DE102015217869A1 - Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung, insbesondere zur Herstellung eines Antriebsriemens oder einer Luftfeder - Google Patents

Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung, insbesondere zur Herstellung eines Antriebsriemens oder einer Luftfeder Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung zur Herstellung eines schlauchförmigen Artikels, insbesondere eines Antriebsriemens oder einer Luftfeder. Zur verlängerten Haltbarkeit, insbesondere bei der Vulkanisation von peroxidisch vernetzenden Polymermischungen, die der Heizmanschettenoberfläche zugewandt sind, besitzt die Heizmanschette einen mehrschichtigen elastischen Aufbau mit einer äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und einer inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung zur Herstellung eines schlauchförmigen Artikels, insbesondere eines Antriebsriemens oder einer Luftfeder.
  • Antriebsriemen und Luftfedern sind Verbundartikel, die aus verschiedenen Bauteilen, so genannten Halbzeugen, bestehen. Der noch nicht vulkanisierte Halbzeugverbund wird im Folgenden als Rohling bezeichnet. Für diese Verbundartikel werden u.a. schwefel-, metall- und peroxidisch vernetzende Polymermischungen verwendet. Für Antriebsriemen, gerade bei Anwendungen für die Automobilindustrie, sind peroxidisch vernetzende elastomere Mischungen besonders bedeutend. Zur Sicherstellung der geforderten Artikeleigenschaften spielt neben der richtigen Halbzeugauswahl der Vulkanisationsprozeß eine entscheidende Rolle. Die Rohlinge werden häufig in Vulkanisationsformen, bevorzugt Kesselsystemen unter Verwendung von Heizdampf vulkanisiert.
  • In Kesselsystemen, bei denen Innen- und Außendruck voneinander getrennt werden müssen, kommt dafür in der Regel eine Heizmanschette zum Einsatz. Beim Vulkanisationsprozeß hat die Heizmanschette die Aufgabe den Vulkanisationsbereich durch Abdichten gegen Dampfeintritt und/oder Druckgaseintritt zu schützen und parallel durch ein festes Anliegen an den Rohling ein Ineinanderfließen der Halbzeuge während der sogenannten Ausformphase bzw. Prägephase zu gewährleisten. Ergänzend wird dabei die Seite des Rohlings, die der Heizmanschette zugewandt ist, geglättet.
  • Heizmanschetten sind bspw. aus DE 10 2008 038 322 A1 , DE 31 28 211 A1 oder JP 2000 355054 A bekannt. Sie bestehen meistens aus Polymermischungen, die überwiegend auf Butylkautschuk basieren. In einer besonderen Manschettenausführung befindet sich auf der dem Rohling zugewandten Seite eine Mischungslage, die überwiegend aus EPDM- und/oder EPM-Kautschuk basiert und somit meist peroxidisch vernetzt werden muss. Um zuverlässig gegen Dampfeintritt und/oder Druckgaseintritt abdichten zu können, haben klassische Heizmanschetten Materialdicken zwischen 3 bis 20 mm.
  • Ein Nachteil dieser Heizmanschetten zeigt sich in einer signifikant reduzierten Haltbarkeit bei der Vulkanisation von Rohlingen, die auf peroxidisch vernetzenden Mischungen basieren und diese Mischungen der Heizmanschettenseite zugewandt sind. Dies liegt daran, dass Butylkautschuk von Peroxiden chemisch angegriffen und abgebaut wird, was sich bei steigender Anzahl an Heizzyklen an der zunehmenden Klebrigkeit der Heizmanschettenoberfläche zeigt. Hierdruch wird der nach der Vulkanisation übliche Entformungsprozeß fortlaufend erschwert, weil die Heizmanschette nach jedem Vukanisationszyklus stärker an der Oberfläche des Rohlings klebt. Zusätzlich steigt mit jedem Heizzyklus die mechanische Beanspruchung der Heizmanschette, besonders dann, wenn die Trennung der Manschette vom vulkanisierten Rohling nur noch mit Hife von mechanischen Hilfsmitteln möglich ist, zum Beispiel durch Abhebeln. Die mechanische Beanspruchung der Heizmanschette kann zwar zum Teil durch einen wiederholten Trennmittelauftrag auf der dem Rohling zugewandten Heizmanschettenseite reduziert werden, der chemische Angriff des Peroxides auf die Heizmanschettenoberfläche wird durch eine solche Maßnahme allerdings nicht vermieden bzw. in dessen Stärke reduziert. Ebenso zeigen sogenannte Peroxidfänger, z.B. Alterungsschutzmittel, nicht die gewünschte Wirkung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen eine Heizmanschette bereitzustellen, die sich durch eine deutlich verlängerte Haltbarkeit auszeichnet, insbesondere wenn diese bei der Vulkanisation von peroxidisch vernetzenden Polymermischungen eingesetzt wird und diese Mischung der Heizmanschettenoberfläche zugewandt ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Heizmanschette einen mehrschichtigen elastischen Aufbau besitzt mit einer äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und einer inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks.
  • Überraschenderweise wird durch einen derartigen Aufbau der Heizmanschette besonders die Mischungsoberfläche, die dem Rohling zugewandt ist, widerstandsfähiger gegenüber Peroxiden, ohne dabei Einußen hinsichtlich der thermischen Stabiltät hinnehmen zu müssen. Zudem wird das nach dem Vulkanisationszylklus beobachtete Zusammenkleben von Heizmanschette und Rohlingsoberfläche reduziert und somit die mechanische Belastung beim Entformungsprozess verbessert. Durch die erleichterte Entformbarkeit, die ggf. sogar manuell, d.h. händisch, ausgeführt werden kann wird die Ergonomie am Arbeitsplatz signifikant verbessert.
  • Es werden des Weiteren Rohstoffressourcen geschont, Abfall reduziert und damit einhergehend die Betriebskosten gesenkt.
  • Folgende Aufbauten der Heizmanschette sind hierbei erfindungsgemäß möglich:
  • Variante 1:
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Heizmanschette zweischichtig ausgebildet, so sie nur aus der äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und der inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks besteht.
  • Es ergibt sich folgender Schichtenaufbau: A, C.
  • Die einzelnen Schichten werden im Folgenden noch näher erläutert.
  • Variante 2:
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Heizmanschette dreischichtig ausgebildet. Zwischen der äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und der inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks befindet sich noch eine Zwischenschicht B auf der Basis einer weiteren Polymermischung.
  • Es ergibt sich folgender Schichtenaufbau: A, B, C.
  • Die einzelnen Schichten werden im Folgenden noch näher erläutert.
  • Variante 3:
  • In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform die Heizmanschette dreischichtig ausgebildet. Zwischen der äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und der inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks befindet sich noch eine Zwischenschicht D aus einem Gewebe oder Gewirke oder Gestrick.
  • Es ergibt sich folgender Schichtenaufbau: A, D, C.
  • Die einzelnen Schichten werden im Folgenden noch näher erläutert.
  • Variante 4:
  • In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Heizmanschette vierschichtig ausgebildet. Zwischen der äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und der inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks befindet sich neben einer ersten Zwischenschicht B auf der Basis einer weiteren Polymermischung noch eine zweite Zwischenschicht D aus einem Gewebe oder Gewirke oder Gestrick.
  • Es ergibt sich folgender Schichtenaufbau: A, B, D, C oder A, D, B, C.
  • Die einzelnen Schichten werden im Folgenden noch näher erläutert.
  • Schicht A
  • Die äußere Schicht A bildet den Heizmanschettengrundkörper. Die Polymermischung ist eine vulkanisierbare, bevorzugt thermoplastfreie, Kautschukmischung, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente sowie weitere Mischungsingredienzien. Die in dem Heizmanschettengrundkörper verwendeten Kautschuke bzw. Kautschukmischungen zeichnen sich durch hervorragende thermische und mechanische Beständigkeit aus.
  • Als Kautschukkomponenten sind insbesondere zu nennen: Nitrilkautschuk (NBR), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Isopren-Kautschuk (IR), Butylkautschuk (IIR), Brombutylkautschuk (BIIR), Chlorbutylkautschuk (CIIR), Acrylat-Kautschuk (ACM), Epichlorhydrinkautschuk (ECO, EO) oder Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM).
  • Die vorgenannten Kautschuktypen können unverschnitten sein. Auch der Einsatz eines Verschnittes ist möglich. Die üblichen Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Zusätzliche Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z.B. Farbpigmente, Verstärkungsfasern).
  • Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
  • Schicht B
  • Die Zwischenschicht B ist für eine optmierte Haftung zwischen der äußeren Schicht A und der inneren Schicht C zuständig. Es handelt sich hierbei in der Regel um eine so genannte Verschnittmischung aus der Kautschukmischung der Schutzschicht C und der Kautschukmischung der äußeren Schicht A. Das Mischungsverhältnis der Verschnittmischung kann variieren. Bevorzugt wird ein Verhältnis der Mischung von Schicht A zu der Mischung von Schicht C zwischen 25:75 bis 75:25, ganz besonders bevorzugt 50:50, eingesetzt.
  • Schicht C
  • Die Schicht C bildet die Innenschicht, die dem zu vulkanisierenden Rohling zugewandt ist und wird gemäß vorliegender Erfindung auch als Schutzschicht bezeichnet. Die Schicht C schützt den Heizmanschettengrundkörper besonders vor dem chemischen Angriff von Peroxiden und erleichtert die Entformung des geheizten Rohlings nach der Vulkanisation.
  • Die Schicht C ist eine Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks. Neben den genannten Polymeren bzw. Kautschuken enthält die Schicht C noch weitere Mischungsingredienzien.
  • Als Kautschukkomponenten sind insbesondere zu nennen: Fluor-Kautschuk (FKM, FPM), Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ), Fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ), Perfluorierter Propylen-Kautschuk (FFPM) oder Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM).
  • Die vorgenannten Kautschuktypen können unverschnitten sein. Auch der Einsatz eines Verschnittes ist möglich.
  • Die üblichen Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Zusätzliche Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z.B. Farbpigmente, Verstärkungsfasern).
  • Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen. Weitere Mischungsingredienzen können noch Substanzen sein, die den Kautschuk der Heizmanschette unempfindlich gegenüber chemischen Angriff durch das Material des Heizwickels machen, und/oder als Trennmittel wirken und den Entformprozeß des Heizwickels von der Heizmanschette nach der Vulkanisation vereinfachen. Dies können zum Beispiel Ruße und Kieselsäuren verschiedener Aktivität und Beschaffenheit, Mineralölweichmacher, niedermolekulare Polyether, niedermolekulare Polyester, Silikonöle, aromatische Amine, aliphatische Amine, Phenole, Tetrahydrochinone, Phosphite und/oder Eisenoxide sein.
  • Schicht D
  • Die Schicht D besteht aus einem Gewebe oder Gewirke oder Gestrick und befindet sich zwischen der inneren und der äußeren Schicht. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Gewebe oder ein Gewirke, bei denen die beiden Seiten jeweils je nach Ausführungsbeispiel und Anwendung mit wenigstens einem Haftvermittler ausgerüstet sein können. Hierbei kann es sich beispielsweise um Resorcinformaldehydlatex, Silane, Silikonlösungen oder Haftermittle auf der Basis von Dinitrosobenzol, die unter dem Handelsnamen Chemosil® und Chemlok® erhältlich sind, handeln. Beide Seiten können mit dem gleichen Haftvermittler oder mit unterschiedlichen ausgestattet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Gewebe um ein Bi-Stretch-Gewebe, welches in horizontaler und vertikaler Richtung, d.h. in Kett- und in Schußrichtung einen hohen elastischen Anteil besitzt. Das Bi-Stretch-Gewebe hat in Kettrichtung und in Schußrichtung jeweils eine Dehnfähigkeit von größer 50%, bevorzugt von größer als 250%.
  • Um die Dehnfähigkeit in den verschiedenen Richtungen zu erzielen, ist bevorzugt in Kettrichtung und in Schußrichtung jeweils eine ausreichende Menge, bevorzugt 5 bis 50 Gew.-% an Elastan vorhanden. Die Dehnung in beiden Richtungen kann aber auch durch entsprechende Textil-Fertigungstechnologien, wie z. Bsp. so wenig wie möglich Zugspannung beim Aufwickeln der frisch gewebten Textilbahn aufzubringen, erlangt werden.
  • Durch die Verwendung eines Bi-Stretch-Gewebes mit der vorteilhaften Eigenschaft der Nachgiebigkeit in alle Richtungen wird eine zuverlässige Haftung der Schutzschicht C auf dem Manschettengrundkörper A zu allen Phasen des Einform- und Entformprozesses vor, während, und nach der Vulkanisation sichergestellt. Die Haftung gestaltet sich besonders gut, wenn die jeweils an den Seiten anliegenden Mischungen der jeweiligen Textiloberfläche ähnlich sind.
  • Als Materialien für das Gewebe, bevorzugt das Bi-Stretch-Gewebe, oder Gewirke können alle der fachkundigen Person bekannten natürlichen und synthetischen Materialien verwendet werden.
  • Als synthetische Materialien kommen insbesondere synthetische Polymere, wie bspw. Polyacrylnitril, Polypropylen, Polyester, Polyamid, Polyurethan, Polyphenylensulfid, Polyoxadiazol, Aramide, wie p-Aramid, m-Aramid oder co-poly para Aramid, Polyimid, Polyetherimid, Polyetheretherketon, Polyethylen-2,6-naphthalat, Polyphenylen, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyphenylenether, Polybenzoxazole, Polyvenylalkohol in Frage. Bei den natürlichen Materialien kann es sich um Steinwolle oder Asbest oder um Baumwolle, Flachs oder Hanf, oder um Wolle oder Seide, handeln. Anorganische Materialien wie Glas, Keramik, Kohlenstoff (Carbon), Metall oder Gestein, wie bspw. Basalt, sind ebenso denkbar.
  • Vorteilhaft ist es, wenn für das Gewebe, insbesondere für das Bi-Stretch-Gewebe, und/oder das Gewirke ein Hybridmaterial aus Baumwolle, Polyamid oder Polyester und Elastan, mit einer Baumwoll-dominierenden Seite, bevorzugt aus Baumwolle und Elastan, und einer Polyamid- oder Polyester-dominierenden Seite, bevorzugt Polyamid und Elastan oder Polyester und Elastan, verwendet wird.
  • Die aufgezeigten Schichten werden während der Fertigung des Heizmanschettenrohlings vor der Vulkanisation des Heizmanschettenrohlings zusammengeführt und bilden den noch nicht vulkanisierten Rohling. In der Vulkanisationsphase der Heizmanschettenherstellung können die verschiedenen Schichten gut miteinander verfließen, was sich positiv auf die Haftungsgüte der Schichten untereinander auswirkt. Eine zusätzliche und kostenintensive Nachbehandlung der Heizmanschette vor der ersten Verwendung wie zum Beispiel eine Oberflächenbeschichtung ist meist nicht notwendig.
  • Weiterhin kann die Schicht C der Heizmanschette nach dem Vulkanisationsvorgang mit permanenten, semi-permanenten oder nicht-permanenten Trennmitteln behandelt werden, die den Entformvorgang vereinfachen. Semi-Permanente und nicht-permanente Trennmittel werden mit jedem Vulkanisationsvorgang anteilig verbraucht und gehen auch zum Teil auf den Heizwickel über, so dass der Trennmittelbelag auf den Heizmanschetten regelmäßig erneuert werden muß.
  • Vorstellbar ist auch die Verwendung einer dünnen Kunststofffolie oder eines dünnen Papiers, welche als Trennschicht zwischen Heizwickel und Heizmanschette dienen können und ebenfalls zu einer erleichterten Entformung und einem verminderten chemischen Angriff auf die Heizmanschetten führen können. Die dünne Kunststofffolie oder das dünne Papier befinden sich hierbei zwischen der Schicht C und dem Heizwickel, so dass sie die Schicht C gegen den Heizwickel ab abschirmen.
  • Durch die vorliegende Erfindung werden neben den bereits weiter oben genannten folgende Vorteile erzielt:
    • – Abfallvermeidung und Ressourceneffizienz, da Heizmanschetten als Produktionshilfsmittel einen Verbrauchsgegenstand darstellen. Je länger eine Heizmanschette intakt ist und verwendet werden kann, umso weniger Abfall wird erzeugt.
    • – Durch Vervielfachung der Haltbarkeit wird Rüstzeit in der Fabrik eingespart, die sonst zum Heizmanschettenwechsel hätte aufgewendet werden müssen.
    • – Eingesparte Rüstzeit kann stattdessen für wertschöpfende Produktion von vulkanisierten Artikeln, insbesondere Antriebsriemen und Luftfedern, verwendet werden.
    • – Die Ergonomie am Arbeitsplatz wird deutlich verbessert; durch eine verbesserte Entformung des Heizwickels von der Heizmanschette entfällt anstrengendes Abschälen des Heizwickels von der Heizmanschette.
    • – Durch die dem Heizwickel zugewandte, chemisch unempfindliche Oberfläche der Heizmanschette kommt es zu weniger Fehlproduktion und Nacharbeit, da keine herausgebrochenen Reste der Heizmanschettenoberfläche auf der Heizwickeloberfläche zurückbleiben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008038322 A1 [0004]
    • DE 3128211 A1 [0004]
    • JP 2000355054 A [0004]

Claims (8)

  1. Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mehrschichtigen elastischen Aufbau besitzt mit einer äußeren Schicht A aus einer ersten Polymermischung und einer inneren Schicht C aus einer zweiten Polymermischung auf der Basis wenigstens eines fluorierten Polymers und/oder wenigstens eines Silikonkautschuks.
  2. Heizmanschette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht A aus einer Kautschukmischung auf der Basis von Nitrilkautschuk (NBR), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Isopren-Kautschuk (IR), Butylkautschuk (IIR), Brombutylkautschuk (BIIR), Chlorbutylkautschuk (CIIR), Epichlorhydrinkautschuk (EO, ECO), Acrylat-Kautschuk (ACM) oder Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) besteht.
  3. Heizmanschette nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermischung der Schicht C auf der Basis von Fluor-Kautschuk (FKM, FPM), Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ), Fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ), Perfluorierter Propylen-Kautschuk (FFPM) oder Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM) ist.
  4. Heizmanschette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine weitere Schicht B enthält.
  5. Heizmanschette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht B eine Verschnittmischung aus der Kautschukmischung der Schicht C und der Kautschukmischung Schicht A ist.
  6. Heizmanschette nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine weitere Schicht D enthält.
  7. Heizmanschette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht D aus einem Gewebe oder Gewirke oder Gestrick besteht.
  8. Heizmanschette nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht D aus einem Bi-Stretch-Gewebe besteht.
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