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Die Erfindung betrifft einen Spritzkopf für einen Extruder zur Herstellung eines im Querschnitt eine ebene oder nahezu ebene und eine konturierte Seite aufweisenden Mischungsprofils aus einer durch einen Extruderkanal des Extruders zugeführten Kautschukmischung, wobei der Spritzkopf einen oberen und einen unteren Spritzkopfteil aufweist, welche Spritzkopfteile zwischen sich einen Formspalt einschließen und von welchen der eine die ebene oder nahezu ebene Seite und der andere die konturierte Seite des Mischungsprofils bildet bzw. formt.
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Es ist bekannt und üblich, aus Kautschukmischungen bestehende Reifenbauteile, wie beispielsweise den Laufstreifen oder Seitenwandprofile, durch Extrusion herzustellen. Die vom Extruder kommende Kautschukmischung wird dabei unter Druck über einen Spritzkopf, der die gewünschte Konturierung des rohen Reifenbauteils sicherstellen soll, aus dem Extruder entlassen. Der Spritzkopf definiert daher die Querschnittsgestalt des extrudierten Mischungsprofils innerhalb gewisser Toleranzbereiche. Aus dem Stand der Technik bekannte Spritzköpfe weisen üblicherweise jeweils einen oberen und einen unteren Spritzkopfteil auf, von welcher der eine meist eine gerade und parallel zur Fließrichtung der zugeführten Kautschukmischung verlaufende Kante an der Austrittsöffnung aufweist, welche die eine Seite des Mischungsprofils formt. Der zweite Spritzkopfteil, dies ist meist der obere Spritzkopfteil, ist mit einer Außenkontur an der Austrittsöffnung versehen, die, in Frontansicht auf die Austrittsöffnung des Spritzkopfes betrachtet, entsprechend der gewünschten Kontur der zweiten Seite des herzustellenden Mischungsprofils verläuft. Der zweite Spritzkopfteil weist ferner im Spritzkopfinneren eine Formfläche auf, die meist zusätzlich unter einem spitzen Winkel zur Fließrichtung der zugeführten Kautschukmischung geneigt ist, derart, dass sich der Formspalt im Spritzkopf in Richtung zur Austrittsöffnung etwas verringert. Soll erstmalig ein bestimmtes Mischungsprofil erstellt oder eine neue Kautschukmischung für ein Mischungsprofil verwendet werden, so sind oft mehrere Umbauten des Spritzkopfes erforderlich, bis der Formspalt im Spritzkopf sicherstellt, dass das aus dem Spritzkopf austretende Mischungsprofil die erwünschte geometrische Gestalt aufweist. Die erwähnten Umbauten erfordern jeweils ein Anhalten des Extruders, Ausbau des konturierten Spritzkopfteiles, Durchführen von Änderungen an diesem und Wiedereinbau oder auch den Austausch dieses Spritzkopfteiles. Anschließend sind ein neuerlicher Beginn und die Stabilisierung des Extrusionsprozesses notwendig. Abgesehen vom Zeitaufwand entsteht bei jedem erforderlichen Durchgang extrudiertes Kautschukmischungsmaterial, welches nur zum Teil oder nicht weiterverwendet werden kann.
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Treten ferner während der Extrusion Änderungen bestimmter Eigenschaften der im Extruder hergestellten Kautschukmischung auf, beispielsweise eine Änderung der Viskosität, so ändert sich auch die Geometrie des aus dem Spritzkopf austretenden Mischungsprofils. Werden dabei die vorab festgelegten Toleranzbereiche überschritten so muss das bereits hergestellte Mischungsprofil verworfen werden und es sind Anpassungsarbeiten, gegebenenfalls auch am Spritzkopf, erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten zeitaufwändigen und mit dem Verwerfen hergestellter Kautschukmischungen verbundenen Anpassungsvorgänge zu verringern und Änderungen oder Anpassungen des Spritzkopfes an die gewünschte Geometrie des Mischungsprofils oder an eine geänderte Mischungszusammensetzung auf zeitsparende Weise durchführen zu können.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der die konturierte Seite des Mischungsprofils formende Spritzkopfteil mit einer Vielzahl von nebeneinander und spaltfrei angeordneten, jeweils eine die Kautschukmischung kontaktierende Formfläche aufweisenden Segmenten versehen ist, wobei jedes Segment unabhängig von sämtlichen anderen Segmenten senkrecht zur Fließrichtung der in den Spritzkopf eintretenden Kautschukmischung verstell- und einstellbar ist und ferner derart verstellbar ist, dass die Neigung seiner Formfläche in Fließrichtung der zugeführten Kautschukmischung einstellbar ist.
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Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Spritzkopf lässt sich daher auf besonders zweckmäßige und zeitsparende Weise sowie ohne umfangreiche Ausbau- und Umbauarbeiten vornehmen zu müssen anpassen bzw. einstellen und ermöglicht insbesondere ein „Tunen“ des Formspaltes zur Optimierung der Geometrie des extrudierten Mischungsprofils. Dadurch kann auch die anfallende Menge an nicht mehr verwendbarer extrudierter Kautschukmischung deutlich reduziert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführung ist jedes Segment mit zwei Verstellmechanismen verbunden, wobei mittels des einen Verstellmechanismus die Breite des Formspaltes verstell- und einstellbar ist und mittels des zweiten Verstellmechanismus die Neigung der Formfläche des Segmentes verstell- und einstellbar ist. Dabei sind die beiden Verstellmechanismen vorteilhafterweise derart ausgeführt oder derart miteinander gekoppelt, dass eine Verstellung der Breite des Formspaltes kein Verändern der Neigung der Formfläche und vice versa bewirkt.
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Die Verstellmechanismen sollen eine möglichst kompakte Bauweise aufweisen und auf einfache Weise betätigbar sein. Bevorzugt ist daher eine Ausführung, bei welcher der Verstellmechanismus zum Verstellen der Breite des Formspaltes zwei zueinander unter einem rechten Winkel verlaufende Arme aufweist, von welchem der eine senkrecht zur Fließrichtung der zugeführten Kautschukmischung verlaufend mit dem Segment gelenkig verbunden ist, wobei am zweiten Arm eine parallel zum erstgenannten Arm verlaufende Gewindespindel gelagert ist. Die Gewindespindel ist bevorzugter Weise an einer stationären Stütze drehbar, jedoch nicht verschiebbar gelagert. Somit ermöglicht ein Drehen der Gewindespindel ein An- und Absenken des Segmentes zur Verstellung der Breite des Formspaltes an der Austrittsöffnung des Spritzkopfes.
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Bei einer bevorzugten Ausführung ist ferner der zweite Verstellmechanismus, nämlich der Verstellmechanismus zum Verstellen der Neigung der Formfläche, mit dem Verstellmechanismus zum Verstellen der Breite des Formspaltes gekoppelt, beispielsweise indem dieser Verstellmechanismus einen mit dem Segment gelenkig verbundenen Gleitarm aufweist, welcher parallel zum ersten Arm des Verstellmechanismus zum Verstellen der Breite des Formspaltes verläuft und an welchem eine weitere Gewindespindel gelagert ist. Diese Gewindespindel ist vorteilhafterweise mittels eines Drehschubgelenkes mit einem Betätigungselement verbunden, welches an einer stationären Stütze frei drehbar jedoch nicht verschiebbar gelagert ist. Somit bewirkt ein Drehen des Betätigungselementes ein Verstellen der Neigung der Formfläche ohne die Breite des Formspaltes zu verändern. Das Betätigungselement des Verstellmechanismus zum Verstellen der Neigung der Formfläche sowie die Gewindespindel des Verstellmechanismus zum Verstellen der Breite des Formspaltes können an der gleichen stationären Stütze gelagert sein.
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Die Erfindung betrifft fernen einen Extruder, welcher einen Spritzkopf gemäß dem unabhängigen Patentanspruch und gegebenenfalls auch gemäß einem oder mehrerer der Unteransprüche aufweist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine stark vereinfachte Frontansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Spritzkopfes eines Extruders,
- 2 eine stark vereinfachte seitliche Ansicht im Bereich eines verstellbaren Segmentes des Spritzkopfes,
- 3 eine seitliche Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform eines verstellbaren Segmentes des Spritzkopfes,
- 4 in einer zu 3 analogen Ansicht das Segment nach erfolgter Höhenverstellung und
- 5 in einer zu 3 analogen Ansicht das Segment nach erfolgter Neigungsverstellung.
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In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich Begriffe wie „senkrecht“, „horizontal“, „oben“, „unten“, „oberhalb“, „innerhalb“ und dergleichen auf die in den Figuren dargestellten Lagen der betreffenden Bauteile.
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1 und 2 zeigen Ansichten eines Spritzkopfes 1 mit einem oberen Spritzkopfteil 2 und einem unteren Spritzkopfteil 3 und einem zwischen den Spritzkopfteilen 2, 3 gebildeten Formspalt 9. Durch den Formspalt 9 tritt eine in einem vorgeschalteten Extruder in an sich bekannter Weise homogenisierte Kautschukmischung 8 hindurch und verlässt den Spritzkopf 1 als Mischungsprofil 4 mit einer bestimmten Querschnittskontur. Die Kautschukmischung wird über einen horizontal verlaufenden Extruderkanal 7 in den Spritzkopf 1 unter Druck geleitet, der Pfeil P1 in 2 versinnbildlicht die Fließrichtung der Kautschukmischung 8. Die Querschnittskontur wird dem Mischungsprofil 4 durch die beiden Spritzkopfteile 2, 3 verliehen, insbesondere durch die Kontur an der Austrittsöffnung, wobei der in den Figuren untere Spritzkopfteil 3 mit einer gerade verlaufenden Kontur an der Austrittsöffnung und ferner mit einer ebenen Formfläche 3a versehen ist, der obere Spritzkopfteil 2 weist eine Vielzahl von in noch zu beschreibender Weise bewegbaren und verstellbaren Segmenten 5 auf, die jeweils eine Formfläche 5a aufweisen und ohne gegenseitige Abstände zueinander angeordnet sind. 1 zeigt beispielhaft eine Stellung der Segmente 5 zur Ausformung eines Laufstreifenprofils für einen Fahrzeugluftreifen. Das extrudierte Laufstreifenprofil wird nachfolgend in bekannter Weise beim Reifenaufbau von einem nicht gezeigten Servicer einer ebenfalls nicht gezeigten Reifenaufbautrommel zugeführt und über deren Umfang, beispielsweise auf bereits aufgebrachte Gürtellagen, aufgelegt.
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Wie die 1 und 2 beispielhaft zeigen, weist die Formfläche 5a jedes Segmentes 5 quer zur Fließrichtung der zugeführten Kautschukmischung keine Neigung auf, jede Formfläche 5a ist jedoch in Fließrichtung geneigt, derart, dass der Formspalt 9 zwischen dem oberen und dem unteren Spritzkopfteil 2, 3 zur Austrittsöffnung hin schmäler wird. Die Neigung der Formflächen 5a in Fließrichtung ist für alle Segmente 5 gleich groß und kann jedoch, wie noch beschrieben wird, individuell verändert werden. In 1 und 2 ist ferner durch den Doppelpfeil P2 angedeutet, dass die Segmente 5 in vertikaler Richtung verstellbar sind, jedes Segment 5 unabhängig von den anderen Segmenten 5. Der Pfeil P3 in 3 bis 5 deutet die Verstellbarkeit der Neigung der Formfläche 5a relativ zur Fließrichtung (Pfeil P1 ) an.
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Eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Segmentes 5 mit Mechanismen zur Höhenverstellung und zur Verstellung der Neigung der Formfläche 5a wird nun anhand der 3 erläutert.
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Wie bereits erwähnt ist jedes Segment 5 separat verstellbar, einerseits zur Anpassung an die gewünschte Außenkontur der konturierten Seite des Mischungsprofils 4, daher senkrecht zur Fließrichtung der Kautschukmischung bzw. des Mischungsprofils 4 und andererseits zur Anpassung der Neigung der an jedem Segment 5 vorgesehenen Formfläche 5a relativ zur Fließrichtung der Kautschukmischung bzw. des Mischungsprofiles 4, wodurch ebenfalls die Gestalt bzw. der Querschnitt des aus dem Spritzkopf 1 austretenden Mischungsprofils 4 beeinflusst wird. Jedes Segment 5 ist beispielsweise blockartig gestaltet und an seiner Unterseite mit der Formfläche 5a versehen. Mit dem Segment 5 sind ein vorderer Verstellmechanismus 11 und ein rückwärtiger, näher beim Extruder 6 befindlicher Verstellmechanismus 12 gelenkig verbunden.
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Der vordere Verstellmechanismus 11 ist in senkrechter Richtung bewegbar und weist einen senkrecht verlaufenden Gleitarm 11a auf, dessen eines Ende mit dem Segment 5 gelenkig verbunden ist, wobei an dem oberen Ende des Gleitarmes 11a ein zweiter Arm 11b, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zum Arm 11a verlaufend, anschließt. Die beiden Arme 11a und 11b können miteinander gelenkig verbunden sein. Der Arm 11b verläuft in 3 horizontal und insbesondere parallel zur Fließrichtung der Kautschukmischung 8 im Spritzkopf 1. Oberhalb des Armes 11b befindet sich eine stationäre Stütze 13, die beispielsweise mit dem Extrudergehäuse fest verbunden ist. Eine senkrecht und somit parallel zum Gleitarm 11a des vorderen Verstellmechanismusses 11 verlaufende und an der Stütze 13 zwar drehbar gelagerte, gegenüber der Stütze 13 jedoch in vertikaler Richtung unverschiebbare Gewindespindel 14 sitzt mit ihrem Gewindeabschnitt 14a in einem Innengewinde einer den Arm 11b durchsetzenden Bohrung.
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Der rückwärtige Verstellmechanismus 12 weist einen parallel zum Gleitarm 11a des vorderen Verstellmechanismusses 11 und somit senkrecht verlaufenden Gleitarm 12a auf, an dessen unterem Ende eine Gelenklasche 12b zur gelenkigen Verbindung mit dem Segment 5 vorgesehen ist. Eine weitere Gewindespindel 15 sitzt mit ihrem Gewindeabschnitt 15a im Innengewinde einer im Gleitarm 12a senkrecht verlaufenden Bohrung. Die Gewindespindel 15 durchsetzt den Arm 11b des vorderen Verstellmechanismusses 11 und ist im Arm 11b derart gelagert, dass sie gegenüber dem Arm 11b drehbar jedoch in vertikaler Richtung nicht bewegbar ist. Das zweite, obere Ende der Gewindespindel 15 ist über ein Drehschubgelenk 16 mit einem Betätigungselement 17, beispielsweise einer Betätigungsstange, verbunden. Das Drehschubgelenk 16 gestattet eine axiale, in 4 vertikale Relativbewegung zwischen der Gewindespindel 15 und dem Betätigungselement 17, das heißt die beiden Teile können sich unabhängig voneinander in vertikaler Richtung bewegen. Hingegen ist eine Rotation bzw. Drehbewegung dieser beiden Teile nur gemeinsam möglich. Das Betätigungselement 17 ist an der Stütze 13 gehalten und gelagert, wobei lediglich eine Rotationsbewegung des Betätigungselementes 17 jedoch keine vertikale Bewegung des Betätigungselementes 17 relativ zur Stütze 13 möglich ist.
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Anhand der 4 und 5 wird nun die Funktion der beiden Verstellmechanismen 11 und 12 erläutert. 3 zeigt beispielhaft eine Stellung der Verstellmechanismen 11 und 12, in welcher an der Austrittsöffnung des Spritzkopfes 1 der Kanal 7 eine Spaltbreite H1 aufweist, die Formfläche 5a des Segments 5 ist unter einem kleinen spitzen Winkel von etwa 10° zur Fließrichtung (Pfeil P1 ) der zugeführten Kautschukmischung 8 bzw. des austretenden Mischungsprofils 4 geneigt. Soll nun die Breite H1 des Spaltes auf eine Höhe H2 größer H1 eingestellt werden, wobei (vorerst) die Neigung der Formfläche 5a beibehalten werden soll, wird durch Drehen der Gewindespindel 14 (siehe Pfeil P4 in 4) in die entsprechende Richtung der Segment 5 angehoben. Das Drehschubgelenk 16 ermöglicht ein vertikales Mitbewegen des rückwärtigen Verstellmechanismusses 12 ohne ein Verändern der Neigung der Formfläche 5a.
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Soll die Neigung der Formfläche 5a geändert werden, wird das Betätigungselement 17 in Drehbewegung (siehe Pfeil P5 in 5) versetzt. Dabei wird die Höhe H2 des Kanalspaltes unverändert gelassen und es erfolgt lediglich ein Verringern des Neigungswinkels. Eine Drehbewegung des Betätigungselementes 17 hat über das Drehschubgelenk 16 unmittelbar eine Drehbewegung der Gewindespindel 15 zur Folge, sodass je nach Drehrichtung das Segment 5 an seinem rückwärtigen Teil entweder angehoben oder abgesenkt wird. Beim gezeigten Beispiel erfolgt ein Absenken, sodass über die Gelenkverbindungen des vorderen Verstellmechanismusses 11 und des rückwärtigen Verstellmechanismusses 12 mit dem Segment 5 dieses unter Beibehalten der Höhe H1 des Kanalspaltes gekippt wird, wodurch im gezeigten Beispiel die Neigung der Formfläche 5a verringert wird.
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Selbstverständlich kann an jedem Segment 5 sowohl die Spaltbreite als auch die Neigung der Formfläche 5a individuell auf die beschriebenen Weisen geändert und eingestellt werden. Die Verstellung der Verstellmechanismen 11 und 12 kann ferner programmgesteuert erfolgen. Es ist auch möglich, die Verstellmechanismen 11 und 12 auf andere Weise auszuführen, etwa mittels pneumatischer Zylinder eine entsprechende Verstellbarkeit der Segmente vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzkopf
- 2
- oberer Spritzkopfteil
- 3
- unterer Spritzkopfteil
- 3a
- Formfläche
- 4
- Mischungsprofil
- 5
- Segment
- 5a
- Formfläche
- 6
- Extruder
- 7
- Extruderkanal
- 8
- Kautschukmischung
- 9
- Formspalt
- 11
- vorderer Verstellmechanismus
- 11a
- Gleitarm
- 11b
- Arm
- 12
- rückwärtiger Verstellmechanismus
- 12a
- Gleitarm
- 13
- Stütze
- 14, 15
- Gewindespindel
- 14a, 15a
- Gewindeabschnitt
- 16
- Drehschubgelenk
- 17
- Betätigungselement
- P1, P2
- Pfeil
- P3, P4, P5
- Pfeil
