich ein Stoffaustausch zwischen den beiden Prozessräumen realisiert werden, wofür ein breites Spektrum an Mischelementen zur Verfügung steht.
Der vom Gehäuse unbeeinflusste Verfahrensraum im Übergabebereich von Schnecke zu Schnecke, auch Zwickel 8 genannt, wird im RingExtruder als zentrales verfahrenstechnisches Instrument genutzt. Im Zwickel 8 erfolgt die Produktübergabe auf die benachbarte Schnecke durch einen Strom quer zum Förderstrom. Es entsteht im Volumen des Zwickels eine dreidimensionale Dehnströmung. Dadurch findet ein Stoffaustauch ohne partielle Überlastungen bei hervorragender Dispergier-, Benetzungs- und Homogenisierwirkung statt.
In 1 ist darüber hinaus der freie Raum 9 zu erkennen, der für die Weiterverarbeitung des Materials genutzt wird. Dieser freie Raum wird beispielsweise benötigt, wenn im Seitenstrom zusätzliche Rezepturkomponenten zugeführt werden. Außerdem ist dieser Raum wichtig, wenn Entgasungsprozesse durchgeführt werden sollen. Durch den freien Raum werden Schmelzeoberflächen gebildet, die notwendig sind, damit die Gase aus der Schmelze austreten können. Außerdem wird freier Raum benötigt, damit die Gase sich zu den Gehäuseöffnungen bewegen können.
Bei jeder Schnecke sind im RingExtruder zwei Nachbarschnecken gleichzeitig im Eingriff. Die Schneckenoberfläche wird dadurch bei jeder Schneckenumdrehung zweifach abgestreift. Somit gestaltet sich die Selbstreinigung nochmals deutlich intensiver als bei der gleichsinnig drehenden Doppelwelle. Daraus resultiert die Möglichkeit, das Material im Extruder innerhalb sehr enger Verweilzeitspektren zu verarbeiten. Dies ist insbesondere bei der Durchführung chemischer Reaktionsprozesse wie z. B. bei der Silanisierungsreaktion von Bedeutung. Außerdem führt die ausgezeichnete Selbstreinigung zu außerordentlich kurzen Übergangszeiten bei Material- und Betriebspunktwechseln. Dadurch gelangt der Extruder wesentlich schneller in einen stabilen Produktionszustand und die Müllmenge wird signifikant reduziert. Weiterhin wird bei jedem Selbstreinigungsvorgang neue Materialoberfläche gebildet. Daraus resultiert eine hohe Oberflächen-Neubildungsrate, welche für Entgasungsvorgänge von entscheidender Bedeutung ist.
Aus 2 wird ein Schneckenpaket 10 des RingExtruders mit 12 gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Schnecken 1 erkennbar. Das Extrudergehäuse und der feststehende Kern sind intensiv kühlbar.
Neben den bekannten Schneckengeometrien der Doppelschneckenmaschinen sind Elemente der eigens für den RingExtruder entwickelten T-Profil sowie der Z-Profil-Technik in Form von zwei- oder mehrgängigen Knetblöcken bzw. Förderelementen verfügbar, 3a–3f (Z-Profil) und 3g–h (T-Profil).
Die T-Profil-Elemente weisen eine asymmetrische Querschnittsfläche auf, bei der ein vergrößerter Spalt zwischen einem der Schneckenkämme und dem Extrudergehäuse erzeugt wird. Dennoch sind die Elemente vollständig selbstreinigend.
Das Z-Profil ist eine gezielte Abweichung vom selbstreinigenden Erdmenger-Profil. Durch eine intelligente Kombination der einzelnen, benachbarten Schneckenwellen kann die selbstreinigende Wirkung allerdings dennoch uneingeschränkt gewährleistet werden. Bei diesen Elementen weist einer der Schneckenkämme einen reduzierten Außendurchmesser auf. Dadurch entsteht an dieser Stelle ein vergrößerter Spalt zwischen den benachbarten Schnecken sowie zwischen den Schnecken und dem Extrudergehäuse.
Bei beiden Elementtypen führen die vergrößerten Spalte dazu, dass das Material, welches durch diesen Bereich transportiert wird, wesentlich geringere Schergeschwindigkeiten erleidet im Vergleich zur Beanspruchung im Standardspalt. Es ist andererseits bekannt, dass bei Standardspielen gerade in diesem Bereich zwischen Schneckenkamm und Gehäuseoberfläche Materialien mechanisch-thermisch überbeansprucht werden. Dadurch entstehen häufig mechanische und thermische Schädigungen des Extrudates. Insofern hilft die Vergrößerung eines der Spalte, die lokalen Scher- und Temperaturspitzen zu reduzieren, folglich die mittlere Massetemperatur abzusenken und das Material zu schonen.
Die Z-Profile und T-Profile werden nachfolgend näher beschrieben:
Bei den T-Profilelementen handelt es sich um eine Verallgemeinerung des durch Erdmenger im Patent DE 862 668 beschriebenen, selbstreinigenden Konstruktionsprinzips, sog. Erdmenger-Profil.
Die 4a zeigt das Wirkungsprinzip der Z-Profile, die 4b das Wirkungsprinzip der T-Profile.
Die 3a–3c zeigen dabei Ausführungsformen von Förderelementen 15, während die 3d–3f Ausführungsformen von Knetblöcken beinhalten.
Beim Z-Profil weist einer der Schneckenkämme einen reduzierten Außendurchmesser auf (3a). Durch diesen Rücksprung 17 entsteht an dieser Stelle der erwähnte vergrößerter Spalt zwischen den benachbarten Schnecken sowie zwischen den Schnecken und dem Extrudergehäuse.
Dieser Vergrößerung des Spaltes 18 bzw. der reduzierte Außendurchmesser auf der einen Seite des Querschnitts des Förderelements steht ein Standardspalt 19 bzw. ein Standard-Außendurchmesser des Querschnitts des Förderelements auf der anderen Seite gegenüber, 3b. Weiter ist die Innenverzahnung 13 zu erkennen, 3b, c, e, f.
Gleiches gilt analog für die 3d–3f dargestellten Knetblöcke. 3e zeigt dabei den vergrößerten Spalt 22 der ersten Knetscheibe 23 des Knetblocks 21.
Insoweit wird ergänzend auf die österreichische Patentanmeldung AT 2A A/608/2012-1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt Bestandteil der vorliegenden Anmeldung ist.
Die bereits angesprochene Technologie des T-Profils ist in 3g–h dargestellt. Diese ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei RingExtrudern. Sie zeigt ein dicht kämmendes, selbstreinigendes Profil. Die Querschnittsfläche der T-Profile ist symmetrisch. Hierdurch entstehen die in 3g–3h dargestellten Schneckenprofile bzw. Knetelemente. Die 3g zeigt dabei das Förderelement 24. Das andere Förderelement ist mit 25 bezeichnet. Der Kamm 26 des ersten Ganges des ersten Förderelements 24 streift die Innenwand des Gehäuses sowie die Flanke und den Kern des anderen Förderelements 25 im Wesentlichen dicht ab (nicht gezeigt), mit dem es in Eingriff steht. Das Förderelement 25 weist einen Kamm 27 des ersten Ganges auf. Die dort gezeigten Förderelemente sind jeweils mit einer Innenverzahnung 13 versehen, um sie verdrehsicher auf zwei nicht dargestellter achsparallel gleichsinnig drehender Wellen aufzustecken.
Die 3h zeigt einen Schnitt von zwei miteinander kämmenden Förderelementen mit Ringabschnitten bzw. einen Schnitt eines Mehrwellenextruders mit auf einen Kreis angeordneten Wellen. Die Förderelemente 24 und 25 zeigen nach 3h Förderabschnitte mit jeweils einem konzentrischen Ring 33a bzw. 34a. Die Größe H des Ringspaltes 35, 35' zwischen den Ringen 33a bzw. 34a und der strich-linierten Gehäuseinnenwand liegt zwischen ein 1/4 und 1/3 der Gangtiefe, oder etwa bei der Hälfte der Gangtiefe.
Die in der Ausführungsform eines Extruders gemäß 3h gezeigten Förderelemente 24, 25 sind auf achsparallelen Wellen drehfest befestigt, die längs eines Kreises angeordnet sind, wobei die Förderelemente 24, 25 am ganzen Umfang gegenseitig abstreifen. Die Förderelemente 24, 25 bestehen aus Förderabschnitten mit einem um 180° versetztem Profil. Bei einem 12-welligen RingExtruder gibt es also 12 Förderelemente, die denjenigen der Förderelemente 24, 25 entsprechen.
In Bezug auf diese vorstehend wiedergegebene T-Profil-Technologie wird ferner auf die auf die Anmelderin zurückgehende deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 016 862 A1 verwiesen, deren Inhalt vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
4a, b zeigten für die Z-Profile wie für die T-Profile, dass das Wechselspiel zwischen vergrößertem und Standardspalt zu zusätzlichem Stoffaustausch führt. Gleichzeitig wird periodisch ein Schmelzefilm auf den metallischen Oberflächen aufgetragen und anschließend wieder abgestreift.
In dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel eines RingExtruders mit zwölf koaxialen Schnecken mit Z-Profil zeigt die Bezugsziffer 28 das in Schwarz-Druck eingefärbte Gummi-Material, während die weißen Bereiche 29 das freie Volumen angeben. Mit 36 ist der vorerwähnte Standardspalt bzw. Ringspalt gekennzeichnet. Im Bereich des Standardspalts 36 findet die Selbstreinigung statt. Der dem Stoffaustausch dienende vergrößerte Spalt ist durch die Bezugsziffer 37 gekennzeichnet. 38 steht für die mit (Gummi-) Material beschichtete Gehäuseoberfläche.
Die mit Material beschichtete Oberfläche der Schnecke ist mit 39 bezeichnet. Da die Schnecken 1 ortsfest um ihre eigene Metallachse und gleichsinnig drehen, wie oben erwähnt, und die oben geschilderte konstruktive Ausgestaltung aufweisen, sind auch abgereinigte Bereiche der Gehäuseoberfläche 40 und abgereinigte Bereiche der Schneckenoberfläche 41 erkennbar.
4b zeigt ein analoges Ausführungsbeispiel für das T-Profil. Ziffer 28 zeigt das Gummi-Material, während 29 für das freie Volumen steht. Im mit 42 bezeichneten Standardspalt-Bereich erfolgt die Selbstreinigung. Die Ziffer 43 zeigt den vergrößerten Spalt. Hier findet der Stoffaustausch statt. Die mit Gummi-Material beschichtete Gehäuseoberfläche ist mit 44 gekennzeichnet. Die abgereinigte Gehäuseoberfläche ist durch 45 gekennzeichnet.
Zusätzlich kann dieser Spaltbereich für verfahrenstechnische Misch- und Dispergieraufgaben genutzt werden. Dadurch, dass sich eine signifikante Leckströmung (4) über den Schneckenkamm ausbildet, kann ein zusätzlicher Stoffaustausch zwischen den einzelnen Schneckenkanälen erreicht werden, der zur Homogenisierung beiträgt. Weiterhin kann der Bereich als Scherspalt genutzt werden, in dem das Material einer definierten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird. Diese Scherbeanspruchung kann für dispersive Mischeffekte eingesetzt werden, da die auftretenden Schubspannungen zur Zerteilung von Partikeln und Agglomeraten beitragen. Dies wird zusätzlich dadurch unterstützt, dass die Reduzierung der Kammhöhe in diesem Bereich zwangsläufig zu einer Verbreiterung des Kammes führt. Dadurch entsteht neben der vergrößerten Höhe auch gleichzeitig eine vergrößerte Länge des Spaltes. Dies kommt einer Verlängerung des Spaltes in Umfangsrichtung gleich, so dass die Verweilzeit des Materials im Scherspalt und damit die dispersive Mischwirkung gesteigert werden. Gleichzeitig werden kurz vor dem Durchtritt des Materials durch den Spalt zusätzliche Dehnströmungen erzeugt, da sich in diesem Bereich der Strömungsquerschnitt in Umfangsrichtung verjüngt. Dieser Effekt ist hinlänglich bekannt aus Untersuchungen der Strömungsfelder in Knetblöcken von Doppelschneckenextrudern. Diese erhöhten Dehnströmungsanteile können äußerst effizient für Dispergieraufgaben genutzt werden.
Bei der Anwendung des Konstruktionsprinzips auf Förderelemente besteht weiterhin die Möglichkeit, das Bauteil in axialer Richtung in einzelne Abschnitte zu unterteilen. Bei jedem dieser Segmente kann das Querschnittsprofil um einen Versatzwinkel in Umfangsrichtung, z. B. 180°, verdreht werden. Damit wechseln sich in Prozessrichtung der konventionelle und der vergrößerte Spalt ab. Solche Schneckenmischelemente eignen sich beispielsweise hervorragend zum Einsatz im Bereich der Seitenstromdosierung eines RingExtruders. Dabei kann durch gezielte Ausnutzung des Leckstromes über den vergrößerten Gehäusespalt ein Stoffaustausch zwischen den Schneckenkanälen bei minimalem Energieeintrag dazu beitragen, die dem Extruder zugeführten Sekundärkomponenten schonend zu verteilen und zu benetzen. Auf diese Weise kann beispielsweise der Bildung von Agglomeraten pulverförmiger Komponenten durch Kompression vorgebeugt werden.
Weitere Vorteile solcher Elemente ergeben sich im Entgasungsbereich des Extruders. Durch das Ausstreichen wandhaftender Plastifikate an der Schnecken- und Zylinderoberfläche über den vergrößerten Spalt kann ein Schmelzefilm mit einstellbarer Schichtdicke erzeugt werden, der unter Vakuumeinfluss ausgasen kann. Nach einer halben Schneckenumdrehung wird dieser zwangsweise abgestreift und anschließend wieder erneuert. Des Weiteren steht zu erwarten, dass der Wärmeübergang von der Schmelze auf den Extruderzylinder intensiviert wird. Dies ist ebenfalls auf die Bildung eines Materialfilms und dessen ständige Erneuerung zurückzuführen, wodurch der Wärmeübertragungskoeffizient gesteigert werden kann.
Bei der Herstellung von Gummimischungen mit dem RingExtruder kommt dessen ausgezeichnete Dispergierwirkung bei minimalem mechanischem Energieeintrag in das Plastifikat zum Tragen. Bei Gummicompounds müssen häufig ausgesprochen hohe Füllstoffanteile (insbesondere auch Ruße und Silikate) sowie Flüssigkomponenten fein dispergiert und verteilt werden. Bedingt durch die 12 Eingriffsbereiche der Extruderschnecken (1) entfaltet der RingExtruder hohe Dehnströmungsanteile in den Zwickeln. Diese können äußerst effizient und energiesparend zur Dispergierung genutzt werden.
Wichtig ist hierbei der Zusammenhang zwischen Dispergierwirkung und Strömungsform. In diversen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass eine Tröpfchenzerteilung ab einem bestimmten Viskositätsverhältnis zwischen Matrix und Tröpfchen nur noch im Dehnströmungsfeld möglich ist. Ein Tröpfchen in einer reinen Scherströmung weicht der Beanspruchung teilweise mit einer Rotationsbewegung aus. Daher ist eine Zerteilung bei solchen Viskositätsverhältnissen nicht möglich und der mechanische Energieeintrag resultiert lediglich in einer unerwünschten Erhöhung der Massetemperaturen. Die Tröpfchenzerteilung ist bei Vorliegen erhöhter Dehnströmungsanteile jedoch nahezu unabhängig vom Viskositätsverhältnis. Außerdem erfolgt die Dispergierung bei wesentlich geringerer mechanischer Materialbeanspruchung. Daraus resultiert neben der verbesserten Dispergierung gleichzeitig eine signifikante Reduktion des spezifischen Energieeintrages und somit der Massetemperaturen.
Anhand von dreidimensionalen Strömungssimulationen konnte nachgewiesen werden, dass der Dehnströmungsanteil in einem RingExtruder signifikant höher ist als in einem Doppelschneckenextruder mit vergleichbarer Ausstoßleistung. Die erhöhten Dehnströmungsanteile konzentrieren sich dabei in den Zwickelbereichen 8 (1).
Der Vergleich der Maschinentypen unter identischen Bedingungen ergab, über die freie Querschnittsfläche der Prozessräume betrachtet, einen um durchschnittlich 41% höheren integralen Wert. Dies ist auf die starke Umlenkung und Kompression des Materials im Zwickelspalt sowie die höhere Anzahl an Zwickeln im RingExtruder zurückzuführen. Aufgrund der Erhöhung der Schneckenanzahl durchlaufen die Plastifikate die Zwickelbereiche außerdem wesentlich häufiger. Daraus lässt sich ableiten, dass Zerteil- und Mischprozesse im RingExtruder wesentlich effektiver durchgeführt werden. Dadurch kann eine signifikant bessere Produktqualität bei geringerer Massetemperatur generiert werden. Folglich fällt der spezifische Energieeintrag in das Plastifikat deutlich geringer aus und der Produktionsprozess gestaltet sich erheblich wirtschaftlicher.
Im RingExtruder hergestellte Gummimischungen weisen überzeugende Vorteile bei Artikeln auf, die durch Mikrowellenbestrahlung vernetzt werden. Bei dieser Vulkanisationsmethode absorbieren polare Moleküle die Strahlungsenergie und erwärmen somit das Compound. Dagegen können unpolare Stoffe mittels UHF nicht aufgeheizt werden. Die Absorption schwach polarer oder unpolarer Kautschuke kann allerdings durch Beimischung polarer Polymere oder Füllstoffe, insbesondere aktiver Ruße, erhöht werden.
Die ausgezeichnete Dispergierwirkung des RingExtruders führt zu äußerst geringen Partikelgrößen der eingesetzten Füllstoffe und vermeidet die Agglomeratbildung. Gleichermaßen werden feindisperse Morphologien beim Compoundieren von unverträglichen Kautschuktypen mit stark unterschiedlichen Polaritäten erzeugt. Dies führt zu einer homogenen Verteilung der polaren Mischungsbestandteile und somit zu einer ausgesprochen homogenen Strahlungsabsorption im Volumen des Produktes. Folglich wird eine lokale Überhitzung bei der UHF-Vernetzung verhindert. Dadurch können die Anodenspannungen der Magnetrone merklich erhöht werden. Dies beschleunigt den Vernetzungsprozess beachtlich und führt zu einer enormen Steigerung der Produktionseffizienz.
Die Kontrolle der Massetemperaturen spielt bei der Herstellung von Gummimischungen eine zentrale Rolle, um eine Materialdegradation oder ein ungewolltes anvulkanisieren zu vermeiden. Der RingExtruder zeichnet sich in diesem Zusammenhang durch ein sehr hohes Oberflächen/Volumen-Verhältnis aus. Daher steht bezogen auf die Plastifikatmenge im Extruder eine ausgesprochen große Wärmeaustauschfläche zur Verfügung. Konstruktiv optimierte Bauformen der Extrudergehäuse mit zwei oder mehreren, voneinander unabhängigen Kühlkanälen sowie des zentralen Kerns mit maximalem Kühlkanalquerschnitt ermöglichen folglich eine effiziente Kühlung des Verfahrensteils.
Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang der Einsatz innovativer Verschleißschutz-Einsätze im Extruderzylinder (Inliner) mit minimaler Wandstärke. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Inliner-Konstruktionen gem. 5 erlaubt die dünnwandige Gestaltung, die Kühlkanalbohrungen wesentlich näher an die Prozessraum-Oberfläche zu platzieren (6). Außerdem können wärmeleitfähige Materialien zwischen dem Grundkörper des Extrudergehäuses und dem Verschleißschutz-Einsatz eingebracht werden, um den thermischen Kontakt zu intensivieren. Auf diese Weise kann der Wärmedurchgangs-Koeffizient und folglich die Kühlleistung signifikant gesteigert und gleichzeitig ein hohes Maß an Verscheiß- und/oder Korrosionsschutz gewährleistet werden.
5 zeigt ein RingExtruder-Gehäuse sowie einen materialstarken, dicken Inliner 47 und eine Anzahl von Kühlbohrungen 48.
6: zeigt ein RingExtruder-Gehäuse 46 mit optimiertem Kühlkanalsystem 49 und dünnwandigem Verschleißschutz-Einsatz 50 im Vergleich zur herkömmlichen Gehäusekonstruktion.
Das gezeigte RingExtruder-Gehäuse mit doppeltem, oberflächennahem Kühlkanalsystem und dünnwandigem Inliner ist intensiv kühlbar. Die Kühlbohrungen sind mit 51 bezeichnet.
Zur Abgrenzung von dem in 5 gezeigten materialstarken, relativ dicken Inliner wird der in 6 gezeigte Einsatz aufgrund seiner geringen Materialstärke und geringen Dicke auch als Thinliner bezeichnet. Die Aussenkontur des Thinliners 50 ist beispielhaft in der Weise an die Innenkontur des RingExtruder-Gehäuses 590 angepasst, dass die Wandstärke auch im Zwickelbereich 7%, bevorzugt 6%, besonders bevorzugt 5% und in besonderem Maße 4,5% vom Schneckenaussendurchmesser nicht übersteigt.
Ein derartig bevorzugter Inliner ist im Einzelnen in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2014 002 902 der Anmelderin beschrieben. Diese gesamte Offenbarung wird hiermit ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Eine nicht gezeigte Variante eines derartigen Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzes besteht darin, dass das RingExtruder-Gehäuse über eine Verschluss- und/oder Korrosionsschutzschicht an der inneren Gehäuseoberfläche verfügt, die durch ein heissisostatisches Pressverfahren hergestellt ist. Eine Pulverbeschichtung kommt je nach Material der inneren Gehäuseoberfläche oder je nach Einsatzzweck des RingExtruders ebenfalls in Betracht.
Weiterhin besteht bei großen RingExtrudern die Möglichkeit, die Schnecken direkt zu kühlen. Die Kühlung kann als offenes (7) oder geschlossenes System (Heat pipe 52 oder Thermosiphon, 7) ausgeführt sein. Auf diese Weise wird die enorme Oberfläche der zwölf Schnecken zur Kontrolle der Massetemperatur nutzbar gemacht.
Neben einer Absenkung der Massetemperatur bewirkt die Schneckenkühlung gleichzeitig auch eine deutliche Vereinheitlichung der Temperaturverteilung des Produktes am Austritt des Extruders. Bekanntermaßen tritt bei Extrudern unterschiedlichster Bauart eine lokale Massetemperaturerhöhung im Bereich der Schneckenspitzen 53 auf. Aufgrund der kleineren Schneckendurchmesser sowie der geringeren Umfangsgeschwindigkeiten fallen diese beim RingExtruder systembedingt wesentlich geringer aus als bei Doppelschneckenextrudern. Durch den Einsatz gekühlter Schnecken können diese Temperaturspitzen zusätzlich signifikant reduziert werden (8). Hierbei zeigen 54 die Schneckentragwelle, 55 die Flüssigkeitsleitung, 56 den Fluss der eintretenden Kühlflüssigkeit, 57 den Austritt der erwärmten Kühlflüssigkeit, 58 die Richtung des Dampfes.
8: zeigt zeigt qualitative Massetemperaturverläufe über dem Austrittsquerschnitt beim RingExtruder sowie bei Doppelschneckenextrudern.
Ein weiterer, wesentlicher Unterschied zu den Innenmischersystemen besteht außerdem in der Möglichkeit, das Plastifikat im Prozessraum des RingExtruders bei Umgebungsdruck oder aber unter Vakuum zu entgasen. Aufgrund der Aufteilung des Massestroms auf die zwölf Schneckenkanäle im RingExtruder (vgl. 1, 2) steht eine enorme Plastifikatoberfläche bei ausgesprochen kleinen Volumina zur Verfügung. Weiterhin führen die zwölf Eingriffsbereiche der Schnecken zu einer starken Umschichtung des Materials und somit zu einer hohen Oberflächen-Neubildungsrate. Daraus resultiert eine äußerst effiziente Entgasungsleistung des RingExtruders. Auf diese Weise kann die in den einzelnen Mischungsbestandteilen enthaltene Feuchtigkeit oder andere flüchtige Substanzen effizient entfernt werden, so dass ein porenfreies Extrudat sichergestellt wird. Ebenso werden Nebenprodukte, welche bei chemischen Reaktionen entstehen können, eliminiert. Dies fördert in vielen Anwendungsfällen die Reaktionskinetik und führt zu verbesserten Produkteigenschaften.
Der RingExtruder wird im Elastomer- bzw. Gummibereich für verschiedene Aufgaben bei der kontinuierlichen Compoundierung eingesetzt. Beim sogenannten „Premixing” werden neben der Zugabe unterschiedlichster Füllstoffe und Flüssigkeiten teilweise Reaktions- oder Kopplungsprozesse durchgeführt. Im „Final mixing” werden unter anderem die Vernetzungschemikalien eingemischt, so dass eine beginnende Vulkanisation durch eine sehr akkurate Temperaturführung verhindert werden muss. In diesem Zusammenhang hat sich jedoch wiederholt gezeigt, dass die tolerierbaren Obergrenzen der Massetemperaturen beim RingExtruder deutlich höher angesetzt werden können als bei den Innenmischersystemen. Dies liegt darin begründet, dass die Verweilzeiten im Extruder um ein Vielfaches geringer als im Innenmischer sind. Ferner können vergleichsweise dünne Extrudate erheblich schneller abgekühlt werden als eine kompakte Gummimasse von mehreren hundert Kilogramm aus einem Innenmischer. Daraus resultiert bei manchen Rezepturen die Möglichkeit, Kopplungsreaktionen und das Einmischen der Vernetzungschemikalien in einem Schritt durchzuführen. Wenn erforderlich, können allerdings auch zwei RingExtruder als Kaskadensystem hintereinander geschaltet werden, damit gewisse Teilprozesse auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ablaufen können.
Im Gesamtkonzept werden Kautschuke, die als Ballenware vorliegen, zunächst zerkleinert. Um das Verkleben des Mahlgutes zu verhindern, erfolgt während des Vermahlens bei Bedarf eine Bepuderung mit einem Trennmittel. In der Regel kann hierfür ein Pulver verwendet werden, welches ohnehin in der Gummimischung enthalten ist, z. B. Kreide, Talkum, Kaolin, Ruß oder Silica, so dass eine Kontaminierung durch Fremdstoffe ausgeschlossen ist. Dieses Verfahren hat sich auch für sehr klebrige Gummisorten wie zum Beispiel Butadienkautschuk als betriebssicher erwiesen.
Die Materialzufuhr (u. a. Natur- und synthetische Kautschuke, feste und flüssige Polymere, Füllstoffe wie Ruß, Silica, Kaolin, Talkum und Kreide, sowie Harze, Fette und Öle als Weichmacher, Zinkoxid, Schwefel, Pigmente, Additive wie z. B. Schutzmittel gegen Alterungsprozesse sowie diverse weitere Chemikalien, Blends, und Suspensionen) in den Extruder erfolgt mittels gravimetrischer oder volumetrischer Dosiersysteme (9), die für bestimmte Prozesse außerdem sinnvoll miteinander kombinierbar sind. Dabei können handelsübliche Geräte für Feststoffe und Flüssigkeiten eingesetzt werden. Diese werden seit Jahrzehnten in der Aufbereitung thermoplastischer Kunststoffe eingesetzt und gewährleisten eine langzeitkonstante Einhaltung der Rezepturvorgaben innerhalb minimaler Toleranzen.
9: zeigt einen exemplarischen Aufbau eines RingExtruders 59 für die kontinuierliche Gummiaufbereitung. Dabei ist der Aufbau eines RingExtruders zu erkennen, dass in dem links dargestellten Teil die Zugabe der Hauptkomponenten 60, insbesondere der Polymere 61, des Kautschuks 62, der Additive 63 sowie der Füllstoffe 64 in den eigentlichen Extruderstrang erfolgt. Im rechts dargestellten Teil der Anlage werden weitere optionale Zusatzstoffe 65 zum Teil über sog. SideFeeder 66 oder sonstige Leitungen dem System zugeführt. Eine Vakuumanlage 67 kann optional vorhanden sein und einen Vakuum-Stuffer 68. Ferner ist der Antrieb 69 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 70 des RingExtruders 59 gezeigt.
Grundsätzlich gewährleistet die modulare Bauform des Extruderzylinders sowie der Schneckengeometrien ein Maximum an Flexibilität hinsichtlich der Materialzugabestellen. Feststoffe unterschiedlichster Partikelgröße und -form oder auch Materialmischungen werden dem Prozessraum als Schüttgut gemeinsam oder getrennt über das Einzugsgehäuse, in der modularen Anordnung das erste Gehäuse des RingExtruders, zugeführt. Ergänzend oder alternativ kann Material auch über ein am Einzugsgehäuse installiertes und/oder ein seitlich positioniertes Anbauaggregat an einem der weiter stromab angeordneten Gehäuse zugeführt werden.
Zum Einsatz kommen je nach Materialbeschaffenheit und Prozessanforderung Aggregate wie Einwellenextruder, Doppelwellenextruder oder Zahnradpumpen (9, 10 und 11). Dabei ist die Anbauposition auf der linken oder rechten Seite frei wählbar. Es besteht sogar die Möglichkeit, zwei gegenüber liegende Zuführaggregate an einem Extrudergehäuse zu betreiben. Dabei kann je nach System eine gravimetrische oder eine volumetrische Dosierung bzw. auch eine Kombination beider Systeme eingesetzt werden. Die Steuerung des RingExtruders, RingExtruder-Control, ermöglicht ein unkompliziertes Handling auch komplexer Dosierungsprozesse an einem Panel (11) oder einem zentralen Prozessleitsystem und bietet weitreichende Möglichkeiten der Rezepturverwaltung sowie automatisierter Anfahrprozeduren.
10: zeigt einen exemplarischen Anbau eines Einwellenextruders als Co-Extruder 71, 105, 710 an den RingExtruder 59 für die Zuführung von Endlos-Gummistreifen im Rahmen der kontinuierlichen Gummiaufbereitung.
Dieser Co-Extruder, der als Ein- oder Mehrschneckenextruder ausgestaltet sein kann, dient der seitlichen Materialzuführung in den RingExtruder. Er wird in der vorliegenden Darstellung, insbesondere was die Ausführungsformen gemäß 20–25 anbelangt, auch als Seitenextruder bezeichnet.
Zu erkennen sind ferner u. a. die Ring-Schneckenwellen 1 sowie der Austrag mit Düse 114. Zu erkennen ist ferner der aus Motor, Sicherheitskupplung und Getriebe zusammengesetzte Antrieb 69. Weiterhin verfügt die Anlage über zwei SideFeeder 66, 107. Ferner weist sie zwei Vakuum-Stuffer 68 auf.
11: zeigt ein Ausführungsbeispiel einer RingExtruder-Control-Einheit mit Bedienoberfläche der RingExtruder-Steuerung.
Die Steuerung lässt die Panels für die Vakuum-Stuffer 68 erkennen. Die Anlage verfügt über drei gravimetrische Feststoffdosierungsvorrichtungen 102, die wenigstens zwei SideFeeder 66, 107 mit Stoff versorgen. Die gravimetrische Flüssigdosierungsvorrichtung trägt die Ziffer 103. Die Fasspresse ist als Tandem-Fasspresse mit den Einzelpressen 81, 82 ausgestaltet. Die Gummistreifenvorlagevorrichtung 112 bestückt den Co-Extruder 71, der als Fördereinrichtung 106 eine Zahnradpumpe aufweist, und an den RingExtruder 59 angeschlossen ist. Ferner verfügt die Anlage über einen Metallabscheider 100. Der Antrieb 69 verfügt über ein Leistungsteilungsgetriebe 70. Am linken Ende des RingExtruders 59 ist der Austrag mit Düse 114 erkennbar.
Hoch- und mittelviskose Materialien wie zum Beispiel Gummi-Masterbatche oder polymergebundene Chemikalienkonzentrate können dem RingExtruder 59 mit Hilfe eines einwelligen Gummiextruders 71 zugeführt werden. Dabei kann die Zugabepositon ebenfalls entsprechend den Prozessanforderungen entweder am Einzugsgehäuse oder weiter stromab gewählt werden.
Diese Co-Extruder 71 genannte Vorrichtung unterscheidet sich dabei prinzipiell von den oben dargestellten und in 9 gezeigten SideFeedern 66, 107. Die Funktion von SideFeedern ist es prinzipiell, optional weitere Additive oder weitere Füllstoffe aufzunehmen und dem eigentlichen Extruder zur Verarbeitung zuzuführen. In diesen SideFeedern erfolgt regelmäßig keine Bearbeitung oder Verarbeitung dieser zugeführten Stoffe; allenfalls wird eine Verdichtung der Stoffe vorgenommen.
Bei der vorliegenden Erfindung übernimmt der Co-Extruder jedoch die Aufgabe eines Vorverarbeitungsgerätes. Seine Wirkungsweise geht über die einer reinen Dosierstation hinaus.
Dabei kann der Co-Extruder als Einwellenextruder oder als Mehrwellenextruder ausgestaltet werden.
In den Co-Extruder können beispielsweise Endlos-Gummistreifen eingeführt werden.
Nach der Einführung des zu verarbeitenden Materials, also etwa in der Form von Polymeren, Kautschuk, Füllstoffen, Endlos-Gummistreifen etc. findet eine Be- und Verarbeitung dieses Materials statt. Dieses Merkmal wird nachfolgend auch vereinfachend und zusammenfassend als Gummimaterial bezeichnet. Dieses Material wird mastiziert und dann an den eigentlichen RingExtruder 59 über seitliche Öffnungen 591, 592 an dessen Gehäuse 590 (20–25) weitergeleitet. Dies kann etwa über eine Zahnradpumpe oder direkt in der Weise erfolgen, dass auf diese Weise mastizierte Material in den RingExtruder weiter transportiert wird.
Dadurch erhält der RingExtruder ein bereits vorverarbeitetes Material. Damit sind überraschende Vorteile verbunden. Durch die Nutzung eines solchen Co-Extruders erfolgt eine teilweise Verlagerung des für den Gesamt-Extrusionsprozess notwendigen Drehmoments in den Co-Extruder. Hierdurch wird der RingExtruder drehmomentmäßig entlastet. Dies führt zu einer schnelleren, effektiveren Weiterverarbeitung des in den RingExtruder geleiteten vorverarbeiteten Materials. Dadurch wird insbesondere auch die Durchsatzhöhe verbessert. Ebenso konnte eine deutliche Steigerung in der Produktqualität beobachtet werden.
Durch die Vorverarbeitung des Gummi-Materials erfolgt dessen gleichmäßigere Aufnahme in den RingExtruder, weil es bereits in dem Co-Extruder jedenfalls in erheblichem Umfang plastifiziert wurde. Der Produktstrom, der in den RingExtruder fließt, ist damit gleichmäßiger.
Dies bedeutet, dass gerade die Kombination des Co-Extruders in Verbindung mit dem RingExtruder eine feinere, effizientere, schnellere und mengenmäßig größere Verarbeitung des Gummi-Materials ermöglicht.
Wie dargelegt, kann der Co-Extruder in einem beliebigen Winkel an der Hauptlinie des RingExtruders angeordnet sein. Die Anordnung kann durch Anflanschung, Anschrauben, Verschweißen oder ähnliche Maßnahmen erfolgen.
Gerade durch die Übernahme wesentlicher Verarbeitungsschritte durch den Co-Extruder, also insbesondere der Mastizierung, geht dessen Wirkungsweise weit über die Wirkungsweise üblicher SideFeeder hinaus, die letztlich auf Dosierungsfunktionen beschränkt sind. Der RingExtruder erhält nicht lediglich, etwa wie durch einen SideFeeder oder ein sonstiges Aufnahmeteil, Material zugeführt, sondern bereits vorverarbeitetes Material. Dadurch, dass das Mastizieren und damit Plastifizieren des zu verarbeitenden Materials zumindest teilweise in den Co-Extruder verlagert wird, wird der RingExtruder in seiner Arbeitsweise deutlich beeinflusst. Er erhält dadurch im Ergebnis mehr Verfahrenslänge und hat damit mehr Möglichkeiten, die weiteren notwendigen Prozessschritte durchzuführen, also etwa die weitere Mischung des Produktes. Er benötigt weniger Drehmoment. Die Temperatur kann in dem RingExtruder niedriger ausfallen, was die Verarbeitung des Gummi-Materials erheblich erleichtert. Eine Durchsatzsteigerung ist ebenfalls in erheblichem Umfange gegeben.
Die erfindungsgemäßen Vorteile treten bereits ein, wenn der Mastizierungsprozess begonnen wurde. Eine weitgehende oder vollständige Mastizierung kann zwar Vorteile haben. Eine beginnende Mastizierung trägt aber bereits wesentlich zu den erwähnten Vorteilen bei.
Damit unterscheidet sich diese Lösung auch etwa von insbesondere hintereinander geschalteten Hauptextrudern, wobei man diese Lösung als Kaskadenlösung bezeichnen kann. Bei dieser Kaskadenlösung findet die Verarbeitung des Materials im jeweiligen Extruder statt. Dieser Hauptextruder muss über die notwendigen Drehmoment-Kräfte verfügen, er muss erhebliche Temperaturen aufnehmen können, was zu einer vorzeitigen Materialermüdung führen kann. Dieser Verfahrensgang wird nicht dadurch beeinflusst, dass mehrere Extruder hintereinander geschaltet sind. Alle Extruder müssen insoweit dieselben hohen Parameter erfüllen können. Vor allen Dingen erfolgt dabei der Weitertransport von dem ersten Extruder in den nachfolgenden Extruder regelmäßig ohne Druckbeaufschlagung, d. h. es tritt durch diesen hintereinander geschalteten Verfahrensprozess eher eine Verlangsamung der Extrusions-Verfahrensdurchführung statt.
Bei dem erfindungsgemäßen Co-Extruder kann jedoch vorzugsweise eine Druckbeaufschlagung stattfinden.
Der Co-Extruder kann, wie dargestellt, ein Einwellenextruder oder Mehrwellenextruder sein. Die Wahl des richtigen Extruders wird dabei nach den durchzuführenden Verfahrensparametern getroffen werden. In den meisten Fällen wird der Einsatz eines Einwellenextruders ausweichend sein, der insoweit das technisch weniger aufwendige Gerät darstellt. Damit ist ein Einwellenextruder auch kostengünstiger. Durch seine Kanaltiefe hat er sogar verfahrensmäßig günstige Parameter, wenn es insbesondere um den Einzug vom Gummi-Materialstreifen oder dergleichen geht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann erreicht werden, wenn der Co-Extruder zum Beispiel von einer Speisewalze 111 (nicht gezeigt) mit dem zu verarbeitenden Material gespeist wird. Diese Speisewalze kann an dem Co-Extruder in räumlich geeigneter Weise angebaut werden und etwa endlos Gummistreifen kontinuierlich in den Co-Extruder schieben.
Durch Anordnung mehrerer dieser Apparaturen kann eine Prozessunterbrechung vermieden werden, wenn das zu verarbeitende Gut, das für einen Co-Extruder vorgesehen ist, aufgearbeitet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung mit einer Drucküberwachungs-Einrichtung versehen sein, die vorzugsweise an einer Übergabestelle des Materials angeordnet ist.
In den Co-Extruder kann neben den vorerwähnten Gummistreifen, vorzugsweise Endlos-Gummistreifen auch rieselfähiges Gut oder etwa gehacktes Gut eingegeben werden.
Es können Materialstreifen, Felle, Schnüre, Bänder oder -Profile unterschiedlicher Querschnitte und Längen sowie Endlosmaterialien verarbeitet werden.
Zur Optimierung des Einzugs solcher Materialstreifen kann ergänzend im Einzugstrichter des Einschneckenextruders eine Speisewalze eingesetzt werden.
Das Material wird im Co-Extruder 71, 105, 710 mastiziert und über einen speziellen, an die Seitenöffnung 591, 592 des RingExtruders 59 angebundenen, Adapter 72, 720, 721 (nicht gezeigt) in den Prozessraum des RingExtruders eingetragen. Ein bis max. 500 bar auslegbarer Druckaufnehmer im Adapter dient als Signalgeber einer integrierten Notabschaltung des Seitenaggregats bei zu hohem Druck. Um eine gleichmäßige volumetrische Dosierung zu erzielen, kann zwischen Austrag des Seitenextruders 71, 105, 710 und Adapter 72, 720, 721 am RingExtruder-Gehäuse 590 eine Zahnradpumpe integriert werden. Dabei wird der Durchsatz durch die eingestellte Pumpendrehzahl vorgegeben, und die Drehzahl des Gummiextruders wird derart geregelt, dass ein vorgewählter Massedruck am Einlauf der Zahnradpumpe erreicht wird.
Die Dosierung von Flüssigkeiten oder Suspensionen kann mittels volumetrisch oder gravimetrisch angesteuerter Pumpen unterschiedlichster Bauart oder mittels Fasspressen realisiert werden.
Selbstverständlich können mehrere Flüssigkeitszufuhren an unterschiedlichen Positionen des Verfahrensteils gleichzeitig betrieben werden (12).
Die in 12 gezeigte Anlage 73 eines Ausführungsbeispiels zur kontinuierlichen Aufbereitung von Gummimaterial zeigt dabei einen RingExtruder 59 mit Antrieb 69 und Leistungsverzweigungsgetriebe 70. Die Anlage 73 wird dabei von der Steuerung 74 entweder zentral gesteuert. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Bestandteile dezentral zu steuern. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 70 umfasst die ringförmig angeordneten Schneckenwellen 1. Weiter weist die Anlage die Feststoffdosierungsvorrichtung 75 auf. Der Feedercontroller 76 ist eine Steuereinheit für die Dosierung von zugegebenen Stoffen. Die gezeigte Anlage verfügt in diesem Ausführungsbeispiel über drei Flüssigdosierungsvorrichtungen 77, 78, 79.
Des Weiteren verfügt die Anlage 73 über eine Tandem-Fasspresse 80, die aus ihren einzelnen Fasspressen 81 und 82 gebildet wird.
Der RingExtruder 59 weist an verschiedenen Bereichen seines Prozessraums Einspritzventile 83, 84, 85, 86 auf, die die Zufuhr, insbesondere Menge, Durchsatz der hinzuzugebenden Flüssigkeiten bzw. pastösen Materialien bewerkstelligen.
Fasspressen in der Ausgestaltung von Fassschmelzanlagen ermöglichen ferner das Aufschmelzen niedrig schmelzender Komponenten wie z. B. Wachse oder Fette oder das Erwärmen schlecht fließfähiger Flüssigkeiten oder Suspensionen zur Reduzierung der Viskosität.
Bei entsprechender Auslegung können solche Materialien auch mit beheizbaren Pumpen dosiert werden, wenn sie in einem vorgeschalteten Prozessschritt aufgeschmolzen oder erwärmt wurden. Temperierbare Vorlagebehälter und Rohrleitungen bzw. Schläuche sorgen für die notwendige Temperaturkonstanz und Betriebssicherheit.
Sowohl für Fasspressen als auch Fassschmelzanlagen stehen Tandemgeräte zur Verfügung, um eine langzeitkonstante, unterbrechungsfreie Dosierung realisieren zu können.
Sie können ferner mit nachgeschalteten Zahnradpumpen kombiniert werden, die die Flüssigkeiten bzw. Suspensionen mit verbesserter Dosiergenauigkeit in den Extruder dosieren. Auch hier werden die zugeführten Volumenströme durch Wahl der Pumpendrehzahl vorgegeben und die Fasspressen bzw. -schmelzanlagen regeln einen konstanten Pumpenvordruck ein.
Selbstverständlich sind solche Anordnungen beliebig mit Durchflussmessgeräten sowie statischen oder dynamischen Mischeinrichtungen kombinierbar.
Außerdem besteht die Möglichkeit, die Aggregate zur Beschickung einer Dosierstation zu verwenden, wenn eine Flüssigkeit oder Suspension auf mehrere Einspritzstellen am RingExtruder verteilt werden soll. Dabei beschickt eine Presse zwei oder mehrere Zahnradpumpen, die das Material in definierter Mengenaufteilung an unterschiedlichen Stellen in den RingExtruder einspritzen.
Die vorerwähnte Fasspresse ist dabei vorzugsweise so aufgebaut, dass sie über einen Stempel 87 (nicht gezeigt) verfügt, der von einer Aufnahmeeinrichtung, zum Beispisel einem Fass, aufgenommen wird. In dieser Aufnahmevorrichtung wird im Rahmen des Extrusions-Verfahrens einzusetzendes Gut eingebracht. Es kann sich hierbei etwa um eine Flüssigkeit oder eine pastöse Masse handeln. Der Stempel ist beweglich ausgestaltet und verdichtet mit einer kontrollierbaren Geschwindigkeit.
Durch diese Maßnahme wird das Gut in ein Rohr oder etwa in einen Schlauch hineingedrückt. Auf dieser Art und Weise wird aus der Aufnahmevorrichtung das Gut ausgetragen und gleichzeitig weitertransportiert. Der Transport kann zu dem RingExtruder erfolgen. Das Gut kann aber auch dann direkt in den RingExtruder hineingedrückt werden.
Vorzugsweise kann die Fasspresse als Fasschmelzanlage ausgestaltet sein. Dabei ist besonders vorzugsweise der Stempel beheizbar, der auch sehr schlecht fließfähige Materialien erwärmen, Feststoffe aufschmelzen kann, so dass sie flüssig werden und dann leichter verdichtet werden können.
In besonderem Maße vorteilhaft ist, wenn Fasspressen als Tandemgeräte ausgeführt werden. Diese weisen dann zwei Stempel auf. Ist eine Vornahmevorrichtung aufgrund des Verarbeitungsvorgangs leer, so müsste ansonsten der Prozess unterbrochen werden und eine neue Fasspresse installiert werden. Bei einer Tandemvorrichtung ist dies nicht notwendig. Der Gesamtprozess muss nicht unterbrochen werden.
Die Ausgestaltung einer Tandempresse kann dabei so erfolgen, dass der eine Stempel dann anfährt, wenn auf der anderen Seite die Aufnahmevorrichtung leer ist.
Eine Tandem-Fassanlage ist damit besonders geeignet für eine volumetrische Flüssigdosierung.
Die Fassschmelze kann vorzugsweise mit einer oder mehrerer Zahnradpumpen verbunden werden. Die Presse schiebt dabei diese eine oder mehrere Zahnradpumpen. Die eine oder mehrere Zahnradpumpen laufen mit konstanter Drehzahl, was dafür sorgt, dass der Volumenstrom konstant ist. Die Fasspresse regelt damit den Vordruck dieser einen oder mehreren Zahnradpumpen.
Es ist aber auch möglich, dass die Fasspresse eine Dosierstation beschickt, dass also aus der Fasspresse eine oder mehrere Zahnradpumpen mit entsprechendem Durchsatz laufen und das weiter zu transportierende Gut an einer oder an unterschiedlichen Stellen den RingExtruder mittelbar oder unmittelbar zuführen.
Der Eintrag der Flüssigkeiten oder Suspensionen in den RingExtruder erfolgt über Gehäusebohrungen mit entsprechender Anschlussgeometrie. Alternativ können die Verschlussstopfen für SideFeeder- oder Stufferöffnungen mit entsprechenden Einspritzbohrungen versehen werden. Dies bietet zusätzliche Flexibilität, da die Stopfen je nach Auslegung des Extruderaufbaus, an unterschiedlichen Stellen positioniert werden können. Abhängig von der Art und Menge der Zuschlagstoffe sowie der Schneckenkonfiguration erfolgt die Einspritzung über rohrförmige Anschlusshülsen oder spezielle Einspritzventile (12).
Analog stehen Dosierungssysteme mit Massedurchflussregelung und entsprechende Einspritzventile für die Injektion von Gasen – auch in überkritischem Zustand – zur Verfügung und können in die Steuerung des RingExtruders eingebunden werden. Typische Anwendungsfälle sind beispielsweise die Schaumextrusion oder die Optimierung von Entgasungsprozessen durch Strippen. Dabei werden im Extruder inerte Gase und/oder bei den Entgasungsbedingungen verdampfbare Flüssigkeiten homogen in das zu verarbeitende Material eingemischt. Beim Übertritt in die Entgasungszone führt das Gas und/oder die verdampfende Flüssigkeit zur Schaumbildung. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Materials extrem vergrößert und die Diffusionswege der zu entgasenden, flüchtigen Komponenten an die Materialoberfläche erheblich verkürzt. Dies steigert die Effizienz der anschließenden atmosphärischen oder unter Vakuum durchgeführten Entgasung enorm.
13: zeigt ein Entgasungsgehäuse 87 mit einer Anschlussöffnung 88 für einen Vakuumdom.
Die Abfuhr der zu entgasenden Substanzen sowie der Stripping-Mittel erfolgt über eine große, oben liegende Gehäuseöffnung, an die bei Bedarf ein Vakuumdom angeschlossen werden kann (Domgehäuse 89, 14).
14: zeigt eine installierte Baugruppe eines Domgehäuses 89 für atmosphärische Entlüftung oder Vakuumentgasung.
Alternativ können Stuffer verwendet werden. Dabei handelt es sich um kompakte, Bleich- oder gegensinnig laufende Doppelschnecken-Aggregate, die die Aufgabe erfüllen, die Gehäuseöffnung frei zu halten und das Austreten von Produkt aus der Entgasungsöffnung zu verhindern. Es können bis zu drei Stuffer an beiden Seiten sowie oben am selben Gehäusemodul angeschlossen werden. Weiterhin können natürlich auch mehrere Stuffer an unterschiedlichen Extrudergehäusen betrieben und bei Bedarf mit den Dom-Entgasungsgehäusen kombiniert werden. Ferner kann die Entgasung mehrstufig aufgebaut sein, wobei einzelne Abschnitte bei unterschiedlichen Unterdrücken oder auch atmosphärisch betrieben werden können. Abstaubereiche innerhalb der Schneckenkonfiguration sorgen dabei für die notwendige Abdichtung zwischen einzelnen Entgasungsabschnitten.
Der Austrag des Extrudats erfolgt je nach Prozessanforderung, Viskosität, Materialbeschaffenheit, -temperatur und Anbindung an nachgelagerte Systeme über Düsenplatten mit prozessorientiertem Design der Öffnungen (15). Beispiele hierfür sind Breitschlitzdüsen, Schlauchschlitzdüsen (16), oder für Flüssigkeiten Austragsrohre mit Mehr-Wegeventilen (17). Die Schlauchschlitzdüse lässt die Schlitzvorrichtung 90 sowie den Austrittsbereich 91 für austretendes, schlauchförmiges Material erkennen.
17: lässt das Ende 92 des RingExtruders erkennen. Ferner ist der rohrförmige Austrag 93 für leichtfließfähige Produkte zu erkennen.
Bei Austragsvarianten mit erhöhtem Druckbedarf und/oder zur Sicherstellung eines hochgradig konstanten Ausstoßes kann der Austragsdüse außerdem eine Zahnradpumpe vorgeschaltet werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Filtration (Strainer) des Produktes vor der Düse realisiert oder ein statischer Mischer integriert werden. Ebenfalls realisierbar ist die Direktextrusion zu Halbzeugen oder Fertigteilen unterschiedlicher Geometrien. Andererseits kann das Extrudat auch ohne Formgebung als mehr oder minder zusammenhängende Masse oder Krümel über einen freien Austrag ohne Düsen-Rückdruck (18) verarbeitet werden, z. B. zur Beschickung nachgeschalteter Aggregate wie Extruder, Kalander oder Walzwerke.
Zum Zweck der Prozesskontrolle sowie der Qualitätsüberwachung können diverse Sensoren installiert werden, die Aufschluss über unterschiedliche Eigenschaften des extrudierten Produktes liefern. Diese Sensoren können an unterschiedlichen Positionen entlang des Extrudergehäuses installiert werden. Alternativ oder zusätzlich können sie jedoch auch im Austragsbereich des Extruders und/oder hinter möglicherweise nachgeschalteten Zusatzaggregaten wie Zahnradpumpe oder Strainer sowie in der Extrusionsdüse selbst platziert werden.
Außerdem können die Messungen auch außerhalb des Extrusionssystems nach dem Produktaustritt aus der Düse erfolgen. Die Messungen werden bevorzugt im eigentlichen Materialfluss des Extruders durchgeführt, so dass die Eigenschaften der gesamten Produktmenge erfasst werden. Alternativ kann an den vorstehend genannten Positionen des Extrusionssytems ein geringer Anteil des extrudierten Materials abgezweigt und den Sensoren zugeführt werden. In diesem Fall wird lediglich ein Teilstrom des extrudierten Produktes messtechnisch erfasst.
Bei den Sensoren kann es sich um Druck-, Temperatur- oder Viskositätsmessgeräte, Raman-Infrarot- oder Ultraviolett-Spektrometer oder auch Ultraschallmessgeräte handeln. Ebenso kommen bildgebende Messsysteme wie Infrarotkameras oder Mikroskope mit automatischer Bildverarbeitung und Datenauswertung in Frage. Die Aufzählung ist nur beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich gemeint.
Ergänzend können die durch die Sensoren erfassten und gegebenenfalls ausgewerteten Messdaten genutzt werden, um Einfluss auf die Betriebsbedingungen des Extrusionssystems zu nehmen. Diese Aufgabe kann ferner in die Extrudersteuerung implementiert werden. Daraus resultiert ein Extrusionssystem, das seine Betriebsbedingungen selbstständig und vollautomatisch regelt, um die vordefinierten Produkteigenschaften langzeitkonstant trotz etwaiger Störeinflüsse von außen, wie zum Beispiel Schwankungen der Rohstoffeigenschaften, sicherzustellen.
In 18 ist der zentrale Kern 92, also der Innenteil des Extruder-gehäuses gezeigt. Ferner sind die Schneckenwellen 1 erkennbar.
Anhand der beschriebenen Verfahrensoptionen wird deutlich, dass der RingExtruder zu einer komplexen Aufbereitungsanlage für die kontinuierliche Herstellung von Gummimischungen ausgebaut werden kann. Die hierfür bei Bedarf zur Verfügung stehende Flexibilität ist einzigartig.
Zusammenfassend stellt die 19 eine Auswahl der aufgezeigten Variationsmöglichkeiten schematisch dar, die in der Realität in nahezu uneingeschränkten Kombinationen umgesetzt werden können.
19: zeigt eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Gummi-Aufbereitungsanlage 110 mit dem RingExtruder 59 zur Veranschaulichung diverser Peripherieoptionen. Der RingExtruder 59 weist einen Antrieb 69 und ein Leistungsverzweigungsgetriebe 70 auf. Zu erkennen sind auch die Schneckenwellen 1.
Der Antrieb 69 weist dabei Antriebswellen auf, die mit den Wellen koaxial drehfest verbunden sind. Jede Antriebswelle weist ein Ritzel auf. Die Antriebsritzel kämmen mit einem auf einer zentralen Antriebswelle vorgesehenen, außenverzahnten Antriebsrad. Das Drehmoment jedes Antriebsritzels wird über das zentrale außen verzahnte Antriebsrad anteilig und über das umfassende innverzahnte Hohlrad je zur Hälfte eingeleitet. Insoweit wird zur weiteren Beschreibung des Antriebs 69 auf die deutsche Anmeldung DE 103 15 200 A1 verwiesen, die durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Offenbarung wird. Selbiges gilt auch für das in DE 10 2008 022 421 A1 im einzelnen beschriebene Extrudergetriebe.
Zu sehen ist eine Extruderanlage, die umfasst einen RingExtruder 59. Weiterhin weist sie eine Kautschukballen-Aufgabe-Vorrichtung 93 auf. Ebenso kann ein Ballenspalter 94 vorgesehen sein. Die auf diese Weise zerkleinerten Ballen werden dann einer Mühle 95 zugeführt. Bei der Weiterverarbeitung erfolgt eine Trennmitteldosierung über eine Trennmitteldosierungsvorrichtung 96. Zusätzlich kann insoweit eine Trennmittel-Rückführungs-Vorrichtung 97 vorgesehen sein, soweit das oder die Trennmittel nicht vollständig aufgebraucht werden.
Ferner kann die Anlage über ein Gebläse 98 und über einen Zyklon 99 verfügen, mittels derer das bis dahin verarbeitete Gut dem weiteren Verfahrensabschnitt zugeführt werden. Hierbei kann das Gut einen Metallabscheider 100 durchlaufen. Es tritt dabei in einen Rührwerk-Vorlagebehälter 101 ein, an den eine Vorrichtung zur gravimetrischen Feststoffdosierung 102 angeschlossen sein kann.
Eine Vorrichtung zur gravimetrischen Flüssigdosierung 103 kann ebenso vorgesehen sein wie ein oder mehrere Einspritzventile 83, 84. Die Anlage weist vorzugsweise eine Tandem-Fassschmelzanlage 80, 81, 82 für eine volumetrische Dosierung des einzugebenden Gutes, insbesondere für eine volumetrische Flüssigdosierung auf.
Die Extrusionsanlage verfügt vorzugsweise über eine Gummistreifenvorlage 112, die einen oder mehrere Co-Extruder 71, 105 vorzugsweise mit einem streifenförmigen Gummimaterial bestückt. Der Co-Extruder ist dabei vorzugsweise ein Einschneckenextruder und kann über eine zusätzliche Fördereinrichtung, insbesondere eine Zahnradpumpe 106 für eine Streifendosierung verfügen. Der Extruder 59 weist vorzugsweise einen Einzugstrichter 109 auf. Der Co-Extruder 71, 105 weist vorzugsweise jeweils einen Einzugstrichter 115, 116 auf.
Zusätzlich kann die Anlage eine oder mehrere SideFeeder 66, 107 aufweisen, bei dem optional Hilfsstoffe oder Zuschlagstoffe dem Verfahrensprozess zugeführt werden.
Vorzugsweise ist eine Dosierstation 113 für (überkritische) Gase mit Massedurchflussregelung vorgesehen.
Ein Stuffer 68 für atmosphärische Entlüftung oder Vakuumentgasung ist ebenfalls eine bevorzugte Vorrichtung der Anlage. Des Weiteren kann die Anlage über eine Vakuumpumpe 108 bzw. über eine Düse/Ein-Austragswerkzeug verfügen.
Im Folgenden sollen zusammenfassend die im baulichen Zusammenhang mit einem Ein- oder Mehrwellenextruder als seitliche Zuführung stehenden Baugruppen unter besonderer Berücksichtigung des Adaptergehäuses, der Kühlwasseranschlüsse, der Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzeinsätze, der Seitenextrudergehäuse erörtert werden, wie sie in den 20–25 dargestellt sind. Insoweit wird ergänzend auf die obigen Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung und in der Beschreibung der 5–8 und zu den dort gezeigten Bauteilen Bezug genommen.
Die Kühlwasseranschlüsse 480, 481, 482 sind in den 20, 21, 22, 23 an drei Bauteilen angeordnet, nämlich an dem Adaptergehäuse 720, 721, an dem Seitenextruder-Gehäuse 790 sowie an der sog. Getriebelaterne 705.
Das Adaptergehäuse 720, 721 verbindet das Seitenextrudergehäuse 790 mit dem RingExtruder-Gehäuse 590.
Gezeigt sind mit den Bezugsziffern 480, 481 sowie 482 die Zu- und Abführungen für das Kühlwasser. Das Kühlwasser kann beispielsweise in Rohren geführt sein, aber auch als planes, flaches oder zylinderförmiges Gehäuse etwa um das Seitenextrudergehäuse 790 geführt sein. In diesem Fall würde das Extrudergehäuse nicht über Kühlkanäle verfügen sondern über eine wasserdurchflossene Kühlschale, die etwa als metallisches Bauteil ausgestaltet ist, und die aufgrund Wasserdurchflusses zu einem Kühleffekt beiträgt. Statt Wasser kann auch jegliches andere geeignete Fluid verwendet werden. Statt eines Metallgehäuses kann auch ein anderer geeigneter Werkstoff verwendet werden.
Die Anbringung etwa der Kühlkanäle oder der Kühlschale an den Bauteilen kann je nach Aufbau der Bauteile variieren. Zum Beispiel ist die Anbringung mittels Anflanschung möglich. Die Kühlschale kann etwa ihrerseits Kühlbohrungen oder einen oder mehrere sonstige Hohlräume aufweisen, durch die das Kühlmedium hindurchgeht. Vorzugsweise ist eine kontaktierende Anordnung der Kühlbohrungen bzw. der Kühlschale an dem betreffenden Bauteil vorgesehen, um einen vorteilhaften Kühlaustausch bzw. Wärmeaustausch zu bewerkstelligen.
Aus den Figurendarstellungen ergibt sich des Weiteren dass das Adaptergehäuse 720, 721 über derartige Kühlbohrungen mit Wasser gekühlt ist. Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass auch das Adaptergehäuse, ebenso wie die Getriebelaterne 705 je nach konstruktiver Ausgestaltung über vorerwähnte fluiddurchflossene Kühlschalen verfügen können.
Die Schnecken des Seitenextruders sind über eine Kühlbohrung ihrerseits mit einem Kühlmedium, z. B. Wasser, kühlbar. Die Kühlbohrung der Schnecken ist dabei vorzugsweise innerhalb derselben angeordnet (nicht gezeigt).
In einer weiteren Ausgestaltung können die Schnecken des Seitenextruders mittels einer Heat pipe temperiert werden.
Wie in den 20, 21, 22, 23 gezeigt, wird auch die Getriebelaterne 705 des Seitenextruders 710 mittels Kühlbohrungen, durch die geeignetes Kühlmedium, z. B. Wasser, fließt, gekühlt. Die diesbezüglichen Kühlwasseranschlüsse sind mit der Bezugsziffer 482 versehen.
Die 20, 21 zeigen eine Variante der Verbindung des Adaptergehäuses mit dem RingExtruder-Gehäuse. Dies ist die plane Ausgestaltung, d. h. das Adaptergehäuse 720 wird plan an dem RingExtruder-Gehäuse 590 angebracht, z. B. angeflanscht. Das Adaptergehäuse liegt also jedenfalls bereichsweise flächig an dem RingExtruder-Gehäuse 590 an und die Extruderwellen ragen in das Ring-Extruder-Gehäuse 590 hinein. Die Stirnfläche des Adaptergehäuses und die Fläche, die die seitliche Öffnung des RingExtruder-Gehäuses 590 bildet, sind also ineinander unmittelbar oder mittelbar in Kontakt. Mittelbar bedeutet, dass selbstverständlich geeignete Abdichtungen oder dergleichen zwischengeschaltet sein können. Insbesondere kommt ein elastomeres Material hierfür in Betracht. Bei der planen Ausgestaltung des Adaptergehäuses 720 werden also die Wellen der Schnecke, soweit sie aus den Seitenextruder-Gehäuse 790 samt Adaptergerhäuse 720 herausragen, von dem Material des RingExtruder-Gehäuses 590 umgeben. Die seitliche Öffnung des RingExtruder-Gehäuses 590 umfasst, umgreift, umschließt oder dergleichen also die Wellen des Seitenextruders. Diese konstruktive Ausgestaltung wird vereinheitlichend mit dem Begriff „umfassen” beschrieben. Insoweit ist der Montagezustand beschrieben.
Eine andere Variante der Verbindung des Seitenextruders 710 (Co-Extruder) mit dem RingExtruder-Gehäuse 590 ist in den 22 und 23 gezeigt. Dort wird das Adaptergehäuse 720 nicht plan angeflanscht sondern das Adaptergehäuse 721 wird im Montagezustand in die seitliche Gehäuseöffnung 592 des RingExtruder-Gehäuses 590 hineingeführt, ragt also in dessen Öffnung hinein. Zu diesem Zweck weist das Adaptergehäuse 721 einen entsprechend ausgestalteten Vorsatz, Appendix oder dergleichen auf, der an dem Adaptergehäuse angeordnet ist. Dieser Vorsatz, Appendix umfasst die Schnecken des Seitenextruders 710 bis zu deren Schneckenende. Der Vorsatz, Appendix kann gewünschtenfalls aus einem geeigneten korrosionsvermeidenden Material bestehen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die seitliche Öffnung ebenfalls korrosionsgeschützt ist.
Im Montagezustand sind bei dieser Variante also die Schnecken des Seitenextruders 710 werkstoffmäßig nicht von dem Material des RingExtruder-Gehäuses 590 umfasst sondern von dem Material des Adapters 721.
Aus den 24 und 25 wird deutlich, dass die seitliche Öffnung 591, 592 des RingExtruder-Gehäuses 590, an dem der Seitenextruder 710 mittels eines Adaptergehäuses 720, 721 angebracht ist, einen Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzeinsatz 500, 510 aufweist. Dabei soll die Bezugsziffer 510 für die Ausgestaltung dieses Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzeinsatzes als Inliner verwendet werden, während die Bezugsziffer 500 für einen Verschleiss- und/oder Korrosiionsschutzseinsatz in einer dünnwandigen Ausgestaltung mithin als Thinliner steht (24, 25).
Bei diesem Inliner bzw. Thinliner handelt es sich also um einen zusätzlichen Einsatz, der in die seitliche Öffnung 591, 592 des RingExtruder-Gehäuses 590 hineinragt, also ein zusätzliches Bauteil im Vergleich zu dem Inliner 47 bzw. Thinliner 50 des eigentlichen Hauptextruders darstellt, wie er oben beschrieben ist.
Dem Inliner 510 bzw. dem Thinliner 500 kommt dabei im Prinzip dieselbe Funktion und Wirkweise wie dem Inliner 47 bzw. Thinliner 50 des Hauptextruders zu, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird, die sinngemäß auch für diesen seitlichen Einsatz jeweils gelten.
Die Ausgestaltung bzw. Kontur des Inliners 510 oder des Thinliners 500 folgt dabei der seitlichen Innenkontur des RingExtruder-Gehäuses 590, in die dieser Verschleiss- und/oder Korrosionsschutz vorzugsweise in passgenauer Anordnung eingeführt wird.
Statt eines vorbeschriebenen Inliners 510 oder Thinliners 500 kann die seitliche Gehäuseöffnung 591 des RingExtruders-Gehäuses 590, an dem der Seitenextruder 710 angebracht, etwa angeflanscht wird, eine Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzschicht an der inneren Gehäuseoberfläche aufweisen, die durch ein heissisostatisches Pressverfahren hergestellt wird. Die Schicht wird also z. B. mittels eines metallurgischen Pulvers gebildet, z. B. mittels einer Pulverbeschichtung. Aufgrund eines solchen Auftragens ist diese Ausführungsform in den Figuren nicht gezeigt.
Bei der Gesamtanordnung ist es möglich, dass etwa das RingExtruder-Gehäuse 590 oder die Gehäuse des Seitenextruders 710, des Adapters 720, 721, der Getriebelaterne 705 oder weitere Bauteile mit einer Korrosionsschutzschicht umgeben sind. Diese Korrosionsschutzschicht wird auf den äußeren Oberflächen dieser Bauteile aufgebracht und kann z. B. mit dem Ionit OX-Verfahren aufgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 862668 [0060]
AT 608/2012-1 AA [0066]
DE 102008016862 A1 [0070]
DE 202014002902 U [0090]
DE 10315200 A1 [0165]
DE 102008022421 A1 [0165]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

F. Röthemeyer, Kautschuk Technologie: Werkstoffe, Verarbeitung, Produkte, Carl Hanser Verlag (2. überarbeitete Auflage, 2006), 413 [0002]

Claims

Mehrwellenextruder, insbesondere RingExtruder (59) zur kontinuierlichen Aufbereitung von Gummimaterial mit wenigstens sechs in einem Kreis in einem Extrudergehäuse (3, 590) angeordneten achsparallelen, gleichsinnig drehenden Schneckenwellen (1) dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrwellenextruder wenigstens einen Co-Extruder (71, 105, 710) aufweist, der an dem Mehrwellenextruder angeordnet ist und dem Mehrwellenextruder Material für die kontinuierliche Gummiaufbereitung zuführt, wobei der Co-Extruder (71, 105, 710) für die Mastizierung geeignet ist.
Mehrwellenextruder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Extruder (71, 105) ein Einwellenextruder- oder Mehrwellenextruder ist.
Mehrwellenextruder nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Extruder (71, 105, 710) am Eingangsgehäuse des Mehrwellenextruders (59) oder weiter stromab angeordnet ist.
Mehrwellenextruder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Extruder (71, 105, 710) zur Aufnahme von Material für die kontinuierliche Gummiaufbereitung in Form von Materialstreifen, Fellen, Schnüren, Bändern oder Profilen unterschiedlicher Querschnitte und Längen sowie Endlosmaterialien geeignet ist.
Mehrwellenextruder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrwellenextruder (59) über eine Seitenöffnung verfügt, an der ein Adapter (720, 721) angeordnet ist, über den das teilweise oder vollständig mastizierte Material (591, 592) für die kontinuierlichen Gummiaufbereitung von dem Co-Extruder (71, 105, 710) dem Mehrwellenextruder zugeführt werden kann.
Mehrwellenextruder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudergehäuse (590) und/oder dessen Schneckenwellen (1) eine Einrichtung zur Kühlung aufweisen.
Vorrichtung zur Einführung von Material für die kontinuierliche Gummiaufbereitung in einen Mehrwellenextruder, insbesondere RingExtruder (59), aufweisend einen Co-Extruder (71, 105, 710), dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Extrudergehäuse (790) und/oder dessen Schneckenwellen eine Einrichtung zur Kühlung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Extrudergehäuse (790) Kühlbohrungen (481) aufweist, die mit einem Kühlmedium befüllt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Extrudergehäuse (790) über eine mit einem Kühlmedium durchflossene Kühlschale verfügt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiter aufweist, einen Adapter (72, 720, 721) zum Anschluss an die Seitenöffnung (591, 592) des Mehrwellenextrudergehäuses (590) des Mehrwellenextruders (59).
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (72, 720, 721) über Kühlbohrungen (480) mit einem Fluidmedium gekühlt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken des Co-Extruders (71, 105, 710) mit einer Heatpipe temperiert werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine Getriebelaterne (705) zur Verbindung zwischen Getriebe und Extrudergehäuse aufweist, und diese über Kühlbohrungen (482) verfügt, die mit einem Kühlmedium befüllt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehrere der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (72, 720) so ausgestaltet ist, dass er plan an das RingExtruder-Gehäuse (590) anflanschbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (72, 721) so ausgestaltet ist, dass sein Stirnseite in die seitliche Öffnung (591, 592) des RingExtruder-Gehäuses (590) hineinragt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Adaptergehäuse (720, 721) eine Dichtung angeordnet werden kann, die an das RingExtruder-Gehäuse (590) anlegbar ist.
Mehrwellenextruder, insbesondere RingExtruder (59) zur kontinuierlichen Aufbereitung von Gummimaterial mit wenigstens 6 in einem Kreis in einem Extrudergehäuse (3, 590) angeordneten achsparallelen, gleichsinnig drehenden Schneckenwellen (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudergehäuse (3, 590) einen Einsatz (50) aufnimmt, dessen Wandstärke zumindest bereichsweise im Verhältnis zum Aussendurchmesser einer Extruderschnecke 7% nicht übersteigt.
Mehrwellenextruder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Einsatzes (50) zumindest bereichsweise 4,5% nicht übersteigt.
Mehrwellenextruder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz als Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzschicht an der inneren Gehäuseoberfläche des RingExtruder-Gehäuses (3, 590) ausgestaltet ist und durch ein heissisostatisches Pressverfahren hergestellt ist.
Mehrwellenextruder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 17–19, dadurch gekennzeichnet, dass das RingExtruder-Gehäuse (3, 590) eine seitliche Öffnung (591, 592) zum Anschluss eines Seitenextruders (71, 105, 710) gegebenenfalls mittels eines Adapters (72, 720, 721) aufweist und die seitliche Öffnung (591, 592) des RingExtruder-Gehäuses (3, 590) einen Verschleiss- und/oder Korrosionsschutzeinsatz in Form eines Inliners (510) oder Thinliners (500) aufweist.
Mehrwellenextruder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 17–20, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Öffnung (591, 592) des RingExtruder-Gehäuses (590) eine Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht an der inneren Gehäuseoberfläche aufweist, die durch ein heissisostatisches Pressverfahren hergestellt ist.
Anlage (73, 110) zur kontinuierlichen Gummiaufbereitung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mehrwellenextruder (59) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–6 umfasst.
Anlage (73, 110) zur kontinuierlichen Gummiaufbereitung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrwellenextruder (59) einen Co-Extruder (71, 105, 710) umfasst.
Anlage (73, 110) zur kontinuierlichen Gummiaufbereitung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Co-Extruder (71, 105, 710) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7–16 ausgestaltet ist.
Anlage (73, 110) zur kontinuierlichen Gummiaufbereitung nach dem Anspruch 22 oder 23 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kautschukballen-Aufgabevorrichtung (93) und/oder einen Ballenspalter (94) und/oder eine Mühle (95) und/oder eine Trennmitteldosierungs-Vorrichtung (96) und/oder eine Trennmittel-Rückführungsvorrichtung (97) und/oder ein Gebläse (98) und/oder einen Zyklon (99) und/oder einen Metallabscheider (100) und/oder einen Rührwerk-Vorlagebehälter (101) und/oder eine gravimetrische Feststoffdosierungsvorrichtung (102) und/oder eine gravimetrische Flüssigdosierungsvorrichtung (103) und/oder wenigstens ein Einspritzventil (83, 84, 85, 86) und/oder wenigstens eine Fasspresse (80, 81, 82) für die volumetrische Flüssigdosierung und/oder eine Gummistreifenvorlage-Vorrichtung (112) und/oder wenigstens einen SideFeeder (66, 107) und/oder Dosierstation (113) für Gase mit Massedurchflussregelung und/oder wenigstens einen Stuffer (68) für atmosphärische Entlüftung oder Vakuumentgasung und/oder eine Vakuumpumpe (108) und/oder eine Düse/ein Austragswerkzeug aufweist.