WO2020127055A1 - Vulcanization method and vulcanization device - Google Patents

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WO2020127055A1
WO2020127055A1 PCT/EP2019/085356 EP2019085356W WO2020127055A1 WO 2020127055 A1 WO2020127055 A1 WO 2020127055A1 EP 2019085356 W EP2019085356 W EP 2019085356W WO 2020127055 A1 WO2020127055 A1 WO 2020127055A1
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rubber
vulcanization
steam
temperature
liquid
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PCT/EP2019/085356
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Inventor
Bengt Schmidt
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KraussMaffei Extrusion GmbH
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29D30/00Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
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    • B29C35/049Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam using steam or damp
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    • B29K2021/00Use of unspecified rubbers as moulding material
    • B29K2021/006Thermosetting elastomers

Definitions

  • the present invention relates to a vulcanization process and a vulcanization device, in particular for vulcanizing rubber elements produced or shaped in extrusion processes.
  • a plastically deformable rubber or a plastically deformable mass containing rubber (hereinafter also referred to simply as “rubber” for the sake of simplicity) is brought into a desired shape by an extruder.
  • the rubber element thus produced / shaped is then converted into a rubber element with elastic properties by means of vulcanization.
  • All common processes can be used for vulcanization, such as sulfur vulcanization or vulcanization using peroxides or metal oxides.
  • the rubber must contain the components necessary for vulcanization, e.g. Sulfur to be enriched. If “rubber” to be vulcanized is mentioned below, this enrichment is always required.
  • the temperature required for the vulcanization is usually generated by means of an infrared oven or via microwave radiation. It is also possible to immerse the rubber elements produced for the vulcanization in a salt bath at a sufficiently high temperature.
  • the object of the present invention is to provide a vulcanization method or a vulcanization device with which the above-mentioned problems can be alleviated or eliminated.
  • the task is to enable rubber to be vulcanized spatially uniformly at a certain temperature.
  • a vulcanization process for vulcanizing rubber may include: heating a material to its boiling point and thereby forming vapor over the material that has the material in its gas phase; Introducing rubber, the temperature of which is lower than the temperature of the steam, into the steam, whereby the steam condenses on the rubber and the rubber hereby heated to a vulcanization temperature; and vulcanizing the rubber at the vulcanization temperature.
  • the basic physical principles of phase transitions are used for heating the rubber to be vulcanized. If part of a material changes into the gas phase through boiling, the temperature of the resulting steam (in addition to the ambient conditions) essentially depends on the boiling temperature of the material. After the boiling temperature has been reached, the heat input into the material does not lead to any further heating of the material beyond the boiling temperature, but only to an increasing evaporation of the material. The vapor forming over the material is not further heated by the increasing evaporation, so that the temperature of the steam only depends on the boiling point of the material and the ambient conditions (temperature, total pressure, vapor pressure of the surrounding gases). The temperature of the steam can thus be set precisely with a suitable choice of material and ambient conditions.
  • the heat transfer taking place on the surface of the rubber by means of condensation of the steam ensures that the rubber can be brought to the temperature of the surrounding steam at most.
  • the steam releases heat to the rubber. If the rubber reaches the temperature of the steam due to this heat transfer, however, no more condensation can take place, i.e. the heat transfer is ended.
  • a rubber element By introducing it into the vapor phase, a rubber element can therefore be brought to a certain vulcanization temperature.
  • the condensation of the steam on the rubber takes place at all points on the surface of the rubber, for example also in narrow openings.
  • the temperature of the rubber element is thus brought from its surface evenly to the vulcanization temperature from all sides and thereby the Conversion of rubber into rubber started by the vulcanization components contained in the rubber, such as sulfur. It is thus possible to vulcanize the rubber homogeneously and at a temperature which can be determined by the choice of the heated material. This increases the quality of the rubber elements produced.
  • Appropriate placement of the rubber over the boiling material can also ensure that the material condensed on the rubber returns to its starting position, e.g. by dripping or flowing down from the rubber back onto the material. This reduces the consumption of the material used for heat transfer.
  • the material to be heated can be a, preferably chemically inert and electrically non-conductive, liquid, the vapor of which is heavier than air.
  • a liquid as the material to be heated allows the material to be transported more easily, e.g. in pipelines.
  • a liquid e.g. can be heated comparatively easily and homogeneously by using heating coils or the like immersed in the liquid.
  • the liquid can also have a high thermal conductivity and / or emit a large amount of heat during the phase transition from gaseous to liquid. This simplifies the heating of the rubber. If the liquid is heavier than air, the steam forms a “steam bell” over the liquid even without external intervention. This can only consist of evaporated liquid. The temperature of the steam is then the boiling point. In this way, an inert gas phase can be generated around the rubber, which in particular can be free of oxygen. This makes it possible to apply the process to vulcanization processes which have to be carried out in the absence of oxygen. Since this is typically achieved through the complex use of salt baths, the present process considerably simplifies the process control.
  • the liquid can be heated in an upwardly open vessel and the vapor can form in a work area above the liquid and be cooled at the edges of the work area by cooling devices.
  • the vapor condenses to flow back into the vessel in the liquid state.
  • the rubber is brought into the work area for vulcanization.
  • Such a structure prevents liquid from being lost due to horizontal migration of the steam, since the steam is previously condensed on the cooling devices and returned to the liquid reservoir in the vessel. At the same time, however, the introduction of the rubber into the steam zone or the work area is facilitated, since no closed housing is required to keep the steam zone. Instead, the rubber can be brought into and out of the work area through gaps between the cooling devices. Excessive loss of fluid is thus avoided with a simple structure.
  • the liquid can be or have perfluoropolyether, PFPE.
  • the boiling point of the liquid can be between 100 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 165 ° C or 180 ° C and 240 ° C, 260 ° C, 280 ° C or 300 ° C.
  • PFPE is characterized by the fact that it is inert and has a boiling temperature that is in one wide temperature range can be set freely, e.g. by adding substances.
  • Correspondingly set PFPE is available, for example, under the brand names "Galden", "Fomblin” from the company "Solvay” or under "Krytox" from the company "Chemours”.
  • the temperature required for the vulcanization can therefore be selected in a simple manner by using PFPE.
  • PFPE due to its physical properties, PFPE enables the formation of a pure vapor phase without the addition of other gases. This creates an inert vulcanization atmosphere.
  • the temperature of the steam can be the boiling point of the material and the rubber can be heated to the boiling point of the material by the condensation of the steam.
  • the steam can consist at least in a certain area only of the evaporated material and have exactly the boiling temperature of the material. If the rubber is brought into this area, it also assumes the boiling point of the liquid. The selection or adjustment of the liquid to a certain boiling temperature therefore makes it possible to determine a certain vulcanization temperature.
  • the rubber can be transported through the steam on a conveying device which enables the steam to come into contact with the rubber on all sides, preferably on a grid or via spaced rollers.
  • a conveying device which enables the steam to come into contact with the rubber on all sides, preferably on a grid or via spaced rollers.
  • Such conveyance of the rubber by the steam enables steam to condense on a sufficiently large part of the surface of the rubber or even on the entire surface.
  • This allows the rubber to be pulled through the steam in the assembly line process and thereby vulcanized.
  • This enables a continuous vulcanization of a series of rubber elements or a rubber endless strand at a homogeneous temperature limited from above.
  • the vessel in which the material is evaporated sufficiently long or large for example as a long channel with a length of, for example, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m or more
  • rubber elements or a rubber can be used - Continuously run the continuous strand through the steam for a sufficient time to fully vulcanize it.
  • space is limited, it is also possible to introduce the rubber to be vulcanized into a sufficiently large volume of steam for a sufficiently long time, to remove it after complete vulcanization and to replace it with a new rubber element.
  • the rubber may be molded prior to vulcanization using an extrusion process (e.g., as rubber elements or as a rubber endless strand) and the vulcanization process may directly follow the extrusion process.
  • the output of an extrusion device can thus be promoted directly from the extrusion outlet into the vapor phase in order to be vulcanized there to form rubber. This allows high quality rubber elements to be manufactured in a single operation with high efficiency.
  • the rubber can already be preheated in a conventional manner by means of extrusion, e.g. through an infrared oven. This reduces the amount of heat to be absorbed in the vapor phase, which reduces the time in the vapor phase required for vulcanization.
  • a vulcanization device for vulcanizing rubber may be suitable for carrying out a vulcanization process as described above.
  • the vulcanization device can have a vessel with the material, heating device (s) for heating the material in the vessel, cooling device (s) for cooling the steam, a return device for returning the material Cooling device (s) cooled and liquefied steam and a conveyor for transporting the rubber through the steam.
  • the vulcanization device may also include an extrusion device for molding the rubber (e.g. into a rubber element or into a rubber endless strand).
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram of a vulcanization process
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a vulcanization device
  • Fig. 3 is a schematic representation of another
  • Fig. 4 is a schematic representation of another
  • Vulcanization device Vulcanization device.
  • a method for vulcanizing rubber will be described with reference to FIG. 1.
  • the term “rubber” is understood here to include any mixture of materials that have a plastically deformable component that solidifies through vulcanization in such a way that it is only elastically deformable.
  • the rubbers mentioned below also include constituents which, under the action of lightning, convert plastic Deformability into elastic deformability.
  • the term “rubber” is intended to encompass all materials produced by vulcanization. Specific examples of rubbers which can be used and the rubbers which can be produced therewith are known from the prior art and therefore do not need to be listed here.
  • a material is heated to its boiling point at S100 in order to evaporate part of the material. This creates a vapor phase over the material.
  • a liquid is used for the material, e.g. is kept in a heatable vessel.
  • Chemically inert and electrically non-conductive liquids are particularly suitable as liquids, since they can be used with less risk and / or they enable vulcanization in an inert vapor phase with the exclusion of oxygen.
  • the boiling point of the material or liquid used must be high enough to be used for vulcanization and e.g. have a value between 100 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 165 ° C or 180 ° C and 240 ° C, 260 ° C, 280 ° C or 300 ° C.
  • the liquid can e.g. perfluoropolyether, PFPE. However, it is also conceivable to evaporate a solid material directly.
  • a vapor phase forms over the material.
  • This will typically consist of a mixture of the ambient atmosphere and the material vapor.
  • the properties of the vapor phase then depend on the ambient atmosphere, such as air, and the boiling temperature of the material.
  • the vapor phase is influenced by the physical parameters of the ambient atmosphere such as pressure, temperature and composition.
  • the temperature of the vapor phase will essentially depend on the boiling temperature of the material, especially in the inner region of the vapor phase, which consists almost exclusively of the vaporized material. Deviations caused by the environment in the temperature from the boiling temperature can be regarded as negligible in a first approximation.
  • the purity of the steam and thus the equality of the steam temperature and boiling temperature can be improved here by shielding the largest possible area of the steam phase from the ambient atmosphere. This can be done by evaporating the material in an almost closed room, from which the surrounding atmosphere is gradually displaced.
  • a pure vapor phase can also develop if the material is heavier in its gas phase than the surrounding atmosphere, such as air.
  • the steam initially collects directly above the material and forces the ambient atmosphere upwards and outwards.
  • a sufficiently large volume of pure steam can be formed over the material by sufficiently rapid evaporation while at the same time collecting the steam that is forced outwards by condensation on cooling devices provided for this purpose.
  • This volume can be chosen according to the needs of the vulcanization and almost arbitrarily. For example, it is possible to generate a sufficiently large volume of steam, e.g. over a long channel or the like, rubber, for example as a strand, in continuous production through the steam. With smaller steam volumes, individual rubber elements can be introduced and removed one after the other into the steam.
  • a rubber or a rubber element to be vulcanized is then introduced into the steam at S110.
  • This can also include placing a series of rubber elements in series, e.g. also in continuous production, or the introduction of a rubber endless strand.
  • the rubber has a temperature that is below the vapor temperature or boiling temperature of the material. This causes the vapor to condense on the surface of the rubber. The heat released in the process is partly due to the Rubber and heats it up. This process continues until the rubber has reached the temperature of the steam. From this point on, the steam no longer condenses, so the rubber is no longer heated.
  • the vulcanization temperature can therefore be set depending on the boiling point of the material.
  • the vulcanization temperature corresponds to the boiling temperature, e.g. when the rubber is introduced into the interior of the vapor volume.
  • the rubber is brought to the vulcanization temperature relatively quickly.
  • the time required for this depends not only on the initial temperature of the rubber when it enters the vapor phase, but also on the mass and / or shape of the rubber element.
  • the vulcanization temperature can be reached within milliseconds or even almost instantaneously.
  • the time required can be a few seconds, e.g. 1 s, 5 s, 10 s, 60 s.
  • the time required to reach the steam temperature can be reduced by preheating the rubber by other means such as infrared heating or the like.
  • the rubber is transported through the steam in such a way that almost its entire surface is in contact with the steam, or contact points of the rubber vary in such a way that the entire surface is in contact with the steam through the transport of the steam. This allows heat to be applied to a sufficient number of points on the surface insert the rubber to allow a homogeneous heating of the rubber.
  • the rubber is vulcanized due to the heating of the rubber.
  • This can be any vulcanization process known in the art, e.g. Sulfur vulcanization or vulcanization using peroxides or metal oxides. Since such processes and the rubber mixtures required for this purpose are known to a person skilled in the art, there is no need to go into them here.
  • the rubber elements to be vulcanized can originate from an extrusion process.
  • the rubber elements produced with a typically used extrusion device are then fed directly to the vulcanization via a conveyor device, e.g. as an endless component not yet separated into individual components. This allows extruded rubber elements to be produced in one operation.
  • FIG. 2 schematically shows an example of a vulcanization device 100 with which the method described above can be carried out.
  • the vulcanization device 100 has a vessel 110 which is filled with the material 120 to be evaporated, here a liquid.
  • the dimensioning The vessel 110 is arbitrary and depends on the volume of steam that is to be achieved or on the size of the rubber / rubber element 130 to be vulcanized or the manufacturing technology used (continuous production or single-piece vulcanization).
  • the vessel 1 10 can e.g. is a bowl or kettle filled with liquid.
  • the vessel 1 10 can also be a long channel or a long trough with a length of e.g. 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m or more. It should be noted that FIG. 2 is purely schematic and serves only for the purpose of illustration. Actual dimensions cannot be derived from FIG. 2.
  • the material 120 is heated in the vessel 110 to its boiling temperature by means of pickling devices, not shown. Any means which heat the vessel 110 and / or the material 120, such as e.g. electric mordants or plates, inductive pickling or radiant heating.
  • the material 120 can e.g. is a liquid whose boiling point is in the range between 100 ° C to 300 ° C, for example at 120 °, 150 ° C, 175 ° C, 200 ° C, 220 ° C, 245 ° C, 270 ° C or 290 ° C.
  • PFPE can be used as the material.
  • the evaporating material 120 forms an area filled with steam 125 above the material 120.
  • a zone forms within the steam 125, in which the temperature of the steam is essentially, ie in a first approximation, determined by the boiling temperature of the material 120.
  • the vapor temperature can be equal to the boiling temperature.
  • the vapor 125 of which is heavier than the ambient atmosphere, such as air the vapor 125 displaces any other gas from the surface of the liquid.
  • a pure vapor phase then arises, the temperature of which is equal to the boiling point of the liquid.
  • the vulcanization process can also be used for vulcanization with the exclusion of oxygen.
  • Rubber 130 is introduced into such a zone of steam 125 by a conveyor device 140.
  • the conveyor 140 is shown as a series of spaced rollers that transport the rubber 130 from right to left by rotation along the arrow.
  • each area of the surface of the rubber 130 comes into contact with the steam 125, so that the heat transfer described above takes place by condensation of the steam 125 on the rubber surface evenly distributed over the surface. This enables a homogeneous temperature increase of the rubber 130 and thus a homogeneous vulcanization.
  • any other conveying device 140 can also be used which enables a sufficiently homogeneous vulcanization.
  • the rubber 130 can also be transported lying on a grid into the steam 125, which is designed in such a way that contact surfaces are small against the surfaces of the rubber 130 that are accessible against the steam contact.
  • the steam 125 can condense at almost all locations of the rubber 130 .
  • the dimensioning of the vessel 110 must ensure that the rubber 130 runs through the steam 125 until it is fully vulcanized.
  • the rubber 130 can be introduced into the steam 125 in other ways, e.g. by swiveling in a support plate with the rubber 130 by means of an arm provided for this purpose.
  • the rubber 130 remains in the steam 125 for a sufficiently long time to condense the steam 125 on the rubber 130 to bring it to the temperature of the steam 125, which preferably corresponds to the boiling temperature of the material 120.
  • the maximum temperature of the rubber 130 is the steam temperature in a first approximation.
  • the rubber 130 vulcanized to the rubber can be further heated after being discharged from the steam 125 in order to evaporate the condensed material 120 again and to collect it using suitable devices.
  • the natural heat of the rubber can also be sufficient, in a suitable environment, to at least partially evaporate the condensed material 120 again, e.g. at a sufficiently low ambient temperature or sufficiently low ambient pressure.
  • rubber elements can thus be vulcanized in a simple manner at a predeterminable temperature.
  • assembly line-based processing is possible.
  • An optional cooling device 150 is shown in FIG. 3, which serves to limit the steam 125 to a specific work area. If the vapor 125 spreads far beyond the edges of the vessel 110 with increasing evaporation of the material 120, material 120 can be lost, which leads to cost increases due to excessive need for tracking of the material 120. In principle, this can also be prevented by housing the entire vulcanization device 100 or the steam 125 produced by it, in order to limit the steam to a certain volume. However, this has the disadvantage that the introduction of the rubber 130 into the inner zone of the steam 125 is made more difficult and the installation of additional inlet devices, such as flaps or locks, becomes necessary.
  • the cooling device 150 offers an alternative to this. They generate cooling at the edge of a volume area that can be filled by the steam 125, which ensures that the steam 125 condenses and can be returned to the vessel 110 in a liquid state by means of a return device 160.
  • the cooling device 150 can be an arrangement of cooling coils that surround the steam volume like a cage.
  • the steam 125 then condenses on the cooling coils and either drops directly back into the vessel 110 or is collected and passed into the vessel 110 via the return device 160.
  • the return device 160 is shown schematically in FIG. 3 as an obliquely arranged collar which guides the condensed material 120 into the vessel 110.
  • the rubber 130 not shown in FIG. 3 for reasons of clarity, as also described with reference to FIG. 2, can be introduced into the steam 125 via the conveying device 140 by gaps in the structure of the cooling device 150 and removed therefrom. This does not affect the ability of the cooling device 150 to limit the steam 125 to a certain working volume, since the temperature gradient required for cooling and thus condensing the steam 125 can also be maintained within the gap provided for the introduction and removal of the rubber 130 if it is not made too large.
  • a conveyor belt can insert or remove the rubber 130 between the cooling coils into the steam 125.
  • the cooling device 150 can also take any other form which ensures that a temperature gradient decreases from the working area for vulcanization, which leads to extensive condensation of the steam 125 in a certain area and thus a return of the condensed material 120 back into the vessel 1 10 allowed. This can prevent unnecessary consumption of the material 120 by excessive carryover. Excessive carryover is also prevented by using a material 120 that is heavier in the gaseous state than air, since the vapor 125 then collects near the surface of the material 120. Heating the rubber 130 above the vessel 110 naturally also prevents carry-over, since material 120 condensed on the rubber 130 falls back into the vessel 110.
  • Further return devices can also be arranged along the path of the rubber produced by vulcanization after it has left the vapor phase. These can e.g. be suitable to collect evaporated condensation residues by heating the rubber and to lead them back into the vessel 1 10.
  • FIG. 4 schematically shows the vulcanization of rubber elements that were produced in an extrusion device 200.
  • Rubber 130 is output by extrusion device 200 in a certain shape.
  • the extrusion device 200 can create or form a rubber endless strand.
  • the mode of operation of extrusion devices 200 is known in this case and therefore need not be explained further at this point.
  • the vulcanization device 100 In the expansion of the vulcanization device 100, which is shown schematically in FIG Vapor phase introduced, heated there and thus vulcanized. The rubber produced in this way is then conveyed out of the vapor phase for further processing.
  • the vulcanization device 100 can in this example also have a cooling device 150 and a return device 160, as have been described with reference to FIG. 3. It goes without saying that instead of separate Rubber elements also a coherent rubber strand through which steam 125 can be passed.
  • a heating device (not shown) can be arranged between the extrusion outlet and the vapor phase, which brings the rubber to a predetermined temperature which is below the steam temperature or vulcanization temperature. This makes it possible to influence the necessary length of stay in the vapor phase.
  • rubber elements can be produced as standard by means of extrusion, which meet the highest quality requirements due to the homogeneous heating and the predefinable vulcanization temperature.

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Abstract

The invention relates to a vulcanization method for vulcanizing rubber (130), comprising: heating a material (120) to its boiling point and, as a result, forming vapor (125) above the material (120), which comprises the material (120) in its gas phase; introducing rubber (130), the temperature of which being smaller than the temperature of the steam (125), into the steam (125), whereby the steam (125) condenses on the rubber (130) and thus heats the rubber (130) to a vulcanization temperature; and vulcanizing the rubber (130) with the vulcanization temperature.

Description

Beschreibung description
Vulkanisationsverfahren und Vulkanisationsvorrichtung Vulcanization process and device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vulkanisationsverfahren und eine Vulkanisationsvorrichtung, insbesondere zum Vulkanisieren von in Extrusionsverfahren erzeugten bzw. geformten Kautschukelementen. The present invention relates to a vulcanization process and a vulcanization device, in particular for vulcanizing rubber elements produced or shaped in extrusion processes.
In Verfahren zur Herstellung von Gummielementen mittels Extrusion wird ein plastisch verformbarer Kautschuk oder eine plastisch verformbare, Kautschuk enthaltende Masse (im nachfolgenden der Einfachheit halber ebenfalls als „Kautschuk“ bezeichnet) durch einen Extruder in eine gewünschte Form gebracht. Hierauf wird das dadurch erzeugte/geformte Kautschukelement mittels Vulkanisation in ein Gummielement mit elastischen Eigenschaften umgewandelt. Für die Vulkanisation können hierbei sämtliche gängige Verfahren angewendet werden, wie etwa Schwefelvulkanisation oder Vulkanisation mittels Peroxiden oder Metalloxiden. Der Kautschuk muss hierzu natürlich mit den für die Vulkanisation notwendigen Bestandteilen, wie z.B. Schwefel, angereichert werden. Wenn im Folgenden von zu vulkanisierendem „Kautschuk“ gesprochen wird, ist diese Anreicherung stets vorausgesetzt. In processes for producing rubber elements by means of extrusion, a plastically deformable rubber or a plastically deformable mass containing rubber (hereinafter also referred to simply as “rubber” for the sake of simplicity) is brought into a desired shape by an extruder. The rubber element thus produced / shaped is then converted into a rubber element with elastic properties by means of vulcanization. All common processes can be used for vulcanization, such as sulfur vulcanization or vulcanization using peroxides or metal oxides. Of course, the rubber must contain the components necessary for vulcanization, e.g. Sulfur to be enriched. If “rubber” to be vulcanized is mentioned below, this enrichment is always required.
Die für die Vulkanisation notwendige Temperatur wird üblicher Weise mittels eines Infrarotofens oder über Mikrowellenstrahlung erzeugt. Auch ist es möglich, die erzeugten Kautschukelemente für die Vulkanisation in ein Salzbad mit ausreichend hoher Temperatur zu tauchen. The temperature required for the vulcanization is usually generated by means of an infrared oven or via microwave radiation. It is also possible to immerse the rubber elements produced for the vulcanization in a salt bath at a sufficiently high temperature.
Hierbei ergibt sich aber die Schwierigkeit, den Kautschukelementen in kontrollierter Weise Wärme zuzuführen. Zum einen kann bereits die Regelung auf eine bestimmte Temperatur schwierig sein, z.B. bei der Verwendung von beheizten Salzbädern, d.h. die Temperatur des als Wärmereservoir für die Erhitzung verwendeten Systems kann nicht ausreichend genau eingestellt werden. Zum anderen kann es aber auch schwierig sein, dem Kautschukelement an allen Stellen die gleiche Wärmemenge bereitzustellen, um es überall auf die gleiche Temperatur zu erhitzen. So kann z.B. bei Strahlungsheizung wie einer Infrarotheizung eine Abschattung durch Vorsprünge des Kautschukelements entstehen, die verhindert, dass ein im Schatten liegender Bereich des Kautschukelements auf die gleiche Temperatur aufgeheizt wird, wie ein den Schatten werfender Teil des Kautschukelements. However, this results in the difficulty of supplying heat to the rubber elements in a controlled manner. On the one hand, regulation to a certain temperature can be difficult, for example when using heated salt baths, ie the temperature of the system used as the heat reservoir for the heating cannot be set with sufficient accuracy. To the however, it can also be difficult for others to provide the rubber element with the same amount of heat at all points in order to heat it to the same temperature everywhere. For example, in the case of radiant heating such as infrared heating, shadowing can occur due to projections of the rubber element, which prevents a region of the rubber element lying in the shade from being heated to the same temperature as a part of the rubber element which casts a shadow.
Daraus resultiert eine ungleiche Temperaturverteilung innerhalb des Kautschukelements, die eine gleichmäßige Umwandlung des Kautschuks in Gummi verhindern kann. Dadurch kann es nicht nur zu Ausschäumungen kommen, sondern auch zu unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften des fertigen Gummielements. Die Qualität von Gummibauteilen wird also durch einen räumlich uneinheitlichen Temperatureintrag bei der Vulkanisation herabgesetzt. Dies ist vor allem bei Gummielementen mit einer dünnen Wandstärke nachteilhaft, die typischerweise mittels Extrusion hergestellt werden, wie z.B. für Gummilippen wie sie etwa für Scheibenwischer verwendet werden oder für Laufsteifen für die Herstellung von Reifen. This results in an uneven temperature distribution within the rubber element, which can prevent an even conversion of the rubber into rubber. This can result not only in foaming, but also in different elastic properties of the finished rubber element. The quality of rubber components is therefore reduced by a spatially inconsistent temperature input during vulcanization. This is particularly disadvantageous in the case of rubber elements with a thin wall thickness, which are typically produced by means of extrusion, such as for rubber lips such as those used for windshield wipers or for treads for the manufacture of tires.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vulkanisationsverfahren bzw. eine Vulkanisationsvorrichtung anzugeben, mit denen die oben genannten Probleme abgemildert bzw. ausgeräumt werden können. Aufgabe ist insbesondere zu ermöglichen, Kautschuk bei einer bestimmten Temperatur räumlich gleichmäßig zu vulkanisieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. The object of the present invention is to provide a vulcanization method or a vulcanization device with which the above-mentioned problems can be alleviated or eliminated. In particular, the task is to enable rubber to be vulcanized spatially uniformly at a certain temperature. This object is achieved by the subject matter of the independent claims.
Ein Vulkanisationsverfahren zum Vulkanisieren von Kautschuk kann umfassen: Erhitzen eines Materials auf dessen Siedepunkt und dadurch Ausbilden von Dampf über dem Material, der das Material in seiner Gasphase aufweist; Einbringen von Kautschuk, dessen Temperatur kleiner als die Temperatur des Dampfes ist, in den Dampf, wodurch der Dampf auf dem Kautschuk kondensiert und den Kautschuk hierdurch auf eine Vulkanisationstemperatur erhitzt; und Vulkanisieren des Kautschuks mit der Vulkanisationstemperatur. A vulcanization process for vulcanizing rubber may include: heating a material to its boiling point and thereby forming vapor over the material that has the material in its gas phase; Introducing rubber, the temperature of which is lower than the temperature of the steam, into the steam, whereby the steam condenses on the rubber and the rubber hereby heated to a vulcanization temperature; and vulcanizing the rubber at the vulcanization temperature.
Bei einem derartigen Vulkanisationsverfahren werden die physikalischen Grundprinzipien von Phasenübergängen für die Erhitzung des zu vulkanisierenden Kautschuks verwendet. Geht ein Teil eines Materials durch Sieden in die Gasphase über, so hängt die Temperatur des dadurch entstehenden Dampfes (neben den Umgebungsbedingungen) im Wesentlichen von der Siedetemperatur des Materials ab. Der Wärmeeintrag in das Material führt, nachdem die Siedetemperatur erreicht ist, zu keiner weiteren Erhitzung des Materials über die Siedetemperatur hinaus, sondern nur zu einer zunehmenden Verdampfung des Materials. Der sich über dem Material bildende Dampf wird durch die zunehmende Verdampfung nicht weiter aufgeheizt, so dass die Temperatur des Dampfes nur von der Siedetemperatur des Materials und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Gesamtdruck, Dampfdruck der umgebenden Gase) abhängt. Durch geeignete Wahl von Material und Umgebungsbedingungen lässt sich die Temperatur des Dampfes also zielgenau einstellen. In such a vulcanization process, the basic physical principles of phase transitions are used for heating the rubber to be vulcanized. If part of a material changes into the gas phase through boiling, the temperature of the resulting steam (in addition to the ambient conditions) essentially depends on the boiling temperature of the material. After the boiling temperature has been reached, the heat input into the material does not lead to any further heating of the material beyond the boiling temperature, but only to an increasing evaporation of the material. The vapor forming over the material is not further heated by the increasing evaporation, so that the temperature of the steam only depends on the boiling point of the material and the ambient conditions (temperature, total pressure, vapor pressure of the surrounding gases). The temperature of the steam can thus be set precisely with a suitable choice of material and ambient conditions.
Andererseits ist durch die mittels Kondensieren des Dampfes an der Oberfläche des Kautschuks stattfindende Wärmeübertragung gesichert, dass der Kautschuk maximal auf die Temperatur des umgebenden Dampfes gebracht werden kann. Beim Übergang von der Gasphase in die flüssige Phase gibt der Dampf Wärme an den Kautschuk ab. Erreicht der Kautschuk durch diese Wärmeübertragung die Temperatur des Dampfes, kann jedoch keine Kondensation mehr stattfinden, d.h. die Wärmeübertragung wird beendet. On the other hand, the heat transfer taking place on the surface of the rubber by means of condensation of the steam ensures that the rubber can be brought to the temperature of the surrounding steam at most. During the transition from the gas phase to the liquid phase, the steam releases heat to the rubber. If the rubber reaches the temperature of the steam due to this heat transfer, however, no more condensation can take place, i.e. the heat transfer is ended.
Durch das Einbringen in die Dampfphase kann ein Kautschukelement also auf eine bestimmte Vulkanisationstemperatur gebracht werden. Zudem findet die Kondensation des Dampfes auf dem Kautschuk an allen Stellen der Oberfläche des Kautschuks statt, z.B. auch in schmalen Öffnungen. Die Temperatur des Kautschukelements wird also von dessen Oberfläche aus von allen Seiten gleichmäßig auf die Vulkanisationstemperatur gebracht und dadurch die Umwandlung von Kautschuk in Gummi durch die im Kautschuk enthaltenen Vulkanisationskomponenten wie etwa Schwefel in Gang gesetzt. Es ist damit möglich, den Kautschuk homogen und bei einer durch Wahl des erhitzten Materials bestimmbaren Temperatur zu vulkanisieren. Dadurch wird die Qualität der erzeugten Gummielemente erhöht. By introducing it into the vapor phase, a rubber element can therefore be brought to a certain vulcanization temperature. In addition, the condensation of the steam on the rubber takes place at all points on the surface of the rubber, for example also in narrow openings. The temperature of the rubber element is thus brought from its surface evenly to the vulcanization temperature from all sides and thereby the Conversion of rubber into rubber started by the vulcanization components contained in the rubber, such as sulfur. It is thus possible to vulcanize the rubber homogeneously and at a temperature which can be determined by the choice of the heated material. This increases the quality of the rubber elements produced.
Durch geeignete Platzierung des Kautschuks über dem siedenden Material kann zudem sichergestellt werden, dass das am Kautschuk kondensierte Material wieder zurück zu seiner Ausgangsposition gelangt, z.B. indem es von dem Kautschuk nach unten zurück auf das Material tropft oder fließt. Hierdurch wird der Verbrauch des für die Wärmeübertragung verwendeten Materials reduziert. Appropriate placement of the rubber over the boiling material can also ensure that the material condensed on the rubber returns to its starting position, e.g. by dripping or flowing down from the rubber back onto the material. This reduces the consumption of the material used for heat transfer.
Optional ist es auch möglich, den Gummi nach vollständiger Vulkanisation durch externe Mittel, wie etwa Infrarotstrahlung, weiter zu erhitzen, um ein vollständiges Abdampfen des kondensierten Materials zu erreichen. Bei Einbringen in entsprechend gekühlte Zonen kann hierfür auch die während der Vulkanisation aufgenommene Eigenwäre des Gummis ausreichen. Der so erzeugte Dampf kann dann eingefangen werden, wodurch ebenfalls der Verbrauch des Materials durch Verschleppung reduziert werden kann. Optionally, it is also possible to further heat the rubber after complete vulcanization by external means, such as infrared radiation, in order to achieve a complete evaporation of the condensed material. When introduced into appropriately cooled zones, the inherent heat of the rubber, which is absorbed during vulcanization, can also be sufficient for this. The steam generated in this way can then be trapped, which can also reduce the consumption of the material due to carryover.
Das zu erhitzende Material kann eine, vorzugsweise chemisch inerte und elektrisch nicht leitende, Flüssigkeit sein, deren Dampf schwerer ist als Luft. Die Verwendung einer Flüssigkeit als zu erhitzendes Material erlaubt einen leichteren Transport des Materials, z.B. in Rohrleitungen. Zudem kann eine Flüssigkeit z.B. durch die Verwendung von in die Flüssigkeit tauchenden Heizwendeln oder dergleichen vergleichsweise leicht und homogen erhitzt werden. The material to be heated can be a, preferably chemically inert and electrically non-conductive, liquid, the vapor of which is heavier than air. The use of a liquid as the material to be heated allows the material to be transported more easily, e.g. in pipelines. In addition, a liquid e.g. can be heated comparatively easily and homogeneously by using heating coils or the like immersed in the liquid.
Bei Verwendung einer chemisch inerten und elektrisch nicht leitfähigen Flüssigkeit wird die Sicherheit bei der Verarbeitung und dem Arbeiten mit der Flüssigkeit erhöht. Die Flüssigkeit kann zudem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und/oder eine große Wärmemenge beim Phasenübergang von gasförmig zu flüssig abgeben. Hierdurch wird die Erhitzung des Kautschuks vereinfacht. Ist die Flüssigkeit schwerer als Luft bildet der Dampf auch ohne äußeres Zutun eine „Dampfglocke“ über der Flüssigkeit. Diese kann ausschließlich aus verdampfter Flüssigkeit bestehen. Die Temperatur des Dampfes ist dann die Siedetemperatur. Auf diese Weise kann um den Kautschuk eine inerte Gasphase erzeugt werden, die insbesondere frei von Sauerstoff sein kann. Dies ermöglicht es, das Verfahren auf Vulkanisationsverfahren anzuwenden, die unter Ausschluss von Sauerstoff durchgeführt werden müssen. Da dies typischerweise durch die aufwändige Verwendung von Salzbädern erreicht wird, wird durch das vorliegende Verfahren eine erhebliche Vereinfachung der Prozessführung erzielt. When using a chemically inert and electrically non-conductive liquid, the safety during processing and working with the liquid is increased. The liquid can also have a high thermal conductivity and / or emit a large amount of heat during the phase transition from gaseous to liquid. This simplifies the heating of the rubber. If the liquid is heavier than air, the steam forms a “steam bell” over the liquid even without external intervention. This can only consist of evaporated liquid. The temperature of the steam is then the boiling point. In this way, an inert gas phase can be generated around the rubber, which in particular can be free of oxygen. This makes it possible to apply the process to vulcanization processes which have to be carried out in the absence of oxygen. Since this is typically achieved through the complex use of salt baths, the present process considerably simplifies the process control.
Die Flüssigkeit kann in einem nach oben offenen Gefäß erhitzt werden und der Dampf kann sich in einem Arbeitsgebiet über der Flüssigkeit ausbilden und an Rändern des Arbeitsgebietes durch Kühlvorrichtungen abgekühlt werden. Flierdurch kondensiert der Dampf, um in flüssigem Zustand zurück in das Gefäß geleitet zu werden. Der Kautschuk wird hierbei für das Vulkanisieren in das Arbeitsgebiet eingebracht. The liquid can be heated in an upwardly open vessel and the vapor can form in a work area above the liquid and be cooled at the edges of the work area by cooling devices. The vapor condenses to flow back into the vessel in the liquid state. The rubber is brought into the work area for vulcanization.
Ein derartiger Aufbau verhindert, dass Flüssigkeit durch horizontales Abwandern des Dampfes verloren geht, da der Dampf zuvor an den Kühlvorrichtungen kondensiert und in das Flüssigkeitsreservoir in dem Gefäß zurückgeleitet wird. Gleichzeitig wird aber auch das Einbringen des Kautschuks in die Dampfzone bzw. das Arbeitsgebiet erleichtert, da keine geschlossene Einhausung zum Halten der Dampfzone erforderlich ist. Der Kautschuk kann stattdessen durch Lücken zwischen den Kühlvorrichtungen in das Arbeitsgebiet eingebracht bzw. aus diesem herausgebracht werden. Es wird also bei einfachem Aufbau ein übermäßiger Flüssigkeitsverlust vermieden. Such a structure prevents liquid from being lost due to horizontal migration of the steam, since the steam is previously condensed on the cooling devices and returned to the liquid reservoir in the vessel. At the same time, however, the introduction of the rubber into the steam zone or the work area is facilitated, since no closed housing is required to keep the steam zone. Instead, the rubber can be brought into and out of the work area through gaps between the cooling devices. Excessive loss of fluid is thus avoided with a simple structure.
Die Flüssigkeit kann Perfluorpolyether, PFPE, sein oder aufweisen. Die Siedetemperatur der Flüssigkeit kann zwischen 100°C, 120°C, 150°C, 165°C oder 180°C und 240°C, 260°C, 280°C oder 300°C liegen. PFPE zeichnet sich dadurch aus, dass es reaktionsträge ist und eine Siedetemperatur aufweist, die in einem weiten Temperaturbereich frei eingestellt werden kann, z.B. durch Stoffzusatz. Entsprechend eingestelltes PFPE ist z.B. unter den Markenbezeichnungen „Galden“, „Fomblin“ von der Firma„Solvay“ oder unter„Krytox“ von der Firma „Chemours“ erhältlich. Die für die Vulkanisation notwendige Temperatur kann also durch die Verwendung von PFPE in einfacher Weise gewählt werden. Zudem ermöglicht PFPE aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften die Ausbildung einer reinen Dampfphase ohne Beimengung von anderen Gasen. Flierdurch wird also eine inerte Vulkanisationsatmosphäre geschaffen. The liquid can be or have perfluoropolyether, PFPE. The boiling point of the liquid can be between 100 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 165 ° C or 180 ° C and 240 ° C, 260 ° C, 280 ° C or 300 ° C. PFPE is characterized by the fact that it is inert and has a boiling temperature that is in one wide temperature range can be set freely, e.g. by adding substances. Correspondingly set PFPE is available, for example, under the brand names "Galden", "Fomblin" from the company "Solvay" or under "Krytox" from the company "Chemours". The temperature required for the vulcanization can therefore be selected in a simple manner by using PFPE. In addition, due to its physical properties, PFPE enables the formation of a pure vapor phase without the addition of other gases. This creates an inert vulcanization atmosphere.
Die Temperatur des Dampfes kann die Siedetemperatur des Materials sein und der Kautschuk kann durch die Kondensation des Dampfes auf die Siedetemperatur des Materials erhitzt werden. Durch Ausbilden einer ausreichend großen„Dampfglocke“ bzw. durch Verwendung des richtigen zu erhitzenden Materials kann der Dampf zumindest in einem bestimmten Bereich nur aus dem verdampften Material bestehen und genau die Siedetemperatur des Materials aufweisen. Bringt man den Kautschuk genau in diesen Bereich ein, nimmt dieser ebenfalls genau die Siedetemperatur der Flüssigkeit an. Die Auswahl bzw. Einstellung der Flüssigkeit auf eine bestimmte Siedetemperatur erlaubt es also, eine bestimmte Vulkanisationstemperatur festzulegen. The temperature of the steam can be the boiling point of the material and the rubber can be heated to the boiling point of the material by the condensation of the steam. By forming a sufficiently large “steam bell” or by using the correct material to be heated, the steam can consist at least in a certain area only of the evaporated material and have exactly the boiling temperature of the material. If the rubber is brought into this area, it also assumes the boiling point of the liquid. The selection or adjustment of the liquid to a certain boiling temperature therefore makes it possible to determine a certain vulcanization temperature.
Der Kautschuk kann auf einer Fördervorrichtung durch den Dampf transportiert werden, die einen allseitigen Kontakt des Dampfes mit dem Kautschuk ermöglicht, vorzugsweise auf einem Gitter oder über beabstandete Rollen. Eine derartige Förderung des Kautschuks durch den Dampf ermöglicht, dass Dampf auf einem genügend großen Teil der Oberfläche des Kautschuks bzw. sogar auf der gesamten Oberfläche kondensieren kann. Dies erlaubt es, den Kautschuk im Fließbandverfahren durch den Dampf zu ziehen und dadurch zu vulkanisieren. Dadurch wird eine kontinuierliche Vulkanisation einer Serie von Kautschukelementen oder eines Kautschuk-Endlosstranges bei homogener und von oben begrenzter Temperatur ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, Kautschuk sowohl im Endlosverfahren als auch in der Einzelstückfertigung zu vulkanisieren. Gestaltet man nämlich das Gefäß, in dem das Material verdampft wird ausreichend lang oder groß aus, etwa als lange Rinne mit einer Länge von z.B. 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m oder mehr, so können Kautschukelemente oder ein Kautschuk-Endlosstrang in kontinuierlicher Weise ausreichend lang durch den Dampf geführt werden, um sie vollständig zu vulkanisieren. Andererseits ist es bei begrenzten Platzverhältnissen auch möglich, den zu vulkanisierenden Kautschuk genügend lange in ein gerade ausreichend großes Dampfvolumen einzubringen, ihn nach vollständiger Vulkanisation wieder herauszunehmen und durch ein neues Kautschukelement zu ersetzen. The rubber can be transported through the steam on a conveying device which enables the steam to come into contact with the rubber on all sides, preferably on a grid or via spaced rollers. Such conveyance of the rubber by the steam enables steam to condense on a sufficiently large part of the surface of the rubber or even on the entire surface. This allows the rubber to be pulled through the steam in the assembly line process and thereby vulcanized. This enables a continuous vulcanization of a series of rubber elements or a rubber endless strand at a homogeneous temperature limited from above. In particular, it is possible to vulcanize rubber both in the continuous process and in the manufacture of individual pieces. If you design the vessel in which the material is evaporated sufficiently long or large, for example as a long channel with a length of, for example, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m or more, rubber elements or a rubber can be used - Continuously run the continuous strand through the steam for a sufficient time to fully vulcanize it. On the other hand, if space is limited, it is also possible to introduce the rubber to be vulcanized into a sufficiently large volume of steam for a sufficiently long time, to remove it after complete vulcanization and to replace it with a new rubber element.
Der Kautschuk kann vor dem Vulkanisieren mittels eines Extrusionsverfahrens geformt werden (z.B. als Kautschukelemente oder als Kautschuk-Endlosstrang) und das Vulkanisationsverfahren kann sich direkt an das Extrusionsverfahren anschließen. Der Ausstoß einer Extrusionsvorrichtung kann also direkt vom Extrusionsauslass in die Dampfphase gefördert werden, um dort zu Gummi vulkanisiert zu werden. Dies erlaubt es, Gummielemente mit hoher Qualität in einem einzigen Arbeitsgang mit hoher Effizienz herzustellen. The rubber may be molded prior to vulcanization using an extrusion process (e.g., as rubber elements or as a rubber endless strand) and the vulcanization process may directly follow the extrusion process. The output of an extrusion device can thus be promoted directly from the extrusion outlet into the vapor phase in order to be vulcanized there to form rubber. This allows high quality rubber elements to be manufactured in a single operation with high efficiency.
Optional kann der Kautschuk nach der Formgebung mittels Extrusion bereits in üblicher Weise vorgeheizt werden, z.B. durch einen Infrarotofen. Dadurch wird die in der Dampfphase aufzunehmende Wärmemenge reduziert, wodurch sich der für die Vulkanisation nötige Aufenthalt in der Dampfphase reduziert. Optionally, the rubber can already be preheated in a conventional manner by means of extrusion, e.g. through an infrared oven. This reduces the amount of heat to be absorbed in the vapor phase, which reduces the time in the vapor phase required for vulcanization.
Eine Vulkanisationsvorrichtung zum Vulkanisieren von Kautschuk kann dazu geeignet sein, ein Vulkanisationsverfahren wie es oben beschrieben wurde auszuführen. A vulcanization device for vulcanizing rubber may be suitable for carrying out a vulcanization process as described above.
Die Vulkanisationsvorrichtung kann hierzu ein Gefäß mit dem Material, Heizvorrichtung(en) zum Heizen des Materials in dem Gefäß, Kühlvorrichtung(en) zum Kühlen des Dampfes, eine Rückleitvorrichtung zum Rückführen des durch die Kühlvorrichtung(en) gekühlten und verflüssigten Dampfes und eine Fördervorrichtung zum Transportieren des Kautschuks durch den Dampf umfassen. For this purpose, the vulcanization device can have a vessel with the material, heating device (s) for heating the material in the vessel, cooling device (s) for cooling the steam, a return device for returning the material Cooling device (s) cooled and liquefied steam and a conveyor for transporting the rubber through the steam.
Die Vulkanisationsvorrichtung kann auch eine Extrusionsvorrichtung zum Formen des Kautschuks (z.B. in ein Kautschukelement oder in ein Kautschuk-Endlosstrang) aufweisen. The vulcanization device may also include an extrusion device for molding the rubber (e.g. into a rubber element or into a rubber endless strand).
Mit derartigen Vulkanisierungsvorrichtungen ist es möglich, Kautschuk in verlässlicher Weise bei einer bestimmten Temperatur in homogener Weise zu vulkanisieren. With such vulcanization devices, it is possible to vulcanize rubber reliably and homogeneously at a certain temperature.
Beispiele für Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass diese Ausgestaltungen rein beispielhaft sind. Die vorliegende Erfindung ist alleine durch den Gegenstand der Ansprüche definiert. Es zeigt: Examples of embodiments of the present invention are described below with reference to the figures. It goes without saying that these configurations are purely exemplary. The present invention is defined solely by the subject matter of the claims. It shows:
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagram eines Vulkanisationsverfahrens; 1 shows a schematic flow diagram of a vulcanization process;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vulkanisationsvorrichtung; 2 shows a schematic illustration of a vulcanization device;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Fig. 3 is a schematic representation of another
Vulkanisationsvorrichtung; und Vulcanization device; and
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Fig. 4 is a schematic representation of another
Vulkanisationsvorrichtung. Vulcanization device.
Mit Bezug auf die Fig. 1 soll ein Verfahren zur Vulkanisation von Kautschuk beschrieben werden. Der Begriff „Kautschuk“ wird hierbei derart verstanden, dass er jede Mischung von Materialien einschließt, die einen plastisch verformbaren Bestandteil aufweisen, der durch Vulkanisation derart erstarrt, dass er nurmehr elastisch verformbar ist. Die im Folgenden erwähnten Kautschuke umfassen auch Bestandteile, die unter Flitzeeinwirkung die Umwandlung von plastischer Verformbarkeit in elastische Verformbarkeit bewirken. Der Begriff „Gummi“ soll alle durch Vulkanisation erzeugten Materialien umfassen. Konkrete Beispiele für verwendbare Kautschuke und die damit herstellbaren Gummis sind aus dem Stand der Technik bekannt und brauchen deshalb hier nicht aufgeführt zu werden. A method for vulcanizing rubber will be described with reference to FIG. 1. The term “rubber” is understood here to include any mixture of materials that have a plastically deformable component that solidifies through vulcanization in such a way that it is only elastically deformable. The rubbers mentioned below also include constituents which, under the action of lightning, convert plastic Deformability into elastic deformability. The term "rubber" is intended to encompass all materials produced by vulcanization. Specific examples of rubbers which can be used and the rubbers which can be produced therewith are known from the prior art and therefore do not need to be listed here.
Gemäß des in dem Ablaufdiagramm der Fig. 1 schematisch dargestellten Verfahrens wird bei S100 ein Material auf dessen Siedepunkt erhitzt, um einen Teil des Materials zu verdampfen. Hierdurch entsteht eine Dampfphase über dem Material. According to the method shown schematically in the flowchart of FIG. 1, a material is heated to its boiling point at S100 in order to evaporate part of the material. This creates a vapor phase over the material.
Typischerweise wird für das Material eine Flüssigkeit verwendet, die z.B. in einem beheizbaren Gefäß gehalten wird. Als Flüssigkeit bieten sich hierbei insbesondere chemisch inerte und elektrisch nichtleitende Flüssigkeiten an, da mit diesen mit weniger Risiko gearbeitet werden kann und/oder diese eine Vulkanisation in inerter Dampfphase unter Sauerstoffausschluss ermöglichen. Zudem muss der Siedepunkt des verwendeten Materials bzw. der Flüssigkeit ausreichend hoch sein, um für die Vulkanisation genutzt werden zu können und z.B. einen Wert zwischen 100°C, 120°C, 150°C, 165°C oder 180°C und 240°C, 260°C, 280°C oder 300°C aufweisen. Bei der Flüssigkeit kann es sich z.B. um Perfluorpolyether, PFPE, handeln. Es ist aber auch denkbar ein festes Material direkt zu verdampfen. Typically a liquid is used for the material, e.g. is kept in a heatable vessel. Chemically inert and electrically non-conductive liquids are particularly suitable as liquids, since they can be used with less risk and / or they enable vulcanization in an inert vapor phase with the exclusion of oxygen. In addition, the boiling point of the material or liquid used must be high enough to be used for vulcanization and e.g. have a value between 100 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 165 ° C or 180 ° C and 240 ° C, 260 ° C, 280 ° C or 300 ° C. The liquid can e.g. perfluoropolyether, PFPE. However, it is also conceivable to evaporate a solid material directly.
Durch das Verdampfen des Materials bildet sich über dem Material eine Dampfphase aus. Diese wird typischer Weise aus einem Gemisch der Umgebungsatmosphäre und des Materialdampfes bestehen. Die Eigenschaften der Dampfphase hängen dann von der Umgebungsatmosphäre, wie z.B. Luft, und der Siedetemperatur des Materials ab. Zudem wird die Dampfphase durch die physikalischen Parameter der Umgebungsatmosphäre wie Druck, Temperatur und Zusammensetzung beeinflusst. Insbesondere die Temperatur der Dampfphase wird aber im Wesentlichen von der Siedetemperatur des Materials abhängen, insbesondere im inneren Bereich der Dampfphase, der fast ausschließlich aus dem verdampften Material besteht. Von der Umgebung verursachte Abweichungen in der Temperatur von der Siedetemperatur können dort in erster Näherung als vernachlässigbar angesehen werden. As the material evaporates, a vapor phase forms over the material. This will typically consist of a mixture of the ambient atmosphere and the material vapor. The properties of the vapor phase then depend on the ambient atmosphere, such as air, and the boiling temperature of the material. In addition, the vapor phase is influenced by the physical parameters of the ambient atmosphere such as pressure, temperature and composition. In particular, the temperature of the vapor phase will essentially depend on the boiling temperature of the material, especially in the inner region of the vapor phase, which consists almost exclusively of the vaporized material. Deviations caused by the environment in the temperature from the boiling temperature can be regarded as negligible in a first approximation.
Die Reinheit des Dampfes und damit die Gleichheit von Dampftemperatur und Siedetemperatur können hierbei dadurch verbessert werden, dass ein möglichst großer Bereich der Dampfphase von der Umgebungsatmosphäre abgeschirmt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass das Material in einem nahezu geschlossenen Raum verdampft wird, aus dem dadurch nach und nach die Umgebungsatmosphäre verdrängt wird. The purity of the steam and thus the equality of the steam temperature and boiling temperature can be improved here by shielding the largest possible area of the steam phase from the ambient atmosphere. This can be done by evaporating the material in an almost closed room, from which the surrounding atmosphere is gradually displaced.
Eine reine Dampfphase kann sich aber auch dann ausbilden, wenn das Material in seiner Gasphase schwerer ist als die Umgebungsatmosphäre, wie etwa Luft. Der Dampf sammelt sich dann zunächst direkt über dem Material und drängt die Umgebungsatmosphäre nach oben und nach außen. Durch ausreichend rasches Verdampfen bei gleichzeitigem Sammeln des nach außen drängenden Dampfes durch Kondensation an hierfür vorgesehenen Kühlvorrichtungen kann über dem Material ein ausreichend großes Volumen mit reinem Dampf ausgebildet werden. Dieses Volumen kann hierbei den Bedürfnissen der Vulkanisation entsprechend und nahezu beliebig gewählt werden. So ist es zum Beispiel möglich, bei Erzeugung eines ausreichend großen Dampfvolumens, z.B. über einer langen Rinne oder dergleichen, Kautschuk, etwa als Strang, in Endlosproduktion durch den Dampf zu führen. Bei kleineren Dampfvolumina können einzelne Kautschukelemente nacheinander in den Dampf ein- und ausgebracht werden. A pure vapor phase can also develop if the material is heavier in its gas phase than the surrounding atmosphere, such as air. The steam initially collects directly above the material and forces the ambient atmosphere upwards and outwards. A sufficiently large volume of pure steam can be formed over the material by sufficiently rapid evaporation while at the same time collecting the steam that is forced outwards by condensation on cooling devices provided for this purpose. This volume can be chosen according to the needs of the vulcanization and almost arbitrarily. For example, it is possible to generate a sufficiently large volume of steam, e.g. over a long channel or the like, rubber, for example as a strand, in continuous production through the steam. With smaller steam volumes, individual rubber elements can be introduced and removed one after the other into the steam.
In den Dampf wird hierauf bei S110 ein zu vulkanisierender Kautschuk bzw. ein Kautschukelement eingebracht. Dies kann auch das Einbringen einer Serie von Kautschukelementen hintereinander umfassen, z.B. auch in Endlosproduktion, oder das Einbringen eines Kautschuk-Endlosstranges. A rubber or a rubber element to be vulcanized is then introduced into the steam at S110. This can also include placing a series of rubber elements in series, e.g. also in continuous production, or the introduction of a rubber endless strand.
Der Kautschuk weist dabei eine Temperatur auf, die unter der Dampftemperatur bzw. Siedetemperatur des Materials liegt. Dadurch kondensiert der Dampf auf der Oberfläche des Kautschuks. Die dabei frei werdende Wärme geht zum Teil auf den Kautschuk über und erwärmt diesen. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis der Kautschuk die Temperatur des Dampfes angenommen hat. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt keine Kondensation des Dampfes mehr, der Kautschuk wird also nicht mehr weiter erwärmt. The rubber has a temperature that is below the vapor temperature or boiling temperature of the material. This causes the vapor to condense on the surface of the rubber. The heat released in the process is partly due to the Rubber and heats it up. This process continues until the rubber has reached the temperature of the steam. From this point on, the steam no longer condenses, so the rubber is no longer heated.
Dadurch wird ermöglicht, den Kautschuk für die Vulkanisation auf die Temperatur des Dampfes aufzuheizen. Bei Kenntnis der Umgebungsbedingungen bzw. bei ausreichend großem Dampfvolumen kann die Vulkanisationstemperatur deshalb in Abhängigkeit von der Siedetemperatur des Materials eingestellt werden. Vorzugsweise entspricht die Vulkanisationstemperatur der Siedetemperatur, z.B. wenn der Kautschuk in das Innere des Dampfvolumens eingebracht wird. This enables the rubber to be heated to the temperature of the steam for vulcanization. If the ambient conditions are known or the steam volume is large enough, the vulcanization temperature can therefore be set depending on the boiling point of the material. Preferably the vulcanization temperature corresponds to the boiling temperature, e.g. when the rubber is introduced into the interior of the vapor volume.
Der Kautschuk wird hierbei relativ rasch auf die Vulkanisationstemperatur gebracht. Die dafür nötige Zeit hängt neben der Ausgangstemperatur des Kautschuks bei Eintritt in die Dampfphase auch von der Masse und/oder Form des Kautschukelements ab. Bei sehr dünnen Kautschukelementen, wie etwa Folien oder Lippen kann die Vulkanisationstemperatur innerhalb von Millisekunden oder sogar nahezu instantan erreicht werden. Bei dickwandigen Elementen kann die nötige Zeit einige Sekunden betragen, z.B. 1 s, 5 s, 10 s, 60 s. The rubber is brought to the vulcanization temperature relatively quickly. The time required for this depends not only on the initial temperature of the rubber when it enters the vapor phase, but also on the mass and / or shape of the rubber element. With very thin rubber elements, such as foils or lips, the vulcanization temperature can be reached within milliseconds or even almost instantaneously. For thick-walled elements, the time required can be a few seconds, e.g. 1 s, 5 s, 10 s, 60 s.
Die für die Erreichung der Dampftemperatur nötige Zeit kann hierbei durch Vorheizen des Kautschuks durch andere Mittel wie eine Infrarotheizung oder dergleichen reduziert werden. The time required to reach the steam temperature can be reduced by preheating the rubber by other means such as infrared heating or the like.
Dies ermöglicht es, eine Serie von Kautschukelementen oder einen Kautschuk- Endlosstrang kontinuierlich durch den Dampf zu fördern, um sie/diesen auf die Vulkanisationstemperatur zu bringen. Vorzugsweise wird der Kautschuk hierbei derart durch den Dampf transportiert, dass nahezu seine gesamte Oberfläche mit dem Dampf in Kontakt steht, bzw. Auflagepunkte des Kautschuks derart variieren, dass über den Transport durch den Dampf die gesamte Oberfläche Kontakt zu dem Dampf hat. Dies erlaubt es, Wärme an ausreichend vielen Stellen der Oberfläche in den Kautschuk einzubringen, um eine homogene Erhitzung des Kautschuks zu ermöglichen. This makes it possible to continuously convey a series of rubber elements or a rubber endless strand through the steam in order to bring them to the vulcanization temperature. Preferably, the rubber is transported through the steam in such a way that almost its entire surface is in contact with the steam, or contact points of the rubber vary in such a way that the entire surface is in contact with the steam through the transport of the steam. This allows heat to be applied to a sufficient number of points on the surface insert the rubber to allow a homogeneous heating of the rubber.
Hierzu eignen sich z.B. Förderbänder bei denen die Kautschukelemente auf Gittern aufliegen, die ein Durchtreten des Dampfes erlauben. Alternativ können die Kautschukelemente auch mittels Rollen gefördert werden, die einen Abstand aufweisen, der ein Durchtreten des Dampfes erlaubt, aber nicht ein Herunterfallen oder eine Verformung der Kautschukelemente. Es versteht sich aber von selbst, dass auch jede andere Art von Fördervorrichtung verwendet werden kann, die ausreichenden Kontakt zwischen Kautschuk und Dampf erlaubt. Bei Verwendung eines entsprechenden Behältnisses für die zu verdampfende Flüssigkeit kann durch eine solche Förderung Kautschuk im Endlosbetrieb vulkanisiert werden. For this, e.g. Conveyor belts where the rubber elements rest on grids that allow the steam to pass through. Alternatively, the rubber elements can also be conveyed by means of rollers which are at a distance which allows the steam to pass through, but not to drop or deform the rubber elements. However, it goes without saying that any other type of conveying device can also be used which allows sufficient contact between rubber and steam. When using a suitable container for the liquid to be evaporated, rubber can be vulcanized in endless operation by such a conveyance.
Bei S120 erfolgt aufgrund der Erhitzung des Kautschuks die Vulkanisation des Kautschuks. Hierbei kann es sich um ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Vulkanisationsverfahren handeln, z.B. Schwefelvulkanisation oder Vulkanisation mittels Peroxiden oder Metalloxiden. Da derartige Verfahren und die hierzu nötigen Kautschukmischungen einem Fachmann bekannt sind, braucht hier nicht weiter darauf eingegangen werden. At S120, the rubber is vulcanized due to the heating of the rubber. This can be any vulcanization process known in the art, e.g. Sulfur vulcanization or vulcanization using peroxides or metal oxides. Since such processes and the rubber mixtures required for this purpose are known to a person skilled in the art, there is no need to go into them here.
Bei dem Verfahren können die zu vulkanisierenden Kautschukelemente aus einem Extrusionsvorgang stammen. Die mit einer typischerweise verwendeten Extrusionsvorrichtung erzeugten Kautschukelemente werden dann über eine Fördervorrichtung direkt der Vulkanisation zugeführt, z.B. als noch nicht in Einzelkomponenten getrennte Endloskomponente. Dies erlaubt es, in einem Arbeitsgang extrudierte Gummielemente herzustellen. In the process, the rubber elements to be vulcanized can originate from an extrusion process. The rubber elements produced with a typically used extrusion device are then fed directly to the vulcanization via a conveyor device, e.g. as an endless component not yet separated into individual components. This allows extruded rubber elements to be produced in one operation.
In der Fig. 2 ist ein schematisch ein Beispiel für eine Vulkanisationsvorrichtung 100 gezeigt, mit der sich das oben beschriebene Verfahren ausführen lässt. FIG. 2 schematically shows an example of a vulcanization device 100 with which the method described above can be carried out.
Die Vulkanisationsvorrichtung 100 weist ein Gefäß 1 10 auf, das mit dem zu verdampfenden Material 120, hier einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Dimensionierung des Gefäßes 110 ist hierbei beliebig und richtet sich nach dem Dampfvolumen, das erzielt werden soll, bzw. nach der Größe des zu vulkanisierenden Kautschuks/Kautschukelements 130 oder der verwendeten Fertigungstechnik (Endlosproduktion oder Einzelstückvulkanisierung). The vulcanization device 100 has a vessel 110 which is filled with the material 120 to be evaporated, here a liquid. The dimensioning The vessel 110 is arbitrary and depends on the volume of steam that is to be achieved or on the size of the rubber / rubber element 130 to be vulcanized or the manufacturing technology used (continuous production or single-piece vulcanization).
Bei dem Gefäß 1 10 kann es sich z.B. um eine mit Flüssigkeit gefüllte Schale oder einen Kessel handeln. Das Gefäß 1 10 kann aber auch eine lange Rinne bzw. ein langer Trog mit einer Länge von z.B. 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m oder mehr sein. Es ist anzumerken, dass die Fig. 2 rein schematisch ist und allein der Verdeutlichung dient. Tatsächliche Abmessungen können aus der Fig. 2 nicht abgeleitet werden. The vessel 1 10 can e.g. is a bowl or kettle filled with liquid. The vessel 1 10 can also be a long channel or a long trough with a length of e.g. 2 m, 5 m, 10 m, 20 m, 30 m or more. It should be noted that FIG. 2 is purely schematic and serves only for the purpose of illustration. Actual dimensions cannot be derived from FIG. 2.
Das Material 120 wird in dem Gefäß 1 10 durch nicht gezeigte Fleizvorrichtungen bis zu seiner Siedetemperatur erhitzt. Als Fleizvorrichtungen können jegliche Mittel verwendet werden, die das Gefäß 110 und/oder das Material 120 erhitzen, wie z.B. elektrische Fleizwendel oder -platten, induktive Fleizung oder Strahlungsheizung. The material 120 is heated in the vessel 110 to its boiling temperature by means of pickling devices, not shown. Any means which heat the vessel 110 and / or the material 120, such as e.g. electric mordants or plates, inductive pickling or radiant heating.
Bei dem Material 120 kann es sich z.B. um eine Flüssigkeit handeln, deren Siedepunkt im Bereich zwischen 100°C bis 300°C liegt, etwa bei 120°, 150°C, 175°C, 200°C, 220°C, 245°C, 270°C oder 290°C. Zum Beispiel kann PFPE als Material verwendet werden. The material 120 can e.g. is a liquid whose boiling point is in the range between 100 ° C to 300 ° C, for example at 120 °, 150 ° C, 175 ° C, 200 ° C, 220 ° C, 245 ° C, 270 ° C or 290 ° C. For example, PFPE can be used as the material.
Das verdampfende Material 120 bildet oberhalb des Materials 120 einen mit Dampf 125 gefüllten Bereich. Innerhalb des Dampfes 125 bildet sich eine Zone aus, in der die Temperatur des Dampfes im Wesentlichen, d.h. in erster Näherung, durch die Siedetemperatur des Materials 120 bestimmt ist. Zum Beispiel kann bei einer nahezu reinen Dampfphase, die fast ausschließlich aus dem verdampften Material 120 besteht, die Dampftemperatur gleich der Siedetemperatur sein. Vor allem bei der Verwendung einer Flüssigkeit als Material 120, deren Dampf 125 schwerer ist als die Umgebungsatmosphäre, etwa Luft, verdrängt der Dampf 125 jegliches andere Gas von der Oberfläche der Flüssigkeit. Es entsteht dann eine reine Dampfphase, deren Temperatur gleich der Siedetemperatur der Flüssigkeit ist. Ist die Flüssigkeit bzw. der Dampf 125 zudem chemisch inert, kann das Vulkanisationsverfahren auch zur Vulkanisation unter Sauerstoffausschluss verwendet werden. The evaporating material 120 forms an area filled with steam 125 above the material 120. A zone forms within the steam 125, in which the temperature of the steam is essentially, ie in a first approximation, determined by the boiling temperature of the material 120. For example, in an almost pure vapor phase, which consists almost exclusively of the vaporized material 120, the vapor temperature can be equal to the boiling temperature. Especially when using a liquid as material 120, the vapor 125 of which is heavier than the ambient atmosphere, such as air, the vapor 125 displaces any other gas from the surface of the liquid. A pure vapor phase then arises, the temperature of which is equal to the boiling point of the liquid. Is If the liquid or vapor 125 is also chemically inert, the vulcanization process can also be used for vulcanization with the exclusion of oxygen.
In eine derartige Zone des Dampfes 125 wird Kautschuk 130 durch eine Fördervorrichtung 140 eingebracht. In der Fig. 2 ist die Fördervorrichtung 140 als eine Reihe von beabstandeten Rollen dargestellt, die den Kautschuk 130 durch Drehung entlang des Pfeiles von rechts nach links transportieren. Dadurch kommt jeder Bereich der Oberfläche des Kautschuks 130 mit dem Dampf 125 in Kontakt, so dass die oben beschriebene Wärmeübertragung durch Kondensation des Dampfes 125 auf der Kautschukoberfläche gleichmäßig über die Oberfläche verteilt erfolgt. Dadurch wird eine homogene Temperaturerhöhung des Kautschuks 130 und damit eine homogene Vulkanisation ermöglicht. Rubber 130 is introduced into such a zone of steam 125 by a conveyor device 140. 2, the conveyor 140 is shown as a series of spaced rollers that transport the rubber 130 from right to left by rotation along the arrow. As a result, each area of the surface of the rubber 130 comes into contact with the steam 125, so that the heat transfer described above takes place by condensation of the steam 125 on the rubber surface evenly distributed over the surface. This enables a homogeneous temperature increase of the rubber 130 and thus a homogeneous vulcanization.
Es kann aber auch jede andere Fördervorrichtung 140 verwendet werden, die eine ausreichend homogene Vulkanisation ermöglicht. Zum Beispiel kann der Kautschuk 130 auch auf einem Gitter liegend in den Dampf 125 transportiert werden, das derart ausgestaltet ist, dass Auflageflächen klein sind gegen dem Dampfkontakt zugängliche Flächen des Kautschuks 130. Auch hier kann der Dampf 125 an nahezu allen Stellen des Kautschuks 130 kondensieren. In der Endlosfertigung muss durch die Dimensionierung des Gefäßes 1 10 sichergestellt werden, dass der Kautschuk 130 bis zur vollständigen Vulkanisation durch den Dampf 125 läuft. However, any other conveying device 140 can also be used which enables a sufficiently homogeneous vulcanization. For example, the rubber 130 can also be transported lying on a grid into the steam 125, which is designed in such a way that contact surfaces are small against the surfaces of the rubber 130 that are accessible against the steam contact. Here, too, the steam 125 can condense at almost all locations of the rubber 130 . In the continuous production, the dimensioning of the vessel 110 must ensure that the rubber 130 runs through the steam 125 until it is fully vulcanized.
Bei nicht fließbandbetriebenen Arbeitsabläufen, wie etwa bei Einzelstückfertigungen, kann der Kautschuk 130 auch auf andere Weise in den Dampf 125 eingebracht werden, z.B. durch Einschwenken einer Auflageplatte mit dem Kautschuk 130 mittels eines dafür vorgesehenen Arms. For non-assembly line operations, such as one-offs, the rubber 130 can be introduced into the steam 125 in other ways, e.g. by swiveling in a support plate with the rubber 130 by means of an arm provided for this purpose.
Der Kautschuk 130 verbleibt ausreichend lange im Dampf 125, um durch Kondensation des Dampfes 125 am Kautschuk 130 diesen auf die Temperatur des Dampfes 125 zu bringen, die vorzugsweise der Siedetemperatur des Materials 120 entspricht. Wie oben beschrieben führt aufgrund des zugrundeliegenden physikalischen Prinzips für die Wärmeübertragung auch eine Verweildauer über der Mindestzeit für das Erreichen dieser Temperatur nicht zu einer weiteren Erhitzung des Kautschuks 130. Vielmehr ist die Maximaltemperatur des Kautschuks 130 in erster Näherung die Dampftemperatur. Durch die Erhitzung des Kautschuks 130 wird dieser zu Gummi vulkanisiert und kann dann wieder aus dem Dampf 125 entnommen werden, z.B. wie in der Fig. 2 gezeigt durch Weiterbewegen auf einer als Fließband ausgestalteten Fördervorrichtung 140. The rubber 130 remains in the steam 125 for a sufficiently long time to condense the steam 125 on the rubber 130 to bring it to the temperature of the steam 125, which preferably corresponds to the boiling temperature of the material 120. As described above, due to the underlying physical principle for the heat transfer also a residence time above the minimum time for reaching this temperature does not lead to a further heating of the rubber 130. Rather, the maximum temperature of the rubber 130 is the steam temperature in a first approximation. By heating the rubber 130, it is vulcanized to rubber and can then be removed from the steam 125 again, for example, as shown in FIG. 2, by moving further on a conveyor device 140 designed as a conveyor belt.
Zur Vermeidung von Verschleppung des auf dem Kautschuk 130 kondensierten Materials 120 kann der zum Gummi vulkanisierte Kautschuk 130 nach Ausbringen aus dem Dampf 125 weiter geheizt werden, um das kondensierte Material 120 wieder abzudampfen und über dafür geeignete Vorrichtungen einzusammeln. Die Eigenhitze des Gummis kann bei entsprechender Umgebung auch ausreichend sein, das kondensierte Material 120 zumindest teilweise wieder zu verdampfen, z.B. bei ausreichend geringer Umgebungstemperatur oder ausreichend geringem Umgebungsdruck. In order to avoid carry-over of the material 120 condensed on the rubber 130, the rubber 130 vulcanized to the rubber can be further heated after being discharged from the steam 125 in order to evaporate the condensed material 120 again and to collect it using suitable devices. The natural heat of the rubber can also be sufficient, in a suitable environment, to at least partially evaporate the condensed material 120 again, e.g. at a sufficiently low ambient temperature or sufficiently low ambient pressure.
Durch die Verwendung der Vulkanisationsvorrichtung 100 können Kautschukelemente also bei einer fest vorgebbaren Temperatur in einfacher Weise vulkanisiert werden. Insbesondere ist eine fließbandbasierte Verarbeitung möglich. By using the vulcanization device 100, rubber elements can thus be vulcanized in a simple manner at a predeterminable temperature. In particular, assembly line-based processing is possible.
In der Fig. 3 ist eine optionale Kühlvorrichtung 150 gezeigt, die dazu dient, den Dampf 125 auf ein bestimmtes Arbeitsgebiet einzugrenzen. Breitet sich der Dampf 125 nämlich bei zunehmender Verdampfung des Materials 120 weit über die Ränder des Gefäßes 1 10 aus, so kann Material 120 verloren gehen, wodurch es zu Kostensteigerungen durch übermäßigen Nachführbedarf des Materials 120 kommt. Dies kann zwar prinzipiell auch dadurch verhindert werden, dass die gesamte Vulkanisationsvorrichtung 100 oder der von ihr produzierte Dampf 125 eingehaust werden, um so den Dampf auf ein bestimmtes Volumen zu begrenzen. Dies bringt aber den Nachteil mit sich, dass dadurch das Einbringen des Kautschuks 130 in die innere Zone des Dampfes 125 erschwert wird und der Einbau von zusätzlichen Einlassvorrichtungen, wie etwa Klappen oder Schleusen, notwendig gemacht wird. Die Kühlvorrichtung 150 bietet hierzu eine Alternative. Durch sie wird am Rand eines Volumenbereiches, der von dem Dampf 125 gefüllt werden kann, eine Abkühlung erzeugt, die dafür sorgt, dass der Dampf 125 kondensiert und mittels einer Rückleitvorrichtung 160 in flüssigem Zustand zurück in das Gefäß 1 10 geleitet werden kann. An optional cooling device 150 is shown in FIG. 3, which serves to limit the steam 125 to a specific work area. If the vapor 125 spreads far beyond the edges of the vessel 110 with increasing evaporation of the material 120, material 120 can be lost, which leads to cost increases due to excessive need for tracking of the material 120. In principle, this can also be prevented by housing the entire vulcanization device 100 or the steam 125 produced by it, in order to limit the steam to a certain volume. However, this has the disadvantage that the introduction of the rubber 130 into the inner zone of the steam 125 is made more difficult and the installation of additional inlet devices, such as flaps or locks, becomes necessary. The cooling device 150 offers an alternative to this. They generate cooling at the edge of a volume area that can be filled by the steam 125, which ensures that the steam 125 condenses and can be returned to the vessel 110 in a liquid state by means of a return device 160.
Wie in der Fig. 3 schematisch dargestellt, kann es sich bei der Kühlvorrichtung 150 um eine Anordnung von Kühlwendeln handeln, die das Dampfvolumen wie ein Käfig umgibt. Der Dampf 125 kondensiert dann an den Kühlwendeln und tropft entweder direkt zurück in das Gefäß 1 10 oder wird aufgefangen und über die Rückleitvorrichtung 160 in das Gefäß 1 10 geleitet. Die Rückleitvorrichtung 160 ist in der Fig. 3 schematisch als schräg angeordneter Kragen dargestellt, der das kondensierte Material 120 in das Gefäß 110 leitet. As shown schematically in FIG. 3, the cooling device 150 can be an arrangement of cooling coils that surround the steam volume like a cage. The steam 125 then condenses on the cooling coils and either drops directly back into the vessel 110 or is collected and passed into the vessel 110 via the return device 160. The return device 160 is shown schematically in FIG. 3 as an obliquely arranged collar which guides the condensed material 120 into the vessel 110.
Der in der Fig. 3 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigte Kautschuk 130 kann, wie auch mit Bezug auf die Fig. 2 beschrieben, über die Fördervorrichtung 140 durch Lücken in der Struktur der Kühlvorrichtung 150 in den Dampf 125 eingebracht und aus diesem entfernt werden. Dies beeinträchtigt die Fähigkeit der Kühlvorrichtung 150 nicht, den Dampf 125 auf ein bestimmtes Arbeitsvolumen zu begrenzen, da das zur Abkühlung und damit Auskondensation des Dampfes 125 notwendige Temperaturgefälle auch innerhalb der für das Ein- bzw. Ausbringen des Kautschuks 130 vorgesehenen Lücke aufrecht erhalten werden kann, wenn diese nicht zu groß ausgestaltet wird. Zum Beispiel kann ein Förderband den Kautschuk 130 zwischen Kühlwendeln hindurch in den Dampf 125 ein- bzw. aus ihm ausbringen. The rubber 130 not shown in FIG. 3 for reasons of clarity, as also described with reference to FIG. 2, can be introduced into the steam 125 via the conveying device 140 by gaps in the structure of the cooling device 150 and removed therefrom. This does not affect the ability of the cooling device 150 to limit the steam 125 to a certain working volume, since the temperature gradient required for cooling and thus condensing the steam 125 can also be maintained within the gap provided for the introduction and removal of the rubber 130 if it is not made too large. For example, a conveyor belt can insert or remove the rubber 130 between the cooling coils into the steam 125.
Es versteht sich von selbst, dass die Kühlvorrichtung 150 auch jede andere Gestalt annehmen kann, die dafür sorgt, dass ein vom Arbeitsgebiet für die Vulkanisation aus abfallender Temperaturgradient entsteht, der zu einer weitgehenden Auskondensation des Dampfes 125 in einem bestimmten Bereich führt und so eine Rückführung des kondensierten Materials 120 zurück in das Gefäß 1 10 erlaubt. Dadurch kann ein unnötiger Verbrauch des Materials 120 durch übermäßiges Verschleppen verhindert werden. Übermäßiges Verschleppen wird zudem auch durch die Verwendung eines Materials 120 verhindert, das im gasförmigen Zustand schwerer ist als Luft, da sich der Dampf 125 dann nahe der Oberfläche des Materials 120 sammelt. Auch die Erhitzung des Kautschuks 130 über dem Gefäß 1 10 verhindert naturgemäß die Verschleppung, da auf dem Kautschuk 130 auskondensiertes Material 120 zurück in das Gefäß 1 10 fällt. It goes without saying that the cooling device 150 can also take any other form which ensures that a temperature gradient decreases from the working area for vulcanization, which leads to extensive condensation of the steam 125 in a certain area and thus a return of the condensed material 120 back into the vessel 1 10 allowed. This can prevent unnecessary consumption of the material 120 by excessive carryover. Excessive carryover is also prevented by using a material 120 that is heavier in the gaseous state than air, since the vapor 125 then collects near the surface of the material 120. Heating the rubber 130 above the vessel 110 naturally also prevents carry-over, since material 120 condensed on the rubber 130 falls back into the vessel 110.
Weitere, nicht gezeigte Rückleitvorrichtungen können auch entlang des Weges des durch Vulkanisation hergestellten Gummis angeordnet sein, nachdem dieser die Dampfphase verlassen hat. Diese können z.B. geeignet sein, durch Ausheizen des Gummis verdampfte Kondensationsrückstände aufzufangen und zurück in das Gefäß 1 10 zu leiten. Further return devices, not shown, can also be arranged along the path of the rubber produced by vulcanization after it has left the vapor phase. These can e.g. be suitable to collect evaporated condensation residues by heating the rubber and to lead them back into the vessel 1 10.
In der Fig. 4 ist schematisch die Vulkanisation von Kautschukelementen gezeigt, die in einer Extrusionsvorrichtung 200 erzeugt wurden. Kautschuk 130 wird hierbei von der Extrusionsvorrichtung 200 in eine bestimmte Form gebracht ausgegeben. Alternativ kann die Extrusionsvorrichtung 200 einen Kautschuk-Endlosstrang erzeugen bzw. formen. Die Funktionsweise von Extrusionsvorrichtungen 200 ist hierbei bekannt und braucht deshalb an dieser Stelle nicht weiter erklärt zu werden. 4 schematically shows the vulcanization of rubber elements that were produced in an extrusion device 200. Rubber 130 is output by extrusion device 200 in a certain shape. Alternatively, the extrusion device 200 can create or form a rubber endless strand. The mode of operation of extrusion devices 200 is known in this case and therefore need not be explained further at this point.
In der in der Fig. 4 schematisch dargestellten Erweiterung der Vulkanisationsvorrichtung 100 wird der von der Extrusionsvorrichtung 200 extrudierte Kautschuk 130 über eine Fördervorrichtung 140, etwa die oben besprochene Anordnung von sich drehenden Rollen oder ein mit gitterförmigen Ablagen versehenes Fließband in die durch die Vulkanisationsvorrichtung 100 erzeugte Dampfphase eingebracht, dort erhitzt und damit vulkanisiert. Anschließend wird der hierdurch erzeugte Gummi zur weiteren Verarbeitung aus der Dampfphase herausgefördert. Obwohl hier nicht gezeigt, kann die Vulkanisationsvorrichtung 100 auch in diesem Beispiel eine Kühlvorrichtung 150 und eine Rückleitvorrichtung 160 aufweisen, wie sie mit Bezug auf die Fig. 3 beschrieben wurden. Es versteht sich zudem von selbst, dass anstatt getrennter Kautschukelemente auch ein zusammenhängender Kautschukstrang durch den Dampf 125 geführt werden kann. In the expansion of the vulcanization device 100, which is shown schematically in FIG Vapor phase introduced, heated there and thus vulcanized. The rubber produced in this way is then conveyed out of the vapor phase for further processing. Although not shown here, the vulcanization device 100 can in this example also have a cooling device 150 and a return device 160, as have been described with reference to FIG. 3. It goes without saying that instead of separate Rubber elements also a coherent rubber strand through which steam 125 can be passed.
Zudem kann eine nicht dargestellte Heizvorrichtung zwischen dem Extrusionsauslass und der Dampfphase angeordnet sein, die den Kautschuk auf eine vorgegebene Temperatur bringt, die unter der Dampftemperatur bzw. Vulkanisationstemperatur liegt. Dies ermöglicht es, die nötige Verweildauer in der Dampfphase zu beeinflussen. Mit der Vulkanisationsvorrichtung 100 wie sie in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist, lassen sich also serienmäßig Gummielemente mittels Extrusion hersteilen, die aufgrund der homogenen Erhitzung und der vorgebbaren Vulkanisationstemperatur höchsten Qualitätsansprüchen genügen. In addition, a heating device (not shown) can be arranged between the extrusion outlet and the vapor phase, which brings the rubber to a predetermined temperature which is below the steam temperature or vulcanization temperature. This makes it possible to influence the necessary length of stay in the vapor phase. With the vulcanization device 100 as shown schematically in FIG. 4, rubber elements can be produced as standard by means of extrusion, which meet the highest quality requirements due to the homogeneous heating and the predefinable vulcanization temperature.
Bezugszeichenliste Reference list
Vulkanisationsvorrichtung Vulcanization device
Gefäß vessel
Material material
Dampf steam
Kautschuk rubber
Fördervorrichtung Conveyor
Kühlvorrichtung Cooler
Rückleitvorrichtung Return device
Extrusionsvorrichtung Extrusion device

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vulkanisationsverfahren zum Vulkanisieren von Kautschuk (130), umfassend: A vulcanization process for vulcanizing rubber (130), comprising:
Erhitzen eines Materials (120) auf dessen Siedepunkt und dadurch Ausbilden von Dampf (125) über dem Material (120), der das Material (120) in seiner Gasphase aufweist; Heating a material (120) to its boiling point and thereby forming vapor (125) over the material (120) that has the material (120) in its gas phase;
Einbringen von Kautschuk (130), dessen Temperatur kleiner als die Temperatur des Dampfes (125) ist, in den Dampf (125), wodurch der Dampf (125) auf dem Introducing rubber (130), the temperature of which is lower than the temperature of the steam (125), into the steam (125), whereby the steam (125) on the
Kautschuk (130) kondensiert und den Kautschuk (130) hierdurch auf eine Rubber (130) condenses and thereby the rubber (130) on a
Vulkanisationstemperatur erhitzt; und Vulcanization temperature heated; and
Vulkanisieren des Kautschuks (130) mit der Vulkanisationstemperatur. Vulcanizing the rubber (130) with the vulcanization temperature.
2. Vulkanisationsverfahren nach Anspruch 1 , wobei 2. The vulcanization process according to claim 1, wherein
das Material (120) eine, vorzugsweise chemisch inerte und elektrisch nicht leitende, Flüssigkeit ist, deren Dampf schwerer ist als Luft. the material (120) is a, preferably chemically inert and electrically non-conductive, liquid, the vapor of which is heavier than air.
3. Vulkanisationsverfahren nach Anspruch 2, wobei 3. The vulcanization process according to claim 2, wherein
die Flüssigkeit in einem nach oben offenen Gefäß (110) erhitzt wird; the liquid is heated in an upwardly open vessel (110);
der Dampf (125) sich in einem Arbeitsgebiet über der Flüssigkeit ausbildet; the vapor (125) forms in a work area above the liquid;
der Dampf (125) an Rändern des Arbeitsgebietes durch eine oder mehrere Kühlvorrichtungen (150) abgekühlt wird und hierdurch kondensiert, um hierauf in flüssigem Zustand zurück in das Gefäß (1 10) geleitet zu werden; und the vapor (125) at the edges of the work area is cooled by one or more cooling devices (150) and thereby condensed to be passed back into the vessel (1 10) in the liquid state; and
der Kautschuk (130) für das Vulkanisieren in das Arbeitsgebiet eingebracht wird. the rubber (130) is introduced into the work area for vulcanization.
4. Vulkanisationsverfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei 4. Vulcanization process according to one of claims 2 or 3, wherein
die Flüssigkeit Perfluorpolyether, PFPE, ist oder aufweist; und/oder the liquid is or has perfluoropolyether, PFPE; and or
die Siedetemperatur der Flüssigkeit zwischen 100°C, 120°C, 150°C, 165°C oder 180°C und 240°C, 260°C, 280°C oder 300°C liegt. the boiling point of the liquid is between 100 ° C, 120 ° C, 150 ° C, 165 ° C or 180 ° C and 240 ° C, 260 ° C, 280 ° C or 300 ° C.
5. Vulkanisationsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei 5. Vulcanization process according to one of the preceding claims, wherein
die Temperatur des Dampfes (125) die Siedetemperatur des Materials (120) ist; und the temperature of the steam (125) is the boiling temperature of the material (120); and
der Kautschuk (130) durch die Kondensation des Dampfes (125) auf die the rubber (130) by the condensation of the steam (125) on the
Siedetemperatur des Materials (120) erhitzt wird. Boiling temperature of the material (120) is heated.
6. Vulkanisationsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kautschuk (130) auf einer Fördervorrichtung (140) durch den Dampf (125) transportiert wird, die einen allseitigen Kontakt des Dampfes (125) mit dem Kautschuk (130) ermöglicht, vorzugsweise auf einem Gitter oder über beabstandete Rollen. 6. The vulcanization method according to one of the preceding claims, wherein the rubber (130) is transported on a conveyor (140) through the steam (125), which enables all-round contact of the steam (125) with the rubber (130), preferably on one Grid or over spaced rollers.
7. Vulkanisationsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei 7. Vulcanization process according to one of the preceding claims, wherein
der Kautschuk (130) vor dem Vulkanisieren mittels eines Extrusionsverfahrens geformt oder extrudiert wurde und das Vulkanisationsverfahren sich direkt an das Extrusionsverfahren anschließt. the rubber (130) was molded or extruded by means of an extrusion process prior to vulcanization and the vulcanization process is directly connected to the extrusion process.
8. Vulkanisationsvorrichtung (100) zum Vulkanisieren von Kautschuk (130), die dazu geeignet ist, ein Vulkanisationsverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche auszuführen. 8. Vulcanization device (100) for vulcanizing rubber (130), which is suitable for carrying out a vulcanization method according to one of the preceding claims.
9. Vulkanisationsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, umfassend 9. A vulcanization device (100) according to claim 8 comprising
ein Gefäß (1 10) mit dem Material (120); a vessel (1 10) with the material (120);
eine oder mehrere Heizvorrichtungen zum Heizen des Materials (120) in dem Gefäß (1 10); one or more heaters for heating the material (120) in the vessel (1 10);
eine oder mehrere Kühlvorrichtungen (150) zum Kühlen des Dampfes (125); eine Rückleitvorrichtung (160) zum Rückführen des durch die eine oder mehreren Kühlvorrichtungen (150) gekühlten und verflüssigten Dampfes (125); und einer Fördervorrichtung (140) zum Transportieren des Kautschuks (130) durch den Dampf (125). one or more cooling devices (150) for cooling the steam (125); a return device (160) for returning the vapor (125) cooled and liquefied by the one or more cooling devices (150); and a conveyor (140) for transporting the rubber (130) through the steam (125).
10. Vulkanisationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, umfassend eine Extrusionsvorrichtung (200) zum Formen oder Extrudieren des Kautschuks10. Vulcanization device (100) according to one of claims 8 or 9, comprising an extrusion device (200) for molding or extruding the rubber
(130). (130).
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