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Die Erfindung betrifft Reifenvulkanisiermaschine mit einem Behandlungsraum, einer Grundplatte und einem Zugmantel.
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Die Herstellung eines Reifens, beispielsweise für Fahrzeuge wie Autos oder Motorräder, ist ein extrem aufwändiger Prozess, der aus einer Vielzahl von Herstellung- und Prozessschritten besteht. Ursächlich dafür ist der komplizierte, aus einer erheblichen Zahl von verschiedenen Einzelkomponenten bestehende Reifenaufbau. Hinzu kommt, dass diese Vielzahl von Komponenten unter Druck- und Temperatureinwirkung, der sogenannten Vulkanisierung, miteinander verbunden werden müssen. Der Vulkanisierungsprozess ist ebenfalls maßgeblich hinsichtlich der Material- und Haftungseigenschaften des fertigen Reifens.
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Aus diesem Grund ist einer der wesentlichen Produktionsschritte zur Herstellung von Reifen das Vulkanisieren von Reifenrohlingen hin zu einem fertigen Reifen. Dazu wird der Reifenrohling in eine Form beziehungsweise Reifenform eingelegt, die sich innerhalb einer Reifenvulkanisiermaschine befindet und anschließend auf die materialabhängige Vulkanisiertemperatur erwärmt sowie mit einem Vulkanisierdruck innenseitig des Reifenrohlings beaufschlagt. Um die Vulkanisiertemperatur und den Vulkanisierdruck zu erreichen, wird ein geeignetes Heizmedium mit einer entsprechenden Temperatur und unter Druckbeaufschlagung in den Innenraum des Reifenrohlings eingebracht.
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Grundsätzlich hat die Vulkanisation das Ziel, einen Reifenrohling durch Temperatur- und Druckbeaufschlagung innerhalb einer oder mehrerer Zeitintervalle praktisch „fertig zu backen“, das heißt die Komponenten des Reifenrohlings miteinander zu verbinden und den Basismaterialien sowie der Gummi-/Kautschukschicht durch Vernetzungsprozesse elastische Eigenschaften einzuprägen. Dazu sind neben der eigentlichen Druck- und Temperaturbeaufschlagung weiterhin unterschiedliche, auf den Basiswerkstoff abgestimmte Additivsubstanzen für die Vernetzung und ggf. die Vernetzungsbeschleunigung erforderlich.
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Zur Durchführung einer Vulkanisierung des elastomeren Materials muss eine beträchtliche Wärmeenergiemenge in das Material eingebracht werden. Dazu ist es überwiegend nicht ausreichend, den zu vulkanisierenden Reifenrohling innenseitig mit einer Vulkanisierungstemperatur und einem Vulkanisierungsdruck zu beaufschlagen.
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Um die für den Vulkanisationsprozess erforderliche Wärmeenergiemenge und die Druckbeaufschlagung zu realisieren, wird alternativ oder additiv aussenseitig des Reifenrohlings in der Vulkanisiermaschine eine Druck- und/oder Temperatureinwirkung auf den Reifenrohling vorgesehen. Dazu ist üblicherweise ein Behandlungsraum installiert, der eine Reifenform umfasst und geöffnet beziehungsweise geschlossen werden kann, sodass der zu vulkanisierende Reifenrohling eingelegt, vulkanisiert und entnommen werden kann.
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Besonders dicke Bereiche des Reifenrohlings sind die Laufflächen. Relativ dünn sind die Seitenwandungen ausgebildet. Ursächlich für diesen deutlichen Dickenunterschied sind die im Bereich der Lauffläche angeordneten zusätzlichen Reifenkomponenten wie Stahlgürtel, Gürtelabdecklage und die im Vergleich zur Seitenwandung erheblich dickere Gummi-/Kautschukschicht. Diese erheblich dickere Gummi-/Kautschukschicht weist nicht zuletzt deshalb mehr Wanddicke auf, weil sie das eigentliche Reifenprofil umfasst, das während des Vulkanisierprozesses hergestellt wird. Dazu muss der Laufflächenbereich bzw. die dort vorgesehene dickwandige Gummi-/Kautschukmasse soweit erhitzt werden, dass sie plastisch fließen kann und durch den Vulkanisationsdruck in die Profil-Negativmatrize der Reifenrohlingsform der Reifenvulkanisiermaschine gepresst werden kann. Die plastische Fließfähigkeit nimmt in einem weiten Bereich mit steigender Erhitzung des Materials zu, sodass weniger Pressdruck erforderlich ist, um die Profilierung zuverlässig herstellen zu können.
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Aufgrund der erforderlichen Vulkanisierungstemperaturen von bis zu 200 GradC, häufig im Bereich von ca. 160 GradC, innerhalb des Behandlungsraums beziehungsweise der Reifenform liegt ein erheblicher Temperaturgradient vor zwischen dem Maschineninneren und dem üblicherweise Raumtemperatur aufweisenden Umfeld der Reifenvulkanisiermaschine. Diese Situation ist neben der grundsätzlichen Anforderung des Maschinenbetriebs unter Beachtung möglichst energieeffizienter Ressourcenschonung verantwortlich dafür, dass Wärmeverluste insbesondere durch Konvektion über die Oberfläche des Behandlungsraumes der Reifenvulkanisiermaschine reduziert werden müssen.
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Viele Reifenvulkanisiermaschinen sind derart konstruiert, dass der Behandlungsraum funktionelles Kernelement ist. Der Behandlungsraum dient entweder direkt zur Aufnahme des zu vulkanisierenden Reifenrohlings oder einer Reifenform oder einem sogenannten Container und ist in seiner räumlichen Erstreckung begrenzt durch eine Grundplatte mit Formdruckplatte und eine Formgegendruckplatte sowie einen vorzugsweise zylindrischen Zugmantel. Alle raumbegrenzenden Bauteile des Behandlungsraumes sind an den Wärmeverlusten vor allem durch Konvektion beteiligt. Insbesondere der Zugmantel mit seiner erheblich großen Oberfläche verursacht dabei große Wärmeverluste.
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Neben den hohen Konvektionswärmeverlusten infolge der großen Oberfläche des Zugmantels verursachen auch die vielfach realisierten Ausnehmungen in der Zugmantelfläche zusätzliche Wärmeverluste. Bei bekannten Konstruktionen dieser Art sind die Ausnehmungen, oder allgemeiner Zugmantelflächenunterbrechungen, erforderlich, um die Zuführung von Wärmeenergie in den Behandlungsinnenraum zu bewerkstelligen. Dazu wird häufig Heißdampf als Wärmeenergieträger verwendet, der durch Schläuche und Anschlüsse über die Ausnehmungen in der Zugmantelzylinderfläche in den Behandlungsinnenraum geleitet wird. Diese Ausnehmungen wirken praktisch als unerwünschte Wärmeleckagestellen und/oder Wärmebrücken zwischen dem Behandlungsraum und dem Umfeld der Reifenvulkanisiermaschine.
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Ein weiteres und ebenfalls in Wärmeenergieverlusten resultierendes Problem im Zusammenhang mit den Ausnehmungen für die Durchleitung von Heißdampfschläuchen durch die Zugmantelfläche sind Kamineffekte. Ursächlich für diesen physikalisch-zwangsläufigen Effekt ist, dass die Ausnehmungen häufig konstruktionsbedingt im oberen Drittel der Zugmantelfläche angeordnet werden müssen. Zusammen mit den kaum vermeidbaren Öffnungen beziehungsweise luftundichten Stellen am unteren Zugmantelende angrenzend zur Grundplatte können basierend auf dem Kamineffekt innenseitig des Zugmantels unerwünscht und wärmeverlustbegünstigende Luftströmungen entstehen.
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Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Wärmeenergieverluste verursacht durch die Konvektion über die Zugmantelfläche besteht darin, aussenseitig des Zugmantels ein Isolationsmaterial anzubringen. Damit ist jedoch eine Reihe von Nachteilen verbunden.
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Die außenseitige Isolierung resultiert in einem vergrößerten Durchmesser des Zugmantels, der innerhalb der Reifenvulkanisiermaschine aufgrund der Platzverhältnisse nur bedingt und eingeschränkt akzeptiert werden kann. Das bedeutet, dass der Wanddickenaufbau und damit die Isolationswirkung des Isolationsmaterials von dem zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt ist.
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Neben der Bauraumbegrenzung ist ebenfalls problematisch, dass der Zugmantel häufig und an vielen Stellen aussenseitig unstetig ist dadurch, dass Verschlussmechanismen, Messinstrumenteanschlüsse, Halterungen, Führungsvorrichtungen und andere vorwiegend mechanische Komponenten festgelegt sind, welche die Montage und Befestigung von Isolationsmaterial zumindest erschwert und je nach Gestaltung eine Wärmebrücke bildet.
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Weiterhin ist ein von außen, das heißt vom Umfeld aus, zugängliches Isolationsmaterial dem erhöhten Risiko mechanischer Beschädigungen ausgesetzt. Insbesondere die für die zu vulkanisierenden Reifenrohlinge und Fertigreifen erforderlichen Handhabungs- und Handlingseinrichtungen stellen für das Isolationsmaterial eine potentielle Beschädigungsgefahr dar - bei einem Kontakt wird das mechanisch empfindliche Isolationsmaterial quasi immer beschädigt und die Isolationswirkung lokal zumindest verringert.
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Konstruktionsbedingt kann die Außenisolation des Behandlungsraumes nur an der Zugmantelfläche realisiert werden. Grundplatte und Formgegendruckplatte bieten an ihren dem Behandlungsraum abgewandten Außenseiten keine durchgängigen Befestigungsflächen für Isolationsmaterial, sodass das Außenisolationsprinzip nicht die gesamte Behandlungsraumaußenfläche umfassen kann. Daraus ergibt sich, dass den Wärmeenergieverlusten über Außenisolationen praktisch nur an der Zugmantelfläche entgegengetreten werden kann. Insbesondere am kopfseitigen oberen Behandlungsraumende im Bereich der Formgegendruckplatte ist diese Situation sehr nachteilig, da das Temperaturniveau hier besonders hoch ist.
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Zusätzlich zu den genannten Nachteilen ist die aussenseitige Isolierung auch aus Energieeffizienzgründen ungünstig. Da die Isolationswirkung des Isolationsmaterials in der Wärmeübergangsrichtung vom Behandlungsinnenraum an die Umgebung nach der Zugmantelwandung angeordnet ist, wird der Mantelwerkstoff mit der Innenraumtemperatur uneingeschränkt beaufschlagt und erhitzt. Die dazu erforderliche Wärmeenergie steht dem Vulkanisierungsprozess nicht zur Verfügung und muss zusätzlich aufgebracht werden.
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In der
US 6,322,342 B1 wird bereits eine Reifenvulkanisiermaschine beschrieben. Die Reifenvulkanisiermaschine wird in Kombination mit einem sogenannten „Post Cure Inflator“ (PCI) betrieben. In diesem PCI wird der vulkanisierte Reifen mit einem Innendruck beaufschlagt und hierdurch so lange stabilisiert, bis eine ausreichende Abkühlung erfolgt ist. In diesem Stand der Technik wird für den PCI die Verwendung eines Isolationsmaterials beschrieben, wobei der Behandlungsraum des PCI eine innenseitig angeordnete Isolierung aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Reifenvulkanisiermaschinen bereitzustellen, welche die genannten Nachteile wenigstens teilweise reduziert und eine energieeffiziente Gesamtkonstruktion unterstützt.
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Zur Lösung schlägt die erfindungsgemäße Lehre vor, ein Isolationsmaterial innenseitig des Behandlungsraumes anzuordnen und dazu die möglichen konstruktiven Voraussetzungen zu schaffen.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine möglichst stetige Ausbildung eines Isoliermantels innenseitig des Behandlungsraumes die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise reduziert und gegebenenfalls weitere Vorteile ermöglicht. Dazu ist insbesondere daran gedacht, geeignetes Isolationsmaterial wenigstens teilweise an der Zugmantelinnenfläche weitgehend ohne Unstetigkeiten festzulegen und auf diese Weise in dem Behandlungsraum in geometrischer Hinsicht einen Isolationszylinder auszubilden.
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Um das Isolationsmaterial innenseitig des Behandlungsraumes zumindest teilweise und möglichst stetig anordnen zu können, ist konstruktiv vorgesehen, den Durchmesser des vorzugsweise zylindrischen Zugmantels zu erhöhen, um die Raumverluste durch das innenseitige Isolationsmaterial für den nutzbaren Behandlungsraum zu kompensieren.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass Ausnehmungen und Durchbrüche der Zugmantelwandung und des Isolationsmaterials möglichst vermieden oder zumindest reduziert sind. Es werden für die Zuführung von Heizmedium, insbesondere Heißdampf als Wärmeenergieträger, in den Behandlungsinnenraum für die dazu üblicherweise verwendeten Schläuche geeignete Flansche an der Zugmantelaussenfläche festgelegt, die den Anschluss der Heizmediumschläuche ermöglicht.
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Die Weiterleitung des Heizmediums an die Behandlungsstelle wird über vorzugsweise innenseitig des Behandlungsraumes verlegte Rohre oder Schläuche realisiert. Die innenseitig verlegten Schläuche können bedarfsweise ebenfalls an dafür vorgesehene innenseitig an den Zugmantel angebrachte Flansche angeschlossen sein. Diese Flansche können sowohl einen geraden Abgang als auch einen 90-Grad-Bogen aufweisen.
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Sind innenseitig des Behandlungsraumes verlegte Rohre oder Schläuche verwirklicht ist, insbesondere daran gedacht, diese Heizmediumführungen in das Isolationsmaterial einzubetten, um sowohl die Isolationswirkung zu nutzen als auch Behandlungsraumverluste zu reduzieren.
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Durch die Vermeidung von Durchbrüchen und Ausnehmungen in der Zugmantelfläche wird weiterhin der Wärmeenergieverlust durch den Kamineffekt reduziert dadurch, dass behandlungsrauminnenseitige Luftströmungen basierend auf diesem Effekt vermieden sind.
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In einer Gestaltungsvariante ist daran gedacht, den Zugmantel doppelwandig auszugestalten und das Isolationsmaterial zwischen den Wandungen und vor mechanischen Einwirkungen geschützt aufzunehmen, sodass Beschädigungen des Isolationsmaterials und die daraus resultierenden lokalen Isolationsverluste reduziert sind. Die Wandungen können aus geeignetem gleichem Material wie beispielsweise Eisen- oder Nichteisenwerkstoffe aufgebaut sein. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der äußere Mantel die mechanischen Belastungen des Zugmantels aufnimmt und der innere Mantel aus einem isolationsoptimierten Werkstoff zur zusätzlichen Isolationswirkung aufgebaut ist.
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Die Bildung einer Isolierhaube durch Verlegung von geeignetem Isolationsmaterial an der Zugmantelinnenfläche und innenseitig der Formgegendruckplatte kann optional durch eine Isolationsmaßnahme der Grundplatte ergänzt werden. Durch diese Maßnahme ist in einer erfindungsgemäßen Variante vorgesehen, die Isolationshaube im geschlossenen Zustand des Behandlungsraumes zusammen mit der Isolierungseinrichtung der Grundplatte zu einem allseitig geschlossen Isolationsraum zu erweitern. Die allseitige innenliegende Isolierung des Behandlungsraumes verbessert die Energieeffizienz der Reifenvulkanisiermaschine nochmals durch weitere Verringerung der Wärmeenergieverluste.
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Durch wenigstens eine der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird zusätzlich erreicht, dass der Behandlungsraum und die gesamte Reifenvulkanisiermaschine eine reduzierte Außentemperatur aufweisen, was zu einer verbesserten Arbeitssicherheit für Bedienungspersonal und zu geringerer Bauteilbelastung von im Umfeld angeordneten häufig empfindlichen Elektronikkomponenten führt.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Behandlungsraumisolierung einer Reifenvulkanisiermaschine ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Behandlungsraumisolierung (2) einer Reifenvulkanisiermaschine (200) in einer perspektivischen Gesamtdarstellung mit einem Teilschnitt in der x-z-Ebene und
- 2: die perspektivische Schnittdarstellung des Behandlungsraums (30) mit einer wenigstens an der Innenfläche des Zugmantels (50) festgelegten Behandlungsraumisolierung (2).
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Behandlungsraumisolierung (2) einer Reifenvulkanisiermaschine (200) in einer perspektivischen Gesamtdarstellung.
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Die Reifenvulkanisiermaschine beziehungsweise Reifenheizpresse (200) ist in diesem Beispiel als Säulenpresse aufgebaut und verfügt in ihrer tragenden Gesamtkonstruktion über ein Maschinenbett (100) mit Säulen (110), einer Traverse (80) und einer Grundplatte (10).
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Ist die Reifenheizpresse (200) beispielsweise als Rahmen- oder Ständerpresse aufgebaut, sind statt der Säulen Rahmen oder Ständer verwendet, die häufig integrativer Teil des Maschinenbettes sind und Halte- sowie Führungsaufgaben übernehmen. In allen Ausführungsformen der Reifenheizpresse (200) kann ein Behandlungsraum (30) vorgesehen werden.
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Funktionelles Kernelement der Reifenvulkanisiermaschine (200) ist der Behandlungsraum (30), dessen räumliche Erstreckung begrenzt ist durch die Formdruckplatte (40) beziehungsweise die Grundplatte (10) und die Formgegendruckplatte (60) sowie einen vorzugsweise zylindrischen Zugmantel (50). Neben der Begrenzung des Vulkanisierungsraumes (30) sind dem Zugmantel (50) zwei weitere funktionelle Aufgaben zugeordnet: Infolge der Druckkräfte innerhalb des Vulkanisierungsraumes (30) während der Vulkanisation des Reifenrohlings nimmt der Zugmantel (50) die resultierenden (Zug)Kräfte in axialer Richtung auf und er wirkt isolierend hinsichtlich der im Vulkanisierungsraum (30) herrschenden Vulkanisierungstemperaturen von bis zu 160 GradC, teilweise auch höher.
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Die Formdruckplatte (40) ist sowohl linearaxial verschiebbar als auch kraftbeaufschlagbar, sodass im Vulkanisierungsraum (30) eine Presskraft aufbaubar und dessen Volumina einstellbar ist. Die Formgegendruckplatte (60) stellt zur Formdruckplatte (40) praktisch das Widerlager für die Schließ- und Presskräfte dar, wobei der Zugmantel (50) den Kraftschluss zwischen den Platten (10, 40, 60) herstellt.
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Vorzugsweise ist der Zugmantel (50) an der Formgegendruckplatte (60) festgelegt und als gemeinsame Baueinheit axial verfahrbar. Geführt wird die Formgegendruckplatte (60) zusammen mit dem Zugmantel (50) über eine Traverse (80) durch zwei Säulen (110). Der axiale Verfahrantrieb für die Baueinheit Formgegendruckplatte (60) mit Zugmantel (50) ist durch zwei Fluidzylinder (90) realisiert, die eine Wirkverbindung von Traverse (80) zum Maschinenbett (100) herstellen und vorzugsweise doppeltwirkend sind.
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2 zeigt in perspektivischer Schnittdarstellung den Bereich des Behandlungsraums (30) in seiner geschlossenen Stellung. Wesentliche Bestandteile des Behandlungsraums (30) sind die Grundplatte (10), die Formdruckplatte (40), die Formgegendruckplatte (60) und der Zugmantel (50). Optionale Adapterplatten (70) können zur Festlegung von Reifenformhälften an der Formdruckplatte (40) und, oder der Formgegendruckplatte (60) vorgesehen sein.
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Angrenzend an den Behandlungsraum (30) positioniert und diesen thermisch gesehen an einer Stirnseite abschließend ist die Grundplatte (10) als tragende Basis für weitere Baueinheiten zur Behandlung und Vulkanisierung von Reifenrohlingen. Das in 2 gezeigte Beispiel realisiert die angrenzende Positionierung der Grundplatte (10) an den Behandlungsraum (30) durch die lotrechte und konzentrische Lage unterhalb der Formdruckplatte (40).
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Die Behandlungsraumisolierung (2) ist erfindungsgemäß wenigstens innenseitig des Zugmantels (50) in einer vorzugsweise stetigen Form festgelegt. Mit dieser Ausprägung wird ein zylindrischer Isoliermantel geschaffen, der durch seine Lage in Wärmeübergangsrichtung vom Behandlungsinnenraum zur Umgebung vor der Zugmantelwandung eine signifikante Isolierungsverbesserung bezüglich Wärmeenergieverluste darstellt. Darüber hinaus wird verhindert, dass der Zugmantelwerkstoff direkt der Vulkanisierungstemperatur ausgesetzt ist und stark erhitzt wird.
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Es ist möglich, die Behandlungsraumisolierung (2) innenseitig des Zugmantels (50) entlang seines vollständigen Meridians und damit über die gesamte Zugmantelhöhe anzuordnen. Da jedoch der Behandlungsraum (30) an einer Zugmantelstirnseite in der geschlossenen Position des Behandlungsraums (30) durch die Grundplatte (10) räumlich begrenzt ist und ein darüber hinausragender Zugmantelabschnitt nicht direkt den Vulkanisationstemperaturen ausgesetzt ist, kann die Behandlungsraumisolierung (2) innenseitig des Zugmantels (50) begrenzt werden auf die Zugmantelinnenfläche zwischen der Grundplatte (10) und der Formgegendruckplatte (60).
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Eine andere Ausführungsvariante der Behandlungsraumisolierung (2) innenseitig des Zugmantels (50) sieht einen doppelwandigen Aufbau vor. Realisiert werden kann dies durch entweder einen doppelwandigen Zugmantel (50) oder eine Behandlungsraumisolierung (2) ausgebildet als Hülse und derart dimensioniert, dass sie in den Zugmantel (50) innenseitig eingeschoben werden kann. Ist der Zugmantel (30) doppelwandig ausgeführt, kann das Isolationsmaterial zwischen den Wandungen eingebracht und aufgenommen sein. Wird eine Hülse als Einschubelement in den Zugmantel verwendet, kann das Isolationsmaterial bereits vor dem Einschub an der Hülse festgelegt werden. Dadurch ist die Montage deutlich vereinfacht und verbrauchtes Isolationsmaterial kann schnell durch den Wechsel der Isolationshülse erneuert werden. Auf diese Weise lassen sich unerwünschte Maschinenstillstandszeiten durch Wartungs- und/oder Reparaturprozesse reduzieren.
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Um die Isolationswirkung weiter zu verbessern und damit den Wärmeenergieverlust noch weiter zu verringern, sieht die erfindungsgemäße Lehre optional eine erweiterte Isolationsstufe vor. Das Isolationsmaterial wird in dieser Ausbaustufe sowohl innenseitig des Zugmantels (50) als auch innenseitig der Formgegendruckplatte (60) in einer vorzugsweise stetigen Form festgelegt oder integriert. Mit dieser Ausprägung wird ein haubenartiger, das heißt ein einseitig weitgehend geschlossener zylindrischer Isoliermantel geschaffen, der durch seine Lage in Wärmeübergangsrichtung vom Behandlungsinnenraum zur Umgebung vor der Zugmantelwandung eine weitere Isolierungsverbesserung bezüglich Wärmeenergieverluste darstellt.
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Eine dritte Ausbaustufe der Behandlungsraumisolierung (2) kann optional erfolgen durch die Erstreckung des innenseitigen Isolationsmaterials auf den Bereich der Grundplatte (10) und/oder der Formdruckplatte (40), sodass eine allseitig weitgehend geschlossene Behandlungsraumisolierung (2) geschaffen wird.
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Soll die Isolationswirkung innenseitig der Formgegendruckplatte (60) und/oder der Grundplatte (10) beziehungsweise der Formdruckplatte (40) realisiert werden, sind die während des Vulkanisierungsprozesses auf dieses Bauteil einwirkenden Presskräfte zu beachten. Die Erfindung löst dieses Problem beispielsweise durch jeweils wenigstens teilweise aus geeignetem Isolationsmaterial bestehende Adapterplatten (70) oder Einleger mit druckentlasteter Spielpassung zur Formdruckplatte (40) beziehungsweise Formgegendruckplatte (60).
