ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Zur Zerkleinerung von Reifen sind mechanische, thermome- chanische und chemisches Verfahren, sowie auf Mikrowellen-, Hochtemperatur-, Kryo-und Explosionstechniken basierende Verfahren bekannt.

Eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Altreifen wird beispielsweise in der SU 1 353 612 beschrieben. Die Reifen werden zunächst abgekühlt und anschliessend von beidseitig radial am Reifen wirkenden Zerstörungselementen zerkleinert.

Die diametral angeordneten Radsätze der Zerstörungselemente bestehen aus einem Antriebskegelrad und zwei Rollensätzen, die symmetrisch zum Reifen drehbar sind. Ein erster Rollen- satz befindet sich an der Innenseite des Reifens, der zweite an der Aussenseite des Reifens, wobei auf den Rollensätzen Kanten als Zerstörungselemente vorgesehen sind.

In der SU 1 346 244 wird eine Vorrichtung zur Zerkleine- rung von Altreifen beschrieben, die aus einem Materialbehäl- ter, einem Zerkleinerer, einer Fördermechanik für das Materi- al hin zur Zerkleinerungszone, einem Tiefkühlmittel zur Ab- kühlung des zerkleinerten Materials sowie einem Austrageblock besteht. Der Zerkleinerer ist aus zwei Mahlsteinen, einem drehenden Oberstein und einem stehenden Unterstein, in deren inneren sich ein konzentrisch zu den beiden Steinen angeord-

netes Tiefkühlaggregat für das zu zerkleinernde Material be- findet.

Die genannten beiden Konstruktionen sind aufwendig und erreichen lediglich geringe Leistungen bei relativ hohem Energiebedarf pro Masseeinheit. Weiters sind die Zerkleinerer nicht verschleissfest und auf bestimmte Reifentypen einge- schränkt.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues energieeffizientes und leistungsstarkes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von gummielastischen Kör- pern, insbesondere für Reifen, bereitzustellen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Ein gummielastischer Körper in Rahmen der Erfindung ist ein bei Raumtemperatur aus einem gummielastischen Polymer auf der Basis von Naturkautschuk bzw. synthetischen Kautschuk oder einem anderen Elastomer gefertigtes Produkt. Das Elasti- zitätsmodul ist bekanntlich durch Materialwahl, Vernetzungs- art und-grad sowie dem Zusatz von Additiven in einem weiten Bereich variabel.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wird das Volumen des gummielastischen Körpers vor dem Zerkleinern-vorzugsweise allseitig-komprimiert. Dabei unterliegt der Körper einer dreidimensionalen Spannung, unter anderem einer Druckdeforma- tion in Schubrichtung zum Zerkleinerungswerkzeug als auch ei- ner diametralen Querkontraktion quer zur Schubrichtung am Zerkleinerungswerkzeug.

Der allseitig komprimierte Körper wird von umlaufenden Schneidekante am Zerkleinerungswerkzeug schräg angeschnitten, wobei der Anschnitt zugleich an einer Flanke der Schneide zerrieben wird. Zum Zerreiben ist zumindest eine Flanke der Schneide mit einer rauhen Oberfläche ausgestattet.

Der gummielastische Körper wird zum Zerkleinern kontinu- ierlich von einem Vorschubmittel dem Zerkleinerungswerkzeug zugeführt, wobei zugleich der Teilbereich des Körpervolumens zwischen dem Vorschubmittel und dem Zerkleinerungswerkzeug allseitig komprimiert wird. An der allseitigen Kompression sind das Zerkleinerungswerkzeug, das Vorschubmittel und deren Gegenlager beteiligt, zwischen denen der zu zerkleinernde Teil des Körpers hindurchgetrieben wird. Gegebenenfalls kann man noch zusätzliche Anpressmittel anordnen.

Die allseitige Krafteinwirkung bei der Kompression auf einen gummielastischen Körper vor der Zerkleinerung ist in Figur 1 durch die Pfeile A, B1, B 2r C, E und F schematisch dargestellt. Die Krafteinwirkung setzt sich zusammen aus ei- ner Vorschubkraft A, bewirkt durch den Vortrieb des Vorschub- mittels, einer senkrecht zur Kraft A stehenden Stützkraft F erzeugt durch den Reibungsdruck der Unterlage des gummiela- stischen Körpers an einem Gegenlager zum Vorschubmittel, ei- ner zu den beiden Kräften A und F quer wirkenden, zum Zer- kleinerungswerkzeug gerichteten Kraft E, die von einem Gegen- lager zum Zerkleinerungswerkzeug bewirkt wird sowie die vom Zerkleinerungswerkzeug erzeugten Kräfte B1, B 2 und C. Die diametral wirkenden, durch die beidseitige Querkontraktion am Zerkleinerungswerkzeug erzeugten, zueinander gerichteten Kräfte B1 und B2 wirken quer zur Vorschubrichtung und den Kräften A, F sowie senkrecht auf die Stützkräfte E. Zusätz- lich entstehen in einer zu den Kraftlinien von B1 und B2 schrägen Ebene an den Spitzen der Schneidekanten radial wir- kende Kräfte C. Da die Kräfte A, B, C, E und F mit unter- schiedlichen Kraftlinien aus sämtlichen Raumrichtungen wir- kend, zueinander und zur Mitte des komprimierten Körpers ge- richtet sind, wird der Teilbereich des Körpervolumens zwi- schen dem Vorschubmittel und dem Zerkleinerungswerkzeug von allen Seiten komprimiert. Aus der Vektorensumme der Kräfte A, B1, B 2, C, E, und F resultiert die tangential zur radialen Kraft C gerichtete Expansionskraft T des komprimierten gum-

mielastischen Körpers, die gegen die Schneidekanten des Zer- kleinerungswerkzeugs gerichtet ist und somit den Schneidevor- gang unterstützt.

Die Zerkleinerung des gummielastischen Körpers erfolgt somit durch das Zusammenwirken der Scherkräfte des Zerkleine- rungswerkzeugs mit den auf das Zerkleinerungswerkzeug, vor- zugsweise dessen rauhe Oberfläche, gerichteten, freigesetzten Expansionskräften aus dem Energieüberschuss des komprimierten Körpers. Aufgrund der gummielastischen Eigenschaft des Mate- rials wird ein Teil der durch die allseitige Kompression zu- geführten Verformungsarbeit im Material als elastisches Po- tential gespeichert und diese innere Energie anschliessend zur Zerstörung des plastischen Körpers freigesetzt. Da sich der komprimierte Körper in einem überspannten Zustand befin- det, erfolgt nach der Initialisierung durch die Schneidekante am Zerkleinerungswerkzeug die Freisetzung der inneren Energie explosionsartig. Diese unterstützende Wirkung der Expansions- kräfte des komprimierten, gummielastischen Materials steigert überdies die Effizienz des Zerkleinerungswerkzeugs massgeb- lich und führt zu einem wesentlich niedrigeren Energiebedarf, geringerer Erwärmung des zerkleinerten Materials und einem höheren Zerfallsgrad ohne die Aktivität des Pulvers zu ver- mindern.

Die zum Zerkleinern notwendige Relativbewegung zwischen gummielastischen Körper und Zerkleinerungswerkzeug entsteht wie bei den meisten spanabhebenden Verfahren aus der Vor- schubbewegung und der Schnittbewegung, die die Zerkleine- rungsleistung mitbestimmen. Für das erfindungsgemässe Verfah- ren liegt das Verhältnis (Vn/Vp) der Vorschubgeschwindigkeit Vn zur Schnittgeschwindigkeit Vp bevorzugt im Bereich von 1 : 10 bis 1 : 40. Eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit würde zu einer Erhöhung der Scherwärme am gummielastischen Material führen und damit die Qualität, insbesondere Aktivität, des erhaltenen Pulvers mindern.

Weiters ist der Schnittwinkel a der Schneidekanten am Zerkleinerungswerkzeug grösser oder gleich dem vom Material abhängigen Reibungswinkel aT zwischen dem gummielastischen Körper und seiner Unterlage am Gegenlager. Ein zu grosser Reibungswinkel aT würde statt der Scherbeanspruchung zu einem Einstechen der Schneidekanten in den gummielastischen Körper führen.

Das Verhältnis a/aT der Winkel bestimmt auch den Lei- stungsbedarf. Der aufzubringende Druck beim Anstellen des Zerkleinerungswrkzeugs an den gummielastischen Körper hängt von dessen Elastizität ab. Je weicher das Material desto we- niger Druck wird benötigt.

Um eine Querkontraktion auszuüben, ist das Zerkleine- rungswerkzeug mit umlaufenden, schraubengewundenen Schneide- kanten ausgestattet, die-im Betriebszustand beim Eingriff in den gummielastischen Körper-den Körper mit einer förder- schneckenartigen, von aussen nach innen drehenden, Bewegung zusammendrängen. Die beidseitige, diametrale Querkontraktion entsteht aus dem Zusammenspiel zueinander drehender, links- und rechtsdrehender, Schraubengänge am Zerkleinerungswerk- zeug. Durch die Rotation der schraubenförmigen Schneideteile am Zerkleinerungswerkzeug in tangentialer-, dazu gegenläufi- ger-und in Achsrichtung, drückt das Zerkleinerungswerkzeug den gummielastischen Körper beim Eingriff sowohl diametral in tangentialer als auch in radialer Richtung vor der Initiali- sierung der Zerkleinerung durch den Anschnitt zusammen.

Die Ganghöhe bzw. die Anzahl der Schraubenwindungen wird in Abhängigkeit vom gewünschten Zerkleinerungsgrad festge- legt. Anstelle Eines, können zwei oder mehrere Zerkleine- rungswerkzeuge, beispielsweise jeweils nur mit einem unidi- rektionalen Schraubengang, gegebenenfalls auch kugelförmig, vorgesehen sein.

Die Flanken der Schneidekanten, über die der abgehobene Span abläuft, sind zumindest teilweise mit einer rauhen Ober- fläche ausgestattet. Die Oberfläche kann durch beliebige spanabhebende und/oder mechanische Bearbeitungen, wie bei- spielsweise Fräsen, Ausschneiden, Einkerben, aufgeraut wer- den. Die Qualität und damit Haltbarkeit des Werkzeugs wird von der Oberflächenhärte der Schneiden massgeblich beein- flusst. Die erreichbare Feinheit des gummielastischen Pulvers aus dem Verfahren ist abhängig von der Körnung der rauhen Oberfläche.

Für die Oberfläche des Zerkleinerungswerkzeug wird be- vorzugt entsprechend gehärtetes Material eingesetzt, bei- spielsweise mit einer Oberflächenhärte von etwa 5x101° Pa und einer Hitzestandfestigkeit von etwa 1500°C, insbesondere der aufgerauhten Schneidekantenflanken, um die Standfestigkeit bei dauerhaften Betrieb unter den dabei wirkenden Drücken und Kräften zu gewährleisten.

Als Vorschubmittel sind von Spanverfahren, insbesondere dem Fräsen, bekannte Vorschubantriebe geeignet. Die Oberflä- che des Vorschubmittels kann zur Unterstützung des Vorschubs des plastischen Körpers mit entsprechenden reibungs-bzw. an- griffsfördernden Mittel ausgestattet sein. Die Oberfläche kann beispielsweise aufgerauht, gerippt oder mit Ausstülpun- gen wie Stollen, Haken, Rillen oder ähnlichem versehen sein.

Durch dieses Verfahren ist der plastische Körper direkt, d. h. ohne eine Zwischenstufe, zu Pulver verarbeitbar. Das ge- bildete Pulver zerfällt nicht und ist deshalb ausgezeichnet weiterverarbeitbar und regenerierbar (d. h erneut vulkanisier- bar).

Eine, beispielsweise kryotechnische, Vorbehandlung des Körpers ist für das erfindungsgemässe Verfahren nicht nötig.

Das erfindungsgemässe Verfahren besitzt einen hohen Wir- kungsgrad bei der Zerkleinerung von gummielastischem Materi- al, wobei kaum Erwärmung auftritt und damit die Aktivität des Pulvers aufrecht bleibt. Die Zerkleinerung zeichnet sich au- sserdem durch geringe Lärmentwicklung und Umweltfreundlich- keit aus. Durch spezielle Oberflächenhärtung kann der Ver- schleissgrad des Zerkleinerungswerkzeugs erheblich herabge- setzt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich zum Zerklei- nern von Produkten aus Elastomeren, beispielsweise Förderbän- der, Keilriemen, Schläuche, Rohre, Reifen, etc. Es ist insbe- sondere zum Recycling von Reifen einsetzbar.

Das Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, die ein, gegebenenfalls walzenförmiges, rotierbares Zerkleinerungswerkzeug, eine mit dem Zerkleinerungswerkzeug zusammen wirkendes und gleichlaufendes-in Vortriebsrichtung vor dem Zerkleinerungswerkzeug angeordnetes-Vorschubmittel sowie Gegenlager, wie Anpressrollen oder Spannleisten, zur Erzeugung von Gegendrücken auf das Vorschubmittel und das Zerkleinerungswerkzeug von den gegenüberliegenden Seiten des zu verarbeitenden Körpers umfasst, wobei-im Betriebszustand -ein Teilvolumen des zu verarbeitenden gummielastischen Kör- pers zwischen die beiden Walzen und deren Gegenlager einge- spannt ist, so dass ein allseitiger Druck auf den Körper aus- übbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Zer- kleinerung von Reifen ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Es zeigen : KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Fig. 1 zeigt ein Kraftdiagramm einer allseitigen Kompression auf einen Einheitswürfel

Fig. 2 zeigt eine Zerkleinerungsvorrichtung mit einem einge- spannten Reifen und Fig. 3 zeigt eine Detailansicht des Zerkleinerungswerkzeugs aus der Vorrichtung aus Fig. 2.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG Aus Figur 2 ist die Funktionsweise einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Reifen ersichtlich. Die Vorrichtung besteht aus einem walzenförmigen Zerkleinerungswerkzeug 2 mit schrau- bengewundenen Schnittkanten am Mantel ; einem als Stollenvor- schubwelle 3 ausgebildetem Vorschubmittel ; einem Antrieb aus Motor 4 und Getriebe 5 für das Zerkleinerungswerkzeug 2 und der Stollenvorschubwelle 3 ; einem Zustellschlitten 6 für den Reifen 1, der elektromechanisch durch einen Motor 9, einem Getriebe 8 und einer Welle 7 zum Zerkleinerungswerkzeug 2 hin verschiebbar ist ; einer Halterungs-, und Justiervorrichtung am Schlitten 6 für den Reifen 1 aus einer Schlittenachse 15, an der an einem schwenkbaren Hebelarm 13, Stützrollen 12 an- geordnet sind sowie Anpressrollen 10-als Gegenlager zur Stollenvorschubwelle 3-und eine Spannleiste 11 als Gegenla- ger zum Zerkleinerungswerkzeug 2. Die Anpressrollen 10 und die Spannleiste 11 sind entlang und um die Schlittenachse 15 verdreh-und verschiebbar.

Ein Reifen 1 ist auf den im Reifeninnenmantel zu liegen kommenden Anpressrollen 10 und der Spannleiste 11 aufgesetzt.

Das Aufsetzen des Reifens sowie der Nachschub an Reifen ist selbstverständlich automatisierbar. Oberhalb der Schlit- tenachse 15 ist die Stützrolle 12 für den Reifen an der Hal- terung 13 angeordnet. Die Halterung 13 besteht aus einem Schwenkarm, der an einem Ende an der Schlittenachse 15 gelen- kig gelagert und am zweiten Ende mit Stütz-bzw. Führungsrol- len 12 ausgestattet ist. Der Reifen 1 ist mit dem Reifensitz auf den Stütz-bzw. Führungsrollen 12 gelagert und durch

Schwenken der Halterung 13 gegenüber dem Schlitten 6 justier- bar. Es ist bevorzugt die Halterung 13 so einzustellen, dass die Reifenachse auf dem selben Niveau wie die Schlittenachse 15 zu liegen kommt und die Reifenmittelebene quer zum Zer- kleinerungswerkzeug 2 und der Stollenvorschubwelle 3 steht.

Der Schlitten 6 ist zum Aufsetzen des Reifens 1 zurücksetzbar und in Richtung des Zerkleinerungswerkzeugs 2 verschiebbar.

Zur Zerkleinerung des Reifens 1 wird der Schlitten 6 samt dem aufgesetzten Reifen 1 zum Zerkleinerungswerkzeug 2 so zugestellt, dass sowohl die Stollenzufuhrwelle 3, das Zer- kleinerungswerkzeug 2 am Reifenprofil, als auch die Spannrol- len 10 und die Spannleiste 11 am Innenmantel vollständig zur Anpressung gelangen. Beim Starten des Motors 4 führt die Stollenwelle 3 den Reifen 1 in die Zone zwischen das Zerklei- nerungswerkzeug 2 und die Spannleiste 11. Die Rotation des Zerkleinerungswerkzeugs 2 löst einen diametralen förder- schneckenartigen Quervorschub der schraubenförmigen Schnitt- kanten am Zerkleinerungswerkzeug 2 aus, wobei durch den spie- gelsymetrischen Schraubengang der vom Zerkleinerungswerkzeug 2 erfasste Teil des Reifens 1 beidseitig, seitlich von aussen nach innen gepresst wird. Durch die seitliche Schneckenförde- rung der Schneidekanten werden selbst die Reifenseitenwände und das Wulstband nach und nach in die Zerkleinerungszone hineingezogen. Damit"fråst"sich das Zerkleinerungswerkzeug 2 durch den gesamten Reifen hindurch. Dabei wird das kompri- mierte Material an der Restflächenschicht des Reifens von den Schnittkanten schräg angeschnitten und von der rauhen Ober- fläche der Schnittkantenflanken zerrieben. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel erstrecken sich das Zerkleinerungswerkzeug 2 und die Stollenvorschubwelle 3 über die Profilbreite des Rei- fens 1 seitlich hinaus. Selbstverständlich sind stattdessen auch schmälere Bauteile einsetzbar. Die achsenparallele An- ordnung des Zerkleinerungswerkzeugs 2, der Stollenvorschub- welle 3, der Anpressrollen 10 und der Spannleiste 11 zueinan-

der ist bevorzugt, um eine effektive allseitige Komprimierung zu erzielen.

In Figur 3 ist das walzenförmige Zerkleinerungswerkzeug 2 im Detail dargestellt. Der Block des Zerkleinerungswerkzeu- ges besteht aus einer Hohlachse 16, auf der zwei Schneide- buchsen 17 mit links-bzw. rechtsgängigen, schraubenförmigen Schneidekanten nebeneinander aufgesetzt sind. Die schrauben- förmigen Schneiden gehen diametral von beiden Walzenrändern aus und drehen sich jeweils spiegelsymetrisch zur Walzenmit- te. Gegebenenfalls kann Kühlflüssigkeit durch die Hohlachse 16 geführt werden. Die Schneidebüchsen 17 sind mit einer Schraubenmutter 18 über eine Spannscheibe 19 auf der Hohlach- se 16 befestigt. Die rechts-und linksgängigen Schraubengänge der Schnittkanten 20 sind spiegelsymetrisch zueinander ausge- bildet, so dass bei Rotation des Schneidewerkeugs in Be- triebsrichtung die rechts-und linksgängigen Schraubengänge beidseitig jeweils eine diametrale förderschneckenartige Be- wegung von aussen nach innen ausführen. Die Schneiden 20- sowohl des rechts-als auch des linksgängigen Schraubengangs -sind schräg nach innen, d. h. zur Mitte des Zerkleinerungs- werkzeugs weisend ausgerichtet. Die Oberfläche der Schrauben- flanken 21, an den nach aussen abgewandten Seiten der Schrau- bengänge ist mit einer rauhen, gegebenenfalls aufgerauhten, verschleissfesten Oberfläche versehen. Der allseitig kompri- mierte Reifen wird durch die rauhen, äusseren Werkzeugober- flächen an den Schraubenflanken abgerieben und durch die schrägen Schneidekanten gleichzeitig angeschnitten. Die zur Walzenmitte weisenden Flanken sind steiler ausgebildet als die nach aussen gerichteten Flanken 21 die eine rauhe Ober- fläche aufweisen.

Selbstverständlich kann anstelle von zwei Schneidebüch- sen mit jeweils verschieden drehenden Schraubengängen auch eine Schneidebuchse mit den beiden entgegengesetzt gerichte- ten Schraubengängen vorgesehen werden.

Das Aufsetzen und die Justierung der Reifen ist wesent- lich vereinfacht. Der Reifen ist mitsamt den Metall-und Tex- tilkorden zerkleinerbar. Die Metall-und Textilteilchen kön- nen anschliessend nach bekannten Verfahren, beispielsweise Windsichten, Magnet-bzw. Elektroscheidung, etc., aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften leicht abgeschie- den und sortiert werden.

Bei Zerkleinerung eines Altreifens mit einer Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 ist Gummipulver von einer Feinheit zwi- schen 0,005-10 mm bei einer Ausbeute von etwa 200 Kg/h ge- winnbar, wobei das gebildete Pulver aktiv ist und nicht zer- fällt. Das Pulver wird bei der Zerkleinerung lediglich einer Temperaturerhöhung von 50-70°C ausgesetzt. Der spezifische Energieverbrauch beträgt während des Verfahrens ungefähr 0,05 kW/h/kg. Das eingesetzte Zerkleinerungswerkzeug mit einer Oberflächenhärte von 5x101° Pa an den rauhen Schneidekanten verschleisst dabei kaum.