-
Verfanren und Vorrichtung zur nerstellung von geformten
-
enrnern aus nolaren Kautschuk- und/oder Kunststoffmischungen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geformten Körpern aus polaren Kautschuk-
und/oder Kunststoffmischungen, bei dem sich unter dem Einfluß von aus einem UHF-Feld
zugefünrter Energie im Inneren der Mischung chemische Reaktionen abspielen, sowie
eine Vorrichtun zur Durchfishrun dieses Verfahrens, bestehend aus Formwerkzeug und
UHF-Applikator.
-
UHF-Energie, das ist die Energie elektromagnetischer wellen einer
Wellenlänge im Dezimeter-, Gentimeter- und Millimeterbereich findet in der Kautschuk
und Kunststoff verarbeitenden Industrie immer weitere Verbreitung. Denn es celinat
durch die Zuführung dieser Mikrowellenenergie in polare Kautschuk-und/oder Kunststoffmischungen,
diese Mischungen auch in ihre-
Inneren in sehr kurzer Zeit auf hohe
Temperaturen zu bringen, wie sie für die Vulkanisation von Kautschuk und die Vernetzung
von Kunststoffen notwendig sind.
-
Bei den bisher bekannten UfiF-Anlagen zur kontinuierlichen Aufheizung
von geformten Körpern in Form von kontinuierlich hergestellten Profilen aus polaren
Kautschukmischungen oder vern;tzMaren Kunststoffen kann es zu ungleichmäßigen Aufheizungen
über den Profilquerschnitt kommen, da die Polatität des Materiales der Mischungen
und die Geometrie der geformten Körper Verzerrungen des UHF-Feldes im UHF-Applikator
bewirken. Diese Verzerrungen können zu unhomogenen Feldverteilungen und damit zu
einer unhomogenen Aufheizung der geformten Körper führen. Ausserdem wird auch der
Wellenwiderstand des Lastkreises (Energiezuleitung und Applikator) durch die Polarität
der Nasse des geformten Körpers in weiten Bereichen verändert, so daß infolge Fehlanpassung
ein Teil der energie reflektiert und der Wirkungsgrad dadurch verschlechtert wird.
-
Es sind UHF-Applikatoren bckannt, die Vorrichtungen besitzen, um Fehlanpassungen
zu kompensieren und Feldverzerrungen zu korrigieren. Die Bandbreite dieser Korrekturmöglichkeiten
ist jedoch aus Kostengründen und wegen einer eventuellen Störanfälligkeit begrenzt.
Ist eine solche Anlage mit den genannten Möglichkeiten der Korrektur am UHF-Applikator,
am tF-Generator und an der bbertragungs strecke zwischen dem UH2-Generator und dem
UtIF-Applikator angeordnet, so kompensieren diese Anordnungen nur den Wellenwiderstand
des gesamten Iletzwerkes (ein UtIF-Kreis), nehmen aber keinen Einfluß auf die Feldverteilung
im Appli kator. Die Herstellung eines anderen Profiles erfordert somit immer eine
neue Anpassung und Korrektur. Das vermeidet zwar eine Umstellung der Mischungsrezeptur,
ist aber zeitaufwendig und in manchen Fällen gar nicht mit der gewünschten Genauigkeit
durchführbar. Die Folgen sind inhomogen
vulkanisierte oder vernetzte
Profile.
-
Es ist die Aufhabe der Erfindung, eine breite Produktpalette von herstellbaren
geformten Körpern - sei es in kontinuierlichem oder diskontinuierlichen Herstellungsverfahren
-zu schaffen, fiir deren Herstellung an der UHF-Anlage nur geringe oder gar keine,
jedenfalls aber sicher vorausberechenbare und bei empirisch aufefundener Einstellung
rcroduzierb ar anwendbare Einstellungsmöglichkeiten zu schaffen.
-
Die Erfindung besteht darin, daß man aus der Mischung einen vorgeformten
Körner herstellt, welcher in seinen Abmessunaen eine für die Einbrinaung von UHF-Energie
möglichst günstige Form aufweist, daß man diesen vorgeformten Körper dem UHF-Feld
aussetzt, und daß man unmittelbar danach diesen mit UHF-Energie beaufschlagten vorgeformten
Körper zu deri gewünschten Körper formt.
-
Bei diesem Vorgehen wird erreicht, daß die UHF-Energie in sehr aiinstiger
Weise dem vorgeformten Körper zugeführt wird, dergestalt, dan der vorgeformte Körper
homogen durch die UHF-Ener¢ie auf die fiir die Reaktion erforderliche Temperatur
erbracht wird. Dadurch, daß man unmittelbar nach der Einwirkung des Ul-F-Eeldes
auf diesen vorgeformten Körper diesen zu dem gewünschten Körper formt, bringt man
das in sehr kurzer Zeit durch die UHF-Energie erhitzte Material der Mischung vor
der Vulkanisation bzw. vor der Vernetzung in die endailltize gewünschte Form des
Körpers. Es wird hier somit die besonders kurze Aufheizzeit mit UHF-Energie in einer
besonderen Weise genutzt. Dabei ist es möglich, aus einem vorgeformten Körper in
dem anschließenden Formvorgang verschiedenste Körner gewünschter Form herzustellen.
Die Form
des vorgeformten Körners wird dabei zweckmässiaerweise
so gewählt, daß sie neometrisch einfach ist und eine leichte Berechnung derGeometrie
des UHF-Feldes zuläßt, Derartig einfach geformte Körner sind erheblich leichter
mit UHF-Energie homogen zu erwärmen als kompliziert geformte Körner.
-
Bei diesem Verfahren ist es zweckmässig, wenn man die Oberfläche des
erzeugten endgeformten Körners durch Zufuhr von Wärme von außen auf der im Inneren
des Körpers befindlichen Temperatur eine Zeit, die der Reaktionsdauer entspricht,
beläßt. Diese von außen zugeführte Märme kann durch eine Heiß luft enthaltende Vorrichtung
oder ein Salzbad zugeführt werden. Sie dient lediglich dazu, eine Abkühlung der
überfläche des endgeformten Körpers und damit eine Inhomegenität der Vulkanisation
oder Vernetzung zu erreichen.
-
an kann das Verfahren zeitlich dadurch abkürzen, daß man bereits während
der Formung des vorgeformten Körpers die UHF-Energie in die Mischung einbvingt.
Das ist Z.B. bei der kontinuierlichen lierstellunv eines vorgeformten Profiles mittels
eines Schneckenextruders möglich, in dessen Spritzkopf der UHF-Applikator integriert
ist.
-
Vorteilhaft ist es, wenn man die zur Reaktion notwendige Energie während
einer Zeit einleitet, die kurz gegenüber der Reaktionszeit ist. Weiterhin ist es
vorteilhaft, wenn man die Fertigformung des Körpers in einer Zeit vornimmt, die
kurz gegenüber der Reaktionszeit ist.
-
Durchgeführt wird dieses Verfahren zweckmässigerweise mit
ciner
aus Formwerkzeug und UHF-Applikator bestehenden Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet,
daß das Formwerkzeug für die Herstellung einer für die J hringung in die UHF-Energie
günstigen Form eines Körpers gestaltet ist, und daß ein weiteres Formwerkzeug vorgesehen
ist, mit die endgültige Form des herzustellenden Iförpers formbar ist. Zweckmäßigerweise
sind diese beiden Formw@rkzeuge in einer mit entsprechenden Transportvorrichtungen
versehenen Herstellungsstraße angerrdnet, in der sich unmittelbar vor dem zweiten
Formwerkzeug der UHF-Aplikator befindet.
-
Mit dieser Vorrichtung wird ein vorgeformter Körper im ersten Formwerkzeug
gestaltet, der dann der UHF-Energie im UHF-Applikator ausgesetzt wird und unmittelbar
danach mit dem zweiten Formwerkzeug zu der gewünschten endgül -tigen Form geformt
wird.
-
ist vorteilhaft, wenn in der Herstellungsstraße hinter dem zweiten
Formwerkzeug eine Nachheiz- oder Temperstrecke angeordnet ist, mit der die Oberfläche
des durch die UHF-Aufheizung noch warmen fertig geformten Körper vor einer Abkühlung
vor Beendigung der Reaktionszeit bewahrt wird.
-
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, wenn der UGF-Applikator
in das erste Formwerkzeug eingebaut ist oder Teil des Formwerkzeuges ist.
-
Es ist vorteilhaft, wenn das erste Formwerkzeug der Spritzkopf eines
Schneckenextruders, eine Preß- oder Spritzgußform bzw. mindestens einer der Materialfließwege
der Form, eine latritze oder ein Kalander ist.
-
Und wenn das zweite Formwerkzeug eine ia'tritze, ein Kalander,
ein
Spritzkopf eines Schneckenextruders oder ein Preß.werkzug ist.
-
Dt's Wesen der vorlieaenden Erfindung ist nachstehend anhand ven in
der zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeis@ielen näher erläutert. Es
zeigen: eine Vorrichtun mit einem Schneckenextruder zur Vorformung und einem Kalander
zur Fertigformung, Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem Extruder zur Vorformung und
einer Matritze zur Fertigformung, Fig. 3 einen Schneckenextruder, zwischen dessen
Zylinder und Spritzkopf ein UHF-Applikator angeordnet ist, Fig. 4 einen Schneckenextruder,
in dessen Spritzkopf der UHF-Applikator eingebaut ist, Fig. 5 eine Vorrichtung mit
einem Preßzylinder für die Verformung und einer Presse für die Fertigformung, Fi.
6 eine Snritzaußmaschine, bei der der UHF-Applikator Teil des Zylinders ist, in
einer Stellung zu Beginn des Rückhubes der Schnecke, Fi. 7 die Spritgußmaschine
der Fig. 6 in einer Stellung vor dem Spritzvorgang.
-
In Fig. 1 wird in einem Schneckenextruder, der aus einem Zvlinder
1, einer Schnecke 2 und einem Antriebsaggregat 3 besteht, aus Material, das in den
Trichter 4 eingegeben wird, ein Strang 5 gepreßt, der eine Form hat, die für die
Einführung von UHF-Energie besonders günstig ist. Zweckmässigerweise
wird
diese Form radialsymmetrisch sein, es kann ein voller oder ein rohrförmiger Strang
sein, es können aber auch andere Formen sein, je nachdem, wie das UHF-Feld im Inneren
des Applikators 6 geometrisch gestaltet ist. Der Strang 5 wird über den Transporteur
7 in den UHF-Applikator 6 eingeführt, der über den UHF-Anschluß8 mit einem nic ht
dargestellten UH?-Generator verbunden ist.
-
Der Strang 5 verlässt den UHF-Applikator 6, um direkt dahinter in
den Kalander 9 mit den beiden Walzen 10 eingeführt zu werden, in welchem der Strang
5 seine endgültige Form, z.Bs große Breite, erhalt. Dieser endgültig geformte Körper
11 wird mittels eines Transportbandes 12 abgefülirt Im Ausführungsbeispiel der Fig.
2 wird als vorgeformter Körper ein Strang 5 in dem Schneckenextruder 1,2,3,4 erzeugt,
der in dem UHF-Applikator 6 mit UH2-2nergie beaufschlagt wird. Am Ende des UHF-Applikators
6 ist eine Matritze 13 angeordnet, die der Fertigformung des Stranges 5 dient. Dieser
fertig geformte Strang 5 wird über ein Abzugswalzenpaar 14 abgezogen, sofern er
mit Zug in dieser Herstellungsphase belastet werden kann. In anderen Fällen lässt
man das Produkt unter einfluß der Schwerkraft austreten und belastet es erst nach
vollständiger Vernetzung mechanisch.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist ein Schneckenextruder, der aus
einem Zylinder 1, einer Schnecke 2, einem Antrieb 3 und einem Einzeltrichter 4 besteht,
mit einem herkömmlichen Spritzkopf 15 versehen. Zwischen diesem Spritzkopf 15 und
dem Zylinder 2 des Schneckenextruders ist ein UHF-Applikator 16 angeordnet, der
mittels der Flansche 17 an Flansche des Zylinders 2 und des Spritzkopfes 15 angeflanscht
ist, ein Gehäuse aufweist und im Inneren einen Keramikkörper 19 aufweist. ueber
die Einkopplungsvorrichtung 20 wird UH2-nergie in das Innere des Applikators eingeführt.
Dieser UHF-Applikator 16 kann eine Resonanzkammer sein,
deren metallenes
Gehäuse 18 die Kammer umschließt, in der der unpolare Kerarikeinsatz 19 einen Fließweg
für das polare Kautschuk- oder Kunststoffmaterial der Einwirkung der UHF-Ener¢ie
eingesetzt wird. Am Anfang dieses FlieB-weges erhält das polare Kautschu@ - und/oder
Kunststoffmaterial seine Vor.forrn, die endgültige Form erhält das Material im Spritzkopf
15.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der UHF-Applikator in den an
den Schneckenextruder 1 - 4 anaeflanschten Snritzkonf integriert.Dieser Spritzkonf
weist ein metallenes Gehäuse 21 suf, welches mittels eines Flansches 22 an den Flansch
des Zvlinders 2 des schneckenextruders anaeflanscht ist. In diesem metallenen Gehäuse
ist ein Einsatz 23 aus Keramikmaterial und eine Einkopplungsvorrichtung 24 für UHF-Energie.
Innerhalb des Keramikeinsatzes 23 befindet sich ein Fließweg für das zu extrudierende
blaterial, welcher sich verengt und sich allmählich der Form der atritze 25 anpaßt,
die den Abschluß des Spritzkopfes bildet. In dem Gehäuse 21 befindet sich - in Extrusionsrichtung
gesehen - hinter dem Keramikeinsatz 23 ein Metalleinsatz 25, in den ebenfalls Fließwege
eingearbeitet sind. Dieser Metalleinsatz 25 wird verwandt, um nach der Vorformung
des zu extrudierenden Materials im Keramikeinsatz 23 den komplizierten Teil der
Fließwege zwischen dem Schneckenextruder und der Matritze 25 aufzunehmen.
-
Dieser Metalleinsatz 26 ist ebenso wie der Keramikeinsatz 23 und die
Matritze 25 austauschbar. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem Keramikeinsatz,
aber verschiedenen Metalleinsätzen und noch mehreren Matritzen 25 eine Gattung von
Materialsträngen zu erzeugen. Durch den Einsatz eines anderen keramischen Einsatzes
23 und mehreren anderen
metallischen Einsätze 26 und noch einer
weiteren Anzahl von @atritzen 25 kann eine andere Gattung von Prefilsträngen erzeugt
werden. Die hier erfolgte Integration des UHF-Applikaters in den Smitzkopf bringt
somit nicht nur eine Verkürzung der Vorrichtung, sondern darüber hinaus auch. weitere
Vor+eile kenstruktiver Art r.it sich.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird Kunststoffmaterial in den Zvlinder
27 über den Trichter 28 eingefüllt. Dieses Kunststoffmaterial in Form von Granulat
oder einer hochviskosen Schmelze wird mittels rZes Kolbens 29 unter Druck gesetzt
und in der Diese 30 zu einem vorgeformten Körner geformt. Der hier austretende Strang
wird mittels der Schneidvorrichtung 31 in Teile geschnitten, die mittels des Transportbandes
32 in den UHF-Applikator 33 eingeführ und durch diesen hindurch transportiert werden.
Die im UHF-Applikater 33 mit UHF-Energie behandelten laterialstücke werden dann
auf das verschiebbare Transnorthand 34 übergeben und von diesem in die Presse 35
eingeführt und in dem Gesenk Sb der Presse abgelegt. Am lande des Ablegevorganges
befindet sich das verschiebbare Transportband 34 außerhalb der Presse, so daß der
Pressenstempel 37 mit Hilfe der Pressenantriebsvorrichtung 38 niedergedrückt werden
kann.
-
Ein weiteres Ausführungsbeisiel ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
Hier ist es eine Spritzgußmaschine, in der das polare Kautschuk- und/oder Kunststoffmaterial
vorgeformt wird, um dann mit einem UHF-Applikator mit UHF-Energie versehen zu werden
wonach das rit UHF-Energie versehene Material in die Form 39 einesnritzt wird. *.s
ist
nicht näher darestellt, daß diese Form 39 zweiteilig ist und eine Vorrichtung zum
Auseinanderfanren der Formteile aufweist. Die Spritzgußmaschine weist einen Zylinder
40 auf, in welchem eine Schnecke 41 drehbar mittels des Antriebes 42 einer die @elle
45 angeordnet ist. Diese Schnecke 41 ist auch in dem Zylinder 40 verschiebbar. Hierzu
dient der Kolben 43, der in dem Zylinder 44 mittels eines Druckmittels verschiebbar
ist. Das besondere an dieser Spritzgußmaschine ist es, daß der - in Materialförderrichtung
seinen - letzte Teil des Zylinders 40 als U'--iF-Applikator ausgebildet ist. Und
zwar ist hier im letzten Teil der Durchmesser der Zylinderaußenwand erweitert, um
einen Keramikeinsatz 46 aufzunehmen, der den gleichen Innendurchmesser wie der vordere
Teil des Zylinders 40 aufweist. Für die mechanische Bearbeitung des Materiales ergibt
sich daher keine nderung: Beim Einziehen von Material durch den Trichter 47 bei
sich drehender Schnecke 41 wird dieses Material nlastifiziert. -ährend dieses Arbeitsvorganzes
wird Sie Schnecke 41 nach links, also von der Form 39 wea, gedrückt. Da der Innendurchmesser
des Zylinders 40 aucn in dem bereich des Keramikeinsatzes 46 beständig gleich bleibt,
arbeitet bei dieser Plastifizierung des Materials die Spritzgußmaschine wie eine
herkömmliche Spritzgußmaschine. Hat die Schnecke die Stellung der Fig. 7 erreicht,
so besteht die Möglichkeit, das UHF-Feld durch Einführung in die UHF-Einführungsvorrichtung
48 einzuführen und damit das ateriil, das sicn innerhalb des Keramikeinsatzes 46
befindet, mit Ur1F-Eneraie zu beaufssnlarren. Danacn besteht die @öglichkeit, das
mit UHF-Energie beaufschlagt M@@@ In die Forn 39 einzunressen, in dem ein Druckmittel
in den Raum 49 des Druckmittelzylinders 44 eingeführt wird. Sobald die Schnecke
41 in den Kerantikeinsatz 46 eintritt, bricht
das UHF-Feld im Keramikeinsatz
40 zusammen. Denn die Resonatorkammer, die durch die erweiterte netallische Außenwandung
des Zylinders 40 und den Keramikeinsatz 40 gebildet ist, wird durch das eintreten
der Schnecke in den Innenraum des Keramikeinsatzes verstimmt, so daß von nun an
dem @aterial kaum noch UHF-Energie zugeführt wird.
-
as zieht eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten bei der gestaltung
einer solchen Spritzgußmaschine. Die Schnecke kann sehr viel weiter zurückgezogen
werden als es in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. In einem solchen Falle wird man
zu Beginn des Spritzvorganges zuerst das UHF-Feld einschalten, dann die Schnecke
41 in Bewegung setzen und dann, wenn die Schneckenspitze den Keramikeinsatz 46 erreicht,
das UHF-Feld wieder ausschalten.
-
Ein Keratnikeinsatz 46 ist nicht unbedingt erforderlich, wenn er erforderlich
ist, kann er auch andere Gestalt aufweisen.
-
ein Keramikeinsatz kann beispielsweise lediglich zur Aufnahme der
Einkonpelglieder für die UHF-Energie dienen. Ist kein Keramikeinsatz vorgesehen,
dann erstreckt sich der Zylinder 40 mit unverändertem Innenquerschnitt vom Trichter
47 zur Form 39. In diesem Falle dient der Zylinderabschnitt, welcher vor Beginn
des Snritzvorganaes nicht von der Schnecke 41 ausgefüllt ist, als Resonatorkammer.
Sobald dann fr den Spritzvorgang die Bewegung der Schnecke 41 durch Einlassen von
Druckmittel in den Innenraum 49 des Druckmittelzylinders 44 beginnt, verändert sich
das Volumen der Resonatorkammer, wodurch im allgemeinen das UHF-Feld im Inneren
dieser Kammer zusammenbricht.
-
In diesem Ausführungsbeispiel der Fia. 6 und 7 wird eine Vorformung
dadurch vorgenommen, daß plastifiziertes Material
in den Raum des
Zylinders 4o vor der Form 39 hineingefördert wird. Die vorgeformte Masse hat somit
die Form des Innenraumes des Zylinders. Diese vorgeformte Masse, die einen vorgeformten
Körper bildet, der durch die Zvlinderinnenwandungen bzw. die Innenwandungen des
Keramikeinsatzes 46 i7 ihrer Form gehalten wird, wird dann der UHF-Energie ausgesetzt,
wonach der in dieser Weise vorgeformte Körßer fertig geformt wird, indem er in die
Form 39 hineingedrückt wird.
-
Es aibt viele Möglichkeiten der Ausführung. Man kann die genannten
Formwerkzeuge für die Herstellung des vorgeformten Körpers beliebig untereinander
austauschen und man kann das Formwerkzeug für die Herstellung der Fertigform ebenfalls
nahezu beliebig gegeneinander austauschen. ?4an kann für die Fertigformung soger
Schneckenextruder verwenden, wenn nur der Durchgang des Materiales durch dosen Schnecke
extruder außerordentlich kurz ist,