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Die
Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für die Extrusion
eines Polymers, insbesondere eines Elastomers, gemäß dem
Oberbegriff der Ansprüche 1, 13 und 16, sowie ein entsprechendes
Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 19.
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Es
ist bereits seit längerem bekannt, zur Herstellung von
zu extrudierendem Material, in dem Festigkeitsträger wie
Drähte oder Schnüre laufen, das Material in Bahnen
zu extrudieren. Hierzu wird typischerweise ein sogenannter Querspritzkopf
eingesetzt, wie er beispielsweise aus der
DE 34 38 448 bekannt ist. Eine derartige
Lösung hat gegenüber der älteren Kalander-Lösung,
die beispielsweise in der
DE
23 16 981 beschrieben ist, den Vorteil, dass die Festigkeitsträger
besser geführt sind und ihre relative Lage innerhalb der
extrudierten Bahn besser bestimmt ist.
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Derartige
Extrusionswerkzeuge lassen sich typischerweise mit großen
Zuführgeschwindigkeiten von beispielsweise 30 m pro Minute
für das zugeführte Polymer, das insbesondere als
Elastomer ausgebildet ist, betreiben. Bei einer derartigen Zuführgeschwindigkeit
spielen auch dynamische Effekte eine Rolle, wie beispielsweise die
Masse des Polymers, das auf die Festigkeitsträger trifft.
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Auch
wenn ein derartiger Querspritzkopf grundsätzlich universell
für die Verwendung unterschiedlicher Festigkeitsträger
geeignet ist, ist das erzielte Ergebnis gerade auch bei unterschiedlichen Festigkeitsträgern
wie Schnüren unterschiedlicher Dicke unbefriedigend, und
zwar auch dann, wenn die Extrusionsdüse als Mundstück
des Extrusionswerkzeugs auswechselbar ist, um den unterschiedlichen zu
erzeugenden Bahnen Rechnung zu tragen.
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Daher
ist es bereits vorgeschlagen worden, bei hohen Drücken
die zu extrudierenden Bahnen in schmale Streifen aufzuteilen und
dann im weiteren Prozess derartige Streifen wieder zusammenzuführen.
Dieses Verfahren bedingt jedoch die Verwendung von Festigkeitsträgern,
die zur entsprechenden Dimensionierung des jeweiligen Streifens
passen.
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Andererseits
ist es für die Belegung von Reifen, entweder bei der Neuherstellung
oder bei der Runderneuerung, wünschenswert, insofern keine Einschränkung
zu erfahren, denn hier sind Festigkeitsträger im Stärkenbereich
zwischen beispielsweise 0,3 mm und nahezu 5 mm wünschenswert,
also in einem Stärkenbereich von mehr als einer Zehnerpotenz.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Extrusionswerkzeug
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1,
13 und 16 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 19 zu schaffen, das für die qualitativ
hochwertige und dennoch rasche Herstellung von mit Festigkeitsträgern
versehenen Polymeren, insbesondere Elastomeren dann geeignet ist,
wenn Festigkeitsträger unterschiedlichen Durchmessers und
unterschiedlicher Art eingesetzt werden können müssen.
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Dieser
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche
1, 13 und 16 sowie 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
es besonders günstig, wenn ein Extrusionswerkzeug für
die Extrusion eines Polymers, das mit Festigkeitsträgern
wie Schnüren oder Drähten durch eine Extrusionsdüse
hindurch extrudiert wird, ein Führungselement aufweist,
das in der nachstehend beschriebenen und besonderen Weise gestaltet
ist. Das Führungselement nimmt die Festigkeitsträger
in Gruppen distributiv verteilt auf und führt diese. Hierdurch
wird die Möglichkeit eröffnet, die Führung
zu optimieren, wobei eine Gruppe räumlich an einer Stelle
und eine weitere Gruppe räumlich an einer anderen Stelle
geführt ist. Bei Erstreckung der räumlichen Unterschiede
in Prozessrichtung erfolgt demnach eine wechselweise Führung
der Festigkeitsträger, während bei einer distributiven
Verteilung in Querrichtung zur Prozessrichtung die Führung – an
einer bestimmten Prozessstelle betrachtet – gleichzeitig
erfolgt, jedoch räumlich beabstandet, und zwar bevorzugt
quer zu einer Ebene der Festigkeitsträger.
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Dies
bedeutet, dass die Festigkeitsträger mindestens in einer
Gruppe in einer Ebene geführt sind, wobei eine weitere
Gruppe an Festigkeitsträgern sich in einer weiteren Ebene
erstreckt. Die Ebenen sind in einer Ausgestaltung zueinander parallel, so
dass sich ein Höhenversatz einstellt, und in einer weiteren
Ausgestaltung schräg zueinander, wobei es bevorzugt ist,
dass die Ebenen sich dann etwa im Bereich des Auslasses des Führungselements,
oder aber auch vor dem Auslass oder aber auch nach dem Auslass,
schneiden.
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Die
distributiv verteilte Führung hat den Vorteil, dass mehr
Platz zur Führung je zur Verfügung steht, was
insbesondere deswegen relevant ist, da Extrusionswerkzeuge mit Drücken
bis zu 350 bar oder darüber betrieben werden können
müssen, so dass erhebliche Kräfte auf die zu führenden
Festigekeitsträger ausübt werden können.
Erfindungsgemäß besonders günstig ist
es, das die Festigkeitsträger bevorzugt trocken, also vor
dem Zutritt des Elastomers präzise geführt werden
können, und zwar insbesondere in einseitig offenen Kanälen,
in denen sie mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 180° sicher
geführt sind. Die Führung kann beispielsweise so
erfolgen, dass die einander benachbarten Festigkeitsträger
in je unterschiedlichen Gruppen geführt sind, so dass sie
mindestens einlassseitig des Führungselements voneinander
deutlich beabstandet sind.
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Gerade
bei der Verwendung von Schnüren als Festigkeitsträger
lässt sich durch die mindestens einseitig kronische Ausgestaltung
von Kanälen die Verstopfungsneigung auch dann reduzieren,
wenn die Schnüre Knoten oder Verdickunen aufweisen oder
dazu neigen, sich bei Zug zu entdrillen. Überraschend stellt
sich durch die insbesondere einseitig kronische Ausgestaltung ein
Vergleichmäßigungseffekt für die Schnüre
selbst ein, und die Verstopfungsneigung ist zumindest stark reduziert.
Dies gilt im besonderen Maße, wenn die Kanäle,
die auch einlassseitig des Führungselements eine Einführschräge aufweisen
können, hochoval ausgebildet sind, wobei die hochovale
Ausgestaltung dann die Forderung nach einem geringen Rasterabstand
der Festigkeitsträger voneinander nicht beinträchtigt.
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Bei
einer hochovalen Ausgestaltung der Kanäle über
die gesamte Länge des Führungselements kann ausgangsseitig
eine Lippe vorgesehen sein, die die Höhenlage der Festigkeitsträger
festlegt und an welcher eine Umströmung mit dem Polymer
erfolgt.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Kanäle
der Festigkeitsträger selbst in den unterschiedlichen Ebenen
aufeinander zu zu führen. Dies erlaubt es, die Festigkeitsträger
in einer Ebene enden zu lassen, wobei dennoch über die
lange Führung in dem Führungselement die seitliche Führung
gut ist. Die auslassseitigen Ebenen können eng zueinaner
benachbart sein oder zusammenfallen, wobei es aber auch möglich
ist, einen Abstand von etwa der Stärke eines Führungselements
zu belassen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
mindestens ein Führungselement eine Gruppe von Festigkeits trägern
in einer ersten Ebene und eine zweite Gruppe von Festigkeitsträgern
in einer zweiten Ebene führt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Festigkeitsträger abwechselnd in einer Ebene und einer
anderen Ebene geführt sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
das Führungselement mehrteilig, insbesondere zweiteilig,
ausgebildet ist und ein Teil die Festigkeitsträger in einer
Ebene und ein anderer Teil die Festigkeitsträger in einer
anderen Ebene führt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
das Führungselement einteilig ausgebildet ist und die Festigkeitsträger
abwechselnd an seiner Oberseite und seiner Unterseite geführt
sind und das Führungselement, insbesondere keilförmig
ausgebildet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
in dem Führungselement Kanäle ausgebildet sind,
die die Festigkeitsträger führen und deren Durchmesser
an den Durchmesser der Festigkeitsträger angepasst ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle die Festigkeitsträger im Wesentlichen
U-förmig umgeben, insbesondere um einen Umschließungswinkel
zwischen 180° und 280°, bevorzugt etwas 210°.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle einen Umschließungswinkel für
die Festigkeitsträger aufweisen, der für das Einschnappen
der Festigkeitsträger in die Kanäle geeignet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle für die Festigkeitsträger
konisch ausgebildet sind und ihr Querschnitt einlassseitig größer
als ihr Querschnitt auslassseitig ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Gruppen von Kanälen für die Festigkeitsträger
vom Einlauf in dem Führungselement zum Auslass in dem Führungselement
hin betrachtet aufeinander zu laufen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Festigkeitsträger in dem Führungselement in
Prozessrichtung betrachtet abwechselnd in einem Teil des Führungselements
und in einem weiteren Teil des Führungselements geführt sind,
wobei die Teile insbesondere miteinander fluchten und die Festigkeitsträger
in im wesentlichen gleichen Ebene aus dem Führungselement
austreten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
unterschiedliche Teile des Führungselements zum Schließen
der offenen Kanäle gegeneinander verriegelt sind, und dass
die Verriegelung der Teile ineinander insbesondere außerhalb des
Extrusionswerkzeugs erfolgt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
mindestens ein Teil der Kanäle am Einlass des Führungselements
einen größeren Querschnitt als an seinem Auslass
aufweist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle konisch ausgebildet sind und sich mit einem
Konuswinkel von weniger als 20°, insbesondere etwa 1°,
vom Einlass zum Auslass verjüngend erstrecken.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle einlassseitig des Führungselements
einen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen hochoval ist und
in vertikaler Richtung einen größeren Durchmesser
als in horizontaler Richtung aufweist und dass insbesondere die
Kanäle sich konisch eindimensional zum Auslass hin verjüngen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
das Führungselement die Festigkeitsträger in mindestens
zwei unterschiedlichen parallelen oder sich zueinander im Winkel
erstreckenden Ebenen führt und insbesondere die je zugehörigen
Kanäle einlassseitig des Führungselements stärker
voneinander beabstandet sind als auslassseitig.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle sich vom Einlass zum Auslass hin betrachtet
aufeinander zu erstrecken und auslassseitig in eng benachbarten
Ebenen geführt sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
die Kanäle auslassseitig des Führungselements
im Wesentlichen auf einer Ebene liegen und einlassseitig alternierend
voneinander beabstandet sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
das Führungselement einseitig offene Kanäle aufweist,
in welchen die Festigkeitsträger eingelegt, insbesondere
eingeschnappt werden, bevor das Führungselement in das
Extrusionswerkzeug eingebracht wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass
das Führungselement auswechselbar in dem Extrusionswerkzeug
gelagert ist und ein Führungselement mit Festigkeitsträgern
außerhalb des Extrusionswerkzeugs bestückt wird, während
das Extrusionswerkzeug mit einem anderen Führungselement
betrieben wird.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale geben sich aus der nachstehenden
Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen
Extrusionswerkzeugs in einer Ausführungsform;
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2 einen
schematischen Schnitt durch einen Teil des Extrusionswerkzeugs in
der Ausführungsform gemäß 1;
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3 einen
schematischen Schnitt durch ein Führungselement durch ein
erfindungsgemäßes Extrusionswerzeugs in einer
weiteren Ausgestaltung;
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4 eine
vergrößerte Ansicht eines Teils eines Führungselements
für ein erfindungsgemäßes Extrsionswerkzeug
in einer weiteren Ausgestaltung.
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Das
in 1 dargestellte Extrusionswerkzeug 10 weist
eine Extrusionsdüse 12 auf, die auswechselbar
in an sich bekannter Weise gelagert ist. Die Extrusionsdüse
wird über Polymer-Zuführkanäle 14 und 16 gespeist,
die von einem Extruder oder beispielsweise einer Zahnradpumpe mit
Extrudat unter hohem Druck, in beispielweise von 400 bar, versorgt werden.
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Zwischen
den Zuführkanälen 14 und 16 erstreckt
sich erfindungsgemäß ein Führungselement 18.
Das Führungselement 18 dient dazu, in 1 nicht
dargestellte Festigkeitsträger, wie den Festigkeitsträger 20 gemäß 2,
der Extrusionsdüse 12 zuzuführen. Hierzu
sind in dem Führungselement Kanäle 22 und 24 gestrichelt
angedeutet. Die Kanäle 22 und 24 erstrecken
sich in Gruppen, nämlich in beispielsweise in einer ersten
Gruppe in einem Teil 28 des Führungselements 18 und
einer zweiten Gruppe in einem anderen Teil 30 des Führungselements.
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Jede
Gruppe der Kanäle 22 erstreckt sich in einer Ebene,
die zwar im Wesentlichen horizontal ist, aber sich in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel etwas von der Horizontalen unter scheidet.
Am Einlass 34 des Führungselements 18 sind
die Ebenen der Kanäle 22 und 24 voneinander
stärker beabstandet als am Auslass 36 des Führungselements 18.
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Mit
dieser Ausgestaltung lässt sich ein präzise und
druckfeste Führung der Festigkeitsträger auch
bei beidseitigem Zutritt des Extrudats über die Polymer-Zuführkanäle 14 und 16 gewährleisten,
wobei es sich versteht, dass der Auslass 36 in an sich bekannter
Weise etwas vor der Extrsionsdüse 12 endet und
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Festigkeitsträger
dort frei laufen.
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Es
versteht sich, dass die Dimensionierungen hier in weiten Bereichen
an die Erfordernisse angepasst werden können und der Auslass 36 auch entsprechend
schlank ausgebildet sein kann, und dann das Führungelement 18 erst
ganz knapp vor der Extrusionsdüse 12 endet.
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Aus 2 ist
ersichtlich, in welcher Weise die Kanäle 22 und 24 in
dem Führungelement 18 angeordnet sein können.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 22 in
einem oberen Teil 28 und die Kanäle 24 in
einem unteren Teil 30 des Führungselements 18 alternierend
angeordnet. Dei Form der Kanäle 22 und 24 ist
je etwa birnenförmig, so dass ein Einschnappen der elastischen
Schnüre möglich ist, diese jedoch sicher in den
Kanälen geführt sind.
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Es
ist auch möglich, die Ebenen der Kanäle 22 und 24 stärker
aneinander anzunähern oder auch, einen gewissen Übergang
zwischen den Teilen 28 und 30 zu realisieren,
wobei erfindungsgemäß die präzise Seitenführung
besonders günstig ist.
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Auch
wenn hier lediglich zwei Ebenen von Kanälen 22 und 24 dargestellt
sind, versteht es sich, dass bei Bedarf auch mehr als zwei Ebenen,
beispielsweise vier Ebenen, miteinander kombiniert werden können.
Hierzu lässt sich beispielsweise ein Teil 40 des
Führungselements 18 anstelle der in 2 dargestellten
Teile 28 und 30 einsetzen, bei dem also sowohl
auf seiner Oberseite 42 als auch auf seiner Unterseite 44 Kanäle
ausgebildet sind.
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Die
Kanalgruppen können dann insgesamt zueinander konvergieren,
wobei es besonders günstig ist, dass die Führungselemente 18 je
austauschbar sind und außerhalb des Extrusionswerkzeugs
mit den Festigkeitsträgern bestückt werden können,
so dass keine nennenswerte Prozessunterbrechung erforderlich ist,
um eine Änderung der Festigkeitsträgerverteilung
zu erzielen.
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Besonders
günstig ist es, wenn die Teile, wie beispielsweise die
Teile 28, 30 und ein das Teil 40 umgebendes
Lager, vorab, also vor dem Einsetzen in das Extrusionswerkzeug,
gegeneinader fixiert werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass
eine Vormontage in geeigneter Weise sicher erfolgen kann, wobei es
bevorzugt ist, das vormontierte Führungselement 18 nach
der Art einer Schublade scheibebeweglich zu halten, um einen einfachen
Austausch der Führungselemente 18 zu gewährleisten.
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Eine
weitere Ausgestaltung eines Kanals 22 ist aus 4 ersichtlich.
Bei dem Führungselement 18 gemäß 4 erstrecken
sich die Kanäle in hochovaler Richtung, also mit einer
größeren Höhe als Breite, wobei es sich
versteht, dass hier unter hochoval auch im Wesentlichen eine Recheckform
mit abgerundeten Ecken zu subsumieren ist.
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Derartige
hochovale Kanäle 22 können sich durch
das gesamte Führungelement 18 erstrecken, wobei
dann die vertikale Führung anschließend an das
Führungselement, aber knapp vor der Extrusionsdüse 12,
vorgenommen werden kann, oder die einlassseitig vorgesehene hochovale
Ausgestaltung verjüngt sich zum Auslass 36 in
zu im Wesentlichen der Kreisform, wobei die einlassseitige Form
in 4 durchbrochen und die auslassseitige Form dort durchgezogen
dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3438448 [0002]
- - DE 2316981 [0002]