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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elastomerverarbeitung, umfassend
ein Mischaggregat, eine Fördereinrichtung
und ein Spritzgießaggregat.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Verarbeiten
von Elastomeren umfassend die Schritte: Abwiegen einzelner Materialkomponenten, Transportieren
der einzelnen Materialkomponenten zu einem Mischaggregat, Mischen
der Materialkomponenten zu einer reaktiven Materialmischung, Fördern der
Materialmischung zu einem Spritzgießaggregat und Spritzgießen der
Materialmischung zu einem Bauteil.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen
und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der
Technik bereits bekannt. Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren
erzeugen in Mischaggregaten durch Abmischung verschiedener Materialkomponenten
reaktive Materialmischungen.
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Innerhalb
der reaktiven Materialmischungen verlaufen bereits unterschiedlichste
chemische Reaktionen, welche zu unerwünschten Änderungen des Verarbeitungsverhaltens
des Materials führen.
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Diese
chemischen Reaktionen können
Lufteinschlüsse,
Blasenbildungen und weitere Inhomogenitäten im Endprodukt hervorrufen.
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Ganz
konkret ist nachteilig, dass sich die Viskosität der reaktiven Materialmischung
durch den Ablauf unerwünschter
chemischer Reaktionen verändern
kann. Im Extremfall können
vernetzte Materialkonglomerate entstehen. Diese Materialkonglomerate
werden im Spritzgießaggregat
entweder zerstört oder
mischen sich mit noch nicht vernetzten Materialkomponenten zu einem
Material inhomogener Beschaffenheit. In einem aus dem Material hergestellten
Bauteil können
dann bereits vernetzte mit noch nicht vernetzten Materialkonglomeraten
zusammen vorliegen.
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Hierdurch
entsteht ein Bauteil, dessen Matrix bzw. Volumen unterschiedlich
vernetzte und nicht zusammenhängende
Materialbereiche aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik ist es auch bekannt, sehr große Mischaggregate
mit Volumen von bis zu 150 l mit abgewogenen Materialien zu beaufschlagen.
Die Mischaggregate erzeugen dann eine reaktive Materialmischung,
in welcher der Rohkautschuk eingearbeitet ist. Diese reaktive Materialmischung
wird sodann zu unterschiedlichen Produktionsorten transportiert.
Dabei treten unerwünschte Anvernetzungen
der reaktiven Materialmischung auf.
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Darstellung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, reaktive
Materialmischungen so zu verarbeiten, dass ein aus diesen erzeugtes
Bauteil eine möglichst
große
Homogenität
hinsichtlich seiner Materialstruktur aufweist.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist eine Vorrichtung zur Elastomerverarbeitung dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung
das Mischaggregat und das Spritzgießaggregat derart unmittelbar
miteinander verbindet, dass eine im Mischaggregat durch Abmischen einzelner
Materialkomponenten erzeugte, reaktive Materialmischung ohne Zwischenlagerung
unmittelbar an das Spritzgießaggregat übergebbar
ist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass nach Erzeugen einer reaktiven Materialmischung im Mischaggregat
bereits eine Anvernetzung erfolgen kann. Reaktionen, welche die
Anvernetzung bewirken, können
schon nach wenigen Stunden einsetzen.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere
erkannt worden, dass gerade bei einer Zwischenlagerung unerwünschte chemische
Reaktionen ablaufen können, die
zu einer ungleichmäßigen Anvernetzung
der Materialmischung führen.
Die Verarbeitung einer teilweise anvernetzten Materialmischung führt zu einem Bauteil
inhomogenen Aufbaus.
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Erfindungsgemäß ist weiter
erkannt worden, dass die Zeit zwischen Abmischen und Verarbeiten der
Materialmischung möglichst
kurz sein muss, um unerwünschte
chemische Reaktionen zu minimieren. In einem weiteren Schritt ist
sodann erkannt worden, dass dies erfindungsgemäß dadurch realisiert werden
kann, dass eine Fördereinrichtung
die reaktive Mischung sofort und unmittelbar in das Spritzgießaggregat
verbringt. Die reaktive Materialmischung kann dann sofort beispielsweise
durch Spritzgießen
zu einem Bauteil verarbeitet werden. Durch Minimierung der Transportzeit
vom Mischaggregat zum Spritzgießaggregat
werden die Anvernetzungsreaktionen vor der Verarbeitung zum Bauteil
minimiert. Hierdurch ist die Schaffung eines Bauteils mit einer
homogenen Materialstruktur gewährleistet.
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Folglich
ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Das
Mischaggregat könnte
ein Mischvolumen von höchstens
20 l aufweisen. Auf überraschende
Weise hat sich gezeigt, dass bei einem Mischvolumen von höchstens
20 l eine hinreichend kurze bzw. lange Mischzeit einstellbar ist,
welche einerseits erlaubt, die einzelnen Materialkomponenten homogen
zu mischen und andererseits erlaubt, unerwünschte chemische Reaktionen
zu vermindern. Das Mischvolumen von höchstens 20 l erlaubt, sämtliche Materialkomponenten
homogen miteinander zu vermischen.
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Durch
Wahl dieses geringen Mischvolumens können maximal 3 bis 4 Spritzgießzyklen
vorbereitet werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die verarbeiteten
reaktiven Materialmischungen keiner ungleichmäßigen Anvernetzung unterliegen.
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Das
Mischaggregat könnte
oberhalb des Spritzgießaggregats
positioniert sein. Durch diese Ausgestaltung wird die Schwerkraft
genutzt, um die reaktive Mischung direkt in das Spritzgießaggregat zu
verbringen. Dies könnte
unter Zwischenschaltung einer Schneckenförderung erfolgen, welche der
Fördereinrichtung
zugeordnet ist.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren
zum Verarbeiten von Elastomeren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
3 gelöst.
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Um
Wiederholungen in Bezug auf die erfinderische Tätigkeit zu vermeiden, sei auf
die Ausführungen
zu Patentanspruch 1 verwiesen.
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Die
Materialkomponenten könnten
zu einer Materialmischung von höchstens
20 l vermengt werden. Durch Schaffung einer Materialmischung dieses Volumens
können
unerwünschte
Reaktionen beim Vermischen weitgehend minimiert werden, da dieses Materialvolumen
eine homogene Mischung der Materialkomponenten untereinander erlaubt.
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Die
Materialkomponenten könnten
einzeln schrittweise nacheinander in das Mischaggregat eingebracht
werden. Dabei ist denkbar, dass die nicht miteinander reagierenden
Materialkomponenten zuerst eingebracht werden, um eine homogene
Mischung der nicht reaktiven Materialkomponenten zu gewährleisten,
bevor eine reaktive Materialkomponente zugeführt wird. Dieser konkrete Verfahrensschritt
erlaubt eine Homogenisierung aller Materialkomponenten in kürzester
Zeit unter Minimierung unerwünschter
Reaktionen. Dieser Verfahrensschritt empfiehlt sich insbesondere
dann, wenn nach Zugabe einer bestimmten Materialkomponente die Reaktivität der Materialmischung
sehr hoch ist und unerwünschte
chemische Reaktionen zu befürchten
sind.
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Einige
oder alle Materialkomponenten könnten
zeitgleich in das Mischaggregat eingebracht werden. Dieser Verfahrensschritt
ist dann sinnvoll, wenn die Materialmischung nicht besonders reaktiv
ist und unerwünschte
chemische Reaktionen erst nach relativ langer Zeit ablaufen.
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Die
Materialkomponenten könnten
höchstens
20 min vermischt werden. Überraschend
hat sich gezeigt, das 20 min ausreichend sind, um nahezu alle Materialkomponenten
innig und homogen miteinander zu vermischen. Bei schonender Vermischung
ohne allzu hohen Energieeintrag können insbesondere schwer vermischbare
Materialkomponenten homogen vermischt werden. Insbesondere bei Verwendung
von Rohkautschuk müssen
hohe Scherkräfte
aufgewendet werden, um den Rohkautschuk mit den anderen Materialkomponenten
zu vermischen. Die relativ lange Mischdauer von 20 min ist dann
sinnvoll, wenn hohe Scherkräfte
aufgebracht werden müssen,
da das Zerkleinern des Rohkautschuks zu einer hohen Reibungswärme führt. Durch die
schonende Mischung, welche etwa 20 min in Anspruch nimmt, können die
Rohkautschukteilchen derart schonend zerkleinert werden, dass die
auftretende Wärme
durch Reibungskräfte
minimiert wird.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Materialmischung durch
das Mischen auf eine Temperatur von 60 bis 150°C gebracht wird. Die Materialmischung
könnte
bei diesen Temperaturen aus dem Mischaggregat in das Spritzgießaggregat
verbracht werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Materialmischung
noch ausreichend kühl
ist, um unerwünschte
chemische Reaktionen weitgehend zu unterbinden.
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Die
Materialmischung könnte
aus dem Spritzgießaggregat
in eine Form verbracht und in der Form durch Vulkanisation zu einem
Bauteil vernetzt werden. Die reaktive Materialmischung könnte in
die Form eingespritzt werden, in welcher sie vulkanisiert. Dieser
Verfahrensschritt stellt nahezu sicher, dass die erwünschten
chemischen Reaktionen, nämlich Vernetzungsreaktionen,
erst nach Verbringen der Materialmischung in die Form auftreten.
Durch diesen Verfahrensschritt erhält das Bauteil innerhalb der Form
eine sehr homogene Materialstruktur. Die homogene Materialsstruktur
stellt sich dadurch ein, dass das Bauteil völlig durchvernetzt und möglichst wenig
Einschlüsse
bereits vernetzten oder nicht vernetzten Materials aufweist.
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Als
Materialkomponente könnte
Rohkautschuk verwendet werden. Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass die relativ harte und in großen Ballen
angelieferte Materialkomponente Rohkautschuk durch das bisher beschriebene
Verfahren besonders problemlos und vorteilhaft zu einem Elastomer
verarbeitet werden kann. Ganz konkret ist erkannt worden, dass eine
Materialmischung, die Rohkautschuk umfasst, zu einem homogenen Elastomer
verarbeitet werden kann, wenn die Materialmischung direkt und unmittelbar
aus dem Mischaggregat in das Spritzgießaggregat übergeben wird.
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Je
nach Herkunft des Rohkautschuks vernetzt dieser nach längerer Lagerzeit
von einigen Wochen oder Monaten und kann dann nicht mehr zur Elastomerverarbeitung
verwendet werden. Daher stellt Rohkautschuk eine hochsensible Materialkomponente
dar, deren Verarbeitung ein besonders hohes Maß an Erfahrung der verarbeitenden
Personen erfordert. Unter Überwindung
von Vorurteilen der Fachwelt ist es gelungen, die harte und zu natürlichen
Vernetzungsreaktionen neigende Materialkomponente Rohkautschuk schonend
zu zerkleinern und homogen unter Vermeidung unerwünschter
chemischer Vernetzungsreaktionen zu vermischen und sofort nach dem
Vermischen zu einem Bauteil zu verarbeiten. Überraschenderweise hat sich
gezeigt, dass nur unter Einhaltung eines bestimmten Mischvolumens
die gewünschte
Homogenität
der Materialstruktur des Endprodukts realisiert werden kann.
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Als
Materialkomponente könnte
Ruß verwendet
werden. Ruß eignet
sich als Füllstoff
in besonderem Maße,
da er eine hohe Oberfläche
aufweist und oxidierend wirkt. Die oxidierende Wirkung des Rußes beschleunigt
die Vernetzungsreaktionen.
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Als
Materialkomponenten könnten
Vernetzer und Weichmacheröle
verwendet werden. Vernetzer können
die Vernetzungsreaktionen beschleunigen oder verlangsamen und können ganz
in Abhängigkeit von
der Mischzeit zugegeben werden.
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Weichmacheröle ändern die
Viskosität
der Materialmischung und erlauben es, höhere oder niedrigere Scherkräfte einzutragen,
um relativ harte Materialkomponenten entweder schonend oder unter Auftreten
hoher Reibungswärme
zu zerkleinern.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In
Verbindung mit der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigt die einzige
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Fig.
in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zur Durchführung eines
Verfahrens zum Verarbeiten von Elastomeren.
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Ausführung der Erfindung
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Die
einzige Fig. zeigt eine Vorrichtung zur Elastomerverarbeitung umfassend
ein Mischaggregat 1, eine Fördereinrichtung 2 und
ein Spritzgießaggregat 3.
Die Fördereinrichtung 2 verbindet
das Mischaggregat 1 und das Spritzgießaggregat 3 derart
unmittelbar miteinander, dass eine im Mischaggregat 1 durch
Abmischen einzelner Materialkomponenten erzeugte, reaktive Materialmischung
ohne Zwischenlagerung unmittelbar an das Spritzgießaggregat 3 übergebbar
ist.
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Das
Mischaggregat 1 umfasst ein Mischvolumen von höchstens
20 l. Die reaktive Materialmischung wird als Endmaterial 5 in
eine Form 4 verbracht, in welcher das Endmaterial 5 vollständig zu einem
Bauteil vernetzt.
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In
einer separaten Verwiegestation 6 werden einzelne Materialkomponenten
abgewogen. Die abgewogenen Materialkomponenten sind in diesem Zustand
noch nicht reaktiv und können
nahezu beliebig lange zwischengelagert oder zu einem anderen Produktionsort
transportiert werden. Die abgewogenen Materialkomponenten können dann
an jedem beliebigen Produktionsort dem Mischaggregat 1 zugeführt werden.
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Das
Mischaggregat 1 weist ein Mischvolumen von 20 l auf. Innerhalb
des Mischaggregats 1 werden die einzelnen Materialkomponenten
zu einer reaktiven Materialmischung innerhalb einer Zeit von höchstens
20 min vermischt. Eine der Materialkomponenten ist Rohkautschuk,
der innerhalb des Mischaggregats 1 durch Scherkräfte zerkleinert
und mit den übrigen
Materialkomponenten homogen und innig vermischt wird.
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Beim
Vermischen der Materialkomponenten wird die Materialmischung auf
einer Temperatur im Bereich von 60 bis 150°C gehalten. Die so erwärmte Materialmischung
wird durch die Fördereinrichtung 2 ohne
Zwischenlagerung in das Spritzgießaggregat 3 verbracht
und dort weiter verarbeitet.
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Innerhalb
des Spritzgießaggregats 3 wird
die Materialmischung auf eine Temperatur von 60 bis 150°C verbracht,
um chemische Vernetzungsreaktionen vorzubereiten.
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Des
Weiteren wird die Materialmischung innerhalb des Spritzgießaggregats 3 den
Verfahrensschritten Plastifizieren und Dosieren in das entsprechende
Volumen für
die Form 4 unterworfen. Das Plastifizieren erfolgt durch
Fördern
der reaktiven Materialmischung durch eine Schnecke. Die rotative
und translatorische Bewegung der Schnecke ist derart aufeinander
abgestimmt, dass ein vorbestimmtes Volumen der reaktiven Materialmischung
der Form 4 zugeführt
wird.
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Die
so behandelte Materialmischung 5 wird aus dem Spritzgießaggregat 3 in
eine Form 4 verbracht und vernetzt in der Form 4 zu
einem Bauteil.
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Die
reaktive Materialmischung enthält
Rohkautschuk, z. B. Ruß,
Vernetzer und möglicherweise Weichmacheröle.
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Das
hier beschriebene Verfahren eignet sich in besonderer Weise zur
Durchführung
von Kleinserienfertigungen. Ganz konkret wird mit dem hier beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahren
ein Weg beschritten, Hydrolager mit Elastomeren definierter Steifigkeit
herzustellen. Die so hergestellten Hydrolager, die speziell an die
Anforderungen des jeweiligen Kunden angepasst sein können, zeichnen
sich durch Elastomere mit sehr homogener Materialsstruktur aus.
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Grundsätzlich können je
nach erforderlicher Stückzahl
und erforderlichem Bauteilvolumen alle Elastomerbauteile auf dem
hier beschriebenen Weg wirtschaftlich gefertigt werden.
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Abschließend sei
ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich ausgewählte Ausführungsbeispiel
lediglich zur Erörterung
der Erfindungsgemäßen Lehre
dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.