So wird Rückläufermaterial in der Reifenindustrie aufbereitet

Der Reifen ist ein komplexes Hightech-Produkt, bestehend aus über zehn verschiedenen Kautschukmischungen und mehr als zwanzig Bauteilen. Die Herstellung von Reifen ist ein sehr diffiziler Prozess, der eine hohe Präzision erfordert. In den einzelnen Prozessschritten fällt dabei eine verfahrensbedingt nicht unerhebliche Menge an Materialresten des Vorproduktes an. Dieses sogenannte Rework-Material setzt sich aus hochwertigen Rohstoffen zusammen und sollte im Hinblick auf Nachhaltigkeit und den wirtschaftlichen Umgang mit wertvollen Ressourcen – nicht zuletzt auch wegen der hohen Rohstoffkosten – wiederverwendet werden. Ein erstrebenswertes Ziel der Reifenhersteller ist es, dieses Material möglichst schonend zu einem hochwertigen Zwischenprodukt aufzuarbeiten, damit es dem Produktionsprozess zurückgeführt werden kann. Entscheidend dabei ist ein materialschonender Aufarbeitungsprozess, denn je besser die Qualität, umso höher fällt die Rückführungsquote aus. Bei immer kleineren Losgrößen für eine größere Anzahl an spezialisierten Reifen steigt die absolute Menge an Rework-Materialien weltweit an. Dadurch wächst der Bedarf in der Reifenproduktion, diese Mengen zu sammeln und in einen reproduzierbaren und wirtschaftlichen Aufarbeitungsprozess rückführen zu können.

Im Aufarbeitungsprozess wird das Rework-Material zunächst plastifiziert, homogenisiert und anschließend so ausgeformt, dass es wieder mit neuem Compound zusammen eingesetzt werden kann. Die Wiederaufarbeitungsschritte erfolgen heute oft zyklisch in den gleichen Produktionslinien, in denen auch die Vorprodukte hergestellt werden. Das können Innenmischer- oder auch Walzwerklinien sein. Die Verwendung von Produktionswalzwerken gewährleistet bekanntermaßen eine stabile Temperaturführung und ist daher verfahrenstechnisch besonders gut für einen materialschonenden Wiederaufarbeitungsprozess geeignet. Durch den zyklischen Anfall der Materialreste muss der gesamte Prozess manuell durchgeführt werden, dadurch erhöht sich das Gefahrenpotenzial für den Bediener. Weiterhin kann ein konstantes Qualitätsniveau schwer sichergestellt werden, da es der Erfahrung und der Ausbildung des Personals obliegt, den Walzenprozess zu steuern. Das Wiederaufarbeiten von Kautschukmischungen im Innenmischer ist im Vergleich zu Walzwerklinien besser kontrollierbar und ungefährlicher für den Bediener. Aus verfahrenstechnischer Sicht erfährt das Rework-Material im Innenmischer jedoch relativ hohe Scherkräfte und damit erhöhte Temperaturen. Dadurch besteht die Gefahr, das bereits strapazierte Material zusätzlich zu schädigen. Um einen schonenden Prozess zu gewährleisten, sind niedrige Rotordrehzahlen im Innenmischer zu wählen, daraus resultieren vergleichsweise lange Mischzeiten. Die Wirtschaftlichkeit des zyklischen Wiederaufarbeitungsprozesses wird zudem durch einen hohen Energie- und Platzbedarf sowie die Kosten für Maschinenminuten einer gesamten Mischlinie belastet. Die Einschränkungen der bestehenden Verfahren intensivieren den Bedarf an einer neuen Technologie, die verfahrenstechnische und wirtschaftliche Vorteile für den Reworkprozess bringt.

Das kompakte System umfasst drei Zonen entlang der Walzenlänge (Bild 2). In der Beschickungszone können durch eine Fördereinrichtung Materialien unterschiedlichster Arten und Formen wie Felle, Platten oder ausgeformte Profile aufgegeben werden. In der Homogenisierungszone findet systembedingt eine mechanische Zwangsumformung statt, in der das Material plastifiziert und homogenisiert wird (Bild 1). In der Austragszone wird das Material anschließend automatisch nach dem Roll-ex TRF-Prinzip ausgeformt. Das manuelle Eingreifen eines Bedieners in den Verfahrensbereich ist somit nicht erforderlich und wird durch eine vollständige Umhausung dieses zusätzlich verhindert. Das Ergebnis ist ein sicherer, kontrollierter und kontinuierlicher Homogenisierungsprozess mit reproduzierbaren Ergebnissen. Zusätzlich kann das Material mit einer am TRP integrierten Zahnradpumpe schonend feingestrainert werden und erfährt so einen weiteren Veredelungsschritt. Die Basis für einen schonenden Aufbereitungsprozess ist eine kontrollierte Temperaturentwicklung (Bild 3). Diese wird in der TRP-Verfahrenstechnik durch unterschiedlich einstellbare Temperierzonen über die gesamte Walzenlänge gewährleistet. Die gute Homogenisier- und Plastifizierleistung wird über eine mechanische Zwangsumformung erreicht. Die erforderliche Friktion, die die Plastifizierleistung verstärkt, kann durch unterschiedliche Walzengeschwindigkeiten und Spaltverstellungen für den jeweiligen Prozess optimiert werden. Eine auf den Reworkprozess abgestimmte Walzengeometrie ermöglicht zusätzlich einen axialen Weitertransport des Materials von der Aufgabe- zur Austragszone.

Prozessanforderungen:

• Zuführung von Rework-Material oder frischem Compound in unterschiedlichen Formen
• Ausreichende Plastifizierung und Homogenisierung bei schonender Materialbehandlung
• Guter Zugang zum Verarbeitungsbereich für Reinigung und Materialwechsel
• Reproduzierbare und automatisierte Abläufe mit einem geringen Arbeitsaufwand

Auf Basis des Zwei-Walzen-Plastifizierers wurde eine Systemlösung entwickelt, um den Wiederaufarbeitungsprozess von Rückläufermischungen abzubilden (Bild 4). Das modulare Konzept besteht neben der Kernkomponente, der Plastifiziereinheit, aus mehreren Systemkomponenten und ermöglicht damit anwendungsspezifische Ausführungen.

Die TRP-Technologie

• Im Aufarbeitungsprozess wird das Material bei sehr guter Temperaturführung besonders schonend und gleichmäßig verarbeitet
• Automatisierte Abläufe sorgen für reproduzierbare Ergebnisse
• Das System ist modular aufgebaut. So kann durch eine integrierte Roll-ex-Zahnradpumpe mit der Option des Feinstrainerns das Material nahezu beliebig ausgeformt werden
• Der Verfahrensbereich ist vollständig gekapselt und gewährleistet damit eine hohe Arbeitssicherheit
• Durch die kompakte, platzsparende Konstruktion lassen sich Raumkosten einsparen
• Anlagenteile sind für Reinigung und Mischungswechsel gut zugänglich
• Bis zu 50 % Energieeinsparung im Vergleich zu bestehenden technischen Verfahren sind möglich
• 98 % des prozessbedingten Abfalls können dem Reifenherstellungsprozess wieder zugeführt werden
• Mindestens 5 % der Rohstoffe können bei der Reifenherstellung durch das TRP-Verfahren eingespart werden

Die Rework-Materialien wie Laufstreifen, Seitenwände oder Profile liegen meist in unterschiedlichen Geometrien und Stückgewichten vor. Für einen kontrollierten Prozess und reproduzierbare Ergebnisse ist jedoch ein kontinuierliches Homogenisierungsverfahren notwendig. Durch die Zuführeinheit wird die diskontinuierliche Beschickung mit einem kontinuierlichen Verfahrensprozess gekoppelt. Die Materialien werden zunächst über einen Horizontalförderer der Verwiege- und Schneideinrichtung zugeführt, bevor sie anschließend den Metalldetektor passieren und über einen Steigförderer der Plastifiziereinheit zugeführt werden. Zusätzlich können Felle direkt von einer Palette über eine Fellzuführungs- und Schneideinrichtung (slab feeder) aufgegeben werden.

Die Plastifiziereinheit des TRP Reworkers basiert auf der Verfahrenstechnik des Zwei-Walzen-Plastifizierers. Wie bereits für den Reifenproduktionsprozess erwähnt, werden für die unterschiedlichen Reifenarten sehr unterschiedliche und anspruchsvolle Mischungen verwendet, darunter beispielsweise Lkw- oder Pkw-Laufstreifenmischungen mit einer Härte von 60 bis 70 Shore A und Viskositäten zwischen 50 und 60 Mooney-Einheiten, Mischungen für Seitenwände mit einer Härte von 40 bis 55 Shore A und einer Viskosität von 50 bis 60 Mooney-Einheiten oder Kernreitermischungen mit einer Härte von 60 Shore A und einer Viskosität von 75 Mooney-Einheiten. Durch eine speziell auf den Reworkprozess abgestimmte Auslegung der Aufgabezone wird das Verarbeiten von Rücklaufmaterialien mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften ermöglicht. Gleiches gilt auch für Textil- oder Inner-
linermischungen.

Die Austragszone der Plastifiziereinheit basiert auf dem Roll-ex TRF-Prinzip (Zweiwalzen-Fütteraggregat). Dabei wird die nachgeschaltete Zahnradpumpe von zwei temperierten Walzen aktiv beschickt. Beim Austritt des Materials aus dem Walzenspalt wird der Fütterdruck erzeugt, der notwendig ist, um die Zähne der nachfolgenden Zahnradpumpe vollständig zu füllen. In der Materialaustragszone kann dem Material durch eine separate Temperierzone Temperatur entzogen werden (Bild 3), dies ermöglicht ein zusätzliches Temperaturfenster für Nachfolgeprozesse.

In der Standardkonfiguration ist unter der TRP-Austragszone eine Roll-ex Strainer-Zahnradpumpeneinheit angeordnet. Die Strainereinheit hat eine Leistung von maximal 2,5 t pro Stunde. Um die Strainer- und Zahnradpumpeneinheit unterhalb der Austragszone zu positionieren und mit dem TRP zu verbinden, ist sie in einem axial beweglichen Träger befestigt. Die Zahnradpumpe sowie der Strainerkopf können zum Reinigen und zum Wechseln der Siebe vom TRP hydraulisch abgeschwenkt werden. Temperatursensoren überwachen die Temperatur an der Austragszone des Plastifizieraggregats (vor der Zahnradpumpe) und im Strainerkopf. Als Zahnradpumpe sind zwei Zahnräder (Rotoren) als drehendes, miteinander kämmendes Zahnradpaar angeordnet. In diesem wird das Material schonend transportiert und dann durch das Ineinandergreifen der Zähne auf der Austrittsseite aus diesen Lücken verdrängt. Die Verdrängung bewirkt den Weitertransport und den Druckaufbau (Bild 5).

Die Abkühlung der Mischung kann in üblichen Fellkühlanlagen realisiert werden. Abhängig von der Geometrie des Austrages eignen sich beispielsweise Cantilever-Kühlstrecken oder klassische Batch-off-Anlagen zum Palettieren der Felle. Da sich die Temperaturen im Bereich von circa 100 °C bewegen und die Metergeschwindigkeiten lediglich 5 bis 9 m/min (abhängig von der Fellbreite, zum Beispiel 800 mm oder bis 1.200 mm Breite) betragen, können die Kühlstrecken relativ kompakt dimensioniert werden.

Die TRP-Technologie hat sich in der Reifenindustrie als alternative Lösung für das Aufbereiten von Rückläufermaterialien etabliert. Der TRP Reworker in der Baugröße 2800 hat einen Durchsatz von 2.500 kg/h und deckt damit den in einer Reifenfabrik üblichen Bedarf an Rework ab (Bild 6). Weitere Baugrößen und Ausführungen bieten Optionen für andere verfahrenstechnische Aufgaben in der Kautschuk- und Silikonverarbeitung, wie Vorwärmen, Mischen und Austragen.

Was ist Feinstrainern?

Als Feinstrainern wird das Feinfiltrieren von Kautschuk- oder Silikonmischungen mit Siebweiten von <0,5 mm bezeichnet. Verunreinigungen werden dabei im Sieb zurückgehalten und so aus dem Materialstrom entfernt. Je nach Mischungsqualität und Siebweite werden für dieses Verfahren Drücke von mehreren hundert bar benötigt.

Quelle: Uth, Fulda