Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen : Regenerieren von vulkanisierten, vorzerkleinerten Gummiabfällen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Regenerieren von vulkanisierten, vorzerkleinerten Gummiabfällen und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Es ist bekannt, im diskontinuierlichen Verfahren vulkanisierte Gummiabfälle fein zu vermahlen, mit ge eigneten Zusätzen, wie Weichmachern, Öl und derglei- chen, zum Zwecke der Quellung zu vermischen und nach beendetem Quellvorgang entweder unmittelbar oder nach Zwischenlagerung in dampfbeheizte Autoklaven oder Regenerierkessel einzutragen, um sie bei geeigneter Temperatur und in einer bestimmten Zeit zu regenerienen. Diese-untier Wärmeeinwirkung regenerierten Gummiabfälle werden dann sogenannten Refinern zugeführt. Kontinuierlich wird mit einem Verfahren gearbeitet, bei dem vorzerkleinerte Gummiabfälle in einen sogenannten Reclaimator gegeben werden, der aus einem beheizten Doppelmantelgehäuse besteht, in dem eine ebenfalls beheizte Schnecke langsam umläuft.
Mit t dieser Schnecke wird das zu regenerierende Ma- serial zu einem düsenförmigen Auslauf gepresst, was bei einer Temperatur von 2000 C und einer Durchlaufzeit von 3-5 Minuten erfolgt. Bei diesem Verfahren wird durch die längere Erhitzung bis zu 2000 C die Kautschuksubstanz stark beansprucht und die Qualität des Regenerats wird ungünstig ;beeinflusst. Hoher Anschaffungspreis und Leistungsbedarf der Maschine sind weitere Nachteile, die die Einführung dieses Verfahrens und ständige Benutzung verhindert haben.
In ähnlicher Weise wird mit einer Vorrichtung gearbeitet, die mit einer Doppelschnecke bzw. Doppelschneckenextrudern vulkanisierten Gummi plastifizient.
Auch hierbei wird das zu plastifizierende Material längere Zeit Temperaturen von mindestens 2000 C ausgesetzt, um die Plastifizierung zu erreichen.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das bei kontinuietlichem -Ablauf eine wesentlich kürzere Behandlungsdauer erfordert und eine grösstmögliche Schonung der Kautschuksubstanz gewährleistet und zu einem durchwegs homogenen Regenerat führt.
Diese Aufgabe e wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren zum kontinuierlichen Regenenieren von vulkanisierten, vorzerkleinerten Gummiabfällen unter Wärmeeinwirkung, wobei die vorzerkleinerten Abfälle mit Zuschlägen innig vermischt und der Einwirkung dieser Zuschläge ausgesetzt werden, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass unter Einwirkung aufgebrachter Zentrifugalkräfte die Gummiteilchen pulsierenden Reib-, Walk-, Scher- und Quetschkräften in Sekundenschnelle unterworfen werden.
Unter Sekundenschnelle sind dabei Zeitabschnitte von Bruchteilen einer Sekunde bis maximal 2-5 Sekunden zu verstehen. Dieser Verfahrensweise liegt der Gedanke zugrunde, die Teilchen nicht, wie bekannt, in der Masse mehr oder weniger zufällig ein einer gro sseren Zeitspanne Beanspruchungen auszusetzen, sondern die Teilchen mindestens angenähert einzeln und zwangläufig in die Beanspruchungsbereiche zu führen, und zwar unter Einwirkung immer wirksamer Transportkräfte, die grössere Verweilzeiten eines Teilchens in irgend leinem Beanspruchungsbereich nicht zulassen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente zur Aufbringung der Zentrifugal-, Reib-, Walk-, Scher- und Quetschkräfte gebildet sind aus zwei in einem Gehäuse untergebrachten, relativ zueinander drehbaren Scheiben mit zentrischer Aufgabeöffnung in einer der Scheiben, welche Scheiben einen vom Zentrum zur Peripherie hin enger werdenden Ringspalt einschliessen, dessen begrenzende Flächen mit Erhöhungen und Vertiefungen ausgestattet sind und die im B, ereich der Peripherie in ebene Flächen übergehen, wobei diesen Einrichtungen Förderelemente vorgeschaltet sind und ein Regeneratsammeiraum mit angeschlossenem Absauggebläse nachgeschaltet ist.
Die genannten Förderele- mente können beispielsweise Dosierschnecken, Lager- behälter und Mischelemente, wie Mischerschnecke, eine Zahnscheibenmühle oder dergleichen sein.
Die gewünschte Plastizität kann in bekannter Weise abgestimmt werden durch Zusätze an Regenerieröl und ähnliche hierfür gebräuchliche Stoffe. Je weniger von diesen Zuschlagstoffen beigemischt sind, desto geringer ist die sich ergebende Plastizität und umgekehrt. Es kommt also im wesentlichen darauf an, das Gemisch aus feingemahlenem Gummi (je feiner, desto besser) mit den entsprechenden, zur Quellung geeigneten Mitteln so innig zu verbinden, dass eine gleichmässige Durchdringung des gesamten Materials und damit ein homogenes Regenerat entsteht. Gleichzeitig aber kann dieses Regenerat, nachdem es in Sekundenschnelle thermisch beansprucht worden ist, sofort weiter verarbeitet oder auf eine niedere Temperatur abgekühlt werden, um es lagern zu können.
Da bekanntlich eine Oxydation jeder Regeneration förderlich ist, wird vorteilhaft neben den Zuschlagstoffen, die bereits schon katalytisch wirkende Oxydationsbeschleuniger enthalten, Luft zugesetzt.
Je nach den Gegebenheiten kann der Vorrichtung auch noch zusätzlich Dampf zugeführt werden. Die Dampftemperatur richtet sich dabei nach der für das Behandlungsgut jeweils erforderlichen Wärme und Feuchte.
Sind den Gummiabfällen weniger Regenerierhilfs- stoffe beigemischt, oder wird mit geringerer Temperatur gearbeitet, fällt das Bearbeitungsgut mit geringer Plastizität an und ist rieselfähig. Sind dagegen die Gummiabfälle mit mehr Regenerierhilfsstoffen vermischt, oder bei höherer Temperatur bearbeitet worden, wodurch die Plastizität und Klebrigkeit ansteigt, so kann zur Verhinderung der Zusammenballung der plastifizierten Teilchen eine gleichmässige feine Bestäubung mit Zinkstearat oder einem anderen geeigneten Trennmittel vorgesehen werden, was gleichzeitig eine leichtere und homogene Zumischung bei der Weiterbearbeitung ermöglicht.
Das hergestellte Regenerat kann zur Vorbereitung neuer Mischungen, wie bei anderen Zuschlagstoffen bisher üblich, portionsweise abgewogen oder z. B. in Polyäthylenbeuteln verpackt in Mischer, Elevatoren oder Mischwalzwerke eingetragen werden.
Zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens mit Hilfe der allgemein beschriebenen Vorrichtung können die feingemahlenen und vorzugsweise auf gleichmässige Feinheit abgesiebten vulkanisierten Gummiabfälle, die ebenfalls in bekannter Weise mit Weichmacheröl, Klebrigmachern oder chemischen Regenerierhllfsmitteln gleichmässig vermischt sein können, zugeführt werden.
Eine Ausführungsform der genannten Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben mit konzentrisch angeordneten, ineinandergreifenden Zähnen in mindestens zwei ringförmigen Reihen einen sich zur Scheibenperipherie hin verengenden Spalt einschliessen der in seinen Begrenzungsflächen Vertiefungen aufweist, wie zur Peripherie hin flacher werdende, radiale und bogenförmige Nuten, an welche genuteten Bereiche sich parallel zueinander verlaufende Flächen anschlie ssen.
Die Zähne haben dabei unter anderem die Aufgabe, das Material gleichmässig über die ganze Fläche der Scheibe zu verteilen und pulsierend in der genannten Art zu beanspruchen. Das Material gelangt hinter den Zähnen in einen sich keilförmig verengenden, vorzugsweise mit Nuten versehenen Spalt, der in die erwähnten, parallel zueinander liegenden Flächen übergeht. Während an den Zähnen je nach Form, Reib-, Quetschund Scherkräfte einzeln oder in Kombination erzeugt werden, treten im Spalt insbesondere Walkkräfte dort auf, wo der Spalt relativ gross ist, während am Ende des Spaltes und zwischen den anschliessenden Flächen hauptsächlich Quetschkräfte auftreten. Die Quetsch- und Reibkräfte können verstärkt werden, wenn die ineinandergreifenden konischen Zähne einen elliptischen Querschnitt erhalten.
Dadurch entstehen zwischen den aneinander vorbeistreichenden Zähnen sich ständig ändernde keilförmige Räume, in denen das Material pulsierend gequetscht und, nachdem es die engste Stelle zwischen den beiden Zähnen passiert hat, sofort wieder freigegeben wird. Da die Gummiteilchen durch das schnelle Umlaufen einer oder beider Scheiben der Zentrum fugalkraft folgend die Vorrichtung passiert, erfolgt der Durchsatz in Sekundenschnelle. Mindestens eine der Scheiben kann mechanisch oder hydraulisch in axialer Richtung verstellbar angeordnet sein, um den Anpressdruck variieren und den erforderlichen Bedingungen anpassen zu können.
Im Hinblick auf eine möglichst gleichmässige Beschickung kann der Vorrichtung ein Vorratsraum vorgeschaltet sein, in dessen unteren Teil eine stufenlose regulierbare Schnecke angeordnet ist, die das zu verarbei- tende Material gleichmässig in die Einlauföffnung der Vorrichtung fördert. Der Schneckengang kann auf einer Hohlwelle e sitzen, durch die der Vorrichtung gegebenen- falls Dampf und/oder Luft zugeführt wird. Die Dampftemperatur bzw. der Dampfdruck richtet sich jeweils nach dem zu verarbeitenden Material, das aus Kautschuk, synthetischem Kautschuk oder Mischungen besteht. Dampf kann aber auch durch in der Festscheibe angebrachte Bohrungen zwischen die Scheiben geleitet werden. Der Dampf erfüllt hierbei eine zweifache Aufgabe, einerseits trägt er mit zur Plastifizierung bei und anderseits zur Benetzung und Befeuchtung.
Das aus der Vorrichtung austretende, schon weitestgehende plastifizierte Material kann entweder zur Ausnutzung der noch enthaltenen Eigenwärme sogenannten Strainern oder Refinern direkt zugeführt oder auch abgezogen werden. Für das Absaugen aus der Vorrichtung kann eine Öffnung vorgesehen sein, durch die Kaltluft angesaugt wird. In diesem Falle werden die aus dem Scheibenspalt austretenden Teilchen von der Kaltluft umspült und über leinen Zyklon abgeschieden.
Die Kühlung der einzelnen Teilchen ist dabei so intensiv, dass je nach Grad der Klebrigkeit das Material sofort lagerfähig ist. Bei erhöhter Klebrigkeit des Materials kann vorgesehen sein, mit der Kaltluft Zinkstearat oder ein anderes geeignetes Trennmittel in genauer Dosierung mit anzusaugen, so dass das klebrige Material ebenfalls abgekühlt wird und durch die gleichzeitige Bestäubung mit den vorerwähnten Trennmitteln nicht mehr zusammenklebt und in für die Weiterverarbeitung erforderlicher, leicht dosierbarer Form anfällt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung werden nachfolgend anhand einer zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In dieser Darstellungizeigt :
Fig. 1 schematisch die Gesamtvorrichtung,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Scheiben,
Fig. 3 Draufsichten auf die Scheiben gemäss Fig. 2 und
Fig. 4 Ausbildungsformen von Scheibenzähnen.
Gemäss Fig. 1 wird der möglichst feingemahlene und auf eine gleichmässige Körnung abgesiebte Altgummi von der Siebmaschine abgesaugt und aus dem Zyklon 1 in den Vorratsbehälter einer bekannten Zuführvorrichtung 2 eingetragen, die vorteilhaft gleichzeitig mit einem Abscheider für ferromagnetische Teile in bekannter Weise versehen sein kann. Diese Vorrichtung fördert gleichmässig den feingemahlenen Gummi auf eine Transportschuecke 3. Dieser Transport- und Mischschnecke 3 werden Weichmacher und sonstige für die Regenerierung erforderlichen Regenerierhilfsstoffe aus dem Vorratsbehälter 4 dosiert zugeführt.
Die Schnecke 3 mischt diese Zuschläge mit dem Gummimehl grob vor und trägt es in einen kontinuierlichen Mischer wie Zahnscheibenmühle 5 für eine abschlie ssende innige Mischung ein. Von dieser Mühle 5 gelangt das Material, über leinen Zyklon 6 abgeschieden, in geeignete Behälter 7, 7', 7" zum Zwecke der Lagerung, die gegebenenfalls kontinuierlich gestaltet sein kann. Hierbei kommen die Zuschläge zur Wlirkung und führen zur Quellung der Teilchen. Wenn dieses Material nach einer bestimmten Lagerzeit für die Weiterverarbeitung geeignet ist, wird es entweder pneumatisch oder mechanisch, vorteilhaft ebenfalls über einem Zyklon, in den Vorratsbehälter 8 der eigentlichen Regeneriervorrichtung eingetragen.
Im Unterteil dieses Vorratsbehälters 8 ist eine Schnecke 9 angeordnet, die, über ein stufenlos regelbares Getriebe 10 angetrieben, den Stoff durch den Einlauf 11 der Vorrichtung zwischen die im bereits beschriebenen Sinne arbeitenden Scheiben fördert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel steht Idie dem Einlauf 11 benachbarte Scheibe 12 fest, während die Scheibe 13 drehbar gelagert ist. Das aus dem von den Scheiben 12, 13 begrenzten Spalt 12' austretende Material fällt in dem Sammelraum 14, der eine Saugöffnung 15 aufweist, durch die der Ventilator 16 Kaltluft ansaugt gleichzeitig mit dem aus der Mühle austretenden Material und gelangt dann in den Abscheider 17 zum Weitertransport, z. B. in Wagen 18.
Für besonders klebriges Material ist zusätzlich eine Einrichtung 19 vorgesehen, die in dosierter Menge Zinkstearat oder ähnliche Trennmittel zur Bestäubung der klebrigen Teile abgibt. Es ist auch, wie erwähnt, möglich, der Vorrichtung Dampf undloder Luft zu sätzlich zuzuführen, entweder durch die Hohlwelle 20 mit Anschluss 20' oder auch durch Bohrungen 21 in der feststehenden Scheibe 12.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Scheiben 12 und 13 mit dem Einlauf 11 und Verteilerflügel 25, den Zähnen 22 und 22', den Vertiefungen 23 und 23' und den hier parallel verlaufenden Flächen 24 und 24'.
Die Scheiben 12, 13 begrenzen mit ihren mit Erhöhungen und Vertiefungen versehenen Innenfläche, den sich keilförmig nach aussen verengenden Spalt 12', den die Teilchen in Sekundenschnelle aufgrund der Zentrifugalkräfte passieren.
Gemäss Fig. 3 schliessen sich an die Einlauföffnung 11 der Scheibe 12 mehrere, in konzentrischen Ringen angeordnete, im Querschnitt trapezförmige Zähne 22 an.
Hinter diesen Zähnen sind Vertiefungen 23 angeordnet, die nach dem Umfang hin in eine glatte Fläche 24 auslaufen, die parallel zu der entsprechenden Fläche der Scheibe 13 verläuft. Im Zentrum der Scheibe 13 sitzt ein Verteilerflügel 25, Ider das zu verarbeitende Material gleichmässig auf die an beiden Scheiben konzentrisch angeordneten und konisch ineinandergreifenden Zähne 22 und 22' verteilt. Die Vertiefungen 23, 23' können auch bogenförmig oder gegen die Radiale geneigt verlaufen.
In Fig. 4 sind für die Durchführung des Verfahrens vorteilhafte Zahnformen dargestellt. Zähne 26 mit elliptischer Grundfläche (sogenannter Schiffchenzahn) können anstelle der trapezförmigen Zähne 22, 22' auf der Scheibe angeordnet werden. Je nach Bedarf können auch auf einer der Scheiben die Zähne 22 mit trapezförmigem Querschnitt und auf der anderen Scheibe die elliptischen Zähne 26 angeordnet werden, wobei sich, wie erwähnt, zwischen den vorbeistreichenden Zahnflanken keilförmige Spalten 27 bilden.
Selbstverständlich sind auch andere Scheibenformen und andere Gestaltungen der Erhebungen und Vertiefungen verwendbar, sofern sie zu Teilchenbeanspru- chungen im angegebenen Sinne führen können.
Zufriedenstellendes Regenerat wurde gemäss folgender Beispiele erhalten:
Beispiel 1
100 Teile Abfälle von Protektorgummi aus vulkanisierten Kautschukmischungen wurden in üblicher Weise zerkleinert und auf höchstmögliche, gleichmässige Feinheit von etwa 0,4-0,6 mm gebracht, dann mit 2-3 Teilen eines Zinksalzes der Pentachlorthionsäure, 3-4 Teilen Weichmacher, 3-4 Teilen Fichtenholzteer und 20 Teilen Regenerieröl innig vermischt und so lange gelagert, bis sich die chemischen Regeneriermittel voll ausgewirkt haben. Anschliessend wurde das Material der beschriebenen kontinuierlichen mechanischen Behandlung unterzogen, bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 10-20 m/sec, einer Durchsatzmenge von 100-150 kg/h und einer Leistungsaufnahme von etwa 20-25 kW.
Beispiel II
100 Teile Protektorabfälle aus vulkanisiertem Naturkautschuk und Buna S (Abfälle im Verhältnis 1:1) wurden nach Vorzerkleinerung mit 2-3 Teilen Zinksalz der Pentachlorthionsäure, 5 Teilen Weichmacher, 5 Teilen Regenerieröl und 5 Teilen Fichtenholzteer innig gemischt und nach beendetem Quellvorgang dem erfindungsgemässen Verfahren unterworfen, wobei während der mechanischen Behandlung gemäss Beispiel I Dampf von etwa 120-130 C eingeblasen wurde.
Beispiel III
100 Teile Protektorabfälle aus synthetischem Kautschuk wurden in bekannter Weise vorgemahlen und anschliessend innig mit 3 Teilen Zinksalz der Penta chlorthionsäure, 5 Teilen Weichmacher, 10 Teilen Regenerieröl und 5 Teilen Fichtenholzteer gemischt und nach dem erfindungsgemässen Verfahren unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel I behandelt.
Bei allen drei Beispielen ergab sich ein homogenes, gut plastifiziertes Regenerat mit hochwertigen mechanischen Eigenschaften und guter Weiterverarbeitb arkeit.
Grundsätzlich muss bei dem erfindungsgemässen Verfahren, wie bei den bisher benutzten Verfahren, abgestellt werden auf den Grad der gewünschten Plastizität unter Berücksichtigung Ider dem Altgummi zu grundeliegenden ursprünglichen Mischungen, um danach die Regenerierhilfsmittel hinsichtlich Menge und Art einzusetzen. Weitere Varianten bilden die mechanische Bearbeitung und die zusätzliche Anwendung von Dampf, um die Biearbeitungstemperatur und Feuchte zu beeinflussen.