-
Vulkanisiermembran
-
Die Erfindung betrifft Vulkanisiereinrichtung und insbesondere Elastomer-Vulkanisiermembranen.
-
Bei der Vulkanisation vieler Gegenstände aus Elastomer in einer Form
wird eine Sinrichtung benutzt, die allgemein als Vulkanisiermembran bezeichnet wird,
um den Elastomergegenstand fest in die Form zu drücken. Beispielsweise wird bei
der Herstellung von Luftreifen eine Vulkanisiermembran auf den unvulkanisierten
Reifen in der Vulkanisierform esetzt und hält ihn dort fest, bis er richtig vulkanisiert
ist0 Heiße medien, wie Dampf oder äußerst heißes Wasser, werden während der Vulkanisation
in Umlauf gesetzt. Hitze wird von dem heißen Medium über die Membran auf den Reifen
übertragen und bewirkt damit die Vulkanisation.
-
Vulkanisiermembranen, besonders die bei der Tjulkanisation von Luftreifen
benutzten, werden häufig als "Blasen" oder "Wasserbeutel" bezeichnet. Der hauptsächliche
Unterschied zwischen Blasen und Wasserbeuteln oder Beuteln ist der, daß die erstgenannten
im allgemeinen viel dünner und so geformt sind, daß sie viel dehnbarer sind.
-
Obwohl Wasserbeutel eine Flüssigkeit unter hohem Druck enthalten können,
sind sie selten dazu bestimmt, sich um mehr als
5 % auszudehnen,
während Blasen bis zu 100 % am Umfang und bis zu 25 % seitlich oder radial gedehnt
werden können. Um eine Ausdehnung zu bestehen, werden Vulkanisiermembranen meist
aus einer besonderen Art Elastomer gemacht. Das Elastomer muß fertig genug sein,
um einer wiederholten Druckgabe, Ausdehnung und Zusammenziehung ohne Reißen oder
sonstige Beeinträchtigungen zu widerstehen.
-
Die Vulkanisierzeit eines Reifens ändert sich unter anderem mit der
Dicke der Membran. Da Elastomere verhältnismäßig schlechte Wärmeleiter sind, kann
ein geringer Dickenunterschied in der Membran einen erheblichen Unterschied in der
Vulkanisierdauer eines Reifens bedeuten. Um die Vulkanisierdauer zu verkürzen, sind
Versuche unternommen worden, die Dicke der Membran zu verringern.
-
Wird die Membrandicke unter ein Mindestmaß verringert, ergibt sich
das Problem des Verziehens.
-
Das Verziehen einer Reifen-Vulkanisiermembran, besonders einer Blase,
ist in erster Linie eine Folge der Gleitreibung zwischen der Membran und dem nicht
vulkanisierten Reifen, wenrl die Membran sich ausdehnt und den Reifen an die Form
drückt. Viele dieser Kräfte werden auf die Membran an einer Stelle übertragen, welche
mit dem Laufflächenbereich des unvulkanisierten Reifens in Verbindung stehen.
-
Eine Verringerung der Dicke einer Membran verringert ihre Festigkeit.
Unterhalb einer gegebenen Dicke können Teile der kein bran die Belastung nicht ertragen;
die Folge sind eine unregelmäßige Dehnung und gelegentliches Wölben oder Falten
von Teilen der Membran. Das kann zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung in dem
Reifen und einer ungleichmäßigen Vulkanisation führen.
-
3ei. dem Versuch, die Dicke einer Vulkanisiermembran zu verringern
und gleichzeitig die nötige Festigkeit beizubehalten, können besonders gestaltete
Verstärkungen verwendet werden. Zum Beispiel offenbart USA-Patent 2 695 424 einen
dünnwandigen"Vulkanisierbeutel" mit Rippen an seiner Innenfläche. Bei Membranen,
wie sie in dem Patent 2 695 424 offenbart sind, kann die Vulkanisierdauer gemäß
der Behauptung wegen des dünneren Beutels verkürzt werden, während die Rippen die
Festigeit liefern, die durch Verringerung der Bauteldicke verlosen gegangen war.
Leider kann eine Blase, da die Rippen des Vulkanisierbeutels der im Patent 2 695
424 offenbarten Art im wesentlichen unabhängig voneinander arbeiten, in der Rippenausführung
immer noch sich wölben oder kricken, wegen der weitergehender Dehnung der Blase.
-
Ein Beutel der oben erwähnten Art dehnt sich gegenüber einer Blase
sehr wenig aug und daher ist die Beanspruchgungsgröße viel geringer.
-
Um die erwähnten Wölbungsnachteile zu vermeiden, ist es wünschenswert,
eine Membran zu schaffen, welche eine Belastung in allen Richtungen gleich gut erträgt.
Einige Versuche mit verstärkten Vulkanisiermembranen haben rechtwinklige Rippenmuster
versucht, wie sie in dar USA-Patenten 2 695 424 und im Britischen Patent 938,797
offenbart sind. Es ist ersichtlich, daß solche rechteckigen Rippenmuster die größte
Aufnahmefähigkeit für die Belastung nur in zwei Richtungen parallel zu den Rippen
zeigen. Diese beiden früheren Versuche zur Verstärkung einer Vulkanisiermembran
zielten nur auf eine größte Aufnahmefähigkeit für die Belastung im Umfangs- und
radialer Richtung der Membran. Ein Wölben und Knicken kann in solchen Membranen
immer noch auftreten, weil die Belastungen der Membran häufig in anderen Richtungen
als der Umfangs- und radialen Richtung erfolgt.
-
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Elastomer-Vulkanisiermembranen
zu schaffen, welche einem Knicken oder Kräuseln widerstehen.
-
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, eine Elastomer-Vulkanisiermembran
zu schaffen, die eine längere lebensdauer hat, Es ist weiter ein Ziel der Erfindung,
eine Elastome-Vulkanisiermembran zu schaffen, welche einem Knicken oder Kräuseln
widersteht und die Vulkanisierdauer herabsetzt, Diese und weitere Ziele der vorliegenden
Erfindung, die aus der nachstehenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung ersichtlich
werden, werden von einer im allgemeinen runden Vulkanisiermembran erreicht, welche
eine Membranwand und eine Anzahl miteinander verbundener Rippen aufweist, die aus
einem Stück mit der innenfläche der Wand geformt sind. Insgesamt bilden die Rippen
eine Anzahl benachbarter Vielecke, wobei jede Rippe die gemeinsame Seite wenigstens
zweier benachbarter Vielecke ist, Bin Teil wenigstens einer der Rippen sitzt schrägwinklig
zur Umfangsmittellinie der Membran.
-
Die Zeichnung gibt Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder, und
zwar ist Fig. 1 eine seitliche Teilansicht einer Fahrzeugreifen-Vulkanisiermembran
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Innenfläche
der Membran nach Fig. 1 und Fig. 3 ein Querschnitt durch die Membran- nach der Linie
3 - 7 in Fig. 2; Fig. 4, 5 und 6 sind vergrößerte Ansichten von Teilen der Innenflächen
anderer Ausführungen der Membran gemäß der Brfindung.
-
In Fig. 1 ist eine Reifen-Vulkanisiermembran gemäß der Erfindung als
eine Blase 10 gezeigt, Die Blase 10 ist hohl und hat allgemein eine runde oder Tonnenform.
bie ist aus einem typischen, hochfesten Elastomermaterlal, wie einer Butylverbindung
oder einer anderen, ähnlichen Substanz geformt. Die Blase 10 besteht im wesentlichen
aus einer Blasenwand 15mit zwei End-oder Wulstteilen 12, einem Mittel- oder "Scheitel"-Teil
13 und zwei zwischen- oder "Seitenwand"-Teilen 14. Die Blase 10 ist symmetrisch
um eine Achse V geformt. i)ie Blase hat zwei rarallele Ränder 16 in axialem Abstand
voneinander, welche die Endteile der Blase darstellen. Die ebene, in welcher jeder
Rand 16 liegt, ist rechtwinklig zur Achse V0 Die Blase hat ihren größten Durchmesser
in der Umfangs-Mittellinie 17. Wenn ein (nicht gezeigter) unvulkanisierter Reifen
über die Außenfläche 9 der Blase 10 gepaßt und die Blase anschließend gedehnt wird,
strecken sich Teile der Außenfläche 9 in eine unmittelbare Beruhrung: mit Teilen
des unvulkanisierten Reifens, der damit gegen die Innenfläche einer (nicht gezeigten)
Reifenform gedrückt wird, Wie besser aus Bigo 2 und 9 ersichtlich ist, wird eine
Anzahl untereinander verbundener lippen 20 , die ein Netzwerk von Verstärkungen
bilden, integrierend an der Innenseite 11 der Blase 10 geformt* einige der Rippen
20 verlaufen von einem Rand 16 zum andern. Insgesamt begrenzen die untereinander
verbundenen Rippen 20 eine Anzahl von benachbarten Vielecken 25. Um die wünschenswerten
Eigenschaften zum Aushalten der belastung und uebertragen der Hitze zu erzeugen,
sind die Rippen dicht von gleicher 3reite W und bilden ein dicht passendes Muster
von Vielecken 25, wobei jede Rippe 20 eine gemeinsame Grenze zweier benachbarter
Vielecke 25 bildet.
-
AUS Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Rippen 20 zwischen Sedem
Rand 26 wahllos verlaufen. Einige der Rippen 20 sind gekrümmte Rippen, die dadurch
den Vielecken 25 sanft gebogene Begrenzungen, wie bei 28, ffleben. Die gekrümmten
Grenzen bestehen aus einer UNzahl von Seiten. Es ist dazu zu bemerken, daß bei dem
Gebrauch des Wortes "Vieleck" in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen, ein
Vieleck mit einer Unzahl von Seiten inbegriffen ist.
-
Jede Rippe 20 begrenzt wenigstens zwei benachbarte Vielecke 25.
-
Ein Teil jedes Vieleckes wird von einem Rippenteil begrenzt, der unter
einem schiefen Winkel "a" zur Ebene der Ränder 16 in axialem Abstand zueinander
und zur Ebene der Umfangsmittellinie 17 liegt.
-
Bei gebogenen Rippen kann der Winkel zu dem Rand oder zu der Umfangsmittellinie
in jedem Teil der Rippe als der Winkel der Tangente zu der gekrümmten Rippe in diesem
Teil angesehen werden. In Fig. 2 hat die gekrümmte Grenze 28 eine Tangente 29, welche
den schiefen Winkel "a" mit der Umfangsmittellinie 17 bildet. Es ist zu b-emerken,
daß "schief" in der Beschreibung oder in den angefügten Ansprüchen sich auf Richtungen
bezieht, die im wesentlichen nicht radial und n.icht umfänglich sind, obgleich eine
radial verlaufende Rippe schief zur Ebene eines Randes oder einer Umfangsmittellinie
wegen der "Tonnen"-Form der Blase sein kann.
-
Eine Abnahme der Vieleckform vom Scheitel 13 zu den Wulstteilen 12
kann wünschenswert sein, weil ein Wölben oder Falten der Blase 10 am häufigsten
in dem Laufflächenbereich 12 vorkommt.
-
Wenn die Rippenbreite W gleich gehalten wird, wennmdie Größe der Vielecke
25 abnimmt, ist mehr mit Rippen versehener Bereich an den Wulstteilen 12 vorhanden,
wodurch diese in den
Stand gesetztwerden, den dort vorhandenen
größeren Verzugsbelastungen zu widerstehen. Außerdem erlaubt eine größere, nicht
gerippte Fläche im Scheitelbereich 13 die größte Ausdehnung der Blase 10 im Scheitelbereich,
in dem sie nötig ist. Diese größte Dehnung läßt die Wand 15 am dünnsten im Scheitelbereich
13 werden und erlaubt damit eine schnellere Wärmeübertragung.
-
Weil der Scheitel- oder Laufflächenbereich des Reifens einer die dicksten
Bereiche ist, ist mehr Wärme an dieser Stelle wünschenswert, um eine gleichmäßige
Vulkanisation des Reifens zu bewirken.
-
Die meiste Hitze,welche eine Vulkanisation des Reifens von innen bewirkt,
breitet sich durch die Blase 10 über den nicht gerippten Bereich aus. Bei der Verwendung
enger Rippen 15 wird die Hitze schneller zu den Bereichen des einbezogenen Reifens
unmittelbar unter den gerippten Bereichen geführt und damit eine schnellere und
gleichmäßigere Vulkanisation bewirkt. Man bevorzugt deshalb in der Blase 10 eine
verhältnismäßig größe Zahl enger Rippen 25 anstatt einer geringeren Zahl breiterer
Rippen, die eine gleiche Festigkeit verleihen. Obgleich der Anteil der nicht gerippten
Fläche an jeder Stelle der Blase 10 verschieden ist, sind im Durchschnitt 60 Prozent
der Gesamtfläche der Innenfläche 11 der Blase nicht gerippt. Vorzugsweise beträgt
die hohe @ jeder Rippe 25 etwa 33 % bis 40 % der Dicke M der Wand 15.
-
Fig. 4 zeigt einen Teil der Innenfläche einer anderen Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Die miteinander verbundenen Rippen 40 begrenzen eine Anzahl
benachbarter, gekrümmter Vielecke 41. Jedes dieser Vielecke hat eine Unzahl von
Seiten, die eine durchgehende und sanft gekrümmte @renze bilden. Ein Teil
eines
jeden Vielecks ist von einer Rippe 40 begrenzt, die unter einem schiefeen Winkel
"b" zu in axialem Abstand sitzenden Rändern, wie 16, und zu der Umfangsmittellinie
angeordnet ist.
-
Gleichmäßige, einer Belastung widerstehende Eigenschaften können am
besten durch einen Rippenmuster erhalten werden, das in so vielen Richtungen, wie
Praktisch möglich, ausgerichtet ist Es kann daher angenommen werden, daß ein Muster
aus dicht zusammengepferchten, runden Rippen eins ist, welches die gleichmäßigste
Eigenschaft zum Widerstand gegen Belastungen zeigt.
-
Fig. 5 zeigt einen leil der Innenfläche einer anderen Ausfüh rungsform
der vorliegenden Erfindung mit eine Anzahl un ander verbundener Rippen 50. Die Rippen
50 begrenzen eise Anzahl benachbarter, runder Vielecke 51. Ein Teil eines jeden
runden Vielecks 51 ist von einer wippe 50 begrenzt, die unter einem schiefen Winkel
"c" zu Rändern in axialem Abstand, wie 16, und zu der Umfangsmittellinie angeordnet
ist.
-
Um die Herstellung und Form von Blasen und in manchen Fällen die Verbesserung
der Wärmeübertragung durch eine Blase zu erleichtern, kann es wünschenswert sein,
gerade Rippem ZU haben. Fig. 6 zeigt einen Teil der Innenfläche einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit einer Anzahl gerader, miteinander verbundener Rippem 60. Die Rippen
60 begrenzen eine Anzahl benachbarter, vierseitiger, rautenförmiger Vielecke 61.
Ein Teil eines jeden Vielecks 61 ist von einer Rippe 60 begrenzt, welche unter einem
schiefen Winkel "d" zu Rändern in axialem Abstand, wie 16, und zur Umfangsmittellinie
angeordnet ist. Obgleich die Rippen in nur zwei Hauptrichtungen verlaufen, sind
sie so angeordnet,
daß die Blase hohe Festigkeitswerte In nicht
radialer und nicht umfänglicher wichtung zeigte Diese rautenförmigen Rippen 61 sind
auch erwünscht, w-eil sie in einem gleichmäßigen Luster dicht aneinander liegen
können. Dreiecke und Bechsecke sind aus diesem Grund ebenfalls sehr erwünscht.
-
Eine strukturelle Verstärkung auf der Innenseite ii der blase 10 beläßt
die Außenfläche 9 im wesentlichen glatt und hinterlaBt damit keine unerwünschten
Marken oder Muster auf der Innenseite des Reifens. Nichtsdestoweniger können zusätzliche
Muster oder Strukturen auf der Außenseite 9 geformt we.en, ohne daß die Brauchbarkeit
der inneren Struktur der Erfindung beeinträchtigt wird0 Beispielsweise können Be-
oder Entlüftungskanäle, wie im USA-Patent 3 143 155 beschrieben, verwendet werden.
-
Ein weiteres merkmal eines Musters aus dicht angeordneten Rippen auf
der Innenseite der Blase 10 ist die vergrößerte Wärmeleitung durch die Blase. Es
wird angenommen, daß die Rippen eine genügende Turbulenz des Helzmittels, beispielsweise
fliessenden Wassers, bewirken, wn einen Teil der Wärmegrenzschicht zwischen der
Innenseite 11 der Blase und dem Heizmittel zu durchbrechen und damit schneller einen
Durchgang der Wärme durch die Blase gestatten .
-
Obgleich die obige Ausbildung zur Erläuterung einer zut Zeit bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, versteht sich, daß viele Abwandlungen
oder Änderungen vorgenommen werden können, ohne daß der irundgedanke und der Bereich
der Erfindung verlassen werden, wie sie in den beifolgenden Ansprühen erläutert
sind.
-
L e e r s e i t e