DE2449489A1

DE2449489A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von auf enddichte vorplastizierten werkstoffen aus hoch molekularen pulverfoermigen fertigmischungen

Info

Publication number: DE2449489A1
Application number: DE19742449489
Authority: DE
Inventors: Heinrich Koch; Josef Dr Lehnen
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-10-19
Filing date: 1974-10-19
Publication date: 1976-04-29
Also published as: FR2287979B1; AU8570875A; GB1522987A; US4117073A; IT1047839B; FR2287979A1; NL7512167A; CH588344A5; AU498460B2

Description

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Anmelder:

1. Heinrich Koch

52 Sieqburq

Jakobstraße 88

2. Bayer A.G.

509 Leverkusen

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von auf Enddichte vorplastizierten Werkstoffen aus hoch molekularen pulverförmigen Fertigmischungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von auf Enddichte vorplastizierten Werkstoffen aus hoch molekularen pulverförmigen Fertigrrischungen, insbesondere solchen mit Kautschukpulver als Basiswerkstoff, die unmittelbar als Vorprodukt für die sich anschließende Endverarbeitung dienen. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren der eingangs erwähnten Art und Vorrichtungen zu ihrer Durchführung sind bekannt.

Bei einem bekannten Verfahren wird die hoch molekulare pulverförmige Fertigmischung auf ein Mischwalzwerk

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aufgegeben und zwischen den Walzenkörpern auf Entrichte gebracht. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist der geringe Druchsatz pro Zeiteinheit, weil die beiden Walzen wegen der Pulverform des Materials sehr eng gestellt werden müssen. Die geringe Spaltweite bedingt trotz intensiver Walzenkühlung eine starke Scherung der pulverförmigen Fertigmischung, die ihrerseits wiederum überhöhte Temperaturen des verdichteten Materials zur Folge hat.

Dieser Umstand zwingt zur Einschaltung einer Kühlstrecke, bevor das auf Enddichte gebrachte Material der Endverarbeitung zugeführt wird. Abgesehen von dem durch die Kühlung bedingten zusätzlichen- Verfahrensschritt ist dieses bekannte Verfahren vorrichtungsmäßig sehr investitions- und energieaufwendig*·

Bei einem anderen bekannten Verfahren erfolgt die Verdichtung der pulverförmigen Fertigmischung in einem Innenmischer. Bei dieser Verfahrensweise ist zwar ein wesentlich höherer Durchsatz pro Zeiteinheit wegen des Mischkarnmer-Doppel-Rotorsystems mit größerem Innenvolumen gegeben, jedoch ist der gleiche Schereffekt und die hierdurch bedingte überhöhte Temperatur mit Erreichen der Enddichte des Materials gegeben, so -iaß auch bei diesem Verfahren eine Kühlung notwendig wird. Abgesehen von diesem zusätzlichen Verfahrensschritt der Kühlung muß das aus dem Innenmischer in Klumpenform austretende Material auf nachgeschalteten Walzwerken auf Form - z.B. Fell- oder Streifenmaterial gebracht werden, mit dem eine Endverarbeitung erst möglich wird.

Dieses bekannte Verfahren ist noch wesentlich investitions- und energieaufwendiger als das vorher beschriebene bekannte Verfahren.

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Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, bei dem eine ununterbrochene materialverdichtende Einwirkung bei gleichzeitigem Entzug der hierbei freiwerdenden gasförmigen Bestandteile auf die hoch molekulare pulverförmige Fertigmischung bis zur Enddichte bei.geringstem Investitionsund Energieaufwand erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Pulvermischung entlang einer wendelartigen Verdichtungsschnecke mit wahlweise konstantem und/oder sich verringerndem Wendeldurchmesser gefördert und durch Aufbringen zusätzlicher Scherkräfte im Außenbereich der Wendel beschleunigt verdichtet wird und gleichzeitig die Vorplastizierung der Pulvermischung bei einer Temperatur erfolgt, die der erforderlichen Werkstofftemperatur für die Endverarbeitung entspricht, wobei die in der Pulvermischung enthaltenden gasförmigen Bestandteile während der Verdichtung fortlaufend von der Mischung aufgenommen und/oder nach außen abgeführt werden.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Enddichte der PUlVermischung auf einer wendelartigen Verdichtungsstrecke mit sich ständig verringerndem Wendeldurchmesser erreicht wird, wobei der die Wendel einhüllende Kegelmantel einen Winkel von lo° - 6o° bildet.

Bei füllstoffarmen Pulverkautschuktypen wird man

mit einem Kegelwinkel von 25° - 4o° optimal arbeiten.

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Bei füllstoffreichen Pulverkautschuktypen kann wegen des geringen Schüttvolumens der Kegelwinkel auch 4o überschreiten.

Ahnlich wie bei der Variation des Winkels der die Wendel einhüllenden Kegelmantels kann die Vorplastizierung den Erfordernissen der.Endverarbeitung angepaßt werden. Es hat sich weiter als zweckmäßig erwiesen, daß die Vorplastizierung in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 100° C erfolgt.

Da die Beschickung der Endverarbeitungsmaschinen über z.B. kaltgefütterte Extruder und kaltgespeiste Gummiinjektionsmaschinen mit auf Enddichte vorplastizierten Werkstoff erfolgt, die Raumtemperatur haben, hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, auch die Vorplastizierung bei Raumtemperatur vorzunehmen. Selbstverständlich kann der Vorplastiziervorgang auch oberhalb der Raumtemperatur vorgenommen werden. Dies ist z.B. der Fall, wenn eine anschließende Kalanderbeschickung erfolgen soll.

Während des Verdichtungsvorganges und der Vorplastizierung werden die hierbei freiwerdenden"gasförmigen Bestandteile nach außen abgeführt und die eingeschlossenen von der Mischung aufgenommen. Es hat sich herausgestellt, daß bei verschiedenen Pulvermischungen, z.B. solchen, die mit leichtvoluminösen Füllstoffen angereichert sind, die gasförmigen Bestandteile nicht sämtlich mit Erreichen der Enddichte und Vorplastizierung entzogen oder von der Mischung aufgenommen worden sind. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vorgeschlagen, daß der Entzug der gasförmigen Bestand-

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teile aus der Pulvermischung nach Erreichen der Enddichte und der Vorpldstizierung forgesetzt wird ο

Die Erfindung bezieht sich nicht nur aut das oben beschriebene Verfahren, sie bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zu seiner Durchführung. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem als Welle ausgebildeten, in einem Gehäuse geführten Träger Rührflügel vorgesehen sind und der Träger sich anschließend als Schnecke fortsetzt, wobei die Schnecke aus einem zylindrischkonischen oder konischen Teil mit jeweils sich hieran anschließendem zylindrischen Teil besteht, und das Gehäuse im Bereich des zylindrisch-konischen und/oder konischen Teils der Schnecke innenseitig mit Stegen versehen ist, die zu den Mantellinien des zylindrisch-konischen und/oder konischen Gehäuseteils unter einem Winkel verlaufen.

Dadurch, daß im Bereich des zylindrisch-konischen und/oder konischen Teils der Schnecke das Gehäuse innenseitig mit Stegen versehen i?t, die zu den Zylinder- bezw. Konus-Mantellinien unter einem Winkel verlaufen, wird sichergestellt, daß die rotierende Bewegung der pulverförmigen Fertigmischung in wandnahen Schichten unterbrochen wird und folglich die Förderung in Axialrichtung intensiviert wird.

Um den Ablauf der Verdichtung der Pulvermischung in Abhängigkeit von ihrer Kompaktierbarkeit steuern zu können, wird ferner vorgeschlagen, daß der Träger axial verschiebbar ist.

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Von Einfluß auf den Verdichtungsvorgang, auf den Durchsatz und auf das Förderverhalten ist eine Einwirkung von außen auf die Pulvermischung bevor diese in die Schneckerizone eintritt. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Rührflügel senkrecht zur Trägerdchse verschiebbar und um ihre eigene Achse drehbar sind.

Bei Pulvermischungen mit höherer Wandhaftung wird man die Rührflügel durch axiale Verschiebung wandnaher anordnen und zur Steigerung des Durchsatzes wird man die unter einem größeren Winkel zur Horizontalen anstellen.

Dabei können die Rührflügel gemäß einer bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung an ihren-Außenrändern mit flexiblen nichteisenmetallischen Abstreifern versehen sein.

Um den Ein- und Ausbau des Trägers sehne]1 vornehmen zu können, wird ferner vorgeschlagen, das Trägergehäuse entsprechend den Schneckenzonen aufzuteilen. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß ein Anschluß der Trägergehäuseteile an getrennte Temperiersysteme unterschiedlicher Leistung möglich ist, so daß durch eine zusätzliche Wärme bezw. Kühleinwirkung von außen auf den Verdichtungs- und Vorplastiziervorgang Einfluß genommen werden kann.

Um den durch die verschiedenen Temperiersysteme der Trägergehäuseteile in den Schneckenzonen auf die Pulvermischung ausgehende Wärme- bezw. Kühleinwirkung zu unterstützen, wird weiter vorgeschlagen, daß der Träger als Hohlkörper ausgebildet ist,

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wobei der Hohlraum des Trägers von einem Kühloder Heizinittel durchflossen ist.

Es hat sich gezeigt, daß nach Erreichen der Enddichte und Vorplastizierung noch nicht alle gasförmigen Bestandteile entzogen bezw. vom Material aufgenommen worden sind. Um auch diese Restmenge noch entfernen zu können, wird weiter vorgeschlagen, daß am Gehäuse im Bereich des Schneckenauslaufs eine oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind, an die z.B. ein Vakuumsystem angeschlossen werden kann.

Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Vorrichtung zu seiner Durchführung erreicht werden, sind gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Verfahren offensichtlich. Infolge der ununterbrochenen materialverdichtenden Einwirkung auf die hoch molekulare pulverförmige Fertigmischung bis zur Enddichte entfallen zwischen oder nachgeschaltete Verfahrensschritte, die zusätzliche Investitionen und zusätzliche Energie benötigen. Die Schaffung eines Produktes für die Endverarbeitung erfolgt kontinuierlich auf kürzestem Wege, so daß auch der Raum- und der Personalaufwand wesentlich geringer ist als bei den bekannten Verfahren.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist das erfindungsgemäße Verfahren an einer Vorrichtung zu seiner Durchführung näher beschrieben.

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Es zeigen:

Figur 1 die erfindungsgemaße Vorrichtung in Seitenansicht;

Figur 2 die erfindungsgemaße Vorrichtung im Längsschnitt;

Figur 3 eine teilweise Abwicklung des konischen Gehäuseteils;

Figur 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Figur 3.

An einem Ständer 1 ist über eine Traverse 2 die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hängend angeordnet. Die erfindungsgemaße Vorrichtung besteht aus einem trichterförmigen Vorratsbehälter 3, an dem sich nach unten entsprechend den Schneckenzonen Gehäuseteile 4,5,6 anschließen. An den Gehäuseteilen 4,5,6 sind Anschlüsse 7,8,9 für Aufheiz- bezw. Kühlsysteme,vorgesehen. Im Gehäuseteil 6 sind am Schneckenauslauf Ausnehmungen Io vorgesehen, an die ein nichtveranschaulichtes Evakuierungssystem angeschlossen werden kann.

In der Traverse 2 ist der Träger 11 hängend gelagert. Der Antrieb erfolgt am oberen freien Ende 12 des Trägers 'über eine Antriebsscheibe 13. Unterhalb der Lagerung 14 ist der Träger 11 mittels eines Gewinderinges 15 axial verschiebbar. Auf dem Träger 11 sind außerdem vor der beginnenden Schneckenzone in versetzter Anordnung Rührflügel 17 vorgesehen, die senkrecht zur Trägerachse und um ihre eigene Achse verstellbar sind. Der Träger 11 ist im Anschluß an die Rührflügel 17 als Schnecke ausgebildet,

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und zwar derart, daß sich an einem zylindrischkonischen Teil 16, 16a ein weiterer zylindrischer Teil 17 anschließt. Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle eines zylindrisch-konischen Teils 16,16a einen rein konischen Teil einzusetzen. Im Bereich des zylindrisch-konischen und/oder konischen Teils der Schnecke 16, 16a bezw. 17 sind innenseitig Stege 18 vorgesehen, die zu den Mantellinien des zylindrisch-konischen und/oder konischen Gehäuseteils unter einem Winkel verlaufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in der in den Figuren 1-4 dargestellten Vorrichtung wie folgt ab:

Die Pulvermischung gelangt über die Einfüllöffnung 19 in den Vorratsbehälter 3, in dem die Rührflügel 17 rotieren. Die Rührflügel fördern entsprechend dem Anstellwinkel die Mischung in axialer Richtung in den Bereich der ersten Schneckenzone 16. Eine Wandhaftung bezw. ein Aufbau der PulVermischung in Wandnähe wird durch eine wandnahe Anordnung der Rührflügel vermieden. Das gesamte Rührflügelsystem verhindert Brückenbildungen des Materials im Vorratsbehälter 3. Die axiale Förderung der Pulvermischung setzt sich in der ersten Schneckenzone fort, wobei gleichzeitig die Verdichtung beginnt und die freiwerdenden gasförmigen Bestandteile durch die Wendelform der Aufschüttung nach oben entweichen. . Die Verdichtung bis nahe der Enddichte unter gleichzeitiger Plastizierung der Pulvermischung erfolgt in dem sich anschließenden konischen Teil, wobei die bei der Verdichtung freiwerdenden gasförmigen Bestandteile nunmehr von der Mischung selbst aufgenommen werden. In dem sich nach unten anschließenden

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zylindrischen Teil $φ der Schnecke wird die Enddichte erreicht und die bisher noch nicht entwichenen bezw. von der Mischung aufgenommenen gasförmigen Bestandteile entfernt. Ein gleichmäßiges Austragen wird durch die Länge der zvlindrxschen Strecke erreicht.

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Claims

52o2 Hennef, Sieg 1, den 7.Ιο.1974 f. Mein Zeichen: Anmelder:

1. Heinrich Koch
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Jakobstr. 88

Ansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von auf Enddichte vorplastizierten Werkstoffen aus hoch molekularen pulverförmigen Fertigmischungen, insbesondere solchen mit Kautschukpulver als Basiswerkstoff, die unmittelbar als Vorprodukt für die sich anschließende Endverarbeitung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung entlang einer wendelartigen Verdichtungsschnecke mit wahlweise konstantem und/oder sich verringerndem Wendeldurchmesser gefördert und durch Aufbringen zusätzlicher Scherkräfte im Außenbereich der Wendel beschleunigt verdichtet wird und gleichzeitig die Vorplastizierung der Pulvermischung bei einer Temperatur erfolgt, die der erforderlichen Werkstofftemperatur für die Bildverarbeitung entspricht, wobei die in der Pulvermischung enthaltenen gasförmigen Bestandteile während

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der Verdichtung fortlaufend von der Mischung aufgenommen und/oder nach außen abgeführt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enddichte der Pulvermischung auf einer wendelartigen Verdichtungsstrecke mit sich ständig verringerndem Wendeldurchmesser erreicht wird, wobei der die Wendel einhüllende Kegelmantel einen Winkel von lo° - 6o° bildet.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorplastizierung in einem Temperaturbereich zwiechen Raumtemperatur und 100° C erfolgt.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzug der gasförmigen Bestandteile aus der Pulvermischung nach Erreichen der Enddichte und der Vorplastizierung fortgesetzt wird.

5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem als Welle ausgebildeten, in einem Gehäuse (4,5,6geführten Träger (11) Rührflügel (17) vorgesehen sind und der Träger (11) sich anschließend als Schnecke fortsetzt, wobei die Schnecke aus einem zylindrisch-konischen oder konischen Teil mit jeweils sich hieran anschließendem zylindrischen Teil besteht und das Gehäuse (4,5,6) im Bereich des zylindrisch-konischen und/oder konischen Teils der Schnecke innenseitig mit Stegen (18) versehen ist, die zu den Mantellinien des zylindrischkonischen und/oder konischen Gehäuseteils unter einem Winkel verlaufen.

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6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e fc e η η ze i c h η e t, daß der Träger (11) axial verschiebbar ist.

7.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührflügel (17) senkrecht zur Trägerächse verschiebbar und um ihre eigene Achse drehbar sind.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch" g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Rührflügel (17) an ihren Außenrändern mit flexiblen nichteisenmetallischen Abstreifern versehen sind.

9. ) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse entsprechend den Schneckenzonen aufgeteilt und an getrennte Temperiersysteme unterschiedlicher Leistung angeschlossen ist.

10.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) als Hohlkörper ausgebildet ist.

11.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Trägers (11) von einem Kühl- oder Heizmittel durchflossen ist.

12.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 11, d a d u r c h gekennzei c.h net, daß am Gehäuse im Bereich des Schneckenauslaufs eine oder mehrere Ausnehmungen (10) vorgesehen sind.

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