DE1504987A1

DE1504987A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Schichtkoerpers aus mindestens zwei Schichten

Info

Publication number: DE1504987A1
Application number: DE19621504987
Authority: DE
Inventors: Daniel Schichman
Original assignee: Uniroyal Inc
Current assignee: Uniroyal Inc
Priority date: 1961-06-01
Filing date: 1962-03-09
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3210227A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Schiohtkörpers aus mindestens zwei Schichten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers aus mindestens zwei Schichten, die Jeweils mindestens im Bereich einer Oberfläche thermoplastische Eigenschaften aufweisen bei dem diese thermoplastischen Oberflächen zweier benachbarter schichtee durch Wärmebehandlung plastifiziert und aneinandergelegt und die zu verbindenden Schichten mittels Druckwalzen test aneinandergedrückt werden Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Be der Herstellung solcher Schichtkörper besteht die Notwen digkeit, daß die Werkstoffe desselben nicht aut eine unzulässig hohe Temperatur erwärmt werden, so daß sich die Schichtkörper durch verschlechterte Eigenschaften auszeichnen. Es ist bereits bei der Herstellung von geschichteten gurten bekannt, Gewebelagen, die kunststoff überzogene Oberflächen aufweisen, zwischen die Platten einer Presse einzulegen, worauf die Platten geschlossen werden. Der thermoplastische Kunststoff schmilzt bei anwendung von Wärme und Druck, so daß sich die einzelnen Schichten verbinden. Die Platten werden geöffnet, wenn der gesamte Schichtkörper unter die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes erkaltet ist. Dieses Verfahren ist insofern nachteilig als es nicht kontinuierlich durchgeführt werden kann und ein Herstellungszyklus Jeweils etwa 10 Minuten dauert. Dadurch kann Jeweils nur etwa 0,30 m eines Mehrschichtengurtes Je Minute hergestellt werden. Außerdem treten erhebliche Inhomogenitäten in Diesem Mehrschichtkörper aut, von dem sich bestimmte Bereiche der Schichten wieder auftrennen. Ur den thermoplastischen Kunststoff auf seine Schmelztemperatur zwischen etwa 146 und 177°C zu erwärmen, wird auch das übrige Gewebe auf diese Temepraur erwärmt und einen erheblichen Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten, so da dessen Zugfestigkeit vermindert wird.
Beim Beschichten von nicht elastischem Material mit aufgeschäumtem Kunststoff oder dergleichen ergeben sich bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens ebenfalls Schvierigkeiten. Während duo Erwwnmungszyk@us dehnt sich der Schaum in äer Presse aus; er ist in diesem Zustand mit dem anderen unelastischem Material verbunden. Beim Abkühlen zieht sich der Schaum wieder zusammen und das Endprodukt wirft Falten,da das unelastische Material sich nicht so stark zusammenzieht.
Es ist auch bereits bekannt; die zu beschichtende Oberfläche einer Schaumstoffbahn und/oder die aus daa anderen Werkstoff bestehende Bahn mindestens auf ihrer mit dem Schaums toff zu verbindenden Oberfläche durch Wärmebehandlung zu plastifizieren oder zu erwärmen und anschließend die Bahnen mit Hilfe von Druckwalzen test aufeinanderzudrücken. Dabei dient eine Antriebseinrichtung zum Transportieren der zu verbindenden Bahnen durch die Druckwalzen hindurch. Der Nachteil dieses verfahrens und dieser Vorrichtung besteht vor allem darin, daß die Verhältnisse zwischen Wärmezufurht, Bahngeschwindigkeit und Walzendurch aufeinander abgestimmt werden müssen und bei Änderung des verwendeten thermoplastischen Materials Wärmezufuhr und Transportgeschwindigkeit ebenfalls entsprechend zu ändern sind, der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren dahingehend zu verbessern, daß es praktisch ohne Änderung der Verfahrensbedingungen kontinuierlich durch führbar ist, auch wenn beispielsweise nacheinander verschidene thermoplastische Werkstoffe zur Verwendung gelangen. Dabei soll das Verfahren mit niedrigen Herstellungskosten und großer Herstellungsrate zu einem Sohichtkörper mit vorzüglichen Eigenschaften führen, bei dem nicht die Gefahr besteht, daß Werkstoffanteile bei der Wärmebehandlung beeingrächtigt werden Im Falle des Beschichtens einer Schaumfläche mit einer Schicht, die eine thermoplastische Oberfläche aufweist, sollen die übrigen Schichtteile oder der Schaum ebenfalls nicht beeinträchtigt werden.
Die Erfindung besteht darin, daß für die Wärmebehandlung auf ein Temperatur zwischen etwa 343 und etwa 538°C erhitztes Heißgas verwendet und itit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 1200 und 3050 m/min auf die zu erwärmende Oberfläche aufgeblasen wird und daß die einander abgewandten Oberflächen der Schichten gekühlt werden. Besonders zweckmäßig 1st es, wenn die Strömungsrichtung dee aufgeblasenen Heißgases nicht mehr als 600 von der Normalen auf die Oberfläche abweicht; es ist zweckmäßig, wenn der Heißgasstrahl unter etwa rechtem Winkel auf die zu erwärmende Oberfläche auftrifft.
Bei der Herstellung elektrisch isolierter Kabel ist zwar bereits die Verwendung von Heißluft zum Anwärmen von iuiteinander zu verbindenden Teilen bekannt. Dabei wird Jedoch kein Schichtkörper hergestellt, sondern worden zwei thermoplastische Bänder um den runden elektrischen Leiter gelegt und nach dem Scherverfahren misohan zwei Scherwalzen auf diesen elektrischen Leiter aufgeschrumpft.
Die Strömungsrichtung der Heißluftstrahlen verläuft etwa tangential zu den zu erwärmenden Flächen.
Die erfindungsgemäße Merkmalsversinigung fahrt über diesen bei der Kabelberstellung bekannten Stand der Techmit weit hinaus, denn für die Verweirklichung der Erfindung ist de Verwendung eines besonders beißen Gases und das Aufblasen deszelben mit einer in bestimmten Grenzen definierten Geschwindigkeit maxgebend. Beträgt die Strömungsgeschwindigkeit weniger als etwa 1200 m/min, dann fällt der Wärmeübertragungskoeffizient von dem wärms@pendenden Medlun zur zu erwärmenden Oberfläche sehr stark ab. Ist die Strömungsgeschwindigkeit grdßer als etwa 3050 m/min, dann kann zwar der Wärmeübergangskoeffizient aooh etwas großer werden, die bei solchen Strßmungsgesch@indigkeiten nicht zu vermeidende Kräuselung der aufgeschmolzenen th@@oplastischen Oberflächenschicht führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenbeit. Die Grenze von 3050 m/min kann bei Verwendung stärker viskoser Plastisole noch etwas höher liegen. Wenn die Wärme durch elektrische Heizelemente oder durch Wärmeabatrahlungsvorrichtungen, wie Lampen oder dergleichen, zugeführt wird, ist nicht nur die Beheizungsanlage größer und teuerer, sondern es kann auch weitaus nicht so ein großer Wärmeübergangskoeffizient erreicht werden wie bei der Erfindung. Er solchen Heizelementen befindet sich der Wärmeübergangskoaffizient zwischen etwa 2 und 10 gegenüber etwa 50 bis 60 bei der Erfindung. Vermutlich macht die träge Luftgrenzschicht über der zu erwärmenden Oberflächenschicht eine solche Steigerung unmöglich. Dies iet im wesentlichen auch dann der Fall, wenn trotz Verwendung schnellströmender heizgase die Strömungsrichtung etwa tangential zur zu erwärmenden Oberfläche verläuft.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Durohführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß für die Wärmequelle einet bekannten Vorrichtung, die ein Paar Druckwalzen und ein Antriebs einrichtung zum Transportieren der zu verbindenden Schichten an der Wärmequelle vorbei und durch das Druckwalzenpaar hindurch aufweist, ein Heißgasstrahler verwendet ist. Unter Heißgasstrahler wird hier eine Einrichtung verstanden, die einen Strom heißen Gasses auszustoßen vermag, indem beispielzweise erhitztes Gas durch ein Gebläse auf hohe Geschwindigkeit gebracht und durch ein Mundstück ausgeblasen wird. Zu diesem Zweck ist H vorteilhaft, den Heißgasstrahler mit Heißgasdüsen zu verselian, die zweckmäßigerweise auf die entsprechenden druckwalzen gerichtet sind.
Anhand der Zeichnungen sinb im folgenden die Erfindung und zweckmäßige weitere Ausbildungen derselben näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch im Aufriß die Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der da erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist und bei dem zwei Schichten, die jeweils eine thermoplastische Schicht aufweisen, miteinander verbunden werden, und Fig. 2 schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der ein elastischer Schaum nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit thermoplastischen Schichtstoffen verbunden wird.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden Treibriemen als Schichtkörper hergestellt. Dabei werden Gurtgewebelagen, die vorher durch Aufschmelzen von thermoplastischem Werkstoff vorbehandelt sind, zu den Treibriemen in mehreren Lagen zusammengefügt.
Zwei zum Beschichten dienende Druckwalzen 10, 11 sind direkt übereinander mit horizontal liegenden Achsen angeordnet. Die obere Druckwalze lt ist so gelagert, daß sie nur eine rotierende Bewegung ausführen kann. Die untere Druckwalze 10 ist so gelagert9 daß sie eine rotierende Bewegung ausführen kann und deren Welle schwenkbr und drehbar mit der anderen drehbaren Welle 12 gekuppelt ist.
Die Druckwalze 10 kann daher eine Bewegung im Sinne einer Verschiebung ihrer Achse über einen kleinen Bogen um die Schwenklagerung, d.h. die Welle 12, ausführen. Diese Verschiebung wird geregelt und der Druck im Spalt zwischen den Druckwalzen 10, 11 wird durch einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder 3 aufrechterhalten, der dabei die Breite des Spaltes zwischen den Druckwalzen 10, 11 bestimmt.
Eine Bahn 18 aus Gurtgewebe mit einer thermoplastischen Schicht 19 auf ihrer Oberfläche läuft von einer nicht dargestellten Abgaberolle um Richtwalzen 14, 15 und denn um die Unterseite der Druckwalze 10. Eine andere Bahn 20 aus Gewebe, die auf ihrer Oberfläche ebenfalls eine thermoplastische Schicht 21 aufweist, wird gleicherweise von einer anderen Abgabetrommel um Richtwalsen 16, 17 und dann um die Oberseite der Druckwalze 11 @@ru@geführt.
Der Abstand zwischen den Druckwalzen 10, 11 wird eingestellt, und die beidon Bahnen 18, 20 vereinigen sich in dem durch die Druokwalzen 1OF 11 gebildeten Spalt. Während des Laufes dieser Bahnen 18, 20 um je einen Abschnitt an der Rückseite der beiden Druckwalzen 10, 11 und knapp vor ihrem Eintritt in den Spalt zwischen den druckwalzen 10, lt werden Heißgasstrahlen, d.h. Strahlen von erhitztem Gas, auf die zu verbindenden Flächen mittels eines heißgasstrahlers 26 geblasen. Das auftreffende, erhitzte Gas schmilzt oder erweicht die thermoplastischen Sohiohten 19, 21 des Gewebes.
Diese Oberflächen werden zusanmengepreßt, so daß beim durchgang durch den Spalt zwischen den Druckwalzen 10, 11 ein Sohichtkörper entsteht. Diese aus Schichten bestehende Bahn verläßt dann den Spalt und läuft an der Vorderseite der Druckwalzen 10, 11 von der Wärmequelle fort in @ien Kühlraum. Die Austrit tsgeschwindigkei t; des Schichtkörpers ist so eingestellt, daß die thermoplastischen Flächen nicht überhitzt und Dadurch beschädigt werden. Mach @usreichendem Abküblen zur Wiederverfestigung der thermoplastischen Mischungen 19, 21 wird der Schichtkörper auf eins Aufnahmereolle aufgewickelt.
Die Achsen der Richtwalzen 14, 13, 16, 17 liegen in eiMr Ebene zueinander parallel. Jedoch machen es die an den Richtwalzen 14, 17 befestigten einstellvorrichtungen 26'.
27' möglich, diese Richtwalzen 14, 17 zu neigen, so daß ihre Achsen nicht mehr parallel mit den Achsen der Riohtwalzen 15, 16 liegen, Jedoch trotzdem in der Ebene bleibenO Diese Technik siohert ein einwandfreies Aufeinanderlegen der zu einen Schichtkörper zu verbindenden Schichten.
Der hydraulische Zylinder 13 ist an einem Schwenkalger 22 gelagert, das am Grundrahmen 23', welcher die ganze Maschine trägt, befestigt ist. An der Kolbenstange 23 ist ein Kopf 24 befestigt, der eine gekrümmte Oberfläche 25 zur Aufnahme der Drukckwalze 10 aufweist. Wenn die Kolbenatange 23 vorgeschoben wird wird die Druckwalze 10 im Uhrzeigersinn um die Welle 12 veschwenkt, während gleichzeitig die ganze Verschwenkvorrichtung mit den Zylinder 13, der Kolbenstange 23 und dem Kopf 24 etwas entgegen dem Uhrzeigersinn um das Schwenklager 22 verschwenkt wird.
Jede der Druckwalzen 10, 11 ist zweckmäßigerweise hohl ausgebildet und im wesentlichen aus ei zylindrischen Stahlkörper hergestellt, dessen gegenüberliegende Stirnseiten geschlossen sind0 Jede Druckwalze 10, 11 hat ein Grundelement mit metallischem Äußeren. Die Außenseite jeder Druckwalze 10, 11 ist aus unedlem Metall. Das Innere steht Jeweils mit geeigneten flohrleitungen in Verbindung, so daR Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmedium 28 in jede@ Druckwalze 10, 11 in Umlauf gebracht werden kann.
Die Heißgasstrahler 26 sind als an allen Seiten mit Ausnahme der don Druckwalzen 10, 11 zugewendeten stirtnseiten geschlossene Heizkästen ausgebildet. Sie enthalten einen Strahl oder Düsenteil, der einen im wesentlichen rechteckigen Körper mit Deck-, Boden-, Seiten und Hinterwänden hat. Der Heißgasstrahler 26 ist so angeordnet, daß er innerhalb der Umhüllung hin- und herbewegbar ist. An seiner vorderon Stirnseite ist er mit einer perforierten Lochplatte versehen, durch die ein gasförmiges Heizmedium gegen die druckwalze 10 strömen kann. Die Lochplatte bt einen doppelt bogenförmingen Querschnitt, dessen Krümmung im wesentlichen die gleiche wie die der Druckwalze 10 Ist, selbstverständlich kann die Krümmung der Lochplatte von der der Druckwalze 10 Je nach den angestrebten Arbeitsbedinguneen entweder symmetrisch oder unsymmetrisch in bezug auf die horizontale Mittelebene der Druckwalze 10 verschieden stark abwaichen. Das den beiden Druckwalzen 10, 11 zugewendete Stirnende des heißgasstrahlers 26 weist ine Strahlplatte suf, die dem Spalt zwischen den Druckwalzen 10, 11 in der Form entspricht. Der abstand zwischen dem Heißgasstrahler 26 und der Oberfläche der Druckwalzen 10, 11 ist änderbar. Der Heißgasstrahler 26 ist mit einer Leitung versehen, die an ihrem anderen Ende mit dem Austrittsende einer Verbrennungs- oder Erhitzungskammer in Verbindung stehet in der z.B0 ein Gasbrenner ait freier Flamme angeordnet ist, den Luft und ein handelsübliches Leucht- oder Naturgas in gew2nschter Menge zugeführt werden kann. Das Einlaxende der Kammer steht mit der Abgabeseite eines Gebläses in verbindung.
Wenn sich die Druckwalzen lo, 11 drehen, tritt deren Abschnitt, der die thermoplastischen Schichten 19, 21 tragt, in die Frwärmungszone ein, die durch das offene Ende des Heißgasstrahlers 26 begrenzt ist An dieser Zone sind die thermoplastischen Schichten 19, 21 der Wirkung d.r' mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Strahlen eines heißen, gasförmigen Mediums usgesetzt, um nur die thermoplastischen Lagen auf ihre Schmelztemperatur zu bringen, während die übrigen Schichten im wesentlichen unter dieser Schmelz- bzw. Zerstörungstempeatur bleiben.
Die Temperatur der beißen Luft, die in einer linearen Geschwindigkeit im Bereich von etwa 1200 m/min bis 3000 m/min strömt, beträgt etwa zwischen 316°C und 538°C und liegt vorzugsweise zwichen 343°C und etwa 427°C.
Gemäß Fig. 2 wird die Schaumschicht 37 zuerst an der zu verbindenden Oberfläche mit eim dünn@n film eine@ Pl@@@@solmaterla@ß mi@@@ls z.B. einer Wa@zenüberziehvorrichtung 30 beschichtet. Die mit Plastisol abgedeckte Schsumsch@@cht 37 wird dann auf einem endlosen Förderband 36 aus Stahlnetz in den Walzenspalt der Ltiminierung-bzw. Druckwalzen 31, 31 eingerührt. Dieses Förderband 36 bewegt sich zwischen Umlenkrollen 33, 34 und über die Drudkwalze 31. Der thermoplastische Film 38, der den äußeren Abschnitt des Schichtkörpers bildet, wird von einer nicht dargestellten Abgabevorrichtung über die Oberseite der Druckwalze 32 aufgegeben und tritt zusammen mit der Schaumschicht 37 in den walzenspalt ein. Vor des Eintritt in den Walzenspalt werden die zu verbindenden Oberflächen dem heißen Gasstrahl ausgesetzt, der aus dem Heixgasstrahler 35 austritt, der mit Ausnahme dar Form der Öffnung derselbe ist wie der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene. Die Stahldüsenplatte ist der einen Druckwalze 32 und einem Teil des Förderbandes 36 entsprechend ausgebildet. Die Druckwalzen 31, 32 sinn in gleicher Weise wie die bei der Riemenlaminiervorrichtung oben beschriebenen Druckwalzen 10, 11 montiert und ausgebildet. Nachden der aus der Schaumschicht 37 und dem Film 38 bestehende Schichtkörper aus den Druckwalzen 31, 32 ausgetreten und noch auf dem För*derband 36 abgestützt ist, wird er über einen ausreichend langen Zeitraum der Umgebung@luft mit niederer Temperatur ausgesetzt, ul ein Abkühlen zu ermöglichen. Nach dem Abkühlen braucht der Schichtkörper nicht mehr durch das Förderband 36 abgestützt werden und wird auf eine nicht dargestellte Aufnahmespule aufgegeben.
Das auf diese weise hrgestellte Material kann einem Prägeverfahren unterzogen werden, um Prägungen au der Oberfläche zu erzeugen -Patentansprüche-

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtköreprs aus mindestens ewei Schichten, die jeweils mindestens im Bereich einer Oberfläche thermoplastische Eigenschaften aufweisen, @ei dem die@e thermoplastischen Ober flächen zweier benachbarter Schichten durch Wärme @@handlung plastifiziert und aneinandergelegt und die zu verbindenden Schichten mittels Druck@elzen fest an@inanlergedrückt werden, dadurch gekennzeichnt, daß für die Wännebohandlung auf eine Temperatur zwischen etwa 343 und etwa 538°C erhitztes Heißgas verwendet und mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 1200 und 3050 m/min auf die zu erwärmenden oberflächen aufgeblasen wird und daß as einander abgewandten Oberflwchen der Schichten gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, baß das He@ßgas unter einem Winkel von nicht weniger als 30° auf die @@ arwärmenden Oberflächen aufgeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch @, dadurch gekennzeichnet, daß das Meißgas etwa im rechten Winkel auf die zu erwärmenden Obgerflächen aufgeblasen wird.
4. Vefahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hoißgas verwendet wird, dessen Temperatur sich zwischen etwa 343 und 427°C befindet.
5 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehendan Ansprü'ohe' mit einem Paar Druckwalzen, einer im Bewegungsweg der zu verbindenden Scyhichten vor dem Druckwalzenpaar angeordneten Wärmequelle und mit einer Antriebseinrichtung, die die zu verbindenden Schichten an der Wärmequelle vorbei und durch das Druckwalzenpaare hindurch transprotiert, dadurch ekennzeichnt, daß als Wärmequelle ein heißgasstrahler (26; 34) dient.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasstrahler (26; 35) eine Heißgasdüse aufweist, die auf die entsprechende Druckwalze (10, 11 ; 31, 32) gerichtet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, Dadurch gekennzeichnet, daß der heißgasstrahler (35) auch auf die aln endloses Förderband (36) ausgebildete Antriebzeinrichtung im Bereich vor den Druckwalzen (31, 32) gerichtet ist.
8, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gakennzeichnet, daß die Druckwalzen (10, 11) mit einer Kühleinrichtung in wärmeleitfähigem Kontakt stehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwalzen (10, 11) hohl ausgebildet und mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit eine Tmeperatur Ton etwa 0 bis 49°C aufweist.