DE2302870C2

DE2302870C2 - Verfahren für die Herstellung von Gegenständen aus zellenartigem elastomeren und/oder plastomeren Material

Info

Publication number: DE2302870C2
Application number: DE19732302870
Authority: DE
Inventors: Achille Milano Gallizia
Original assignee: Industrie Pirelli SpA
Current assignee: Industrie Pirelli SpA
Priority date: 1972-01-21
Filing date: 1973-01-20
Publication date: 1983-09-29
Also published as: FR2168534B1; AR193154A1; DE2302870A1; GB1385271A; FR2168534A1; IT946775B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellenartigem elastomerem und/oder plastomerem Material, bei welchem von einem vulkanisierbaren oder vernetzbaren elastomeren und/oder plastomeren Material ausgegangen wird, welches unter der Einwirkung von Wärme sein Eigenvolumen vergrößern kann, bei welchem ein Formhohlraum durch das Einspritzen des in kompakter Form vorhandenen Materials vollständig gefüllt wird, und bei welchem das Volumen des Formhohlraumes so vergrößert und durch Anlegen von Wärme eine Ausdehnung des Materials hervorgerufen und ein vollständiges Vernetzen oder Vulkanisieren sichergestellt wird.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (CH-PS 4 65 201) dient dazu, Schuhsohlen an Schuhkörper anzuformen, wobei ein ein Blähmittel enthaltendes rohes elastomeres Material in eine Form eingespritzt wird, deren Formhohlraum durch Verschieben eines beweglichen Formteiles in seinem Volumen änderbar ist. Beim Beginn eines Anformvorganges wird der bewegliche Formteil gegen die Kraft von Federn in die Stellung verschoben, in welcher der Formhohlraum sein kleinstes Volumen hat. In dieser. Stellung erfolgt dann das Einspritzen des Materials in kompakter Form. Nach dem Einspritzen wird, gegebenenfalls nach einer gewissen Verweilzeit, der bewegliche Formteil entlastet, wonach er sich unter der Wirkung der Federn und zusätzlich unter der Wirkung des Blähmittels in der Richtung verschiebt, in der das Volumen des Formhohlraumes vergrößert wird. Nachdem der bewegliche Formteil die Stellung erreicht hat, in welcher der Formhohlraum die Abmessungen der herzustellenden Schuhsohle hat, wird das geschäumte Material vulkanisiert bzw. vernetzt Bei dem bekannten Verfahren bewirkt somit die durch die Ausdehnung des Materials sich ergebende Kraft zusammen mit den Federn die Vergrößerung des Volumens des Formuohlraumes. Dementsprechend muß die die Ausdehnung des Materials bewirkende Wärme unmittelbar nach dem Einspritzen des Materials in dem Formhohlraum angelegt werden, wobei während des gesamten Ausdehnungs- bzw. Schäumvorganges Berührung zwischen dem sich ausdehnenden Material und allen Formhohlraumwänden dauernd vorhanden ist Dabei fällt eine große Anzahl von Zellen an den Formhohlraumwänden in sich zusammen, und diese zusammengefallenen Zellen bilden an den Formhohlraumwänden eine Haut mit vergleichsweise hoher Dichte und großer Dicke. Eine solche Haut ist selbstverständlich starrer und weniger verformbar. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ergibt sich hinsichtlich derjenigen Zellen, die an den Seitenwänden des Formhohlraumes gebildet sind und insbesondere in dem Bereich gebildet sind, in welchem sich die sich bewegende Formhohlraumwand von den Seitenwänden des Formhohlraumes trennt Diese Zellen werden bei ihrer Bildung Beanspruchungen unterworfen, und sie werden zufolge der Bewegung der einen Formhohlraumwand aufgebrochen und zerrissen. Dies ergibt sich deswegen, weil die Zellen in diesem Bereich mit einer ortsfesten Seitenwand in Berührung treten, jedoch auch von der sich bewegenden Wand des Formhohlraumes beeinflußt werden, so daß sie demgemäß aufbrechen. Dabei werden neue Zellen gebildet, welche diejenigen Teile der Seitenwände des Formhohlraumes bedecken, die gerade durch die sich bewegende Formhohlraumwand freigegeben sind. Diese neugebildeten Zellen bewirken, daß die Außenflächen des fertiggestellten Gegenstandes von Punkt zu Punkt große Unterschiede hinsichtlich der Dicke der Haut und der Dichte zeigen. Daher ist auch die Reaktion der Haut auf angelegten Druck unterschiedlich und es wird beispielsweise bei Dichtungen keine gute und wirksame Abdichtung erhalten. Ein noch weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ergibt sich, wenn es für die Herstellung von Gegenständen komplizierter Querschnittsgestalt angewendet wird, beispielsweise für die Herstellung von Dichtungen komplizierter Gestalt, die in die Verbindungen von Einlaßkanälen und Auslaßkanälen von Lüftungsanlagen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Bei einer solchen Anwendung kann das sich ausdehnende Material der komplizierten Querschnittsgestalt entsprechende Ausnehmungen des Formhohlraumes nur schwierig erreichen. Selbst wenn es diese Ausnehmungen erreicht, hat das Material bzw. der fertige Gegenstand in solchen Ausnehmungsbereichen eine andere Dichte als beispielsweise im Inneren des Gegenstandes oder des Materials. Dies ist besonders nachteilig, beispielsweise bei Dichtungen komplizierter Gestalt, weil in diesem Fall die Teile höherer Dichte steifer sind und demgemäß auf angelegten Druck weniger reagieren, so daß sie sich nicht so gut anpassen können, um eine einwandfreie Dichtungswirkung hervorzurufen.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von beispielsweise Schuhsohlen aus zellenartigem Material

bekannt (US-PS 27 63 897), bei welchem in einen Formhohlraum variabler Größe eine abgewogene Menge rohen elastomeren Materials gegeben wird. Danach wird die Form geschlossen und es wird auf das eingebrachte Material Druck ausgeübt, wäh-^nd gleichzeitig Wärme angelegt wird Das Ergebnis besteht darin, daß das Material den Formhohlraum vollständig füllt Danach wird dann weitere Wärme an die Form angelegt, so daß sich ein in dem Material enthaltenes Blähmittel zersetzt Dies hat zur Folge, daß der Druck in der geschlossenen Form sich erhöht Zu diesem Zeitpunkt wird der Formhohlraum allmählich vergrößert, wobei jedoch immer ein auf das schäumende Material wirkender positiver Druck aufrechterhalten wird. Nach Beendigung des Schäumvorganges wird weitere Wärme angelegt um das Material, d. h. den jetzt vorhandenen Formkörper, zu vulkanisieren. Bei diesem bekanntet! Verfahren bestehen im wesentlichen die gleichen Nachteile, wie sie oben für das andere bekannte Verfahren angegeben sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art so zu gestalten, daß auch Gegenstände mit komplizierter Querschnittsgestalt mit gleichmäßiger Dichte und gleichmäßiger dünner Haut hergestellt werden können. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Vergrößern des Volumens des Formhohlraumes ausgeführt wird, bevor durch das Anlegen von Wärme eine Ausdehnung des im Formhohlraum befindlichen Materials hervorgerufen wird und daß die zum Vernetzen oder Vulkanisieren erforderliche Wärmemenge erst nach dem vollständigen Ausdehnen zugeführt wird.

Die Maßnahme, daß der Formhohlraum vergrößert wird, bevor Wärme zum Hervorrufen der Ausdehnung angelegt wird, führt im wesentlichen zu zwei wichtigen Wirkungen.

Die erste Wirkung besteht darin, daß oberhalb des noch in kompakter Form vorhandenen Materials bei der Vergrößerung des Formhohlraumes, d. h. beim Zurückbewegen der einen Formhohlraumwand, ein Unterdruck erzeugt wird, so daß die Ausdehnungsbewegung des Materials beim Beginn des Schaum- oder Blähvorganges unterstützt wird. Außerdem wird hierdurch ein gleichmäßigeres Ausfüllen des Formhohlraumes gewährleistet, so daß sich als Folge auch die erwünschte Wirkung ergibt, daß der fertiggestellte Gegenstand überall praktisch gleichmäßige Dichte hat Dies ergibt sich als Folge der Tatsache, daß das sich ausdehnende Material praktisch in den über ihm befindlichen und unter Unterdruck stehenden Raum wächst und gewis- so sermaßen in vorhandene Ausnehmungen — bei komplizierter Querschnittssestalt — gesaugt wird. Durch die gleichmäßigere Dichte des geschäumten oder geblähten Materials ergibt es sich insbesondere im Fall von Dichtungen, daß die Berührungsdrücke zwischen der Dichtung und den abzudichtenden Teilen überall praktisch gleichmäßig sind. Dies bedeutet, daß der Dichtungskörper in allen Richtungen in gleicher Weise auf die Berührungsdrücke reagiert, die bei Anordnung der Dichtung in ihrer Arbeitsstellung auftreten. Somit ist die Dichtungswirkung gleichmäßiger und insbesondere sicherer.

Die zweite Wirkung, die sich daraus ergibt, daß der Formhohlraum vergrößert wird, bevor die Wärme zum Schäumen oder Ausdehnen des Materials angelegt wird, besteht darin, dali die bewegte Formhohlraumwand außer Berührung mit dem auszudehnenden Material gelangt, bevor dieses seine Ausdehnung beginnt. Dies führt dazu, daß die Außenhaut der fertiggestellten Dichtung gleichmäßiger ist und insbesondere dünner ist, so daß die Verformbarkeit und die Elastizität der Haut und damit natürlich auch in gewissem Sinn der Dichtung selbst besser ist als in dem Fall, in dem während des gesamten Schäumvorganges an allen Formhohlraumwänden Berührung zwischen diesen Wänden und dem sich ausdehnenden Material vorhanden ist Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist das sich ausdehnende Material bzw. der Schaum freL in Berührung mit den Seitenwänden des Formhohlraumes zu wachsen, wobei neu gebildete Zellen über die bereits gebildeten Zellen wachsen, welche mit den Seitenwänden des Formhohlraumes in Berührung stehen, und zwar bis die gesamten Seitenwände bedeckt sind und an ihnen die Haut gebildet ist im wesentlichen das gleiche gilt auch hinsichtlich derjenigen Formhohlraum wand, die sich vor Beginn des Ausdehnungsvorganges, d. h. vor Beginn des Schäumvorganges, von dem zu schäumenden Material am weitesten entfernt befindet Es ist dies die zur Vergrößerung des Formhohlraumes bewegte Wand.

Somit haben z.B. mit dem Verfahrt« gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Dichtungen gleichmäßige Dichte, so daß sie auf angelegte Drücke gleichmäßig reagieren. Auch die Haut hat gleichmäßige Dicke u;A gleichmäßige Dichte, und sie ist zusätzlich dünner, so daß sie geringere Starrheit und größere Elastizität hat Diese Eigenschaften unterstützen auch die Anpassung an die abzudichtenden Flächen, so daß insgesamt eine wirksamere und zuverlässigere Abdichtung erhalten wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Form für die Herstellung eines Gegenstandes aus einem Material, welches sein Eigenvolumen unter Einwirkung von Wärme vergrößern kann, wobei der Formhohlraum von einem Volumen, welches von dem in kompakter Form anfänglich vorhandenen Material vollständig ausgefüllt wird, zu einem Volumen vergrößerbar ist, welches nicht größer als das Volumen des fertiggestellten Gegenstandes ist. Gemäß der Erfindung ist eine solche Form dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Formhohlraumfläche eine elastisch verformbare Membran ist

Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Form gegenüber bekannten Formen (CH-PS 4 65 201 und US-PS 27 63 897), bei denen alle Formhohlraumflächen oder Formhohlraumwände aus starrem Material bestehen, liegt darin, daß die Form keine beweglichen Teile hat, durch die das Aufrechterhalten einer einwandfreien Luftabdichtung zwischen dem Formhohlraum und der Außenseite schwierig sein kann. Eine nicht wirksame Luftabdichtung des Formhohlraumes führt jedoch zu Druckverlusten während des Schäumens oder Ausdehnens ocs Materials mit der Möglichkeit, daß Schaum aus dem Formhohlraum austritt. Hierdurch kann es sein, daß der fertiggestellte Gegenstand nicht überall das Volumen bzw. die Größe hat, die er haben soll, so daß der fertige Gegenstand nicht brauchbar ist. Im günstigsten Fall, wenn die eingespritzte Materialmenge eine gewisse Überschußmenge enthält, führt ein solches Austreten von Schaum aus dem Formhohlraum zur Materialvergeudung und zur Bildung von Graten an dem fertigen Gegenstand, die entfernt werden müssen. Bei Verwendung einer elastisch verformbaren Membran gemäß der E-findung ist die Druckdichtung zwischen starren Teilen hervorgerufen, zwischen denen keine Relativbewegung stattfindet. Somit kann eine wirksame Abdichtung viel leichter erhalten werden.

Weiterhin ist eine Form gemäß der Erfindung vielseitiger, da mit einer einzigen Grundgestalt lediglich durch Ändern der Gestalt und der Abmessungen der Membran Gegenstände unterschiedlicher Gestalt oder unterschiedlicher Größe hergestellt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 und 2 stellen die anfängliche bzw. die letzte Herstellungsphase für ein Erzeugnis dar, hergestellt durch Spritzformen,

Fig.3 und 4 stellen die gleichen Phasen bei Spritzformen dar unter Verwendung einer anderen Art von Form,

Fig.5 und 6 stellen die gleichen Phasen bei Verwendung einer noch anderen Art von Form dar, die ^ für Überführungsformung geeignet ist.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird für die Herstellung eines praktisch zylindrischen Gegenstandes eines gegebenen Gewichtes feine Form 1 mit zwei Teilen 2,3 verwendet die einer, HohiTuürn 4 umschließe«· tisr mi' einer nicht dargestellten Extrudiereinrichtung mittels eines Kanals 5 verbunden ist, der in dem Teil 3 der Form gebilc et ist.

Der Hohlraum 4 hat ein Volumen V\ und wird zuerst vollständig gefüllt, indem das Material in plastischem Zustand bei niedriger Temperatur mittels der Eixtrudiereinrichtung eingespritzt wird. Die Dichte des Materials ist <5, = PZV₁.

Nach der Beendigung des Einspritzens des Materials wird das Volumen des Formhohlraumes 4 auf einen Wert V₂ = V] + AV entsprechend dem Volumen des fertiggestellten Erzeugnisses vergrößert, wobei diese Volumenvergrößerung in kurzer Zeit und mit nicht dargestellten mechanischen Mitteln ausgeführt wird, so daß die Formteile 2 und 3 auseinanderbewegt werden. Eine vorbestimmte Wärmemenge wird dann mittels Leitung an die Form 1 angelegt, so daß in Übereinstimmung mit den obengenannten Bedingungen eine Ausdehnung des zuvor in den Formhohlraum 4 eingespritzten Materials hervorgerufen wird. Das Material erfährt weiterhin eine Volumenvergrößerung, die praktisch gleich Δ V ist, d. h. gleich der Volumenvergrößerung, die mittels der mechanischen Mittel dem Hohlraum 4 der Form 1 erteilt worden ist. Die Dichte des eingespritzten Materials ist somit bei Beendigung der Ausdehnung

(J₂= PZV₂ = PZ(V₁ +Δ V),

das ist die Dichte, die von Technikern für das fertiggestellte Erzeugnis 6 genau bestimmt ist

Weitere Erhitzung der Form 1, während das Volumen des Formhohlrasmes 4 und des fertiggestellten Gegenstandes 6 auf dem Wert V₂ gehalten werden, gewährleistet dann Vulkanisation oder Vernetzung des Materials. Nach Beendigung dieses Vorganges wird die Form 1 geöffnet und die Formteile 2 und 3 werden abgenommen, um ein Herausnehmen des Gegenstandes zu ermöglichen. Unmittelbar danach wird die Form 1 wiederum geschlossen, so daß der Hohlraum 4 ein Volumen V, hat, und die betreffenden Herstellungsvorgänge gemäß vorstehender Beschreibung werden für einen zweiten Gegenstand, der dem vorhergehenden Gegenstand identisch ist wiederholt

Der Vorteil des erläuterten Verfahrens besteht darin, daß als Ergebnis des Einspritzens das Volumen Vi des Hohlraumes 4 der Form 1 vollständig und selbsttätig mit einer Materialmenge eines Gewichtes P (Gewicht des fertiggestellten Gegenstandes) gefüllt wird, ohne die Notwendigkeit, die Materialmenge zuvor zu dosieren, und ohne daß das Material selbst genau an der Mitte des Formhohlraumes angeordnet werden muß. Die Formgestaltung, d. h. die Bestimmung des anfänglichen Wertes V₁ und des endgültigen Wertes V₂ des Volumens des Hohlraumes 4 erfordert lediglich vorherige Kenntnis des Gewichtes P des Enderzeugnisses, seiner endgültigen Dichte O₂ und der Volumenvergrößerung Δ V des Materials als Ergebnis der Erhitzung der Form. Im Hinblick auf das oben erwähnte mathematische Verhältnis zwischen den verschiedenen Werten ist es möglich, aus diesen Anfangswerten auch das Anfangsvolumen Vi des Materials, welches erforderlich ist, zu bestimmen.

Diese erste Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann auch verwirklicht werden mit einer Form 7 gemäß den F i g. 3 und 4, bei welcher der Formhohlraum 8, der das aus der Extrudiereinrichtung eingespritzte sich ausdehnende Material aufnehmen soll, durch einen

10 der Form 7 gebildet ist, der in der Lage ist, sich elastisch zu verformen. Dieser zweite Formteil 10 kann vorzugsweise in Form einer Butylkautschukmembran mit Verstärkungseinsätzen vorhanden sein. Während der Phase des Einspritzens des Materials wird der Hohlraum 8 auf einem Volumen V\ gehalten, beispielsweise durch Aufblasen der Membran 10, so daß sie die in F i g. 3 wiedergegebene Gestalt einnimmt.

Da: Volumen des Hohlraumes 8 wird danach auf den Wert V₂ vergrößert, wobei ein Volumen Δ V an Arbeitsmittel, mit welchem die Membran 10 zuvor aufgeblasen wurde, entfernt wird, so daß diese dann den in F i g. 4 dargestellten Umriß einnimmt.

Eine zweite Ausführungsform des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung wird an Hand der F i g. 5 und 6 erläutert, die sich auf Übertragungsformung beziehen. Hierbei besteht eine Form 11 aus zwei Formteilen 16,17 und sie ist mit einem Hilfshohlraum 12 versehen, der über kleine Kanäle 13 mit einem Hohlraum 14 verbunden ist, in welchem der Gegenstand hergestellt wird. Ein sich ausdehnendes Material mit gegebenem Gewicht P wird in dem Hilfshohlraum 12 angeordnet und mittels Kolben 15 durch die kleinen Kanäle 13 hindurch in den Formhohlraum 14 überführt, der ein Volumen V_t hat und vollständig mit dem Material gefüllt wird (F i g. 5). Nachdem der Hohlraum 14 gefüllt ist, werden die beiden Formabschnitte 16,17 auseinanderbewegt, so daß das Volumen des Formhohlraumes 14 auf einen Wert V₂ gleich Vj +Δ Vvergrößert wird entsprechend dem Volumen des Enderzeugnisses, und zwar üblicherweise in sehr kurzer Zeit Die aufeinanderfolgenden Phasen oder Arbeitsschmte bei dieser zweiten Ausführungsform sind die gleichen, wie sie bereits zuvor erläutert wurden, mit der Ausnahme, daß beim Entfernen des fertiggestellten Erzeugnisses aus der Form der Kolben 15 vom Boden des Hohlraumes 12 angehoben wird, um die nächste Materialmenge einführen zu können.

Die Vorteile dieser Ausfuhrungsform des Verfahrens sind grundsätzlich ähnlich wie die Vorteile der ersten Ausführungsform und auch in diesem Fall ist ein genaues vorheriges Bemessen des Materials, bevor es beim Beginn der Herstellung in den Hilfshohlraum 12 eingeführt wird, nicht notwendig, da irgendein Überschuß in dem Hilfshohlraum 12 verbleibt Dies ist ein bekanntes Merkmal der Übertragungsformung im Vergleich zum Spritzformen. Übertragungsformung kann mit optimalen Ergebnissen, insbesondere im Fall

von Erzeugnissen mit Einsätzen angewendet werden, beispielsweise Metalleinsätzen, die üblicherweise für Versteifungszwecke angewendet werden.

Beide Formverfahren gemäß der Erfindung erfordern einen Hohlraum mit genau aufrechterhaltenem Volumen Vi während der ersten Phase der Herstellung. Dies führt zu vollständigem und vollkommenem Füllen des Hohlraumes, so daß das Erzeugnis genau geformt ist, selbst :.n Fall einer sehr komplexen Gestalt oder eines komplexen Umrisses.

Funktionelle Abwandlungen und Gestaltsabwandlungen können bei dem Verfahren und den verwendeten

Formen vorgenommen werden. Beispielsweise kann das Volumen des Hohlraumes, in welchem das Erzeugnis hergestellt wird, progressiv vergrößert werden im Gegensatz zu schnellem Vergrößern und zwar im wesentlichen während der ersten Phase des Vorhandenseins des Materials in der Form, d. h. gleichzeitig mit der Ausdehnung des Materials. In jedem Fall ist es wesentlich, daß die Volumenvergrößerung mittels geeigneter mit der Form verbundener mechanischer Mittel hervorgerufen wird und nicht als Ergebnis der Ausdehnung des Materials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellenartigem elastomeren und/oder plastomeren Material, bei welchem von einem vulkanisierbaren oder vernetzbaren elastomeren und/oder plastomeren Material ausgegangen wird, welches unter der Einwirkung von Wärme sein Eigenvolumen vergrößern kann, bei welchem ein Formhohlraum durch das Einspritzen des in kompakter Form vorhandenen Materials vollständig gefüllt wird, und bei welchem das Volumen des Formhohlraumes vergrößert und durch Anlegen von Wärme eine Ausdehnung des Materials hervorgerufen und ein vollständiges Vernetzen oder Vulkanisieren sichergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergrößern des Volumens des Formhohlraumes ausgeführt wird, bevor durch das Anlegen von Wärme eine Ausdehnung des im Formhohlraum befindlichen Materials hervorgerufen wird und daß die zum Vernetzen oder Vulkanisieren erforderliche Wärmemenge erst nach dem vollständigen Ausdehnen zugeführt wird.

Z Form für die Herstellung eines Gegenstandes aus einem Material, welches sein Eigenvolumen unter Einwirkung von Wärme vergrößern kann, nach Anspruch 1, wobei der Formhohlraum von einem Volumen, welches von dem in kompakter Form anfänglich vorhandenen Material vollständig ausgefüllt wird, zu einem Volumen vergrößerbar ist, welches nicht größer als das Volumen des fertiggestellten Gegenstandes ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fcmihohlraumfläche eine elastisch verformbare Membran (10) ist.