DE202015106285U1 - Ring extruder for the continuous preparation of rubber compounds with co-extruder and cooling system - Google Patents
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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.Multi-screw extruder, in particular RingExtruder (59) for the continuous preparation of rubber material with at least six axially parallel, co-rotating screw shafts (1) arranged in a circle in an extruder housing (3, 590) characterized in that the multi-screw extruder at least one co-extruder (71, 105 , 710), which is arranged on the multi-shaft extruder and supplies material for the continuous rubber preparation to the multi-shaft extruder, wherein the co-extruder (71, 105, 710) is suitable for masticating.
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.The invention relates to an extruder according to the preamble of
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 (
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.Nevertheless, the rubber industry is still dominated by batchwise working internal mixers with downstream rolling mills, although these aggregates often have to be passed through two or more times. In contrast, the ring extruder is available as an established extrusion system for the production of rubber compounds in a continuous process. Thanks to very good dispersing performance and a very differentiated adjustable temperature control at a comparatively low rotational speed, the rubber preparation processes can also be realized with larger machines such as RingExtruder5, RingExtruder7 and RingExtruder9, as sold by the Applicant. Due to the exceptionally high surface / volume ratios, a scale-up proceeding from the RingExtruder3 can easily be achieved even with the larger machine types RingExtruder7 and RingExtruder9.
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.Starting from the co-rotating, close-meshing twin-screw extruders, an increase in throughput in the RingExtruder concept is initially achieved by multiplying the number of screws to twelve. Therefore, with identical screw diameters, significantly higher throughputs are achieved in the ring extruder than with twin screws which can only be used to a limited extent for rubber preparation. At the same time, however, the mixing and dispersing effect is significantly improved (see below) and the specific energy input is minimized. A further increase in throughputs is also achieved by increasing the screw diameter in RingExtruder, on the other hand, but alternatively, the number of waves z. B. further increased to 18 or 24.
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 (
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.Nevertheless, this technical orientation involves problems with regard to the process heat, loading of the extruder material, processing of the material to be extruded, which make it desirable to further improve the process flow through the extruder, both quantitatively and qualitatively. but in particular rubber or rubber precursors are affected by RingExtrudern.
Diese Aufgabe wird mit den Vorrichtungen der Nebenansprüche 1 und 9 gelöst.This object is achieved with the devices of the
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
- - floor coverings, rubber sheets and sheets
- - Rubber profiles, bellows, gaskets, hoses
- - Tires
- - Self-sealing tire sealants
- - Expansion joints and construction elements in bridge and building construction
- - rubber damper
- - Cable sheathing
- - Rubber-based adhesives
- - Base gum and chewing gum
- - Thermoplastic elastomers (TPE)
- - Thermoplastic vulcanizates (TPV)
- - Thermomechanical and / or chemical devulcanization
- - Degassing and stripping synthetic raw rubber masses
- - Mechanical squeezing of solvents or water from synthetic raw rubber compounds
Die Begriffe Gummi, Kautschuk, Gummimaterial, Gummiwerkstoff sowie Gummimassen werden in der vorliegenden Anmeldung als Synonyme gebraucht.The terms rubber, rubber, rubber material, rubber material and rubber compounds are used as synonyms in the present application.
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.The term rubber material is understood to mean a material, in particular from the group of elastomers with viscoelastic properties. The rubber material may be based on rubber and / or other rubber-like vegetable juices which, upon drying, preferably harden to plastic-elastic solids through polymerization.
Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ebenso natürlicher Kautschuk sowie synthetisch hergestellter Kautschuk verwendet werden.Natural rubber as well as synthetically produced rubber may also be used to practice the present invention.
Der Gummi-Werkstoff umfasst einen vulkanisierten Kautschuk und ist insbesondere als elastischer und relativ strapazierfähiger Feststoff bekannt.The rubber material comprises a vulcanized rubber and is known in particular as an elastic and relatively hard-wearing solid.
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.In the production of the rubber material, the natural and / or the synthetic rubber further solid and / or liquid ingredients are supplied and mixed with this / n. In the present case, mixing is also understood to mean mixing.
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.Synthetic rubbers are z. Styrene rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butyl rubber, ethylene-propylene-diene rubber, chloroprene rubber and polyisoprene rubber. The list is only exemplary and in no way exclusively meant.
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.Such rubber mixtures or rubber mixtures all have a complex formulation with in the simplest case seven to eight components, for special requirements up to 20 components, each tailored to the application.
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.In the context of the present invention, ingredients are by way of example and by no means exclusively rubber, solvents, plasticizers, cure accelerator vulcanization accelerators, cure retarders, activators, silica, carbon blacks, pigments, fillers, resins, adhesives, flame retardant additives, ozone and anti-aging agents.
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.However, they are all characterized in that they are recipe-related, that is to say inherent, components for the production of a rubber material and are distinguished from external additives, such as the separate release agents or coating, wetting or dusting agents known in the prior art.
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.A release agent in the sense of this foreign admixture according to the prior art has the purpose of separating the particles. In contrast to this, for example, a plasticizer is not regarded as a foreign admixture in the sense of the prior art, but as an ingredient, because it influences the Shore hardness and thus is a necessary formulation constituent of the material.
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.The selection of ingredients depends u. a. from the application of the material and thus also from the product requirements as well as from the costs. These parameters have a not inconsiderable influence on the choice of the rubber and the reinforcement system.
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.For tire mixes z. As "silica" an important recipe ingredient. Car tires, for example, benefit from the reinforcement of a special SiO 2 system, because they can save fuel compared with traditional rubber compounds that are traditionally filled with soot and at the same time improve the safety performance.
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.
- - Calcium carbonate for flooring, gaskets,
- - Aluminum silicate for hoses, shoe soles, profiles, seals, technical products, floor coverings
- - Silica for hoses, gaskets, technical products
- - Calcium silicate for shoe soles, gaskets,
- - magnesium silicate for technical products,
- - zinc carbonate for light products,
- - kaolin calcined for cables, technical products,
- - silanized kaolins for technical products
- Silanized silicates for tires,
- - magnesium silicate for influencing the gas permeability and chemical resistance,
- - aluminum hydroxide to influence the flame retardant,
- Magnesium carbonate for influencing the green strength,
- - Barium sulfate for use in noise insulation, radiation protection, to influence the acid resistance,
- Calcium oxide for use as a water and acid acceptor,
- Titanium dioxide for use as a UV stabilizer,
- Alumina for use as an inert filler,
- Zinc oxide for use as a crosslinking agent and for influencing heat resistance,
- - Magnesium oxide for use as an activator and for influencing the heat resistance.
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.An example of a low to medium-strength reinforcing system is aluminum silicate, silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium silicate, magnesium silicate, calcined kaolin, silanized kaolins. A medium to high amplification system exemplify: aluminum silicate, silanized silicates.
Ein Beispiel für die flüssigen Inhaltsstoffe sind die vorerwähnten Weichmacher. Diese sind vorzugsweise naphtenische oder aromatische Mineralöle.An example of the liquid ingredients are the aforementioned plasticizers. These are preferably naphthenic or aromatic mineral oils.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:The invention will be described below with reference to the figures. Showing:
Der RingExtruder besteht häufig aus sechs, nach dem nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiel aus zwölf koaxialen Schnecken
Wie aus
Der vom Gehäuse unbeeinflusste Verfahrensraum im Übergabebereich von Schnecke zu Schnecke, auch Zwickel
In
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.With each screw, two neighboring screws are simultaneously engaged in the ring extruder. The screw surface is thereby stripped twice each time the screw is rotated. Thus, the self-cleaning again designed significantly more intense than the same direction rotating double shaft. This results in the possibility of processing the material in the extruder within very narrow residence time spectra. This is especially in the implementation of chemical reaction processes such. B. in the silanization reaction of importance. In addition, the excellent self-cleaning leads to extremely short transition times with material and operating point changes. As a result, the extruder is much faster in a stable production state and the amount of waste is significantly reduced. Furthermore, new material surface is formed during each self-cleaning process. This results in a high surface recharge rate, which is of crucial importance for degassing operations.
Aus
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,
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.The T-profile elements have an asymmetric cross-sectional area in which an enlarged gap is created between one of the screw flights and the extruder housing. Nevertheless, the elements are completely self-cleaning.
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.The Z-profile is a purposeful deviation from the self-cleaning Erdmenger profile. Thanks to an intelligent combination of the individual, adjacent worm shafts, the self-cleaning effect can nevertheless be fully guaranteed. In these elements, one of the screw combs has a reduced outside diameter. This creates an enlarged gap between the adjacent screws and between the screws and the extruder housing at this point.
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.In both types of elements, the enlarged gaps cause the material to penetrate transported this area, much lower shear rates suffers compared to the stress in the standard gap. On the other hand, it is known that in standard games, materials are mechanically and thermally overstressed in this area between the screw crest and the housing surface. This often causes mechanical and thermal damage to the extrudate. In this respect, increasing one of the gaps helps to reduce local shear and temperature spikes, thus decreasing the mean melt temperature and sparing the material.
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
The T-profile elements is a generalization of Erdmenger in the patent
Die
Die
Beim Z-Profil weist einer der Schneckenkämme einen reduzierten Außendurchmesser auf (
Dieser Vergrößerung des Spaltes
Gleiches gilt analog für die
Insoweit wird ergänzend auf die österreichische Patentanmeldung
Die bereits angesprochene Technologie des T-Profils ist in
Die
Die in der Ausführungsform eines Extruders gemäß
In Bezug auf diese vorstehend wiedergegebene T-Profil-Technologie wird ferner auf die auf die Anmelderin zurückgehende deutsche Patentanmeldung
In dem in
Die mit Material beschichtete Oberfläche der Schnecke ist mit
Zusätzlich kann dieser Spaltbereich für verfahrenstechnische Misch- und Dispergieraufgaben genutzt werden. Dadurch, dass sich eine signifikante Leckströmung (
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.When applying the design principle on conveyor elements, it is still possible to divide the component in the axial direction into individual sections. In each of these segments, the cross-sectional profile by an offset angle in the circumferential direction, z. B. 180 °, to be twisted. This alternates in the process direction of the conventional and the enlarged gap. Such screw mixing elements are, for example, outstandingly suitable for use in the area of the side stream metering of a ring extruder. In this case, through targeted utilization of the leakage current over the enlarged housing gap, mass transfer between the screw channels with minimal energy input can help to gently distribute and wet the secondary components supplied to the extruder. In this way, for example, the formation of agglomerates of powdered components can be prevented by compression.
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.Further advantages of such elements arise in the degassing of the extruder. By spreading wall-mounted plasticates on the screw and cylinder surface over the enlarged gap, a melt film with adjustable layer thickness can be produced, which can outgas under the influence of vacuum. After half a turn of the screw, it is forced to be stripped off and then renewed again. Furthermore, it is to be expected that the heat transfer from the melt to the extruder barrel is intensified. This is also due to the formation of a material film and its constant renewal, whereby the heat transfer coefficient can be increased.
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 (
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.Important here is the relationship between dispersing effect and flow form. In various investigations it could be shown that a droplet separation from a certain viscosity ratio between matrix and droplets is only possible in the extensional flow field. A droplet in a pure shear flow differs in part from the stress with a rotational movement. Therefore, a breakdown at such viscosity ratios is not possible and the mechanical energy input results only in an undesirable increase in melt temperatures. The droplet fragmentation is, however, almost independent of the viscosity ratio in the presence of increased Dehnströmungsanteile. In addition, the dispersion takes place at considerably lower mechanical material stress. This results in addition to the improved dispersion at the same time a significant reduction of the specific energy input and thus the melt temperatures.
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
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.Comparing machine types under identical conditions resulted in an integral value that was 41% higher on average than the free cross-sectional area of the process rooms. This is due to the strong deflection and compression of the material in the gusset gap and the higher number of gussets in the ring extruder. Due to the increase in the number of screws, the plasticates also go through the gusset areas much more frequently. From this it can be deduced that cutting and mixing processes in the RingExtruder are carried out much more effectively. As a result, a significantly better product quality can be generated at a lower melt temperature. Consequently, the specific energy input into the plasticizer is significantly lower and the production process is considerably more economical.
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.Rubber compounds produced in the RingExtruder have convincing advantages for articles which are crosslinked by microwave irradiation. In this vulcanization method, polar molecules absorb the radiant energy and thus heat the compound. In contrast, nonpolar substances can not be heated by means of UHF. However, the absorption of weakly polar or nonpolar rubbers can be increased by admixing polar polymers or fillers, in particular active carbon blacks.
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.The excellent dispersing effect of the RingExtruder leads to extremely small particle sizes of the fillers used and avoids agglomeration. Likewise, finely dispersed morphologies are produced when compounding incompatible rubber types with widely differing polarities. This leads to a homogeneous distribution of the polar mixture components and thus to a very homogeneous radiation absorption in the volume of the product. As a result, local overheating in UHF networking is prevented. As a result, the anode voltages of the magnetrons can be significantly increased. This considerably speeds up the crosslinking process and leads to a huge increase in production efficiency.
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.The control of the melt temperatures plays a central role in the production of rubber compounds in order to avoid material degradation or unwanted vulcanization. The RingExtruder is characterized in this context by a very high surface / volume ratio. Therefore, based on the amount of plasticizer in the extruder, a very large heat exchange surface is available. Constructively optimized designs of the extruder housing with two or more independent cooling channels as well as the central core with maximum cooling channel cross-section thus allow efficient cooling of the process part.
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.
Das gezeigte RingExtruder-Gehäuse mit doppeltem, oberflächennahem Kühlkanalsystem und dünnwandigem Inliner ist intensiv kühlbar. Die Kühlbohrungen sind mit
Zur Abgrenzung von dem in
Ein derartig bevorzugter Inliner ist im Einzelnen in dem deutschen Gebrauchsmuster
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.A variant of such wear and / or corrosion protection, not shown, consists in that the ring extruder housing has a closure and / or corrosion protection layer on the inner housing surface, which is produced by a hot isostatic pressing method. Depending on the material of the inner surface of the housing or depending on the intended use of the RingExtruder, powder coating may also be considered.
Weiterhin besteht bei großen RingExtrudern die Möglichkeit, die Schnecken direkt zu kühlen. Die Kühlung kann als offenes (
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
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.
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.The ring extruder is used in the elastomer or rubber sector for various tasks in continuous compounding. In so-called "premixing", in addition to the addition of a wide variety of fillers and liquids, partial reaction or coupling processes are carried out. In "Final mixing", inter alia, the crosslinking chemicals are mixed in, so that incipient vulcanization must be prevented by a very accurate temperature control. In this context, however, it has repeatedly been shown that the tolerable upper limits of the melt temperatures in the RingExtruder can be set much higher than in the internal mixer systems. This is due to the fact that the residence times in the extruder are many times lower than in the internal mixer. Furthermore, comparatively thin extrudates can be cooled much faster than a compact rubber mass of several hundred kilograms from an internal mixer. This results in the possibility for some formulations to carry out coupling reactions and the mixing in of the crosslinking chemicals in one step. If necessary, however, two ring extruders can also be connected in series as a cascade system, so that certain sub-processes can proceed at different temperature levels.
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.In the overall concept, rubbers that are available as bales are first crushed. In order to prevent sticking of the material to be ground, powdering with a release agent is carried out during the grinding if necessary. In general, a powder can be used for this purpose, which is contained in the rubber mixture anyway, z. As chalk, talc, kaolin, carbon black or silica, so that contamination by foreign substances is excluded. This process has proven to be reliable even for very sticky rubbers such as butadiene rubber.
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 (
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.In principle, the modular design of the extruder cylinder and the screw geometries ensure maximum flexibility with regard to material supply points. Solids of different particle size and shape or material mixtures are the process space as bulk material together or separately via the feeder housing, in the modular arrangement, the first housing of the RingExtruder supplied. Additionally or alternatively, material can also be supplied via an installed on the feed housing and / or a laterally mounted attachment to one of the further downstream arranged housing.
Zum Einsatz kommen je nach Materialbeschaffenheit und Prozessanforderung Aggregate wie Einwellenextruder, Doppelwellenextruder oder Zahnradpumpen (
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
Zu erkennen sind ferner u. a. die Ring-Schneckenwellen
Die Steuerung lässt die Panels für die Vakuum-Stuffer
Hoch- und mittelviskose Materialien wie zum Beispiel Gummi-Masterbatche oder polymergebundene Chemikalienkonzentrate können dem RingExtruder
Diese Co-Extruder
Bei der vorliegenden Erfindung übernimmt der Co-Extruder jedoch die Aufgabe eines Vorverarbeitungsgerätes. Seine Wirkungsweise geht über die einer reinen Dosierstation hinaus.In the present invention, however, the co-extruder assumes the task of a preprocessing device. Its mode of action goes beyond that of a pure dosing station.
Dabei kann der Co-Extruder als Einwellenextruder oder als Mehrwellenextruder ausgestaltet werden. The co-extruder can be configured as a single-screw extruder or as a multi-screw extruder.
In den Co-Extruder können beispielsweise Endlos-Gummistreifen eingeführt werden.In the co-extruder, for example, endless rubber strips can be introduced.
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
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.This gives the RingExtruder an already preprocessed material. This brings surprising benefits. By using such a co-extruder, a partial displacement of the torque required for the overall extrusion process takes place in the co-extruder. As a result, the ring extruder is relieved of torque. This leads to a faster, more effective further processing of the preprocessed material fed into the ring extruder. As a result, in particular, the throughput is improved. Likewise, a significant increase in product quality was observed.
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.Due to the preprocessing of the rubber material, its more uniform absorption into the ring extruder takes place because it has already been plasticized to a considerable extent in the co-extruder. The product stream flowing into the ring extruder is thus more uniform.
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.This means that it is precisely the combination of the co-extruder in combination with the ring extruder that allows finer, more efficient, faster and quantitatively larger processing of the rubber material.
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.As stated, the co-extruder may be disposed at any angle on the main line of the ring extruder. The arrangement can be done by flanging, screwing, welding or similar measures.
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.Especially through the adoption of essential processing steps by the co-extruder, so in particular the masticating, its mode of action goes far beyond the mode of action of conventional side feeders, which are ultimately limited to dosing functions. The RingExtruder is not only supplied with material, for instance by means of a SideFeeder or another receiving part, but already preprocessed material. Because the masticating and thus plasticizing of the material to be processed is at least partially shifted into the co-extruder, the ring extruder is significantly influenced in its mode of operation. As a result, he receives more process length and thus has more opportunities to carry out the other necessary process steps, such as the further mixture of the product. He needs less torque. The temperature can be lower in the ring extruder, which greatly facilitates the processing of the rubber material. An increase in throughput is also given to a considerable extent.
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.The advantages according to the invention already occur when the masticating process has been started. An extensive or complete mastication can have advantages. An incipient mastication, however, already contributes significantly to the mentioned advantages.
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.Thus, this solution also differs from about in particular series connected main extruders, where this solution can be described as a cascade solution. In this cascade solution, the processing of the material takes place in the respective extruder. This main extruder must have the necessary torque forces, it must be able to absorb significant temperatures, which can lead to premature material fatigue. This procedure is not influenced by the fact that several extruders are connected in series. All extruders must be able to meet the same high parameters. Above all, the further transport from the first extruder into the following extruder takes place regularly without pressurization, ie. H. it occurs by this series process process rather a slowing down of the extrusion process implementation instead.
Bei dem erfindungsgemäßen Co-Extruder kann jedoch vorzugsweise eine Druckbeaufschlagung stattfinden.In the case of the co-extruder according to the invention, however, pressurization may preferably take place.
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.The co-extruder may be a single-screw or multi-screw extruder, as shown. The choice of the right extruder will be made according to the process parameters to be performed. In most cases, the use of a single-screw extruder will be evasive, which represents the technically less expensive device in this respect. Thus, a single-screw extruder is also cheaper. Due to its channel depth he has even procedurally favorable parameters, especially when it comes to the collection of rubber strips of material or the like.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann erreicht werden, wenn der Co-Extruder zum Beispiel von einer Speisewalze
Durch Anordnung mehrerer dieser Apparaturen kann eine Prozessunterbrechung vermieden werden, wenn das zu verarbeitende Gut, das für einen Co-Extruder vorgesehen ist, aufgearbeitet ist.By arranging several of these apparatuses, a process interruption can be avoided if the material to be processed, which is intended for a co-extruder, has been worked up.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung mit einer Drucküberwachungs-Einrichtung versehen sein, die vorzugsweise an einer Übergabestelle des Materials angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the device may be provided with a pressure monitoring device, which is preferably arranged at a transfer point of the material.
In den Co-Extruder kann neben den vorerwähnten Gummistreifen, vorzugsweise Endlos-Gummistreifen auch rieselfähiges Gut oder etwa gehacktes Gut eingegeben werden.In the co-extruder can be entered in addition to the aforementioned rubber strip, preferably endless rubber strip and free-flowing or chopped good.
Es können Materialstreifen, Felle, Schnüre, Bänder oder -Profile unterschiedlicher Querschnitte und Längen sowie Endlosmaterialien verarbeitet werden.Material strips, skins, cords, ribbons or profiles of different cross sections and lengths as well as endless materials can be processed.
Zur Optimierung des Einzugs solcher Materialstreifen kann ergänzend im Einzugstrichter des Einschneckenextruders eine Speisewalze eingesetzt werden.To optimize the intake of such strips of material can be used in addition to the feed hopper of the single screw extruder, a feed roller.
Das Material wird im Co-Extruder
Die Dosierung von Flüssigkeiten oder Suspensionen kann mittels volumetrisch oder gravimetrisch angesteuerter Pumpen unterschiedlichster Bauart oder mittels Fasspressen realisiert werden.The dosage of liquids or suspensions can be realized by means of volumetrically or gravimetrically controlled pumps of various types or by means of barrel presses.
Selbstverständlich können mehrere Flüssigkeitszufuhren an unterschiedlichen Positionen des Verfahrensteils gleichzeitig betrieben werden (
Die in
Des Weiteren verfügt die Anlage
Der RingExtruder
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.Barrel presses in the design of barrel melters also allow the melting of low-melting components such. As waxes or fats or heating poorly flowable liquids or suspensions to reduce the viscosity.
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.With appropriate design such materials can be dosed with heatable pumps, if they were melted or heated in an upstream process step. Temperable storage tanks and pipes or hoses ensure the necessary temperature stability and operational safety.
Sowohl für Fasspressen als auch Fassschmelzanlagen stehen Tandemgeräte zur Verfügung, um eine langzeitkonstante, unterbrechungsfreie Dosierung realisieren zu können.Tandem devices are available for both drum presses and barrel melting plants in order to achieve long-term, uninterrupted metering.
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.They can also be combined with downstream gear pumps, which meter the liquids or suspensions with improved dosing accuracy in the extruder. Again, the supplied volume flows are determined by selecting the pump speed and the barrel presses or -schmelzanlagen regulate a constant pump pressure.
Selbstverständlich sind solche Anordnungen beliebig mit Durchflussmessgeräten sowie statischen oder dynamischen Mischeinrichtungen kombinierbar.Of course, such arrangements can be arbitrarily combined with flow meters and static or dynamic mixing devices.
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. It is also possible to use the units to feed a dosing station when a liquid or suspension is to be distributed to several injection points on RingExtruder. A press feeds two or more gear pumps, which inject the material into the ring extruder at different points in a defined quantity distribution.
Die vorerwähnte Fasspresse ist dabei vorzugsweise so aufgebaut, dass sie über einen Stempel
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.By this measure, the good is pressed into a tube or about in a hose. In this way, the good is discharged from the receiving device and simultaneously transported. Transport can take place to the ring extruder. The good can also be pressed directly into the ring extruder.
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.Preferably, the barrel press can be configured as a fiber melting plant. In this case, it is particularly preferable for the stamp to be heatable, which can also heat very poorly flowable materials, melt solids, so that they become liquid and then easier to compact.
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.It is particularly advantageous if barrel presses are designed as tandem devices. These then have two punches. If a preparatory device is empty due to the processing operation, otherwise the process would have to be interrupted and a new barrel press would be installed. In a tandem device this is not necessary. The whole process does not have to be interrupted.
Die Ausgestaltung einer Tandempresse kann dabei so erfolgen, dass der eine Stempel dann anfährt, wenn auf der anderen Seite die Aufnahmevorrichtung leer ist.The design of a tandem press can be done so that a stamp then anfährt when on the other side, the receiving device is empty.
Eine Tandem-Fassanlage ist damit besonders geeignet für eine volumetrische Flüssigdosierung.A tandem drum system is therefore particularly suitable for volumetric liquid metering.
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.The drum melt may preferably be connected to one or more gear pumps. The press pushes this one or more gear pumps. The one or more gear pumps run at constant speed, which ensures that the volume flow is constant. The barrel press regulates the admission pressure of these one or more gear pumps.
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.But it is also possible that the barrel press fed a dosing, so that run out of the barrel press one or more gear pumps with appropriate throughput and feed the material to be transported directly or indirectly at one or at different points the RingExtruder.
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 (
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.Analogously, dosing systems with mass flow control and corresponding injection valves for the injection of gases - even in supercritical state - are available and can be integrated into the control of the RingExtruder. Typical applications are, for example, foam extrusion or the optimization of degassing processes by stripping. In the process, inert gases and / or liquids which can be vaporized under the conditions of degassing are mixed homogeneously into the material to be processed in the extruder. When passing into the degassing zone, the gas and / or the evaporating liquid leads to foaming. In this way, the surface of the material is extremely enlarged and significantly reduces the diffusion paths of the volatile components to be degassed to the material surface. This enormously increases the efficiency of subsequent atmospheric or vacuum degassing.
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
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.Alternatively, stuffers can be used. These are compact, bleached or counter-rotating twin-screw units, which fulfill the task to keep the housing opening free and to prevent the escape of product from the vent. Up to three stuffer can be connected on both sides as well as on top of the same housing module. Furthermore, of course, several stuffer can be operated on different extruder housings and combined as needed with the Dom degassing. Furthermore, the degassing can be constructed in several stages, whereby individual sections can be operated at different negative pressures or also atmospherically. Dusting areas within the screw configuration provide the necessary sealing between individual degassing sections.
Der Austrag des Extrudats erfolgt je nach Prozessanforderung, Viskosität, Materialbeschaffenheit, -temperatur und Anbindung an nachgelagerte Systeme über Düsenplatten mit prozessorientiertem Design der Öffnungen (
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 (
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.For the purpose of process control and quality monitoring, various sensors can be installed to provide information about the different properties of the extruded product. These sensors can be installed at different positions along the extruder housing. Alternatively or additionally, however, they can also be placed in the discharge area of the extruder and / or behind possibly downstream additional units such as gear pump or strainer and in the extrusion die itself.
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.In addition, the measurements can also be made outside the extrusion system after product discharge from the nozzle. The measurements are preferably carried out in the actual material flow of the extruder, so that the properties of the total amount of product are detected. Alternatively, at the above-mentioned positions of the extrusion system, a small portion of the extruded material can be diverted and fed to the sensors. In this case, only a partial flow of the extruded product is detected metrologically.
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.The sensors may be pressure, temperature or viscosity measuring devices, Raman infrared or ultraviolet spectrometers or ultrasonic measuring devices. Likewise, imaging measurement systems such as infrared cameras or microscopes with automatic image processing and data evaluation come into question. The list is only exemplary and in no way exclusively meant.
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 addition, the measured data recorded by the sensors and possibly evaluated can be used to influence the operating conditions of the extrusion system. This task can be further implemented in the extruder control. This results in an extrusion system that regulates its operating conditions independently and fully automatically, in order to ensure the predefined product properties in the long term, despite any external influences, such as fluctuations in raw material properties.
In
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.With the described process options, it becomes clear that the ring extruder can be expanded into a complex processing plant for the continuous production of rubber compounds. The flexibility that is available when needed is unique.
Zusammenfassend stellt die
Der Antrieb
Zu sehen ist eine Extruderanlage, die umfasst einen RingExtruder
Ferner kann die Anlage über ein Gebläse
Eine Vorrichtung zur gravimetrischen Flüssigdosierung
Die Extrusionsanlage verfügt vorzugsweise über eine Gummistreifenvorlage
Zusätzlich kann die Anlage eine oder mehrere SideFeeder
Vorzugsweise ist eine Dosierstation
Ein Stuffer
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
Die Kühlwasseranschlüsse
Das Adaptergehäuse
Gezeigt sind mit den Bezugsziffern
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.The attachment of about the cooling channels or the cooling shell to the components may vary depending on the structure of the components. For example, attachment by means of flanging is possible. The cooling shell can, for its part, have cooling holes or one or more other cavities through which the cooling medium passes. Preferably, a contacting arrangement of the cooling bores or the cooling shell is provided on the relevant component in order to accomplish an advantageous cooling exchange or heat exchange.
Aus den Figurendarstellungen ergibt sich des Weiteren dass das Adaptergehäuse
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).The screws of the side extruder are in turn via a cooling hole with a cooling medium, eg. As water, cooled. The cooling bore of the screws is preferably arranged inside the same (not shown).
In einer weiteren Ausgestaltung können die Schnecken des Seitenextruders mittels einer Heat pipe temperiert werden.In a further embodiment, the screws of the side extruder can be tempered by means of a heat pipe.
Wie in den
Die
Eine andere Variante der Verbindung des Seitenextruders
Im Montagezustand sind bei dieser Variante also die Schnecken des Seitenextruders
Aus den
Bei diesem Inliner bzw. Thinliner handelt es sich also um einen zusätzlichen Einsatz, der in die seitliche Öffnung
Dem Inliner
Die Ausgestaltung bzw. Kontur des Inliners
Statt eines vorbeschriebenen Inliners
Bei der Gesamtanordnung ist es möglich, dass etwa das RingExtruder-Gehäuse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B29C0047400000 Ipc: B29C0048400000 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |