DE1953191A1

DE1953191A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Steuern des Aushaertverlaufes eines Elastomeren

Info

Publication number: DE1953191A1
Application number: DE19691953191
Authority: DE
Inventors: Harris James Olin; Wise Raleigh Warren
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1970-04-30
Also published as: US3531996A; DE1953191B2; FR2021373A1; GB1284739A; JPS5019151B1

Description

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 2. Hllblestraße 20 Ihr Zeichen Unser Zeichen Datum

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ii ur.i. Voi'i'iolituii.": zum Hessen. ■ mid Steuern iUi'tvcii'laniori ei.ict; Elaatoiuereii

ori'i.Kliur· jctrii'l't oil: verführen und eine "Vorrichtung ::u. : i;..,iü;i de,. ^ort^ohiOitoui.; -iti.', AnsIiUrtens eines üMastoraeren ujito.; ,ij.(:.rt-i: ο t'.io .."!'5Ci) IjCiüi ·.Uii^oii, v,'±e es Ijelspielsweise der 1'¹P-IJ i.f.l , WOiHJ oii. iliciker Toil, eines Gummis vulkanisiert wird, ».o.jf'i ί ine jOla.stoi'K^rprooo (ic ο 'i■'einpei-a tür als einer Punktion der .-.(jit .tiiiiJ j ,-:ii de..· Ve .ipcralj ,· ;<!:; einer Funktion der Zeit eiues i'cii.f;:, ei-.os-i uui.uiiorzeii·· _: ί:;:.:ο«:" während des Ausvulkaiiisierens

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8AO ORfßtNAL

ausgesetzt wird, während eine Eigenschaft gemessen wird, die eine Funktion der Zeit-Teuiperaturbeziehurig wie beispielsweise die relative Viskosität ie:t, wodurch eine VisTcositat-ZeitbeZiehung des nicht-isotherm behandelten Elastomeren geschaffen wi vd.

Es wurden bereits Vulcanisationsmesser entwickelt, welche die Vulkanisationschax-akteristiken. unter isothermen Bedingungen oder bei veränderlichen Tempex'atureii bezogen auf eine Standard funktion bestimmen. In ui rklichkeit jedoch ändert sich die Temperatur eines jeden Teiles eines Gummierzeugnisses dauernd während des Vulkanisationsvorganges nach einer eindeutigen Temperatur-Zeitbeziehung. Die£,e eindeutige Veränderung gilt besonders für dicke Gummi erzeugnisse wie beispielsweit-e i<i.hizeugreifen, wo die isolierenden Eigenschaften des Gululxs weit ciuseinandei-liegende Temperaturen zwischen den verschiedenen Abschnitten des Erzeugnisses während des Vulkanisationsvorgctnges mit sich bringen. Die Vulkanisationswerte sind besonders in solchen Fälleu leritisch, wo" Verbindungen mit unterschiedlichen VulkanisationCharakteristiken in eiueni einzigen Erzeugnis vereint sind.

Es ist Gegenstand dieser Erfindung ein Metallkokillensyyten zu schaffen, dessen Tempere¹ tür rasch tmci gleichförmig tetinaert werden kanu. Ein weiterer Gegenstand in einer erfindun_ri.sgemäßeu. Aus führung s form ist das iicuaff e.¹ eii:es Kokilleusysteu.fc r;it 2 κ ei .bauteilen, von dene:: .jede;:, aus einem oder mehreren Teilen besteht und eine verhältnisMÜssi^· geringe luasse hat und η it einer lieizeinrichtum:, . vormigswei&e mit einer elektric c' 3.. ilcizimg versehen ist. £s ist v/eiterhin Oegenstaru; der ti'x'i^CiUL; ein MetallkokillensysteiJ mit einem Koiilraum zu scuaiie:;, der für einen dünnen Gumrai!iuersohi:itt sorgt, um große Tempert.tui¹-gefälle zu vermeiden, die über eiiicn rücken Gummiabschi.itt entstehen. Es ist weiterhin Gegenstahd der SLrfindur:£ ein Metallkokilleiisystem zu scha.ffen, desseu Temperatur in abhängigkeit von der Zeit geregelt werden kann, damit sie zu jedem beliebigen. Zeitpunkt gleich der Temperatur ist, die in

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4JWuSnF-Q CIAS ßAD ORIGlNAl.

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eiüeifi dicken Abschriitt eines gerade vülkanisierieii Gummis ge— mesöen wird*. Es ist Weiterhin* Gegeilstärid der Erfindung eiri Metallkdkiiieüsyötem zii schaffen, dess'eü Tettipera'tür geregelt werden kantig üiii eiiie Temp^erätüf-Zeitbeziehung zu schaffen ^ die einer Teraperatiir-ZeitÜezieuüzig äiiäiiöh ist, äie früher für eiÜ Giiiamierzeugiiis wiihrenä des Äüijvtiikaiiisieröiis lyestirairit wiirtle. las ist wöiterhiii (Jegöüstäriä ä«f vöriiegeiideii Eriindüög ein Metaiikökiiieüs'ystefn für die BestiBiiiiüäg dir werte der Vüllcdtiisätldiisouaräicteristikeri zu schäfieü, öfiöe Collier ciie iverie der. Akiivierimgsenergie:h der Vtiikäniaiitiofisreäktiöiieri /Ai kejiineÜ oder die t.erte aiizüiieliüiefi Öder die Werte exjieriiafewteii ζ ti tie— stitöitfeii.

Nach dein eriiiiäuiigsgetiiiißöi] Verfahren züffi Prüfen des Gumtnis wird die Temperatür-ZeitÜ^zibhuiig oines Teiles eiiies Gummierzeugiiisses während des Vüikanisiereris Döstiinuii lind ivird eiiie Gummiprobe einer älinlichou TeäifteratiJr-Zeitiieziehiiiip ütiteniöii'eii, wahrend eine Eiii.eriscuaft, vörzii'^sweise die Viskosität, gemessen wird, die eine Funktion der. Teiaperatür-Zeittjezieiiütig ist. Es kann jedoch auch eine andere geeignete Eigenschaft gemessen werden, wie beispielsweise rier Drück, der von dein in einer Druckkammer eingesperrten Gummi ausgeübt wird. Bei eine!· umfassenderen Aiu>führungsforin der Ürl'inrhing werden verschiedene Abschnitte ein und desgleichen Guminierzeugnisses, das aus verschiedenen Guniiaimischuuiien besteht, in der vorher beschriebenen Weise geprüft. Je nach Vtunsch, kanu der Vulkauisationbmesser durch eine Temperatur-Zeitbeziehunii gesteuert werden* die verlier für einen iTunmiiibschnitt v-iiirend der A'ullcauisatioii bestimmt wurde. Dieses Merkmal itt besonders für das'Prüfen einer :eilu· von Vex"bindxiu-..en unter ideutischeij nieiit— isothermen Bedingungen 'tceignet.

Ein Ausiülirunsrsbeifapiel eier vorliegenden ILriiijduny λ.'ϊι Ί anhand der anlicLoudeii Zeichi;u;ü ( .. naher erläutert. In de.. .'eii::!inuncen zoiten:

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BAD ORiGtNAt

Figur i einen senkrechten Querschnitt durch die Vorrichtung längs der Linie 1-1 der Figur 2 wobei zwei Metallkokillen mit sich abstützenden Nichtleitern, Stützplatten und einem Vibrationsrotor in dem Prüfhohlraum dargestellt sind, die auf den Platten eines Rheometer angeordnet sind.

Figur 2 eine Draufsieht auf den unteren Teil der Metallkokille längs der Linie 2-2 der Figur 1, wobei die unter der Oberfläche der Kokille liegenden Bohrlöcher für die Thermoelemente, die Aussparung fur die Heizung und die Ringnut für einen O-ilirig mit gestrichelten Linien dargestellt sind.

•Figur 3 eine senematische Darstellung-der Aufzeichnung der Temperatur als einer Funktion der Zeit an einem bestimmten Punkt in einem dicken Gunimiabschnitt innerhalb der Gießform oder an einem bestimmten Punkt in einem Kraftfahrzeugreifen innerhalb der Gießform während des Vulkanisierens sowie eine Darstellung der Regelung der Temperatur der Rheometerlrokillen bei dieser gemessenen Temperatur.

Figur k eine schematische Ansicht, die den Einbau einer Kurvenabtastvorrichtung mit vorher aufgezeichneten Temperatur-Zeitwerten zeigt, die während cios Vulkanisierens dicker Gummi— abschnitte aufgenommen wurden^ um die Temperatur der Rheometerkokillen zu steuern, wenn"Verbuche in der Musterviskosität gefahren werden.

Figur 5 eine graphische Darstellung der Temperatur als einer Funktion der Zeit wie sie mit vier Thermoelementen gemessen wurde, die au verschiedenen .Stellen im Körper eines Lastwagenreifens während der Vulkanisation untergebracht warnn.

Figur 6 eine ähnliche graphische Darstellung der Temperatur als einer Funktion der Zeit, wie sie Dit fünf Thermoelementen gemessen wurde, die wie gezeigt im L'örper eines Personeckraftwagenreifeus während der Vulkanisation uuterirebraciit waren.

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HiÖii'S. 0*4 ßAD ORIGINAL '. ; "

Figur 7 eine Darstellung einer tatsächlichen Rheometeraufzeichnuiig der erhaltenen Werte., wobei die Temperatur-Zeitwerte verwendet wurden, die für das Thermoelement 3 in Figur 6 aufgezeichnet wurden, um die Kotillentemperatur während der Prüfung zu regeln.

Figur 8 eine Darstellung der Rheometerwerte, die während der isothermen Versuche hei den gleichen Mischungen erzielt wurden, die in den in Figur 7 wiedergegebenen dynamischen Versuchen verwendet wurden.

Das Problem, die optimalen Vulkanisationsbedingungen für dicke Grummiabschnitte zu bestimmen, beruht auf der geringen Wärmeleitfähigkeit des G-umiais. Die Grießformtemperaturen, die an sich vernünftigen Vulkanisationszeiten für dicke Gummiquerschnitte entsprechen, führen ii?, allgemeinen zum Übervulkanisieren des an der Form anliegenden Gummis und zum Untervulkanisiereii des von der Form weiter entfernten Gummis. Dies wird ein wenig dadurch ausgeglichen, daß der Gummi in der Mitte des Erzeugnisses langsamer auskühlt als der Gummi an der Außenseite des Erzeugnisses und daß- die Vulkanisation langer fortdauert, viachdei-i das Erzeugnis aus der Form entfernt worden ist. Ein derartiges !-,aclivulkaiiisieren nach der Verminderung des Druckes und nach den Offnen der Gießform kann ein Material mit geringer Mualitlit ergeben. Das Problem ist noch verwickelter beim Vulkanisieren von Erzeugnissen wie beispielsweise Kraftfahrzeugreifen, die mehr als eine Gummiverbindung enthalten, die bei verschiedenen Verteil vulkanisieren. Figur 5 zeigt die großen Abweichungen,, die in dem Temperatur-Zeitverlauf für Gummi an den beiden Kanten der Lauffläche des ileifens (gemessen durch die Thermoelemente 1 und h) entstehen,verglichen mit der Gummimisellung auf der Innenseite des Reifens (gemessen durch Thermoelement 2) und verglichen mit dem Gummi an einer Stelle zwischen der Lauffläche und der Karkasse des lieifens (gemessen durch Thermoelement 3). Es ist fraglich, ob die Guuimimi sehung nahe an den verstärkenden Gewebeeinlagen, die dem Temperatur-Zeitvcrlauf dos Thermoelementes 3 ausgesetzt wurde, den gleichen

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Vulkanisationsgrad wie die Laufflächenmisehung auf der Außenseite des Reifens erreicht, die dem Temperatur-Zeitverlauf der Thermoelemente 1 und h ausgesetzt wurde. Figur 6 zeigt fünf verschiedene Temperatur-Zeit-Verlaufslinien innerhalb eines Reifens für Personenkraftwagen. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Teniperaturlinien zeigen in allen Fallens, daß die Abschnitte, die am langsamsten zu erhitzen sind, auch am langsamsten nach dem Öffnen der Presse abzukühlen sind.

Ein größeres Problem besteht in der Auswahl der Vulkeniüationsbedingungen, um sowohl das Übervulkanisieren wie auch das Untervulkanisieren in allen Teilen während der Vulkanisation dicker Erzeugnisse zu verhindern. Die Untersuchung einiger verschiedener Abschnitte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zu der Feststellung unvereinbarer Unterschiede in den Vulkanisationseigenschaften führen, so daß keine annehmbare Vulkanisationszeit besteht. Wenn der Abschnitt, der am langsamsten ausvulkanisiert, mit der erforderlichen Zeit ausvulkanisiert wird, können die anderen Abschnitte hoffnungslos übervulkanisiert werden. Die Lösung dieses Problems er-* fordert Zusammensetzungsänderungen, die in großem Umfang durch die vorliegende Erfindung unterstützt werden. Die Erfindung dient sowohl zum Entdecken unerwarteter Probleme als auch zum Lösen der Probleme. Wo die verschiedenen Mischungen, die ein zusammengesetztes Gummierzeugnis bilden, in zweckmässiger weise miteinander verbunden sind, so daß eine zufriedenstellende optimale Vulkanisation vorhanden ist, kann die optimale Vulkanisation durch Untersuchung der verschiedenen Abschnitte in der beschriebenen Welse bestimmt werden.

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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch die in ein Rheometer eingebaute Kokillenvorrichtung mit einem im Prüfhohlraum angeordneten Rotor. Die untere Kokillenhälfte 6 ist zusammen mit der Wärmeisolierplatte 7 und der Stahlstützplatte 8 an der unteren Platte 9 mittels dreier Schrauben IO befestigt, von denen nur eine im i^uex-schnitt gezeigt ist, die durch das Loch 5 hindurchgeht. Die obere. Kokillenhälfte 11 ist zusammen mit

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den Wäriaeisolierplatten 12 und 13 und der Stahlstützplatte ±k an der oberen Platte 15 in ähnlicher Wei.se befestigt. Die untere Kokillenhülfte 6 und die obere ICokillenhälf te 11 berühren einander bei l6 und bilden den Koüllenhohlraum 17. Die Welle des Rotors 19 erstreckt sich durch das Loch 1 in der unteren Kokilleuhälfte 6 und wird mittels eines Futters 2Ö in der Torsionswelle 21 des Itheometers festgehalten. Der in einer Nut 2 liegende O-Iting 22 In der unteren Kokillenhälfte 6 d'ient zum Abdichten des Hohlraumes 17. Der Hohlraum 17 hat vorzugsweise eine solche Größe, daß die Gummiquerschnitte nicht größer als 2,5^ mm sind. Verhältnismassig dünne Querschnitte sind wünschenswert, um das thermische Gefälle möglichst gering zu halten, das aufgrund der geringen Wärmeübertragung im Gummi entsteht, aber auch Guminiquerschnitte bis zu 5 mm sind brauchbar. Ein Presskolben eines in Figur 5 dargestellten Luitzylinders 56 bringt die erforderliche Kraft auf, um den Druck auf den Kokillenhälften während der Versuche zu halten. Ringförmige Heizkörper 2k und 25 bringen Wärme heran, um die Temperaturen dei* Kokillenhälften zu erhöhen. Ein an der Wärmeisolierplatte 12 befestigter Schutzschirm 26, der sich nahe bis zu der unteren Platte 9 . e.rstreckt, schützt die Kokillen gegen den äusseren Luftzug, Ein Anschlußstück 27 für Luft dient dazu, um einen kühlendon Luftstrom innerhalb des Schutzschirmes 2b umlaufen zu lassen, wenn ein rasches Abkühlen wahrend der Abkühlzeit des *fenpei*a tur-Ze i tab laufe s erforderlich ist.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die untere Kokillenhälfte 6, wobei die Verminderung der Masse durch das Weglassen überschüssigen Metalls von der Kokille sichtbar wird. Die Flansche, durch welche die Schrauben 10 hindurchgreiien, halten die Kokille fest an Ort und Stelle, das dazwischenliegende Metall wurde jedoch weggelassen. Eine kleine Masse ist eine Vorbedingung, um die gewünschten und raschen und geregelten Tempera tür ander utig en zu erhalten. Das Loch 1 für die Rotorwelle und die in gestrichelten Linien durgesteilte, den 0-Miiig aufnehmende Nut 2 sind nur in der unteren Kokillenliälfte vorgesehen.

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jAViiäiilO ^;1A£ ORIGINAL

Ebenso in gestrichelten Linien dargestellt sind das Bohrloch für das Thermoelement zur Steuerung der Kokillenwärme, das Bohrloch 3' für das Probenthermoelement, das Bohrloch 3" für. ein Reservethermoelement und die Aussparung für die RiÄgheizung h. Drei Löcher 5 sind für das Einsetzen der Schrauben 10 vorgesehen. Die Wärnieisolierplatte 7 zwischen der Kokillenhälfte 6 und der "Platte 9 dient zur Verhinderung des Wärineverlustes aus der Kokille und trägt dazu bei, daß das Prüfmaterial im Prüfhohlraum 17 auf der geeigneten Temperatur gehalten wird, während es vom Rotor 19 einer Beanspruchung unterzogen wird. Der' O-Hing 22 dichtet den Hohlraum an. der öffnung für den Rotor ab. Das Bohrloch 3 für das Thermoelement liegt so nahe wie möglich an der Aussparung k für die Heizung, im ein rasches Ansprechen auf den Steuerstromlcreir·; zu erzielen. Die Tiefe der Aussparung k für die Heizung wird durch die Dicke des verwendeten Heizkörpers bestimmt. Die Aussparung kann weggelassen werden, wenn ein Plattenheizkörper verwendet wird. Die obere Kokillenhälfte ist gleich der unteren Kokillenhälfte mit Ausnahme dessen, daß das Loch 1 für die -Rotorwelle und die den O-Iting aufnehmende Xut 2 weggelassen wiu-den und die Bohrlöcher 3, 3' und 3" für die Thermoelemente neu orientiert sind.

.Figur 3 zeigt eine besondere Ausiührungsform der Erfindung in einem Blockdiagramm. Sie umfrest.das Aufzeichnen 28 auf einem Schreiber 29 (wahlweise) der .Temperatur als einer Funktion der Zeit, wie sie bei einem bestimmten Punkt 30 in einem Gummierzeugnis wührend der Vulkanisation gemessen wurde. Ein der Temperatur pi-oportionales Signal wird auf die Ströiunisciiungsregler 31 und 32 übertragen, die zur .Steuerung der Temperaturen der unteren Kokillenhälfte 6 und der oberen Kokillenhälfte 11 eines abgewandelten Monsanto-Vibrati onsscheiben-itheometers 33 dienen. Stromleitungen jjk verbinden die Temperaturregler 31 und yd mit den Heizkörpern in der untere; Kokillenhälfte 6 und der oberen K-oki] lenhälf te 11. Die von den in den beiden Kokillenhälften gelegenen Thermoeie:.,er/tön ausgehenden Leitungen 33 bringen das Temperatur-Selbstrcreltini^-Liirijf.l vol. jeder Kokillenhälitc zu den jeveils entspj tcac, uen Tenperaturregler, um den

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G ΟΑβ ." 8AD ORIGINAL

Steuerstromkreis zu schließen. Eine Gummiprobe wird zum Zwecke der Prüfung in den. Kokillenholilraum 1? eingelegt und der Hohlraum wird vom Preßkolbeii 23 mittels des Luftzylinders 36 geschlossen. Die Temperatur der Kokillen wird durch die Regler 3i und 32 verändert, um der Temperatur Rechnung zu tragen, die durch das Thermoelement' bei 3'0 des in der Gießform 37 vulkanisierten Erzeugnisses abgetastet wird. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird eine Aufzeichnung 28 der Temperatur als einer Funktion der Zeit vom Schreiber 29 angefertigt, der Schreiber ist jedoch liui* wahlweise vorhanden. Wenn ein Temperaturschreiber vorhanden ist, ist es klar, daß die Sollwerte für die Temperaturregler je nach Wunsch kontinuierlich durch den Temperaturschreiberanstatt direkt durch den Abtaster abgegeben werden können. Die relative Viskosität, die dein Drehmoment proportional ist, wird bei 3ü durch einen Deimiuigsmeifechreiber 39 unter Verwendung einer Dehnungsmeßbrücke 40 aufgezeichnet. Die DehnuiigGiaeoser sind an einem momenten Arm 41 befestigt, der au der Torßionsvelle 21 festgemacht ist und durch einen mit der ivelle des Motors 43 verbundenen Exzenter 42 in sinusförmige Schwingungen versetzt wird. Die Schwingung des Rotors kann eiije herkömmliche Frequenz, gewöhnlich in der Größenordnung von eiiser bis 1000 Schwingungen pro Minute haben.

Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Temperatur der Kokillen entsprechend einer früher aufgezeichneten Temperatur-Zeitbeziehung geregelt wird. Die Tempurtui· als eine Funktion der Zeit wird auf eine Steuerkarte einer Kurveaabtastvorrichtung 45 umgezeichnet. Die Sollwerte für die Temperaturregler 3i und 32 für die obere und untere Kokillenhälfte werden kontinuierlich durch die Kurvenabtastvorrichtung .43 geliefert. Der restliche Teil der Vorrichtung kann genauso wie in Figur 3 beschrieben bleiben. Bei einer besonderen und bestimmtes) üetriebsart- v/ird die Tempex-atur-Zeitbeziehung eines Abschnittes eines Gunimierzeugnis-ses wahrend der Vulkanisation

Modell

in eine Kurvenabtastvorrichtung (Research, Inc./5300) eingegeben, die zwei ütrommischuugsregler (lie search ,Inc. Modell MPItY) für die Kokillen eines abgewandelten Monsanto-Vibrations-

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scheiben-Ilheonieter antreibt, der im Boden einer jeden Kokille ' 250-Watt Heizkörper aufweist.

Figur 5 ist eine graphische Darstellung des Temperatur-Zeitverlaufes mit Werten, die während einer Vulkanisationsprüfung an Lastwagenreifen erzielt wurden, die 18,7 Minuten lang vulkanisiert und ansehliessend aufgeblasen wurden. Die Stellen, an denen die verwendeten Thermoelemente zur Erzielung der Werte angebracht wurden, waren wie folgt j I außen oben; 2 innen zwischen Sctilauch und Karkassenschulter; 3 oben, Innenschulter zwischen Lauffläche und Karkasse; i außen unten. Die Innentemperatur betrug 202⁰C und die Außentemperatur betrug 17i C,

Figur 6 zeigt eine ähnliehe graphische Darstellung, die während einer Vulkanisationsprüfüng bei einem PKW-lleif en erzielt wurde, der 18 Minuten lang vulkanisiert und anschliessend aufgeblasen wurde. Die Lagen der Thermoelemente in und um den Reifen waren wie folgt: 1 außen oben; 2 innen zwischen Schlauch und Karkassenschulter1 3 oben, zwischen der vierten Einlage und der Schulter; 4 in der Mitte oben in der Seitenwand zwischen Schlauch und erster Einlage; 5 Mitte oben in der Seitenwand zwischen vierter Einlage und Gießform.. Die Inneiitemperatur betrug 202⁰C und die Außentemperatur lag bei 171⁰C.

Figur 7 ist eine Darstellung experimentell erzielter Werte unter Anwendung deb in Figur 4 beschriebenen erfindungsgemäßen-Verfahrens und der Temperatur-Zeitwerte, wie sie in Kurve 3 der Figur 6 gezeigt sind. Die Temperatur-Zeitwerte wurden auf die Steuerkarte 44 für die Kurvenabtastvorrichtung 45 umgeschrieben. Man sollte annehmen, daß diese besondere Temperaturzeit-i aufzeichnung für die Laufflächenmischung nahe an den Gewebeeinlagen ebenso geeignet ist wie für die Skiimuisehung auf den Gewebeeinlagen. Die ilheometerwerte für beide Mischungen sind in Figur 7 gezeigt. Die Einwirkung der Temperatur auf die Viskosität der Mischungen wird deutlich durch die Abnahme der Viskosität, während die Temperatur während des Versuches vor

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dem Anbrennpunkt der Mischung ansteigt. Die beiden verschiedenen Mischungen zeigen vollkommen unterschiedliche Vulkanisationswerte, wobei die Laufflächenmischung ihren größeren Teil während der Abkühlzeit des VulkanisationVorganges ausvulkanisiert, der begann, als die Presse geöffnet wurde. Eine Aufzeichnung der tatsächlichen Frobenteniperatur wird durch die Kurve T in Figur 7 gezeigt. Die Punkte D stellen die Punkte der Temperatur-Zeitkurve dar, die autf der Steuerkarte hk auf der Kurvenabtastvorrichtung ko eingetragen waren. Dies soll zeigen, daß die Vorrichtung in der Lage ist, dem gewünschten Temperaturverlauf zu folgen.

Figur 8 zeigt eine Darstellung der Rheometerwerte für die gleiche Laufflächen- und Skimiuischung, die erzielt wurden, als die gleiche Kokillenanordnung und der gleiche Rotor unter isothermen Bedingungen betrieben wurden. Diese bei einer Temperatur von 1^9⁰C erzielten Werte sollen zum Vergleich mit den Werten in Figur 7 die Schwierigkeit aufzeigen, die man beim Auswerten von isothermen Daten und bei deren praktischer Anwendung erfahren hat. Einfache Temperatur-Zeitdurchselmitte gelten nicht für chemische Reaktionswerte, welohe Exponentialfunktionen der Temperatur ,folgen.

Das Material zur Herstellung der Kokillen sollfe eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. So ist es vorteilhaft, daß die Kokillenteile, die in direktem Kontakt mit dem Gummi und der Heizung stehen, aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geringem Wärmevermögen, wie beispielsweise aus Aluminium hergestellt werden. Es ist tunlieh, die Kokillen vollständig aus Aluminium herzustollen. Der Kokillenhohlraum kann in herkömmlicher Weise einen Durchmesser von etwa ^O ram und eine Höhe von etwa 3,5 nun haben. Die■ Gunimiabschnitte bzw. die Gummiquerschnitte, auf die im Vorstehenden Bezug genommen wurde, sind, soweit ein Rotor vorhanden ist, die ^uersehnitte zwischen der Obex"- und Unterseite des Uotorumfanges einerseits und den Koki-llenoborflachen andererseits, Bei Verwendung eiix-s lakonischen Rotors wird der Gummi iii der Mitte dünner sein als

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an seinem Umfang. Die Gummiquerschnitte zwischen dem Umfang des Rotors und den wänden der· Kokillen sind natürlich etwas dicker, aber die Dicke wird teilweise dadurch ausgeglichen, daß die Querschnitte nahe an der Innenseite des Hohlraumes sind und Wärme von den Seitenwänden wie auch von den Oberflächen der oberen und unteren Kokille zugeführt bekommen. Es ist' zweckmässig, auch den Rotor zu heizen, aber der Rotor kann auch aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Titan hergestellt sein.

Das bevorzugte Verfahren zum Messen der Viskosität besteht darin, dai3 die Kraft bestimmt wird, mit der das Probestück der Scherkraft der Drehschwingung in einem vorstehend beschriebenen abgewandelten Monsanto-Vibrationsscheibeii-Rheoraeter ausgesetzt wird. Die Viskosität ist eine Punktion der Kraft, die erforderlich ist, um den Rotor in Schwingung zu versetzen. Es stehen auch an,dere Vorrichtungen zum Messen der relativen Viskosität durch eine Kraft zur Verfügung, mit der das Probestück einer Vibrationsscherkraft ausgesetzt wird. Einige von diesen Vorrichtungen haben keinen Rotor, sie können jedoch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Darüberhinaus können die Einrichtungen zur Bestimmung der relativen Viskooität des Gunimiprobestückps variieren und sie müssen nicht notwendigerweise darauf abgestellt sein, daß das Probestück einer Vibrationsscherkraft ausgesetzt wird.. Irgendeine der Vorrichtungen zum kontinuierlichen-Messen der Viskosität eines Gummis während der Vulkanisation kann zum Prüfen des Gummis nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sein. Verschiedene Einrichtungen zum kontinuierlichen Messen der Viskosität eines Gummis wahrend der Vulkanisation sind bekannt. Einige von ihnen sind in dem Werk "Continuous Measurement of the Cure Rate of Rubber·¹',"-veröffentlicht von "American Society for Testing and Materials", I965 beschrieben. Der Agfa-Vulcometer, der JSR Curelas tomer, der trallacc-Shawberry-Curometer, üepar, der ViUrationsscheibeii-Rheometer und der Viskuronieter sind Lei-spiele fiir" Geräte, die für tue Einwendung der Erfindung

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- 13 geeignet sind.

Die Erfindung schafft eine wirkungsvolle Einrichtung zur Bestimmung der Vulkanisationszeit unter veränderlichen Temperaturbedingungen. Sie vermeidet die Notwendigkeit einer umständlichen, zeitraubenden und ungenauen Bestimmung einer gleichwertigen Vulkanisation. Die ge-gpiwrrtige Praxis zur Bestimnmng des Vulkanisationsgrades eines Abschnittes eines dicken GummierZeugnisses verlangt das Messen der -Temperatur dieses Abschnittes des Erzeugnisses während des Vulkaiüsatioiisvorganges, um den Temperatur-Zeitverlaui' des Gummis zu bestimmen. Der theoretische Vulkanisctioiisgrad zusammen v.±t der Zeit für derartig varible Bedingungen kann vorausgesagt werden, indem der Temperaturkoeffizient der Vulkanisation verwendet wird, wie er aus den isothernen Vulkanisationsworten errechnet wurde, die für die gleiche Verbindung erzielt wurden. Siehe Glaxton and Liska, itubber Age, 95 (1964t). Eine verwickelte mathematische Behandlung ist erforderlich, um die .Ar rheiilusgl ei ellung nach der Zeit integrieren su können, welche den itoaktionswert als eine Funktion der Temperatur ausdruckt. Eine besondere Gerateanordnung wurde dargelegt und aufgezeigt, die sich dieser Technik bedient, bei der die Temperatur-Koeffizienten mit den integrierten Temperatur-Zeitmessungen verbunden sind, um den Vulkanisationsgrad direkt aus dem ivi de rs t and s thermometer für die Temperaturine ssungeii ablesen zu können. Siehe Kiiauerhase und Kupske, in "Kautschuk und-Gummi", 17 129 (196(1-).. Die geschätzten Integrale, die man in dieser V/eise erhält, sind im wesentlichen ein M&ß für die gesamte, in das System hineingesteckte Energie. Vorzugsweise wird die Computertechnik zur Berechnung der Zeit angewandt, dio unter den veränderlichen Bedingungen erforderlich ist, um einen gewünschten Vulkanisationsgrad zu erzielen. Der tatsächliche gewünschte Vulkaiiisationsgrad muß im Verhältnis zu anderen gewünschten physikalischen Eigenschaften vorherbestimmt wer-* den. Die Vulkanisationszeit, die aus einer derartigen mathematischen Behandlung bestimmt wurde, muß für ausreichende Vulcanisation sorget., um "au verhindern," daß das Erzeugnis aufquillt, wenn eu aus der i'Oria entfernt wird. Im allgemeinen wird noch

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eine Sicherheitszeitzuschlag gegeben, um das langsame Ausvulkanisieren aufgrund der Verbindung und der Temperaturänderungen und der Ungenauigkeit in den Berechnungen auszugleichen. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt von der G-Ultigkeit der Annahmen, die in den Berechnungsmethoden getroffen wurden, und von der Verlässlichkeit der verwendeten isothermen Vulkanisationswerte ab. Das im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Gerät benutzte die Werte, die aus Temperaturmessungen durch Thermoelemente erzielt wurden, um die Probentemperatur zu verändern, während direkte Messungen des Vulkanisationsgrades des Probestückes als einer Punktion der Zeit vorgenommen wurden. Keine komplizierten mathematischen Berechnungen oder zusätzliche isotherme Vulkanisationswerte sind erforderlich, um den Vulkanisationsgrad unter veränderlichen Temperatur-Zeitbedingungen zu erhalten. Nach der vorliegenden Erfindung kann die Zeit direkt aus der Vulkanisationskurve abgelesen werden.

Alle Abänderungen und Abwandlungen der in der Erfindung zum Zwecke der Erläuterung gewählten Beispiele, die innerhalb des Erfindungsgedankbiis liegen, sollen durch die Erfindung erfasst sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Prüfen von Gummi, dadurch gekennzeichnet, daß~die Temperatur als eine Funktion der Zeit eines ^uerschnittes eines Gummi erzeugiiiss es während der Vulkanisation dos Erzeugnisses bestimmt wird und eine Gummiprobe einer ähnlichen Temperatur-Zeitbeziehung untei'worfen wird, während eine Eigenschaft gemessen wird, die eine Funktion der Temperatur-Zeitbeziehung ■. ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Eigenschaft die relative Viskosität des Gummis ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Probe ähnlich der des Querschnittes des Gummierzeugnissp.s ist,

h. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatiir als eine Funktion der Zeit vorherbestimmt wird und eine ι Gummiprobe anschliessend einer vorherbestimmten Tempera tur-Zeitkurve unterworfen wird.

5» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Viskosität durch das Messen der Kraft bestimmt wird, mit der die Probe einer Yibratioiisscherung ausgesetzt wird. ·

ό. Verfahren nach Anspruch d, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Viskosität durch das Hessen der Kraft bestimmt wird, mit der die Probe einer drehenden Vibrationsscheruug unter Druck ausgesetzt wird.

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^-7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gumiiiiquerschu.it te nicht größer als etwa 2,5 nun sind.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen als eine Funktion der Zeit für eine Vielzahl von Querschnitten eines Gummierzeugnisses bestimmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vulkanisationsbedingungen für das Erzeugnis aufgrund des Prüfens der Querschnitte der Proben ausgewählt werden,

10, Vorrichtung zum Prüfen von Gummi gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Bestimmen der Temperatur als einer Punktion der Zeit für einen Querschnitt eines Gummierzeugnisses während der Vulkanisation des Erzeugnisses und durch Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur eines Vulkanisationsnieters, um der Temperatur-Zeitbeziehung zu folgen.

11, Vorrichtung zum Prüfen von Gummi gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungseinrichtung der Teraperatur-Zeitbeziehung eines Querschnittes eines Gumraierzeugnisses während der Vulkanisation, durch Einrichtungen zum Abtasten der Temperatur-Zeitbeziehung und durch Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur eines Vulkanisationsnieters, um der Temperatur-Zeitbeziehung zu folgen.

12. Vorrichtung mit einem Vulkanisationsmeter zum Prüfen eines Elastomeren gekennzeichnet durch zwei voneinander trennbare und eine Druckkammer einschliessende Kokillenhälften, durch einen in der Kammer vibrierenden liotor, durch Einrichtungen zum Messen der Kraft, die für das Vibrieren des Rotors erforderlich ist, durch Einrichtungen zum Abtasten der Temperatur als einer Funktion der Zeit eines Querschnittes eines Elastomer-Erzeugnisses während der Vulkanisation durch Einrichtungen zum Steuern der Temperatur der Kokillen, die verhältnicmässig dünne Prüfquerschnitte abgenzen, um der Temperatür-Zeitbejziehwtig

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zu folgen, wobei die Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur der Kokillen Heizelemente aufweisen, die mit den Metallkokillen in direkter Berührung stehen.

13. Metallkokillensystem zum Prüfen eines Elastomeren dadurch gekennzeichnet, daß das Kokillensystem aus zwei thermisch gegen die Tragkonstruktion isolierte Kokillenteile Des teilt, an denen direkt je eine Heizvorrichtung angebracht ist, und die Kokillenteile und die Heizvorrichtungen eine minimale Masse aufweisen, die Kokillenteile einen verhältnismassig dünnen Druckhohlraum für die Guimaiprüfung bilden und die Kokillenabschnitte, die in Berührung mit dem Gummi und der Heizvorrichtung stehen, aus einem Material mit hoher iiTärmeleitfähigkeit hergestellt sind und jeder Kokillenabsclmitt mit Einrichtungen versehen ist, um die Temperatur rasch und gleichförmig durch eine eindeutige Temperatur-Zeitcharakteristik der Vulkanisation eines Querschnittes eines Gummierzeugnisses zu verändern.

14. Metallkokillensystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Kurvenabtastvorrichtung aufweist, die einer vorherbestimmten Temperatur-Zeitcharakteristik der Vulkanisation eines Querschnittes eines Gummierzeugnisses folgt, und die Einrichtung Temperaturregler für die Kokillen . zum Aufrechterhalten der Temperatur der Kokillen entsprechend der Teinperatur-Zeitbeziehung umfasst.

15. Metallkokillensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dafl die Einrichtung einen Temperäturabtaster aufweist, der die Temperatur des Querschnittes eines Gummierzeugnisses xiährend der Vulkanisation abtastet, und die Einrichtung Temperaturregler für die Kokillen umfasst, die durch den Abtaster znia Aufrechterhalten der Temperatur der Kokillen entsprechend der Temperatur-Zeitbezieliung des Querschnittes entspricht. ^;

1(5. Metallkokillensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Aluminium ist»

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17» Metallkokillensystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenhohlraum einen Rotor enthält und der Eotor und die Kokillen Querschnitte für Gummiproben schaffen, die nicht dicker als etwa 2,5 mm sind.

18. Metallkokillensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist»

19. Metallkokillensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Titanverbindüng ist.

20. Metallkokillensystem nach Anspruch 13| dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß für- Luft und ein Schutzschirm vorgesehen sind, um einen Kiihlluftstrom um die Kokillen zu leiten*

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