DE2005493C3 - Vorrichtung zum Steuern der Wärmezufuhr zu einer Vulkanisierform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Wärmezufuhr zu einer Vulkanisierform im Abhängigkeit von dem Vulkanisationsgrad des in der Vulkanisierform befindlichen Erzeugnisses, mit einem in das Erzeugnis einführbaren Temperaturfühler, dem eine mit einem Rechner gekoppelte Additionseiririehtung zur Feststellung des über die Zeit im Erzeugnis erreichten Vulkanisationsgrades zugeordnet »si. der der experimentell für das betreffende Erzeugnis ermittelten Summe von Vulkanisationscinheiten entspricht.

Aus der DT-PS 11 64 650 ist eine solche Vorrichtung bekannt, bei der die Temperatur in dem zu vulkanisierenden Körper gemessen und durch einen Multiplikator s> in einen Energiebetrag umgewandelt wird. Zur Zählung dieses Energiebetrages ist ein auf an einer Probe ermittelte Aushärtungswerte einstellbarer Energiozähler vorgesehen, der zur Erzielung möglichst enger Toleran/bereiche durch eine elektronische Rechenanla- ho ge steuerbar ist. Hut der in dieser Vorrichtung als Additionseinrichtung wirkende Encrgiezähler einen vorher festgelegten, einer bestimmten Summe von Vulkanisationseinheiten entsprechenden Wert erreicht, so wird die Wärmezufuhr abgebrochen. <>5

Diese, den Stand der Technik repräsentierende Vorrichtung weist jedoch gravierende Nachteile auf. Zum einen handelt es sich um eine außerordentlich kompliziert aufgebaute und schwie:rig einzustellende Anordnung, bei der die teils rechnerisch teils experimenteil ermittelten Zusammenhänge zwischen im zu vulkanisierenden Körper gemessener Temperatur, den zu zählenden Energiebeträgen und den im zu vulkanisierenden Körper tatsächlich erreichten Vulkanisationseinheiten durch eine Vielzahl von speziell angefertigten und aufeinander eingestellten Skalen. Regelwiderständen und/oder mechanischen Getriebeanordnungen simuliert werden müssen. Aus diesem komplexen Aufbau ergibt sich neben den hohen Kosten und der im Produktionsprozeß viel zu schwierigen und umständli chen Handhabung der entscheidende Nachteil, daß der tatsächliche, im zu vulkanisierenden Körper ablaufende Vulkanisationsprozeß auf diese Weise nur innerhalb relativ weiter Toleranzgrenzen nachvollzogen werden kann.

Auf diesem Stand der Technik aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Wärmezufuhr zu einer Vulkanisierform der oben beschriebenen Art zu schaffen, die mit geringem apparativem Aufwand und bei einfachster Handhabbarkeit eine möglichst genaue, schädliche Über- oder Untervulkanisation ausschließende Steuerung des Vi'lkanisationsprozesses erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor. daß der Rechner zur Speicherung experimentell ermittelter Beziehungen zwischen Zeit und Temperatur einerseits und den in dem betreffenden Erzeugnis andererseits sich ergebenden Vulkanisationseinheiten ausgebildet ist, daß der Temperaturfühler unmittelbar mit dem Rechner verbunden ist und daß die Additionseinrichtung im Rechner enthalten und zur Addition der über die gespeicherte Beziehung errechneten Vulkanisationseinheiten ausgebildet ist.

Durch diese erfin, ingsgemäße Anordnung wird zunächst einmal der außerhalb des zu verwendenden Rechners liegende, apparative Aufwand auf ein absolutes Minimum beschränkt. Darüber hinaus wird eine wesentliche Genauigkeitssteigerung dadurch e:- reiclit, daß die bereits im Rechner umgerechneten Vulkanisaiionseinheiten addiert werden, wodurch es /u einer stufenlosen Integration der ermittelten Werte kommt. Auf diese Weise ist zu jedem Zeitpunkt des Vu kanisationsprozesses der momentan erreichte Vulkanisierzustand im Inneren des zu vulkanisierenden Körpers im Rechner verfügbar, so daß es ohne weiteres möglich ist. auf Grund dieser Information die Wärmezufuhr zur Vulkanisationsform in optimaler Weise ;:u steuern.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, daß der Vulkanisaüonszustand durch Angabe einer Anzahl von Vuikanisaiionseinheiten festgelegt werden kann, wobei eine Vulkanisationseinheit als diejenige Vulkanisation definiert ist, die an der Meßstclle in dem zu vulkanisierenden Körper erreicht wird, wenn dieser für eine Minute auf einer festgesetzten Be/ugstemperaüir gehalten wird.

Das Vulkanisicrverfahren ist eine chemische Reaktion, deren Geschwindigkeit von der Temperatur abhängt. Die Beziehung zwischen der Temperatur und der Reaktionsgeschwindigkeit kann experimentell bestimmt und durch die Arrhenius-GliMchung in folgender Weise ausgedrückt werden:

Dabei gilt:

/j = universelle Gaskonstante

£ =-. Aktivierungsenergie. Diese wird aus der Steigung der Kurve bestimmt, in der der Logarithmus der Zeit gegen den reziproken Wen der absoluten Temperatur aufgetragen ist. Eine Typische Zahl ist 20 kcal/mol

^₁ ist die Zeit, in der der gewünschte Vulkanisationszustand "jei einer konstanten Temperatur 7", erreicht wird.

,, ist die Zeit, in der derselbe Vulkanisationszustand bei einer anderen, konstanten Temperatur T. erreicht wird.

Auf diese Weise kann, wenn die Zeit r, zum Erreichen eines gewünschten Vulkanisationszustandes bei einer festgesetzten Bezugstemperatur bekannt is„ die Zeit berechnet werden, die nötig ist, um denselben Vulkanisationszustand bei anderen Temperaturen zu erreichen.

Bei praktischen Vulkanisationen ist die tatsächliche Kautschuktemperatur gewöhnlich nicht konstant. Jedoch kann die Vulkanisationszeit bei der Bezugstemperatur 7"_;. die gleich der wirklichen Vulkansiationszeit :■ ist. während derer sich die Temperatur verändert hat, berechnet werden, wenn man ein Verfahren der numerischen Integration anwendet. Dieses besteht darin, da Λ d'e Zeit-Temperatur-Kurve für die wirkliche Vulkanisation in kleine Zeiteinheiten dt aufgeteilt wird, daß die Durchschnitlstemperatur während des Zeitintervalls dt geschätzt und auf die gleichwertige Vulkanisationszeit bei der Bezugstemperatur T übertragen wird. Diese kleinen Differentiale der Vulkanisation werden dann aufsummiert, um die äquivalent·, (iesamtvulkanisationszeit bei der Bezugstemperatur Γ. d. h.den Vulkanisationszustand zu ergeben.

Die Vulkanisationszeit bei T₁ ist dann

T,

df.

wobei T die mittlere Temperatur während jedes /eitintervalls (7/ist.

Anstelle der Arrhcnius-Gleichung können empirische 4; Gleichungen angewendet werden, die für die beobachten Daten geeignet sind. So ζ. Β

'■

wobei ("und V Konstanten sind.

Für eine ausgewählte Re/ugMcmperatur von 162 C wird der Vulkanisationszustand bei jeder Temperatur T nach einer verstrichenen Vulkanisationszeit von ι Minuten als t ■ C ("Γ>-I62°C) / >' Vulkiinisationseinheiten ausgedrückt, wobei ('und Y Konstanten sind. Der obige Ausdruck wurde experimentell bestimmt und in einem Beispiel für Natur- od-.τ S\ thetikk,ί:>, hük- ·\' Ukelei! < - 2,0 und Y - 18.

Line dritte Alternativ e ist die lONnom-deichung. die die Be/iehung /wischen den I .·· 'ischaMsanderingen einerseits und der Temperatur und der Zc:; andcp-rs^ns Liusdrücki.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird i>. möglich, dun Viilkanis.tiionszustand an dem betrachtt ten Punk' jederzeit durch Angabe einer Gesamtan/ahl \1111 \ iilk.inisaiion-.-inhe'ten /11 berechnen und die Vulkanisation zu beenden, wenn der, einer vorherbestimmten Gesamtanzahl von Vulkanisationseinheiten entsprechende Vulkanisationsgrad erreicht wurde. Die Vulkanisationszeit, die eine definierte Anzahl von Vulkanisationseinheiten ergibt, variiert auch bei gleichen zu vulkanisierenden Gegenständen von Gegenstand zu Gegenstand; da die Vulkanisa'ionstemperatur unvermeidbar variiert, muß auch die Vulkanisationsdauer variieren, damit sichergestellt ist. daß jeder zu vulkanisierende Körper den entsprechenden Anteil an Vulkanisationseinheiten erhält und daß der fertige, gekühlte Gegenstand nicht wesentlich über- oder untervulkanisiert ist.

Güristigerweise beginnt man mit der Bewei tung des Verhältnisses von tatsächlicher Vulkanisationstemperatur zur vorherbestimmten Vulkanisations-Referenztemperatur nicht, bevor eine vorherbestimmte Mindest temperatur am Meßpunkt erreicht ist, wobei z. B. eine derartige Mindesttemperatur für Natur- oder Synthetik- kautschukmaterialien, wie sie in Luftreifen verwendet werden, bei 99-C liegt.

Der gesamte Vulkanisationszustand wird direkt duK \ Überwachung der örtlichen Temperatur der Meßstelie als Funktion der Zeit berechnet. Es kann entweder die örtliche Temperatur an dieser Stelle in festgelegten Zeitintervallen aufgenommen und die entsprechenden Vulkanisationsdifferentiale, z. B. mittels eines Digitalrechners aufsummiert werden, oder es wird die örtliche Temperatur diese'· Stelle kontinuierlich als Funktion der Zeit erfaßt und eh. Änderung des gesamten Vulkanisationszustandes in ledern Augenblick mitteis einer Xnal'-ganordnung integriert, so daß in jedem Zeitpunkt der akkumulierte Vulkanisationszustand verfügbar ist.

Alternativ hier/u kann eier gesamte Vu!kanisaiions/u· stand indirekt durch Überwachen der önlicher Temperatur der V'i'iUt·. Me als Funktion der /en bereichnet werden. Die lokale Temperatur der Meßstelle kann entweder in lestgjseizicn /eitinter. aller, oder kontinuierlich als Funktion der Zeit registrier! werden. Die Abweichung von einer vorbestimmten idealen Temperatur-Zeit Veränderung kann in gleichmäßigen Intervallen bzw. kontinuierlich bestimmt werden und es kann eine entsprechende Korrek'ir durch eine zugeordnet Einstellung der Wänne/ul'uhrung vorgenommen werden, so daß der gesamte Vulkanisationszustand bezüglich der idealen Temperatur-ZeitVeränderung berechnet w erden kann.

Vorteilhalte Weiterbildungen der erlmdungsgemaßen λn< ifdnung sehen ν or, daß der Temper.!"irfühler in einem im wesentlichen geradlinig durch die Wand tier Vulkanisierfonn führende·¹ Kanal angeordnet is;, daß der Temperaturfühler von einer ν r-stärkenden Hülle umschlossen ist. daß diese HiilL aus rostlreiem Stahl bestell! .uid daß der Temperaturfühler selbst aus einem Thermoelement besteht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise i'.n Hand der Zeichnung beschrieben.

demäß der ein/igen Figur soll ein Luftreifen I lür cm t\!.'.! Mahr/eilt-' gefon"' und ■ u'k.inisier, we:\!en. \K; ieri..'c Luftreifen I h,r, die (iroiV Y20- 13 und ■'-; :"i; ·. 'ner I > ■,!:.'' ■•■al-Kai kasse 2 ν ei ·■'"· ". die vier '· ■. rM.ir k'ipgsl.iL'en und eincii ! ./.dstrei!■·■ 5 .:ii!v, e:·'. Ein Ilachef Reifenrohling ^ll ;■ ! auf eitu^i! /er'iegb.ircti. /yhndiisi 1· 11 Reiloiiau'¹ an¹· ■: ui hergestellt uiv.l dann 111 eine \ :ilkarrsk-'1orm 4 übertragen. Die Vulkanisu-rform 4 ist dampfbeheizt, [-"in gradliniger Kanal 5 ist ui der Formwand in einer L.i^'e vorgesehen, die dem linieren

entspricht, wobei der Kanal 5 das Äußere der Vulkanisierform 4 mit dem Formhohlraum verbindet.

Der Kanal 5 nimmt einen Temperaturfühler 6 auf. der fest an einem Formsegment 7 in einem derartigen Winkel angebracht ist, daß die beim Formen und Herausnehmen des Luftreifens 1 auftretenden Kralle auf ein Mindestmaß reduziert sind. Der Temperaturfühler 6 weist ein Thermoelement 8 auf, das mit einer rostfreien Hülle 9 aus Stahl von 1 mm Durchmesser mit (nicht gezeigter) Mineralisolierung umhüllt ist, um die Thermoelementdrähte elektrisch und thermisch von der Hülle 9 zu isolieren, wobei das Thermoelement 8 über den größten Teil seiner Länge mittels einer Hülle 10 aus Stahl von 1,5 mm Durchmesser verstärkt wird, um die notwendige Festigkeit zu geben. Der Temperaturfühler 6 hat eine kleine Lötstelle 11, die an seinem Ende angebracht ist. Die verwendete Mineralisolation ist Magnesiumoxid.

Ein Thermoelement 12 ist in der Zeichnung mit gestrichelten Linien gezeigt, um eine mögliche alternative Lage für das Thermoelement 8 zu veranschaulichen.

Die über die Lötstelle 1! des Thermoelements 8 erzeugte EMK wird der Eingangsseite eines entsprechend programmierten Analogrechners zugeführt, so daß die durch das Thermoelement 8 angezeigte Temperatur als eine kontinuierliche Funktion der Zeit überwacht werden kann. Der Analogrechner ist betriebsbereit mit der Wärmezufuhr verbunden und steuert den Formöffnungsmechanismus.

Im Betrieb wird die Vulkanisierform 4. nachdem ein Reifenrohling innerhalb der Vulkanisierform 4 in die richtige Lage gebracht wurde und nachdem man sie mit einer dampfbeheizten Zwischenlage versehen hat. geschlossen, während der Luftreifen 1 auf die Toroidform des fertigen Reifens gebracht wird. Der Formhohlraum ist in dem Bereich, der den Laufstreifen des Luftreifens 1 formt, mit einer formgebenden Matrix versehen, die Vorsprünge enthält, um das erwünschte Laufflächenmuster in den Laufstreifen zu formen.

Der Temperaturfühler 6 wird nach dem Formen innerhalb des unteren Schulterbereichs des noch vulkanisierbaren geformten Luftreifens 1 eingelassen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Der untere Schulterbereich eines Diagonal-Rcifcns wird als ein geeigneter Bereich für die Temperauir-Zcit-Bestimmung angesehen, da dies der Bereich des Luftreifens 1 ist. der den niedrigsten Vulkanisations/ustand zu der Zeit des Entfernens aus der Vulkanisierform 4 hat- Es sollte jedoch beachtet werden, daß dies nicht immer für Radialreifen gilt, für die angenommen wird, daß der Wulstbereich dieses Reifentyps der geeignetere Bereich für die Beobachtung des Luftreifens 1 ist.

Die örtliche Temperatur im Schulterbereich des Luftreifens 1 wird als eine kontinuierliche Funktion der Zeit überwacht, wobei die Änderung des gesamten Vulkanisationszustandes kontinuierlich durch den Analogrechner integriert wird. Wenn eine vorher bestimmte Gesamtänderung irn Vulkanisationszustand erreicht ist. betätigt der Analogrechner eine Ventilvorrichtung. die die Dampfzufuhr beendet. In diesem Augenblick betätigt der Analogrechner ferner eine Formöffnungsvorrichtung und der fertige Luftreifen 1 wird herausgenommen.

Die Vulkanisierform 4 wird mit einem anderen Reifenrohling beschickt und dann geschlossen, und der Analogrechner übernimmt wieder die Steuerung des Vulkanisations/vkliis.

f-o Bei einer Abwandlung der obigen Ausführungsforn wird eine Zwillingsform angewandt.

Zwei Reifenrohlinge werden in die beiden Teile de Vulkanisierform gegeben. Diese wird verschlossen unc die Reifenrohlinge werden geformt, wobei jede Reifenrohling mit einem Temperaturfühler, wie in de vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, verse hen ist. In diesem Beispiel werden jedoch bcidi Temperaturfühler mit dem Analogrechner verbunden wobei der Analogrechner beide Signalserien erhält aber nur Signale von dem Luftreifen auswählt, der, wenr er aus der Vulkanisierform am Ende des Vulkanisations zyklus herausgenommen wird, den niedrigeren Vulkani sationszustand hat, wobei die Bestimmung des gesamter Vulkanisationszustandes auf diesen Ergebnissen beruht In allen anderen Beziehungen ist die Methode ähnlich der in der vorhergehenden Ausführungsform beschrie benen.

Verschiedene Vulkanisationszyklen werden für verschiedene Reifenkonstruktionen verwendet, je nachderr ob sie z. B. Rayon-, Polyamid-6,6. oder Stahlfäden iir Gürtel oder in det Karkasse haben.

Wenn z. B. ein Luftreifen, der eine aus kautschukierten Rayon-Cordfäden geformte Karkasse hat vulkanisiert wird, wird das Öffnen der Vulkanisierforneingeleitet, wenn der Vergleich der gemessener Temperatur mit der Bezugstemperatur der Vulkanisation und der verstrichenen Zeit der Vulkanisation anzeigt, daß der Vulkanisationszustand so ist. daß sich nach Druckentlastung innerhalb der Vulkanisierform keine porösen Stellen in dem Luftreifen entwickeln. Der entsprechende Vulkanisationszustand ist natürlich durch eine festgesetzte Anzahl \on in einem Programm vorgegebenen Vulkanisationseinheiten vorher festgelegt, das dem Analogrechner zugeführt wird, bevor der Vulkanisationszyklus eingeleitet wird.

Wenn jedoch eine aus kauisdiukiertcn PoKamid b.b-Cordfäden geformte Karkasse vulkanisiert wird, ist es notw endig, den Luftreifen zu kühlen, bevor der Druck innerhalb der Vulkanisierform zurückgenommen wird, um eine Formänderung oder ein Schrumpfen des Luftreifens zu verhindern, während das Polyamid 6.6. in einem heißen, plastischen Zustand ist. In diesem Fall wird die gemessene Temperatur des betrachteten Punktes wieder mit der Bezugstemperatur der Vulkanisation verglichen, und die verstrichene Zeit der Vulkanisation aufgezeichnet, bis der Analogrechner anzeigt, daß ein einwandfreier Vulkanisationszustand an diesem Punkt erreicht ist. Nach der Vollendung dieser Vulkanisation wird eine Kaltflutung innerhalb der Vuikanisierform begonnen, um den Luftreifen zu kühlen.

Wenn die Temperatur auf den erforderlichen Wert gefallen ist. wird das Öffnen der Vulkanisierform veranlaßt. Wieder wird ein einwandfreier Vulkanisationszustand durch eine festgesetzte Anzahl von Vulkanisationseinheiten in einem Programm vorgegeben, das dem Analogrechner zugeführt wird, und zusätzlich wird die geforderte niedrigere Temperatur in einem Programm vorgesehen, das dem Analogrechner zugeführt wird.

Wenn jedoch ein Nachvulkanisationsaufpumpprozeß für das Vulkanisieren einer kautschukierten Polyamid 6.6-Cord-K.arkasse verwendet wird, ist keine Kaltflutung innerhalb der Vulkanisierform notwendig, da der heiße Luftreifen aus der Vulkanisierform genommen, schnell auf eine Felge montiert, aufgeblasen und zum Kühlen im wesentlichen auf Umgebungstemperatur gehalten wird. Bei einem derartigen Verfahren wird die

Bestimmung eines entsprechenden Yulkanisations/ustandes /um I !möglichen eines sicheren Offnens der Vulkanisierform in der gleichen Weise ausgeführt, wie es für eine Rayon-Cord-Karkasse beschrieben w urde.

Wenn cmc aus kautschukierten Stahlfaden geformte Karkasse vulkanisiert wird, ist es üblich, dem Luftreifen eine verlängerte Kallfluiung innerhalb der Vulkanisierform zu geben, um genau den gesamten Vulkanisationsbetrag zu steuern und damit eine ausreichende Gummi-Stahl-Verbindung sicherzustellen. In diesem Fall wird die Temperatur innerhalb des Luftreifens an einem Punkt gemessen, der durch die Verbindung

betreffende Überlegungen festgelegt ist. die verstrichene Zeit der Vulkanisation wird aufgezeichnet und wie im Fall einer Polyamid-6.6-Karkasse wird eine Kaltflutung eingeleitet, wenn cm einwandfreier Vulkanisations/u-

·- stand erreicht ist. jedoch wird bei Siahlfaden die Temperatur hierauf so lange gemessen, bis sie auf den erforderlichen Wert gefallen ist; zu diesem Zeitpunkt wird dann das Öffnen der Vulkanisierform eingeleitet.

Die Temperatur kann innerhalb des Luftreiftns an

ίο zwei oder mehreren Stellen gemessen werden. Obgleich auf den Schulterbcreich des Luftreifens Bezug genommen wurde, kann der betrachtete Punkt z. B. am Scheite des Laufstreifens oder in einem Wulstbereich liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

•i Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern der Wärmezufuhr zu einer Vulkanisierform in Abhängigkeit von dem Vulkanisationsgrad des in der VuB'amsierform befindlichen Erzeugnisses, mit einem in das !Erzeug nis einführbaren Temperaturfühler, dem eine mit einem Rechner gekoppelte Additionseinrichtung zur Feststellung des über die Zeit im Erzeugnis ι ο erreichten Vulkanisaiionsgrades zugeordnet ist, der der experimentell für das betreffende Erzeugnis ermittelten Summe von Vulkanisationseinheiten entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner zur Speicherung experimentell crmit- i> telter Beziehungen zwischen Zeit und Temperatur einerseits und den in dem betreffenden Erzeugnis andererseits sich ergebenden Vulikanisationseinheiten ausgebildet ist, daß der Temperaturfühler (6) unmittelbar mit dem Rechner verbunden ist und daß die Additionseinrichtung im Rechner enthalten und zur Addition der über die gespeicherte Beziehung errechneten Vulkanisationseinheiten ausgebildet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (6) in einem im wesentlichen geradlinig durch die Wand der Vuikanisierform (4) führenden Kanal (5) angeordnet is:.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (6) von einer verstärkenden Hülle (9, 10) umschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (9, iO) aus rostfreiem Stahl besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (6) aus einem Thermoelement (8) besteht.