技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于在具有其中布置有
转子的至少一个混合腔室的混合设备中生产橡胶混合物的方法，其中，提供一种工厂控制系统，通过该工厂控制系统，对工艺参数，尤其是包括转子的速度、抽吸装置的抽吸输出、以及混合时间进行开环控制或闭环控制的控制，其中，优选地在添加至少一种
偶联剂、尤其是
硅烷的情况下，将至少一种橡胶与至少一种填充剂、尤其是
二氧化硅在该混合腔室中进行混合，并且其中，该混合腔室中和上方存在的气体混合物借助于该抽吸装置被吸出。
背景技术
[0002] 已知的是，
二氧化硅可以用作橡胶混合物中的填充剂。在轮胎行业中，含二氧化硅的橡胶混合物由于其在现代
机动车辆轮胎中的用途而非常重要。在这种类型的橡胶混合物的生产过程中，为了改进橡胶混合物的可加工性并且为了将极性二氧化硅附接到非极性的橡胶上，也惯用的是使用与二氧化硅的极性基团发生反应并且使得能够结合到橡胶上的所谓的偶联剂。此类偶联剂尤其是双官能的有机硅烷，这些有机硅烷具有至少一个烷氧基、环烷氧基或苯氧基作为硅
原子上的离去基团并且具有作为另一官能团的基团，该基团可以任选地在解离后进入与橡胶的双键的化学反应。在这些偶联反应中，由于在从120°至170°的范围内的高混合
温度，醇类(尤其是例如
乙醇)在混合操作期间以气态形式从混合物中以相当大的量消除和从混合物中逸出。这些气态醇类可以容易地在空气下点燃、闪光或爆炸，并且因此有必要监测所释放的醇类气体的量并且如果必要的话干预该混合操作。迄今为止惯用的是通过随机
采样来检查所释放的气态醇类的量。这种随机采样主要在预期橡胶混合物释放较大量的醇类气体的情况下进行。借助于抽吸装置，所释放的醇类气体被吸出混合设备。
[0003] 因为二氧化硅赋予由橡胶混合物制成的橡胶材料(例如充气车辆轮胎的
胎面)的有利特性，尤其就避免
滚动阻力与湿抓地力之间的权衡以及由于在胎面的情况下可实现较高
耐磨性而论，倾向于以更大比例的二氧化硅来填充橡胶混合物。即使是现在，硅烷化释放的醇类气体的量也相当可观，并且因此出于安全相关的原因，以高性能的抽吸来操作抽吸装置。因此对抽吸的
能量需求是巨大的。
[0004] 在橡胶混合物的混合、尤其是在橡胶混合物与加强填充剂和偶联剂或与
树脂混合经常释放的另外的
挥发性有机化合物例如是酯类、醚类以及易燃的
烃类。
发明内容
[0005] 本发明的目的是以比之前更安全且更节能的方式进行在开篇所指明类型的方法。
[0006] 所阐明的目的根据本发明通过以下方法来实现，在该方法中，连续地检测抽吸装置中所吸入的气体混合物中存在的挥发性有机化合物、尤其是醇类气体，其中在超过在吸入的气体混合物中已经限定为控制极限的有机化合物的浓度的情况下，该经测量的浓度被用作该工厂控制系统中的控制变量，以用于对这些工艺参数中的至少一个工艺参数进行闭环控制，其中，在超过在吸入的气体混合物中已经限定为安全极限的有机化合物的浓度的情况下，该混合设备借助于该工厂控制系统进行安全停工。
[0007] 因此，根据本发明，不断地测量且可靠地监测吸入的气体混合物中挥发性有机化合物的浓度。如果经测量的浓度超过控制极限，则所确定的浓度用作至少一个工艺参数的控制变量。控制干预也可以在批次混合期间进行。这些控制干预自动干预该方法或该方法的
进程，使得能够实时控制该方法。如果测量的浓度超过安全极限，则安全停工混合设备，使得避免潜在危险的、尤其是易燃的气体混合物富集。
[0008] 在优选的
实施例中，一个受控制的工艺参数是该抽吸装置的抽吸输出。这个测量使得在挥发性有机化合物的低浓度时或者在已经吸入的气体混合物中缺乏挥发性有机化合物时能够非常节能地抽吸。更具体地，在不同的橡胶混合物方面，所形成的挥发性有机化合物的量非常不同。在橡胶混合物的混合期间，所形成的挥发性有机化合物的量也变化。例如，在混合操作开始时，因为混合物仍然是“冷的”，因此倾向于形成较小量的或没有形成这些化合物，并且还没有发生例如硅烷化的反应。低抽吸输出因此在此处理阶段是充足的。抽吸输出的控制也是特别有利的，因为其不影响实际混合物生产的进程，并且因此非常高的产出也仍然是可能的。通过增加抽吸输出，将潜在危险的气体快速运离设备，使得该混合设备内富集的这些气体几乎被排除。
[0009] 在另一个优选的替代性实施例中，该抽吸装置的体积流量是借助于至少一个可电致动的翻板控制的，该至少一个可电致动的翻板可以插入该抽吸装置的废气管中。当多个抽吸装置借助于共同的抽吸力操作时，此变体是优选的。通过插入翻板减小所讨论的废气管的截面，使得抽吸力的抽吸输出集中到其他抽吸装置。
[0010] 在另一个优选的实施例中，一个受控制的工艺参数是混合时间。一旦抽吸装置中不再有或几乎没有记录有机化合物，就在可选地添加其他混合物成分的情况下完成橡胶混合物对应地混合。由于根据所测量的挥发性有机化合物的浓度来控制混合时间，因此混合过程特别有效地进行，产量特别高并且能量消耗和混合时间与相应的橡胶混合物相匹配。
[0011] 在另一个优选的执行中，一个受控制的工艺参数是该混合腔室中存在的这些转子的速度。转子的速度直接控制到混合物中的能量输入并且因此控制混合温度。如果经测量的挥发性有机化合物的浓度低，则可以增
加速度，使得混合操作加速、产量增大。
[0012] 情况优选地是，在超过该控制极限时减小混合腔室中存在的转子的速度，并且尤其是短暂地停止转子。这样减少了到混合物中的能量输入并且使得挥发性有机化合物的释放变慢。
[0013] 该方法的进一步优选的变体涉及混合设备的安全停工。
[0014] 在优选的实施例中，抽吸装置的抽吸输出在安全停工时最大化。已经吸入的气体混合物中存在的挥发性有机化合物以此方式被特别快速地运走。
[0015] 在另一个优选的实施例中，所有转子在安全停工时停止。到橡胶混合物中的能量输入突然终止。这有效地影响橡胶混合物的进一步加热以及挥发性有机化合物的相关形成。
[0016] 如果用于该方法的混合设备包括
推杆(stempel)，则有利的是推杆在安全停工时被降低。这使得混合腔室中的压力快速增加并且因此影响挥发性有机化合物的离开、或延迟挥发性有机化合物的离开。即使气体点燃，混合腔室中存在可能燃烧的橡胶混合物，但火在该混合腔室中很快又熄灭，这是因为由于降低的推杆而几乎没有氧气进入混合腔室中。
[0017] 如果混合设备包括具有供送口的轴，则有利的是在安全停工时供送口关闭并且优选地被
锁住。这样额外地减小了氧气供应。
[0018] 如果混合设备包括成形单元，则有利的是在安全停工时成形单元停止。这样防止在火灾
风险情况下成形任何橡胶混合物并且防止逸出额外的挥发性有机化合物。
[0019] 优选地，在超过控制极限和/或超过安全极限时，空气、二氧化
碳和/或氮气被引入抽吸装置中。这使得突然稀释所吸入的相应的气体混合物。例如，当控制极限是“环境保护极限”时，此变体是优选的。因为二氧化碳和/或氮气不支持燃烧，所以在超过安全极限时，引入这些气体是特别有利的。
[0020] 还有利的是，在超过该控制极限和/或超过该安全极限时，
水被引入到该抽吸装置中。这同样突然稀释所吸入的气体混合物，并且此外同时有效冷却该气体混合物。
[0021] 在另一个优选的实施例中，借助于火焰
离子化检测器、放热性
传感器、
半导体检测器、光致电离检测器或红外检测器来测量已经吸入气体混合物中的有机化合物的浓度。火焰离子化检测器、半导体检测器、以及放热性传感器以非特定方式进行测量，即检测挥发性有机化合物的整个
光谱，并且因此给出挥发性有机化合物的总浓度。借助于红外检测器，各种气体是可以以已知方式具体计量的，使得在形成的挥发性有机化合物为已知时，例如在其中正在进行硅烷化的橡胶混合物的混合操作中，红外检测器是特别优选的。放热性传感器可以特别简单的方式有利地操作并且抽吸装置是集成的。
[0022] 在另一个优选的实施例中，借助于布置在该抽吸装置中的体积流量计测量吸入空气的体积流量，其中，该体积流量是控制该(多个)工艺参数的输入变量、尤其是该抽吸装置的抽吸输出。更具体地，体积流量计确定抽吸装置中所吸入的气体混合物的流量是否不低于特定的最小值。这样确保没有细的粉尘(例如源于填充剂的粉尘)聚积在抽吸装置中。在正常操作中，具体地，进行尤其使抽吸装置的无噪声操作变得可能的闭环控制。因此，体积流量在一定程度上进行自调节、或用体积流量计进行控制并且经由抽吸装置的抽吸输出进行调节。
附图说明
[0023] 现在参考单个附图详细描述本发明的进一步特征、优点和细节，图1示出了用于生产橡胶混合物的设备的简化示意图。
具体实施方式
[0024] 图1中所示的设备包括具有上部机器1和下部机器2的
串联混合器。在串联混合器下方，布置有位于腔室20中的成形单元3(例如滚轮系统或滚头
挤出机)。未被示出且未形成本发明主题的一部分的工厂控制系统在混合操作期间通过开环控制和闭环控制来控制特定的混合参数或工艺参数。
[0025] 上部机器1具有上部混合腔室4，下部机器2具有下部混合腔室4’，其中，在每个混合腔室4、4’中布置了以本身已知的方式行动的两个转子5。每个混合腔室4、4’具有在相应的转子5上方的引入口6、6’，以及在转子5之下、与相应的引入口6、6’相反的引出口7、7’。在相应的混合腔室4、4’下方，布置有可枢转的鞍状件8、8’，借助于可枢转的鞍状件可以打开和关闭引出口7、7’。
[0026] 具有轴壁9a的轴9通入上部混合腔室4的引入口6中。在轴壁9a的侧部、并且在供送口9b和废气口9c的上方形成供送口9b。借助于可枢转的装载翻板10，供送口9b是可关闭的，如由箭头P1指示的。在轴9内，存在可向上和向下移动的加压推杆11。在推杆11向上移动且供送口9b打开的情况下，混合物成分可以经由供送口9b被引入到上部混合腔室4中。借助于推杆11，上部混合腔室4中存在的混合物可以被迫到该上部混合腔室中存在的转子5上。
[0027] 传送轴12在上部混合腔室4的引出口7与下部混合腔室4’的引入口6之间运动，在打开上部混合腔室4的引出口7之后，通过该传送轴可以将混合物从上部混合腔室4传送到下部混合腔室4’中。在下部混合腔室4’的引出口7’的下方，传送轴12’运动至成形单元3。通过打开下部混合腔室4’的鞍状件8’，混合物被施加至成形单元3，然后借助于该成形单元被滚压至期望厚度。经滚压的橡胶混合物经由间隙被运出腔室20，并根据其最终用途被进一步加工；例如，用于随后制造充气车辆轮胎的胎面的橡胶混合物以本身已知的方式被挤出成薄板形状。
[0028] 在串联混合器中侧向地布置了三个抽吸装置13、14、15。每个抽吸装置13、14、15具有由多个废气管16组装成的管道，该管道例如通向相应的生产车间的
屋顶或另一个对已经吸入的气体和
蒸汽来说合适的释放点。上部抽吸装置13在废气口9c上方，并且具有邻接对应的轴壁9a的抽吸罩17。中间抽吸装置14连接至传送轴12。下部抽吸装置15连接至恰好在成形单元3上方的传送轴12’。
[0029] 在工作实例中所示的每个抽吸装置13、14、15具有专用抽吸元件、在工作实例中所示的
通风机18、以及连接在通风机18的上游的粉尘
过滤器21。抽吸装置13具有
气体传感器19以用于连续测量挥发性有机化合物(VOC)，该气体传感器被
定位在直接连接至抽吸罩17的废气管16内。另外的气体传感器19被定位在废气管16中，该废气管在各自情况下直接连接到传送轴12以及传送轴12’。每个气体传感器19尤其是火焰离子化检测器、放热性传感器、半导体检测器、光致电离检测器或红外检测器。火焰离子化检测器、半导体检测器、以及放热性传感器以非特定方式进行测量，即检测挥发性有机化合物的整个光谱，并且因此给出挥发性有机化合物的总浓度。借助于红外检测器，各种气体是可以以已知方式具体地计量的，使得在形成的挥发性有机化合物为已知时，例如在其中正在进行硅烷化的橡胶混合物的混合操作中，红外检测器是特别优选的。放热性传感器是可以以特别简单的方式有利操作的并且可以以特别简单的方式集成到抽吸装置中。
[0030] 如图1中多个箭头指示的，抽吸装置13、14、15借助于通风机18连续地吸入对应的气体混合物，使得对所吸入的气体混合物中的气体进行连续且可靠的测量。借助于气体传感器19对气体混合物进行实时连续测量所需的通风机18的输出低，因此能量消耗也低。
[0031] 如果已经填充有二氧化硅并且与硅烷混合的橡胶混合物正在串联混合器中进行混合，则在例如140°至160°的常规混合温度下在混合腔室4、4’中形成醇类气体，并且这些醇类气体从橡胶混合物中逸出。在此可以在上部混合腔室4中或在下部混合腔室4’中进行硅烷化。借助于气体传感器19，在由相应的抽吸装置13、14、15吸入的气体混合物中存在的醇类气体是可检测的，并且该气体混合物中醇类气体的量或浓度是可测量的。在已经吸入的气体混合物中借助于气体传感器19测量的醇类气体的浓度是实际浓度。这对于串联混合器的工艺参数的闭环控制来说是控制变量，其中在超过限定为气体混合物中可允许的一种或多种醇类气体的浓度时实施控制干预。气体混合物中的醇类气体的第一浓度在此限定了被设计为控制极限的极限，并且气体混合物中醇类气体的第二浓度限定了被设计为安全极限的极限。如下文中所阐明的，控制干预可以涉及一个或多个工艺参数，并且还引起设备的安全停工。
[0032] 在上部机器1中进行混合所释放的任何醇类气体流过推杆11、随后被抽吸装置13通过该口9b吸出、并且被引导经过在该抽吸装置中存在的气体传感器19并且由该气体传感器进行检测。如果此气体传感器19检测到已经吸入的气体混合物中的醇类气体的实际浓度高于控制极限，则实施例如与转子5的速度相关的控制干预。减小转子的速度5，这使转子5到混合物中的能量输入变小，并且因此降低混合温度(混合腔室中的温度)，使得硅烷化变慢并且上部混合腔室4中的气体混合物中的醇类气体的浓度下降。可能的情况是，在与转子的速度5相关的控制干预之后，混合物被整体混合更长时间，使得仍然保持高混合
质量，并且尤其旨在完成硅烷化。如果需要的话，还可以停止上部混合腔室4中的转子5。
[0033] 另一个可能的控制干预涉及抽吸装置13的抽吸输出。如果气体混合物中的醇类气体的实际浓度超过控制极限，则对应的通风机18的速度增加，因此包含所形成的醇类气体的气体混合物被更快地吸出并且气体混合物中醇类气体的浓度保持低于最大浓度。因为此控制干预有利地不涉及任何混合参数，所以例如转子的速度、用于实现所期望的混合质量的混合时间保持不变。
[0034] 一旦混合物从上部机器1传送到下部机器2，就借助于中间抽吸装置14吸入在下部机器2中在混合操作中释放的任何醇类气体。如果定位于此的气体传感器19记录了气体混合物中醇类气体的实际浓度高于控制极限，则实施与下部混合腔室4’中的转子5的速度相关的控制干预和/或抽吸装置14中的通风机18的速度相关的控制干预。
[0035] 优选地，转子5在各自情况下的速度借助于PID
控制器(比例-积分-微分控制器)控制。
[0036] 一旦混合物从下部机器2中喷出，下部抽吸装置15的对应的废气管16中的气体传感器19就测量所吸入的气体混合物中醇类气体的浓度。如果气体传感器19测量的浓度高于控制极限，则增加抽吸装置16的抽吸输出。
[0037] 在示出的工作实例中，另一个气体传感器19’恰好布置在下部混合腔室4’的下方。如果气体传感器19’测量所吸入的气体混合物中醇类气体的实际浓度高于控制极限，则同样增加抽吸装置16的抽吸输出。这些测量有效地防止在下部混合腔室4’下方的区域中、在所示的工作实例中的成形单元3的区域中醇类气体的任何富集。
[0038] 优选地，抽吸装置13、14、15的抽吸输出以这样的方式进行控制，使得其与所吸入的相应的气体混合物中相应检测到的醇类气体的局部浓度相匹配。这些测量尤其有效地降低了用于设备操作的能量消耗。在替代性变体中，所有抽吸装置13、14、15或抽吸装置13、14、15中的至少两个抽吸装置具有共同的中心抽吸元件。
[0039] 如果气体传感器19或气体传感器19’(如果存在的话)之一记录了在吸入的气体混合物中醇类气体的浓度高于所提及的安全极限，则实施该设备的安全停工。在这种情况下，所有转子5停止，抽吸装置13、14、15的抽吸输出最大化，推杆9降低并且供送口9b通过该装载翻板10关闭，此外可选地额外将该装载翻板锁住以防止打开。此外还可能的情况是，在安全停工的情况下，成形单元3停止，使得其中有相应大量醇类气体逸出的橡胶混合物至少不会开始时就滚出且不会离开腔室。只要橡胶混合物保持在腔室20中，则通过抽吸装置15可以快速吸出醇类气体。
[0040] 本发明不限于所描述的实施例。
[0041] 在抽吸装置13、14、15中的每一个抽吸装置中可以布置体积流量计，该体积流量计测量所吸入的气体混合物的体积流量。经测量的体积流量可以构成除所吸入的气体混合物中醇类气体的所提及的实际浓度外的另一个控制变量。体积流量作为控制变量在此调节抽吸装置的抽吸输出，该体积流量构成经控制的工艺参数。体积流量计确定所吸入的气体混合物的流量是否不低于特定的最小值。这样确保细的粉尘(例如填充剂)不会聚积在废气管16和通风机18中。另外，流量以这样的方式控制使得在正常操作期间不会引起大的嗡嗡声或哨声。因此，体积流量在一定程度上进行自调节、或用体积流量计进行控制并且经由抽吸装置的抽吸输出进行调节。在串联混合器安全停工和通风机18的抽吸
导管相关联最大化的任何情况下，任何嗡嗡声或哨声当然不重要。
[0042] 如果提供了具有推杆的混合器，如在被示出用于上部机器1的工作实例中的情况中，可选的或另外的控制变量是推杆
位置。如果检测到气体混合物中醇类气体的浓度超过最大浓度，则推杆保持处于其下部位置或被降低。还可能的情况是，一旦检测到气体混合物中醇类气体的浓度超过最大浓度，该装载翻板10就自动地锁住。
[0043] 抽吸装置13、14、15也可以配备有一个或多个次级空气翻板，每个次级空气翻板特别具有止回装置。在这个变体中，根据醇类气体的浓度，(多个)次级空气翻板可以打开并且如此大量的新鲜空气可以流入抽吸装置13、14、15中。以此方式，也可以有利地快速减小醇类气体的浓度。这是特别有利的，尤其在所吸入的气体混合物中醇类气体的浓度非常高的情况下并且在所吸入的气体混合物中醇类气体的浓度非常快速上升的情况下。
[0044] 除了控制通风机的抽吸输出(控制变量)之外，可能的是在管道中布置可电致动的翻板，以用于体积流量控制。
[0045] 还可能的情况是，所吸入的气体混合物中醇类气体的浓度不是通过新鲜空气减小而是经由连接至废气管16的对应的二氧化碳或氮气导管供给二氧化碳和/或氮气而减小。此变体特别有利，因为二氧化碳或氮气不支持燃烧。当所吸入的气体混合物中醇类气体的测量的浓度高于在各自情况下所期望的爆炸极限时，供给二氧化碳或氮气是特别优选的。
[0046] 在另一个变体中，用于喷水的
喷嘴可选地或额外连接至抽吸装置13、14、15的至少一个废气管16。
[0047] 安全极限和控制极限从根本上与所形成的气体混合物中的挥发性有机化合物的浓度有关。
[0048] 附图标记说明
[0049] 1 上部机器
[0050] 2 下部机器
[0051] 3 成形单元
[0052] 4 上部混合腔室
[0053] 4’ 下部混合腔室
[0054] 5 转子
[0055] 6，6’ 引入口
[0056] 7，7’ 引出口
[0057] 8，8’ 鞍状件
[0058] 9 轴
[0059] 9a 轴壁
[0060] 9b 供送口
[0061] 9c 废气口
[0062] 10 装载翻板
[0063] 11 推杆
[0064] 12，12’ 传送轴
[0065] 13，14，15 抽吸装置
[0066] 16 废气管
[0067] 17 抽吸罩
[0068] 18 通风机
[0069] 19，19’ 气体传感器
[0070] 20 腔室
[0071] 21 粉尘过滤器
