DE2328208B2 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden der kanten zweier verstaerkungslagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden der Kanten zweier Verstärkungslagen aus parallelen, durch vulkanisierbaren Kautschuk verbundenen Cordfäden, bei dem die Kanten stumpf voreinandergestoßen und mit Druck beaufschlagt werden.

In der modernen Technologie ist ein ständig steigender Bedarf an Verstärkungslagen zu verzeichnen, bei denen die einzelnen Verstärkungscordfäden in bezug auf die sie umgebenden Kautschukschichten relativ steif und unnachgiebig sind. Zu denken ist insbesondere an Verstärkungscordfäden aus Stahl, Glas oder einer Kunstfaser mit einem relativ großen Durchmesser. Derartige Verstärkungslagen konnten bisher nur mit Hilfe überlappender Kanten miteinander verbunden werden. Jede stumpfe Verbindung durch Aufbringung horizontaler und vertikaler Druckkräfte führt im Hinblick auf die Steifheit der Verstärkungscordfäden bei Dehnungen, die dabei notwendigerweise aufgenommen werden müssen, zu Abtrennungen der einzelnen Verstärkungcordfäden voneinander. Da die Verbindung von Verstärkungslagen häufig in Fahrzeugreifen praktische Bedeutung gewinnt, führte die Ablösung einzelner Verstärkungscordfäden zur Zerstörung des Reifens und gefährdete damit die Sicherheit des Fahrzeuges.

Die Überwindung dieser Schwierigkeit durch Herstellung einer überlappender Verbindung von Verstärkungslagen erwies sich als technisch aufwendig und unbefriedigend. Zu diesem Zwecke mußte mit Hilfe eines heißen Messers eine Überlappungskante hergestellt werden. Diese machte es erforderlich, daß im Bereich der Überlappungskante aus der Verstärkungslage mindestens ein, in vielen Fällen sogar zwei Cordfäden aus der Kautschukbeschichtung herausgelöst wurden. Durch diese Bearbeitung verliert die Verbindungskante einen wesentlichen Teil der die übrige Verstärkungslage kennzeichnender. Festigkeit, insbesondere auch dadurch, daß Cordfäden im ÜberlappungEbereich fehlen. In manchen Fällen verlaufen die Cordfäden nicht parallel sondern in einem bestimmten Winkel zu der Verbindungskante. In diesen Fällen stellt sich das Anschrägen der Verbindungskante als besonders schwierig dar, so daß auch an den Verbindungsstellen mit Unwuchterscheinungen in einem Reifen gerechnet werden muß. Da in einem fertigen Reifen häufig mehrere verschiedene Verstärkungslagen von Cordfäden enthalten sind, summieren sich die unsymmetrischen Gewichtsbelastungen, so daß die Unwucht gefährliche Ausmaße annehmen kann.

Es ist bekannt, Polyurethan-Bahnen durch Ultraschall miteinander zu verbinden. Dabei werden oberhalb und unterhalb der Verbindungsnaht Streifen auf die zu verbindenden Bahnen aufgeschweißt. Die aufgeschweißten Streifen führen zu einer Verdickung der Verbindungsstelle, die beispielsweise im Bereich der Reifenherstellung wegen der damit auftretenden Gefahr von Unwuchten nicht zugelassen werden können. Schließlich konnten die bei der Verbindung von Polyurethan-Bahnen gesammelten Erfahrungen schon deswegen nicht auf die Verbindung von kautschukbeschichteten Verstärkungslagen angewendet werden, weil sie sich auf bereits vernetztes Polyurethan beziehen. Bei der Verbindung von kautschukbeschichteten Verstärkungslagen kommt es darauf an, daß eine Vulkanisierung an der Verbindungsstelle nicht stattfindet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß kautschukbeschichtete Verstärkungslagen unabhängig von der Wahl der Cordfäden miteinander verbunden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckbeaufschlagung senkrecht zur Ebene der Verstärkungslagen erfolgt und der vulkanisierbare Kautschuk der Verstärkungslagen während der Druckbeaufschlagung durch Einwirkung von Ultraschall erhitzt, erweicht und zum Fließen gebracht wird.

Durch die Ultrabeschallung tritt im Bereich der Naht ein Fließen des Kautschuks ein, das zu einer innigen Durchmischung und dadurch zu einer Homogenisierung der einzelnen Kautschukbestandteile führt. Anvulkanisierungen oder ^r.r eine Vulkanisierung des Kautschuks treten nicht ein, so daß der Weiterbehandlung der Verstärkungslage in ihrer Gesamtheit keine Schwierigkeiten entgegenstehen. Diese Voraussetzung ist insbesondere im Bereich der Reifenherstellung von Wichtigkeit. Andererseits erhält der Kautschuk durch die Homogenisierung eine gleichbleibende Festigkeit auch im Bereich der Naht.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung mit einer Auflage für die zu verbindenden Verstärkungslagen und einer auf diese absenkbaren Druckeinrichtung zum Aufbringen eines Druckes auf die Verstärkungslagen im Bereich der Verbindungszone, die zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Druckeinrichtung aus einer Reihe von senkrecht zur Ebene der Auflage bewegbaren Ultraschallgeneratoren besteht. Durch diese Kombination von einer Druckeinrichtung mit einem Ultraschallgenerator wird die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren benötigte Anlage klein gehalten. Außerdem wird dadurch erreicht, daß der Ultraschall an

der für die Verbindung wichtigsten Stelle der Einicitung des Verbindungsdruckes aufgebracht wird. Da die bisher bekannten Anlagen zum Verbinden von kautschukbeschichteten Verstärkungs'agen lediglich Druck auf die Verbindungskanten ausübten, konnten die mit der gleichzeitigen Aufbringung von Ultraschall verbundenen Vorteile bisher noch nicht erzielt werden. Die Ausbildung der Druckeinrichtung als beweglicher Ultraschallgenerator verringert der; appa.ativen Aufwand der Anlage und verbessert die Qualität der ·<> herzustellenden Verbindung.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden die Ultraschallgeneratoren in direkten Kontakt mit den zu verbindenden Verstärkungslagen gebracht, wobei durch die Ultraschallvibrationen der Ultraschallgeneratoren '5 Wärme an den Stoßstellen der Verstärkungslagen erzeugt wird, welche die Kautschukbeschichtung erweicht und homogenisiert, wodurch eine feste Verbindung gebildet wird.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berge- *° stellten Verbindungen sind sehr fest und werden sehr wirtschaftlich erhalten. Es ist nicht notwendig, die Kanten der zu verbindenden Verstärkungslagen vorzubehandeln; es ist lediglich notwendig, die Kanten in Anlage zu bringen und die zu verbindenden Flächen mit den Ultraschallgeneratoren in Kontakt zu bringen, auf die Verbindungsstelle einen Druck auszuüben, und die Verbindungsstelle mit den Schallimpulsen zu beaufschlagen. Die tatsächliche Zeit von der Betätigung der Ultraschallgeneratoren bis zur Erreichung einer guten Verbindung beträgt nur Bruchteile einer Sekunde oder wenige Sekunden. Dadurch wird der kostspielige, zeitraubende Vorgang der Vorbereitung der zu verbindenden Kanten vermieden, der darin bestand, daß der äußere Cordfaden entfernt werden mußte und daß die Kautschukbeschichtung schräg angeschnitten werden muß'e. Außerdem ist ein Vernähen der fertigen Verbindung unter Druck nicht notwendig. Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden die Ultraschallgeneratoren selbst zur Anwendung des Druckes in der Verbindungsstelle benutzt, wodurch ein späteres Vernähen der Verbindungsstelle vermieden wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es notwendig, daß die Ultraschallgeneratoren die Kanten der zu verbindenden Verstärkungslagen berühren und einen Druck über die gesamte Verbindungsfläche ausüben. Es darf keine Änderung in der Höhe des auf diese Kanten angewandten Drucks auftreten. Es ist daher notwendig, eine Vorrichtung für die Anwendung dieses Verfahrens zu schaffen, die Mittel zur Anwendung eines veränderbaren Drucks auf die Stoßstellenfläche aufweist, so daß Unregelmäßigkeiten in den Verstärkungslagen kompensiert werden können.

Die Höhe des durch die Ultraschallgeneratoren angewandten Drucks ist wichtig insofern, als sie von der Größe der Schallimpulse, die in dsn zu verbindenden Verstärkungslagen erzeugt wird, abhängig ist. Wenn der Druck zu groß wird, so können die Schallvibrationen der Ultraschallgeneratoren erstickt werden und die Wirksamkeit dieser Vibrationen nimmt ab. Wenn aber der Druck zu gering ist, so ist der Kontakt zwischen den Ultraschallgeneratoren und den zu verbindenden Verstärkungslagen ungenügend und daraus resultiert ein Verlust an Schallvibrationen (und damit Wärme) durch diesen ungenügenden Kontakt. i>5

Die Frequenz der Ultraschallvibrationen liegt an der niedrigen Seite des Bereichs, weil die Vibrationen groß genug sein müssen, um unerwünschte Erscheinungen für das Bedienungspersonal zu vermeiden. Ferner müssen die Vibrationen groß genug sein, um die nötige Menge der Impulse zur Wärmeerzeugung und damit zur Erweichung und Homogenisierung der Kautschukbeschichtung zu ergeben. Der Bereich der Schallvibrationen ist nach oben durch die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung der notwendigen Kraft begrenzt, die zur Erzeugung der Vibrationen notwendig ist, durch die physikalischen Eigenschaften der für die Ultraschallgeneratoren benutzten Werkstoffe, die die Vibrationen aushalten müssen, und durch die Tatsache, daß die Amplitude der Ultraschallgeneratoren groß genug sein muß, um die Vibrationen durch die obere Lage der Kautschukbeschichtung und die zwischengelegten Verstärkungslagen auf die untere Kautschukbeschichtung zu übertragen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

F i g. 2 ist eine Schnittansicht einer Verstärkungslage, die nach dem Verfahren verbunden worden ist.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus vier Teilen, Ultraschallgeneratoren A (sechs sind beispielsweise gezeigt), einer Hubvorrichtung ßzum Heranbringen der Ultraschallgeneratoren A an die zu verbindenden Verstärkungslagen D, Mittel, um die Kanten der Verstärkungslagen D in Anlage zu bringen, z. B. ein Förderband C, und Mittel zur optimalen Einstellung des Druckes auf die Verstärkungslagen D, um sicherzustellen, daß der durch die Ultraschallgeneratoren A ausgeübte Druck gleichmäßig über die gesamte Berührungsfläche der Ultraschallgeneratoren A und die Verstärkungslagen D verteilt wird.

In F i g. 1 sind sechs getrennte Ultraschallgeneratoren A an einem Teil 10 angeordnet. Ferner ist eine nicht gezeigte Leistungsquelle vorhanden, die ein 2000-Volt-Transformator sein kann. Diese Leistungsversorgung ist mit Wandlern 11 jedes einzelnen Ultraschallgenerators A verbunden, so daß diese getrennt betrieben werden können. Die Wandler 11 wandeln die elektrische Energie in mechanische Vibrationsenergie um. Sie sind ihrerseits mit Puffern 12 verbunden, die die mechanische Vibrationsenergie heraufsetzen oder verstärken. Die Puffer 12 sind ihrerseits mit Schallhörnern 13 verbunden, die die mechanische Vibrationsenergie in verstärkter Form in Schallenergie in Form von Vibrationen oder Impulsen von gewisser vorbestimmter Frequenz und Amplitude übertragen. Die Frequenz und Amplitude der Schallhörner 13 ist durch deren Ausbildung und die Stärke der Leistungszuführung bestimmt.

Die Hubvorrichtung B kann eine mechanische Vorrichtung sein, z. B. hydraulisch oder pneumatisch betätigte Zylinder und Kolben, um die Bewegung der Ultraschallgeneratoren A zu bewerkstelligen. F i g. 1 zeigt eine solche Hubvorrichtung B, die aus Druckluftzylindern 14 und Kolben mit einem Hub von 5 cm bestehen, die auf einem ortsfesten Rahmen 15 montiert sind und mit einem vertikal bewegbaren Teil 16 verbunden sind. Dieses kann sich in vorbestimmter Weise durch Führungsmittel (nicht gezeigt) bewegen, so daß die Ultraschallgeneratoren A, die auf diesem Teil 16 befestigt sind, sich aufwärts und abwärts in vorbestimmter vertikaler Richtung gegenüber der gesamten Verbindungsanordnung und den zu verbindenden Verstärkungslagen D bewegen. Die Druckluftzylinder 14 üben auch einen vorbestimmten Druck auf das Teil 16 aus, so daß die Schallhörner 15 einen vorbestimmten

Druck auf die zu verbindenden Verstärkungslagen D ausüben.

Das Förderband C, das die zu verbindenden Verstärkungslagen D den Ultraschallgeneratoren A zuführt, liegt zwischen den Ultraschallgeneraloren A und einer veränderbaren Auflage E

Die Auflage Eist in Fig. 1 als Anordnung aus vielen Einzelplatten 30 gezeigt, die von einem Luftbalg 31 getragen werden. Die Einzelplatten 30 sind voneinander unabhängig und können frei auf den von den Ultraschallgeneratoren A auf sie ausgeübten Druck reagieren. Der tragende Luftbalg 31 absorbiert den Druck und stellt sicher, daß die Verteilung über die gesamte Berührungsfläche gleichförmig ist.

F i g. 2 zeigt die Schnittansicht einer Verstärkungslage D, aus durch eine Kautschukbeschichtung 51 verbundenen Verstärkungskorden 50 aus z. B. Rayon. Nylon, Polyester, Stahl oder Glas. Die Kautschukbeschichtung 51 besteht aus vulkanisierbarer Kautschukmischung auf Basis von synthetischem Kautschuk, Naturkautschuk oder aus Kombinationen von diesen. Die Dicke der Kautschukbeschichtung 51 kann auf beiden Seiten der Verstärkungskorde 50 gleichmäßig sein, oder sie kann ungleichmäßig sein, wobei die Dicke auf einer Seite der Verstärkungskorde 50 größer als auf der anderen Seite ist.

Die Verstärkungslagen D werden auf das Förderband Cgelegi. Die Kanten der Verstärkungslagen D werden in Anlage gebracht und direkt unterhalb der Schallhörner 13 in Stellung gebracht, und zwar zwischen den Schallhörnern 13 und dem Förderband C. F i g. 1 zeigt Verstärkungslage Din dieser Stellung. Die Ultraschallgeneratoren A werden durch die Hubvorrichtung B auf die Kanten der Verstärkungslagen D abgesenkt. Wenn dieser Kontakt hergestellt ist, wird auf die Kanten der Verstärkungslagen D ein Druck durch die Ultraschallgeneratoren A ausgeübt. Dieser Druck wird gleichförmig über die gesamte Verbindungsfläche durch Reaktion mit der Auflage E angewandt, die aus den Einzelplatten 30 besteht, die von dem Luftbalg 31 getragen werden, so daß die Einzelplatten 30 unterschiedliche Höhen in Abhängigkeit von dem ausgeübten Druck durch die Ultraschallgeneratoren A annehmen können.

Wenn die Vorrichtung so fertig eingestellt ist, werden die Ultraschallgeneratoren A in Betrieb gesetzt, um den zu verbindenden Verstärkungslagen D Schallvibrationen zuzuführen. Diese weisen eine vorbestimmte Frequenz und Amplitude auf und werden für eine vorbestimmte Zeit angewandt. Dadurch wird Wärme erzeugt, die auf die Kautschukbeschichtung 51 in der Verbindungsfläche einwirkt, so daß diese weich wird und zu fließen beginnt. In diesem Zustand fließt die Kautschukbeschichtung 51 von jeder Verstärkungslage D unter dem von den Schallhörnern 13 ausgeübten Druck und verbindet sich mit der Kautschukbeschichtung 511 der anderen Verstärkungslage D, wodurch die Kautschukbeschichtungen 51 in beiden Verstärkungslagen D homogenisiert und verbunden werden. Die so gebildete Verbindungsstelle zwischen den beiden Verstärkungslagen D ist sehr fest und geht während der Herstellung z. B. eines Reifens nicht wieder auseinander.

Die durch die Ultraschallgeneratoren A erzeugte Schallenergie muß groß genug sein, um vollständig durch den oberen Teil der Kautschukbeschichtung 51 und die Verstärkungskorde 50 hindurchzugehen, um den unteren Teil der Kautschukbeschichtung 51 zu erreichen, so daß eine Erwärmung sowohl des unteren wie des oberen Teiles der Kautschukbeschichtung 51 und eine Homogenisierung beider Kautschukbeschichtungen 51 dieser Verstärkungslagen D miteinander stattfindet.

Das Verfahren wurde z. B. praktisch angewandt zur Verbindung von zwei Verstärkungslagen D, die für einen Stahlkordreifen benutzt wird. Diese spezielle Verstärkungslage D bestand aus parallelen Stahllitzen, wobei jede Stahllitze als 5 χ 7-Ausführung mit einem Durchmesser von 1,51 mm ausgebildet war. Die Stahllitzen waren so im Abstand voneinander angeordnet, daß 16 derartiger Stahllitzen pro 2,54 cm vorhanden waren. Der Teil der Kautschukbeschichtung 51 betrug 0,81 mm auf der einen und 1,31 mm auf der anderen Seite der Stahllitzen, wodurch die gesamte Dicke der Verstärkungslage D (die Summe der Dicke der Stahllitzen und der beiden Teile der Kautschukbeschichtung 51) 2,78 mm betrug. Zwei dieser Verstärkungslagen D wurden verbunden unter Benutzung der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung. Leistung wurde den sechs Ultraschallgeneratoren A getrennt und in Reihe zugeführt, wobei Schallimpulse mit einer Frequenz von 20 000 Hz und einer Amplitude von 0,044 mm auf die Verstärkungslagen D einwirkten. Diese wurden diesen Impulsen 0,7 Sekunden lang von jedem Ultraschallgenerator A ausgesetzt. Es bestand eine Zeitverzögerung von 03 Sekunden zwischen jedem der einzelner Ultraschallgeneratoren A, so daß die Vorrichtung aus sechs Ultraschallgeneratoren A 6 Sekunden zur Fertigstellung einer vollständigen Verbindung benötigte. Der von den Schallhörnern 13 ausgeübte Druck betrug 6,3 kp/cm².

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden der Kanten zweier Verstärkungsiagen aus parallelen, durch vulkanisierbaren Kautschuk verbundenen Cordfäden, bei dem die Kanten stumpf voreinandergestoßen und mit Druck beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung senkrecht zur Ebene der Verstärkungslagen erfolgt und der vulkanisierbare Kautschuk der Verstärkungslagen während der Druckbeaufschlagung durch die Einwirkung von Ultraschall erhitzt, erweicht und zum Fließen gebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Auflage für die zu verbindenden Verstärkungslagen und einer auf diese aosenkbaren Druckeinrichtung zum Aufbringen eines Druckes auf die Verstärkungslagen im Bereich der Verbindungszone, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung aus einer Reihe von senkrecht zur Ebene der Auflage bewegbaren Ultraschallgeneratoren (/^besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage aus einer Vielzahl eng benachbarter, senkrecht zur Ebene der Auflage stehender Platten (30) besteht, die durch einen Luftbalg (31) gegen die Druckeinrichtung abgestützt sind.