DE2643529B2 - Vorrichtung zum pressen und vulkanisieren eines rohlings fuer einen treibriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pressen und Vulkanisieren eines Rohlings mit mindestens einem in einen vulkanisier- oder vernetzbaren Riemenkörper eingebetteten längsverlaufenden Zugteil für einen Treibriemen, mit einem im wesentlichen ringförmigen, einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden — vorzugsweise heizbaren hohlen und in einen Autoklav einbringbaren, gegebenenfalls aus einzelnen axial aneinandergereihten Ringen bestehenden — Metallkern, um den konzentrisch eine mit dem Metallkern einen Ringraum zur Aufnahme des Rohlings begrenzende Einrichtung zur Beaufschlagung des Rohlings mit radial einwärts gerichtetem Flächendruck angeordnet ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Vulkanisieren von Rohlingen, aus denen Treibriemen hergestellt werden (US-PS 33 98 218), wird der Riemenrohling über einen mit einer Gummiauflage beschichteten Metallkern geschoben. Über den Riemenrohling wird eine Hülse aus Gummi geschoben, die an stirnseitigen Halterungen eingespannt ist. Die gesamte Vorrichtung wird zusammen mit dem Riemenrohling in einen Autoklaven eingesetzt, in den unter Druck Dampf eingelassen wird. Außerdem wird heißer Dampf in das Innere des hülsenförmigen und an den Stirnseiten verschlossenen Metallkernes eingelassen. Unter Wärme und Druck erfolgt die Vulkanisierung des Riemenrohlings.

Bei der Vulkanisierung müssen insbesondere die Schrumpf- oder Expansionseigenschaften der in dem Riemenrohling enthaltenen Verstärkungseinlagen beachtet werden. Bestehen die in Riemenlängsrichtung verlaufenden Zugcordes aus Polyamid, Baumwolle oder Polyester, läßt sich die während der Vernetzung des Riemenmaierials eintretende thermische Schrumpfung oder Expansion im allgemeinen ausnutzen, um dem Riemen beispielsweise eine innere Vorspannung zu verleihenT^Anders sind die Verhältnisse aber bei Verstärkungseinlagen aus längenstabilen Fasern. Bei diesen tritt während der Vernetzung des Riemenmaterials keine wesentliche Längenänderung des Zugteiles ^r> ein, so daß es vorkommen kann, daß der Untercordbereich oder Übercordbereich des Riemens nicht ausreichend komprimiert wird. Derartige Zugteile aus längenstabilen Fasern haben ferner die unerwünschte Neigung Beulen zu bilden, wenn die Vulkanisierung ίο zwischen einem Kern und einem elastomeren Luftsack oder eine Blase erfolgt, die um den Riemenrohling herum angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Pressen und Vulkanisieren eines Rohlings für einen Treibriemen zu schaffen, die sich insbesondere für die Verarbeitung von Treibriemen eignet, deren Verstärkungseinlage längenstabile Fasern enthält, und sicherstellt, daß die Zugteile in der Vernetzungsphase, in der der Riemenkörper in fließfähigem oder plastischem Zustand ist, unter Spannung gehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffi zient des Metallkernes mindestens 5,56 χ 10-⁶K-' beträgt.

>■> Ein derartiger Metallkern hat eine größere Wärmeausdehnung als die üblicherweise verwendbaren Kerne und dehnt sich bei der Vulkanisierungstemperatur derart aus, daß die Zugteile einer Zugspannung ausgesetzt werden. In diesem Zustand erfolgt die JO Vernetzung des Kautschuks, so daß der vernetzte Riemen eine innere Vorspannung hat.

Vorzugsweise beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallkernes mindestens 7,5 χ 10-⁶K-'. Als Material des Metallkernes eignet 3^r> sich insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine zylindrische Formvorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Teil-Längsschnitt eines Teiles der Formvorrichtung nach Fig. 1 mit einem eingesetzten Riemenrohling in der Stellung, in der die Vernetzung stattfindet,

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 2 und verdeutlicht die Vergrößerung des Metallkernes nach außen;

Fig.4 zeigt eine Randansicht oder eine Draufsicht so eines Teiles einer Ausführungsform einer Blase zur Herstellung gezahnter oder genuteter Treibriemen, und Fig.5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Formvorrichtung zur Herstellung einzelner Treibriemen.

Eine Vernetzungsform 10 für Treibriemen enthält vorzugsweise eine im wesentlichen zylindrische innere Baugruppe 12, die einen nach außen gerichteten Druck auf den Riemenrohling ausübt und eine äußere Baugruppe 14, die konzentrisch zur inneren Baugruppe W) 12 angeordnet ist und auf den Riemenrohling einen nach innen gerichteten Druck ausübt. Die gesamte Form kann in einem Autoklav 16 untergebracht sein oder in einer Kammer, der Dampf unter Steuerung durch ein Ventil 20 durch eine Leitung 18 zugeführt wird. Die äußere Baugruppe 14 weist einen Außenzylinder 22 auf, dessen Stirnseiten jeweils mit einem oberen und einem unteren Ring 24, 26 verbunden sind. Jeder Ring 24, 26 besteht aus getrennten konzentrischen Ringen 28

und 30, 32 und 34, die durch Befestigungsstücke 36 zusammengehalten werden. Die Ringe 28, 30 und 32, 34 bilden jeweils ringförmige Nuten 38, in denen die Ränder einer aufblasbaren Blase 40 eingespannt sind. Die Enden der Blase 40 sind auf diese Weisi abdichtend an dem Außenzylinder 22 an dessen oh.;rer und unterer Stirnseite befestigt und bilden zusammen mit dem Außenzylinder 22 eine Druckkammer 42 mit variablem Volumen. Diese Druckkammer 42 wird über .ine Leitung 44, in der sich ein Regelventil 46 befindet, mit Druck beaufschlagt. Der in der Druckkammer 42 über die Leitung 44 erzielbare Druck ist unabhängig von dem indem Autoklaven 16herrschenden Druck.

Die innere Baugruppe 12 ist konzentrisch mit der äußeren Baugruppe 14 und innerhalb dieser angeordnet. Diese innere Baugruppe 12 besteht in erster Linie aus einem inneren zylindrischen Metallkern 48, der einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem nachfolgend noch zu erläuternden Sinne aufweist, einem oberen Ringkranz 50 und einem Bodenringkranz 52. Zwischen dem Metallkern 48 und der Blase 40 befindet sich ein Ring 54, der einen zylindrischen Riemenrohling 56 aufnimmt, der in in der Form positioniertem Zustand in den F i g. 2 und 3 abgebildet ist.

Die mit der Formvorrichtung zu vernetzenden Riemenrohlinge 56 werden auf einer Aufbautrommel aus Schichten aus Kautschuk und/oder kautschukiertem Gewebe aufbebaut und zwischen die verschiedenen Schichten wird ein Zugbereich gebracht, der aus wendelförmig gewickelten Zugcorden besteht. Über der Zugschicht können zusätzliche Schichten aus Kautschuk und/oder zusätzliche Verstärkungslagen aufgebracht werden. Der sich ergebende unvernet/.te zylindrische Riemenrohling 56 wird anschließend von der Aufbautrommel unvernetzt abgestreift. Der Innendurchmesser des Riemenrohlings 56 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Metallkernes 48 (bei Umgebungstemperatur, die unterhalb der Vernetzungstemperatur liegt).

Vor dem Vernetzen hat der Zugcord des unvernetzten Riemenrohlings 56 normalerweise einen Teilkreisdurchmesser, der infolge der normalen Hcrstellungstoleranzcn normalerweise bis zu etwa 0,02% variiert. Hierzu gehören auch die Toleranzen, die von der Aufbautrommel und den Formabmessungen herrühren, sowie die Dickentoleranzen der aufgelegten Kautschukschichten. Die konventionellen Methoden zur Vernetzung von Riemenrohlingen passen sich diesen Toleranzen durch Schrumpfen oder Dehnen des Zugcords auf einen größeren oder kleineren Teilkreisdurchmesser an. Die Vernetzungsform 10 ist in erster Linie auf das Vernetzen von Riemenrohlingen 56 gerichtet, die eingebettete längenstabile Zugteiler 57 aufweisen, welche weder erheblich schrumpfen noch sich ausdehnen, während sie den Vernetzungstemperaturen und -drücken ausgesetzt werden. Zu derartigen längenstabilen Zugteilen 57 gehören Stahldraht, Aramide und Glasfasern, sowie allgemein Materialien, deren L.ängc sich bei der Vernetzung nicht mehr als etwa 0,50% ändert.

Zunächst wird die innere Baugruppe 12 aus der Vernetzungsform 10 herausgenommen, der obere Ringkran/. 50 entfernt und der unvernetzte Ricmenrohling 56 über den Metallkern 48 gezogen und auf diesem konzentrisch angeordnet. Alternativ kann der Ringkranz 50 auch auf dem Metallkcrn 48 verbleiben und der unvernetzte Riemenrohling 56 wird von unten auf den Metallkern 48 gezogen. Wegen der thermischen Ausdehnungseigensehaf'cn des Metallkernes 48 sollte dieser nicht erhitzt bzw. auf Raumtemperatur sein, um ausreichend freien Raum für das Aufschieben des Riemenrohlings 56 über den Metallkern 48 zur ^r> Verfügung zu haben. Eine etwa notwendige Durchmrsserverringerung der Außenabmessung des Metallkernes 48 erhält man, indem die Kerntemperatur herabgesetzt wird, beispielsweise durch Abschrecken der inneren Baugruppe 12 in kaltem Wasser. Die innere Baugruppe

ίο 12 kann mit dem auf ihr befindlichen Riemenrohling 56 wieder in die äußere Baugruppe 14 eingesetzt werden und der Ringkranz 50 wird, wenn er zuvor entfernt worden ist, nun vor oder nach dem Wiedereinsetzen wieder montiert. Der Ringkranz 50 sollte ausreichend

π lose sitzen, um vorzugsweise eine Kernausdehnung zu ermöglichen. Dann wird der Autoklav 16 geschlossen, bevor durch die Leitung 18 Dampf zugeführt wird.

Der Vernetzungsvorgang erfordert ausreichende Wärmeeinheiten, um den Riemenrohling 56 zu vulkani-

2ii sieren oder zu vernetzen. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß auf beiden Seiten des Riemenrohüngs 56 entgegengesetzt gerichtete Innendrücke herrschen. Während des Vernetzungsvorganges wird ein radial nach außen gerichteter resultierender Differenzdruck

i^r> aufrechterhalten, um sicherzustellen, daß das Slapellängen-Zugteil 57 während der Vernetzung des Riemenrohüngs 56 unter Spannung gehalten wird. Der nach außen gerichtete resultierende Druck entsteht durch die Ausdehnung »x« des Metallkernes 48, ausgehend von

jo seiner Anfangsposition, die in F i g. 3 gestrichelt dargestellt ist, auf den Ausdehnungszustand, der mit 48' bezeichnet ist. Zur Erzielung dieser Ausdehnung bei den für die Vernetzung von Riemenrohlingen 56 dieser Art angewendeten Temperaturunterschieden ist es wichtig,

)"j daß das Metall, aus dem der Metallkern 48 besteht, einen viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als die üblicherweise verwendeten Kernmaterialien, wie z. B. normaler Stahl. Das Kernmaterial muß daher so ausgewählt werden, daß es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 5,56 χ 10 ^b K-' vorzugsweise von mindestens etwa 7,5 χ 10 ^b K ' und insbesondere von mindestens etwa 8,9 χ 10-^b K ' aufweist. Diese Bedingungen erfüllen verschiedene Metalle und Legierungen. Gegenwärtig kann man vorzugsweise Aluminium und seine Legierungen verwenden. Aluminium vom Typ 6061 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7,85 χ 10-^bK ' hat sich als brauchbar erwiesen. Ein Beispiel für Legierungen, die in Betracht zu ziehen sind, ist Messing.

(ι Der radial nach innen auf den Riemenrohling 56 gerichtete Druck wird von der nach innen dehnbaren Blase 40 erzeugt. Bei einer Ausführungsform kann dieser nach innen gerichtete Druck vor dem Heizen des Metallkernes 48 aufgebracht werden, jedoch erfolgt

γ-, dies, bevor der Kautschuk in dem Riemenrohling 56 flüssig oder plastisch wird, und auf diese Weise vor der Einleitung des Vernetzungsvorganges. In dieser Hinsicht kann eine Wärme- oder Druckquelle, wie beispielsweise Dampf, über die Leitung 44 zugeführt

w) werden, um die Blase 40 gegen den Riemenrohling 56 zu drücken und Luft aus dem Raum zwischen dem Riemenrohling 56 und dem Metallkern 48 auszutreiben. Nun wird der Kautschuk-Untercord 59, der noch nicht plastisch ist, unter leichtem Druck aufgebracht, ebenso

ii') wie in einem noch geringeren Grade die Stapellängen-Zugteile 57. Für alle praktischen Zwecke ist jede Kompression, die die Stapellängen-Zugteile 57 bei dieser Ausführungsform ausüben, vernachlässigbar. Die

Druckkammer 42 wird anschließend durch Dampf mit Druck beaufschlagt, vorzugsweise bis zu etwa 9,6 bis 11,6 bar. Wegen der geringen thermischen Leitfähigkeit der Blase 40 reicht der Wärmeübergang über die Blase 40 anfangs nicht aus, um den Kautschuk des Riemcnrohlings 56 zu plastizieren.

Im allgemeinen wird entweder vor, gleichzeitig oder nach der Druckbeaufschlagung der Blase 40 ein Heiz- und Druckmedium, vorzugsweise Dampf, durch die Leitung 18 in den Autoklaven 16 eingeleitet. Dieses Medium umgibt und durchdringt das Äußere und Innere der Vernetzungsform 10. Der Kesseldampf kommt in direkten Kontakt mit der Innenfläche des Metallkerns 48 und überträgt Wärmeeinheiten auf diesen. Als Folge davon wächst der Umfang des Metallkerns 48. Dieses Wachstum ist dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metallkernes 48 und seiner Temperaturänderung proportional. Als Beispiel sei angegeben, daß unter Verwendung des erwähnten Aluminiums vom Typ 6061 als Kernmaierial mit einem Außenumfang des Metallkernes 48 von 105 cm nach einer Temperaturerhöhung um 12TC eine Umfangsausdehnung von etwa 3,6 mm eintrat. Diese Umfangsvergrößerung bewirkt ein proportionales Anwachsen des Kerndurchmessers, das erstens das Spiel zwischen dem Metallkern 48 und dem Riemenrohling 56 und zweitens den durch die Kompression des Kautschuks in dem Übercord 55 zwischen der Außenfläche des Metallkernes 48 und dem Stapellängcn-Zugteil 57 erzeugten Faktor übersteigt. Der zugeführte Kesscldampf hat einen Druck im Bereich von vorzugsweise etwa 5,7 bis etwa 9,6 bar, entsprechend Temperaturen im Bereich von etwa 163 bis zu etwa 182°C, obwohl diese Parameter entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen geändert werden können.

Weil das Metall des Metallkernes 48 die Wärme viel schneller leitet als die Blase 40, wird bei richtiger Auswahl der Vernetzungs-Betriebsfolge Wärme auf den Riemenrohling 56 übertragen. Dies beginnt vorzugsweise bei dem Übercord 55 und setzt sich dann nach außen hin zu dem Kautschuk-Untercord 59 fort. Auf diese Weise wird das Stapellängen-Zugteil 57 in der gewünschten Weise während der Vernetzungsperiode infolge der Kernvergrößerung unter Spannung gehalten, während ein wesentlicher Teil des Kautschuks des Riemenrohlings 56 sich im plastizierten Zustand befindet. Durch fortgesetztes Heizen mit dem Dampf in der Druckkammer 42 werden anschließend dem Riemenrohling 56 in dem Untercord 59 noch zusätzliche Wärmeeinheiten für eine gleichmäßige Vernetzung zugeführt. Durch die Erzielung dieses Wärmegradienten und indem man dabei sicherstellt, daß das Slapellängen-Zugteil 57 unter Spannung gehalten wird, werden die oben erwähnten Probleme des Aufbeulens der Zugcords vermiede::.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Riemenrohling 56 gemäß F i g. 3 im umgedrehten Zustand aufgebaut. Dies schafft zahlreiche Vorteile, zu denen auch die Sicherheit gehört, daß das Stapellängen-Zugteil 57 während der Vernetzung unter Spannung gehalten wird. Ebenso erfolgt eine sehr enge Dimensionskontrolle des Außenumfangs des Riemenrohlings 56. Ein zusätzlicher Vorteil ist der erhöhte Widerstand gegen Untercordbrüche, da der Untercord 59 während des Einsatzes in einem Riementrieb variierenden Kompressionsdrücken ausgesetzt ist.

Wenn an dem Untercord 59 des Riemcnrohlings 56 Nuten oder Zähne angebracht werden sollen, kann dies unter Verwendung der Form in F i g. 1 geschehen. In dieser Hinsicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine einstückige Blase 40 zu verwenden, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist. Die Blase 40 weist eine Reihe axial verlaufender Nuten 41 auf, die hintercinanderliegende Vorsprünge 43 bilden, welche während des Vernetzungsvorganges entsprechende axiallaufendc Nuten in dem Untercord 59 des Riemenrohlings 56 bilden. Diese einstückige genutete Blase 40 macht es unnötig, eine getrennte Blase und Matrix zu verwenden, um dieselbe Funktion auszuüben. Nach dem Vernetzen wird die Riemenhülse von der Form entfernt, wie es oben erläutert wurde, indem zunächst die innere Baugruppe 12 abgenommen und dann die Riemenhülsc von dem Metallkern 48 entfernt wird. Das Herausnehmen wird durch die thermischen Eigenschaften des Metalls, aus dem der Metallkern 48 besteht, erleichtert. Weil der Metallkern 48 zu diesem Zeitpunkt noch heiß und in expandiertem Zustand ist, liegt die vernetzte Riemenhülse dicht an der Kernoberfläche an. Die Riemenhülse kann leicht von dem Mctallkern 48 entfernt werden, indem dieser gekühlt wird, indem er beispielsweise in einen Tank mit kalter Flüssigkeit, wie Wasser, eingetaucht wird. Der Metallkern 48 zieht sich (auf die Position 48, F i g. 3) zusammen, wenn seine Temperatur sinkt, so daß das nötige Spiel entsteht, um die vernetzte Riemenhülsc leicht von dem Metallkern 48 abziehen zu können. Die Riemenhülse muß also nicht mit einer Druckquelle von dem Metallkern 48 abgeblasen werden. Die vernetzte Riemenhülse kann anschließend geschnitten und zu einem oder mehreren endlosen Treibriemenkörpern geformt werden.

Bei der alternativen Ausführungsform, die in F i g. 5 dargestellt ist, werden anstelle einer Riemenhülse Einzelriemen in einer ringförmigen segmentierten Form vernetzt. In diesem Falle besteht der Metallkern 48 aus mehreren einsetzbaren Ringen 60 und 62, deren Flächen einen Riemenhohlraum 63 zur Aufnahme eines einzelnen unvcrnetzten Riemenrohlings 64 begrenzen. Die

ι Ringe 60 und 62 bestehen aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie es oben erläutert wurde, z. B. aus Aluminium.

Ahnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist ein Wärmemedium, wie Dampf, vorgesehen, das die Innenfläche der Ringe 60 und 62 heizt, wodurch wiederum der gesamte Metallkern in Richtung des in Fig. 5 eingezeichneten Pfeiles sich ausdehnt. Gleichzeitig wird der Riemenrohling 64 einem Druck in Richtung auf den Metallkern ausgesetzt, indem ein Wärme- und Druckmedium über die Leitung 44' und das Regelventil 46' zugeführt wird. Dieses Wärme- und Druckmedium tritt in die Druckkammer 42 zwischen dem Außenzylinder 22' und der Blase 40' ein, und drückt die Blase 40' gegen den Übercord 55 des Riemenroh-

< lings 64. Wenn der Kautschuk des Riemenrohlings 64 flüssig und plastisch wird, fließt er in die von den nebeneinander angeordneten Ringen 60 und 62 gebildeten Hohlräume ein. Infolge des viel größeren nach außen gerichteten Druckes, der von den Ringen 60 und 62 ausgeübt wird (verglichen mit dem nach innen gerichteten Druck, der von der Blase 40' ausgeübt wird) werden die einzelnen Stapellängcn-Zugteile 57 jedoch während der Vernetzung unter Spannung gehalten. Nach der Vulkanisierung werden die Ringe 60 und 62

· nacheinander zusammen mit den von ihnen eingeschlossenen fertigen Treibriemen entfernt. Normalerweise eignet sich dieser Ringformtyp zur Vernetzung von Treibriemen mit äußeren Gewebebedeckungen.

Die Vernct/.ungsform IO wurde in be/.ug auf Druckkräfte, die durch den Metallkern 48 und die Blase

Treibriemen mit im Abstand voneinander angeordneten 40 aufgebracht werden, sowohl den Übercord 55 als

Slapcllängen-Zugteilcti 57 beschrieben. Ks muß jedoch auch den Untercord 59 im wesentlichen unabhängig

nicht notwendigerweise ein Durchfluß für den Kaut- voneinander komprimieren. Der Zugbereich wird daher

seliuk /wischen den Hohlräumen in dem Zugbereich s stark verdichtet,
vorhanden sein, da die entgegengesetzt gerichteten

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Pressen und Vulkanisieren eines Rohlings mit mindestens einem einen vulkanisier- oder vernetzbaren Riemenki ex eingebetteten längsverlaufenden Zugteil iur einen Treibriemen, mit einem im wesentlichen ringförmigen, einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden — vorzugsweise heizbaren hohlen und in einen Autoklaven einbringbaren, gegebenenfalls aus einzelnen axial aneinandergereihten Ringen bestehenden — Metallkern, um den konzentrisch eine mit dem Metallkern einen Ringraum zur Aufnahme des Rohlings begrenzende Einrichtung zur Beaufschlagung des Rohlings mit radial einwärts gerichtetem Flächendruck angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallkernes (48)mindestens5,56 χ ΙΟ"⁶ Κ"¹ beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 7,5 χ 10-⁶ K-' beträgt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Metallkernes (48) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.