Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukkomponente, beispielsweise einer Reifenkomponente oder eines Laufstreifens, bei dem eine zwischengelagerte Mischung in einem Verfahrensschritt gemischt und anschließend einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei modernen Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen für die Reifenherstellung werden Walzwerke in Verbindung mit Innenmischern eingesetzt, bei denen die Mischungsbestandteile Kautschuk, Füllstoff, Weichmacher und Chemikalien manuell oder vollautomatisch eingegeben werden. Die Arbeitsweise des Innenmischers ist aufgrund der geschlossenen Mischkammer diskontinuierlich. Nach Fertigmischung einer Charge wird diese auf ein Walzwerk ausgestoßen und der Innenmischer für einen neuen Zyklus wieder befüllt.

Die Mischung wird auf dem Walzwerk homogenisiert und abgekühlt. Je nach Weiterverarbeitung werden die sich auf der Walze bildenden Mischungsfelle als Platten abgenommen oder in Endlosstreifen geschnitten und einer Fellkühlanlage zugeführt. In dieser Anlage werden die Streifen endgültig abgekühlt und zur weiteren Lagerung mit Trennmittel behandelt.

Speziell bei Mischungen mit hohen Füllstoffgehalten werden während des Mischvorgangs sehr hohe Temperaturen im Bereich von 140 bis 170 °C erreicht. Diese hohen Temperaturen lassen eine Zugabe der Vernetzungschemikalien wie Beschleuniger, Peroxide und Vulkanisierharze aufgrund ihrer Temperaturempfindlichkeit nicht zu. Für diese Mischungen wird eine zweite Mischstufe auf dem Walzwerk oder im Innenmischer nachgeschaltet. In dieser werden Temperaturen über 120 °C vermieden. Das Zweistufenverfahren wird für Mischungen mit hohen Füllstoffanteilen, kleinen Weichmachermengen oder hochaktivem Ruß angewandt. Die Grundmischung wird nach dem Ausformen über mehrere Stunden zwischengelagert und abgekühlt, um dann dem Innenmischer in der Fertigmischstufe noch einmal zusammen mit den Vernetzungschemikalien zugeführt zu werden.

Zur Homogenisierung und Ausformung der heißen Mischung werden nach dem Innenmischer Walzwerke genutzt. In der Praxis sind auch bereits Varianten bekannt, bei denen Extruder die Funktion des Walzwerks übernommen haben.

Der Innenmischer entleert in einen Schacht, der mehrere Chargen aufnehmen kann. Dieser Mischungspuffer gestattet dem Extruder eine kontinuierliche Fahrweise. Die Aufgaben des Extruders bestehen in der Aufnahme, Abkühlung und Ausformung der Mischung. Eingesetzt werden dabei Einschneckenextruder und kurze Doppelschneckenextruder.

Bei der Reifenherstellung unterscheidet man in der Weiterverarbeitung der Mischungen zum Profil die Kalt- und die Warmextrusion. Bei der Kaltextrusion wird die zwischengelagerte Mischung kalt in den Ausformextruder aufgegeben. Bei dem Ausformextruder handelt es sich in der Regel um einen sogenannten Querstrommischextruder. Bei der Warmextrusion muss die Mischung vor der Ausformung aufgrund hoher Naturkautschukanteile erneut homogenisiert und gemischt werden, um dann in einer Wärme in den sogenannten Warmextruder kontinuierlich übergeben zu werden. Dazu setzt man heute u.a. Porkchop- Extruder ein, die kontinuierlich die zwischengelagerte Mischung vorwärmen und an ein oder mehrere hintereinander geschaltete Walzwerke übergeben. Die Mischung wird nachgemischt und über einen Zwischenspeicher mit anschließendem Transferband an den Warmextruder übergeben.

Ferner wird in der DE 40 14 408 C1 die Verarbeitung in einem geschlossenen Arbeitsraum beschrieben, bei der eine rotierende und oszillierende Bewegung genutzt wird. Eine solche, auch als Ko-Kneter bezeichnete einwellige Förderschneckenmaschine führt dabei pro Umdrehung eine synchrone Hin- und Herbewegung in axialer Richtung aus. Die Knetflügel auf der Förderschneckenwelle arbeiten mit feststehenden Knetzähnen oder -bolzen im Knetergehäuse zusammen. Dadurch werden die Rohstoff-Komponenten zwischen den Knetflügeln und den Knetzähnen geschert. Aufgrund des Arbeitsprinzips ergibt sich eine gute Mischwirkung durch optimale Verteilung der Ausgangsstoffe. Als nachteilig erweisen sich bei dem Mischen über Walzwerke der große Platzbedarf, die hohen Investitionskosten sowie der Personalaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Kautschukkomponenten, insbesondere von Reifenkomponenten, wesentlich zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die zwischengelagerte Mischung in einem Kneter temperaturhomogen aufbereitet und anschließend dem Extrusionsaggregat zugeführt wird. Hierdurch kann in überraschend einfacher Weise auf ein nach dem Stand der Technik erforderliches Walzwerk verzichtet werden, indem der Kneter die erforderliche Aufbereitung in einem einzigen Arbeitsschritt durchführt. Dabei hat sich gezeigt, dass sowohl die gewünschte Homogenisierung als auch die Durchmischung der bereits vorhandenen Mischung entgegen den in der Fachwelt vorherrschenden Vorurteilen in effizienter Weise in dem Kneter realisiert werden kann. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll der Begriff Mischung eine Behandlung zur gezielten Optimierung der Eigenschaftsprofile sowohl mit als auch ohne die Beimischung von Zuschlagstoffen, wie beispielsweise Füllstoffen oder Additiven, umfassen.

Die Mischstrecke könnte zur Druckerhöhung genutzt werden, um die Mischung mit einem relativen Überdruck an das Extrusionsaggregat zu übergeben. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn die Mischung nach einem Druckausgleich gegenüber der Atmosphäre von dem Kneter an das Extrusionsaggregat übergeben wird, indem die Übergabe des Kneters offen an das Extrusionsaggregat erfolgt. Auf diese Weise können flüchtige Bestandteile entweichen, sodass eine Beeinträchtigung des Ausformungsprozesses vermieden wird. Der Druckausgleich kann dabei sowohl im Bereich der Mischstrecke als auch in einem Übergabebereich erfolgen.

Bei einer weiteren, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung wird der Massedurchsatz in dem Kneter im Wesentlichen konstant gehalten, indem die axiale Position und/oder die Winkelposition einer Förderschnecke des Kneters erfasst werden und die Rotationsgeschwindigkeit entsprechend angepasst wird, also zyklisch bei einer Umdrehung der Förderschnecke variiert. Somit wird der Massedurchsatz bzw. der austretende Volumenstrom konstant gehalten, um die durch die Förderschnecke bedingte Pulsation entsprechend zu kompensieren bzw. dieser entgegenzuwirken. Auf diese Weise kann ein konstanter Durchsatz ohne einen zusätzlichen Materialpuffer erreicht werden. Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe noch mit einer Vorrichtung zur Herstellung einer Kautschukkomponente, insbesondere eines LKW-Laufstreifens, mit einer Mischstrecke für eine zwischengelagerte Mischung und mit einem insbesondere als Austragsextruder ausgeführten Extrusionsaggregat dadurch gelöst, dass die Mischstrecke einen Kneter mit einer rotationsbeweglich und oszillierend antreibbaren Förderschnecke aufweist. Hierdurch wird eine temperaturhomogene Durchmischung erreicht, die einen nach dem Stand der Technik üblichen Extruder ebenso wie ein dem Extruder nachgeschaltetes Walzwerk entbehrlich macht. Auf diese Weise können sowohl der Platzbedarf als auch der Steuerungsaufwand sowie die Herstellungskosten und der Personaleinsatz reduziert werden.

Dabei kann der erfindungsgemäße Kneter in einer offenen Prozesskette mittels an sich bekannter Fördermittel mit dem Extrusionsaggregat verbunden sein. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn der Kneter mit dem Extrusionsaggregat zu einer Baueinheit verbunden ist, um so besonders kompakte Abmessungen zu realisieren und den Steuerungsaufwand weiter zu reduzieren.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Mischstrecke den Kneter sowie eine in Förderichtung hinter diesem angeordnete volumetrische Pumpe zur Druckstabilisierung aufweist, um so unabhängig von der möglichen Druckerhöhung durch den Kneter einen konstanten Druck bei der Übergabe der Mischung an das Extrusionsaggregat sicherzustellen.

Als besonders praxisnah erweist es sich, wenn der Kneter eine insbesondere im Einzugsbereich der Förderschnecke angeordnete Speisewalze aufweist, welche insbesondere bei der Zuführung der Mischung in Form von Fellen eine kontinuierliche Zuführung gestattet. Diese kann durch einen mit dem Kneter gemeinsamen Antrieb beweglich angetrieben werden.

Des Weiteren besteht alternativ die Möglichkeit, die Mischung im Kneter in granulierter Form zuzuführen. Hierbei ist es möglich, auch pulverförmige Additive bereits im Einzug hinzuzudosieren.

Hierzu eignet sich bevorzugt auch eine Ausgestaltung des Kneters, bei der der Einzugsbereich eine als Einzugskurve wirkende Ausformung zur Ablenkung der zugeführten Komponente in Richtung der Rotationsachse seiner Förderschnecke aufweist, um so eine optimierte Zuführung der Mischung zu erreichen. Dem Mischungsstrom wird so bereits durch die Einzugskurve eine Bewegungskomponente mit einer Wirkrichtung parallel zu der Förderschneckenachse aufgeprägt.

Wenn gemäß einer weiteren Erfindung im Einzugsbereich zwischen der Förderschnecke und der Zylinderwandung ein Spalt mit einer Spaltbreite größer als 10% der Dicke des Fütterstreifens, insbesondere zwischen 10% und 80%, vorzugsweise 50% bis 60% der Dicke des Fütterstreifens ausgeprägt ist, wird eine weitere Verbesserung des Einzugsverhaltens erreicht. Hierzu kann der Spalt in Drehrichtung der Förderschnecke zulaufend ausgeprägt sein oder in die Einzugskurve übergehen.

Diese Bewegung der Speisewalze kann gemäß einer weiteren, besonders sinnvollen Ausgestaltung entsprechend der oszillierenden Bewegung des Kneters parallel zur Längsachse des Kneters erfolgen, sodass die Speisewalze, der Bewegung der Förderschnecke folgend, insbesondere auch mittels eines gemeinsamen Antriebs bewegt wird. Einer unerwünschten Materialanhäufung in den Endbereichen der Speisewalze aufgrund der oszillierenden Bewegung des Kneters kann so wirksam entgegengewirkt werden.

Eine andere, ebenfalls besonders zweckmäßige Abwandlung wird dadurch erreicht, dass der Kneter einen zur Druckerhöhung bestimmten Abschnitt aufweist, der frei von in die Knetflügel eingreifenden Scherstiften ist, um so einen kontrollierten Druckaufbau in diesem Abschnitt zu erreichen. Auf eine nachgeordnete Pumpe kann dabei verzichtet und der Herstellungsaufwand weiter reduziert werden.

Zu diesem Zweck hat es sich bereits als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Abschnitt mit der Förderschnecke drehfest und axial beweglich verbunden ist. Durch eine entsprechende axiale Lagerung wird die Übertragung der oszillierenden Förderschneckenbewegung auf diesen Abschnitt vermieden. Indem die Lagerung dieses Abschnitts als einzigen Freiheitsgrad eine Drehbewegung gestattet, wird einer Übertragung der Linearbewegung der Förderschnecke auf den mit dieser lediglich drehfest durch eine Schiebeführung verbundenen Abschnitt vermieden. Auf einen zusätzlichen Antrieb für den Abschnitt kann daher verzichtet werden.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisnahen Abwandlung weist der Kneter und/oder ein den Kneter mit dem Extrusionsaggregat verbindender Übergabebereich mehrere Entgasungsöffnungen auf. Hierdurch wird eine definierte Entgasung sichergestellt, durch welche die flüchtigen Bestandteile einer gezielten Nachbehandlung zugeführt werden können.

Weiterhin ist es besonders sinnvoll, wenn der Kneter eine Zuführung für ein Wärmeträger- Fluid aufweist, um so einen Temperaturausgleich innerhalb der Mischung zu erreichen. Insbesondere kann hierzu Flüssigkeit zugeführt werden, um über deren Verdampfung die Mischungstemperatur in der gewünschten Weise zu beeinflussen.

Eine andere Möglichkeit zur Steuerung der Temperatur wird dadurch realisiert, dass die Förderschnecke zumindest abschnittsweise einen Hohlraum einschließt, welcher mit Ausnehmungen am U mfang der Förderschnecken verbunden ist und der Zuführung eines Wärmeträger-Fluids dient. Indem der Förderschnecke beispielsweise ein Kühlmittel durch den Hohlraum bis in die hohlen Knetflügel zugeführt wird, kann die Temperatur wirkungsvoll und ohne eine unmittelbare Einwirkung eines Fluids auf die Mischung eingestellt werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Abwandlung weist der Kneter eine Antriebswelle auf, welche axial durch eine Hohlwelle eines Getriebes des Extrusionsaggregats geführt ist, um so durch die Ausführung der Vorrichtung als ein Huckepackaggregat vorteilhafte Platzverhältnisse zu sichern und dementsprechend den Platzbedarf zu verringern.

Vorzugsweise kann dem Kneter in axialer Richtung der Förderschnecke eine seitliche Zuführung für weitere Komponenten zugeordnet sein, um so der Mischung bedarfsweise weitere Komponenten zuführen zu können. Dabei ist die Zuführung nicht auf Fluide beschränkt, sondern ist beispielsweise auch für Pulverkautschuk geeignet, sodass gegebenenfalls auch auf einen Innenmischer verzichtet werden kann.

Ferner weist nach einer bevorzugten Variante die Mischstrecke im Anschluss an den Kneter in Verfahrensrichtung einen variabel temperierbaren Abschnitt auf, in dem die Mischung zu einem Schlauch mit variabel einstellbarer Wanddicke ausgeformt und anschließend geschlitzt und gefaltet wird. Dadurch, dass der Schlauch zur Entgasung der im Kern befindlichen Luft geschlitzt und zum Kautschukfell geöffnet wird, kann der durch die axiale Bewegung der Kneterwelle im Kern eines jeden Vollprofils zumindest zum Produktionsstart entstehende Lufteinschluss bei aufgeklapptem Schlauch gegenüber der Atmosphäre entgasen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung wird dadurch realisiert, dass die Förderschnecke zumindest in einem Einzugsbereich Stege aufweist, die in Bezug auf eine Querschnittsebene zu der Drehachse unterschiedliche Steigungswinkel über den Umfang der Förderschnecke aufweisen. Insbesondere ist dabei der Steigungswinkel derart bemessen, dass aufgrund einer im Wesentlichen stationären Rotationsbewegung der Förderschnecke in Verbindung mit einer oszillierenden Bewegung der Förderschnecke in Achsrichtung ein insbesondere konstanter Materialvorschub erreicht werden kann. Eine solche Ausgestaltung hat sich unabhängig von der Herstellung einer Kautschukkomponente auch bereits ganz allgemein bei einer Vorrichtung zur Durchmischung einer vorhandenen Komponente ohne Zuführung einer weiteren Komponente sowie bei Mischungen verschiedener zugeführter Komponenten als besonders Erfolg versprechend erwiesen.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 den Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls

in einer Prinzipdarstellung;

Fig. 4 einen zur Herstellung einer Kautschukkomponente bestimmten

Kneter in einer teilweise geschnittenen Draufsicht;

Fig. 5 den in Figur 4 gezeigten Kneter in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 6 eine Ausgestaltung einer Förderschnecke mit Stegen unterschiedlicher Steigung in einer Seitenansicht;

Fig. 7 die axiale Position eines Stegs der Förderschnecke in Abhängigkeit ihrer

Winkelposition in einer Diagrammdarstellung.

Figur 1 zeigt schematisch einen nach dem Stand der Technik bekannten Verfahrensablauf bei der Reifenherstellung zur Weiterverarbeitung der Mischungen zum Profil durch Warmextrusion. Bei der Warmextrusion muss die Mischung vor der Ausformung aufgrund hoher Naturkautschukanteile erneut homogenisiert und gemischt werden, um dann in einer Wärme in den sogenannten Warmextruder kontinuierlich übergeben zu werden. Dazu wird ein sogenannter Porkchop-Extruder 1 1 eingesetzt, der kontinuierlich die zwischengelagerte Mischung vorwärmt und an ein oder mehrere hintereinander geschaltete Walzwerke 12, 13 übergibt. Die Mischung wird nachgemischt und über einen Zwischenspeicher mit anschließendem Transferband an ein als Warmextruder ausgeführtes Extrusionsaggregat 2 übergeben.

Figur 2 zeigt in einer Prinzipdarstellung das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Variante, bei der die zwischengelagerte Mischung in einem Kneter 1 temperaturhomogen aufbereitet und anschließend dem Extrusionsaggregat 2 zugeführt wird. Wie zu erkennen ist, kann auf ein Walzwerk verzichtet werden, weil der Kneter 1 die erforderliche Aufbereitung in einem einzigen Arbeitsschritt durchführt. Die Zuführung der Mischung zu dem Extrusionsaggregat 2 erfolgt dabei mittels eines an sich bekannten Förderbands 3, um so zugleich einen Druckausgleich der Mischung gegenüber der Atmosphäre zu erreichen.

Demgegenüber kann auf ein solches Förderband verzichtet werden, wenn der Kneter 1 gemäß einer in Figur 3 gezeigten Variante derart mit dem Extrusionsaggregat 2 verbunden ist, dass die aufbereitete, aus dem Kneter 1 austretende Mischung dem Extrusionsaggregat 2 direkt zugeführt wird, indem der Auslass des Kneters 1 an das Extrusionsaggregat 2 angeflanscht ist und der Kneter 1 mit dem Extrusionsaggregat 2 so zu einer Baueinheit verbunden ist. Hierbei wird die Mischung mit einem Überdruck an das Extrusionsaggregat 2 übergeben.

Ergänzend zeigt Figur 4 einen zur Herstellung einer Kautschukkomponente bestimmten Kneter 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht, welcher mit einer in Förderichtung hinter diesem angeordneten volumetrischen Pumpe 4 zur Druckstabilisierung verbunden ist. Mit Hilfe der Pumpe 4 wird unabhängig von der möglichen Druckerhöhung durch den Kneter 1 ein konstanter Druck bei der Übergabe der Mischung an das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Extrusionsaggregat 2 sichergestellt.

In Figur 5 ist eine Abwandlung des in Figur 4 gezeigten Kneters 1 erkennbar, bei welcher der Kneter 1 eine im Einzugsbereich der Förderschnecke angeordnete Speisewalze 5 aufweist. Hierdurch wird insbesondere bei der Zuführung der Mischung in Form von Fellen eine kontinuierliche Zuführung erreicht. Alternativ kann die Mischung dem Kneter 1 in granulierter Form zugeführt werden, um auch pulverförmige Additive bereits im Einzug hinzuzudosieren. Die Speisewalze 5 kann durch einen mit dem Kneter 1 gemeinsamen Antrieb 6 beweglich angetrieben werden. Durch eine im Einzugsbereich als Einzugskurve wirkende Ausformung 7 zur Ablenkung der zugeführten Komponente in Richtung der Rotationsachse der Förderschnecke wird zudem eine optimierte Zuführung der Mischung erreicht und dem Mischungsstrom eine Bewegungskomponente mit einer Wirkrichtung parallel zu der Förderschneckenachse aufgeprägt.

In Figur 6 ist eine spezielle Ausgestaltung einer Förderschnecke 8 in einer Seitenansicht dargestellt, bei welcher zumindest einzelne der Stege 9 über den U mfang gesehen Umfangsbereiche 10, 1 1 mit großer Steigung α sowie kleiner Steigung ß aufweisen. Jeder einzelne dieser Stege 9 weist in Bezug auf seine Hauptebene, welcher zugleich der mittleren Steigung γ entspricht, einen wellenförmigen Verlauf auf, sodass die Steigung α, ß eines Stegs 9 in dem Umfangsbereich 10 größer und in den Umfangsbereichen 1 1 kleiner als die mittlere Steigung γ ist. Dabei ist der Übergang zwischen den U mfangsbereichen 10, 1 1 stetig und folgt einem im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf.

In Figur 7 ist die Bewegung eines Stegs 9 der in Figur 6 gezeigten Förderschnecke 8 anhand eines Diagramms dargestellt, wobei auf der Abszisse die Winkelposition Ω für eine volle Drehung der Förderschnecke 8 und auf der Ordinate die axiale Verlagerung S der Förderschnecke 8 aufgetragen ist. Dabei entspricht die Kurve I der axialen Verlagerung der gesamten Förderschnecke, ausgehend von der Nullposition. Erkennbar verlagert sich die Förderschnecke 8 während der ersten Hälfte eines Förderschneckenumlaufs in eine erste Richtung und in der zweiten Hälfte des Förderschneckenumlaufs in die entgegengesetzte Richtung. Um zu vermeiden, dass die von der Förderschnecke 8 transportierte Mischung dieser zyklisch reversierenden Bewegung folgt, weisen die Stege 9 den in der Figur 6 gezeigten Kurvenverlauf II auf. So ist die Steigung ß im U mfangsbereich 1 1 der N ulllage zunächst sehr gering, während die Steigung α bereits bei einem Drehwinkel von ca. 60° im Umfangsbereich 10 eine deutliche Steigung und nahe des halben Drehwinkels ein Maximum aufweist, während die Steigung im weiteren Verlauf des Drehwinkels abnimmt. Die überlagerte Drehbewegung der Förderschnecke 8 in Verbindung mit der translatorisch reversierenden Bewegung der Förderschnecke 8 führt aufgrund der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Steigung der Stege 9 zu einer konstanten Verlagerung bzw. Vorschubbewegung der Mischung, wie dies durch die Kurve I II verdeutlicht ist.