DE2440987A1

DE2440987A1 - Verfahren und vorrichtung zum verkuerzen der vulkanisierzykluszeit beim spritzguss von gummimischungen

Info

Publication number: DE2440987A1
Application number: DE2440987A
Authority: DE
Inventors: Douglas L Hertel; Sydney E Rains
Original assignee: International Basic Economy Corp
Current assignee: International Basic Economy Corp
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-08-27
Publication date: 1975-03-13
Also published as: BE819585A; FR2243072A1; ES429889A1; IT1021195B; JPS5051581A; NL7411969A; FR2243072B1; AU7254674A; SE7411378L; US3989793A; ZA745662B; BR7407458D0; CA1029515A; GB1450877A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verkürzen der Vulkanisier-Zykluszeit beim Spritzguß von Gummimischungen

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verkürzen der Vulkanisierzykluszeit beim Spritzguß von Gummimischungen, insbesondere beim Spritzguß von Gummimischungen unter Verwendung einer mit Kolben arbeitenden Spritzgußanlage. Gummimischungen für Spritzgußvorgänge enthalten im allgemeinen Gummi, einen Beschleuniger, ein Vulkanisiermittel, Füller und verschiedene andere Zusätze. Es ist in der Technik allgemein bekannt, daß die VulkanisierZykluszeit oder die Zeit, in der der Gummi zur Beendigung des Vulkanisierens in der Form bleibt, ein begrenzender Faktor bei Gummispritzgußvorgängen ist_r da er die Ausstoßmenge der gegossenen Gegenstände aus der Vorrichtung steuert. Ein ständiges Ziel ist daher die Verkürzung der Vulkanisierzykluszeit, so daß die Vorrichtung wirksamer verwendet werden kann.

Bei einem typischen Gummispritzgußvorgang wird die unvulkanisierte viskose Gummimischung bei Umgebungstemperatur in den langgestreckten Zylinder einer Spritzgußmaschine eingeführt. Sie wird durch

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den Zylinder zu einer mit dem stromab gelegenen Ende des Zylinders verbundenen Form weiterbewegt für gewöhnlich entweder durch einen rotierenden Schraubenförderer oder einen im Zylinder angeordneten hin- und hergehenden Kolben oder Stößel. Während sich die Mischung weiterbewegt, wird sie durch Leitung im Zylinder erhitzt, damit ihre Viskosität vermindert und sie strömungs-

wird

fähiger gemacht/und geeignet ist für ein nachfolgendes Einspritzen in die Form. Je viskoser die Mischung ist, umso leichter fließt sie durch die Eingußkanäle und Eingußstellen und umso leichter füllt sie die Form zur Erzeugung eines zufriedenstellend gegossenen Gegenstands.

Da das Aushärten der Gummimischung ein temperaturabhängiger Zeitvorgang ist, dient das Erhitzen auch zur Lieferung eines Betrags des temperaturabhängigen Zeitbedarfs im Zylinder ohne die Mischung in diesem vorzeitig vorzuvulkanisieren. Diese Temperaturzunahme vermindert natürlich die in der Form erforderliche temperaturabhängige Zeit und folglich die Vulkanisierzykluszeit. Wie in der Technik bekannt, können die meisten Gummimischungen entweder bei einer kürzeren Aussetzung einer höheren Temperatur oder einer längeren Aussetzung einer niedrigeren Temperatur ausgehärtet werden. Dieser Vorgang wird hier als temperaturabhängige Zeit bezeichnet.

Die Aushärtzeit beim Spritzguß von Gummi mittels Kolben besteht z.B. aus drei voneinander getrennten und deutlichen temperaturabhängigen Zeitperioden. Die erste ist die temperaturabhängige Zeit während des Mischens und Lagerns des Materials vor dem Eintritt in den Zylinder der Spritzgußvorrichtung und wird als Verfahrensvorvulkanisierzeit bezeichnet. Die zweite temperaturabhängige Zeit ist die im Zylinder der Vorrichtung erreichte oder zugelassene restliche Vulkanisierzeit. Je höher die temperaturabhängige Zeit während der Verfahrensvorvulkanisierzeit ist, umso niedriger wird die temperaturabhängige Zeit für die restliche Vorvulkanisierzeit im Zylinder der Vorrichtung sein. Die dritte temperaturabhängige Zeit ist die Vulkanisierzeit der

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Mischung innerhalb der Form selbst. Die drei Zeitperioden umfassen zusammen die Aushärtzeit, während die Art und das Ausmaß der temperaturabhängigen Zeit der ersten beiden auf die dritte, die Vulkanisierzeit, eine Wirkung haben. Eine Gummimischung, die während der Verfahrenszeit oder während ihres Durchgangs durch den Zylinder einer höheren temperaturabhängigen Zeit ausgesetzt war, wird somit schneller als eine Mischung vulkanisieren, die niedrigeren temperaturabhängigen Zeitbedingungen ausgesetzt war. Somit werden Gummimischungen bei höheren Temperaturen schneller vulkanisieren als Gummimischungen bei einer niedrigeren Temperatur. Bei den meisten Spritzgußvorgängen wird ein kleinerer Teil des temperaturabhängigen Zeitbedarfs im Zylinder der Spritzgußvorrichtung geliefert (die restliche Vorvulkanisierzeit), während ein größerer Teil in der erhitzten Zeit geliefert wird (Vulkanisierzeit) .

Zusätzlich zur addierenden Wirkung der oben genannten temperaturabhängigen Zeitperioden gibt es einen kritischen Temperaturbereich für jede Gummimischung, genannt der kritische Temperaturbereich für die restliche VorVulkanisierung, bei dem die Vulkanisierung des Gummis eingeleitet wird. Diese Temperaturbereiche sind dem Fachmann bekannt. Für die zum Erzielen der in der unten stehenden Tabelle I verwendete Gummimischung bewegte sich die kritische Vorvulkanisierzeit im Bereich von 16O-17O°P. Unmittelbar oberhalb dieses Temperaturbereichs wird die Mischung mit dem Vorvulkanisieren oder Vulkanisieren innerhalb einer Zeitdauer beginnen, die Minuten oder Sekunden betragen kann. Unmittelbar unterhalb dieses Temperaturbereichs benötigt das Vulkanisieren Stunden.

Das Ziel bei einem typischen Gummieinspritzvorgang besteht in der Erhitzung der Gummimischung auf die maximale Temperatur unmittelbar unterhalb dieses kritischen Temperaturbereichs für die Vorvulkanisierung, der die niedrigste Viskosität der Mischung bei dieser begrenzten Temperatur erzeugt. Die Unmöglichkeit der Zufuhr weiterer Temperatur oder Wärmeenergie oder temperaturabhängigen Zeit im Zylinder zum Verkürzen der Vulkanisierzeit in der Form war ein ständiges Problem bei früheren Verfahren und Vorrichtungen.

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Die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen auf dieses Problem hin ausgerichtet.

Die Gummimischung wird für gewöhnlich erhitzt durch äußeres Erhitzen des Zylinders der Vorrichtung auf elektrische Weise, mit einem Dampfmantel oder von irgendeiner anderen derartigen äußeren Wärmequelle. Die Wärme wird durch Leitung von der heißen Zylinderwand in die sich durch den Zylinder bewegende Masse der Gummimischung übertragen. Eine gewisse zusätzliche Wärme wird der Mischung für gewöhnlich durch Reibungskräfte und durch das Abscheren der Gummimischung geliefert, das im Eingußtrichter, in den Eingußkanälen und im Eingußstellensystem der Form auftritt. In vielen Fällen ist diese zusätzliche Wärme ein bedeutender Faktor für die Vulkanisierung. Befindet sich die zusätzliche Wärme einmal in der Form, so wird sie der Mischung zugeführt, während diese während der erforderlichen temperaturabhängigen Zeit zum Vulkanisieren und zum Beenden des Aushärtens in der Form gehalten wird.

Die VulkanisierZykluszeit könnte verkürzt werden, wenn die Mischung in der Form schnell und gleichmäßig auf eine höhere Temperatur erhitzt und dann schnell in die Form eingespritzt werden könnte, so daß mehr von der zum Aushärten der Gummimischung erforderlichen temperaturabhängigen Zeit vor dem Eintreten der Mischung in die Form aufgetreten wäre. Die Gummimischung kann jedoch nicht einmal für kurze Zeitperioden im Zylinder hohen Temperaturen ausgesetzt werden, anderenfalls ein unerwünschtes Vorvulkanisieren schon vor dem Eintreten der Gummimischung in die Form eintreten würde. Eine beim schnellen und gleichmäßigen Erhitzen der sich noch im Zylinder befindlichen Mischung angetroffene Schwierigkeit rührt von der geringen Wärmeleitfähigkeit der Mischung her. Dies erschwert die Verwendung äußerer Wärme zum schnellen Erhitzen der Mischung durch und durch auf eine gleichmäßige Temperatur. Zum schnellen Erzielen der gewünschten Temperatur in den Teilen der Mischung, die sich von der Wärmequelle, etwa Elektrizität oder dampferhitzte Zylinderwand, entfernt befinden, muß die Wärmequelle eine Temperatur haben, die

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wesentlich über der in der Mischung gewünschten liegt. Dies erzeugt örtliche heiße Stellen in der Mischung in Nähe der Zylinderwand, was die Bildung einer unerwünschten Haut aus vorvulkanisierter Mischung oder vorzeitig vulkanisierter Gummimischung in der Nähe der Zylinderwand bewirkt. Dies kann unerwünschte Stücke von ausgehärteter Mischung im Material erzeugen, noch bevor dieses die Form zum endgültigen Aushärten des übrigen Erzeugnisses erreicht. Diese Stücke können den Eingußtrichter und die Eingußkanäle der Form verstopfen und das gegossene Erzeugnis zerstören. Das Ergebnis ist, daß die Temperatur der Zylinderwand für gewöhnlich zur Vermeidung derartiger heißer Stellen genügend niedrig ist und unterhalb der kritischen Vor.vulkanisiertemperatur gehalten wird. Die Mischungstemperatur wird folglich nicht übermäßig hoch, so daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der zum Aushärten der Gummiiaischung erforderlichen temperaturabhängigen Zeit im Zylinder vorgesehen wird. Darüber hinaus ändert sich die Temperatur der Mischung insgesamt, wobei die von der Zylinderwand entfernter gelegene Mischung kühler als die der Zylinderwand näher gelegene Mischung ist. Das Ergebnis aus diesen Faktoren ist, daß ein längerer Vulkanisierzyklus erforderlich ist, wenn sich einmal die Mischung in der Form befindet, damit die zum Beenden der Aushärtung der gesamten Masse des Materials erforderliche temperaturabhängige Zeit vorgesehen wird.

Es wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen zum schnelleren und gleichförmigeren Erhitzen der in die Form eintretenden Mischung auf höhere Temperaturen im Zylinder. Bei einer Lösung wurde ein am Zylinder, einer Düse, einer sich drehenden Welle oder irgendeinem anderen Teil der Vorrichtung angebrachter Torpedo (torpedoförmiger Körper) im Zylinder angeordnet zur Bildung eines dünnen Ringkanals zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand. Die den dünnen Kanal umgebende Zylinderwand wird erhitzt. Da nur ein dünner Mischungsfilm erhitzt wird, wird eine schnellere und gleichförmigere Erhitzung der Mischung erzielt, obwohl es nach wie vor erforderlich gehalten wird, die Mischung stromauf vom Torpedo vorzuerhitzen, wobei die Torpedoerhitzungsstufe nur eine zusätzliche Erhitzung des Materials ist. Es verbleibt jedoch eine

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gewisse Veränderung zwischen der Temperatur der Mischung in nächster Nähe der Zylinderwand und der näher am Torpedo gelegenen Mischung. Zur Vergrößerung des Wärmeübergangs in die Mischung wurde vorgeschlagen, sowohl den Torpedo als auch die Zylinderwand zu erhitzen.

Das Erhitzen der Mischung erhöht deren Temperatur und vermindert die Viskosität zur Erzeugung eines erhitzten plastizierten strömungsfähigeren Materials, das sich zum Einspritzen in die Form eignet. Da jedoch die Temperatur des eingespritzten Materials nicht gleichförmig ist und da die temperaturabhängige Zeit im Zylinder ziemlich unter derjenigen liegt, die zum Aushärten der Mischung erforderlich ist, werden noch verhältnismäßig lange Vulkanisierzyklen in der Form benötigt. Es wurden auch weitere Techniken zum.gesteuerten Erhitzen der Mischung vorgeschlagen, etwa das Hochfrequenz- oder Mikrowellenerhitzen.

Es wurden Vorschläge gemacht zur Verwendung der freigegebenen Energie, wenn das viskose Material mechanisch unter Bedingungen der Abscherung zum Erhitzen von Plastikmaterial verarbeitet wird/ das entweder bei Extrudier- oder Spritzgußverfahren verwendet wird. Z.B. erwähnen die US PS 3 351 694 und 3 488 416 einen plastizierenden Extruder, der für gewöhnlich als "Elastikschmelzextruder" bekannt ist und zum Erhitzen die normale Kraft verwendet, die entwickelt wird, wenn ein viskoses Material in einem Spalt zwischen einer rotierenden und einer stationären Platte abgeschert wird. Die US PS 2 668 986 erwähnt das Abscheren, das in dem Plastikfilm auftritt, der durch den Spalt zwi-r schen einem rotierenden Torpedo und der Zylinderwand eines Schraubenextruders oder einer Spritzgußvorrichtung auftritt, wenn auch der Zylinder noch von außen her erhitzt werden muß. Es ist auch bekannt, daß Wärme durch die Abscherarbeit erzeugt wird die in einer Spritzgußvorrichtung mit Schraubenförderer oder in einem Extruder stattfindet, obwohl das äußere Erhitzen des Zylinders für gewöhnlich ebenfalls erforderlich ist, vgl. z.B. die US PS 3 467 743 und Ram v. Plunger Screw in Injection Molding,

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L.W. Meyer et al., Plastics Technology, Seiten 39-45 (Juli 1962). Das adiabatische Arbeiten eines Thermoplastikextruders der Schraubenbauart wurde vorgeschlagen, bei dem im wesentlichen die gesamte Wärme aus der mechanischen Verarbeitung des Plastikmaterials durch viskoses Abscheren entsteht, vgl. Adiabatic Extrusion of Polyethylene, J.M. McKelvey et al., SPE Journal, Seiten 22-30 · (März 1954) und Plastics Extrusion Technology and Theory, Gerhard Schenkel, American Elseyier Publishing Co., Inc., New York, Seiten 55-63 (1966). Jedoch sehen die letzteren Veröffentlichungen wie auch die vorher angegebenen im Gegensatz zur Erfindung keine zufriedenstellende Lösung des Problems des gleichmäßigeren und schnelleren Erhitzens von Gummimischungen in einer SpritzgüK°^rrichSeP^gKolbenbauart vor, bei der die Vulkanisierzykluszeit dadurch wesentlich verkürzt werden soll, daß die Mischung im Zylinder einer längeren temperaturabhängigen Zeit unterworfen wird, bevor sie in die Form eintritt, und zwar ohne die Gefahr, daß die Mischung vorzeitig im Zylinder vulkanisiert wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Verkürzen der Vulkanisierzykluszeit beim Spritzguß einer Gummimischung, gekennzeichnet durch Abscheren einer nicht ausgehärteten viskosen Gummimischung stromauf eines Formhohlraums sum wesentlichen Vermindern ihrer Viskosität und zur Anhebung ihrer Temperatur über eine kritische Vorvulkanisiertemperatur der Gummimischung zum Einleiten einer Vulkanisierung der Gummimischung vor ihrem Eintritt in den Formhohlraum und zum Vervollständigen der Vulkanisierung der Gummimischung im Formhohlraum.

Durch Ausführen der Erfindung, wie im folgenden genauer angegeben, können viskose Gumm!mischungen schnell und gleichmäßig auf eine im wesentlichen homogene verhältnismäßig hohe Temperatur über einem kritischen Vorvulkanisierbereich erhitzt werden, ohne daß der Mischung durch Leitung Wärme von einer äußeren Wärmequelle zugeführt wird, wodurch ein wesentlicher Teil des Bedarfs an temperaturabhängiger Zeit zum Aushärten des Gummis gedeckt wird, bevor die Gummimisehung in den Formhohlraum eintritt, so daß die

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VulkanisierZykluszeiten in der Form wesentlich verkürzt werden.

Das Abscheren tritt auf, wenn die Mischung durch einen Kanal hindurchtritt, der stromauf des Formhohlraums vorzugsweise im Zylinder einer mit einem Kolben arbeitenden Gummispritzgußvorrichtung stromauf des Zylinderauslasses und des Formhohlraums selbst angeordnet ist. Der Kanal sollte ausreichend dünn sein, um den Gummi während dessen Durchgangs durch den Kanal abzuscheren, und sollte dessen Viskosität vermindern und dessen Temperatur als Ergebnis des Abscherens erhöhen zur Erzielung einer erhitzten plastizierten Gummimischung mit im wesentlichen durch und durch gleichmäßiger Temperatur. Die Gummimischung wird ohne Vorvulkanisieren schnell auf eine hohe Temperatur erhitzt, so daß, wenn sie nachfolgend in die Form gespritzt wird, darin schnell vulkanisiert wird, da ein wesentlicher Teil des Bedarfs an temperaturabhängiger Zeit der Mischung im Kanal ohne wesentliche Zunahme der Verweilzeit der Mischung im Zylinder geliefert wurde. Dies gestattet eine bedeutende Verminderung der Vulkanisierzykluszeit, verglichen mit früheren Verfahren und Vorrichtungen, in denen die in die Form eingespritzte Mischung ungleichmäßige Temperatur aufweist, und die Hauptmasse der Mischung sich auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur befinden muß, damit die oben genannten lokalisierten heißen Stellen vermieden werden.

Es wurde gefunden, daß durch Unterwerfen der Mischung einer mechanischen Bearbeitung unter den gummiabscherenden Bedingungen, Energie durch den ganzen Gummi freigegeben wird, so daß dieser schnell und gleichmäßig durch sich selbst auf die gewünschte Temperatur ohne Bildung lokalisierter heißer Stellen erhitzt wird, die ein lokalisiertes vorzeitiges Aushärten des Gummis bewirken können. Aufgrund der Steuerung, die auf die Temperatur der Mischung durch Verändern von Faktoren, etwa der Dicke des Strömungskanals, ausgeübt werden kann, kann nun ein bedeutender Teil der Wärmeenergie, die in früheren Vorrichtungen der Mischung nicht zugefügt werden konnte, bevor sie sich in der Form befand, nun zugesetzt werden, bevor die Mischung in die Form eintritt, so

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daß weniger Erhitzungszeit in der Form benötigt wird mit einer folglichen Abnahme der Vulkanisier Zykluszeit. Zum Beispiel wurde durch Verwendung der vorliegenden Erfindung die Vulkanisierzykluszeit einer Polyisopren-Gumraimischung um mehr als 6O % verkürzt.

Die Abscherung der Gummimischung ist verantwortlich für das vorteilhafte Vermindern deren Viskosität und die freigegebene Energie hebt von sich aus die Temperatur der Mischung an, wenn diese abgeschert wird. Da der Abschervorgang durch die ganze Mischung hindurch stattfindet, wird Energie durch die ganze Masse hindurch freigegeben, was die im abgescherten Material gefundene in hohem Maß gleichmäßige Temperatur erklärt. Damit jedoch ein wesentliches Abscheren auftritt, muß die in den Kanal eintretende Gummimischung ausreichend viskos sein, um der Strömung einen bedeutenden Widerstand zu bieten. Zu diesem Zweck sollte die Mischung eine Viskosität von etwa 500.000 Poise oder mehr haben. Zur Erzielung bester Ergebnisse wurde gefunden, daß die Gummimischung im dünnen Strömungskanal mit einem Abschermaß von 1/10 bis 1/1000 Sekunden abgeschert wird, wobei das Abschermaß ein Ausdruck ist, dessen Berechnung und Bedeutung dem Fachmann bekannt sind.

Gemäß der Erfindung wird eineGummispritzgußvorrichtung geschaffen, bestehend aus einem Zylinder mit einem Einlaß zum Einführen einer Gummimischung in den Zylinder, aus einer Fördereinrichtung zum Fördern der Gummimischung vom Zylinder durch einen Auslaß hiervon in eine Form, und aus einer Einrichtung im Zylinder an dessen Auslaß zum Verändern der Eigenschaften der Gummimischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder während des Betriebs von keiner äußeren Wärmequelle erhitzt wird, und daß die Einrichtung im Zylinder im Strömungsweg der Gummimischung eine stationäre Drosselstelle enthält, die einen Strömungskanal für die Gummimischung bildet, der ausreichend dünn ist, um die viskose Gummimischung abzuscheren, wenn sie bei der Einspritzphase der Vorrichtung durch den Strömungskanal hindurchtritt, hierdurch ihre Viskosität wesentlich vermindert und ihre Temperatur zur Erzielung

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einer erhitzten Mischung erhöht, die im wesentlichen durch und durch gleichmäßige Temperatur aufweist und dann durch Einspritzen in die Form gefördert werden kann.

Mit der Vorrichtung und dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, die viskose Gummimischung im Zylinder abzuscheren, um deren Viskosität wesentlich zu vermindern und aus sich selbst heraus deren Temperatur zu erhöhen, ohne die Verweilzeit der Mischung im Zylinder wesentlich zu erhöhen und ohne der Mischung durch Leitung von der Zylinderwand her Wärme zuzuführen. Hierdurch wird eine über ihre kritische Vorvulkanisiertemperatur erhitzte Mischung hergestellt, die durch und durch eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufweist und die in eine Form eingespritzt und darin schnell vulkanisiert werden kann.

Wenn z.B. eine nicht ausgehärtete, im wesentlichen nicht erhitzte hochviskose Gummimischung bei Umgebungstemperatur der vorliegenden Erfindung unterworfen wird, kann ihre Viskosität z.B. von 50 Millionen auf 500.000 Poise stark herabgesetzt werden, während ihre Temperatur gleichzeitig bis zu etwa 150 ρ lediglich durch die Energie angehoben wird, die freigegeben wird, wenn der Gummi der Abscherung im dünnen Strömungskanal unterworfen wird. Wie angegeben, ist es während eines Dauerbetriebs nicht nötig, die Mischung von einer äußeren Quelle, etwa der Zylinderwand, her zu erhitzen, da eine ausreichende Viskosität sverminderung und Temperaturzunahme durch die mechanische Verarbeitung des viskosen Materials unter Bedingungen der Abscherung im dünnen Strömungskanal erzeugt werden.

Durch Verändern der Art und Abmessungen des Strömungskanals können Veränderungen im Ausmaß der Viskositätsverminderung und der Temperaturzunahme erzielt werden. Es sollte jedoch die Dicke des Strömungskanals nicht zu groß werden, da er sonst der Gummimischung einen Durchtritt ohne deren wirksame Abscherung gestattet. In ähnlicher Weise sollte der Strömungskanal nicht so dünn sein, daß es unpraktisch wird, die Mischung durch ihn hindurch unter

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ausführbaren Betriebsbedingungen hindurchzubewegen. Wie oben besprochen, muß die Viskosität der dem Strömungskanal zugeführten Mischung ausreichend hoch sein, um ein Stattfinden des Abscherens im Kanal sicherzustellen. Normalerweise wird dieser Zustand leicht angetroffen, wenn die Mischung im wesentlichen nicht erhitzt ist, wenn sie in den Strömungskanal eintritt, oder in diesen bei Umgebungstemperatur eintritt.

Aus der Erfindung ergeben sich die folgenden beispielhaften Vorteile:

(a) Weil eine wesentlich geringer viskose Gummimischung als bisher erzielbar ist, können die Konturen der Form vollständiger ausgefüllt werden zur Herstellung von Präzisionsgußgegenständen mit einer glatteren und glänzenderen Oberfläche als bisher erhältlich.

(b) Weil die erhaltene Gummimischung wesentlich geringer viskos ist, können in der Mischung eingefangene Gase leicht in die Form entweichen.

(c) wegen der geringeren Viskosität der erhaltenen Gummimisehung, können mit großen Füllstoffmengen beladene Mischungen, die in vielen Fällen in einer herkömmlichen Anlage nur mit großer Schwierigkeit, wenn überhaupt, verarbeitet werden können, leicht zur Bildung annehmbar geformter Teile in die Form eingespritzt werden.

(d) Es werden verkürzte VulkanisierZykluszeiten ermöglicht' und es muß der Mischung im Zylinder keine Wärme durch Leitung von einer äußeren Quelle zugeführt werden, wodurch eine kürzere Zylinderlänge und kürzere Verweilzeiten im Zylinder zugelassen werden, als sie normalerweise in bekannten Vorrichtungen erforderlich sind.

(e) Die Abhängigkeit vom Temperaturanstieg der Gummimischung, der in den Eingußkanälen und in den Eingußstellensystemen

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bisheriger Vorrichtungen auftritt, wird in hohem Maß vermieden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer herkömmlichen Gummispritzgußvorrichtung, die die Verbesserung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 und 3 Schnitte entlang den Linien 2-2 bzw. 3-3 von Fig. 1;

Fig. 4 eine Schrägansicht eines sich für eine Verwendung der Vorrichtung der Erfindung eignenden Torpedos;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des in Fig. 4 gezeigten Torpedos.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Gummispritzgußvorrichtung 10 der Kolben- oder Stößelbauart, die zur Aufnahme der Verbesserung der Erfindung abgeändert wurde. Eine derartige Vorrichtung ist die Anderson-Gummispritzgußpresse, die von Anderson IBEC, Strongsville, Ohio, erhältlich ist. Die Vorrichtung von Fig. 1 enthält im allgemeinen einen langgestreckten Hohlzylinder 11 mit einem Einlaß 12, etwa einem Trichter oder Schacht zum Einführen von Gummimischung 13 in den Zylinder, und einen Auslaß oder Eingußtrichter 14, der mit einem allgemein mit 15 bezeichneten Eingußkanal- und Eingußstellensystem einer herkömmlichen Formanordnung 16 in Verbindung steht. Das stromab gelegene Ende 17 des Zylinders 11 enthält eine abnehmbare konvergierende Düse 18, die die Mischung zum Eingußkanal- und Eingußstellensystem 15 der Formanordnung 16 leitet, die wiederum einen Formhohlraum 19 speist, Ein Stößel oder Kolben 20 ist im Zylinder angeordnet zur axial hin- und hergehenden Bewegung in Abhängigkeit von einer herkömmlichen, allgemein bei 34 angegebenen, Energiequelle, an der der Kolben 20 durch eine Stange 22 befestigt ist.

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Bei der Erfindung ist ein frei schwimmender stromlinienförmiger Torpedo 21 im Zylinder zwischen dem Kolben 20 und dem Zylinderauslaß 14 angeordnet, vergl. Fig. 1, 4 und 5. Der Torpedo hat einen mittleren zylindrischen Abschnitt 2?, einen stromauf gelegenen konischen Abschnitt 23 und einen stromab gelegenen konischen Abschnitt 24, von denen jeder an gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts 22 befestigt ist. Der Abschnitt 22 trägt vier in gleichen Abständen angeordnete um 90 versetzte am Umfang angeordnete Abstandsglieder 25, während der Abschnitt 24 zwei in gleichen Abständen angeordnete um 180° versetzte am Umfang angeordnete Abstandsglieder 26 trägt. Diese Abstandsgileder trennen den Torpedo 21 von der Innenwand 27 des Zylinders 11 und erzeugen einen dünnen im wesentlichen ringförmigen Strömungskanal 30 zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand, der nur" durch die Glieder 25 und 26 unterbrochen wird. Der Kanal 30 muß ausreichend dünn sein, damit·er die durch ihn hindurchtretende Mischung abschert, darf jedoch nicht zu dünn sein, um den Transport der Mischung durch ihn hindurch zu erschweren oder unmöglich zu machen. Zur Veranschaulichung beträgt die Dicke des Kanals 30 etwa 0,81 bis 15,88 mm. Die gewählte Kanaldicke hängt in hohem Maß von den Fließeigenschaften und dem temperaturbedingten Zeiterfordernis der besonderen gerade verarbeiteten Gummimischung ab. Wenn der Kanal dünner wird, nimmt im allgemeinen das Ausmaß der Abscherung zu, so daß größere Viskositätsveränderungen und Temperaturzunahmen in der Mischung auftreten, wenn sie durch den Kanal hindurchtritt.

Der Kanal 30 enthält verschiedene Abschnitte, etwa einen zylindrischen ringförmigen Kanal 30a, der den Abschnitt 22 des Torpedos umgibt, und einen konvergierenden konischen ringförmigen Kanal 30b, der den Abschnitt 24 des Torpedos umgibt und die Gummimischung von verminderter Viskosität und erhöhter Temperatur in den Eingußtrichter 14 leitet.

Die Abstandsglieder 25 und 26 des Torpedos sind mittels Schrauben 31 (vgl. Fig. 5) abnehmbar am Torpedo 21 befestigt und können somit durch Glieder mit veränderlichen Abmessungen und Ausbildungen

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zur Veränderung der Dicke des Kanals 30 ersetzt werden, um die gewünschte Viskositätsverminderung und Temperaturzunahme bei einer gegebenen Gummimischung zu erzeugen. Die Basis jedes Abstandsglieds 25, 26 ruht in einer Nut 28 in der Oberfläche des Torpedos, vgl. Fig. 2, 3 und 5. Jedes Abstandsglied 25, 26 hat vordere und hintere sich verjüngende Teile 28, um eine stromlinienförmige Strömung der Mischung um jedes Glied vorzusehen, vgl. Fig. 1, 4 und 5. Die Oberseite jedes Abstandsglieds 25, 26 ist etwa bei 33 abgerundet zur Anpassung an die abgerundete Kontur der Innenwand 27 des Zylinders 11, vgl. Fig. 2, 3, 4 und 5.

Der Torpedo 21 kann irgendeine Anzahl von Gestalten, Größen oder Anordnungen annehmen, obwohl es bevorzugt wird, daß er einen Umriß für eine stromlinienförmige Strömung der Gummimischung um ihn herum aufweist. Er wird vorzugsweise aus einem Metall, etwa Aluminium, verschiedenartigen Legierungen und dergl., hergestellt, die mit der bei den in Nähe des Torpedos vorhandenen Zuständen der behandelten Mischung verträglich sind. Natürlich kann janstelle des in der Zeichnung gezeigten Torpedos irgendeine Strömungsdrosselung verwendet werden, die einen ausreichend dünnen Spalt zum Abscheren des Gummis im Zylinder vorsieht.

Zum Entfernen oder Ersetzen des Torpedos 21 oder der Abstandsglieder 25, 26 muß lediglich die Formanordnung 16 vom Zylinder getrennt und die konvergierende Düse 18 am Ende des Zylinders entfernt werden, da der Torpedo mit keinem Teil der Vorrichtung 10 verbunden ist.

Obwohl die meisten herkömmlichen mit Kolben arbeitenden Gummispritzgußvorrichtungen, einschließlich der oben genannten Anderson-Gummispritzgußpresse mit einer Einrichtung zum Erhitzen des Zylinders ausgerüstet sind (da die Zylindererhitzung einen wesentlichen Betrag des Energieeingangs zur Gummimischung beim herkömmlichen Gummispritzguß liefert), wird der Zylinder 11 der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung während des normalen Dauerbetriebs nicht erhitzt, da die Abscherung der Mischung im Kanal 30 die gewünschte Viskositätsverminderung vorsieht und

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genügend Wärme aus sich selbst innerhalb der Mischung erzeugt. In einigen Fällen ist die durch den Durchtritt durch den Kanal freigegebene Wärmemenge so groß, daß die Zylinderwand zum Entfernen der Wärme aus der Mischung gekühlt werden muß, um ein vorzeitiges Aushärten im Zylinder zu vermeiden. Die Zylinderwand kann durch eine beliebige Vielzahl von Techniken gekühlt werden, etwa z.B. durch Einschließen innerhalb eines Mantels 40, durch den Kühlwasser kontinuierlich zirkuliert, während die Vorrichtung, im. Betrieb ist, vgl. Fig. 1. Der Mantel 40 umgibt den Torpedo 21 und den Kanal 30 und erstreckt sich um eine kurze Strecke (z.B. 12,7 bis 30,5 cm) stromauf vom Torpedo 30, um die zu den stromauf gelegenen Teilen der Zylinderwand durch Leitung von der den Torpedo umgebenden Abscherungszone zu entfernen. Das Kühlen der Zylinderwand in Nähe des Torpedos steht im Gegensatz zu bisherigen Spritzgußvorrichtungen, in denen der Zylinder erhitzt wird, um die Mischung durch Leitung bei ihrem Vorübergang an der Zylinderwand zu erhitzen.

Im Betrieb wJfrd die Gummimischung 13 dem Zylindereinlaß 12 im wesentlichen im unerhitzten Zustand bei Umgebungstemperatur (z.B. 10° bis HO⁰F) zugeführt. Die Mischung kann von irgendeiner Art sein, die für gewöhnlich zum Herstellen von Spritzgußteilen, verwendet wird. Sie umfaßt natürliche oder synthetische Gummis oder Elastomere, verschiedene Gummi- und Elastomercopolymere und so allgemein bekannte Materialien wie Neoprengummi, Butylgummi und dergl. Wie in der Technik bekannt, enthalten die Gummis häufig eine Vielzahl von Füllern und Zusätzen, um dem gegossenen Erzeugnis eine Vielzahl von gewünschten Eigenschaften zu erteilen. Derartige abgeänderte Gummimischungen können auch bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die Gummimischung 13 ist hochviskos und hat beispielsweise eine Viskosität über 500.000 bis 50 Millionen Poise, obwohl viele der üblicherweise gegossenen Bestandteile Viskositäten am unteren Ende dieses Bereichs haben, z.B. 500.000 bis 5 Millionen Poise. Die Mischung 13 wird normalerweise nicht vorerhitzt, obwohl sie vorerhitzt werden kann, vorausgesetzt, daß das Erhitzen die

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hohe Viskosität des Materials nicht beeinflußt. Wie oben besprochen, muß die Mischung hochviskos sein, damit sie im Kanal 30 abgeschert wird und die gewünschten Ergebnisse der Viskositätsverminderung und Temperaturerhöhung erreicht.

Nachdem sich die Mischung 13 im Zylinder 11 befindet, bewegt sich der Kolben 20 vorwärts und drückt die Mischung durch den Zylinder zurund gegen die stromauf gelegene Kante des Torpedos 21, wo sie sich unter dem durch den Kolben ausgeübten Druck um den Torpedo herum verteilt und durch den ringförmigen Kanal 30 zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand hindurchtritt. Der Torpedo 20 ist in der konvergierenden Düse 18 des Zylinders verkeilt, vgl. Fig.l, wo er während des Einspritzhubs der Vorrichtung ohne irgendeine wesentliche Dreh- oder Axialbewegung im stationären Zustand bleibt. Die Wände des Kanals 30 werden somit durch die stationäre Zylinderwand und die stationäre Außenfläche des Torpedos 21 gebildet.

Wenn die Gummimischung durch den Kanal 30 hindurchtritt, wird sie mäßig hohen Abscherzuständen unterworfen, die deren Viskosität wesentlich vermindern und deren Temperatur über die kritische Vorvulkanisiertemperatur schnell anheben. Da die Zylinderwand der Vorrichtung nicht erhitzt wird, ergeben sich diese Änderungen in der Mischung im wesentlichen allein aus der mechanischen Verarbeitung der Mischung, die im Kanal 30 auftritt.

Wenn die Mischung die stromauf gelegene Kante des Torpedos erreicht, befindet sie sich noch in einem im wesentlichen unerhitzten hochviskosen Zustand, da die Zylinderwand von außen nicht erhitzt wird. Wenn sie der Torpedo 21 erreicht, wird die Querschnittsfläche des Zylinders fortschreitend vermindert als Ergebnis des divergierenden konischen ringförmigen Strömungskanals 30c zwischen der Zylinderwand und dem konischen Abschnitt 23 des Torpedos. Eine gewisse Abscherung der Mischung beginnt im Kanal 30c. Jedoch tritt die meiste Abscherung in den engeren Kanälen 30a, 30b auf wegen der stärkeren mechanischen Verarbeitung

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der hochviskosen Mischung, die in diesen Kanälen auftritt.

Wenn sich die Viskosität der Mischung vor ihrem Erreichen der stromauf gelegenen Kante des Torpedos bedeutend erhöht hat, etwa z.B. durch äußeres Erhitzen des Zylinders, würde sie zu einer Durchströmung der Kanäle 30a, 30b neigen, ohne einer ausreichenden mechanischen Verarbeitung unterworfen zu sein, die die Mischung

dem

bis zu dem Punkt abschert, an/eine wesentliche Viskositätsverminderung und Temperaturzunähme auftreten würde. Man glaubt, daß ein Hauptgrund dafür, daß die Materialien in früheren eine Torpedoanordnung verwendenden Vorrichtungen nicht bedeutend abgeschert werden, darin liegt, daß das Material vor dem Erreichendes Torpedos erhitzt wurde, damit seine Viskosität bis zu dem Punkt vermindert wird, an,keine bedeutende Abscherung des Materials während seines Durchgangs am Torpedo auftritt. Dies wird durch die Tatsache bestätigt, daß in den meisten derartigen früheren Vorrichtungen die den Torpedo umgebende Zylinderwand erhitzt werden mußte. Wenn ein bedeutendes Abscheren in diesen Vorrichtungen aufgetreten wäre, würde genügend Hitze innen erzeugt werden, damit sich ein Erhitzen des Zylinders erübrigt. Es wird angenommen, daß sich die Viskosität der meisten Plastikmaterialien, die die Torpedos von herkömmlichen Behandlungsanlagen erreichen, in der Größenordnung von 100 bis 1000 Poise liegt, verglichen mit den 500.000 bis 50 Millionen Poise der Mischung bei der vorliegenden Erfindung. Bei Viskositäten von 100 bis 1000 Poise findet beim Vorbeigang des Materials am Torpedo keine bedeutende Abscherung statt und folglich gibt es keine bedeutende Viskositätsverminderung oder Temperaturzunähme wie bei der vorliegenden Erfindung.

Wenn die Gummimischung den Kanal 30 verläßt und in den Eingußtrichter 14 eintritt, befindet .sie sich in einem erhitzten plastizierten strömungsfähigen Zustand, der beispielsweise eine Viskosität von lediglich 1000 bis 500.000 Poise und eine Temperatur von 20 bis 150°F aufweist, die höher ist als diejenige der Einlaßgummimischung und über der kritischen Vorvulkanisiertemperatur liegt. Für viele der gewöhnlicheren Spritzgußgummimischun-

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gen hat der abgescherte Gummi Viskositäten von etwa 5000 bis 200.000 Poise und Temperaturen von etwa 50 bis 120⁰I¹, die höher sind als diejenigen der nicht abgescherten Mischung stromauf vom Torpedo» Daher kann die abgescherte Mischung in Abhängigkeit von der Temperatur der nicht abgescherten Mischung eine Temperatur aufweisen, die beispielsweise bei etwa 100 bis 25O°F liegt.

Die erhitzte plastizierte abgescherte Gummimischung hat eine Temperatur, die im wesentlichen gleichförmig.durch die Masse verteilt ist, da die Wärme automatisch durch die gesamte Gummimasse hindurch freigegeben wird, wenn sie durch den Kanal 30 hindurchtritt, d.h. sie wird aus sich heraus erhitzt. Gleichmäßige Temperaturen bedeutet, daß die Temperatur von Punkt zu Punkt in der Gummimischung sich nicht um mehr als etwa 1O°F ändert. Falls das Abscheren der Mischung zur Erzeugung von übermäßig hohen Temperaturen neigen sollte, kann Wasser durch den Mantel 40 zirkuliert werden, um die Mischung auf der gewünschten Temperatur zu halten. Es wurde gefunden, daß wegen der niedrigen Viskosität der abgescherten Mischung nur wenig zusätzliches Abscheren in den Eingußkanälen und Eingußstellen 15 der Form auftritt, so daß der Vulkanisierzyklus in der Form im wesentlichen völlig durch das Abscheren der Mischung gesteuert wird, wenn diese am Torpedo im Zylinder vorbeifließt. Dies ist ein Vorteil, da bei einigen der bisherigen Vorrichtungen eine Abhängigkeit von einem zusätzlichen Temperaturanstieg vorliegt, der in den Eingußkanälen und Eingußstellen der Form infolge von Abscherung stattfindet. Wenn die Formen abgeändert werden, verändert sich die Wirkung dieser Parameter auf den Vulkanisierzyklus in ähnlicher Weise und es müssen neue wirksame Betriebsbedingungen bestimmt werden. Bei der vorliegenden Erfindung sollten Abänderungen der Form nur wenig Wirkung auf die Betriebsbedingungen haben.

Wie oben angegeben, beruht ein Vorteil der niedrigen Viskosität der bei der vorliegenden Erfindung erzeugten abgescherten Gummimischung darin, daß sie wesentlich flüssiger ist als die meisten Spritzgμßgummimischungen und daher besser den Oberflächenkonturen

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ORiGiNAL INSPECTED

des Formhohlraums folgen und wirksamer diesen Raum ausfüllen kann. Das Ergebnis ist ein geformter Teil mit einer glatteren Oberfläche und einem höheren Glanz.

Es ist auch anzugeben, daß in der abgescherten Mischung einge-r schlossene Gase leicht aus dem Material entweichen, wenn sich dieses einmal in der Form befindet, und zwar offenbar aufgrund seiner niedrigen Viskosität, so daß die Notwendigkeit zum Rütteln der Form für das Entfernen derartiger Gase beseitigt ist.

Das Ausmaß, auf das die Mischungsviskosität bei der vorliegenden Erfindung vermindert wird, ermöglicht auch ein bequemes Handhaben hochviskoser Materialien oder Mischungen, die große Mengen von Füllern oder Zusatzstoffen enthalten und bei einem eine herkömmliche Anlage verwendenden Spritzguß schwierig sind.

Wesentlich kürzere Vulkanisierzykluszeiten sind bei der vorliegenden Erfindung erzielbar, weil die Mischung schnell und gleichmäßig auf verhältnismäßig hohe Temperaturen vor dem Eintreten in den Formhohlraum erhitzt werden kann. Folglich muß weniger temperaturabhängiger Zeitaufwand in der Form geleistet werden, so daß die Vulkanisierzykluszeit in hohem Maß verkürzt ist.

Die Vulkanisierung von Gummimischungen ist eine exotherme Reaktion. Sind einmal Temperaturen über dem, Bereich der kritischen Vorvulkanisiertemperatur erreicht, so wird die Vulkanisierung eingeleitet. Beim Erreichen derartiger Temperatur setzt sich der Temperaturanstieg der Mischung fort und die Vulkanisierung nimmt auch dann schneller zu, wenn dem System von einer äußeren Quelle keine nachfolgende Energie zugeführt wird. Bei der vorliegenden Erfindung sind wesentlich kürzere Vulkanisierzykluszeiten erzielbar, da die Gummimischung vor dem Eintritt in die Form auf Vulkanisiertemperaturen erhitzt wurde und da die Innentemperatur des geformten Teils in der Form ungeachtet jeglicher äußeren Wärmequelle automatisch ansteigt. Beim herkömmlichen mit Kolben arbeitenden Spritzgußvorgang muß die Temperatur der Gummimischung im Zylinder der Maschine unter dem Bereich der kritischen Vor-

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Vulkanisiertemperatur und unter der Temperatur gehalten werden, bei der die Vulkanisierung eingeleitet wird. Damit diese Mischungen in einer herkömmlichen Anlage auf Vulkanisiertemperaturen erhitzt werden, muß Energie von den Platten der Form zugeführt und durch die ganze Mischung hindurch übertragen werden, die eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Die für verkürzte Vulkanisierzykluszeiten erforderlichen Bedingungen können sich von Mischung zu Mischung verändern, da derartige Faktoren, wie der temperaturabhängige Zeitbedarf und die Fließeigenschaften sich für unterschiedliche Mischungen ändern. Die Betriebsbedingungen können leicht abgewandelt werden zur Anpassung an diese Unterschiede durch Verändern der Dicke des Kanals 30 und/oder der Anordnung des Torpedos 21. Der Kolbendruck kann auch einen Einfluß aufweisen.

Der Torpedo kann bei irgendeiner geeigneten Stellung stromauf vom Formhohlraum angeordnet werden und es könnten ein oder mehrere in Reihe oder parallel ausgefluchtete Torpedos verwendet werden. Z.B. könnten ein oder mehrere Torpedos in den Eingußtrichtern oder Eingußkanälen oder an veränderlichen Stellen im Zylinder der Vorrichtung angeordnet werden.

Das folgende Beispiel ist zur weiteren Darstellung der Erfindung vorgesehen.

Beispiel

Zur Darstellung der Wirkungsfähigkeit der Erfindung wurden zwei Versuchsläufe in der gleichen Spritzgußvorrichtung ausgeführt, mit der Ausnahme, daß bei einem Lauf ein Torpedo in den Zylinder der Vorrichtung gemäß der Erfindung und beim anderen Lauf kein Torpedo verwendet wurde.

Die verwendete Vorrichtung war eine 450 Tonnen Spritzgußpresse von Anderson, eine Einheit, die im Handel von Anderson IBEC, Strongsville, Ohio, erhältlich ist. Die Presse ist eine herkömmliche

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Gummispritzgußvorrichtung der Kolbenbauart mit einem Zylinderdurchmesser von etwa 93,7 mm.

Der verwendete Torpedo war der in Fig. 4 und 5 gezeigte. Die gesamte axiale Länge des Torpedos betrug 241,3 mm. Die axiale Länge der mittleren zylindrischen Abschnitte betrug 63,5 mm, während die Länge jedes konischen Abschnitts 88,9 mm betrug. Der Winkel jedes konischen Abschnitts betrug 25°. Die vier Abstandsglieder auf dem zentralen zylindrischen Abschnitt wurden in der Mitte des Abschnitts angeordnet und waren 38,1 mm lang und 25,4 mm breit. Jedes Glied erstreckte sich etwa 7,6 mm auswärts von der Oberfläche des Abschnitts. Die beiden Abstandsgiieder auf dem stromab gelegenen konischen Abschnitt wurden in der Mitte des Abschnitts angeordnet und waren 63,5 mm lang und 19 mm breit. Es erstreckte sich ebenfalls jeder um 7,6 mm auswärts von der Oberfläche des Abschnitts. Somit hatte der im Zylinder der Vorrichtung, hergestellte ringförmige Strömungskanal bei Einbau des Torpedos eine Dicke von etwa 7,6 mm.

Die bei jedem Lauf verwendete Spritzgußmischung bestand aus hochviskosem mit Kork und Kohlenstoff beladenem synthetischem Polyisoprengummi. Der Korkanteil betrug etwa 2 %, während der Kohlenstoffgehalt im Bereich von 10 bis 20 % lag. Die Mischung enthielt auch einen herkömmlichen Beschleuniger und ein Vulkanisiermittel.

Die Form war kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 152,4 mm und einer allgemeinen Dicke von etwa 3,2 mm mit Ausnahme dreier. dünner Ringe, die konzentrisch zur Achse der kreisförmigen Form waren und etwa 50,8, 101,6 und 152,4 mm Durchmesser hatten. Diese Ringe hatten eine Dicke von etwa 6,4 mm. Die Form wurde zwischen einer oberen und und unteren Platte geschichtet, von denen jede erhitzt wurde zur Erhitzung der Mischung, sobald sich diese in der Form befand.

Der erste Lauf wurde ohne Torpedo im Zylinder ausgeführt entsprechend der normalen Betriebsart der Vorrichtung. Der Zylinder wurde

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elektrisch erhitzt und die Zylindertemperatur während des ganzen Vorgangs auf etwa 14O°F gehalten. Es war erforderlich, den Zylinder auf diese Temperatur zu erhitzen, um eine Strömung der Mischung während des Vorgangs durch die Vorrichtung einzuleiten und fortzusetzen. Verschiedene Versuchsreihen wurden unter diesen Bedingungen ausgeführt und es wurden verschiedene Betriebsparameter angegeben. Die gegossenen Gegenstände wurden bezüglich der Qualität durch Augenschein untersucht und es wurden unter Verwendung eines Shore-Durometers Typ A Durometerablesungen an jedem Gegenstand ausgeführt.

Eine, zweite Reihe von Läufen wurde im wesentlichen in der gleichen Weise ausgeführt, mit der ersten Ausnahme, daß der Torpedo in den Zylinder in der in Fig. 1 gezeigten Weise eingesetzt wurde. Vor dem Beginn des Laufs wurde der Zylinder auf 10 P vorerhitzt, um eine Anfangsströmung der Mischung in der Vorrichtung zu erzielen. Dies könnte wahlweise ersielt werden ohne Erhitzen des Zylinders durch verschiedene vorhergehende Schüsse des Kolbens bei vorhandenem Torpedo, was die Mischung genügend aufwärmen würde, um sie zu Beginn strömungsfähig zu machen. Jedoch wurde ein Vorerhitzen des Zylinders zweckmäßiger gefunden. In Fällen von fehlendem Torpedo muß der Zylinder zum Einleiten und Fortsetzen der Strömung stets erhitzt werden, und zwar zu diesem Zweck ziemlich über 110%.

Wurde einmal der Zylinder auf HO⁰F vorerhitzt, wurde die Zylindererhitzung abgeschaltet und die viskose Gummimischung in den Zylinder bei Umgebungstemperatur eingeführt. Während des Betriebsintervalls blieb die ZyIIndertemperatur bei etwa HO⁰P, obwohl ein verlängerter Betrieb (in der Größenordnung von 20 bis 40 Schüssen oder mehr) ein Anheben der Zylindertemperatur bewirkte, wegen der während des Abscherens des Gummis freigegebenen Energie. In derartigen Fällen wurde der Zylinder zum Aufrechterhalten von etwa 110⁰F gekühlt.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I für jeden Lauf tabellarisch angegeben.

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TABELLE I

cn O co

Kein Torpedo im Zylinder

Torpedo im

Zylinder

Schuß No.	Zylinder- temp. (⁰P)	Einguß- trichter- temp. (°P)	Temp.der oberen Platte(°^	Temp.der unteren I Platte (°^F)	Einspritz druck ~ (kg/cnT)	Einspritz zyklus zeit (sek.)	Vulkani sierzyklus zeit (sek)	Durome- terable- sung
( ^X ( 2 < 3	140 140 140	140 140 • 140	395 395 395	395 395 395	116 116 116	14 14 14	120 90 80	54 55 48
1	110	200	395	395	112,5	12	90	53
( ²	110	200	395	395	112,5	12	25	54
( 3	110	200	. 395	395	112,5	12	60	55
< *	110	200	395	395	112,5	12	45	55
( 5	110	200	395	395	112,5	12	30	55
6	110	200	395	395	112,5	12	25	53

CD CD CX)

2AA0987

Die Ergebnisse in Tabelle I zeigen, daß bei NichtVorhandensein eines Torpedos während des Einspritzhubs keine Temperaturzunahme der Gummimischung vorlag, da die Zylinder- und Eingußtrichtertemperatur die gleiche blieben. Die Durometerablesungen begannen bei einer Vulkanisierzykluszeit von 80 Sekunden abzufallen, was anzeigte, daß die Mischung noch nicht völlig ausgehärtet war und mehr Zeit benötigte. Da annehmbare Durometerablesungen bei 90 Sekunden erhalten wurden, betrug die Vulkanisierzykluszeit bei nicht vorhandenem Torpedo etwa 90 Sekunden. Das aus dem mit fehlendem Torpedo geformte Erzeugnis war nicht glänzend.

Diese Ergebnisse stehen in scharfem Gegensatz zu dejenigen, die bei Verwendung eines Torpedos erzielt wurden, da die Angaben der Tabelle I zeigen, daß annehmbare geformte Erzeugnisse, wie durch annehmbare Durometerablesungen angegeben, mit optimalen Vulkanisierzykluszeiten in der Kürze von 30 Sekunden erzielt wurden. Dies stellt eine 66 %ige oder 2/3-Verminderung der Vulkanisierzykluszeit dar, verglichen mit den 90 Sekunden, die ohne Verwendung eines Torpedos erforderlich waren. Es ergab sich auch eine 90° P Temperaturzunahme in der Mischung während des Einspritzhubs, was durch eine Eingußtrichtertemperatur von 200° P angegeben wurde, verglichen mit einer Zylinder temperatur von 110° P. Auf diese Weise wurde die Temperatur der Mischung aufgrund ihres Durchgangs durch den Kanal zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand erhöht. Das gegossene Erzeugnis war glänzend, was anzeigte, daß die Gießtemperatur viel höher war als in dem Fall, in dem kein Torpedo verwendet wurde. Der erhöhte Gießdruck gibt an, daß die Viskosität der Mischung bei ihrem Eintritt in die Form viel niedriger war als in dem Fall, in dem kein Torpedo verwendet wurde. Somit wurde die Viskosität der Mischung aufgrund ihres Durchgangs durch den Kanal zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand in hohem Maß vermindert.

Versuche zum Betreiben der Vorrichtung bei einer Zylindertemperatur von HO⁰I¹ ohne Torpedo waren nicht erfolgreich, da die Mischung für ein Fließen in die Form zu viskos blieb. Wenn jedoch

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der Torpedo verwendet wurde, arbeitete die Vorrichtung ohne Schwierigkeit bei 110° P zur Erzeugung eines gegossenen Erzeugnisses von hervorragender Qualität mit einer bemerkenswert kurzen Vulkanisierzykluszeit. Dies beleuchtet die bedeutende Wirkung der Viskosität sverminderung und Temperaturzunähme, die der Mischung durch ihren Durchtritt durch den Kanal zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand erteilt wurde» Diese Wirkung ist allein bedingt durch das Abscheren der Mischung, das in diesem Kanal stattfindet, da während des Einspritzhubs keine Zylindererwärmung ausgeübt wurde.

Bezugnehmend auf das obige Beispiel,, können mathematische Berechnungen ausgeführt werden, die die Verweilzeit der Mischung im Zylinder mit und ohne Torpedo und die Zeit kennzeichnen, die zum Drücken eines Mischungsschusses am Torpedo vorbei und in den Eingußtrichter erforderlich ist. Bei der ersten Reihe von Schüssen (ohne Torpedo) befand sich die Mischung im Zylinder 57 Minuten oder 3 4 20 Sekunden lang. Die Anfangstemperatur der Mischung betrug 707, während die Temperatur der Mischung an der Zylinderwand bein Austritt aus dem Zylinder bei 140°p lag, nämlich ziemlich unterhalb ihrer kritischen Vorvulkanisiertemperatur von

160 bis 170°?. Die mittlere Temperatur der Querschnittsmasse der Mischung am Boden des Zylinders lag in Nähe von 120 bis 130⁰J?.

Bei der zweiten Reihe von Schüssen (mit Torpedo) betrug die Temperatur der Mischung unmittelbar über dem Torpedo 110⁰P. Beim Austritt aus dem Eingußtrichter lag die Temperatur bei 200 r, nämlich ziemlich über ihrer kritischen Vorvulkanisiertemperatur von 160 bis 170°?« Die zum Drücken des Schusses der Masse über den Torpedo und in die Form erforderliche Zeit betrug 12 Sekunden. Die temperaturabhängige Zeit für die erste Reihe von Läufen betrug 3420 Sekunden bei 70 - 130° P, während die temperaturabhängige Zeit für die zweite Reihe von Läufen (mit Torpedo) 12 Sekunden bei 110 - 200⁰P betrug. Diese bedeutende Änderung in den temperaturabhängigen Zeitverhältnissen durch Verwendung der vorliegenden Erfindung verminderte die optimale Vulkanisierzeit von 90 Sekunden auf 30 Sekunden. Bei der vorliegenden Erfindung kann

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Claims

die kritische Vorvulkanisierzeit im Zylinder ohne nachteiliges Ergebnis ausgedehnt werden, da die Gununimischung im Zylinder nur eine kurze Zeit verbleibt, nachdem die Vorvulkanisiertemperatur erreicht ist. Auf diese Weise wird die Vulkanisierung nicht vollendet bis sich die Gummimischung in der Forin befindet, obwohl die Vulkanisierung wunschgemäß im Zylinder eingeleitet wird. Andererseits kann die Vulkanisierung bei den meisten bisherigen Vorrichtungen im Zylinder nicht eingeleitet werden, wegen der im Zylinder benötigten langen Verweilzeit, die wenigstens ein teilweises unerwünschtes Vulkanisieren der Gummimischung im Zylinder bis zu dem Punkt bewirkt, an,sie die Qualität des endgültigen gegossenen Erzeugnisses nachteilig beeinflußt. 509-811/0766 Patentansprüche

1. Verfahren zum Verkürzen der Vulkanisierzykluszeit beim Spritzguß einer Gummimischung, gekennzeichnet durch Abscheren einer nicht ausgehärteten viskosen Gummimischung stromauf eines Formhohlraums zum wesentlichen Vermindern ihrer Viskosität und zur Anhebung ihrer Temperatur über eine kritische Vorvulkanisiertemperatür der Gummimischung zum Einleiten einer Vulkanisierung der Gummimischung vor ihrem Eintritt in den. Formhohlraum und zum Vervollständigen der Vulkanisierung der Gummimischung im Formhohlraum .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß eine nicht ausgehärtete viskose Gummimischung mit einer Viskosität von etwa 500.000 bis 50 Millionen Poise abgeschert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturzunahme oberhalb der kritischen Vorvulkanisiertemperatur durch Abscheren der nicht ausgehärteten viskosen Gummimischung erreicht wird, was beim Durchtritt der nicht ausgehärteten viskosen Gummimischung durch einen stromauf des Formhohlraums gelegenen Kanal mit vorgegebener Dicke auftritt, dessen Oberflächen während des Durchtritts der Mischung stationär bleiben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht ausgehärtete viskose Mischung beim Eintritt in den Kanal sich im wesentlichen auf Umgebungstemperatur befindet und beim Durchtritt durch den Kanal von etwa 0,51 bis 15,9 mm Dicke abgeschert wird, wodurch die Viskosität der den Kanal verlassenden Mischung auf etwa 1000 bis 500.000 Poise abgesenkt und deren Temperatur um etwa 20 bis 150 über die Umgebungstemperatur der in den Kanal eintretenden nicht ausgehärteten Mischung angehoben wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Kühlen der Mischung wenigstens in Nähe ihres Durchtritts durch den Kanal.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheren der nicht ausgehärteten viskosen Gummixnischung auftritt, wenn sie durch den Kanal mittels eines Kolbens oder Stößels hindurchgedrückt wird, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, in dessen stromab gelegenem Ende der Kanal ringförmig ausgebildet ist.

7. Verfahren nach · einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturzunahme über die kritische Vorvulkanisiertemperatur erreicht wird, ohne daß von einer äußeren Wärmequelle durch Leitung Wärme zur Mischung während ihres Durchgangs durch den Kanal zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturzunahme über die kritische Vorvulkanisiertemperatur allein durch Abscheren der nicht ausgehärteten viskosen Gummimischung erreicht wird.

9. Gummispritzgußvorrichtung, bestehend aus einem Zylinder mit einem Einlaß zum Einführen einer Gummimischung in den Zylinder, aus einer Fördereinrichtung zum Fördern der Gummimischung vom Zylinder durch einen Auslaß hiervon in eine Form und aus einer Einrichtung im Zylinder an dessen Auslaß zum Verändern der Eigenschaften der Gummimischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1.1) während des Betriebs von keiner äußeren Wärmequelle erhitzt wird, und daß die Einrichtung im Zylinder im Strömungsweg der Gummimischung eine stationäre Drosselstelle (21) enthält, die einen Strömungskanal (30a, 30b, 30c) für die Gummimischung bildet, der ausreichend dünn ist, um die viskose Gummimischung abzuscheren, wenn sie bei der Einspritzphase der Vorrichtung durch den Strömungskanal hindurchtritt, hierdurch ihre Viskosität wesentlich vermindert und ihre Temperatur zur

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Erzielung einer erhitzten Mischung erhöht, die im wesentlichen durch und durch gleichmäßige Temperatur aufweist und dann durch Einspritzen in die Form (16) gefördert werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung einen hin- und hergehenden Kolben (20) im Zylinder (11) enthält zum Fördern der Mischung vom Zylinder in die Form, wobei die stationäre Drosselstelle zwischen dem Kolben (20) und dem Zylinderauslaß angeordnet ist zur Erzeugung eines zwischen der Drosselstelle und der Zylinderwand gelegenen Strömungskanals im Zylinder.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40) zum Kühlen des Zylinders wenigstens in Nähe* der Strömungsdrosselstelle.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Drosselstelle einen Torpedo (21) mit einer Vielzahl von Umfangsfingerη (25, 26) aufweist, die die Zylinderwand berühren und den Torpedo von der Zylinderwand in Abstand halten zur Erzeugung des Kanals von vorgegebener Dicke im Zylinder zwischen dem Torpedo und der Zylinderwand.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kanals etwa 0,51 bis 15,9 mm beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal ein im wesentlichen ringförmiger Strömungskanal ist, in dem die viskose Gummimischung während ihres Durchtritts durch den Kanal beim Einspritzhub der Vorrichtung abgeschert wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskositätsveränderung und Temperaturzunahme der viskosen Gummimischung auf eine Vorvulkanisiertemperatur allein als Ergebnis einer Abscherung der Mischung, auftritt, die während des Durchtritts der Mischung durch den Kanal auftritt.

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