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Die Erfindung betrifft eine Heizmanschette zur Vulkanisation von Rohlingen, insbesondere von Rohlingen für Antriebsriemen.
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Zahnriemen werden mit Heizmanschetten aus harzvernetztem Butylkautschuk vulkanisiert. Sie müssen mit Trennmitteln versehen werden, damit keine Anhaftung des Heizgutes mit der Manschette stattfindet. Außerdem ist die Haltbarkeit der Manschetten durch Angriff von Mischungsbestandteilen des Heizgutes auf das Manschettenmaterial begrenzt.
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DE 3128211 A1 beschriebt ein allgemeines Verfahren zum Vulkanisieren von Antriebsriemen, bei dem ein zu vulkanisierender Riemen in einen Mantel angeordnet wird, der in seiner Innenseite mit einer biegsamen Membran versehen ist. An der Membran kann eine Einrichtung zum Glätten des Riemens vorgesehen sein, wobei es sich um eine Schicht oder Lage aus Polytetrafluoräthylen handeln kann. Dies hat sich als nicht praktikabel erwiesen, da Faltenbildungen, Risse und Ausgasungen nach wenigen Vulkanisationen zu einem Zerfall oder einer Ablösung der Folie führen.
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DE 102015217869 A1 betrifft eine Heizmanschette als Bauteil einer Vulkanisationsvorrichtung mit einer Verbesserung der Haltbarkeit durch einen Mehrschichtaufbau, wobei die dem Produkt zugewandte Schicht auf Basis eines Fluorkautschuks oder eines Silikonkautschuks gebildet sein kann. Elastomerschichten, insbesondere Fluorelastomerschichten, sind zwar gegen Angriffe von Vulkanisationschemikalien stabil, lassen aber keine Haftschichten zur unterliegenden Butylmischung zu. Hinzu kommt, dass Fluorelastomermischungen derartig luftundurchlässig sind, dass schnell Luftblasen zwischen den Schichten und der unterliegenden Butylmischung entstehen. Maschetten aus reinen Fluorelastomermischungen halten die mechanische Belastung eines Einsatzes nicht aus und sind unbezahlbar teuer.
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DE 102008038322 A1 beschreibt die Verbesserung einer Manschette aus Butylkautschuk durch Aufbringung einer harten EPDM-Schicht. Die gewünschte Erhöhung der Haltbarkeiten werden durch diese Maßnahme nicht erreicht. EBDM-Schichten verspröden nicht signifikant langsamer als Schichten aus Butylkautschuk. Es werden auch keine Trennmittel eingespart.
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Folgenden Probleme sind mit den zur Vulkanisation eingesetzten Heizmanschetten nach dem Stand der Technik verbunden:
- • Butylmanschetten bauen schnell ab und werden klebrig, insbesondere bei Artikeln, die peroxidisch vernetzt werden. Außerdem benötigen sie Trennmittel,
- • Manschetten mit einer Fluorpolymerschicht oder aus Fluorpolymer sind so teuer, dass sie aus ökonomischen Gründen nicht eingesetzt werden können,
- • Manschetten mit einer EPDM-Außenschicht benötigen Trennmittel und werden beim Vulkanisieren von peroxidisch vernetzten Mischungen schnell hart und brüchig
- • Manschetten aus Silikonkautschuk benötigen zwar oftmals kein Trennmittel, werden aber durch peroxidisch vernetzte Mischungen angegriffen und dabei porös und klebrig
- • Belegen von Manschettenoberflächen mit durch Ätzung aktiviertem PTFE führt zu Blasen durch Lufteintrag aus den unterliegenden Basismischungen. Außerdem werden bei hohen Dehnungen die Folien brüchig, da sie als durchgehende Schicht nicht komprimierbar sind
- • Folien ohne Haftsysteme können nur einmal verwendet werden, was zu hohem Ressourcenverbrauch führt
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Zykluszeiten von Heizmanschetten in der Riemenfertigung zu erhöhen. Außerdem sollte der Einsatz von Trennmitteln vermindert oder eingespart und der Aufbau von Fremdschichten auf der Manschettenoberfläche verhindert werden. Insgesamt wurde eine Kosten- und Ressourceneinsparung durch die Ermöglichung einer längeren Einsatzzeit von Heizmanschetten angestrebt.
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Die Aufgabe konnte überraschenderweise durch Einsatz einer einseitig geätzten Schälfolie, die mit Löchern und/oder Schlitzen versehen ist, als Innenschicht der Heizmanschette gelöst werden.
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Dementsprechend betrifft die Erfindung eine Heizmanschette zum Vulkanisieren von Rohlingen, wobei die Heizmanschette eine Gummischicht und eine Innenschicht aufweist, wobei die Innenschicht aus einer einseitig geätzten Schälfolie gebildet ist, wobei die einseitig geätzte Schälfolie mit Löchern und/oder Schlitzen versehen ist und die geätzte Seite der Schälfolie der Gummischicht zugewandt ist.
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Die Schälfolie stellt einerseits eine Schutzschicht dar, die die Heizmanschette während des Vulkanisationsvorgangs vor aggressiven Chemikalien schützt, und weist anderseits zur Produktseite hin Antihafteigenschaften auf. Daher ist der im Stand der Technik erforderliche Einsatz von Trennmitteln nicht mehr notwendig. Ein weiterer Vorteil ist die höhere Standzeit der Manschette. Im Gegensatz zu den bekannten Heizmanschetten ist beim Betrieb der erfindungsgemäßen Manschetten weder ein Aufbau von anhaftenden Fremdschichten auf der Oberfläche noch ein fühlbarer Angriff von Chemikalien wie Peroxiden auf das darunterliegende Manschettenmaterial festzustellen. Diese Vorteile werden durch eine Schutzfolie erreicht, die relativ dünn ausgebildet sein kann. Der geringe Materialbedarf ist auch in wirtschaftlicher Hinsicht von Vorteil.
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Die erfindungsgemäße Heizmanschette eignet sich zum Vulkanisieren von Rohlingen. Bei den Rohlingen handelt es sich um ein Bauteil, auch als Halbzeug bezeichnet, oder einen Verbund aus mehreren Bauteilen, auch als Halbzeugverbund bezeichnet, wobei mindestens ein Bauteil vulkanisierbar bzw. noch nicht vulkanisiert ist. Nach der Vulkanisation des Rohlings werden Artikel erhalten, die ein oder mehre vulkanisierte Bauteile, insbesondere Gummibauteile bzw. Elastomerbauteile aufweisen. Antriebsriemen und Luftfedern sind Beispiele für Artikel bzw. Verbundartikel, die aus der Vulkanisation von Rohlingen erhalten werden.
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Für die vulkanisierbaren Bauteile werden u.a. schwefel-, metall- oder peroxidisch vernetzende Polymermischungen bzw. Kautschukmischungen 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.
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Die Rohlinge werden häufig in Vulkanisationsformen, bevorzugt Kesselsystemen, unter Verwendung von Heizdampf vulkanisiert. Die Heizmanschetten werden in Vulkanisationsvorrichtungen, wie Kesselsystemen, eingesetzt, bei denen Innen- und Außendruck voneinander getrennt werden müssen. 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.
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Die erfindungsgemäße Heizmanschette weist eine Gummischicht und eine Innenschicht auf. Die Heizmanschette ist im allgemeinen schlauchförmig oder hülsenförmig ausgebildet. Die Gummischicht bildet den Grundkörper der Heizmanschette und wird nachstehend ausführlich beschrieben.
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Die Innenschicht ist aus einer einseitig geätzten Schälfolie gebildet, wobei die geätzte Seite der Schälfolie der Gummischicht zugewandt ist. Die Innenschicht ist mit der ein- oder mehrlagigen Gummischicht verbunden, insbesondere direkt verbunden, wobei die Anbindung während der Vulkanisation der Gummischicht erfolgt. Die Innenschicht ist auf der Innenseite der Heizmanschette angeordnet.
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Beim Betrieb der Heizmanschette kommt der Rohling mit der Innenschicht der Heizmanschette in Kontakt.
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Schälfolien sind dem Fachmann bekannt. Zur Herstellung werden Blöcke aus dem gewünschten Material hergestellt. Schälfolien werden dann aus den Blöcken nach bekannten Verfahren geschält.
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Die Schälfolie ist insbesondere eine polymere Schälfolie, bevorzugt eine polymere thermoplastische Schälfolie. Die Schälfolie ist bevorzugt aus einem Fluorpolymer, bevorzugt einem thermoplastischen Fluorpolymer, gebildet. Beispiele für das Fluorpolymer, bevorzugt das thermoplastische Fluorpolymer, sind Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Polychlortrifluorethylen (PCTFE) und Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Mischungen davon. Es versteht sich, dass die Schälfolie gegebenenfalls übliche Additive enthalten kann. Die Schälfolie ist bevorzugt eine PTFE-Schälfolie.
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Beim Einsatz der Heizmanschette zur Vulkanisation dehnt und staucht sich die Manschette. Erstaunlicherweise kann die angebrachte Schälfolie diese Verformungen mitmachen, vor allem da sie mit Löchern und/oder Schlitzen versehen ist.
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Die Schälfolie ist einseitig geätzt, d.h. eine Seite der Folie ist geätzt, während die andere Seite nicht geätzt ist. Die geätzte Seite ist der Gummischicht der Heizmanschette zugewandt. Die geätzte Seite ermöglicht die gute permanente Anbindung bzw. Haftung der Schälfolie an das übrige Manschettenmaterial, in der Regel direkt an die Gummischicht. Die nicht geätzte Seite der Schälfolie ist beim Einsatz mit dem zu vulkanisierenden Rohling in Kontakt. Wegen der sehr guten Antihafteigenschaften der nicht geätzten Seite ist kein zusätzliches Trennmittel erforderlich.
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Zur einseitigen Ätzung der Schälfolie können übliche Ätzverfahren eingesetzt werden, z.B. Plasmaätzen, Coronaätzen oder Ätzen mittels Ätzflüssigkeit, so dass die geätzte Seite eine durch Plasma, Corona oder Ätzflüssigkeit geätzte Seite ist.
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Die Ätzflüssigkeit enthält vorzugsweise ein Alkalimetall oder einen Komplex davon. Das Alkalimetall ist z.B. Na, K oder Li, wobei Natrium bevorzugt ist. Die Ätzflüssigkeit enthält daher vorzugsweise Natrium oder einen Komplex davon. Solche Ätzflüssigkeiten sind bekannt und im Handel erhältlich.
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Ein bevorzugtes Beispiel ist eine Natrium-Naphtalin-Ätzflüssigkeit, bei der Natrium und Naphthalin in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B. Tetrahydrofuran (THF) oder Ethylenglycoldimethylether (Glyme), gelöst werden. Natrium und Naphthalin bilden dabei einen Komplex.
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Eine optimale Ätzung einer Seite der Schälfolie wird mit einer Natrium-Ammoniak-Ätzflüssigkeit erreicht, die durch Lösen von Natrium in flüssigem Ammoniak erhalten wird.
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Die einseitig geätzte Schälfolie, insbesondere die einseitig geätzte PTFE-Schälfolie, weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 2 bis 100 µm, bevorzugt 10 bis 30 µm, auf. Der Einsatz dünner Folien ist in wirtschaftlicher Weise vorteilhaft.
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Die einseitig geätzte Schälfolie, bevorzugt PTFE-Schälfolie, ist mit Löchern und/oder Schlitzen versehen. Das Vorhandensein von Löchern und/oder Schlitzen gewährleistet eine Abführung von Luft oder anderen Gasen aus dem Manschetten-Folienverbund. Die Vorbehandlung der Folie mit Löchern und/oder Schlitzen ist somit vorteilhaft, weil während des Einsatzes solcher Manschetten immer Gase wie z.B. Luft aus der Manschette ausdampfen. Dies kann zu Blasen führen. Durch die Anwesenheit solcher Löcher und/oder Schlitze kann dies vermieden werden.
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Der Fachmann kann Menge, Form und Struktur der Löcher und/oder Schlitze in geeigneter Weise wählen, um einerseits die Luftabfuhr zu gewährleisten und andererseits eine Anhaftung der Mischung des Rohlings in den Löchern und eine Schädigung oder einen Aufbau von Fremdsubstanz zu verhindern. Ein weiterer Vorteil einer gelochten und/oder mit Schlitzen versehenen Schälfolie ist auch die höhere Standzeit. Wenn die Folie durchgängig ist, wird sie bei Kompression leicht gewellt und reißt. Durch die Loch- und/oder Schlitzstruktur kann das Material der Schälfolie, insbesondere PTFE, ausweichen und die dynamische Haltbarkeit der Folienoberfläche ist signifikant höher. Es versteht sich, dass die Löcher und/oder Schlitze Durchgangslöcher und/oder Durchgangsschlitze sind.
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Löcher in der Schälfolie haben bevorzugt einen Durchmesser von weniger als 5 mm, bevorzugter weniger als 1 mm, und in der Regel mindestens 10 µm. In Fall von Schlitzen reicht es aus, wenn die Schälfolie eingeschnitten ist. Es braucht also kein Material entfernt zu werden bzw. die „Breite“ des Schlitzes ist Null. Der Schlitz kann gegebenenfalls auch eine Breite aufweisen, z.B. weniger als 5 mm, bevorzugter weniger als 1 mm. Die Länge der Schlitze kann unter Berücksichtigung der Integrität der Folie in breiten Bereichen gewählt werden. Der Abstand der Löcher und/oder Schlitze voneinander sollte nicht mehr als 10 cm betragen, um die gewünschte Wirkung entfalten. Der Abstand der Löcher und/oder Schlitze voneinander ist bevorzugt nicht mehr als 5 cm, bevorzugter nicht mehr als 2,5 cm. Für den Mindestabstand der Löcher und/oder Schlitze voneinander ist die Integrität der Folie zu berücksichtigen.
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Wenn auf dem zu fertigenden Artikel, wie z.B. einem Riemen, eine Rückenstruktur gewünscht ist, kann die Schälfolie ohne weiteres geprägt sein, um eine gewünschte Formoberfläche aufzuweisen.
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Die erfindungsgemäße Heizmanschette weist ferner eine Gummischicht auf, die den Grundkörper der Heizmanschette bildet. Die Gummischicht, die auch als Elastomerschicht bezeichnet werden kann, wird durch Vulkanisation eines Elastomercompounds erhalten. Die Gummischicht kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Bei einer mehrlagigen Gummischicht können die Lagen aus dem gleichen oder verschiedenen Elastomercompounds gebildet sein.
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Das Elastomercompound ist eine vulkanisierbare, bevorzugt thermoplastfreie, Kautschukmischung, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente sowie in der Regel weitere Mischungsingredienzien. Die in dem Grundkörper der Heizmanschette verwendeten Kautschuke bzw. Kautschukmischungen zeichnen sich durch hervorragende thermische und mechanische Beständigkeit aus.
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Die Gummischicht kann z.B. durch Vulkanisation aus einem Elastomercompound gebildet sein, das Nitrilkautschuk (NBR), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Isopren-Kautschuk (IR), Butylkautschuk (IIR), Brombutylkautschuk (BIIR), Chlorbutylkautschuk (CIIR), Epichlorhydrinkautschuk (EO, ECO), Acrylat-Kautschuk (ACM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) oder einen Verschnitt dieser Kautschuke umfasst. Das Elastomercompound umfasst bevorzugt Butylkautschuk.
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Die vorgenannten Kautschuktypen können unverschnitten sein. Auch der Einsatz eines Verschnittes ist möglich. Beispiele für übliche 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.
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In der ein- oder mehrlagigen Gummischicht kann gegebenenfalls mindestens eine textile Lage zur Verstärkung eingebettet sein. Die textile Lage kann z.B. ein Gewebe, ein Gewirke oder ein Gestrick sein.
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Die Dicke der Heizmanschette oder der Gummischicht kann z.B. im Bereich von 3 bis 20 mm liegen. Unter der Dicke der Heizmanschette ist die Gesamtdicke von Gummischicht und Schälfolie zu verstehen, wobei die dünne Schälfolie relativ gesehen kaum ins Gewicht fällt. Es versteht sich, dass die Geometrie der Heizmanschette von der Geometrie des zu vulkanisierenden Rohlings abhängt. Nur beispielhaft seien Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 1,5 m und Längen im Bereich von 0,5 bis 2 m genannt, die für die Herstellung von Riemen zweckmäßig sein können. Geometrien außerhalb dieses Bereichs sind aber in Abhängigkeit von der Geometrie des Rohlings genauso denkbar.
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Der Rohling ist ein Rohling für einen Riemen, eine Luftfeder oder einen Reifen, wobei der Rohling bevorzugt ein Rohling für einen Riemen, insbesondere einen Antriebsriemen, ist. Wie gesagt kommt der Rohling bei der Durchführung Vulkanisation mit der Innenschicht der Heizmanschette, genauer gesagt mit der nicht geätzten Seite der Schälfolie, in Kontakt.
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Der Rohling oder ein Teil davon ist aus einem Elastomercompound gebildet, der einen Kautschuk oder eine Kautschukmischung und gegebenenfalls Mischungsingredienzien umfasst. Das Elastomercompound umfasst bevorzugt EPDM-Kautschuk, HNBR-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk oder einen Verschnitt dieser Kautschuke, insbesondere wenn es sich um einen Rohling für einen Riemen handelt. Bezüglich der Mischungsingredienzien wird auf die entsprechenden Angaben zum Elastomercompound der Gummischicht verwiesen, die hier ebenfalls gelten. Es kommen z.B. schwefel-, metall- oder peroxidisch vernetzende Elastomercompounds in Betracht, wobei häufig Elastomercompounds eingesetzt werden, die einen Peroxidvernetzer enthalten.
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Ein Teil des Rohlings kann sich auf einen oder mehrere Bauteile des Rohlings beziehen. Nach der Vulkanisation und gegebenenfalls auszuführenden Nachbehandlungen wird das fertige Produkt erhalten, das eine oder mehrere Gummibauteile umfasst oder daraus gebildet ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Heizmanschette wie vorstehend beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer Anordnung, umfassend mindestens eine Lage aus einem Elastomercompound und eine einseitig geätzte Schälfolie, die mit Löchern und/oder Schlitzen versehen ist, wobei die geätzte Seite der Schälfolie dem Elastomercompound zugewandt ist, und
- b) Erwärmen der Anordnung, um das oder die Elastomercompounds unter Bildung der Gummischicht zu vulkanisieren und mit der einseitig geätzten Schälfolie zu verbinden.
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Das oder die Elastomercompounds werden mit der einseitig geätzten Schälfolie belegt, wobei die geätzte Seite der Schälfolie dem oder den Elastomercompounds zugewandt ist, wobei sich die Schälfolie bei der Vulkanisation mit dem darunterliegenden, die Gummischicht bildenden Manschettenmaterial verbindet. Die Temperatur der Vulkanisation hängt naturgemäß von den eingesetzten Elastomercompounds ab und kann z.B. im Bereich von 100°C bis 200°C, bevorzugt 160 bis 180°C, liegen. Die Vulkanisation kann z.B. 30 min bis 2 h dauern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch das einseitige Ätzen der Schälfolie vor der Zusammenstellung der Anordnung. Die eine Seite der Schälfolie kann mittels Plasma, Corona oder Ätzflüssigkeit geätzt werden. Die Ätzflüssigkeit enthält insbesondere ein Alkalimetall oder einen Komplex davon, bevorzugt Natrium oder einen Komplex davon. Besonders bevorzugt sind das Ätzen mit einer Natrium-Ammoniak-Ätzflüssigkeit oder einer Natrium-Naphtalin-Flüssigkeit.
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Das Verfahren umfasst ferner vorzugsweise das Versehen der Schälfolie mit Löchern und/oder Schlitzen durch Perforieren, Stanzen oder Schlitzen der Schälfolie. Es versteht sich, dass dies vor der Zusammenstellung der Anordnung erfolgt. Es kann vor oder vorzugsweise nach der einseitigen Ätzung der Schälfolie durchgeführt werden.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren gelten alle Angaben, Materialien und Merkmale, die vorstehend für die Heizmanschette aufgeführt wurden, in gleicher Weise, so dass darauf verwiesen wird. Die erfindungsgemäße Heizmanschette wie vorstehend beschrieben ist vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Heizmanschette wie vorstehend beschrieben in einer Vulkanisationsvorrichtung zum Vulkanisieren von einem Rohling. Der Rohling ist insbesondere ein Rohling für Riemen, Luftfeder oder Reifen, wobei Riemen und insbesondere Antriebsriemen bevorzugt sind. Für die erfindungsgemäße Verwendung gelten alle Angaben, Materialien und Merkmale, die vorstehend für die Heizmanschette und das Verfahren aufgeführt wurden, in gleicher Weise, so dass darauf verwiesen wird.
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Die Heizmanschette zeichnet sich durch eine erhöhte Haltbarkeit aus. Der Einsatz von Trennmitteln ist nicht erforderlich, um den nach der Vulkanisation erhaltenen Artikel aus der Heizmanschette zu entnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3128211 A1 [0003]
- DE 102015217869 A1 [0004]
- DE 102008038322 A1 [0005]