Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen, wobei ein aus unvulkanisiertem Gummi bestehender Profilstrang aus der Düse eines Extruders extrudiert und anschliessend zwecks Vulkanisierung durch ein Bad eines Wärmeübertragungsmittels geleitet wird.
Gemäss den bisher bekannten Verfahren wurde der extrudierte Profilstrang in einem Bad einer erhitzten Flüssigkeit, z. B. eines eutektischen Salzgemisches, vulkanisiert, anschliessend gewaschen und getrocknet. Es wurden bisher auch andere Wärmeübertragungsmittel verwendet, beispielsweise ein Fliessbett aus feinen, durch heisse Luft, Hochfrequenz- oder Heissluftheizung vefflüssigten Glasperlen.
Bei diesen bekannten Verfahren ist es äusserst schwierig, einen konstanten Profilquerschnitt zu erhalten und die Querschnittsschwankungen innerhalb enger Grenzen zu halten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Extrudiergeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit, mit welcher der Profilstrang die Extruderdüse verlässt, beachtlichen Schwankungen unterliegt, während die Geschwindigkeit, mit welcher der vulkanisierte Profilstrang am Ausgang der Erhitzungsstation vorrückt, im wesentlichen konstant gehalten wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass Querschnittsänderungen auftreten müssen, wenn die Extrudiergeschwindigkeit schwankt, die Geschwindigkeit des vulkanisierten Profilstranges dagegen praktisch konstant bleibt.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Gummiprofilen liegt in der Unmöglichkeit, die Querschnittsgrösse des vulkanisierten Profilstranges anders zu bestimmen als durch entsprechende Wahl der Grösse der Extrudierdüse. Da die durchschnittliche Extrudiergeschwindigkeit und die durchschnittliche Vorschubgeschwindigkeit des vulkanisierten Profilstranges so eingestellt werden, dass sie praktisch gleich gross sind, wird die Querschnittsgrösse des vulkanisierten Profilstranges ausschliesslich durch die Querschnittsgrösse der Düsenöffnung bestimmt.
Eine geeignete Abstimmung und Einstellung der Extrudiergeschwindigkeit, die von einer Reihe von Faktoren abhängig ist, sowie der Vorschubgeschwindigkeit des vulkanisierten Profilstranges sind schwierig, so dass das Einstellen der Produktionsanlage eine zeitraubende Angelegenheit ist, die hochqualifiziertes Personal erfordert, wobei während des Einstellens beachtliche Mengen von Gummi unbrauchbar werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen zu schaffen, die einen konstanten Querschnitt aufweisen, unabhängig von den Schwankungen der Extrudiergeschwindigkeit.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäss die Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges aus unvulkanisiertem Gummi zwischen der Düse und dem Wärmeübertragungsmittel gemessen, ein dieser Extrudiergeschwindigkeit entsprechendes Mess-Signal erzeugt und mit dem letzteren die Vorschubgeschwindigkeit des das Wärmeübertragungsmittel verlassenden, vulkanisierten Profilstranges automatisch gesteuert wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) ein Extruder mit wenigstens einer zum Extrudieren eines aus unvulkanisiertem Gummi bestehenden Profilstranges geeigneten Düse, b) ein Behandlungsgefäss, c) Mittel zum Führen des vom Extruder kommenden Profilstranges durch das Behandlungsgefäss, d) eine zwischen dem Extruder und dem Behandlungsgefäss angeordnete Messeinrichtung zum Messen der Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges, e) eine Vorschubeinrichtung für den das Behandlungsgefäss verlassenden, vulkanisierten Profilstrang und f) Mittel zum automatischen Steuern der Vorschubgeschwindigkeit des vulkanisierten Profilstranges in Abhängigkeit von der Extrudiergeschwindigkeit des unvulkanisierten Profilstranges.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren bzw. durch die erfindungsgemässe Vorrichtung ergibt sich ein konstantes Verhältnis zwischen Extrudiergeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit und somit ein konstantes Verhältnis zwischen dem Querschnitt des extrudierten, unvulkanisierten Profilstranges und demjenigen des vulkanisierten Profilstranges. Es kann also der Querschnitt des fertigen Gummiprofils konstant gehalten werden. Ausserdem ist es möglich, lediglich durch entsprechende Einstellung des Verhältnisses zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Extrudiergeschwindigkeit Profilstränge unterschiedlichen Querschnittes mittels derselben Düse herzustellen.
Das Einstellen der Produktionsanlage beim Anfahren ist sehr einfach; denn es ist lediglich das gewünschte Geschwindigkeitsverhältnis einzustellen, das dann unabhängig von der Extrudiergeschwindigkeit durch automatische Steuerung konstant gehalten wird.
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert, und zwar im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen die erfindungsgemässe Vorrichtung beispielsweise dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Erhitzungsstation, in vergrösserter Darstellung,
Fig. 3 das Schaltbild einer Steuereinrichtung und Fig. 4 das Schaltbild einer anderen Steuereinrichtung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen von Gummiprofilen umfasst einen Extruder 1, der sich zum Extrudieren von Gummi durch eine Düse 2 eignet, die in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Es kann ein konventioneller Gummi-Extruder verwendet werden, doch hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Extruder zu verwenden, der insbesondere zum Extrudieren von Kunststoff bestimmt ist und eine relativ lange Förderschnecke aufweist, deren Länge etwa das Zwanzigfache ihres Durchmessers beträgt.
Der aus der Düse 2 extrudierte, unvulkanisierte Gummiprofilstrang 3 läuft über ein Führungswalze 4 in ein langgestrecktes Behandlungsgefäss 5, welches den in Fig. 2 gezeigten Querschnitt aufweist. Zwischen einem äusseren Mantel 7 und einem inneren, kanalförmigen Behälter 8 des Behandlungsgefässes 5 ist eine Wärmeisolationsschicht 6 angeordnet. Unterhalb des Behälters 8 sind elektrische Heizeinrichtungen 9 untergebracht, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Das Behandlungsgefäss 5 hat einen Deckel 10 mit Rohren 11 zum Absaugen der zwischen dem Behälter 8 und dem Deckel 10 angesammelten Gase.
Im oberen Bereich des Behälters 8 sind Tauchwalzen 12 angeordnet. Diese Tauchwalzen 12 sind mit ihren Achsen 13 herausnehmbar in vertikalen Schlitzen von Klötzen 14 geführt, die an den Wänden des Behälters 8 befestigt sind. Der Behälter 8 ist bis zur Höhe 15' mit einem Wärmeübertragungsmittel 15 gefüllt, so dass-die Walzen 12 in dieses Wärmeübertragungsmittel eingetaucht sind. Als Wärmeübertragungsmittel kann eines der oben genannten verwendet werden; vorzugsweise verwendet man jedoch ein flüssiges Mittel, welches auf Behandlungstemperaturen von 140 bis 2200 C erhitzt werden kann und eine Wichte besitzt, die etwa derjenigen des zu behandelnden Gummiprofiles entspricht. Es können insbesondere Spezialöle oder geeignete mehrwertige Alkohole mit einem entsprechend hohen Siedepunkt verwendet werden.
Der extrudierte, unvulkanisierte Profilstrang 3 läuft unter den Tauchwalzen 12 durch und wird durch die letzteren in das Wärmeübertragungsmittel 15 eingetaucht, was besonders wichtig ist, wenn die Wichte des Profilstranges 3 so gering ist, dass dieser auf dem Wärme übertragungsmittel 15 schwimmen würde. Dies ist oft der Fall, wenn Profilstränge aus Schaumgummi oder Hohlprofilsträngen hergestellt werden.
Am Ausgang des Behandlungsgefässes 5 läuft der nunmehr vulkanisierte Profilstrang 3 über eine Führungswalze 16 und anschliessend über eine Vorschubwalze 17 eines Aggregates 18 für die Schlussbehandlung des Profilstranges, d. h. für das Waschen und Trocknen des Profilstranges, das Aufbringen von Talkum auf den Pfofilstrang und das Aufrollen des Profilstranges auf Aufwickelrollen. Das Aggregat 18 ist bezüglich seines Aufbaues und Betriebes in der einschlägigen Technik bekannt und bedarf deshalb keiner näheren Erläuterung.
Wie in den Fig. 3 und 4 schematisch angedeutet, sind automatische Steuereinrichtungen vorgesehen zur kontinuierlichen automatischen Abstimmung der Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges 3, d. h. seiner Geschwindigkeit beim Verlassen der Düse 2, auf die Vorschubgeschwindigkeit der Walze 17. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die am Eingang des Behandlungsgefässes 5 angeordnete Führungwalze 4 mit einem als Tachometergenerator ausgebildeten Gleichstrom-Steuersignalgeber 19 gekuppelt. Die Vorschubwalze 17 wird von einem Motor 20 über ein geeignetes - in Fig. 3 nicht dargestelltes - Untersetzungsgetriebe angetrieben und ein zweiter, als Tachometergenerator ausgebildeter Gleichstrom-Steuersignalgeber ist mit der Vorschubwalze 17 gekuppelt. Der Antriebsmotor 20 ist ein Gleichstrommotor, dessen Erregerwicklung 22 an den Ausgang eines Verstärkers 23 angeschlossen ist.
Die Gleichstrom Steuersignalgeber 19 und 21 sind mit dem Eingang des Verstärkers 23 verbunden, wobei jeder gewünschte Teil des vom Steuersignalgeber 21 erzeugten Steuersignals mittels eines Potentiometers 24 dem Verstärker 23 zugeführt werden kann. Der Verstärker 23 wird durch die Differenz der vom Steuersignalgeber 19 einerseits und der vom Steuersignalgeber 21 über das Potentiometer 24 anderseits zugeführten Signale gesteuert. Der Ausgangsstrom des Verstärkers 23 kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, bei dem keine Spannungsdifferenz am Verstärkereingang auftritt; wenn dann am Verstärkereingang eine Spannungsdifferenz auftritt, wird je nach Polarität und Grösse derselben der Ausgangsstrom des Verstärkers zu- oder abnehmen.
Zur Inbetriebsetzung der Vorrichtung wird zuerst das Wärmeübertragungsmittel auf die gewünschte Temperatur zwischen 140 bis 2200 C erhitzt. Dann werden der Extruder 1 und das Aggregat 18 für den Betrieb vorbereitet. Wenn die Behandlungstemperatur erreicht ist, wird der Extruder 1 angefahren, und der extrudierte Profilstrang 3 wird mittels eines (in der Zeichnung nicht gezeigten) Drahtes durch den Behälter 8 gezogen und in das Aggregat 18 eingeführt, wie dies in der einschlägigen Technik wohlbekannt ist.
Vor dem Einführen des Profilstranges 3 in das Aggregat 18 über die Vorschubwalze 17 wird der Motor 20 angelassen, der Verstärker 23 eingeschaltet und das Potentiometer 24 auf den gewünschten Wert eingestellt. Während des Betriebes werden die Führungswalze 4 und der Steuersignalgeber 19 mit einer der Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges 3 entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben. Daher entspricht das vom Steuersignalgeber 19 dem Verstärker 23 zugeführte Signal der Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges 3 oder ist dieser analog. Der Steuersignalgeber 21 erzeugt ein der Geschwindigkeit des Motors 20 bzw. der Vorschubwalze 17 entsprechendes Signal; das letztere ist somit der Vorschubgeschwindigkeit des das Behandlungsgefäss 5 verlassenden, vulkanisierten Profilstranges 3 analog.
Ein durch die Einstellung des Potentiometers 24 bestimmter Teil dieses Signals wird dem Eingang des Verstärkers 23 zugeführt. Wenn das Potentiometer 24 auf sein oberes Ende eingestellt ist, d. h. wenn das ganze Signal des Steuersignalgebers 21 dem Verstärker 23 zugeführt wird, und wenn die Steuersignalgeber 19, 21 die gleiche Charakteristik haben, so tritt bei gleicher Drehgeschwindigkeit der Walzen 4 und 17 keine Signaldifferenz am Verstärkereingang auf.
Sobald sich jedoch die Geschwindigkeit der Walze 4 gemäss den Schwankungen der Extrudiergeschwindigkeit des Profilstranges 3 ändert, tritt auch eine entsprechende linderung des vom Steuersignalgeber 19 erzeugten Signals auf. Die dadurch am Verstärkereingang auftretende Spannungsdifferenz bewirkt eine Anderung des Ausgangsstromes des Verstärkers 23 bzw. der Erregung durch die Wicklung 22, wodurch die Geschwindigkeit des Motors 20 geändert wird. Mit einer hohen Verstärkung durch den Verstärker 23 werden die Geschwindigkeit des Motors 20 und der Vorschubwalze 17 auf einen Wert eingestellt, bei dem die Signaldifferenz am Verstärkereingang praktisch verschwindet, wodurch die Geschwindigkeit der Vorschubwalze 17 der Geschwindigkeit der Führungswalze 4 angepasst wird.
Mit anderen Worten: die Vorschubgeschwindigkeit des Profilstranges 3 wird seiner Extrudiergeschwindigkeit angepasst.
Gewöhnlich wird das Potentiometer 24 so eingestellt, dass nur ein Teil des vom Steuersignalgeber 21 erzeugten Signals dem Verstärkereingang zugeführt wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass unter diesen Umständen der Steuersignalgeber 21 und die mit ihm gekuppelte Vorschubwalze 17 schneller laufen müssen als der Steuersignalgeber 19 und die Führungswalze 4, damit keine Signaldifferenz am Verstärkereingang auftritt. Deshalb wird der Motor 20 beschleunigt, bis die Signaldifferenz am Verstärkereingang praktisch auf Null gesunken ist. In der oben beschriebenen Weise werden Schwankungen der Extrudiergeschwindigkeit ausgeglichen, aber weil nur ein Teil des Steuersignals des Steuersignalgebers 21 auf den Verstärker 23 wirkt, müssen die Geschwindigkeitsänderungen der Vorschubwalze 17 zur Kompensation der Geschwindigkeitsschwankungen der Führungswalze 4 entsprechend höher sein.
Deshalb kann nicht nur das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Walzen 4 und 17 durch Einstellen des Potentiometers 24 nach Wunsch gewählt werden, sondern auch das Verhältnis der Geschwindigkeitsänderungen. Auf diese Weise wird der Strekkungseffekt stets derselbe sein, unabhängig von Schwankungen der Extrudiergeschwindigkeit. Da das Verhältnis der Extrudiergeschwindigkeit zur Vorschubgeschwindigkeit innerhalb weiter Grenzen eingestellt werden kann, beispielsweise von 1 : 1 bis 1 : 10, kann auch das Verhältnis des Querschnitts des gestreckten und vulkanisierten Profilstranges zum Querschnitt der Extrudierdüse innerhalb derselben Grenzen eingestellt werden. Somit kann dieselbe Düse zum Herstellen ähnlicher Profile, jedoch unterschiedlichen Querschnitts verwendet werden.
Fig. 4 zeigt ein andere Steuereinrichtung, bei der die gleichen Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 versehen sind. Anstelle der Gleichstrom Steuersignalgeber 19, 21 sind Dreiphasen-Wechselstromgeneratoren 25, 26 an einen an sich bekannten Phasenanzeiger 27 angeschlossen. Dieser Phasenanzeiger läuft in der einen oder anderen Drehrichtung um, je nachdem, ober der eine oder andere der Generatoren 25, 26 schneller läuft. Am Phasenanzeiger 27 ist ein Kontaktfinger 28 befestigt, dessen Drehwinkel begrenzt ist. Wenn der Phasenanzeiger 27 im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt dazu umläuft, berührt der Kontaktfinger 28 einen der beiden festen Kontakte 29, 29' und schliesst dadurch einen Stromkreis von einer Batterie 30 über den Kontaktfinger 28, den Kontakt 29 bzw. 29' und die Wicklung 22 bzw. 22'.
Der Motor 20 hat eine Haupterregerwicklung 31, die mit der Batterie 30 über ein Potentiometer 32 zwecks Einstellung des Erregerstromes in der Wicklung 31 verbunden ist. Die Spulen 22, 22' sind entgegengesetzt gewickelte Hilfswicklungen, die das Statorfeld und die Geschwindigkeit des Motors 20 ändern. Zwischen die Vorschubwalze 17 und den Generator 26 ist ein regelbares mechanisches Getriebe 33 eingebaut.
Für den Betrieb werden die Motorgeschwindigkeit mittels des Potentiometers 32 und das gewünschte Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzen 17 und 4 mittels des regelbaren mechanischen Getriebes 33 eingestellt. Daher werden, selbst wenn die Vorschubwalze 17 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Führungswalze 4 läuft, die Generatoren 26, 25 mit der gleichen Geschwindigkeit laufen. Solange diese Generatoren in Phase und synchron laufen, befindet sich der Phasenanzeiger 27 in seiner Nullstellung, die in Fig. 4 gezeigt ist. Jede Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Generatoren 25, 26 führt zu einem Umlaufen des Phasenanzeigers 27 und damit zur Erregung einer der beiden Hilfswicklungen 22, 22' über den Kontakt 29 bzw. 29'.
Dadurch steigt oder fällt die Geschwindigkeit des Motors 20, um den Synchronismus der Generatoren 26, 25 wiederherzustellen, und die Geschwindigkeit der Walzen 4 und 17 wird mittels der synchronisierten Generatoren 25, 26 und des Getriebes 33 in strengem Synchronismus gehalten, wobei durch Einstellen des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 33 das Geschwindigkeitsverhältnis der Walzen 4 und 17 innerhalb weiter Grenzen vorgewählt werden kann.
Es können auch andere Stromkreise zum Steuern verwendet werden, z. B. von mit den Walzen 4, 17 umlaufenden Impulsgeneratoren gesteuerte digitale Stromkreise, die dazu geeignet sind, die Geschwindigkeit der Vorschubwalze 17 proportional der Geschwindigkeit der Führungswalze 4 bei verschiedenen Ge
Geschwindigkeitsverhältnissen zu steuern.
Wie bereits früher erwähnt, kann mittels des neuen Verfahrens bzw. der neuen Vorrichtung eine grosse Anzahl verschiedener Profilstränge aus Schaumgummi oder kompaktem Gummi hergestellt werden.