DE3927577A1 - Formdorn zur herstellung von elastomeren formschlaeuchen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Formdorn zur Herstel­ lung von elastomeren Formschläuchen, auf den der Schlauch zur Durchführung des Vulkanisiervorgangs aufziehbar, und von dem der Schlauch nach Beendigung des Vulkanisiervor­ gangs entnehmbar ist, sowie auf ein Verfahren zur flexibel automatisierten Formgebung von Elastomerschläuchen, mit erfindungsgemäßen Formdornen.

Bei der Herstellung von elastomeren Formschläuchen ist ein wesentlicher Teilschritt die Formgebung des Schlauchs.

Hierzu wird der vulkanisierte Schlauchrohling auf einen entsprechend geformten Formdorn aufgezogen. Dies erfolgt derzeit rein manuell. Dabei werden zur Begrenzung der hohen Fügekräfte, die aus dem Untermaß des Schlauches und dem Aufschiebewiderstand durch Biegeradien resultieren, Gleitmittel eingesetzt. Nach dem Aufziehen der Schläuche auf die Formdorne, d.h. nach der Beendigung des sog. Auf­ dornens, werden diese in einen Ofen eingebracht, in dem sie bis zum vollkommenen Ausvulkanisieren verbleiben. Sobald der Vulkanisiervorgang abgeschlossen ist, werden die Schläuche aus dem Ofen entnommen. Die jetzt "formsta­ bilen" Schläuche werden ebenfalls manuell von den Dornen abgezogen (Abdornvorgang).

Dieses herkömliche Verfahren zur Herstellung von elastome­ ren Formschläuchen beinhaltet diverse arbeitsphysiologisch kritische Punkte. Hierzu zählen hohe Temperaturen am Ar­ beitsplatz, einseitige Arbeitsbelastung usw. Als weiterer erschwerender Punkt kann die hohe Schadstoffbelastung des Wassers durch Gleitmittel genannt werden. Eine Automati­ sierung des Herstellungsprozesses erscheint aufgrund die­ ser Punkte notwendig.

Deshalb sind im BMFT-Bericht: "Verbesserung der Arbeitsbe­ dingungen bei der Herstellung von vorgeformten Einzel­ schläuchen für Kraftfahrzeuge und Arbeitsmaschinen", (E. Beecken, J. Gronau, K. Heins, E. Kosmalla, HdA-Studie, 1988) automatisierbare Verfahren zum Auf- und Abdornen vorgeschlagen worden. Diese Verfahren sind jedoch verhält­ nismäßig kompliziert und aufwendig, so daß sie sich bis­ lang in der Praxis nicht durchsetzen konnten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, durch einen erleichterten Auf- bzw. Abdornvorgang sowohl die manuelle als auch die automatisierte Herstellung von Formschläuchen zu vereinfa­ chen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird ein Formdorn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die folgenden Merkmale weiter­ gebildet:

• - der Formdorn weist einen thermoelastischen Bestandteil auf, der bei der Vulkanisiertemperatur in der Hochtempera­ turphase und bei Umgebungstemperatur in der Tieftempera­ turphase vorliegt,
• - in der Hochtemperaturphase hat der thermoelastische Bestandteil die für die Formgebung der Formschläuche er­ forderliche gebogene Form,
• - in der Tieftemperaturphase liegt der thermoelastische Bestandteil in einer gestreckten Form vor, oder kann mit geringem Kraftaufwand in eine gestreckte Form überführt werden.

Die Erfindung beruht dabei auf dem Grundgedanken, die für das Formgebungsverfahren von elastomeren Formschläuchen eingesetzten Dorne aus sogenannten Formgedächtnislegierun­ gen (Shape-Memory-Effekt) herzustellen, wobei die Form­ dorne lediglich zur Vulkanisierung ihre eigentliche Funk­ tionsgeometrie annehmen.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke ermöglicht es, daß die Dorne beim Aufdornvorgang in gerader, gestreckter Form vorliegen. Die gestreckte Form vermindert die Reibung, was zu einer Reduzierung des Gleitmittelbedarfs führt. Auch der Abdornvorgang wird erleichtert, da die Formdorne bei Umgebungstemperatur entweder in einer gestreckten Form vorliegen, oder mit geringem Kraftaufwand in eine ge­ streckte Form überführt werden können.

Eine Einschränkung der Verwendbarkeit des erfindungsgemä­ ßen Formdornes kann durch den erreichbaren Biegeradius des Dornes gegeben sein, der damit den Radius des elastomeren Formschlauches begrenzt.

Deshalb hat bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 der thermoelastische Bestandteil einen geringeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Formdorns. Ferner umgibt den thermoelastischen Bestandteil ein weiterer, leicht ver­ formbarer Bestandteil konzentrisch umgibt. Durch diesen Dornaufbau ist sichergestellt, daß ein minimaler Biege­ radius bei maximaler Lastspielzahl erreicht wird.

Gemäß Anspruch 3 ist zusätzlich eine Heizeinrichtung (23) zur Heizung des thermoelastischen Bestandteils vorgesehen. Diese Heizeinrichtung ermöglicht eine schnelle Überführung des Formdorns in die Hochtemperaturform insbesondere dann, wenn beispielsweise mit einem Durchlaufofen gearbeitet wird (Anspruch 10). Der Heizmantel des Dornes erhöht damit die Verformungsgeschwindigkeit des Formdornes und somit die Prozeßsicherheit. Bevorzugt ist dabei die Heizeinrich­ tung ein flächiger Mantelheizleiter, der zwischen dem thermoelastischen Bestandteil und dem konzentrischen wei­ teren Bestandteil vorgesehen ist (Anspruch 4).

Durch die gemäß Anspruch 5 an beiden Enden des Formdorns vorgesehenen Anschläge für das elastomere Material, von denen einer gegen die Kraft einer Feder elastisch gelagert sein kann (Anspruch 6), wird der Schlauch sicher fixiert. Darüberhinaus kann durch eine geeignete Ausbildung der Schlaucheinspannung der aufgrund der Endenausfransung notwendige Verschnitt reduziert werden.

Die gemäß Anspruch 7 an einem Ende der Formdorne vorgese­ hene Schnellkupplung ermöglicht insbesondere die Integra­ tion eines erfindungsgemäß ausgebildeten Formdorns in ein automatisiertes Verfahren zur Herstellung von elastomeren Formschläuchen.

Wie bereits ausgeführt, wird bei dem erfindungsgemäßen Formdorn der bei der sogenannten thermoelastischen Umwand­ lung auftretende Shape-Memory-Effekt ausgenützt. Zur nä­ heren Erläuterung wird auf Tautzenberger, P.: Legierungen mit Formgedächtnis, Ehningen, 1988, Expert Verlag, Band 259 verwiesen.

Der Shape-Memory-Effekt tritt ausschließlich bei bestimm­ ten Legierungen, wie z.B. NiTi (Anspruch 9) auf. Eine be­ sondere Ausbildung dieses Effekts ist der sogenannte Zwei­ wegeffekt. Dabei erinnert sich ein bestimmtes Bauteil sowohl an seine sogenannte Niedertemperaturform als auch an seine Hochtemperaturform. Den einzelnen Temperaturfor­ men entspricht ein bestimmtes Kristallgefüge.

Beim sogenannten Einwegeffekt mit Gegenkraft wird zur Ausbildung des Effektes die in der Regel als martensiti­ sches Gefüge vorliegende Niedertemperaturform jeweils neu verformt. Für den erfindungsgemäßen Formdorn wird aufgrund der Kraftverhältnisse vorzugsweise der Einwegeffekt einge­ setzt werden, da das Arbeitsvermögen beim Übergang der Niedertemperaturform in die Hochtemperaturform größer ist (Anspruch 8).

In den Ansprüchen 10 bis 12 ist ein Verfahren gekennzeich­ net, dessen besondere Vorteile u.a. sind:

• - Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine flexible automatische Montage, da beliebige Dorne auf der gleichen Anlage verarbeitet werden können. Darüberhinaus wird auch die manuelle Montage erleichtert.
• - Die Schlauchrohlinge können mit geringem Kraftaufwand aufgedornt werden.
• - Durch verringerte Reibung ergibt sich eine Einsparung von Schmiermitteln.
• - Das Aufdornverfahren ist einheitlich, da die Dorne im Aufdornzustand im geraden bzw. gestreckten Zustand vorlie­ gen.
• - Das Fertigteil kann mit geringem Kraftaufwand abgedornt werden.
• - Der Abdornvorgang ist - unabhängig von der Form der Fertigteile - einheitlich, da die Dorne im Abdornzustand in geradem, gestrecktem Zustand vorliegen, oder sich leicht in diesen verformen lassen.
• - Der Schlauchrohling kann aufgrund der gestreckten Form der Dorne in der Vorrichtung konfektioniert, d.h. das Ab­ längen der Schläuche wird entsprechend der notwendigen Schlauchlänge vorgenommen. Der Schlauch wird dabei als Endlosmaterial von der Rolle zugeführt.
• - Die Lagerform der Dorne ist gerade bzw. gestreckt, was eine platzsparende Lagerung gegenüber den heute verwende­ ten Dornen erlaubt.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Formdorn,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels für einen erfindungsgemäßen Formdorn. Die Lei­ stungsfähigkeit und Anwendbarkeit eines einen thermoela­ stischen Bestandteil aufweisenden Formdorns wird begrenzt durch die gegenseitigen Abhängigkeiten von Legierungs- und Festigkeitsparametern wie maximale Dehnung, Lastspielzahl, Formdorndurchmesser und erreichbarer Biegeradius.

Da ein proportionaler Zusammenhang zwischen Biegeradius und Formdorndurchmesser besteht, und in der Regel geringe Biegeradien angestrebt werden, wird erfindungsgemäß der Formdorndurchmesser in Abhängigkeit von den aufzubringen­ den Verformungskräften durch den in Fig. 1 dargestellten Aufbau minimiert: Der Formdorn weist ein thermoelastischen Bestandteil (22) mit zylindrischer Form und einem geringeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Dorns auf. Zum Erreichen des Nenninnendurchmessers des Formschlauches (25) wird der thermoelastische Bestandteil (22) mit einer Ausgleichs­ schicht (24) "aufgefüttert". Die Ausgleichsschicht (22) besteht aus einem leicht verformbaren, temperaturbeständi­ gen und reibungsarmen Material. Durch diesen Dornaufbau kann sichergestellt werden, daß ein minimaler Biegeradius bei maximaler Lastspielzahl erreicht wird.

Das thermoelastische Verhalten des Bestandteils (22) des Formdorns wird - durch geeignete Wahl der Legierung - so eingestellt, daß der Bestandteil (22) im Temperaturbereich der Montageumgebung (T_min-T_max) in der in Fig. 1 darge­ stellten gestreckten Form vorliegt oder nach Effektent­ wicklung, d.h. nach der Vulkanisation, wieder in die ge­ streckte Form gebracht werden. Der Montagetemperaturbe­ reich liegt dabei unterhalb der charakteristischen Marten­ sit-finish-Temperatur (Mf) bzw. der Austenit-start-Tempe­ ratur (As) der auszuwählenden Legierung. Durch das Aufhei­ zen auf die für die Vulkanisation erforderliche Temperatur geht der Dorn in seine Hochtemperaturphase über, in der er eine gebogene Form mit dem gewünschten Biegeradius hat. Die Formgebung des Dorns in der Hochtemperaturphase sowie gegebenenfalls auch in der Tieftemperaturphase geschieht dabei nach den für Memorylegierungen üblichen Verfahren.

Die Gewichtsminimierung des Formdornes durch den beschrie­ benen Aufbau spart zusätzlich Materialkosten, da Memory­ legierungen derzeit noch relativ teuer sind.

Jeder Formdorn (22) hat weiterhin an seinem freien Ende einen festen Anschlag (26), am zweiten Formdornende wird nach durchgeführtem Aufdornvorgang eine Schnellkupplung (20) angebracht, die mit einem weiteren, in Längsrichtung gefederten Anschlag (21) ausgestattet ist. Diese fixiert den Schlauch (25) in seiner richtigen Position. Die Auf­ heizung des Dorns, durch die der Übergang in die Hochtem­ peraturphase erfolgt, kann durch eine ummantelnde Heizein­ richtung (23) unterstützt werden. Die Schnellkupplung (20) beinhaltet eine Aufhängungseinrichtung (17, s. Fig. 2) der Formdorne an ein Fördersystem und kann eventuell eine elektrische Schnittstelle zur Leistungsübertragung für die Heizeinrichtung (23) beinhalten sowie Träger einer Codier­ einrichtung sein.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Verfah­ ren beschrieben, in dem bevorzugt erfindungsgemäß ausge­ bildete Formdorne eingesetzt werden können: Zur automatisierten Durchführung des Aufdornvorgangs ist eine Aufdornvorrichtung (12) vorgesehen, die neben geeig­ neten Handhabungseinrichtungen für erfindungsgemäß ausge­ bildete Formdorne und Schlauchrohlinge eine Aufschiebe­ einheit (13) zum Aufschieben des Schlauches sowie eine Schneideinheit (14) aufweist, mit der der von einer Rolle (15) kommende Schlauch programmiert auf Länge abgeschnit­ ten werden kann. Die Aufschiebeeinheit (13) besteht aus mehreren angetriebenen Formrollenpaaren, die den Schlau­ chrohling reibschlüssig auf den in gestreckter Form vor­ liegenden Formdorn aufschieben.

Der Formdorn ist während des Aufschiebevorgangs so abge­ stützt, daß ein Ausknicken in der Niedertemperaturphase, die eine geringere Festigkeit als die Hochtemperaturphase aufweist, ausgeschlossen werden kann.

Anschließend an den Aufdornvorgang wird die aus Formdorn mit aufgedornten Schlauchrohling bestehende Vulkanisier­ einheit mittels eines nicht näher dargestellten Förder­ systems (1) in den Vulkanisierumlauf eingebracht.

Zur Vorbereitung des Vulkanisiervorganges werden die Vul­ kanisiereinheiten (3) auf ihren Aufnahmen in eine Vor­ heizzone (6) gefahren, deren Temperatur etwas oberhalb der Martensit-start-Temperatur (M_s) bzw. der Austenit-finish- Temperatur (A_f) und unterhalb des Vulkanisationstempera­ turbereiches (V_min-V_max) liegt.

In der Zone (6) nehmen die Dorne - die Aufheizung kann eventuell durch die ummantelnde Heizeinrichtung (23) un­ terstützt werden - ihre eigentliche Funktionsform (7) an. Die Vulkanisationseinheiten werden anschließend in die Vulkanisationstemperaturzone (5) des Ofens (4) eingebracht und verbleiben dort bis zum vollkommenen Ausvulkanisieren.

Nach dem Verlassen des Vulkanisierofens (4) nehmen die Formdorne beim Zweiweg-Shape-Memory-Effekt wieder ihre gestreckte Form an - beim Einweg-Shape-Memory-Effekt, der sich für das Verfahren besser eignet, müssen die Formdorne nach der Vulkanisation wieder gerade ausgerichtet werden.

Nach der vorstehend beschriebenen Formgebung der Schläuche gelangen die einzelnen Vulkanisiereinheiten in die Abdorn­ vorrichtung (8), die aus einer Richtvorrichtung (9), in der die Dorne in eine gestreckte Form überführt werden, und einer Abzieheinheit (10) besteht. In der Abzieheinheit werden die in gerade Form gestreckten Schläuche vom Dorn abgezogen und in eine Teilebereitstellung (11), z.B. ein Magazin abgelegt. Der Formdorn (16 bzw. 17) wird entweder durch den Speicherumlauf in den Formdornspeicher (18) transportiert oder gelangt wieder in die Aufdornvorrich­ tung (12). Der gerade Zustand der Formdorne erlaubt dabei eine raumsparende Speicherung (19) in dem Speicher (18).

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch Grundlage für eine vereinfachte manuelle bzw. flexibel automatisier­ bare Formschlauchherstellung sein, da die Dorne im eigent­ lichen Schlauchmontageprozeß (2, 8, 12, 18) in gerader, gestreckter Form vorliegen. Dies erleichtert den Aufdorn­ vor bzw. Abdornvorgang nach der Vulkanisation wesentlich.

Kernstück ist dabei der bereits beschriebene Vulkanisier- Durchlaufofen (4), durch den die Temperaturbelastung für das Bedienungspersonal wesentlich herabgesetzt wird. Die­ sem vorgeschaltet ist die Aufdornvorrichtung (12), die sowohl manuell, teilautomatisiert oder vollautomatisch betrieben werden kann. In der vollautomatischen Ausbauform werden die Formdorne durch einen Speicherumlauf (2) der Aufdorneinrichtung (12) zugeführt. Die Formdorne werden dazu in der Speichereinheit (18) bedarfsgerecht bereitge­ stellt.

Claims (12)

1. Formdorn zur Herstellung von elastomeren Form­ schläuchen, auf den der Schlauch zur Durchführung des Vulkanisiervorgangs aufziehbar, und von dem der Schlauch nach Beendigung des Vulkanisiervorgangs entnehmbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Formdorn weist einen thermoelastischen Bestandteil (22) auf, der bei der Vulkanisiertemperatur in der Hoch­ temperaturphase und bei Umgebungstemperatur in der Tief­ temperaturphase vorliegt,
• - in der Hochtemperaturphase hat der thermoelastische Bestandteil (22) die für die Formgebung der Formschläuche erforderliche gebogene Form,
• - in der Tieftemperaturphase liegt der thermoelastische Bestandteil (22) in einer gestreckten Form vor, oder kann mit geringem Kraftaufwand in eine gestreckte Form über­ führt werden.

2. Formdorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelastische Bestand­ teil (22) einen geringeren Durchmesser als der Außendurch­ messer des Formdorns hat, und daß den thermoelastischen Bestandteil ein weiterer, leicht verformbarer Bestandteil (24) konzentrisch umgibt.

3. Formdorn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Heizeinrich­ tung (23) zur Heizung des thermoelastischen Bestandteils vorgesehen ist.

4. Formdorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein flä­ chiger Mantelheizleiter ist, der zwischen dem thermoela­ stischen Bestandteil und dem konzentrischen weiteren Be­ standteil vorgesehen ist.

5. Formdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formdorn an beiden Enden Anschläge (21, 26) für das elastomere Material (25) auf­ weist.

6. Formdorn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (21) gegen die Kraft einer Feder elastisch gelagert ist.

7. Formdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formdorn an einem Ende eine Schnellkupplung (20) aufweist.

8. Formdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formdorn lediglich in der Hochtemperaturphase in einer definierten Form vorliegt.

9. Formdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelastische Bestand­ teil (22) aus einer NiTi-Legierung besteht.

10. Verfahren zur Herstellung von elastomeren Form­ schläuchen, mit Formdornen, auf die die Schläuche zur Durchführung des Vulkanisiervorgangs aufziehbar, und von denen die Schläuche nach Beendigung des Vulkanisiervor­ gangs entnehmbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Vulkanisiervorgang wird in einem Durchlaufofen (4) ausgeführt,
• - vor dem Durchlaufofen sind eine Aufdorneinheit und nach dem Durchlaufofen eine Abdorneinheit vorgesehen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Formdorn ein Formdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird, der bei Raum­ temperatur in gestreckter Form vorliegt, und auf den das in Endlosform vorliegende zu vulkanisierende Material aufgeschoben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchlaufofen der Formdorn mit dem darauf aufgeschobenen Schlauch zunächst auf eine Temperatur etwas oberhalb der Martensit-start- Temperatur (M_s) bzw. der Austenit-finish-Temperatur (A_f) und unterhalb des Vulkanisationstemperaturbereiches (V_min-V_max) aufgeheizt wird.