DE102006003751A1

DE102006003751A1 - Optimale Fördergurtherstellung

Info

Publication number: DE102006003751A1
Application number: DE200610003751
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dr. Masberg
Original assignee: CAS COMPUTERGESTUETZTE AUTOMAT; Cas Computergestuetzte Automatisierungssysteme & Co KG GmbH
Current assignee: CAS COMPUTERGESTUETZTE AUTOMAT; Cas Computergestuetzte Automatisierungssysteme & Co KG GmbH
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung minimaler Vulkanisationszeiten bei der Verarbeitung von vernetzenden Polymeren der Klassen Elastomere in Verbindung mit unterschiedlichsten Festigkeitsträgern (Stahlseile, Drahtgewebe, technische Textilgewebe u.a.) zu Fördergurten für den Transport von Schüttgütern, mittels Prozesse wie Kalandrieren oder Extrudieren und Pressen, um nur beispielhaft die wichtigsten Teilprozesse des gesamten Herstellungsablaufes zu nennen. Es ist Aufgabe der Erfindung, die wirtschaftlichste Vulkanisationszeit zur Fördergurtherstellung anzunähern bzw. zu erreichen und zusätzlich das Qualitätsprofil konstant zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung minimaler Vulkanisationszeiten bei der Verarbeitung von vernetzenden Polymeren der Klassen Elastomere in Verbindung mit unterschiedlichsten Festigkeitsträgern (Stahlseile, Drahtgewebe, technische Textilgewebe u. a.) zu Fördergurten für den Transport von Schüttgütern, mittels Prozesse wie Kalandrieren oder Extrudieren und Pressen, um nur beispielhaft Oberbegriffe und die Bedeutensten zu nennen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die wirtschaftlichste Vulkanisationszeit zur Fördergurtherstellung anzunähern bzw. zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Aus der Vielzahl der bekannten und eingesetzten Herstellungsverfahren, greift die nachfolgende Beschreibung die Herstellung schwerer Stahlseilfördergurte unter Nutzung der Teilprozesse Kalandrieren und Pressen beispielhaft und representativ für die Fördergurtherstellung aus Kautschuk heraus. Bei diesem Verfahren werden in der Regel die zu verarbeitenden Kautschukmassen, die zuvor in einem Mischprozess mit anderen Materialien zu einer Kautschukmischung mit Vernetzersystem vermischt wurden, in Streifen- oder Bahnenform vom Einzugssystem eines Kalanders zur Herstellung sogenannter Kalanderbahnen eingezogen. Aus derartigen Kalanderbahnen wird die Ober- und Unterseite des Fördergurtes um den Festigkeitsträger herum schichtweise aufgebaut. Dabei können die Schichten, je nach Anforderungsprofil an den Fördergurt aus einer oder aus unterschiedlichen Kautschukmischungen bestehen. In der Regel sind mindestens zwei unterschiedliche Kautschukmischungen vertreten. Dabei übernimmt die mittlere Schicht, auch Bindeschicht genannt, die Aufgabe der Kraftübertragung zwischen dem Festigkeitsträger und dem Kautschuk/Gummi. Den äußeren Schichten kommt die Funktion des Transportes von Schüttgut und die Kraftübertragung von den Rollen bzw. Walzen der Förderstrecke auf den Gurt zu.

Die am Kalander schichtweise hergestellten Bahnen werden danach aufgerollt und später als Ober- bzw. Unterplatte gemeinsam mit dem Festigkeitsträger zum Rohling für den Vulkanisationsvorgang in der Presse zusammengefügt (1). Der Vulkanisationsvorgang erfolgt dann unter Zuführung von Energie in Form von Wärme (Parameter sind hier die Temperatur, der Druck und die Zeit.) in der Vulkanisationspresse. Dieser Herstellprozess ist in dieser oder ähnlicher Form der einschlägigen Fachliteratur zu entnehmen. Im der Presse wird schließlich in der Regel über Wärmeleitung, von den Heizplattenwandungen aus, der Vernetzungsprozess aktiviert und die Formgebung unter Druck, Temperatur und Zeit eingeleitet. Die drei genannten physikalischen Größen prägen den Prozess und die Zeit, darüber hinaus, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

In der Kautschukmischung wird bei der Vulkanisation unter dem wesentlichen Einfluss von Zeit und Temperatur das zur Mischung gehörende Vernetzersystem aktiviert und der Vernetzungsprozeß gestartet. Eine Korrelation des Vernetzungsprozesses mit Meßgrößen liefern sogenannte Vulkameter. Ohne in dieser Darstellung näher auf den Aufbau derartiger Geräte und ihre Unterschiede einzugehen, werden nachfolgend nur deren Meßergebnisse betrachtet. Die 2, 3 und 4 im Anhang zeigen beispielhaft das mit einem derartigen Gerät ermittelte Vernetzungsverhalten, bei zwei unterschiedlichen Temperaturen. Über der Abszisse Zeit wird ein gemessenes Drehmoment aufgetragen, das mit dem Grad der Vernetzung direkt korreliert wird. Zur Erzielung bestimmter Eigenschaften des herzustellenden Produktes in Großserie ist die reproduzierbare Herstellung eines bestimmten Vernetzungsgrades im Formteil erforderlich.

Wird in den 1, 2 und 3 der anfängliche Drehmomentanstieg und Drehmomentüberschwinger, die den Anlaufvorgang charakterisieren, außer Acht gelassen, dann können diese Kurven grob, wie 3 zeigt, in zwei Bereiche gegliedert werden. Bereich I wird als Inkubationszeit ti bezeichnet, erst nach deren Ablauf beginnt der Start des eigentlichen Vernetzungsprozesses. Wie die Kurven zeigen ist der Übergang nicht abrupt, sondern langsam ansteigend. Ein Vergleich der beiden Bereiche I in den 2 und 3 macht deutlich, das die Dauer der Inkubationszeit mit steigender Temperatur abnimmt. Dies bedeutet für die Verarbeitungsprozesse, dass das Sicherheitspolster, dass die Inkubationszeit darstellt, von der Zeit- und Temperaturgeschichte bis zum Einspritzen ins Formnest bestimmt wird. Außerdem ist bekannt, dass ein Beginn des Vernetzungsprozesses, vor dem Eintritt ins Formnest, gleichbedeutend einem Ablauf des Inkubationspotentials, wegen möglicher Produktfehler unbedingt zu vermeiden ist.

Der zweite Bereich II in der 3 gibt die Vernetzungszeit tv bis zur vollständigen Vernetzung (100%, durch das Maximum der Kurve gekennzeichnet) an. Die Steigung der Kurve gibt die Vernetzungsgeschwindigkeit an und auch hier zeigt der Vergleich der Kurven in den 2 und 3, dass diese mit zunehmender Temperatur ansteigt. Sie unterliegt also prinzipiell der gleichen Gesetzmäßigkeit wie die Inkubationszeit. Da in der Festlegung des Vernetzungsbeginns und des Vernetzungsendes bei der Auswertung der Kurven subjektive Fehlerquellen vorliegen können werden auch häufig die Werte bei 10 und 90% relativer Vernetzung als t10 und t90 verwendet.

Im Herstellungsprozess wird zur Vermeidung von Produktfehlern der Vulkanisationsvorgang unter Ausnutzung von Sicherheitspolstern so eingestellt, dass Anvernetzungsfehler durch Aufbrauchen des Inkubationspotentials vermieden werden.

Aufgrund dessen wird ein Teil der Vulkanisationszeit einerseits dazu verwendet, das nach dem Einspritzen noch vorhandene Inkubationspotential in den Materialbereichen aufzubrauchen und den Vernetzungsvorgang zu starten und andererseits um durch Wärmeleitung die erforderliche Energie in Form von Wärme zuzuführen, um möglichst schnell in allen Bereichen gleiche Temperaturen zu erreichen und den Vernetzungsvorgang beschleunigt ablaufen zu lassen. Letzteres wird durch die Tatsache, insbesondere bei dickwandigen Formteilen erschwert, dass Kautschuk insgesamt ein schlechter Wärmeleiter ist. Beide Vorgänge sichern auf der einen Seite die Produktqualität, führen jedoch auf der anderen Seite zu unwirtschaftlich hohen Produktionskosten. Diese bestimmen im Wesentlichen den Produktpreis und die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller.

Aufgelöst wird dieser Zielkonflikt mittels der hier vorgestellten Erfindung. Dabei sichern Prozessoptimierungssysteme, die in der Lage sind auf dem Weg von der hergestellten Mischung bis zum Fertigteil den Materialzustand entlang des Weges genau zu erfassen und zu berechnen, dass die Wärmezuführung in den einzelnen Bereichen so gesteuert wird, dass einerseits das Inkubationspotential bis zum Eintritt der Kautschukmischung, als Rohlingsbestandteil in die Vulkanisationspresse, gezielt auf Null abgebaut und andererseits eine Starttemperatur in der Nähe der Werkzeugwandtemperatur erreicht wird. Unterstützt wird dies durch den gezielten Einsatz von Wärmequellen zur Temperaturerhöhung. Auf diese Weise wird die zur Produktion der Fördergurte benötigte Vulkanisationszeit als ein wesentlicher Anteil der Produktionszeit minimiert und die Produktionskosten deutlich gesenkt.

Grundlage des Konzeptes sind die Erfassung und Verwendung aller erforderlichen Materialdaten 8, der Maschinen und Werkzeugparameter. Sogenannte Prozessregelungssysteme [www.cas-jidoka.de] oder Heizzeitrechner [www.ing-ks.de] werden zur Simulation oder Prozeßregelung bei Spritzgießmaschinen bereits eingesetzt, bei der Fördergurtherstellung ist ihr Einsatz bisher unbekannt.

In den Zeichnungen sind schematisch die Erfindung und Erläuterungen dargestellt, es zeigt
1 Das Schema einer Fördergurtproduktion
2 Die Darstellung einer Vulkameterkurve bei T1
3 Die Darstellung einer Vulkameterkurve bei T2 > T1
4 Darstellung einer Vulkameterkurve mit den charakteristischen Zeiten ti und tv
5 Das Schema einer Fördergurtproduktion mit Aufwärm- und Haltestrecke
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels näher erläutert. Vorausgesetzt wird dabei der Einsatz eines geeigneten Prozessregelsystems 7. Auch Merkmale, die nur gezeichnet aber nicht ausführlich beschrieben sind oder die Umkehrung, stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
In den Figuren sind funktionsgleiche oder -ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zu Beginn des Prozesses werden (siehe 1) dem Regelungssystem 1 alle erforderlichen Daten über die Kautschukmischung 8 nach der Mischungsherstellung und vor der Rohlingsherstellung, das Aufwärmsystem 5, den Werkzeugbereich der Presse 9 und das Abkühlsystem 6 eingegeben. Dazu gehören auch die eingesetzten Meßsensoren 7 für Drücke, Temperaturen und Zeiten ebenso wie Daten der Maschineneinstellung für den Produktionsprozess.
Mit Hilfe dieser Daten wird eine erste Simulation des Herstellprozesses zur Ermittlung der Ausgangssituation vorgenommen und mit der Realität abgeglichen. Mittels weiterer Simulationen wird das Konzept der minimalen Vulkanisationszeit durch ein gezieltes Temperaturprofil entlang des Produktionsweges, unter Berücksichtigung der Verweilzeiten in jedem Abschnitt und der Wärmeübergangsbedingungen umgesetzt, unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse des Fördergurtes.
Auf diese Weise wird das Inkubationspotential vor der Vulkanisation weitestgehend abgebaut und der Vulkanisationsvorgang mit einer erhöhten Starttemperatur begonnen.

1: Prozessregelung
2: Kautschukmischung
3: Erwärmungs- und Abkühlsystem
4: Pressform
5: Aufwärmeinheit
6: Halte- bzw. Abkühlstrecke
7: Datenaustausch (Sensoren, Stellglieder)
8: Materialdaten
9: Werkzeug- bzw. Vulkanisationsbereich der Fördergurt-Presse

Abkürzungen

T

Temperaturen in den Prozessbereichen

T1, T2

Temperaturen der isothermen Vulkameterkurven

p

Prozessdrücke

ti

Inkubationszeit

tv

Vernetzungszeit

Claims

Verfahren zur Optimierung des Prozesses zur Herstellung von Fördergurten in den unterschiedlichsten Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Inkubationszeitpotential einer Kautschukmischung vor der Erstellung des Fördergurtrohlings oder vor dem Beginn der Formgebung gezielt bis auf Werte nahe oder gleich Null abgebaut wird und die Startmassetemperatur des Kautschukes zu Beginn des Vulkanisationsprozesses Werte von mindestens 50% oder mehr der Heizplattenwandtemperatur erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inkubationspotential vor dem Start der Vulkanisation gezielt bis auf eine bestimmten Wert, der größer Null ist, abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startmassetemperatur im Durchschnitt über den Höhenquerschnitttemperatur Werte größer oder gleich 50% der Werkzeugwandtemperatur aufweisen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines bestimmten Inkubationspotentiales ein Temperaturprofil entlang des Produktionsweges eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass gezielte Temperierung in jedem Prozessabschnitt das gewünschte Inkubationspotential und eine kontrollierte Starttemperatur des Vulkanisationsvorganges im Pressenbereich sicherstellt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil in Bereichen der Wand des Presswerkzeuges Werte nahe der Werkzeugwandtemperatur, beispielhaft: 180°C oder andere Werte, erreichen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vorhandene Inkubationspotential durch Messunges des Vernetzungsverhaltens nach der Mischungsherstellung und vor der Rohlingsherstellung mittels Vulkametermessungen oder ähnlicher geeigneter Verfahren bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu seiner Umsetzung und Überwachung ein Prozessregelungssystem eingesetzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessschritt Kalandrieren dazu genutzt wird, das Inkubationspotential gezielt auf einen bestimmten Wert abzubauen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein eventuell vorhandener Extrusionsprozess dazu genutzt wird, das Inkubationspotential gezielt auf einen bestimmten Wert abzubauen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vulkanisationsprozess der Rohling mittels geeigneter Erwärmungsverfahren in einer Aufwärmzone 5 (Infrarot, Induktionswärme, Wirbelstromerwärmung, Kontakterwärmung) auf eine durchschnittliche Starttemperatur, die über der Raumtemperatur liegt und im Regelfalle 50% und mehr der Heizplattentemperatur erreicht, aufgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vulkanisationsprozess bereits bei Vulkanisationsgraden deutlich kleiner als 100% abgebrochen und der betreffende Fördergurtabschnitt entformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vulkanisationsgrad mittels eines Prozessoptimierungssystems bei der Entformung immer den gleichen Wert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlprozess innerhalb der Haltestrecke 6 kontrolliert abläuft und die innere Wärme des Fördergurtabschnittes zur Nachvulkanisation genutzt wird.