DE69312246T2 - Verfahren und Apparat zum kontinuierlichen Mischen von Kautschuk - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Mischung von Gummis, mehr im genaueren auf die kontinuierliche Mischung von Gummis.
• In der Gummiindustrie verwendet die bis zur gegenwärtigen Stunde noch weitverbreitete Technik für die Mischung Innenmischer. Diese Technik ist grundlegend diskontinuierlich: um eine vorgegebene Menge einer Gummizusammensetzung herzustellen, wiegt man zunächst die verschiedenen Anteile ab, bevor man diese Zusammensetzung bildet, und bringt dann diese Anteile oder mindestens bestimmte von ihnen in einen Innenmischer ein, der die Dispersion und die mechanische Arbeit sicherstellt, die notwendig sind, um die letztendliche, erhaltene Mischung so homogen wie möglich zu machen. Die Herstellung einer Zusammensetzung, die manchmal auch Mischung genannt ist, kann verschiedene, aufeinanderfolgende Durchgänge in einem Innenmischer oder in verschiedenen Innenmischern erfordern, und kann auch ebenfalls Zylindermischer benutzen.
• Alle hier oben angeführten Tätigkeiten sind ebensoviele unabhängige Tätigkeiten. Die kontinuierliche Arbeit, wenn es sie überhaupt gibt, greift nur im Endstadium der Herstellung in dem Augenblick der Extrusion halbfertiger Produkte ein, beispielsweise einer Lauffläche oder einer Seitenwand, oder einer Füllung, die auf einen Wulstkern aufzulegen ist.
• Der Ersatz diskontinuierlicher Verfahren durch ein kontinuierliches Verfahren war Gegenstand erheblicher Forschungen und bleibt seit langem ein ständiges Ziel für die Weiterverarbeitungsindustrie, soweit die Nachteile diskontinuierlicher Systeme beträchtlich sind. Trotz dessen wurde bis heute, was die Herstellung von Gummizusammensetzungen angeht, kein befriedigendes Verfahren vorgeschlagen. Eine Gummizusammensetzung wird als fertiggestellt angesehen, wenn sie alle die vorgesehenen Anteile enthält, wobei das Vulkanisationssystem umfaßt ist, und wenn die erhaltene Gummimenge unmittelbar in einem Extrusionsschritt oder Abformschritt benutzt werden kann, der von einem Vulkanisationsschritt gefolgt ist.
• Der Mißerfolg von kontinuierlichen Herstellungsverfahren scheint in der Tatsache zu liegen, daß die Mischung von Gummi viel schwieriger ist als die Mischung anderer Materialien, wie etwa von Kunststoff. Die Eigenschaften der letztendlichen Zusammensetzung hängen tatsächlich nicht nur von den Anteilen ab, die in einer Zusammensetzung enthalten sind, sondern in gleicher Weise von der Art und Weise, mit der die Mischung bewirkt wurde, d.h. in Abhängigkeit auch von der mechanischen Arbeit, die aufgebracht wurde, während die Mischung abläuft.
• Bereits bekannte, kontinuierliche Mischverfahren greifen zurück auf die Mischwirkung von Exkursionsschnecken. Zahlreiche Varianten von Schneckenextrudern wurden vorgeschlagen: Extruder mit einer Schnecke, Extruder mit mehreren parellelen oder nicht-parallelen Schnecken, sowie zahlreiche Varianten von Schnecken, für welche eine Vielzahl von Formen mit dem Ziel untersucht wurde, für eine gute Mischwirkung zu sorgen und/oder eine ausreichende mechanische Arbeit.
• Es ist bekannt, daß für eine Gummimischung die Dosierung der verschiedenen Grundanteile sehr genau sein muß. Diese genaue Dosierung erhebt keine spezielle Schwierigkeit, wenn man in aufeinanderfolgenden Chargen vorgeht, d.h., für die diskontinuierlichen Verfahren. Wenn es sich dagegen darum handelt, eine kontinuierliche Mischung vorzuschlagen, ist es unverzichtbar, die erforderliche Dosierung der Zutaten kontinuierlich vorzunehmen. Außerdem kommt im Fall pulveriger Erzeugnisse zur Schwierigkeit der Dosierung noch die Schwierigkeit der Förderung der Erzeugnisse hinzu, insbesondere nach der Dosierung.
• Im allgemeinen setzen Dosiereinheiten die notwendigen Zutaten in regelmäßigen Abständen auf einem Bandförderer ab, der die eigentliche(n) Mischeinheit(en) speist. Ein kürzlicher Versuch, die Mischung von Gummi kontinuierlich zu machen, ist in einem Artikel beschrieben, der in der Zeitchrift "European Rubber Journal" vom März 1987 mit dem Titel "A tale of continuous Development" beschrieben ist.
• Dieses kontinuierliche Mischverfahren, das bereits im Stand der Technik vorgeschlagen wurde, führt die Dosierungen der Anteile durch Wägungen durch, bewirkt dann das Einbringen der verschiedenen Anteile in Vorrichtungen, die die Vormischung bewirken, und dies an verschiedenen Stellen in der Mischkette. Dies erfordert es demnach, zahlreiche getrennte Vorrichtungen anzubringen, die jeweils eine sehr präzise Aufgabe durchführen: die Wägung, Förderung und Vormischung. Nur nachfolgend kann man die verschiedenen Anteile schwerkraftbedingt in den Beschickungsschacht einer Mischvorrichtung mit zwei Schnecken einbringen, die kontinuierlich funktioniert. Ein anderes Beispiel einer Zwei-Schnecken-Mischvorrichtung, die mehrere Einbringungspunkte für die Anteile aufweist, ist in der Patentanmeldung EP 0 490 056 beschrieben.
• Keinem kontinuierlichen Mischverfahren, das im Stand der Technik vorgeschlagen ist, ist es gelungen, sich in der Gummiindustrie durchzusetzen. Die Gründe sind eine unzulängliche Mischwirkung infolge der Schwierigkeit, die Gummisorten dadurch zu vermischen, daß man die Technik von Schnecken-Mischeinrichtungen anwendet, und eine äußerst komplizierte Dosierung der Anteile, wenn sie kontinuierlich durchgeführt werden sollen. Kurz gesagt, die kontinuierlichen Herstellungsverfahren haben es noch niemals gestattet, Eigenschaften zu erzielen, die man von der endgültigen Mischung erwartet, und sie sind sogar außerstande, in ausreichender Weise die Rezeptur der Zusammensetzung des Gummis zu beachten.
• Es ist bekannt, daß es zum Erreichen einer guten Mischung notwendig ist, ungeordnete Bewegungen der Anteile hervorzurufen, d.h., für ein bestimmtes Chaos zu sorgen. Wenn der Mischer ein kontinuierlicher Mischer ist, wie beispielsweise der des vorgenannten Patentes 0 490 056, ist es noch erforderlich, daß der örtliche Durchsatz im Inneren des Mischers im wesentlichen konstant ist. Das bedeutet, daß man, je mehr man danach trachtet, die Mischwirkung zu optimieren, umsomehr Gefahr läuft, daß Instabilitäten des Durchsatzes auftreten, die mit einer strengen Proportionsbeständigkeit der verschiedenen Anteile inkompatibel sind.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die kontinuierliche Dosierung der Grundanteile zu erzielen, die in einer beliebigen Art von Gummizusammensetzung auftreten, und dann eine vollständige Vermischung, die es gestattet, alle Eigenschaften zu erzielen, die man für die letztendliche Mischung wünscht.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, Ausgangsmaterialien mit sowenig vorheriger Aufbereitung wie möglich zu benutzen, besonders für die Anteile, die in großen Mengen verwendet werden, wie Grund-Elastomere und verstärkende Zuschlagstoffe. Die Erfindung hat demnach zum Zweck, eine Mischvorrichtung auszuführen, in welche man in einer möglichst einfachen Weise die genannten Anteile, die im einzelnen oben angesprochen sind, ohne irgendeine vorherige Dosierung einbringen kann, und die die Anteile in einer völlig selbständigen und kontinuierlichen Weise behandeln kann, um die gewünschte Zusammensetzung zu erhalten.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, die Homogenität der hergestellten Gummizusammensetzungen und deren Beständigkeit im Lauf der Zeit zu verbessern, während man gleichzeitig die Herstellungskosten vermindert.
• Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Gummizusammensetzung darin, mindestens eine Mischkammer zu verwenden, die von einem Stator gebildet ist, in welchem sich mindestens ein Rotor dreht, dessen Drehung gleichzeitig den Antrieb in Strömungsrichtung von hinten nach vorne (in der allgemeinen Richtung der Achse des oder der Rotoren) der Bestandteile der Zusammensetzung und ihre fortschreitende Vermischung sicherstellt; es besteht darin, kontinuierlich und zwangsweise das oder die Grundelastomere der Mischung in pastenartigem Aggregatszustand zuzuführen, kontinuierlich alle anderen Anteile der Zusammensetzung zu dosieren und einzubringen, in der Mischkammer die Bestandteile, die dort eingebracht wurden, längs Antriebsund Mischzonen vorwärts zu bewegen, indem man sicherstellt, daß der Füllungsgrad der Mischkammer in bestimmten Mischzonen mindestens kleiner ist als 1.
• Wenn das Volumen der Mischkammer vollkommen von den zu vermischenden Anteilen eingenommen wird, dann spricht man herkömmlicherweise davon, daß der Füllungsgrad der Mischkammer 1 beträgt. Wenn das Volumen der vermischten Anteile kleiner ist als das Volumen, das in der Mischkammer zur Verfügung steht, was typischerweise bei dem Betrieb von Innenmischern der Fall ist, spricht man dann davon, daß der Füllungsgrad kleiner ist als 1.
• Man hat tatsächlich festgestellt, daß für einen kontinuierlichen Mischer es wünschenswert ist, daß im Inneren der Mischkammer ein Hohlraum verbleibt, damit die Wirkung der Dispersion und Homogenisierung der Mischung vollkommen wird, d.h., daß es mindestens bestimmte Bereiche der Mischkammer gibt, in welchen der Füllungsgrad kleiner ist als 1. Das hängt von der Art der zu mischenden Anteile ab und läßt sich durch eine experimentielle Beobachtung bestimmen. Es scheint, daß im Stand der Technik die Bedeutung dieses Parameters nicht hinreichend erfaßt wurde. Wenn man zur Vermischung Schnecken benutzte, die sich in Hülsen drehten, dann ließ man den Raum, der zwischen der Schnecke und der Hülse verblieb, sich füllen, oder man ergriff keinerlei spezielle Maßnahme, um diesen Parameter zu beherrschen.
• Es ist möglich, im Inneren ein und derselben Mischkammer Bereiche auszubilden, die voneinander unterschiedlich sind, indem man unterschiedliche Werkzeugformen wählt, d.h., indem man den Verlauf der Oberfläche des Rotors und der Innenoberfläche des Stators wählt.
• Es sind diese unterschiedlichen Werkzeugformen, die sicherstellen, daß, wenn man dem Durchsatz an einem vorgegebenen Punkt der Mischkammer Rechnung trägt, der für diesen von dem Durchsatz abhängt, der durch die davorgelegenen Dosier- und Einleitungsorgane abgegeben wird, der Füllungsgrad kleiner ist als 1 oder 1 erreicht. Anders gesagt, es gibt in der Mischkammer vorwärtstreibende Bereiche und komprimierende Bereiche für das Material - d.h. Bereiche, in denen die Vorschubwirkung der Mischung schwächer ist - derart, daß die Mischkammer längs dieser Bereiche danach trachtet, sich zu füllen und gefüllt zu bleiben.
• Indem man die Werkzeugformen auswählt, stellt man die Förderung des Materials längs der gesamten Mischkammer sicher, während man gleichzeitig deren Füllungsgrad steuert. Man kann in gleicher Weise auf den Füllungsgrad der Kammer dadurch einwirken, daß man auf die Temperatur der Kammerwand einwirkt. Dies ändert die Haftung des Gummis auf dem Metall.
• Um sicher zu sein, daß die Anteile der Rezeptur ordnungsgemäß in den Mischer in genauen und regelmäßigen Mengen eingebracht werden, ist es bevorzugt, daß deren größerer Anteil in zwangsweiser und bestimmter Art in das Innere der Kammer eingebracht wird. Darum vermeidet man die Schwerkraftwirkung besonders in dem Fall, in dem ein Bruchteil der Anteile nicht in das Innere der Kammer gelangen könnte. Um durch die Steuerung des Mischvorganges zu garantieren, daß alle vorgesehenen Anteile wirksam Teil der hergestellten Zusammensetzung bilden, ist es wünschenswert, daß nach der Dosierung die Anteile in einer abgeschlossenen Umhüllung eingeschlossen bleiben, beispielsweise einer Rohrleitung, bis sie die Mischkammer erreichen. Das volumetrische Pumpen bietet sich besonders für eine erzwungene Einbringung der Anteile an.
• Man hat festgestellt, daß das volumetrische Pumpen es im übrigen gestattet, die Elastomere ausreichend zu plastifizieren. Diese werden somit warm (in typischer Weise mit einer Temperatur über 40ºC) in die Mischkammer eingeführt, in einem Zustand, der die rasche Einbringung von Schwarz bzw. Ruß oder anderen, pulverförmigen Zuschlagstoffen gestattet.
• Um eine strenggenaue Dosierung der verschiedenen Anteile der Gummimischung zu erzielen, kann es entsprechend den benutzten Additiven und/oder Zuschlagstoffen und/oder Zusätzen wünschenswert sein, daß dort, wo man Anteile nach einer ersten Mischzone hinzufügt, der Füllungsgrad im Inneren der Mischkammer 1 beträgt, denn wenn dies nicht der Fall ist, läuft der Durchsatz in der Kammer Gefahr, variabel zu sein, und die Verhältnisanteile der Anteilstoffe würden nicht beachtet. Als Alternative oder Ergänzung, um eine genaue Dosierung noch besser sicherzustellen, kann es zweckmäßig sein, den Durchsatz an dieser Stelle dadurch zu gewährleisten, daß man eine Neuförderung des Volumens des Durchsatzes des Materials vornimmt, das gerade vor diesen Einführungspunkt angelangt ist. Man versteht unter "Neuförderung des Volumens" eine neue volumetrische Dosierung der Menge an gemischtem Material.
• Man hat aber Fälle beobachtet, in denen man viel leichter eine große Stabilität des Durchsatzes erzielt, mit einem Füllungsgrad der Kammer, der ständig unter 1 liegt, sogar weit unter 1. Dies gestattet es, es zu vermeiden, daß sich das Material vor dem Zusatz eines ergänzenden Anteils verdichtet.
• Das Konzept der kontinuierlichen Vermischung, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen ist, gestattet es, die widersprüchlichen Forderungen (strenge und konstante Beachtung der Mischrezeptur, demnach der relativen Verhältnisanteile eines jeden Anteils, und ein Grad kleiner als 1, der günstig ist für eine gute Mischung) in Einklang zu bringen.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erzeugt man nach der Dosierung der Anteile oder bestimmter Anteile einen Leerraum im Inneren der Mischkammer, indem man die Förderung der Anteile beschleunigt oder indem man den Querschnitt des Kanals vergrößert, und dann verringert man die Wirkung des Vorschubs, der durch die Drehung des Rotors hervorgerufen wurde, indem man die Form des Rotors und/oder des Stators verändert, oder indem man den Kanalquerschnitt verkleinert, oder indem man auf die Wandtemperatur einwirkt, um andere Anteile gemäß der Zusammensetzung des herzustellenden Gummis einzubringen. Hier soll vermerkt werden, daß man unter "Leerraum" die Tatsache versteht, daß das Volumen der Mischkammer nicht vollkommen von den eingebrachten Anteilen ausgefüllt ist, was nichts zu tun hat mit der Absaugung, die wünschenswerterweise an mehreren Stellen der Mischkammer zur Entgasung vorgesehen sein kann, wie dies ansich bekannt ist.
• Somit wird gemäß einer sehr bedeutungsvollen Variante des erfindungsgemäßen Mischverfahrens mindestens ein Teil der Grundelastomere und verstärkenden Zuschlagstoffe in einem Bereich vor der Kammer eingebracht, wird dann in einem ersten Vermischungsbereich gemischt, der unmittelbar nachfolgend gelegen ist, gelangt dann zu einem Einleitungspunkt, an dem man die anderen Anteile einleitet, und die Gesamtheit wird dann in einem zweiten Mischbereich vermischt. Man kann entweder die Gesamtheit der Grundelastomere am Punkt einbringen, der vor der Mischkammer gelegen ist, oder nur einen Teil einleiten und den anderen Teil des oder der Grundelastomere später einleiten, d.h. an einem Punkt, der stromabwärts versetzt ist, beispielsweise vor dem zweiten Mischbereich.
• Die Erfindung schlägt auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen vor, die ganz besonders dazu konzipiert ist, um das geschriebene Verfahren auszuführen, aber auch breitere Anwendung haben kann, beispielsweise wenn das Niveau der erwarteten Genauigkeit für die Zusammensetzung und das Niveau der geforderten Leistungen nicht so hoch sind.
• Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Mischung zum Zubereiten einer Gummizusammensetzung besitzt eine Mischkammer, die mindestens einen Rotor aufweist, der zur Drehung in einem Stator angeordnet ist und sich zwischen einem flußaufwärts gelegenen Ende und einem flußabwärts gelegenen Ende erstreckt, zwischen welchen das Material voranwandert, um die Zusammensetzung durch das genannte flußabwärts gelegene Ende abzugeben; sie weist Organe der Dosierung und erzwungenen Einleitung des oder der Grundelastomer(e) auf, die das oder die Grundelastomer(e) über eine Rohrleitung hinweg verdrängen, die in die Mischkammer einmündet, und weist Organe zur Dosierung und Einbringung anderer Anteile auf, wobei die Gesamtanordnung der Organe zur Dosierung und Einbringung in die Mischkammer an mindestens zwei Stellen einmünden, die in Längsrichtung zwischen dem flußaufwärts gelegenen Ende und dem flußabwärts gelegenen Ende getrennt sind.
• Die nachfolgend beschriebene Mischvorrichtung weist einen einzigen Rotor in einem Stator auf. Dies bedeutet, daß es sich um einen Mischer mit einer einzigen Schnecke und nicht mit zwei parallelen Schnecken handelt, die sich in derselben Kammer drehen. Dies schließt aber nicht aus, daß die Vorrichtung aufeinanderfolgend zwei oder mehrere Schnecken aufweist, von denen sich jede in ihrer individuellen Hülse dreht; aber in einer vorgegebenen Kammer gibt es nur eine einzige Schnecke. Hier erreicht man überdies im Gegensatz zu dem, was im Stand der Technik auf dem Gebiet der kontinuierlichen Mischung von Gummi oder der kontinuierlichen Mischer ersichtlich ist, die kürzlich vorgeschlagen wurden und zwei Rotoren benutzen, die sich in einem Stator drehen, in überraschender Weise die Ziele, die der Erfindung zugeordnet sind, indem man einen einzigen Rotor auf der Gesamtheit der Länge des oder der benutzten Stators bzw. Statoren benutzt. Deshalb erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Mischverfahren, in dem man einen einzigen Rotor benutzt, der sich in einem Stator dreht.
• Der Stator, in dem sich der Rotor dreht, ist eine rein zylindrische Hülse, oder aber, genauer gesagt, eine Hülse, deren Oberfläche auch eine Form aufweist, die speziell dazu entworfen wurde, um zur Mischwirkung und/oder Vorschubwirkung in Zusammenwirkung mit der Form des Rotors beizutragen.
• Wenn man die Mischkammer untersucht, unterscheidet man längs der Kammer aufeinanderfolgende, unterschiedliche Bereiche entsprechend der Beschaffenheit der Oberfläche des Läufers und des Stators: Mischbereiche und Vorschubbereiche. Tn einem vorgegebenen Bereich kennzeichnet die Zuordnung der radial innenliegenden Wand des Stators und der Form der radial außenliegenden Oberfläche des Rotors die Mischkammer. Die Form der radial außenliegenden Oberfläche des Rotors und der radial innenliegenden Fläche des Stators stellt in mindestens bestimmten Zonen der Mischkammer einen Füllungsgrad des Mischungsorgans sicher, der kleiner ist als 1.
• Die Mischwirkung beruht in erster Linie auf der Unordnung, die es im Ausfluß des Materials durch jede spezielle Form hervorzurufen gelingt, die man auf der Oberfläche des Rotors und/oder der Oberfläche des Stators ausführt: Hohlraum, Hindernis, Laminierung des Materials zwischen den Scheiteln der Schraubengänge, die auf dem Läufer und/oder dem Stator angeordnet sind, und der gegenüberliegenden Wand, und Scherwirkung zwischen festen und beweglichen Hindernissen. Der Luftspalt, d.h. der Abstand zwischen den festen Hindernissen (des Stators) und den beweglichen Hindernissen (des Läufers) ist ein wesentlicher Parameter, der die Regulierung der Mischwirkung gestattet. Dies bezeichnet, daß der Konstrukteur des Mischers auf die Abmessung dieses Luftspaltes einwirken kann, um auf die Mischqualität in Funktion der beobachteten Ergebnisse einzuwirken.
• Der Vorschub des Materials von flußaufwärts nach flußabwärts in der Mischkammer erfolgt in erster Linie infolge einer Schraubengangwirkung: dieser Schraubengang kann in gleicher weise auf der rotierenden Welle oder auf der Innenoberfläche der Hülse auf einer oder den beiden Oberflächen vorgesehen sein. Es kann sich um eine echte Schraubenlinie handeln, die mit einer Schraubenspindel zur Aufnahme einer Mutter vergleichbar ist, oder ebenso um die "Schraubengangwirkung", die sich aus der Verbindung ergibt, die mit der Translation einer geschlossenen Linie kombiniert ist, um geometrisch die Wand des Stators oder Läufers zu definiieren.
• Der Vorschub des Materials kann auch infolge des volumetrischen Pumpens während der Einbringung der Anteile erfolgen, oder infolge einer volumetrischen Pumparbeit im Verlauf der Förderung des Materials zwischen dem flußaufwärts gelegenen Ende und dem flußabwärts gelegenen Ende der Mischkammer.
• Bevorzugt ist unmittelbar vor dem Einbringen der Anteile in die Mischkammer deren Bereich in erster Linie ein Vorschubbereich (geringe oder gar keine Mischwirkung), der beispielsweise von einer glatten, zylindrischen Hülse gebildet ist, sowie einem Rotor, der einen Schneckengang mit konstanter Dicke aufweist, der sich senkrecht zur Achse der Läufers erstreckt.
• Bevorzugt weist die Mischvorrichtung für ein Grundelastomer eine volumetrische Pumpe im Organ der Dosierung und der Zwangseinleitung auf. Vorteilhafterweise werden alle Grundelastomere jeweils auf dieselbe Weise eingebracht. Es ist sehr vorteilhaft, daß die volumetrische(n) Pumpe(n) für Elastomer von einem Plastifizierungs- und Stempelorgan gespeist wird bzw. werden. Mit einer solchen Maschine ist es im Fall, in dem die Elastomere, die die Maschine speisen, granulatförmig vorliegen, nicht notwendig, sie mit einem das Ankleben verhindernden Mittels abzudecken.
• Während der Stand der Technik im allgemeinen vorschlägt, die Dosierung aller Anteile durch Wägung vorzunehmen, wird es vorgeschlagen, bevorzugt die Dosierung durch volumetrisches Pumpen für den größten Teil der Anteile und bevorzugt alle zu verwenden, auch die, die sich in pulveriger Form darbieten, und in jedem Falle die Grundelastomere.
• Trotz allem können bestimmte Anteile schwierig volumetrisch zu dosieren sein, und man kann gezwungen sein, sie durch Wägungen zu dosieren. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, eine Zwangseinbringung aller Anteile sicherzustellen, d.h. sich nicht auf eine Einbringung durch Schwerkraft zu verlassen; es ist notwendig, nach der Dosierung einer bestimmten Menge diese in wirksamer und bestimmter Weise in das Innere der Mischkammer einzubringen. Indem man volumetrische Pumpen benutzt, ist es nicht notwendig, die Förderung der Anteile in das Innere der Mischkammer von einem Parameter abhängig zu machen, der beispielsweise in deren Innerem auftritt, wie beispielsweise der Druck oder die Temperatur.
• Um eine strenge Beachtung der engen Toleranzen in der Rezeptur garantieren zu können, die die fertige Gummizusammensetzung ergibt, ist es anzustreben, daß der Füllungsgrad an den Stellen 1 sein soll, an denen die Dosier- und Zwangseinbringungsorgane die Anteile in die Mischkammer einbringen, den Anteil ausdrücklich ausgenommen, der an erster Stelle eingebracht wird, wo die Steuerung des Durchsatzes nur von der Genauigkeit des Dosier- und Einführungsorganes selbst abhängt. Dagegen ist es bevorzugt, stromabwärts die Anteile in einem Bereich einzubringen, in dem der Füllungsgrad 1 beträgt, um zu garantieren, daß die relativen Verhältnisanteile der Anteile streng beachtet werden. In jedem Fall ist es zweckmäßig, nach einem ersten Mischbereich, um die Beachtung der engen Toleranzen für die Rezeptur der Zusammensetzung zu garantieren, andere Anteile in einen Bereich einzubringen, wo der Füllungsgrad 1 beträgt und/oder eine Förderung des gesamten Durchsatzes durch eine volumetrische Pumpe vorzusehen.
• Wenn man die Anteile, die dem ersten nachfolgen, an einer Stelle einleitet, in welcher der Füllungsgrad kleiner ist als 1, dann führt die strenge Beachtung der Mischrezeptur eine große Stabilität des Durchsatzes im Inneren der Mischkammer herbei, damit dieser an allen Punkten konstant und identisch ist.
• Die nachfolgenden Figuren und die Beschreibung, die sich darauf beziehen, gestatten das gute Verständnis der Erfindung und die Kenntnis aller der Vorzüge:
• Fig. 1 ist eine Ansicht einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung, mit Innenansichten.
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht derselben Mischvorrichtung.
• Fig. 3 ist eine Draufsicht auf dieselbe Mischvorrichtung, mit Innenansichten.
• Fig. 4 ist ein Schnitt längs IV-IV in Fig. 3.
• Fig. 5 stellt eine Ausführungsvariante dar.
• Fig. 6 zeigt Vergleichsergebnisse.
• Die Mischvorrichtung, die man in den verschiedenen Figuren offenbart, weist eine Mischkammer 11 auf, in deren Inneren sich ein Rotor 2 dreht. Die flußaufwärts gelegene Seite der Mischkammer ist durch das Bezugszeichen 12 bezeichnet, und die flußabwärts gelegene Seite durch das Bezugszeichen 13.
• Auf der einen Seite der Maschine sieht man zwei Bunker 5, in welche man die Grundelastomere einbringt, die die Gummimischung bilden. Diese Bunker sind imstande, mindestens einen Elastomerkuchen aufzunehmen, wie er sich üblicherweise während der Anlieferung an die Gummi-Umformindustrie darbietet. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß man das oder die Elastomere auch in zerkleinerter Form in den Bunker einführen kann. Ein Stempel 51 kann vertikal im Inneren eines jeden Bunkers 5 aus einer angehobenen Lage, wo er aus dem Bunker 5 heraustritt, bis in eine tiefe Lage verlagert werden, wo er dem Boden des Bunkers 5 nahekommt. Dieser steht mit einer Einfassung 52 in Verbindung, in welcher sich ein Messer 53 dreht, das wendelförmig verwunden ist. Dieses Messer 53 bildet ein Zerkleinerungsmittel für die Elastomere, das Schnitzel von dem oder den Elastomerkuchen abhebt, die im Bunker angeordnet sind.
• Nachfolgend belädt man mittels eines mechanischen Mittels, das eine Überführung der Granulatkörner oder Schnitzel sicherstellt, eine volumetrische Pumpe. Man sieht in diesem Beispiel, daß die Ganghöhe, die das Wendel aufweist, welches das Messer 53 bildet, an der Stelle 54 fortlaufend abnimmt, um bei einer Abspanwirkung, die nicht die wendelförmige Krümmung erfordert, eine Überführung der Späne und eine fortlaufend intensivere Plastifizierung zu unterstützen, und zwar in dem Maße, in dem man sich in Fig. 1 nach rechts bewegt. Man stellt somit die Beschickung einer Schrankenbzw. Zahnradpumpe 55 sicher.
• Die Zahnradpumpen 55, die volumetrische Pumpen sind, sind an Leitungen 56 angeschlossen, die sie zu einer einzigen Leitung 57 zusammenschließen, um auf die Mischkammer zu treffen.
• Die offenen Darstellungen in den Fig. 1 und 3 gestatten es, das Innere der Mischkammer 11 zu erkennen. Diese ist von dem Volumen gebildet, das zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 zur Verfügung steht.
• Längs des Rotors 2 unterscheidet man drei Bereiche, deren Wirkung im wesentlichen der Vortrieb der Anteile der Mischung ist (Bereiche P), zwischen welchen man zwei getrennte Bereiche erkennt, deren Wirkung im wesentlichen die Mischung ist (Bereiche M). Die Einführung der Grundelastomere erfolgt auf der flußaufwärts gelegenen Seite 12 der Mischkammer in einem Vortriebsbereich P.
• Andere Dosier- und Einführungsorgane sind längs der Mischkammer verteilt und gestatten es, die anderen Anteile der letztendlichen Zusammensetzung an verschiedenen Stellen längs des Weges der Grundanteile einzuleiten. Bevorzugt werden alle pastenförmigen Anteile mit Zwangs-Dosier- und Einleitungsorganen eingeleitet, bevorzugt mit volumetrischen Pumpen. Die pulverförmigen Anteile werden bevorzugt mit einer volumetrischen Pumpe stromaufwärts von dem ersten Bereich M eingeleitet. Man kann beispielsweise die benutzen, die im Patent EP 0 465 981 beschrieben ist, oder auch eine volumetrische Pumpe der Art, wie die, die im Patent EP 0 465 980 in einer Variante beschrieben ist, die einen Verdrängungskolben hat. Die flüssigen Bestandteile können sehr leicht mit einer volumetrischen Pumpe für Flüssigkeiten eingeleitet werden, die eine Kolbenpumpe oder eine beliebige Pumpe sein kann, deren Art imstande ist, eine gute volumetrische Genauigkeit sicherzustellen, wie beispielsweise Zahnrad- bzw. Schraubenradpumpen oder eine Radialschieberpumpe. Die volumetrische Dosierung der Flüssigkeiten stellt keinerlei Problem, und ihre verschiedenen Mittel sind im Stand der Technik durchaus bekannt. Sie werden am Beginn des ersten Bereichs M eingeleitet.
• In vorteilhafter Weise werden die Antioxidierungsmittel, der Schwefel und die Aktivierungsmittel vorgemischt, alleine oder mit einer sehr geringen Menge an Öl (einige Prozent der Menge, die für die Rezeptur der Gummizusammensetzung vorgesehen ist), beispielsweise sehr einfach in einem Trichter, in dem sich eine Schnecke dreht. Dieser Vorgang verleiht dieser Mischung das Aussehen einer Paste. Nötigenfalls werden jene Erzeugnisse, die sich bei Umgebungstemperatur in festem Aggregatszustand befinden, zunächst vorgeheizt, um sie zu verflüssigen. Diese pastenartige Mischung wird wie jeder andere, mögliche, pastenartige Anteil bevorzugt mit einer volumetrischen Pumpe (beispielsweise Schrauben- bzw. Zahnradpumpe oder Kolbenpumpe) eingeleitet. Eine Vormischung oder, genauer gesagt, eine Umschichtung der Anteile zu bewirken, ist ganz besonders vorteilhaft, wenn es viele Anteile gibt, von denen jeder in sehr geringer Menge in der in Betracht gezogenen Mischungsrezeptur benutzt wird, d.h. jeder in einem Verhältnisanteil benutzt wird, der kleiner ist als 10% des gesamten Elastomergewichts. Dies führt dazu, die Anzahl von Dosierungsorganen an der Mischvorrichtung zu verringern. Diese Vormischung kann kontinuierlich oder durch aufeinanderfolgende Chargen bewirkt werden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß man möglichen chemischen Unverträglichkeiten in der Auswahl der so umgeschichteten Erzeugnisse Rechnung tragen muß.
• Im beschriebenen Beispiel sind die Dosier- und Einleitungsorgane 71 und 72 volumetrische Pumpen für pulverartige Erzeugnisse. Man erkennt die Verbindungswege 710 und 720 zwischen diesen Pumpen und der Mischkammer. Die Pumpe 73 gestattet eine volumetrische Dosierung und über den Kanal 730 eine Einleitung von Öl unter Druck das in der Gummimischung verwendet wird.
• Schließlich werden die Pumpen 74 und 75 benutzt, um jeweils über Leitungen 740 und 750 einen Beschleuniger und zusammen Antioxidierungsmittel, Plastifizierungsmittel und Schwefel einzuleiten, die vorgemischt sind. Die Leitungen 740 und 750 vereinigen sich zu einer einzigen (750), die die Anteile zur Mischkammer 11 leitet. Es ist wesentlich, daß der Massendurchsatz des zweiten Bereichs P gleich ist der Summe der Massendurchsätze aller Dosierungs- und Einleitungsorgane, die davor gelegen sind, denn wenn er kleiner wäre, dann würde sich der erste Bereich M fortlaufend bis zur Gänze füllen (Füllungsgrad 1), und er könnte dann nicht mehr seine Rolle als Mischbereich erfüllen.
• Sogar diese volumetrischen Pumpen, die ihrer Art nach einen pulsierten Durchsatz abgeben, gestatten eine insgesamt kontinuierliche Wirkung der Mischvorrichtung, wenn man einen ausreichend geringen Einheitshub in Bezug auf den Gesamtdurchsatz und die Flußgeschwindigkeit wählt.
• Die Vorrichtung ist mit mindestens einer eingesetzten Entgasungsvorrichtung 76 versehen, wie man sie in Fig. 3 sieht, und zwar kurz vor der Pumpe 74, d.h. in einem Bereich, wo der Füllungsgrad kleiner ist als 1. In Fig. 1 sind die Bereiche, wo der Füllungsgrad 1 beträgt, durch Striche parallel zur Achse der Vorrichtung gezeichnet, den genannten Bereichen gegenüberliegend, und durch die Ziffer 1 bezeichnet, die von einem Kreis umgeben ist.
• In Fig. 4 sieht man, daß die Entgasungsvorrichtung 76 eine Öffnung zur Verbindung zur Umgebungsluft 763 aufweist, die in ein Rohr 762 gebohrt ist, das im übrigen auf die Mischkammer 11 trifft. Der verfolgte Zweck ist es, zu verhindern, daß die Entgasung gleichzeitig Material entweichen läßt, das im Inneren der Mischkammer enthalten ist.
• Zu diesem Zweck sieht man ein Mittel vor, das aufeinanderfolgend die genannte Öffnung 763 verschließt und dann freigibt, wobei dieser Zyklus kontinuierlich wiederholt wird. Die Luft kann demnach einen kurzen Augenblick lang entweichen, ohne daß das Material Zeit hat, aus der Kammer 11 mitgerissen zu werden. Das ist die Rolle des Kolbens 760, der über eine Pleuelstange 761 von einem Exzenter angetrieben ist, der auf der Welle 6 montiert ist. Die Anordnung ist so einreguliert, daß nach dem Abdecken der Öffnung 763 der Kolben 760 das Material in die Kammer 11 zurückschieben kann, das beginnen konnte, in das Rohr 762 einzudringen.
• Über jeder der verschiedenen Pumpen 71, 72, 73, 74, 75 ist (Fig. 2) für jeden Anteil ein Säule zu sehen, in der es einen Pufferspeicher 61 gibt, über dem ein Beschickungsrohr 62 angebracht ist. Die Rohre 62 sind von einem Verteilungsnetz abgezweigt: eine Verrohrung, die gegebenenfalls für die Flüssigkeiten temperaturgeregelt ist, eine Förderung durch an sich bekannte Systeme für die Pulver (beispielsweise pneumatische Förderung) oder jedes andere, geeignete System. Eine geeignete Vorrichtung steuert die Höhe des Anteils in den Pufferspeichern 61, um deren Füllung zwischen dem vorgesehenen Mindest- und Höchstniveau aufrechtzuerhalten.
• Es ist (Fig. 1) zu sehen, daß die Mischkammer von flußaufwärts nach flußabwärts einen Bereich aufweist, wo der Erfüllungsgrad 1 beträgt, und dann einen Bereich, dessen Füllungsgrad kleiner ist als 1. Dies kommt von der Tatsache her, daß man durch die Leitung 750 Anteile einführt, und daß man an dieser Stelle, um eine vollkommene Beachtung der herzustellenden Zusammensetzung zu garantieren, eine Stabilisierung des Durchsatzes dadurch sicherstellt, daß man einen Füllungsgrad von 1 erreicht. Unmittelbar davor ist demnach ein Vorschubbereich P vorgesehen. Demzufolge weist die Vorrichtung eine Kammer 11 auf, die mindestens einen Bereich aufweist, dessen Füllungsgrad kleiner ist als 1, der unmittelbar hinter einem Bereich gelegen ist, wo der Füllungsgrad 1 beträgt.
• Der Aufbau der Mischvorrichtung ist modulartig. Es ist zu sehen, daß er in der Variante, die die Erfindung darstellt, zwei Mischstufen aufweist. Gemäß der Schwierigkeit, die bei der Durchführung des Vermischens von Gummi auftritt, kann man eine oder mehrere Mischstufen verwenden, die alle auf die gleiche Weise ausgebildet sind: sie weisen einen Bereich mit einfachem Vorschub und dann eine oder mehrere Mischzonen auf. Um die elementaren Schwierigkeiten der Mischung zu bewältigen, benutzt man eine Werkzeugträgerwelle, auf der man verschiedene Werkzeuge aufreiht und durch Keile festlegt, die in Funktion der zu erzielenden Mischleistungen gewählt sind.
• In Fig. 1 ist zu sehen, daß für alle Bereiche P der Stator 1 glatt ist und der Rotor eine einfache Vortriebsschnecke aufweist, die auf den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Es ist auch zu sehen, daß für den ersten Bereich M und einem Teil im zweiten Bereich M der Stator 1 einen Gewindegang aufweist, der in Bezug auf den Gewindegang gegenläufig ist, der auf dem Rotor 1 in dem Bereich P angeordnet ist, um zum Vorschub der Mischung beizutragen, und daß die Oberfläche des Rotors durch einen dreieckigen Abschnitt erzeugt ist, der wendelförmig verwunden ist. Schließlich ist zu sehen, daß für einen kleinen Abschnitt des zweiten Bereichs M der Rotor ebenso wie der Stator solche Hohlräume wie diese aufweist, die im Patent WO 83/03222 oder EP 48590 beschrieben sind.
• Es wird indes darauf hingewiesen, daß die Kenntnise auf dem Gebiet der Konzipierung von Formen der Rotoren und Statoren der Mischvorrichtungen für Gummi recht empirisch sind. Man muß experimentielle Bestimmungen vornehmen. Was die Formen dieser Mischwerkzeuge angeht, schreibt die vorliegende Erfindung lediglich vor, daß man sie wählen muß, um Vorschubbereiche P und Mischbereiche M derart zu bilden, daß man Bereiche hat, bei denen der Füllungsgrad deutlich unter 1 liegt, und unterschiedliche Bereiche zur Förderung des Materials, wo der Füllungsgrad 1 betragen kann (siehe die mit einem Kreis umrundete Ziff. 1 in Fig. 1).
• Ein sehr einfaches Mittel, um den Wert des effektiven Füllungsgrades der Mischkammer in deren unterschiedlichen Bereichen zu überwachen, besteht darin, gleichzeitig die Drehung des Rotors und die Wirkung aller Dosier- und Einleitungsorgane zu stoppen, dann den Rotor aus dem Stator herauszuziehen, was das längs des Rotors vorliegende Material mitnimmt. Man kann nun die Volumina des Materials mit den theoretischen Volumina in den gewünschten unterschiedlichen Bereichen vergleichen, wobei das theoretische Volumen dieses ist, das zwischen dem Stator und dem Rotor zur Verfügung steht. Eine einfache optische Inspektion des Rotors wird es meistens gestatten, unmittelbar zu sehen, welches die Bereiche sind, in denen der Füllungsgrad kleiner ist als 1.
• Das modulartige Bauprinzip ermöglicht leicht eine Optimierung des Mischers für die herzustellende Art einer Mischung. Es ist indessen möglich, ein recht vielseitiges Werkzeug selbst im Fall eines Mischers mit nur einem einzigen Rotor zu konzipieren.
• Es wird darauf hingewiesen, daß die Mischvorrichtung eine Wärmesteuerung durch Strömungsmittelumlauf im Inneren des Rotors über die rotierende Verbindung 4 und durch einen Strömungsmittelumlauf im Stator aufweist, ja sogar um die Leitungen 55 und 56 und um die Umhüllung 52. Es ist zweckmäßig, in mehreren getrennten Bereichen regeln zu können, denn die Temperatur-Einstellwerte, die zu beachten sind, hängen von der optimalen Viskosität ab, die man für den erzielten Stand der Mischung anstrebt, und auch von der Reaktion der verschiedenen Anteile auf Temperatur. Beispielsweise darf man kein Vulkanisationssystem in eine Mischung einbringen, die sich bei einer Temperatur befindet, die höher ist als die Vulkanisierungstemperatur. Außerdem hängt die genaue Temperatursteuerung der Wand wahlweise in den verschiedenen Bereichen von der Steuerung des Materialflusses längs der Wand und letztlich der Qualität der hergestellten Mischung ab.
• Die Mischvorrichtung ist insgesamt durch einen einzigen Motor 8 angetrieben, den man auf der linken Seite des Rahmen 10 erkennt. Dieser Motor treibt den Rotor 2 sowie eine Steuerwelle 6 an, auf der die Organe zur Dosierung und Zwangseinleitung an- und abgekuppelt werden können. Jedes Dosierund Zwangseinleitungsorgan weist eine Regelung bzw. Steuerung auf, die es gestattet, die dosierte Menge für ein und dieselbe Geschwindigkeit der Steuerwelle 6 ändern zu lassen.
• Um eine Gummizusammensetzung herzustellen, wählt man je nachdem die Art von Werkzeug, das man auf der Welle und auf der Hülse anbringen will. Dann muß man, um die gewünschte Zusammensetzung zu erhalten, die unterschiedlichen Durchsätze in Bezug aufeinander durch Durchsatzsteuerungen einregulieren, die jedem Dosierorgan zugeordnet sind. Die Ausführung durch mechanische Steuerwege für den Durchsatz kann von vornherein als eine Belastung angesehen werden. Dies bietet jedoch eine größere Garantie der Beachtung der Rezeptur der Zusammensetzung und ihr Konstanthalten über die Zeit hinweg. Da diese Einstellungen nur während einer Änderung der Zusammensetzung bewirkt werden müssen, erweist sich dies als eine sehr zweckmäßige Lösung. Im Fall einer Kolbenpumpe kann man den Hub durch Änderung der Hubhöhe einstellen. Man kann auch für jede Art der Pumpe die Untersetzung ändern lassen, die zwischen der Steuerwelle 6 und ihren Pumpen eingebaut ist. In jedem Fall gibt es keine individuelle Regulierung hinsichtlich der Durchsätze Der Mischer wird insgesamt von einem einzigen Motor angetrieben, der ebenfalls die Arbeit liefert, die für die Mischung erforderlich ist, wie auch das Drehmoment, das von allen Dosiervorrichtungen verbraucht wird.
• In einer anders gewählten Ausführungsform weist jedes Dosier- und Einleitungsorgan seinen eigenen Motor auf, oder bestimmte Gruppen von Organen weisen ihren eigenen Motor auf, und die Funktion der Gruppe von Motoren der Vorrichtung wird durch einen Regler in Funktion der Gegebenheiten der herzustellenden Zusammensetzung gesteuert.
• Ein bedeutender Aspekt des durch die Erfindung vorgeschlagenen, kontinuierlichen Mischers liegt in der großen Leichtigkeit, mit der er den Füllungsgrad längs seiner Achse optimieren kann, um der sehr großen Verringerung des Volumens Rechnung zu tragen, das von den Elastomeren und den pulverigen Anteilen eingenommen wird, in dem Maße, wie die pulverigen Anteile in die Elastomere eingebracht werden. Dies wird dadurch erzielt, daß man den Querschnitt des Materialkanals beeinflußt, der von der Oberfläche definiert ist, die zwischen dem Rotor und dem Stator auf einem Schnitt senkrecht zur Achse des Rotors eingenommen wird, und/oder die Flußgeschwindigkeit.
• Zum Beginn fängt man zunächst damit an, die Welle 2 durch Start des Motors in Drehung zu versetzen, und dann kuppelt man die volumetrischen Pumpen 55 ein, die die Einbringung der Grundelastomere sicher stellen. Am einfachsten ist es dann, die notwendige Zeit abzuwarten, damit das oder die Elastomere am flußabwärts gelegenen Ende der Mischkammer angekommen sind. Man kuppelt nun gleichzeitig alle Dosierorgane 71, 72, 73, 74 und 75 ein. Nach der Übergangszeit der Materialien in das Innere des Mischers erhält man dann die endgültige, genaue Zusammensetzung. Der Materialverlust ist angesichts der hergestellten Mengen winzig. Während des Anhaltens der Herstellung der Mischung stoppt man den Betrieb der Dosierorgane, dann kann man das oder die Grundelastomere hindurchlassen, die die Wirkung eines Reinigungs- Radiergummis haben können. Dann hält man die Einspritzpumpe(n) diese(r) Elastomere(s) an und man setzt die Drehung der Welle 2 fort, um eine möglichst vollständige Entleerung der Mischkammer sicherzustellen.
• Während des Mischerbetriebs muß jeder Bunker 5 stets zuverlässig das gewünschte Grundelastomer enthalten. Um eine regelmäßige Beschickung der Vorrichtung sicherzustellen, wirkt der Stempel 51 mit einer geeigneten Kraft auf das Elastomer ein, welches der Bunker enthält. Wenn der Stempel in einer Lage nahe der unteren Lage ankommt, kann er hochfahren und vollständig außer Eingriff mit der Oberseite des Bunkers gelangen, damit man wieder einen oder mehrere Kuchen einführen kann. Dies erfolgt in der Praxis ohne jede Unterbrechung der wirksamen Beschickung der Mischkammer. Man kann auch in einen solchen Bunker Granulate (Pellets) aus Gummi einbringen, sogar ohne daß sie mit einem reibungsmindernden Mittel beschichtet sind.
• Fig. 5 stellt teilweise eine Variante der Mischvorrichtung dar: eine volumetrische Pumpe 9 ist längs der Kammer an mindestens einem Entnahmepunkt angeordnet, der zwischen dem flußaufwärts gelegenen Ende und dem flußabwärts gelegenen Ende angeordnet ist, wobei die Gesamtheit des Durchsatzes am Entnahmepunkt durch die genannte volumetrische Pumpe hindurchläuft. Diese volumetrische Pumpe 9 ist derart angebracht, daß sie eine volumetrische Neuförderung des gesamten Durchsatzes bewirkt, der durch die Vorrichtung hindurchläuft, unmittelbar bevor man einen oder mehrere andere Mischanteile hinzufügt. Dieser volumetrische Durchsatz muß eingestellt werden, um den Zustand der Gleichheit der Massendurchsätze zu beachten, der oben erläutert ist. Man kann dieses Ergebnis durch die sinnvolle Dimensionierung der genannten volumetrischen Pumpe 9 erreichen. Man kann auch bei dieser alleine die Geschwindigkeit durch eine Regelung steuern, die von zwei Druckmeßfühlern ausgehend aufgebaut ist, von denen der eine am Beginn des Bereichs P und der andere am Ende unmittelbar vor dem Entnahmepunkt angeordnet ist, damit die volumetrische Pumpe 9 nicht überladen wird, und damit auch kein unzulänglicher Durchsatz ein Auffüllen der Mischkammer im stromaufwärts gelegenen Mischbereich hervorruft. Es ist indessen wesentlich, nur alle geringen Geschwindigkeitsvariationen der volumetrischen Pumpe 9 rund um ihre Nenngeschwindigkeit einzuführen.
• Der Rotor 2 weist einen glatten Bereich 19 auf, mit einem Betriebsspiel auf dem Stator 1 der Art, daß man so ein Lager bildet, das für das gemischte Material dicht ist. Dieses läuft durch die Rohrleitung 91, durch die volumetrische Schrauben- bzw. Zahnradpumpe 9 und dann durch die Rückführleitung 92 hindurch, die es in die Mischkammer 11 jenseits des glatten Bereichs 19 verbringt. Man erkennt nun die Rohrleitung 750, die in die Mischkammer 11 am Beginn des zweiten Bereichs M einmündet. Sie entspricht einem Dosier- und Zwangseinleitungsorgan, das unmittelbar nach dem genannten Entnahmepunkt gelegen ist. Die volumetrische Schrauben- bzw. Zahnradpumpe 9 wird durch die Welle 6 mittels einer nicht dargestellten Zapfwelle bzw. Kraftanzapfung angetrieben.
• Die Erfindung kann für alle Gummizusammensetzungen benutzt werden. Man hat die Dispersionsqualität für eine Zusammensetzung für eine Reifenlauffläche der Wertung unterzogen, die mit Schwefel vulkanisierbar ist, auf der Grundlage von Styrol-Butadien-Gummi und Polybutadien, Kohlestoffschwarz, Zinkoxid, Öl und Wachs. Man beobachtet im optischen Mikroskop Agglomerate, die in einer dünnen, vulkanisierten Haut vorliegen, die mit dieser Zusammensetzung hergestellt wurde. Diese Agglomerate entsprechen den Dispersionsfehlern der Zuschläge. Auf dem Diagramm der Fig. 6 ist in der Abszisse die Größe der Agglomerate und in der Ordonate ihre Anzahl dargestellt. Die erzielten Ergebnisse sind für drei Größenintervalle der Agglomerate wiedergegeben, die in den beiden Versuchen identisch sind. Die mit einem Innenmischer hergestellte Zusammensetzung ergibt Ergebnisse, die durch die straffierten Säulen dargestellt sind. Man sieht, daß die Agglomerate, die nach der erfindungsgemäßen Mischung verbleiben, in mittlerer Größe sehr viel kleiner sind. Ihre größere Anzahl offenbart eine bessere Dispersionswirkung.
• Es wird Bezug auf den Cabot-Versuch genommen (siehe beispielsweise die Norm ASTM D 2663); eine schwierig herzustellende Mischung, die eine Note D3 nach der Verarbeitung in einem Innenmischer erzielt hat, erzielt eine Note C2, wenn man die vorliegende Erfindung benutzt. Eine geläufige Mischung, für welche man die Note C2 erhält, wenn man einen Innenmischer benutzt, erhält die Note B1, wenn man die vorliegende Erfindung verwendet.
• Man sieht, daß diese sehr kompakte Vorrichtung keine Vorbereitung, keine Vorbehandlung und keine Vorab-Dosierung der schwersten Anteile erfordert, nämlich der Elastomere und der Verstärkungs-Zuschlagstoffe. Sie ist imstande, die Ausgangsmaterialien im Rohzustand aufzunehmen und sie gibt am Ausgang eine fertige Mischung ab, wobei sie streng die vorgeschriebene Zusammensetzung und ihre Eigenschaften beachtet. Außer den Vorzügen eines kontinuierlichen Verfahrens ist die Qualität der erzielten Mischungen mindestens gleich, und sogar besser als die, die man mit dem Innenmischer erzielt.

Claims (37)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Mischung zum Herstellen einer Gummizusammensetzung, mit einer Mischkammer (11), die mindestens einen Rotor (1) aufweist, der sich in einen Stator (2) dreht und sich zwischen einem flußaufwärts gelegenen Ende (12) und einem flußabwärts gelegenen Ende (13) erstreckt, zwischen welchen das Material fortlaufend voranschreitet, um die Zusammensetzung durch das genannte flußabwärts gelegene Ende (13) abzugeben, mit Organen zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung des oder der Grundelastomere in pastenartigem Zustand, die das oder die genannten Grundelastomere über eine Leitung drücken, die in die Mischkammer (11) einmündet, und mit Organen zur Dosierung und Einleitung der anderen Anteile, wobei die Gesamtheit der Organe zur Dosierung und Einleitung in die Mischkammer (11) an mindestens zwei in Längsrichtung zwischen dem flußaufwärts gelegenen Ende (12) und dem flußabwärts gelegenen Ende (13) einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie für alle Anteile Organe zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung aufweist, die imstande sind, jeden Anteil in eine geschlossene Mischkammer (11) unter Druck hineinzudrücken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung, das zum Einleiten eines Grundelastomers der Gummizusammensetzung verwendet wird, eine volumetrische Pumpe (55) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Grundelastomere der Gummizusammensetzung jeweils durch ein Organ zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung eingeleitet werden, das eine volumetrische Pumpe (55) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die volumetrische Pumpe (55) durch ein Plastifizierungs- und Stopforgan (54) gespeist ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Bunker (5) aufweist, der imstande ist, zumindest einen Grundelastomerkuchen zu enthalten, und einen Stempel (51), der im Bunker (5) angeordnet ist, um auf den oder die Elastomerkuchen einzuwirken, wobei der Boden des Bunkers mit einer Umhüllung (52) zusammenwirkt, in welcher ein Zerkleinerungsmittel wirksam ist, um Schnitzel zu entnehmen, die nachfolgend der Wirkung des Plastifizierungs- und Stopforganes unterzogen werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerkleinerungsmittel von einem Messer (53) gebildet ist, das wendelförmig verwunden ist und zur Drehung in der genannten Umhüllung (52) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Messer (53) derart wendelförmig verwunden ist, daß die Ganghöhe des genannten Wendels sich fortlaufend verringert, um einerseits einen Zerkleinerungsbereich und dann andererseits einen Bereich zur Plastifizierung der Schnitzel zu bilden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) mindestens einen Bereich aufweist, dessen Füllungsgrad kleiner ist als 1, und der unmittelbar hinter einem Bereich gelegen ist, in dem der Füllungsgrad 1 beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Organe zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung, die für alle pastenartigen Anteile verwendet sind, volumetrische Pumpen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Organe zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung, die für die pulverigen Anteile benutzt werden, volumetrische Pumpen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Organe zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung aller Bestandteile volumetrische Pumpen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei unterschiedliche Mischbereiche (M) aufweist, und daß die Organe zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung, die vor dem ersten Mischbereich (M) gelegen sind, die Anteile in einem Bereich der Mischkammer einleiten, in dem der Füllungsgrad 1 beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige Steuerwelle (6) für die verschiedenen Organe zur Dosierung aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkuppelungs-/Auskuppelungsmechanismus zwischen den Organen zur Dosierung und Einleitung und der genannten Steuerwelle (6) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Organ zur Dosierung und Einleitung ein Mittel zum Regulierung des Durchsatzes aufweist, das es gestattet, getrennt die unterschiedlichen Dosierungen einzustellen, damit sie sich an die unterschiedlichen Gummizusammensetzungen anpassen können.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bestimmte Organe zur Dosierung und Einleitung Kolbenpumpen sind, und daß die Durchsatzregulierung dadurch erzielt wird, daß man den Hub der Pumpe veränderlich macht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung des Durchsatzes dadurch erzielt wird, daß man die Untersetzung veränderlich macht.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Organ zur Dosierung und Einleitung seinen eigenen Motor aufweist, und daß der Betrieb der Gesamtheit der Motoren der Vorrichtung von einem Regler in Funktion der Gegebenheiten der herzustellenden Zusammensetzung gesteuert wird.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine volumetrische Neuförderungspumpe (9) längs der Kammer (11) an mindestens einem Entnahmepunkt angebracht ist, der zwischen dem flußaufwärts gelegenen Ende und dem flußabwärts gelegenen Ende gelegen ist, wobei die Gesamtheit des Durchsatzes am Entnahmepunkt durch die genannte volumetrische Pumpe (9) hindurchtritt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei unterschiedliche Mischbereiche (M) aufweist, und daß der Entnahmepunkt zwischen den beiden Mischbereichen (M) und vor einem Organ zur Dosierung und zwangsweisen Einleitung angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) über die Gesamtheit seiner Länge nur einen einzigen Rotor (1) aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Entgasungsvorrichtung (76) aufweist, die in einem Bereich eingesetzt ist, in dem der Füllungsgrad kleiner ist als 1.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung (76) eine Öffnung zur Abgabe an die Umgebungsluft (763) sowie ein Mittel aufweist, das ständig aufeinanderfolgend die genannte Öffnung verschließt und dann öffnet.

25. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Gummizusammensetzung, das darin besteht, mindestens eine Mischkammer zu benutzen, die von einem Stator (1) gebildet ist, in welcher sich mindestens ein Rotor (2) dreht, dessen Drehung den Vorschub von flußaufwärts nach flußabwärts und die Vermischung der Anteile sicherstellt, das oder die Elastomere der Zusammensetzung in pastenartigem Zustand zu dosieren und zwangsweise einzuleiten, alle anderen Bestandteile der Zusammensetzung zu dosieren und einzuleiten, und in der Mischkammer die Anteile voranbewegen zu lassen, die dort längs Vorschubbereichen (P) und Mischbereichen (M) eingeleitet wurden, wobei der Füllungsgrad der Mischkammer mindestens in bestimmten Mischbereichen (M) kleiner ist als 1.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomere in die Mischkammer bei einer Temperatur eingeleitet werden, die größer ist als 40ºC.

27. Verfahren zur Herstellung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil der Anteile zwangsweise in das Innere der Mischkammer eingeleitet wird.

28. Verfahren zur Herstellung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet daß der größte Teil der Anteile durch volumetrisches Pumpen dosiert und zwangsweise eingeleitet wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Grundelastomere und die verstärkenden Zuschlagstoffe in einem Bereich vor bzw. stromaufwärts von der Kammer eingeleitet werden, in einem ersten Mischbereich vermischt werden und dann zu einem Einleitungspunkt gelangen, wo man die anderen Anteile einleitet, wobei die Gesamtheit in einen zweiten Mischbereich vermischt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem ersten Mischbereich und dem Einleitungspunkt eine erneute, volumetrische Förderung des Materialdurchsatzes bewirkt, der die Kammer durchläuft.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem ersten Mischbereich und dem Einleitungspunkt einen Füllungsgrad der Kammer sicherstellt, der 1 beträgt.

32. Mischverfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, worin man einen einzigen Rotor benutzt, der sich in einem Stator dreht.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, verwendet zur Herstellung einer Gummimischung, deren Rezeptur mehrere Anteile aufweist, die jeweils in einem Verhältnisanteil auftreten, der kleiner ist als 10% des Gesamtelastomergewichts, das darin besteht, daß man mindestens eine Vormischung mindestens bestimmter der genannten Anteile derart vornimmt, daß man eine Paste erzielt, die nachfolgend in die genannte Mischkammer in der gewünschten Menge zusammen mit den anderen Anteilen eingeleitet wird.

34. Verfahren nach Anspruch 33, benutzt zum Herstellen einer Mischung, deren Rezeptur Öl enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bruchteil der Ölmenge benutzt wird, um die Vormischung zu bewirken.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die der genannten Anteile, die sich bei Umgebungstemperatur in festem Zustand darbieten, erwärmt werden, bis sie in einen flüssigen Zustand übegehen, bevor man die Vormischung bewirkt.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das flußaufwärts gelegene Ende (12) dazu bestimmt ist, mindestens einen Teil mindestens eines Grundelastomers der Zusammensetzung aufzunehmen.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 oder 36, worin der Rotor eine Werkzeugträgerwelle aufweist, auf welcher man verschieden Werkzeuge aufreiht und festkeilt, die in Funktion der zu erreichenden Mischleistungen ausgewählt sind.