DE2545844A1

DE2545844A1 - Verfahren zum vulkanisieren elastomerer gegenstaende

Info

Publication number: DE2545844A1
Application number: DE19752545844
Authority: DE
Inventors: Jonathan A Johnston
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1976-04-29
Also published as: BR7506657A; US4027543A; MX144057A; IT1043246B; BE834605A; CA1104785A; JPS5164579A; DE2545844C3; GB1501943A; DE2545844B2

Description

Verfahren zum Vulkanisieren elastomerer Gegenstände

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vulkanisieren elastomerer Gegenstände, bei welchem ein zwischen einer Pormflache und einer Druckkammer angeordneter Gegenstand der Einwirkung von Druck und Wärme ausgesetzt wird, indem in die Kammer ein heißes Fluid eingeleitet wird, das so lange in der Kammer verbleibt, bis der elastomere Gegenstand wenigstens teilweise erweicht ist.

Das Vulkanisieren elastomerer Gegenstände erfolgt durch Ausdehnung eines elastischen Balges oder dgl. gegen den Gegenstand, wodurch der Gegenstand in erweichtem Zustand gegen eine konturierte Formfläche gedrückt wird und in diese einfließt. In der Vergangenheit sind zahlreiche Fluids verwendet oder vorgeschlagen worden, um den elastischen Balg gegen den zu vulkanisierenden Gegenstand zu drücken. Die verbreitasten Systeme verwenden entweder ausschließlich Dampf oder Heißwasser als Vulkanisationsmedien. Ferner ist die Anwendung eines

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Inertgases vor der Einführung von Dampf bekannt (US-PS 661 178, US-PS 676 350, US-PS 1 7^6 357 und US-PS 1 87I 120). Bei den bekannten Verfahren wird das Inertgas in erster Linie anstelle von Luft oder Dampf eingesetzt, um eine Oxydation des Balgelementes zu verhindern. Die bei den bekannten Verfahren angewandten Drücke liegen im allgemeinen erheblich niedriger als etwa 14 at.

Während diese bekannten Vulkanisierverfahren für ihre jeweiligen speziellen Anwendungszwecke mehr oder weniger zufriedenstellend arbeiten, gibt es dennoch gewisse Schwierigkeiten. Eine dieser Schwierigkeiten, die besonders charakteristisch ist, wenn man Dampf als Vulkanisiermedium verwendet, besteht darin, daß keine ausgeglichene oder gleichmäßige Vulkanisierung durch den gesamten Gegenstand hindurch erfolgt. Dies wird besonders deutlich, wenn der zu vulkanisierende Gegenstand an verschiedenen Stellenungleichmäßige Stärken aufweist. In der Praxis zeigt sich diese Schwierigkeit beim Vulkanisieren von Reifen, die normalerweise an den Schultern stärker sind als an den Seitenwänden. Dies führt sehr häufig zu einer Übervulkanisierung der dünneren Bereiche des Querschnitts und/oder einer Untervulkanisierung der dickeren Bereiche, wodurch die Straßenleistung des Reifens erheblich verringert wird.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß für zahlreiche Anwendungsfälle eine unzureichende Adhäsion zwischen dem elastomeren Körper eines Gegenstandes und der darin eingebetteten Verstärkungseinlage besteht. Diese Schwierigkeit zeigt sich insbesondere auf dem Gebiet der Hochleistungs-Treibriemen. Die Riemen werden oft

auf einem Kern aufgebaut,auf den Schichten aus Gewebe und/oder Gummi aufgebracht werden, über die schraubenförmig ein Zugcord In Form eines Textilmaterials oder anorganischer Fasern gewickelt wird. Über die Verstärkungseinlage wird dann eine kautschukenthaltende Schicht mit oder ohne Abdeckung gelegt und die so entstandene Riemenhülse wird vulkanisiert, um anschließend einzelne Riemen von ihr abschneiden zu können. Die auf diese Weise entstandenen Keilriemen haben rohe Seitenkanten. Entlang der Antriebsflächen des Keilriemens können die Enden der abgetrennten Kantencords freiliegen und das Bestreben haben, den Riemen zu delamieren und sich abzutrennen. Dadurch wird der Riemen bereits relativ früh unbrauchbar. Das Ablösen der Kantencords wird wenigstens teilweise auf eine unzureichende Bindung der Kautschukmatrix zurückgeführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Vulkanisierung elastomerer Gegenstände, das wirtschaftlich durchführbar ist und mit dem Gegenstände herstellbar sind, die über ihre Querschnittsfläche durch und durch gleichmäßiger vulkanisiert sind als dies bei den herkömmlichen Vulkanisierverfahren erreichbar ist. Durch die verbesserte und gleichmäßigere Vulkanisierung soll eine verbesserte Adhäsion zwischen dem elastomeren Körper und einer etwa darin enthaltenen Verstärkungseinlage erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im Anschluß an das Fluid ein Gas mit geringerer Wärmekapazität als das heiße Fluid in die Kammer eingeleitet wird, und daß das Gas unter einem Druck gehalten wird, der wesentlich größer ist als der Druck des Fluids, wodurch das Material des elastomeren Gegenstandes sich in die Form einfügt und vulkanisiert.

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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vulkanisierform für Keilriemen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, entlang der Linie 1-1 der Fig. 2,

Fig. 2 zeigt einen Grundriß der Vulkanisierform, teilweise abgebrochen,

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt der in Fig. 1 dargestellten Vulkanisierform.

Fig. K zeigt ebenfalls in vergrößertem Maßstab ein modifiziertes Formelement, und

Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt für einen Autoreifen für Personenwagen mit neun an den in der Legende aufgeführten Stellen positionierten Thermoelementen.

Fig. 6 bis 9 vergleichen die Gleichmäßigkeit dr Vulkanisierung des Reifens nach Fig. 5* wenn er jeweils einer Heißwasservulkanisation, einer Dampfvulkanisation bzw. einer Dampf-Hochdruck-Stickstoffvulkanisation (Fig. 8 und 9) gemäß der Erfindung ausgesetzt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung zahlreicher verschiedenartiger Vulkanisierformen zur Formung unterschiedlicher Produkte aus Elastomermaterialien verwendet werden und die in den Fig. 1 bis ~5 dargestellte Vorrichtung stellt lediglich eine beispiels-

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weise Ausführungsform dar, anhand deren die Erfindung erläutert werden soll. Die spezielle ringförmige Vulkanisierform der Fig. 1 bis 3 kann zur Vulkanisation einzelner huckepackförmig aufeinandergestapelter endloser Treibriemen verwendet werden. Die einzelnen Riemen werden in herkömmlicher Weise hergestellt, indem zunächst eine Hülse aus unvulkanisiertem Riemenmaterial, das im Schichtstapel eine Kautschukmatrix und darin eine Verstärkung enthält, auf eine Aufbautrommel aufgebracht werden, von der dann die endlosen Riemen abgetrennt werden. Die flachen Riemen werden danach zur Bildung dr bekannten Keilriemenform zugeschnitten oder abgeschabt, so daß sie einen trapezförmigen Querschnitt erhalten und die so entstandenen Riemenrohlinge werdaiin die Vulkanisierform eingesetzt. Alternativ kann vor dem Einsetzen des Rohlings in den Formhohlraum das konventionelle gummierte Gewebeband um den Riemen herumgewickelt werden.

Gemäß Fig. 1 ist die generell mit 10 bezeichnete Vulkanisierform innerhalb eines Vulkanisierkessels 12 angeordnet, der in der Kesselwand 11 einen Einlaß 14 zur Zuführung von Kesseldampf oder einem anderen Vulkanisiermedium aufweist. An dem Vulkanisierkessel 12 sind weitere Einlasse 16 und 18 im Deckel 13 vorgesehen, durch die erfindungsgemäß flüssige und gasförmige Vulkanisiermedien von den Reservoirs 20 bzw. 22 zugeführt werden.

Die Vulkanisierform 10 ist an den Stirnseiten mit kreisförmigen Verschlußplatten 24 und 26 versehen, die öffnungen 28 zum Hindurchstecken eines Zugankers 30 aufweisen, der die Form in zusammengebautem Zustand zusammen-

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hält. Die untere Verschlußplatte 26 ist mit nach unten ragenden Füßen 32 versehen, die die Vulkanisierform im Abstand von dem Boden des Vulkanisierkessels halten. Die Verschlußplatten sind ferner mit einer Reihe von Öffnungen 34, 3^' versehen. Zwischen den stirnseitigen Verschlußplatten befindet sich eine Baugruppe aus einem Metallzylinder 36, an dessen stirnseitigen Enden kreisförmige Abstandhalter 38, 38' befestigt sind.

Ein schwerer Gummizylinder 40 bildet einen elastischen Vulkanisierbalg, der die aus dem Zylinder 36 und den Abstandhaltern 38, 38' bestehende Baugruppe umgibt. Der Vulkanisierbalg ist an seinen Enden in seiner Wandstärke verringert und mit Schrauben eingespannt, wie aus der Zeichnung hervorgeht.

Da der Außendurchmesser der Abstandhalter 38 und 38' etwas größer ist als der Außendurchmesser des Zylinders 36,existiert zwischen dem Metallzylinder und dem Vulkanisierbalg ein freier Spalt, durch den eine Druckkammer gebildet wird. Der Metallzylinder 36 ist mit Öffnungen 44, 46 versehen, an die Leitungen vom Flüssigkeitsdruckreservoir 20 bzw. vom Gasdruckreservoir 22 angeschlossen sind.

Zwischen den Flanschen 48 der Verschlußplatten befindet sich ein Stator aus zwei außenliegenden Ringen 50, 50¹ und zahlreichen aufeinanderstapelbaren Zwischenringen 52. Die Ringe 52 haben die am besten aus Fig. 3 ersichtliche Form. Wenn zwei Ringe aufeinandergesetzt sind, entsteht eine ringförmige Nut 5^, die in Größe und Form auf den aufzunehmenden Riemen 56 abgestimmt ist. Der

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Riemen besitzt einen elastomeren Rierrenkörper 55 und eine Verstärkung 57 und soll in der Form vulkanisieren. Die Form wird beladen, indem jeweils ein Riemen gegen eine Sehrägflache 58 eines Ringes gelegt wird. Danach wird ein anderer Ring über den auf dem darunterliegenden Ring ruhenden Riemen aufgelegt. Auf die Schrägfläche des obersten Ringes wird wiederum ein weiteres Riemensegment aufgelegt, auf das der nächste Ring aufgesetzt wird usw. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt bis alle Keilriemennuten gefüllt sind. Dann werden die Verschlußplatten der Vulkanisierform durch Drehen einer auf den Zuganker j50 aufgesetzten Schraube 5I festgespannt, der Kessel wird geschlossen und die Mutter 53 festgezogen. Nun sind die Riemensegmente fertig zum Pressen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ventil 17 geschlossen und das Ventil I5 geöffnet und von dem Druckreservoir 20 wird über Leitung 19 und öffnung 44 der ringförmigen Kammer 42 Druck zugeführt. Vorzugsweise wird vor diesem Vorgang die Kammer 42 evakuiert. Die von dem Reservoir 20 her zugeführte Flüssigkeit ist beim Einführen heiß und hat eine Wärmekapazität (ausgedrückt durch ihre spezifische Wärme) mit hohem Absolutwert (d.h. vorzugsweise beträgt die spezifische Wärme mindestens etwa 0,9 cal/gxiund insbesondere mindestens etwa 20,0 cal/g^). Die Wärmekapazität der Flüssigkeit ist erheblich größer als die Wärmekapazität des Gases, das später von dem Reservoir 22 zugeführt wird. Vorzugsweise beträgt die Wärmekapazität der Flüssigkeit mindestens etwa das Vierfache und insbesondere mindestens etwa das Achtzigfache der Wärmekapazität des Gases. Die Bedeutung hiervon wird weiter unten noch im einzelnen erläutert. Als Flüssigkei-

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ten eignen sich beispielsweise heißes öl und gemischte Glykole. Vorzugsweise verwendet man jedoch ein kondensierbares gasförmiges Material und insbesondere ein heißes kondensierbares Gas, wie Dampf. In dieser Beziehung ist Sattdampf (equilibrium steam) thermisch außerordentlich wirksam. Wenn man Dampf verwendet, können die Drücke vorzugsweise im Bereich von 9*1 - 14 ^at liegen, obwohl dieser Bereich in Abhängigkeit von der Zeitdauer, über die der Dampf in der Kammer 42 verbleibt, bevor Gas aus dem Reservoir 22 zugeführt wird, ausgedehnt werden kann.

Der Dampf oder ein anderes durch Leitung 19 in die Druckkammer 42 eingeführtes Fluid wird so lange in der Kammer belassen, daß der elastomere Gegenstand 57 wenigstens zum Teil erweicht. Gleichzeitig werden die Formteile und insbesondere der Zylinder 56, der Vulkanisierbalg 40 und in gewissem Umfange die Ringe 52 beträchtlich erhitzt. Ferner werden die Formteile durch den Kesseldampf vorgeheizt, der durch Leitung 14 vorzugsweise zu derselben Zeit zugeführt wird, während der über Leitung I9 Fluid eingeführt wird. Die Zuführung der beiden Medien kann aber auch zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. Durch den Kesseldampf werden die Außenteile der Form, wie beispielsweise die Ringe 52, besonders aufgeheizt. Der Kesseldampf durchsetzt die gesamte Vulkanisierkammer 12 einschließlich des Inneren von Zylinder j56, wohin er durch die Durchlässe J54, J54¹ gelangt. Generell wird genug Dampf oder anderes heißes Fluid in die Kammer 42 injiziert, um zusammen mit dem Kesseldampf oder einem anderen Vulkanisiermedium (z.B. heißem Wasser) eine zum Vulkanisieren des elastomeren Gegenstandes ausreichende

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Wärmeenergie liefert.

Nachdem der elastomere Gegenstand angefangen hat, wenigstens teilweise zu erweichen (und vor dem Vulkanisieren), so daß noch eine gewisse Fließfähigkeit besteht, um sich der Fläche der Form anzupassen, wird das Ventil 17 geöffnet und Gas über Leitung 21 in die Kammer 42 eingelassen. Das öffnen des Ventils I7 und das Schließen des Ventils I5 können koordiniert sein, um das Gas aus dem Reservoir 22 etwa gleichzeitig mit dem Abschalten des Fluids von dem Reservoir 20 vorzunehmen. Zu diesem Zweck kann ein einziges (nicht dargestelltes) Zweiwegeventil benutzt werden. Alternativ kann das Gas von dem Reservoir 22 der Druckkammer 42 vor dem Abschalten der Fluidzufuhr von Reservoir 20 zugeführt werden. Eine Überlappung von z.B. etwa 1 Minute hat sich als zufriedenstellend erwiesen um einen glatten Übergang zwischen den beiden Verfahrensschritten zu bewirken.

Wie bereits erwähnt, hat das zugeführte Gas eine Wärmekapazität, die bezogen auf die Wärmekapazität des Fluids von Reservoir 20 relativ gering ist. Wenn das Gas in die Kammer 42 eintritt und sich mit dem dort vorhandenen Fluid mischt, wird dadurch Wärmeenergie von dem Fluid auf das Gas übertragen. Wenn als Fluid Dampf verwandt wird, kondensiert mindestens ein Teil dieses Dampfes und tropft als Wasser auf den Boden der Kammer. Die während des Prozesses freiwerdende Kondensationswärme ist für das erfindungsgemäße Verfahren von Wichtigkeit, denn sie bildet eine zusätzliche thermische Energiequelle an genau derjenigen Stelle, wo Wärme am meisten benötigt wird, d.h. an dem Balg an der Innenseite des zu vulkanisieren-

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den elastomeren Gegenstandes. Auf die Außenseite des Gegenstandes findet eine generell adäquate Wärmeübertragung von den Formringen statt, die von dem Kesseldampf beheizt sind. Auf diese Weise wird selbst mit einer relativ kurzen Verweilzeit des Fluids (Dampfes) in der Kammer ausreichend Wärmeenergie frei, um den elastomeren Gegenstand zu vulkanisieren.

Die von dem Reservoir 22 gelieferten Gase können entweder als Einzelgase oder als Gasmischungen vorliegen. Bevorzugt werden Gase verwandt, die in bezug auf den Balg inert sind, obwohl dies nicht absolut notwendig ist. Zu den Gasen, die sich eignen,gehören Stickstoff, Luft, Rauchgas, Sauerstoff und dgl. Bei dem beschriebenen Verfahren werden hohe Drücke angewandt. Daher ist es wichtig, daß der Druck, den das Gas annimmt, im wesentlichen unabhängig von der Gastemperatur ist. Aus diesem Grunde stellt Dampf keine geeignete Gasquelle für diesen Zweck dar. Anders als Dampf kann beispielsweise Stickstoff bei einer bestimmten Temperatur unter stark variierenden Drücken bestehen.

Erhebliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen auf die verwandten hohen Drücke zurück. Das aus dem Reservoir 22 eingeführte gasförmige Material wird in der Kammer 42 auf einen Druck gebracht, der nicht unbeträchtlich oberhalb des Druckes liegt, unter dem das Fluid aus dem Reservoir 20 in der Kammer 42 gestanden hat. Vorzugsweise liegt der Gasdruck bei mindestens 14 at, insbesondere im Bereich von 21 bis 56,4 at und höchstvorzugsweise im Bereich von 26,3 bis 29,7 at. Im Falle eines Treibriemens, der in den in den Flg. 1 bis 3 dar-

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gestellten Form geformt wird, wird das Verstärkungsband 57, das in Form längslaufender, in gegenseitigem Abstand liegender Zugcords dargestellt ist, fest mit der Elastomermatrix bzw. dem Elastomerkörper 55 verbunden, was darauf zurückgeführt wird, daß das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren eine verbesserte Molekularkohäsion, eine verbesserte Klebebefeuchtung an den Grenzflächen und infolge des höheren Druckes eine mechanische Adhäsion bewirkt. Bei Riemen, die nach diesem Verfahren hergestellt sind, werden Ausfälle infolge Ausfransens der Kantencords oder infolge von Delaminierung gegenüber konventionellen Niederdruckvulkanisierungen erheblich reduziert. Außerdem haben die erfindungsgemäßen Riemen verbesserte Federungseigenschaften und weniger Hysterese. Außerdem wird ein etwa in dem Untercordbereich des Riemens liegendes Verstärkungsgewebe von der Kautschukmatrix besser durchdrungen, so daß sich als Ergebnis der höheren Drücke höhere Materialdichten als normal einstellen. Die Weichheit und Fließfähigkeit des elastomeren Gegenstandes bewirkt zusammen mit den von dem Gas in dem elastomeren Gegenstand verursachten hohen Drücken, daß das Material sich der Formfläche anpaßt und in dieser Stellung ausreichend lange verbleibt, so daß die herkömmliche Vulkanisierungs- oder Vernetzungsreaktion stattfinden kann. Wenn die Riemen vollständig vulkanisiert sind, wird der Druck gegen den Balg 40 aufgehoben und die Form geöffnet und Ring für Ring abgenommen, um die vulkanisierten Keilriemen herausnehmen zu können.

Während das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Herstellung von Keilriemen oben in Verbindung mit Ringformen beschrieben worden ist, können auch andere Arten

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von Formen benutzt und verschiedenartige Riemenkonstruktionen vulkanisiert werden, ohne den Bereich des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verlassen. So wird bei der Darstellung gemäß Pig. 4 eine Riemenhülse 61 mit Verstärkungen 62 durch Kernvulkanisierung vulkanisiert. Bei dieser Ausführungsform wird der Riemenhülsenrohling auf einer Trommel oder einem Kern 64 aufgebaut und dann in ein Formgehäuse 66 eingesetzt, wobei zwischen dem Rohling 61 und der Wand des Formgehäuses 66 der Vulkanisierbalg 40 angeordnet ist. Es wird nun der gleiche Vulkanisierzyklus angewandt, wie schon anhand der Ausführungsform von Fig. 1 beschrieben wurde, wobei zunächst Fluid in den Raum 42 eingeführt wird (wie beispielsweise durch das Ventil 45). Anschließend wird Hochdruckgas zugeführt. Beide Schritte b&irken zusammen das Vulkanisieren der Riemenhülse, wenn dem Inneren des Kerns ausreichend Wärme (z.B. in Form von Kesseldampf) zugeführt wird. Von der Riemenhülse können in herkömmlicher Weise zur Herstellung von Riemen mit hohen Kanten oder von bandlosen Riemen einzelne Riemen abgeschnitten werden.

Alternativ und doch analog zu dem oben erläuterten Kernvulkanisierverfahren kann der Vulkanisierbalg an der Forminnenseite angeordnet werden, so daß die Riemenhülse von dem Balg na-ch außen in die Form hineingedrückt wird. Diese Art der Vulkanisierung bezeichnet man als Gehäusevulkanisierung.

Als weitere Alternative kann beispielsweise der innere Kern 64 in Fig. 4 mit axial verlaufenden Nuten versehen sein, um damit Zahnriemen herzustellen, die längslaufende im Abstand voneinander liegende Zähne oder Vorsprünge

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aufweisen. Solche Zahnriemen sind beispielsweise in der US-PS 5 772 929 beschrieben.

Ähnlich wie es oben anhand der Riemenherstellung beschrieben worden ist, kann ein langgestrecktes Rohr oder eine Hülse in Form eines Schlauchgegenstandes hergestellt werden. Ein derartiger gewellter Schlauch ist in der US-PS 3 274 36I beschrieben. In diesem Falle kann als aufblasbarer elastischer Balg dasselbe elastomere Innenrohr verwendet werden, das bei der Schlauchherstellung benutzt wurde und das daher das Innenrohrteil des fertigen Schlauches darstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert die Bindung zwischen dem elastomeren Schlauchkörper und der darin enthaltenen Verstärkungseinlage.

Beispiele

Die Vorteile, die durch das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Fahrzeugluftreifen erzielt werden, werden nachfolgend anhand von Testergebnissen unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 9 der Zeichnungen erörtert.

Es wurden vier PKW-Reifen der Größe HR 78-I5 mit Thermoelementen ausgestattet, die in neun verschiedenen Bereichen des Reifens in der in Fig. 5 dargeäbellten Weise placiert wurden. Die Anbringungsstellen der einzelnen Thermoelemente sind in der Legende von Fig. 5 aufgeführt. Einer der Reifen wurde dann einer Heißwasservulkanisation, wie bei der Reifenproduktion üblich, unterzogen. Ein anderer Reifen wurde einer Ganzdampfvulkanisation unterzogen, indem 11 Minuten lang Dampf mit 14 at angelegt wurde.

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Ein anderer Reifen wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Dampf-Hochdruckstickstoff-Vulkanisation unterzogen, wobei 5 Minuten lang Dampf und 15 Minuten lang Stickstoff angewandt wurde. Der letzte Reifen wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Dampf und Hochdruckstickstoff vulkanisiert, wobei 3 Minuten Dampf und 15 Minuten Stickstoff angelegt wurden. In allen Fällen hatte der Dampf einen Druck von 14 at und der Stickstoff einen Druck von 26,J5 at. Der Stickstoff wurde 1 Minute vor dem Abschalten des Dampfes eingeführt. Die Fig. 6 bis 9 zeigen die äquivalenten Vulkanisationen (bei I38⁰ C, in Minuten) in den verschiedenen Bereichen des Reifens für jeden der mit Thermoelementen bestückten Reifen. Mit "äquivalente Vulkanisation" (equivalent cure) ist die expohentielle Beziehung zwischen Vulkanisationszeit unter veränderlicher Temperatur und einer Referenztemperatur unter isothermen Bedingungen bei einer willkürlich festgesetzten Zeit zu verstehen. In diesen Beispielen wurde die folgende Beziehung verwandt:

Äquivalente Vulkanisation, min. = K γ* .

Hierin ist K ein Koeffizient (in diesem Falle 1,5), ist die variable Temperatur, und T : temperatur (in diesem Falle Γ38⁰ C).

ist die variable Temperatur, und T ist die Referenz-

Bei einem Vergleich der Fig. 6 bis 9 sieht man, daß bei den Vulkanisationen durch die Reifen hindurch ein starker Trend vom Heißwasser- zum 3-Minuten-Dampf-Stickstoff-Zyklus besteht. Dies zeigen die zunehmend kleiner werdenden Differenzen der äquivalenten Vulkanisierung zwischen dem Thermoelement, das die höchste Temperatur zu der Zeit,

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zu der die Presse geöffnet wird., anzeigt und dem Thermoelement, das zum Zeitpunkt des öffnens der Presse die niedrigste Temperatur aufweist. Wie die Zeichnungen zeigen, benötigt die mit 1 bezeichnete Innenfläche normalerweise die wenigste Zeit zum Vulkanisieren, während dar mit dem Bezugszeichen 3, ^ und 8 bezeichnete innere Laufflächenbereich die längste Zeit benötigt. Die Ungleichheit beträgt im Falle des Heißwassers (Fig. 6) etwa 75 Minuten äquivalenter Vulkanisation, im Falle von Dampf (Fig. 7) 83 Minuten äquivalenter Vulkanisation, im Falle von 5 Minuten Dampf/13 Minuten Stickstoff (Fig. 8) 56 Minuten äquivalenter Vulkanisation, und im Falle von 3 Minuten Dampf/I5 Minuten Stickstoff (Fig. 9) nur etwa 21 Minuten äquivalenter Vulkanisation. Die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 8 und 9) stark reduzierten äquivalenten Vulkanisationsdauern für die Innenfläche bei gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen minimalen äquivalenten Vulkanisationsdauer für das Innere des LauiELächenbereichs verbessert wesentlich das Gleichgewicht der Vulkanisation zwischen äußeren und inneren Bereichen des Reifens, wie man aus der Verringerung der Unterschiede ersieht.

Ein ähnlicher Test wurde mit einem Lastwagenreifen der Größe 7.OO-I5 LT durchgeführt. Dabei haben sich sogar noch bessere Ergebnisse (eine noch ausgeglichenere Vulkanisation) ergeben, indem Zyklen von 2 Minuten Dampf/ 31,5 Minuten Stickstoff und 1 Minute Dampf/32,5 Minuten Stickstoff mit einer öffnung der Presse nach 35 Minuten angewandt wurden.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren (Dampf/Hochdruck-

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Stickstoff) vulkanisierten Reifen wurden auch einem Spin-Test entsprechend dem Hochgeschwindigkeitsteil der US-Norm DOT 109 unterzogen. Dabei hat sich ergeben, daß sie wesentlich höhere Geschwindigkeiten aushalten, als die konventionell vulkanisierten Prüfreifen.

Abriebtests (fleet testing) der in der erfindungsgemäßen Weise vulkanisierten Reifen ergaben eine höhere Dauerhaftigkeit als bei Prüfreifen anzutreffen war, die den gleichen Testbedingungen unterzogen wurden.

Als zusätzliche anschauliche Beispiele wurden das konventionelle Dampf-Vulkanisierverfahren und das erfindungsgemäße Hochdruck-Vulkanisierverfahren bei der Herstellung von Keilriemen angewandt, dj.e eine J56°-Rohkante aufwiesen und deren Außenumfang 106,68 cm betrug. Die Riemenbreite betrug außen 9*6 mm. Der Riemen hatte die für die Anwendung von Kraftfahrzeugen übliche Gestalt mit einem Kautschukkörper, in den Zugteile aus Cord und verschiedene Gewebelagen im Untercordbereich und im Obercordbereich eingebettet waren. Alle Riemen wurden in Hülsenform vulkanisiert, wozu eine gehäuseförmige Formvorrichtung verwendet wurde, deren Luftbalg gegenüber der Innenfläche der Riemenhülse angeordnet war. Als Vulkanisiermedium in dem Kessel wurde in allen Fällen Dampf verwandt. Die Prüfriemen wurden (nur) unter Verwendung von Dampf als Vulkanisiermedium vulkanisiert, der auf den Luftbalg gegeben wurde (Vulkanisierdruck etwa 9,8 bis 11,9 at). Die übrigen Riemen wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vulkanisiert, bei dem der Dampf in den Luftbalg gegeben und der Druck für 1 bis 1 1/2 Minuten auf 14 at gebracht wurde. Danach wurde der Dampf mit gasförmigem

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Stickstoff für den Rest des Vulkanisationszyklus bei Drücken von 21 at, 28 at bzw. 35 at ausgetrieben. Dann wurden drei verschiedene Riemen getestet, von denen jeder bei einem der drei genannten Drücke vulkanisiert war. Der Test erstreckte sich auf einen Vergleich der Lebensdauer mit den Prüfriemen bei Raumtemperatur (29,44° C t 2,78° C).

Der angewandte Test war ein Dreipunkt-Wasserbremstest, dessen Durchführung inkl. der zugehörigen Vorrichtung der SAE Norm J637a entsprach. Es wurde ein Antriebsrad von 12 cm Außendurchmesser mit 4.900 U/min, ein angetriebenes Flügelrad von 12 cm Außendurchmesser, das mit 4.9OO U/min rotierte und eine Ausgangsleistung von 12 PS aufwies, sowie ein Spanner verwandt, der aus einer Scheibe mit einem Außendurchmesser von 5 cm bestand, die mit II.950 U/min rotierte. Die Brems-Flügelscheibe entwickelte einen Drehmoment von 1,79 m kp. Das Spannungsverhältnis des Riemens betrug 2,1 : 1. Als Testergebnisse sind die Lebensdauern der Riemen (Mittelwert der drei für jeden Vulkanisationsdruck getesteten Riemen und Mittelwert der getesteten Prüfriemen) in der nachfolgenden Tabelle eingetragen:

TABELLE

Prüfriemen 21 at 28 at 35 at

Mittlere Lebensdauer in h 26,5 34,4 59,4 40,7

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Die Prüfriemen zeigten beinahe unmittelbar nach Testbeginn eine Abtrennung der Kantencords. Die hochdruckvulkanisierten Riemen zeigten keine Kantencord-Abtrennung bis nahezu zum Ende ihrer Lebensdauer, was darauf hinweist, daß die Cords von der Kautschukmatrix besser umschlossen sind.

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Claims

Ansprüche

1.} Verfahren zum Vulkanisieren elastomerer Gegenstände, bei welchem ein zwischen einer Formfläche und einer Druckkammer angeordnete Gegenstand der Einwirkung von Druck und Wärme ausgesetzt wird, indem in die Kammer ein heißes Fluid eingeleitet wird, das so lange in der Kammer verbleibt, bis der elastomere Gegenstand wenigstens teilweise erweicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Fluid ein Gas mit geringerer Wärmekapazität als das heiße Fluid in die Kammer eingeleitet wird, und daß das Gas unter einem Druck gehalten wird, der wesentlich größer ist als der Druck des Fluids, wodurch das Material des elastomeren Gegenstandes sich in die Form einfügt und vulkanisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den elastomeren Gegenstand und die Druckkammer ein den Gegenstand gegen die Form drückender Balg angeordnet ist.

J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das heiße Fluid mit relativ hoher Wärmekapazität ein kondensierbares Gas ist, von dem, wenn es in Berührung mit dem Gas niedriger Wärmekapazität kommt, wenigstens ein Teil kondensiert, wodurch Kondensationswärme freigesetzt wird, die dem zu vulkanisierenden Gegenstand zusätzliche "Wärme zuführt.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e kennzeichne t , daß der elastomere Gegenstand ein Reifen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Gegenstand eine Riemenhülse ist, von der Treibriemen abtrennbar sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Gegenstand ein Schlauch ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit relativ geringer Wärmekapazität ein solches Gas ist, dessen Druck weitgehend von der Temperatur unabhängig ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid mit hoher Wärmekapazität Dampf ist, der so lange in der Kammer verbleibt, bis das vulkanisierbare Material mindestens teilweise erweicht, jedoch noch nicht in beträchtlichem Maße vulkanisiert ist, und daß, während sich noch der Dampf in der Kammer befindet, das Gas eingelassen wird, das sich mit dem Dampf mischt und dessen angenommener Druck unabhängig von der Gastemperatur ist, wodurch mindestens ein Teil des Dampfes kondensiert und infolge des Wärmeüberganges von dem kondensierten Dampf die Temperatur des Fluids erhöht.

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9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf eine Temperatur von mindestens etwa 148° C aufweist, und daß das nach dem Dampf in die Kammer eingeführte Gas ein Inertgas ist, das unter einem Druck von mindestens 14 at steht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität des Fluids mindestens das Vierfache der Wärmekapazität des Gases betragt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid eine spezifische Wärme von mindestens etwa 0,9 cal/g° C aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Inertgases im Bereich von 21 bis 36,4 at liegt.

IJ. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Inertgas Stickstoff enthält.

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