DE102004033344B4

DE102004033344B4 - Dosierzubringer und System zum Kneten und Strangpressen eines Materials

Info

Publication number: DE102004033344B4
Application number: DE102004033344A
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Yamane; Hideo Funahashi; Koichi Miyake
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2024-07-10
Also published as: US20050006813A1; DE102004033344A1; JP2005028852A; ITMI20041350A1; CN100500413C; KR20050007166A; KR100608194B1; CN1575960A; JP4034248B2; US8876511B2

Abstract

Dosierzubringer zum Zuführen eines Materials zu einer Knet- und Strangpressmaschine zum Kneten des Materials und kontinuierlichen Strangpressen des gekneteten Materials, mit: einem Zerkleinerer (4) zum Zerkleinern des Materials in grobe Stückchen; einem Extruder (5) zum Fördern und Strangpressen des von dem Zerkleinerer (4) zerkleinerten Materials; und einer Zahnradpumpe (6) zum Aufnehmen und Abgeben des von dem Extruder (5) stranggepressten Materials, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer (4) Folgendes umfasst: auf einer Drehwelle (12) befestigte blattförmige Hämmer (7) zum durch ihre Drehung erfolgenden Abscheren und Fördern des Materials; eine Düsenplatte (8) zum Quetschen des durch die Hämmer (7) zugeförderten Materials; und einen Zuschneider (9) zum Durchschneiden des durch die Düsenplatte (8) gehenden Materials.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dosierzubringer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein System zum Kneten und Strangpressen eines Materials. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei einem Material geeignet, das eine Kautschukzusammensetzung umfasst (nachstehend als „Kautschukmaterial” bezeichnet).
Um ein Kautschukmaterial zu kneten und das Kautschukmaterial zu vergleichmäßigen, wird im allgemeinen ein Doppelschraubenknetextruder verwendet. In einem solchen Doppelschraubenknetextruder ist ein Paar sich drehender Schrauben so nebeneinander in Querrichtung angeordnet, dass eine Blattgruppe der einen Schraube teilweise in die der anderen Schraube eingreift. Das Paar sich drehender Schrauben knetet und fördert ein Kautschukmaterial, wobei das geknetete Material durch eine am Ende befindliche Form stranggepresst wird. Neben der Verwendung dieses Extruders wurden auch verschiedene andere Vorschläge gemacht.
So offenbart die JP H08-132433 A zum Beispiel eine Technik, bei der Ballenkautschuk zerkleinert, der zerkleinerte Kautschuk geknetet und der Kautschuk dann kontinuierlich stranggepresst wird. Diese Technik beinhaltet einen Arbeitsvorgang mit den folgenden Schritten: Zuführen eines vulkanisierbaren Kautschuks zu einem Konusschraubenzubringer; Zerkleinern und dynamisches Mastizieren des Kautschuks im Konusschraubenzubringer; und Strangpressen des Kautschuks in eine gewünschte Form. Diese Technik benötigt nicht die Zeit und den Aufwand, die bei der Verwendung eines Schlagschneiders (engl.: guillotine cutter) oder Banbury-Mischers erforderlich sind, sondern sorgt für ein Verfahren mit erhöhter Produktivität bei geringen Kosten, d. h. für ein Verfahren zur kontinuierlichen, stabilen und sicheren Bearbeitung von Ballenkautschuk.
Außerdem ist ein Fertigungssystem bekannt, bei dem ein Kautschukblock, der von einem ersten Extruder zum Zuführen eines Kautschukblocks zugeführt wird, und ein Hilfsmaterial, das von einem zweiten Extruder zum Zuführen eines Hilfsmaterials zugeführt wird, dosiert in einen kontinuierlich arbeitenden Extruder zum Verkneten der beiden Materialien eingespeist werden. Eines der verschiedenen Verfahren zur Anfertigung einer Kautschukzusammensetzung mit Hilfe eines solchen Fertigungssystems ist in der JP H11-262945 A offenbart. Damit dem kontinuierlich arbeitenden Extruder der Kautschukblock richtig zugeführt wird, wird bei diesem Verfahren auf den zugeführten Kautschukblock unmittelbar stromabwärts von den Schraubenspitzen des ersten Extruders beziehungsweise an dessen Kopf, wo auf den Kautschukblock der höchste Druck aufgebracht wird, ein Druck von 10 kgf/cm² oder mehr aufgebracht und wird der prozentuale Anteil der Druckänderung am Kopf in einem Bereich von 10% gehalten. Mit diesem Verfahren wird der Kautschukblock kontinuierlich und stabil zugeführt, weswegen in dem kontinuierlich arbeitenden Extruder ein stabiles Kneten stattfinden kann.
Wenn das Kneten in einem leicht komprimierten Zustand erfolgt, ist ein hochviskoses Material wie Kautschuk anfällig für eine ab- und zunehmende Bewegung, was zu dem Problem eines veränderlichen Ausstoßes und dadurch zu einer ungleichmäßigen Qualität führt. Die Verwendung lediglich eines üblichen Knetextruders reicht daher nicht aus, um eine einheitliche Qualität sicherzustellen. Zur Quantifizierung und Vergleichmäßigung des Materials enthält die eine oben beschriebene Technik einen Vorverarbeitungsschritt, bei dem der Ballenkautschuk zerkleinert und der Kautschuk durch einen Konusschraubenzubringer geknetet wird, während die andere bekannte Technik einen Kautschukblock und einen Zusatzstoff in einem kontinuierlich arbeitenden Extruder verknetet und den Druck steuert. Durch diese Merkmale kann die Quantifizierung und Vergleichmäßigung des Kautschukmaterials verbessert werden, jedoch nur wenig. Es ist daher eine weitere Verbesserung erforderlich.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2004 011 670 A1 ein Dosierzubringer für eine Knet- und Strangpressmaschine bekannt, der aus einem Kautschukbrecher, einem Dosierextruder und einer Zahnradpumpe besteht, während die DE 693 12 246 T2 einen Dosierzubringer offenbart, der hintereinander einen Zerkleinerer in Form von wendelförmig gewundenen Messern, die das eingespeiste Material in Schnitzel schneiden, einen extruderförmigen Abschnitt, in dem die Ganghöhe der Messer abnimmt, und eine Zahnradpumpe aufweist.
Schließlich offenbart die DE 42 14 481 C1 einen Granulator für thermoplastische Kunststoffe oder Kautschuk, der am Gehäuse eines Extruders angeflanscht ist und eine Lochscheibe sowie Scheidmesser umfasst, die das aus den Löchern ausgetretene Material abschneiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material richtig zu quantifizieren und das Material stark zu vergleichmäßigen, um in einem System zum Kneten und kontinuierlichen Strangpressen des Materials Produktschwankungen zu reduzieren und eine einheitliche Qualität sicherzustellen.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Dosierzubringer gemäß Patentanspruch 1 vor.
In diesem Dosierzubringer wird das dem Extruder zuzuführende Material vorher durch den Zerkleinerer zerkleinert. In dem Zerkleinerer wird das durch die Drehung der Hämmer abgescherte und zugeförderte Material beim Durchgang durch die Düsenplatte gequetscht und komprimiert. Daher lässt sich das im komprimierten Zustand befindliche Material durch den Zuschneider in kleinere Stücke schneiden. Dadurch kann das Material selbst dann, wenn es ein in Ballen- oder Blockform vorliegendes Kautschukmaterial ist, in grobe Stückchen zerkleinert und geschnitten werden, die für den Knet- und Strangpressvorgang geeignet sind, der auf das Zerkleinern folgt, und das vorbereitende Zerkleinern des Kautschukmaterials kann daher vorteilhaft automatisiert werden. Das Material wird dann geknetet und aus dem Extruder kontinuierlich stranggepresst. Außerdem wird dieses vorgeknetete Material von der Zahnradpumpe abgegeben, so dass das Material richtig dosiert in die Knet- und Strangpressmaschine eingespeist wird. Dieser Dosierzubringer ist insbesondere für ein Kautschukmaterial geeignet.
Mit anderen Worten wird das Kautschukmaterial, das sich aufgrund seiner hohen Viskosität schwer gleichmäßig kneten lässt, zerkleinert, geknetet und dann dosiert in die Knet- und Strangpressmaschine zum Kneten und kontinuierlichen Strangpressen des Kautschukmaterials eingespeist. Die Vorverarbeitung aus Zerkleinern und Kneten des Kautschukmaterials erreicht in einem gewissen Umfang eine einheitliche Qualität des Kautschukmaterials, bevor das Kautschukmaterial der Knet- und Strangpressmaschine zugeführt wird. Deswegen kann der Dosierzubringer Produktschwankungen stärker reduzieren, die Qualität des Kautschukmaterials verbessern und die Qualität in der Knet- und Strangpressmaschine sichern.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht ein System gemäß Anspruch 2 vor.
In diesem System wird das Material, das von dem Dosierzubringer gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung bzw. dem Dosierzubringer mit den oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen zugeführt wird, der Knet- und Strangpressmaschine zugeführt. Dadurch erfolgt der Vorgang des Knetens und Strangpressens insgesamt zweimal. Bei der Verwendung eines Kautschukmaterials, das sich wegen seiner hohen Viskosität schwer vergleichmäßigen lässt, hat das sich ergebende Kautschukmaterial geringere oder keine Produktschwankungen und ist gleichmäßig, weswegen schließlich kontinuierlich ein Kautschukmaterial mit einheitlich hoher Qualität zudosiert wird.
Das System gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem eine erste Einrichtung zum Zuführen eines Zusatzstoffs zur Knet- und Strangpressmaschine enthalten. Die Knet- und Strangpressmaschine kann das von der Zahnradpumpe abgegebene Material zusammen mit dem von der ersten Einrichtung zugeführten Zusatzstoff in einem komprimierten Zustand kneten.
In diesem System können das von der Zahnradpumpe abgegebene vorgeknetete Material und der von der ersten Einrichtung zugeführte Zusatzstoff daher effektiv und gleichmäßig miteinander verknetet werden. Bei der Verwendung eines Kautschukmaterials kann daher schließlich ein Kautschukmaterial mit gewünschten Eigenschaften und einer hohen Qualität hergestellt werden.
In dem System gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann die Knet- und Strangpressmaschine mindestens zwei Knetabschnitte zum Kneten des zugeführten Materials enthalten.
In diesem System kann bei der Verwendung eines Kautschukmaterials, das sich wegen seiner Viskosität schwer vergleichmäßigen lässt, das Kautschukmaterial daher ausreichend geknetet werden, weswegen schließlich ein Kautschukmaterial mit geringeren Schwankungen und einheitlicher Qualität hergestellt werden kann.
Das System gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem eine zweite Einrichtung zum Aufbringen eines Widerstands auf das von der Zahnradpumpe abgegebene Material und zum Zuführen des Materials zur Knet- und Strangpressmaschine enthalten. Die zweite Einrichtung kann sich unmittelbar vor der Knet- und Strangpressmaschine befinden.
In diesem System sind daher der Abgabedruck der Zahnradpumpe und die abgegebene Durchgangsmenge stabil. Außerdem kann durch das Regulieren der Materialmenge, die der Knet- und Strangpressmaschine von der zweiten Einrichtung zugeführt wird, verhindert werden, dass das abgegebene Kautschukmaterial gedehnt wird und auf einmal eine große Menge in die Knet- und Strangpressmaschine gezogen wird. Dadurch wird an der Abgabeöffnung der Zahnradpumpe eine gute Quantifizierung des Materials aufrechterhalten, wenn das Material in die Knet- und Strangpressmaschine eintritt, wodurch die Quantifizierung vor der Knet- und Strangpressmaschine sichergestellt wird. Dies trägt zum Erreichen einer einheitlichen Qualität bei.
Es folgt nun eine kurze Beschreibung der Zeichnungen. Es zeigen:
1 den Gesamtaufbau eines Systems zum Kneten und Strangpressen eines Materials;
2 in Perspektivansicht einen Zerkleinerer;
3 einen Längsschnitt des Zerkleinerers, in dem schematisch sein Innenaufbau gezeigt ist;
4 einen Querschnitt durch einen Zerkleinerungsabschnitt des Zerkleinerers;
5 schematisch den Aufbau zwischen einer Zahnradpumpe und einer Knet- und Strangpressmaschine;
6 eine Seitenansicht mit teilweiser Innenansicht der Knet- und Strangpressmaschine;
7 im Schnitt einen Knet- und Strangpressabschnitt;
8 verschiedene Schraubensegmente; und
9 eine Seitenansicht mit teilweiser Innenansicht eines Knet- und Strangpressabschnitt anderen Aufbaus.
Es folgt nun die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Das erfindungsgemäße System zum Kneten und Extrudieren eines Materials enthält einen Dosierzubringer, der einen Vorverarbeitungsschritt durchführt, und eine Knet- und Strangpressmaschine. Der Vorverarbeitungsschritt beinhaltet das Zerkleinern eines in Ballen- oder Blockform vorliegenden Kautschukmaterials, das eine Kautschukzusammensetzung (z. B. EPDM, NR, NBR, SBR, SBS, IIR, BR, EPR) umfasst, und das dosierte Einspeisen des zerkleinerten Materials in die Knet- und Strangpressmaschine mittels einer Zahnradpumpe. Genauer gesagt enthält das System zum Kneten und Strangpressen des Materials einen Zerkleinerer zum Schneiden und Zerkleinern eines Kautschukmaterials in grobe Stückchen, einen Extruder, der Doppelschrauben hat, die Zahnradpumpe, einen Zusatzstoffzubringer und die Knet- und Strangpressmaschine, die ein kontinuierliches Strangpressen durchführt und Doppelschrauben hat.
1 zeigt den Gesamtaufbau des Systems zum Kneten und Strangpressen. Die 2 bis 4 geben den Aufbau des Zerkleinerers wieder. 5 gibt schematisch den Aufbau wieder, wenn das Material von der Zahnradpumpe zu der Knet- und Strangpressmaschine läuft (Teilschnittansicht von der stromabwärtigen Seite der Knet- und Strangpressmaschine zur stromaufwärtigen Seite ohne die Knetschrauben). Die 6 bis 8 zeigen den Aufbau der Knet- und Strangpressmaschine. Das System A zum Kneten und Strangpressen weist Folgendes auf: einen Dosierzubringer 1, der als eine Vorverarbeitungsvorrichtung zum Zudosieren eines Kautschukmaterials in Form grober Stückchen dient; eine Knet- und Strangpressmaschine 2 zum Kneten des von dem Dosierzubringer 1 zugeführten zerkleinerten Materials zusammen mit einem ein Hilfsmaterial bildenden Zusatzstoff und zum kontinuierlichen Strangpressen des sich ergebenden Kautschukmaterials; und einen Zusatzstoffzubringer 3 zum Zuführen des Zusatzstoffs.
Es wird zunächst der Vorgang des Knetens und Strangpressens durch das System A beschrieben. Von einem Transportband 27 wird ein in Ballenform vorliegendes Kautschukmaterial zu einem Zerkleinerer 4 transportiert und in grobe Stückchen zerkleinert. Das Kautschukmaterial wird dann einem Extruder 5 zugeführt, um geknetet und dosiert zu werden. Das Kautschukmaterial wird von dem Extruder 5 zu einer Zahnradpumpe 6 hin stranggepresst. Das Kautschukmaterial wird durch die Zahnradpumpe 6 passend eingestellt. Diese Vorverarbeitung erfolgt durch den Dosierzubringer 1.
Das durch die Vorverarbeitung des Dosierzubringers 1 geknetete Kautschukmaterial wird der Knet- und Strangpressmaschine 2 durch einen Einlass zugeführt, der sich am vorderen Ende befindet. Das Kautschukmaterial wird dann zusammen mit einem von dem Zusatzstoffzubringer 3 zugeführten Zusatzstoff in einem komprimierten Zustand geknetet und verrührt, um so vergleichmäßigt zu werden. Das vergleichmäßigte Kautschukmaterial wird kontinuierlich aus der Knet- und Strangpressmaschine 2 stranggepresst. Als nächstes wird der Aufbau der Einzelteile beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Dosierzubringer 1, der dazu verwendet wird, der das Material knetenden und kontinuierlich strangpressenden Knet- und Strangpressmaschine 2 ein Material zuzuführen, das Transportband 27 zum Transportieren eines in Ballen- oder Blockform vorliegenden Kautschukmaterials, den Zerkleinerer 4 zum Zerkleinern des von dem Transportband 27 antransportierten Kautschukmaterials in grobe Stückchen, den Extruder 5 zum Fördern und Strangpressen des durch den Zerkleinerer 4 zerkleinerten Kautschukmaterials und die Zahnradpumpe 6 zum Aufnehmen und Abgeben des von dem Extruder 5 stranggepressten Kautschukmaterials.
Der Zerkleinerer 4 entspricht einer Bauart, die allgemein als Kautschukzerhacker bezeichnet wird. Der Zerkleinerer 4 hat den in den 1 bis 4 gezeigten Aufbau. Der Zerkleinerer 4 enthält Schraubenhämmer 7 zum Abscheren und Fördern eines Kautschukmaterials durch Drehung in einer Verarbeitungskammer 10, eine Düsenplatte 8 zum Quetschen des Kautschukmaterials, das durch die Hämmer 7 zum hinteren Ende der Verarbeitungskammer 10 bewegt worden ist, und einen Zuschneider 9 zum Durchschneiden des durch die Düsenplatte 8 gehenden Kautschukmaterials.
Im unteren Teil einer Kammerwand 11, von der die Verarbeitungskammer 10 umgeben ist, verläuft in Längsrichtung eine frei drehbare Drehwelle 12. Auf der Drehwelle 12 sind blattförmige Hämmer 7, der Zuschneider 9 und Nibbelhämmer 13 befestigt. Der obere Teil der Verarbeitungskammer 10 bildet einen Trichter 14 zur Aufnahme eines Kautschukmaterials. Innerhalb der Kammerwand 11 sind eine Vielzahl von festen Blättern 15 und Regulierblättern 16 befestigt, die mit den Hämmern 7 zusammenarbeiten. Die Regulierblätter 16 sind schwenkbar befestigt, so dass sich die Position der Regulierblätter 16 einstellen lässt. Die Regulierblätter 16 werden auf eine solche Weise verwendet, dass jeweils der Abstand zwischen den Regulierblättern 16 und der Drehwelle 12 geeignet eingestellt wird.
Die Düsenplatte 8 stellt eine Scheibe dar, die eine Vielzahl von kleinen Löchern 8a hat, die in der parallel zur Mittelachse der Drehwelle 12 verlaufenden Richtungen ausgebildet sind. Die Drehwelle 12 verläuft durch die Düsenplatte 8, so dass sie sich relativ zur Düsenplatte 8 drehen kann. Die Düsenplatte 8 ist an der Kammerwand 11 befestigt. Die Drehwelle 12 besteht aus einer vorderen Welle 12a und einer hinteren Welle 12b. Die vordere Welle 12a wird dazu verwendet, die Hämmer 7 mittels eines ersten Motors 17, der am vorderen Ende eines die Kammerwand 11 abstützenden Stützrahmens 19 angebracht ist, mit geringen Geschwindigkeiten zu drehen, und die hintere Welle 12b dazu, den Zuschneider 9 mittels eines zweiten Motors 18, der an dem hinteren Ende des Stützrahmens 19 angebracht ist, bei hohen Geschwindigkeiten zu drehen. Die Düsenplatte 8 kann aus zwei Scheiben bestehen, die jeweils eine Vielzahl von kleinen Löchern 8a haben. In diesem Fall ist die eine Scheibe am hinteren Ende der vorderen Welle 12a und die andere Scheiben am vorderen Ende der hinteren Welle 12b befestigt, so dass sich beide Scheiben nebeneinander gegenüberliegen.
In dem Zerkleinerer 4 wird ein in Ballenform vorliegendes Kautschukmaterial, das durch den Trichter 14 geht, zwischen den festen Blättern 15 (und den Regulierblättern 16) und den Hämmern 7 abgeschert, während es durch die Drehung der Hämmer 7 dazu gezwungen wird, sich in der Verarbeitungskammer 10 zu bewegen, und wird das abgescherte Kautschukmaterial gegen die Düsenplatte 8 gepresst. Das gepresste Kautschukmaterial wird beim Durchgang durch die Vielzahl der kleinen Löcher 8a verdichtet und hinausgequetscht. Das verdichtete Kautschukmaterial wird durch den bei hohen Geschwindigkeiten drehenden Zuschneider 9 in kleinere Stücke geschnitten.
Wie in 1 gezeigt ist, entspricht der Extruder 5 einer üblichen Bauart, etwa einer Strangpressmaschine oder einem Schraubenzubringer, und knetet das von dem Zerkleinerer 4 zerkleinerte Kautschukmaterial in einem komprimierten Zustand und speist das Kautschukmaterial dosiert in die Zahnradpumpe 6 ein.
Der Exruder 5 enthält einen Antriebsabschnitt 5A, einen Zahnradabschnitt 5B und einen Strangpressabschnitt 5c mit Doppelschrauben oder dergleichen.
Der Aufbau des Extruders 5 unterliegt keinen Beschränkungen, solange der Extruder 5 das Material in einer vorbestimmten Menge strangpresst. Der Extruder 5 kann ein Konusdoppelschraubenextruder sein, der zwei sich verjüngende Schrauben enthält.
Wie in den 1 und 5 gezeigt ist, entspricht die Zahnradpumpe 6 einer üblichen Bauart, wobei in einem Pumpengehäuse 20 ein antreibendes Zahnrad 21 und ein angetriebenes Zahnrad 22 angeordnet sind, die miteinander verzahnt sind und sich frei drehen. Ein durch eine Ansaugöffnung 23 zugeführtes Kautschukmaterial wird durch den Zwischenraum zwischen den Zahnrädern 21, 22 und der Innenfläche des Pumpengehäuses 20 hindurchgetragen und dann durch eine Abgabeöffnung 24 hinausgezwungen. Die Zahnradpumpe 6 eignet sich zur Materialdosierung, da die Zufuhrmenge pro Zeiteinheit nahezu konstant bleibt, sofern sich nicht die Drehgeschwindigkeit ändert.
Wie in 5 gezeigt ist, befindet sich unmittelbar vor der Knet- und Strangpressmaschine 2 zwischen einem Abgaberohr 26 der Zahnradpumpe 6 und einer zur Aufnahme des Kautschukmaterials dienenden Einlassöffnung 2a der Knet- und Strangpressmaschine 2 eine Widerstandsplatte 25 (Einrichtung zum Aufbringen eines Widerstands auf das Material und zum Zuführen des Materials zur Knet- und Strangpressmaschine). Wie die Düsenplatte 8 stellt die Widerstandsplatte 25 eine Scheibe mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 25a dar. Die Widerstandsplatte 25 bringt auf das von der Zahnradpumpe 6 abgegebene Kautschukmaterial einen Widerstand auf, wenn das Kautschukmaterial der Knet- und Strangpressmaschine 2 zugeführt wird.
Wegen der Widerstandsplatte 25 sind der Abgabedruck der Zahnradpumpe 6 und die abgegebene Durchgangsmenge stabil. Daher minimiert sich der Einstellbereich für die Drehzahl der Zahnradpumpe 6, der zur Steuerung des Abgabedrucks der Zahnradpumpe 6 erforderlich ist (d. h. die Schwankungen der Umdrehungszahl werden reduziert), so dass das Material mit hoher Präzision zudosiert wird.
Aufgrund seiner Elastizität kann das von der Zahnradpumpe 6 abgegebene Kautschukmaterial auf einmal in einer großen Menge in die Knet- und Strangpressmaschine 2 hineingezogen werden, sobald das Kautschukmaterial die Knet- und Strangpressmaschine 2 erreicht. Die Widerstandsplatte 25 verhindert dieses Phänomen. Dadurch wird die Genauigkeit bei der Dosierung des Materials an der Abgabeöffnung 24 der Zahnradpumpe 6 aufrechterhalten, wenn das Kautschukmaterial in die Knet- und Strangpressmaschine 2 eintritt.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Zusatzstoffzubringer 3 (Einrichtung zur Zuführung eines Zusatzstoffs) einen Speichertrichter 3a zum Speichern eines Zusatzstoffs und eine Zuführeinheit 3b, um den im Speichertrichter 3a gespeicherten Zusatzstoff mit einer vorbestimmten Menge pro Zeiteinheit über einen (unten beschriebenen) Zusatzstoffeinspeisezylinder 36B der Knet- und Strangpressmaschine 2 zuzuführen. Die Einrichtung zum Zuführen des Zusatzstoffs kann dazu verwendet werden, verschiedene Mischungsbestandteile zuzuführen.
Es werden nun ausführlich die vorteilhaften Wirkungen beschrieben, wenn der erfindungsgemäße Dosierzubringer zum Zuführen eines Kautschukmaterials verwendet wird. Das in Ballenform (oder Blockform) vorliegende Kautschukmaterial, das dem Zerkleinerer 4 zugeführt wird, wird in grobe Stückchen zerkleinert. Wenn das zu groben Stückchen zerkleinerte Kautschukmaterial dem Extruder 5 (Schraubenextruder) zugeführt wird, kann der Extruder 5 das zugeführte Kautschukmaterial gut handhaben, ohne den Vorgang aufgrund einer Überlast oder eines bei dessen Aufnahme fehlschlagenden Eingriffs stoppen zu müssen. Dadurch kann der Extruder 5 das Kautschukmaterial stabil strangpressen. Das aus dem Extruder 5 stranggepresste Kautschukmaterial wird also sicher der Zahnradpumpe 6 zugeführt. Da die Zahnradpumpe 6 das Kautschukmaterial genauer als der Extruder 5 dosieren kann, wird das Kautschukmaterial von der Zahnradpumpe 6 stabil und mit hoher Genauigkeit zudosiert.
Wenn einem Konusschraubenextruder eine hochviskose Kautschukzusammensetzung (z. B. mit einer Mooney-Viskosität ML₁₊₄ (100°C) von mehr als 60) in Ballenform zugeführt wird, ohne in grobe Stückchen zerkleinert zu werden, würde dies den Extruder überlasten und ihn daher praktisch aus dem betriebsfähigen Zustand bringen.
Ein Schraubenextruder hat im Allgemeinen eine Abgabegenauigkeit (Dosiergenauigkeit) in der Größenordnung von ±5% (einer mit hoher Genauigkeit hat bestenfalls 3%). Im Gegensatz dazu erreicht eine Zahnradpumpe eine Abgabegenauigkeit von 2% oder weniger. Die Verbesserung entspricht nur wenigen Prozenten, doch ist dies aus dem folgenden Grund von besonderer Bedeutung: Das der Knet- und Strangpressmaschine zugeführte Kautschukmaterial wird gleichmäßig zusammen mit einem zugeführten Hilfsmaterial wie einem Zusatzstoff verknetet bzw. gleichmäßig mit dem Hilfsmaterial gemischt und geknetet, so dass die sich ergebenden Produkte homogen sind. Das Hilfsmaterial, etwa die Additive, liegen im allgemeinen als Körner, als Pulver oder in flüssiger Form vor, damit es möglich ist, mit einem Dosierzubringer zum Messen und Zuführen eines Materials solcher Form eine Dosiergenauigkeit in einem Bereich von ±1% zu realisieren. Allerdings lässt sich auch dann, wenn der Zusatzstoff der Knet- und Strangpressmaschine mit hoher Genauigkeit zudosiert wird, eine ungleichmäßige Qualität der sich ergebenden Produkte nicht verhindern, solange das Kautschukmaterial nicht mit der gleichen Genauigkeit und Stabilität zudosiert wird.
Bei den bekannten Techniken fehlt es im Hinblick auf die Stabilität und Genauigkeit an ausreichenden Untersuchungen zur Zufuhr des Kautschukmaterials, weswegen weitere Verbesserungen erforderlich sind. Laut Aussagen der Erfinder ergab sich, dass der oben beschriebene Zubringer die Zufuhr des Kautschukmaterials im Hinblick auf die Stabilität oder Genauigkeit verbessern kann.
Wie in den 1 und 6 bis 8 gezeigt ist, enthält die Knet- und Strangpressmaschine 2 einen Antriebsabschnitt 31 mit einem Antriebsmotor 31a und einem Getriebe 31b, einen Unterbau 32 und einen Knet- und Strangpressabschnitt 30. Am hinteren Ende des Knet- und Strangpressabschnitts 30 ist ein zum Strangpressen verwendeter Formkopf 33 angebracht. Der Knet- und Strangpressabschnitt 30 enthält ein Paar in Querrichtung angeordneter Drehwellen 34, ein Paar Knetschrauben 35, die auf die Drehwellen 34 gepasst sind und mit den Drehwellen 34 zum Beispiel verkeilt sind, um sich zusammen mit den Drehwellen 34 drehen zu können, und einen aus einer Vielzahl von Zylindereinheiten bestehenden Zylinder 36, der das Paar Knetschrauben 35 umschließt. Der Formkopf 33 ist am hinteren Ende des Zylinders 36 abgestützt.
Das Paar Drehwellen 34 kann durch den Antriebsabschnitt 31 in der gleichen Richtung mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht werden. Die auf die Drehwellen 34 gepassten Knetschrauben 35 können sich drehen, während eine Blattgruppe der einen Schraube in Querrichtung teilweise in die der anderen Schraube greift. Das zugeführte Kautschukmaterial wird in Längsrichtung bewegt, während es durch die Drehung des Paars Knetschrauben 35 in dem Zylinder 36 in einem komprimierten Zustand geknetet bzw. gerührt und gemischt wird, um so weitgehend vergleichmäßigt zu werden. Das Kautschukmaterial wird dann durch einen im Formkopf 33 befindlichen Auslass gewünschter Form stranggepresst.
Der Zylinder 36 enthält eine erste Zylindereinheit 36A, die mit der Widerstandsplatte 25 verbunden ist und einen ersten Aufnahmetrichter 36a zur Aufnahme eines Kautschukmaterials hat, und eine zweite Zylindereinheit 36B mit einem zweiten Aufnahmetrichter 36b zur Aufnahme eines Zusatzstoffs. Die erste Zylindereinheit 36A befindet sich am vorderen Ende, während sich die zweite Zylindereinheit 36B direkt oder mit weniger als drei anderen Zylindereinheiten zwischen der ersten Zylindereinheit 36A und der zweiten Zylindereinheit 36B neben der ersten Zylindereinheit 36A befindet. Nahe dem hinteren Ende des Knet- und Strangpressabschnitts 30 kann sich eine dritte Zylindereinheit 36C befinden, die zur Dehydrierung oder dergleichen verwendet wird.
Wie in den 6 und 8 gezeigt ist, enthalten die Knetschrauben 35 normale Schraubensegmente 35A, schnelle Schraubensegmente 35B, verzögernde Schraubensegmente 35C, Rotorsegmente 35D und Knetscheibensegmente 35E, wobei diese Schraubensegmente in Längsrichtung ausgerichtet sind. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Knetabschnitt K zum Kneten des dosiert eingespeisten Materials aus zwei in Längsrichtung ausgerichtete Knetabschnitte K1 und K2, die unter anderem die normalen Segmente 35A enthalten. Die Knetschrauben 35 können auch so beschaffen sein, dass der Knetabschnitt K mehr als zwei Knetabschnitte enthält.
Die normalen Schraubensegmente 35A entsprechen einer üblichen Bauart, die ein erstes Spiralblatt 35a mit einer durchschnittlichen Steighöhe hat und unter Kneten ein Material bewegt. Die schnellen Schraubensegmente 35B haben jeweils ein zweites Spiralblatt 35b mit einer längeren Steighöhe, so dass sie eine höhere Fördergeschwindigkeit haben. Die verzögernden Schraubenelemente 35C haben ein drittes Spiralblatt 35c mit deutlich geringerer Steighöhe oder mit umgekehrter Steighöhe, so dass sie eine geringere Fördergeschwindigkeit haben oder das Material in umgekehrter Richtung bewegen. Die Rotorsegmente 35D haben im rechten Winkel zu ihrer Längsachse einem im Wesentlichen dreieckigen oder ovalen Querschnitt. Der Zwischenraum zwischen dem Rotor 35D und der Innenfläche des Zylinders ist breiter als bei den oben beschriebenen Schraubensegmenten, die dazu verwendet werden, das Material zu bewegen, um dadurch während des Knetens eine hohe Scherspannung auf das Kautschukmaterial aufzubringen. Die Knetscheibensegmente 35E haben in Längsrichtung jeweils einen ovalen Querschnitt und eine Vielzahl von Knetplatten mit geringer Breite. Die Vielzahl von Knetplatten ist so angeordnet, dass die Knetplatten jeweils etwas verschoben sind. Der Zwischenraum zwischen dem Knetscheibensegment 35E und der Innenfläche des Zylinders ist größer oder gleich dem zwischen dem Schraubensegment zum Bewegen des Materials und der Innenfläche des Zylinders und kleiner als der zwischen dem Rotorsegment 35D und der Innenfläche des Zylinders, wodurch das Kautschukmaterial gleichmäßig geknetet wird und sich die Verteilung verbessert.
Wie in 6 gezeigt ist, enthält der Knet- und Strangpressabschnitt 30 von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der Kautschukmaterialförderung zur stromabwärtigen Seite den ersten Knetabschnitt K1, den zweiten Knetabschnitt K2 und einen Zufuhrabschnitt S. Der erste Knetabschnitt K1 enthält in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Segmente: ein schnelles Schraubensegment 35B, ein normales Schraubensegment 35A, ein Rotorsegment 35D und ein verzögerndes Schraubensegment 35C. Der zweite Knetabschnitt K2 enthält in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Segmente: ein normales Schraubensegment 35A, das neben dem verzögernden Schraubensegment 35C am hinteren Ende des Knetabschnitts K1 liegt, ein verzögerndes Schraubensegment 35C, ein Knetscheibensegment 35E, ein normales Schraubensegment 35A und ein weiteres Knetscheibensegment 35E. Der Zufuhrabschnitt S enthält in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Segmente: ein schnelles Schraubensegment 35B, das neben dem Knetscheibensegment 35E am hinteren Ende des zweiten Knetabschnitts K2 liegt, ein normales Schraubensegment 35A und ein verzögerndes Schraubensegment 35C. Der Zufuhrabschnitt S wird dazu verwendet, dem Formkopf 33 in einem komprimierten Zustand ein geknetetes Kautschukmaterial zuzuführen.
Die Schraubensegmente 35A bis 35C, die Rotorsegmente 35D und die Knetscheibensegmente 35E können in beliebiger Reihenfolge und Kombination angeordnet sein. Die Anordnung kann entsprechend dem zu knetenden Material geeignet spezifiziert werden. Der Knetabschnitt K der Knet- und Strangpressmaschine 2 kann auch drei oder mehr Knetabschnitte oder nur einen Knetabschnitt enthalten.
In der Knet- und Strangpressmaschine 2 ist stromabwärts von einem Knetelement zum Kneten des Materials, etwa eines Rotorsegments oder eines Knetscheibensegments mindestens ein Satz eines das Material an einer Vorwärtsbewegung hindernden Verzögerungselements, etwa eines verzögernden Schraubensegments, oder eine Sperrvorrichtung angeordnet, wodurch ein etwaiger Zwischenraum am Knetelement mit dem Material gefüllt wird. Dadurch werden ein zudosiertes Kautschukmaterial, das von der Zahnradpumpe 6 abgegeben wird, und ein zudosierter Zusatzstoff von dem Zusatzstoffzugeber 3 verrührt und ausreichend miteinander in einem komprimierten Zustand verknetet, so dass sie gleichmäßig gemischt und vergleichmäßigt werden. Das sich ergebende Kautschukmaterial, das durch den Formkopf 33 am hinteren Ende stranggepresst wird, hat geringere Produktschwankungen und eine einheitlich hohe Qualität. Bei diesem Ausführungsbeispiel gewährleisten die beiden Knetabschnitte K1 und K2, dass das gleichmäßige Vermischen effektiver erfolgt.
Der Zylinder 36 und die Knetschrauben 35 in dem Knet- und Strangpressabschnitt 30 können auch einen anderen Aufbau haben.
Der in 9 gezeigte Knet- und Strangpressabschnitt 30 enthält von der stromaufwärtigen Seite in der Richtung der Kautschukmaterialförderung zur Stromabwärtigen Seite in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Abschnitte: einen ersten Knetabschnitt K1, in dem sich ein schnelles Schraubensegment 35B, ein normales Schraubensegment 35A und ein Rotorsegment 35D befinden, einen zweiten Knetabschnitt K2, in dem sich ein schnelles Schraubensegment 35B, ein normales Schraubensegment 35A, ein Knetscheibensegment 35E und ein verzögerndes Schraubensegment 35C befinden, einen dritten Knetabschnitt K3 mit dem gleichen Aufbau wie der zweite Knetabschnitt K2 und einen Zufuhrabschnitt S, in dem sich ein schnelles Schraubensegment 35B und ein normales Schraubensegment 35A befinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthalten der erste Knetabschnitt K1 und der zweite Knetabschnitt K2 Dehydrierungszylinder 36D mit Dehydrierungsschlitzen 36d und werden zur Entlüftung dritte Zylinder 36C mit Luftauslässen 36c verwendet.

Claims

Dosierzubringer zum Zuführen eines Materials zu einer Knet- und Strangpressmaschine zum Kneten des Materials und kontinuierlichen Strangpressen des gekneteten Materials, mit: einem Zerkleinerer (4) zum Zerkleinern des Materials in grobe Stückchen; einem Extruder (5) zum Fördern und Strangpressen des von dem Zerkleinerer (4) zerkleinerten Materials; und einer Zahnradpumpe (6) zum Aufnehmen und Abgeben des von dem Extruder (5) stranggepressten Materials, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer (4) Folgendes umfasst: auf einer Drehwelle (12) befestigte blattförmige Hämmer (7) zum durch ihre Drehung erfolgenden Abscheren und Fördern des Materials; eine Düsenplatte (8) zum Quetschen des durch die Hämmer (7) zugeförderten Materials; und einen Zuschneider (9) zum Durchschneiden des durch die Düsenplatte (8) gehenden Materials.
System (A) zum Kneten und Strangpressen eines Materials, mit: einem Dosierzubringer (1) gemäß Anspruch 1; und einer Knet- und Strangpressmaschine (2) zum Kneten des von der Zahnradpumpe (6) des Dosierzubringers (1) abgegebenen Materials und zum kontinuierlichen Strangpressen des gekneteten Materials.
System (A) zum Kneten und Strangpressen eines Materials nach Anspruch 2, mit einer ersten Einrichtung (3) zum Zuführen eines Zusatzstoffes zur Knet- und Strangpressmaschine (2), wobei die Knet- und Strangpressmaschine (2) das von der Zahnradpumpe (6) abgegebene Material zusammen mit dem von der ersten Einrichtung (3) zugeführten Zusatzstoff in einem komprimierten Zustand knetet.
System (A) zum Kneten und Strangpressen eines Materials nach Anspruch 2, bei dem die Knet- und Strangpressmaschine (2) mindestens zwei Knetabschnitte (K1, K2) zum Kneten des zugeführten Materials enthält.
System (A) zum Kneten und Strangpressen eines Materials nach Anspruch 2, mit einer zweiten Einrichtung (25) zum Aufbringen eines Widerstands auf das von der Zahnradpumpe (6) abgegebene Material und zum Zuführen des Materials zur Knet- und Strangpressmaschine (2), wobei sich die zweite Einrichtung (25) unmittelbar vor der Knet- und Strangpressmaschine (2) befindet.