DE19831122B4 - Anordnung und Verfahren zur Verarbeitung von Silikonkautschuk - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Herstellung von Formteilen (30) aus einer bei erhöhter Temperatur aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischung aus mindestens zwei Komponenten (A, B), mit getrennten Vorratsbehältern und Fördereinrichtungen (10', 10'') für die Komponenten (A, B), einem Mischer (15, 16) und einer Einrichtung (18) zur Füllung einer Form (20), dadurch gekennzeichnet, daß im Förderweg mindestens einer Komponente vor dem Mischer (15, 16) eine Vorwärmzone (12', 12'') angeordnet ist und die Anordnung (10', 10'', 12', 12'', 15, 16, 18, 20) kontinuierlich zur Füllung der Form (20) betreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einer bei erhöhter Temperatur aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischunge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
  • Silikonkautschuke werden seit Jahrzehnten in verschiedenen Verfahrenstechniken verarbeitet (Gießen, Pressen, Spritzgießen). Spezielle Silikonkautschuke für Isolieranwendungen in der Elektrotechnik (insbesondere Hochspannungstechnik) werden als raumtemperaturhärtende Systeme in Formen vergossen (Gießtechnik).
  • Mit der Einführung von bei erhöhter Temperatur aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischungen (LSR) wurde die Anwendung von Spritzgießmaschinen ermöglicht, durch die die kalte Reaktionsmasse dosiert und die dosierte Menge in einem Schuß in die beheizte Form gespritzt wird. Typische Vulkanisationstemperaturen liegen im Bereich 120 bis 180°C, es stehen jedoch auch Silikone zur Verfügung mit Vulkanisationstemperaturen über 200°C. Mit den bekannten Techniken der Spritzgießmaschine werden die sich bildenden Forminnendrücke geregelt und benötigte Zuhaltekräfte aufgebracht. Diese Prozeßtechnik ist für relativ kleine Formteile in großer Serie wirtschaftlich. Für großvolumige Formteile in relativ kleiner Serie werden die benötigten Maschinen aufgrund der proportional zur Querschnittsfläche des Formteils wachsenden Zuhaltekräfte unwirtschaftlich. Die für diesen Prozeß typischen Werkzeuginnendrücke können 150 bar oder mehr erreichen.
  • Es ist schon ein Verfahren bekannt, wobei anstelle einer Spritzgießmaschine die kalten Komponenten getrennt in großvolumigen Zylindern dosiert werden, die dann die Füllung der beheizten Kavität mit dosiertem Schußvolumen übernehmen (K. Kurda "Neue Verarbeitungstechnik zur Herstellung von großvolumigen HS-Garnituren aus LSR" in Elektrizitätswirtschaft 97, 1998, Heft 7). Zur Behenschung der sich aufgrund thermischer Expansion bildenden hohen Forminnendrücke werden zusätzliche hydraulische oder mechanische Schließ- bzw. Zuhaltemechanismen benötigt. Die Zeit für die Vulkanisation ist besonders lang, da bei großvolumigen Teilen ein langsamer Temperaturausgleich des kalten Materialvolumens durch die Wärmezufuhr von den beheizten oder temperierten Kavitätswänden stattfindet. Bei den genannten Verfahren betragen die Temperaturdifferenzen zwischen Vulkanisationstemperatur und Ausgangstemperatur zum Teil 100 K und mehr.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, Anordnung und Verfahren zur Verbesserung und Beschleunigung der Verarbeitung von bei erhöhter Temperatur aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischungen für die Fertigung vorzugsweise großvolumiger Teile anzugeben.
  • Die Lösung der Aufgabe findet sich in den beiden nebengeordneten Patentansprüchen. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die wesentlichen Elemente (Module) der Anordnung sind: getrennte Vorratsbehälter und Fördereinrichtungen für die Komponenten der Silikonkautschuk-Mischung, mindestens eine dem Mischer vorgeordnete Vorwärmzone, wobei Fördereinrichtungen, Vorwärmeinrichtungen und Mischer kontinuierlich zur Füllung einer auf Vulkanisationstemperatur befindlichen Form betreibbar sind. Die Vorerwärmung liefert ein Silikon-Gemisch, dessen Temperatur bei Eintritt in die Form möglichst der Vulkanisationstemperatur entspricht. Je nach Materialmenge, Vulkanisationsdauer und/oder Dauer des Temperaturausgleichs zwischen der Form und der Formmasse kann die Vorwärmtemperatur unterhalb oder auch oberhalb der Vulkanisationstemperaturen liegen. Je nach Anlagenbetrieb können Temperaturdifferenzen von bis zu ± 40 K auftreten. Als Werkstoffe kommen alle handelsüblichen Silikonkautschuke, insbesondere LSR-Produkte infrage.
  • Da das Silikon-Gemisch mit einer Temperatur möglichst nahe der Vulkanisationstemperatur in die Form eintritt, bleibt der Forminnendruck wegen der noch verbleibenden geringen Temperaturänderung klein. Daher kann die Form durch einfachste Hilfsmittel wie Verschraubungen oder Spannvorrichtungen verschlossen werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung und das zugeordnete Verfahren sind vorzugsweise so angelegt, daß durch geeignete Fördereinrichtungen mit zugeordneter Vorwärmzone, Mischen und Füllen einer Form kontinuierlich erfolgen kann. Man kann ohne Vordosierung des Füllvolumens auskommen.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mit der Vorerwärmung auch die Vulkanisationszeit reduziert ist.
  • Die Vorwärmzone sollte so eingerichtet sein, daß der Wärmeübergang und die Verweildauer optimiert ist. Vorzugsweise erfolgt die Vorwärmung und Temperatureinstellung über Wärmeleitung und Konvektion durch elektrisch beheizte oder mit Wärmeträgeröl temperierte Wandungen, wobei die thermische Homogenität im Massestrom der Einzelkomponenten (A, B) und/ oder des Silikon-Gemisches durch geeignete Verwirbelungs- oder Mischelemente hergestellt wird.
  • Die Erfindung hat noch weitere bevorzugte Ausgestaltungen:
    In der Vorwärmzone ist ein Temperaturgradient einstellbar, so daß je nach Betriebsart zum Ausgang hin die Temperatur entweder zunimmt oder auch abnimmt. Die Vorwännzone kann jedoch auch auf mehrere Bereiche mit unterschiedlichen, jedoch konstanten Temperaturen eingestellt werden. Eine Kombination der genannten Temperaturprofile ist selbstverständlich ebenfalls möglich. Weiterhin kann eine Temperierung des Mischers vorgenommen werden, so daß sich die Vorwärmzone bis zum Mischer erstreckt.
  • Zur Beschleunigung der Erwärmung der Komponenten kann ein Modul in der Vorwärmzone noch Elemente zur Materialverwirbelung enthalten.
  • Weiterhin kann durch Einstellung der Masseströme die Anordnung so betrieben werden, daß das Füllvolumen nicht vordosiert werden muß.
  • Die Einzelkomponenten können nach Austritt aus den Vorwärmzonen durch eine nachgeordnete Umschalteinheit wahlweise in die Vorratsbehälter zurückgeführt werden (Rezirkulationsbetrieb).
  • Über die Fördereinrichtungen sollte auch der Druck in der Form kontrollierbar sein, entweder zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Wertes oder auch zur zusätzlichen Druckerhöhung nach der Füllung über kurze Zeit.
  • Im Massestrom zur Form kann eine Schließeinrichtung vorhanden sein, mit der die Form dicht verschlossen werden kann. Die gefüllte Form soll vorzugsweise auch von der Anordnung abtrennbar und entfernbar sein. Damit können mehrere Formen nacheinander gefüllt werden, ohne die Zeit für Vulkanisation und Entformung abwarten zu müssen.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Herstellung eines Formteils 30 (beispielsweise einer Muffe für ein elektrisches Kabel) wird in der einzigen Figur dargestellt. Die Figur zeigt den Fluß zweier Silikon-Komponenten A und B aus nicht dargestellten Vorratsbehältern über Fördereinrichtungen (Dosierzylinder und Pumpen) 10', 10'' durch je eine Vorwärmzone 12', 12''. Die Vorwärmzonen bestehen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei Bereichen 12.1', 12,2', 12.1'', 12,2'', die auf zwei unterschiedliche Temperaturen (Tv) eingestellt sein können. In der Vorwärmzone 12' sind Mischelemente 13 angedeutet, die den Weg der Komponente A umlenken, so daß eine verbesserte Durchmischung und Vergleichmäßigung der Temperatur stattfindet. Dadurch läßt sich auch eine kurze Baulänge erreichen.
  • Mit einer Umschalteinheit 29', 29'' können die Komponenten entweder zum Mischerblock (bestehend aus Mischerkopf 15 und statischem Mischer 16) oder wahlweise zu den Vorratsbehältern zurückgeleitet werden. Im Mischerblock können nach Bedarf auch weitere Additive C oder D (Farben, Leitfähigkeit erhöhende Komponenten) eingeleitet werden. Der Mischerkopf hat ein Auslaßventil 17 zur Fülleinrichtung 18 (Spritzanschluß). Die auf Vulkanisationstemperatur To erhitzte Form 20 ist vom Spritzanschluß 18 trennbar. Die Form 20 hat eine Verschließeinheit 19 (Kugelhahn). An der Form 20 sind mit den Bezugszeichen 22', 22'' Verschluß- oder Druckelemente angedeutet, die die Form 20 unter Druck halten. Als typische Materialflußgröße kann bei der Anordnung mit einer Füllgeschwindigkeit von bis zu 10 l/min gerechnet werden.

Claims (13)

  1. Anordnung zur Herstellung von Formteilen (30) aus einer bei erhöhter Temperatur aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischung aus mindestens zwei Komponenten (A, B), mit getrennten Vorratsbehältern und Fördereinrichtungen (10', 10'') für die Komponenten (A, B), einem Mischer (15, 16) und einer Einrichtung (18) zur Füllung einer Form (20), dadurch gekennzeichnet, daß im Förderweg mindestens einer Komponente vor dem Mischer (15, 16) eine Vorwärmzone (12', 12'') angeordnet ist und die Anordnung (10', 10'', 12', 12'', 15, 16, 18, 20) kontinuierlich zur Füllung der Form (20) betreibbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmzone (12', 12'') auf Vulkanisationstemperatur (To) ausgelegt ist.
  3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmzone (12', 12'') aus mindestens zwei Bereichen (12.1', 12,2', 12.1'', 12,2'') mit unterschiedlichen Temperaturen besteht.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Bereich der Vorwärmzone (12', 12'') ein Temperaturgradient einstellbar ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (15) temperiert ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Vorwärmzone (12', 12'') Elemente zur Materialverwirbelung (13) enthält.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmzone (12', 12'') eine Umschalteinheit (29', 29'') nachgeordnet ist, mit denen die Einzelkomponenten (A, B) in Vorratsbehälter zurückführbar sind.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Fördereinrichtung (10', 10'') Druck in der Form (20) aufgebracht werden kann.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderweg zwischen Mischer (16) und Form (20) verschließbar ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (20) von der Anordnung (10', 12', 15, 16) trennbar ist.
  11. Verfahren zur Herstellung von Formteilen (30) aus einer bei erhöhter Temperatur (To) aushärtbaren Silikonkautschuk-Mischung aus mindestens zwei Komponenten (A, B) wobei die Komponenten (A, B) aus Vorratsbehältern getrennt angeliefert und gefördert werden und die Komponenten (A, B) vermischt und in eine mit Vulkanisationstemperatur (To) temperierten Form (20) gegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente (A, B) vor dem Mischen mit einer anderen Komponente (A, B) auf eine Temperatur (Tv) in der Nähe der Vulkanisationstemperatur (To) vorgewärmt wird und daß die Abläufe Fördern, Vorwärmen und Mischen kontinuierlich erfolgen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten (A, B) vor dem Mischen auf Vulkanisationstemperatur (To) erwärmt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllvolumen der Einzelkomponenten vordosiert wird.
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