DE102009012044B4

DE102009012044B4 - Verfahren zur Herstellung einer elastischen Kraftübertragerkombinationen

Info

Publication number: DE102009012044B4
Application number: DE200910012044
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Andrä Rainer; Dipl.-Wirtsch. Ing. Andrä Gabor
Original assignee: ANDRAE RAINER HORST
Current assignee: ANDRAE RAINER HORST
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2029-03-07
Also published as: DE102009012044A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer elastischen Kraftübertragerkombination (1) bestehend aus Einlagen, welche aus Befestigungselementen (21), Kraftübertragerschlingen (22, 32) und Führungselementen (31, 41) gebildet sind und einer ausvulkanisierten Ummantelung mit elastomerem Material (23, 33, 42) für industrielle Anwendungen und Anwendungen in der Automobilindustrie, gekennzeichnet durch folgende, zeitlich aufeinanderfolgende Verfahrensschritte: – Zerlegung der Kraftübertragerkombination (1) in wenige Grundmodule (2, 3, 4), – wenigstens teilweise Ummantelung der einzelnen Grundmodule (2, 3, 4) mit deren Einlagen aus Kraftübertragerschlingen (22, 32), Befestigunselementen (21) und Führungselementen (31, 41) mit elastomerem Material (23, 33, 42), ohne, dass es dabei zu einer Anvulkanisation des elastomeren Materials (23, 33, 42 kommt, – Zusammenbau der Grundmodule (2, 3, 4) zu anforderungsgemäßen Vorprodukten (5, 6, 7) und – abschließende Verschmelzung und Ausheizung der Vorprodukte (5, 6, 7) zu einer Kraftübertragerkombination (1).

Description

1. Erfindungsgegenstand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Kraftübertragerkombination, in welchen die einzelnen Kraftübertrager von Elastomer ummantelte Kunststoff- bzw. Kordkonstruktionen zur Übertragung der Kräfte zwischen den steifen Befestigungsmitteln der Kraftübertrager enthalten.
1 zeigt eine solche Kraftübertragerkombination (vgl. 6 aus DE 10 2006 038 431 A1 ).
Die einstufige Umhüllung der Kraftübertragerkombination mit elastomerem Material und dessen Ausvulkanisation erfolgt in einer beheizten Form mit den bekannten Kompressions-(CM), Transfer-(TM) oder Injektionsverfahren (IM).
Aus EP 0788 587 B1 ist ein Zweistufen-Verfahren bekannt, mit welchem aus Kordschlaufen gebildete Schlingenpakete in einem ersten Verfahrensschritt mit elastomerem Material zur Stabilisierung der Konstruktion zunächst einzeln, paarweise oder in größeren Gruppen in einer ersten Form umspritzt werden (IM-Verfahren), wobei das elastomere Material dabei höchsten teilweise ausvulkanisiert.
Danach werden diese Vorprodukte mit Hilfe von Befestigungsmitteln, die zur Befestigung des gesamten Bauteils an Wellenflanschen dienen, zu einem Kranz zusammengefügt, ehe sie im zweiten Verfahrensschritt in einer zweiten Form vollständig in das gummielastische Material eingebettet werden und dieses dort fertig ausvulkanisiert.
2. Probleme beim Stand der Technik

2.1) Im Einstufenverfahren treten im Formfüllvorgang in Folge der Druckdifferenzen während der Umströmung der nachgiebigen Fadenkonstruktion Verlagerungen derselben auf, die, nachdem sie im anschließenden Vulkanisationsvorgang sozusagen eingefroren wurden, zu großen Kennlinienschwankungen und Differenzen in den Lebensdauerwerten führen. Die einzusetzenden Elastomermischungen müssen eine sehr gute Fließfähigkeit aufweisen und dürfen nur vergleichsweise langsam ausvulkanisieren, was die Produktionskosten erhöht.
2.2) Die Einbringung von Führungsmitteln, wie z. B. Metallbuchsen in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen der umspritzten Vorprodukte aus dem Zweistufenverfahren ist wegen der leichten Verformbarkeit des nicht voll ausvulkanisierten elastomeren Materials und der Gefahr der Verschiebung, Beschädigung oder gar Zerstörung einzelner Teile (Fäden) der Fadenpakete während des Montagevorganges höchst problematisch und daher für eine Null-Fehler-Massenproduktion ungeeignet.
2.3) Die Einbringung von z. B. Führungskörpern, wie sie in DE 10 2006 038 431 A1 unter der Nummer 54 in 5 zu finden sind, welche Hinterschneidungen in der Umspritzkontur erfordern, ist nach der Umspritzung nicht mehr prozesssicher möglich.
2.4) Um den vorgegebenen Raum in der Umspritzform ausfüllen zu können, muss durch Temperaturerhöhung die Fliessfähigkeit des elastomeren Materials erreicht werden. Während dieser Aufheizung (meist durch Friktion) auf ca. 80 Grad Celsius setzt jedoch in jedem Fall die chemische Reaktion (Vernetzung) im Werkstoff ein, welche durch Formkühlung beschränkt werden kann.

Mit zunehmender Bauteilgröße und Anzahl der Formnester ergeben sich jedoch entsprechend lange Verteilerwege für den ersten Verfahrensschritt. Es folgt damit verstärkte Friktion und Temperaturerhöhung in der Elastomermischung, wodurch die chemische Anreaktion des Materials gefördert wird und unterschiedliche Strömungswiderstände zu schwankender Ausfüllung der Hohlräume zwischen Armierungsteilen (z. B. Kordschlingen) und Formwandungen führen.
Weiter besteht die Gefahr der Verstopfungen in einzelnen Kanälen des Verteilers, was Maschinenstillstand und aufwändige Reinigung bedeutet und den Einsatz der kostspieligen Kaltkanaltechnik erzwingt. Schnellreagierende Mischungen müssen vermieden werden, was die Herstellungszeiten mit der entsprechenden Kostenwirkung verlängert.
3. Wirkung der Erfindung
In dem hier vorgeschlagenen Verfahren werden die Nachteile der oben genannten Methoden vermieden und es wird eine Anwendung für komplexe Formen von Bauteilen und beliebige Bauteilgrößen möglich.
Weiterhin kann die Einbringung und Verschmelzung unterschiedlicher Elastomermischungen in ein und demselben Bauteil in definierten Sektoren einfach und zuverlässig realisiert werden, wodurch eine erhebliche Eigenschaftserweiterung der Bauteile erreichbar wird.
4. Lösung
Die genannten Nachteile werden durch das in Anspruch 1 definierte Merkmal (Aufbau der Bauteile aus wenigen Grundmodulen und Ummantelung der die Kräfte übertragenden Konstruktion (z. B. Kordschlingen oder Kunststoffbänder) gemeinsam mit Führungs- und/oder Befestigungsmitteln) vermieden.
Die Anwendung der Erfindung auf beliebige, modularisierbare elastische Bauteile zur Kraftübertragung wird möglich, wobei die Module sich durch ihre Konstruktion und äußere Form, durch unterschiedliche Werkstoffe und durch verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften unterscheiden können.
5. Erreichte Vorteile

a) Minimierung der Fließwege auch bei größeren Bauteilen bei Vermeidung der Anreaktion der Elastomermischung während der Ummantelung
b) Herstellung unterschiedlicher Bauteile aus wenigen Grundmodulen
c) Einsatz unterschiedlicher Elastomermischungen in verschiedenen Modulen
d) Einsatz von schnell reagierenden Elastomermischungen
e) Reduzierung der Kennlinien- und Lebensdauerschwankungen
f) Erweiterung der Funktionalität der Bauteile
g) Positiver Stückzahl- und Zykluszeiteffekt in der Produktion
h) Kostenreduktion durch Vermeidung von sog. Kaltkanälen und den Einsatz kleinerer Spritzaggregate

6. Weitere Ausgestaltung der Erfindung
Mit wenigen Grundmodulen können viele, unterschiedliche Kraftübertragerkombinationen realisiert werden, was in Anspruch 2 dieser Erfindung beschrieben ist.
Der Einsatz verschiedener Elastomermischungen in bestimmten Funktionsbereichen (Modulen) einer Kraftübertragungskonstruktion erweitert dessen Funktionsspektrum und wird zum Entwicklungsparameter. Er wird im Anspruch 3 dargestellt.
7. Beschreibung des Verfahrens
Verfahrensschritt 1: Modularisierung der Kraftübertragerkombinationen
Zunächst wird die herzustellende Kraftübertragerkombination, wie sie beispielhaft in 1 dargestellt ist, auf ihre Modularisierungsmöglichkeiten hin untersucht und die konstruktive Gestalt der Module festgelegt.
In den 2, 3 u. 4 sind beispielhaft drei Grundmodule (2, 3 u. 4) solcher Kraftübertragerkombinationen, bestehend aus den Elementen: Kraftübertragerschlingen bzw. Bänder (22, 32), Befestigungs- (21) und Führungselementen (31, 41) sowie Elastomerummantelung (23, 33, 42), skizziert.
2 zeigt exemplarisch ein Kraftübertragermodul (2) isometrisch und im Längsschnitt. Die Übertragung der Zugkräfte erfolgt durch die genannten Kordschlingen (22) oder auch durch Schlingen aus Stahlseilen, elastischen Bändern aus Kunststoff oder Metall bzw. durch übereinander liegende Gewebestreifen etc.
Ebenso können die Befestigungselemente (21) aus den skizzierten Stahlrohrabschnitten, aus abgesetzten Schaftschrauben oder Nieten gebildet sein. Als Ummantelungsmaterial (23) kommen je nach Anwendung und Spezifikation die unterschiedlichsten Elastomermischungen in Frage.
Für besondere Anforderungen können auch heiß vernetzende Silikone oder thermoplastische Elastomere zum Einsatz kommen.
3 stellt den Verbindungsmodul (3) dar, welcher elastischen Konstruktionen, aber auch steife Einlagen zur Übertragung der Kräfte bis zum nächste elastischen Kraftübertragermodul beinhalten kann (vgl. 7 und 8 in DE 10 2006 038 431 A1 ).
Ebenso kann er sowohl Führungs- (31) als auch Befestigungselemente (21) enthalten, die mit einer Elastomerschicht (33) wenigstens teilweise ummantelt sein können.
Die Form des in 4 skizzierten Abdeckmoduls (4) wird an die Abdeckgeometrie des Haupt- und Verbindungsmoduls angepasst. Er besteht aus der elastomeren Abdeckschicht (42) und/oder mindestens einem Führungselement. (41).
Verfahrensschritt 2: Ummantelung der Einlagen
Hier werden die Kraftübertragerschlingen (z. B. 22), Befestigungs- (z. B. 21) und/oder ggf. Führungselemente (z. B. 32) in die gekühlte Ummantelungsform der Module eingebracht und dort mit elastomerem Material (z. B. 23) wenigstens bereichsweise im IM-Verfahren über kurze Fließwege ummantelt, ohne dass es zur geringsten Anvulkanisation der Elastomerhülle kommt.
Verfahrensschritt 3: Zusammenbau der Module
Die so gefertigten Grundmodule (2, 3 u. 4) werden sodann mit entsprechenden Fügewerkzeugen zu den beispielhaft in 5, 6 u. 7 dargestellten Vorprodukten montiert.
5 bildet eine sternförmig zusammengebaute Kraftübertragerkombination ab, die drei Kraftübertragermodule (2), zwei Verbindungsmodule (3) und acht Abdeckmodule (4) enthält.
6 zeigt eine Winkelanordnung von zwei Kraftübertragermodulen (2) und sechs Abdeckmodulen (4) und
7 eine Ringanordnung mit n (1 < n < ∞) Kraftübertragermodulen (2) und 2n Verbindungsmodulen (3).
Verfahrensschritt 4: Ausvulkanisation zu Kraftübertragerprodukten
Hier werden diese Vorprodukte schließlich zu den eigentlichen Kraftübertragungsprodukten (vgl. z. B. 1) verschmolzen und ausvulkanisiert. Dabei werden kleine Spalte zwischen den Modulen verschlossen und die Vorprodukte ändern somit ihre äußere Gestalt noch etwas.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elastischen Kraftübertragerkombination (1) bestehend aus Einlagen, welche aus Befestigungselementen (21), Kraftübertragerschlingen (22, 32) und Führungselementen (31, 41) gebildet sind und einer ausvulkanisierten Ummantelung mit elastomerem Material (23, 33, 42) für industrielle Anwendungen und Anwendungen in der Automobilindustrie, gekennzeichnet durch folgende, zeitlich aufeinanderfolgende Verfahrensschritte: – Zerlegung der Kraftübertragerkombination (1) in wenige Grundmodule (2, 3, 4), – wenigstens teilweise Ummantelung der einzelnen Grundmodule (2, 3, 4) mit deren Einlagen aus Kraftübertragerschlingen (22, 32), Befestigunselementen (21) und Führungselementen (31, 41) mit elastomerem Material (23, 33, 42), ohne, dass es dabei zu einer Anvulkanisation des elastomeren Materials (23, 33, 42 kommt, – Zusammenbau der Grundmodule (2, 3, 4) zu anforderungsgemäßen Vorprodukten (5, 6, 7) und – abschließende Verschmelzung und Ausheizung der Vorprodukte (5, 6, 7) zu einer Kraftübertragerkombination (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragerkombination (1) aus den Grundmodulen: – elastischer Kraftübertrager (2), – Verbindungsmodul (3) und/oder – Abdeckmodul (4) aufgebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (23, 33, 42) sich bei mindestens einem der Grundmodule (2, 3, 4) vom übrigen Material unterscheidet, ohne dass die Verschmelzung der Vorprodukte (5, 6, 7) zu einer Kraftübertragerkombination (1) gefährdet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsmodul (3) und Abdeckmodul (4) aus einer steifen Metall- bzw. Kunststoffkonstruktion und/oder aus elastomerem Material besteht,
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 3 und 4 wie folgt ausgeprägt sind: – Verschmelzung und Ausheizung der Grundmodule (2, 3, 4) zu anforderungsgemäßen Vorprodukten (5, 6, 7) und – abschließender Zusammenbau der Vorprodukte (5, 6, 7) zu einer Kraftübertragerkombination (1).