DE19904808C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Adhäsionseffekten an Produktionswerkzeugen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Adhäsionseffekte, insbesondere an Gummi- oder Kunststoffprodukten, an Arbeitsrauminnenflächen von Produktionswerkzeugen, bei dem ein Prüfkörper (1) mit einer der Arbeitsrauminnenfläche des Werkzeugs entsprechenden Oberfläche (8) und einem vorzugsweise zentrischen Durchlaß (3) erstellt wird, dessen Oberfläche (8) mit dem Material (2) des herzustellenden Produktes in Kontakt gebracht wird und daß sodann über den Durchlaß (3) gesteuert ein Fluid zugeführt wird bis zur teilweisen oder vollständigen Ablösung des Materials (2) von der Oberfläche (8) des Prüfkörpers (1) und daß der zeitliche Fluiddruckverlauf oder eine diesem proportionale Meßgröße gemessen wird und als Charakterisierung der Adhäsionseffekte dient.

Description

Technisches Gebiet

Ein Problembereich bei Werkzeugen für die Gummi- und Kunststoffindustrie ist die Füllung, Entformung und Verschmutzung des Werkzeugs im Verlauf des Produktionsprozesses. Dieser Problemkreis hängt eng mit der grundsätzlichen Eignung der Oberflächenstruktur der Innenflächen der Werkzeuge zusammen. Es wird deshalb versucht die Eignung von Oberflächeneigenschaften bestimmen zu können bevor das Werkzeug zum Einsatz gelangt.

Stand der Technik

Eine der möglichen Methoden zur Feststellung der Oberflächeneigenschaften eines Werkzeugs besteht in der Randwinkelmessung im Tropfenversuch. Hier wird auf die zu messende Oberfläche ein Flüssigkeitstropfen aufgebracht und über den Randwinkel des Tropfens die Adhäsionsneigung der Oberfläche berechnet.

Eine andere Meßmethode sieht vor, eine zu prüfende Oberfläche mit dem einzusetzenden Gummi oder Kunststoff in Kontakt zu bringen und dann die beiden Teile in einer entsprechenden Vorrichtung auseinander zu ziehen. Auch bei diesem Verfahren werden nur indirekt mit den Produktionsverhältnissen vergleichbare Aussagen erreicht. Eine zuverlässige Übertragbarkeit auf die tatsächlichen Produktionsverhältnisse ist nur bedingt möglich.

Durch die SU 18 09 370 A1 in der STN-Datenbank WPIDS ist auch ein Verfahren zur Bestimmung der Adhäsionskraft von Beschichtungen auf einem Basiskörper bekannt geworden, bei dem ein Testmaterial auf den Basiskörper aufgebracht wird und die Kraft zur Ablösung des Testmaterials gemessen wird. Die Ablösung des Testmaterials erfolgt über einen konischen Stift, der in einen konischen Durchlaß des Basiskörpers eingedrückt wird. Mit diesem Verfahren können nur geringe Ablösungen gemessen werden, da die geometrischen Abmessungen von Durchlaß und Stift nur eine sehr begrenzte Bewegung des Stiftes zulassen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein möglichst einfaches Verfahren zur Bestimmung der Adhäsionseffekte, insbesondere von Gummi- oder Kunststoffprodukten an Arbeitsflächen, vorzugsweise an Arbeitsrauminnenflächen von Produktionswerkzeugen zu erstellen, das unter möglichst produktionsnahen Bedingungen durchführbar ist und somit eine zuverlässige Aussage ergibt. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung wieder. Dabei wird auch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und der dazugehörige Prüfkörper behandelt. Unter Arbeitsrauminnenflächen werden alle Flächen verstanden, die mit dem Material des herzustellenden Produktes in Kontakt kommen, z. B. auch die Innenflächen der im Werkzeug vorkommenden Verteilerkanäle und dergleichen. Darüber hinaus können auch Walzenflächen oder Flächen von Knetern mit dem Verfahren hinsichtlich ihrer Adhäsionseffekte untersucht werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Prüfkörper mit einer der Arbeitsfläche des Werkzeugs entsprechenden Oberfläche und einem vorzugsweise zentrischen Durchlaß erstellt. Auf diesen Prüfkörper, dessen Oberfläche geprüft werden soll, wird ein entsprechendes Gummi- oder Kunststoffmaterial aufgebracht, dessen Zusammensetzung dem in der Produktion einzusetzenden Material entspricht. Der Durchlaß des Prüfkörpers wird bevorzugt mit einer Drucklufteinrichtung verbunden, und es wird gesteuert Druckluft zugeführt bis zur teilweisen oder vollständigen Ablösung des Gummi- oder Kunststoffmaterials von der Oberfläche des Prüflings. Gleichzeitig wird der zeitliche Druckverlauf gemessen und aufgezeichnet. Dieser Druckverlauf wird dann als Charakterisierung der Adhäsionseffekte benutzt. In Versuchen hat sich gezeigt, daß die Druckverlaufkurve in sehr charakteristischer Weise eine Aussage über die Oberfläche des Prüfkörpers und dessen Eignung für die Herstellung von Produkten aus den vorgesehenen Gummi oder Kunststoffen. Anstelle von Druckluft kann auch jedes andere geeignete Fluid eingesetzt werden.

Das Aufbringen des Gummi- oder Kunststoffmaterials auf die Prüfkörperoberfläche wird unter produktionsnahen Bedingungen, beispielsweise durch Vulkanisation durchgeführt.

Die Fluidzufuhr zum Prüfkörper wird bevorzugt über einen definierten Volumenstrom oder über einen vorgegebenen Druckanstieg gesteuert. Weiter ist es günstig, wenn der Prüfkörper selbst für die Dauer des Prüfvorgangs produktionsnahen Bedingungen insbesondere von Temperatur und Druck unterworfen wird.

Außerdem wird dem Prüfmaterial bevorzugt eine definierte geometrische Form, vorzugsweise die einer Kreisscheibe vorgegeben. Hierfür kann der äußere Rand des Prüfkörpers mit einem Blechring abgedeckt sein, dessen Abmessungen, wie Durchmesser und Stärke, die geometrische Form des aufzubringenden Materials bestimmen.

Um zu verhindern, daß während des Aufbringens des Prüfmaterials Material in den Durchlaß eintritt, wird die Austrittsöffnung des Durchlasses mit einem Verschlußdeckel abgedeckt. Dieser Verschlußdeckel kann gleichzeitig dazu dienen, daß er eine gleichmäßige Verteilung des austretenden Fluids ergibt, indem er die Austrittsöffnung seitlich überragt.

Damit das Prüfergebnis durch das vorangehende Öffnen der Werkzeugform nach dem Aufbringen des Materials nicht verfälscht wird, kann auf der Stempelunterseite des Werkzeugs während des Aufbringungsvorgangs ein Trennblech oder eine Trennfolie vorgesehen sein.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Aufnahmegerät für den Prüfkörper, einer damit verbundenen Fluidzufuhr und ein Druckaufzeichnungsgerät. Es ist günstig, wenn das Aufnahmegerät als Stempelpresse für das Aufbringen des Materials im Vulkanisiervorgang ausgebildet ist. Es können dann sehr produktionsnahe Prozeßbedingungen, wie Temperatur und Druck, bei der Aufbringung des Materials erzeugt werden.

Um den Prüfkörper sicher in dem Aufnahmegerät zu halten, ist zentral im Aufnahmegerät eine Schraubverbindung vorgesehen. Diese Schraubverbindung verbindet das Unterteil des Prüfkörpers mit dem Aufnahmegerät und ist selbst mit einer Fluidzufuhröffnung versehen.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Prüfkörper hergestellt, aus einem dem Produktionswerkzeug entsprechenden Material. Seine geometrische Form ist die eines scheibenförmigen Basisblocks mit einem zentrischen Durchlaß. Die Oberseite dieses Basisblocks ist die zu prüfende Oberfläche, welche exakt der Arbeitsrauminnenfläche des Werkzeugs entspricht.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der für die Durchführung des Verfahrens wesentlichen Teile,

Fig. 2 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 3 eine Stempelpresse, die als Prüfgerät einsetzbar ist und

Fig. 4 ein Aufnahmegerät mit Prüfkörper.

Ausführung der Erfindung

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird das Verfahren mit Druckluft durchgeführt. Anstelle der Druckluft kann aber auch ein anderes geeignetes Fluid eingesetzt werden.

Die Fig. 1 zeigt den Prüfkörper 1 mit dem darauf aufgebrachten Material 2. Der Prüfkörper 1 ist mit einem zentrischen Luftdurchlaß 3 versehen. An den Luftdurchlaß 3 ist eine nicht näher dargestellte Luftdruckquelle über das Rohr 4 angeschlossen. Ein weiterer Rohranschluß 5 verbindet den Luftdurchlaß 3 mit dem Luftdruckmeßgerät 6, das seinerseits mit einem Luftdruckaufzeichnungsgerät 7 verbunden ist. Im Beispiel ist das Luftdruckaufzeichnungsgerät 7 ein entsprechender Rechner, der den Luftdruck über die Zeit als Kurve wiedergibt.

Auf der Zeichnung ist der Beginn der Prüfphase eingezeichnet, und ein Teil des Materialbelags 2 ist bereits durch die Druckluft von der Oberfläche 8 des Prüfkörpers 1 abgelöst. Dieses ist durch die Pfeile unterhalb des Belags 2 angedeutet.

In der Fig. 2 ist der Aufbau der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Prinzip dargestellt. Die Vorrichtung setzt sich aus der Stempelpresse 10 mit Stempel 11 und Aufnahmegerät 12 für den Prüfkörper 1 zusammen. Die Druckluftzufuhr erfolgt über die Leitung 13, die entweder mit dem Druckregler 14 oder dem Volumenstromregler 15 verbunden werden kann. Für das Zu- bzw. Abschalten der einzelnen Leitungen sind die Schalter 16 und 17 vorgesehen. Die Meßdatenerfassung erfolgt über das Luftdruckaufzeichnungsgerät 7.

Die Stromanschlüsse 18 und 19 führen zu den Heizeinrichtungen 20 und 21 am Stempel 11 und am Prüfkörperaufnahmegerät 12. Über eine Hydraulikeinrichtung 22 wird der Stempel 11 auf das Aufnahmegerät 12 zu bewegt. Der Stempel 11 ist außerdem mit einer Vakuumanlage 23 versehen, die für die Halterung eines Trennblechs 36 an der Stempelunterseite 32 dient.

In der Fig. 3 ist die Stempelpresse 10 im Schnitt gezeigt. Die Halterung 12 nimmt den Prüfkörper 1 in ihre Mitte auf. Die zu prüfende Oberfläche 8 des Prüfkörpers 1 weist nach oben. In die Mitte des Prüfkörpers 1 ist von unten her eine Schraubverbindung 25 eingeschraubt, welche den Prüfkörper 1 fest am Aufnahmegerät 12 hält. Die Schraubverbindung 25 hat in ihrer Mitte einen Kanal 26 zur Luftzufuhr zum Luftdurchlaß 3. Das Aufnahmegerät 12 ist mit der Heizung 27 versehen, über die das Gerät 12 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann.

Die in der Mitte des Aufnahmegeräts 12 vorhandene Öffnung 28 ist in ihrem Durchmesser so gewählt, daß sie den Prüfkörper 1 an seinem Umfang einfaßt.

Das Aufnahmegerät 12 ist an dem Ständer 29 festgeschraubt, der mit dem Anschluß 30 für die Druckluft und dem Anschluß 31 für das Luftdruckaufzeichnungsgerät 7 versehen ist.

Der Stempel 11 ist mit der Stempelfläche 32 versehen und mit der Heizung 33 ausgerüstet. Ein Vakuumanschluß 34 mit den zugehörigen Luftführungskanälen 35 hat den Zweck ein Trennblech 36 an der Stempelfläche 32 zu halten.

Für den Prüfvorgang wird der Prüfkörper 1 in die Öffnung 28 des Aufnahmegeräts 12 eingelegt, dann wird der Prüfkörper über die Schraubverbindung 25 mit dem Aufnahmegerät 12 verbunden. Das Aufnahmegerät 12 wird sodann auf den Ständer 29 aufgesetzt. Danach wird der Blechring 37 auf den äußeren Rand des Prüfkörpers 1 aufgelegt und der Verschlußdeckel 38 auf die Austrittsöffnung des Luftdurchlasses 3 aufgesetzt. Daran anschließend wird das Prüfmaterial eingebracht und die Stempelpresse 10 geschlossen. Es wird ein Belag 2 erzeugt, der mit der Oberfläche 8 des Prüfkörpers 1 kontaktiert und etwa die in der Fig. 3 gezeigte Form hat. Seine Geometrie ist durch die Stärke und den Innendurchmesser des Rings 37 bestimmt. In seiner Mitte hat er eine leichte Ausnehmung 44, die durch den Verschlußdeckel 38 entsteht.

In der Fig. 4 ist der Aufbau des Aufnahmegeräts 12 für den Prüfkörper 1 mit Ring 37, Verschlußdeckel 38 und Trennblech 36 gezeigt. Die Schraubverbindung 25 für den Prüfkörper 1 ist weggelassen. Es ist lediglich die Bohrung 39 für die Zufuhr der Druckluft gezeigt. Die Luftzufuhr führt in den Luftdurchlaß 3 im Prüfkörper 1. Sichtbar ist die Austrittsöffnung 40 des Luftdurchlasses 3. Zwei seitliche Einschnitte 41 erleichtern das Einsetzen in beziehungsweise das Herausnehmen des Prüfkörpers 1 aus der Öffnung 28.

Nachdem der Prüfkörper 1 in der Öffnung 28 befestigt ist, wird der Blechring 37 auf den Prüfkörper 1 aufgelegt. Er liegt zentrisch zur Austrittsöffnung 40 und wird in dieser Lage von den Seitenwänden der Öffnung 28 gehalten. Der Verschlußdeckel 38 überdeckt die Austrittsöffnung 40. Er ist mit einem konusförmig verlaufenden Ansatz 42 versehen, durch den er sicher in der Austrittsöffnung gehalten wird. Unerwünschte seitliche Verschiebungen während des Preßvorgangs werden dadurch ausgeschaltet. Die Oberfläche 8 des Prüfkörpers 1 ist entsprechend vorbereitet worden und entspricht der Arbeitsrauminnenfläche des zu prüfenden Werkzeugs. Auf den Prüfkörper 1 wird das in der Produktion eingesetzte Material 43, beispielsweise ein Elastomer aufgelegt und das Trennblech 36 an der Stempelfläche 32 angelegt. Danach wird die Stempelpresse 10 geschlossen und das Material 43 in die gewollte geometrische Form gepreßt, wobei der Belag zur Anlage an der zu prüfenden Oberfläche 8 des Prüfkörpers 1 gelangt. Das Rohmaterial 43 wird zu einer Kreisscheibe gepreßt, deren Durchmesser durch den Innenringdurchmesser des Rings 37 und deren Stärke durch die Stärke des Rings 37 vorgegeben ist. Während des Preßvorgangs können Stempel 11 und Aufnahmegerät 12 mit einer entsprechenden Temperatur aufgeheizt sein. Der Stempeldruck ist einstellbar. Nach dem Preßvorgang wird die Presse geöffnet und der eigentliche Prüfvorgang durch Druckluftzufuhr durchgeführt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Bestimmung der Adhäsionseffekte, insbesondere an Gummi- oder Kunststoffprodukten an Arbeitsrauminnenflächen von Produktionswerkzeugen, bei dem ein Prüfkörper (1) mit einer der Arbeitsrauminnenfläche des Werkzeugs entsprechenden Oberfläche (8) und einem vorzugsweise zentrischen Durchlaß (3) erstellt wird, dessen Oberfläche (8) mit dem Material (2) des herzustellenden Produktes in Kontakt gebracht wird und bei dem sodann über den Durchlaß (3) gesteuert ein Fluid zugeführt wird bis zur teilweisen oder vollständigen Ablösung des Materials (2) von der Oberfläche (8) des Prüfkörpers (1) und bei dem der zeitliche Fluiddruckverlauf oder eine diesem proportionale Meßgröße gemessen wird und als Charakterisierung der Adhäsionseffekte dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Materials (2) auf die Prüfkörperoberfläche (8) unter produktionsnahen Bedingungen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidzufuhr mit definiertem Volumenstrom erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidzufuhr durch den Druckanstieg gesteuert oder geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (1) für die Dauer des Prüfvorgangs produktionsnahen Bedingungen, insbesondere von Temperatur und Druck unterworfen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (2) eine definierte geometrische Form, vorzugsweise die einer Kreisscheibe hat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand des Prüfkörpers (1) mit einem Blechring (37) abgedeckt ist, dessen Abmessungen wie Durchmesser und Stärke die geometrische Form des aufzubringenden Materials (2) vorgeben.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (40) des Durchlasses (3) des Prüfkörpers (1) mit einem Verschlußdeckel (38) abgedeckt ist, der die Austrittsöffnung (40) seitlich überragt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufbringens des Materials (2) die Stempelfläche (32) eines Stempels (11) mit einem Trennblech (36) oder einer Trennfolie abgedeckt ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Aufnahmegerät (12) für den Prüfkörper (1), eine damit verbundene Fluidzufuhr (4) und ein Druckaufzeichnungsgerät (6 und 7).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegerät (12) als Stempelpresse (10) für das Aufbringen des Materials (2) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (1) mit dem Aufnahmegerät (12) über eine Schraubverbindung (25) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Schraubverbindung (25) zentrisch das Unterteil des Prüfkörpers (1) mit dem Aufnahmegerät (12) verbindet und daß die Fluidzufuhr durch die Schraubverbindung (25) hindurchgeführt ist.

14. Prüfkörper zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise scheibenförmigen Basisblock (1) aus einem dem Produktionswerkzeug entsprechendem Material und mit einem zentrischen Durchlaß (3), dessen Oberfläche (8) der Arbeitsfläche des Werkzeugs entsprechend ausgebildet ist und als zu prüfende Oberfläche (8) dient.