-
Die Erfindung betrifft ein Kaltkanalwerkzeug, bzw.
einen Kaltkanalblock für
die Verarbeitung und Herstellung geformter durch Hitze vulkanisierende Elastomere
bzw. elastomerartiger Werkstoffe. Das erfindungsgemäße Werkzeug
weist neben den bekannten und üblichen
Merkmalen, die auf Grund der bestimmungsgemäßen Funktion vorhanden sein müssen, eine
auf formschlüssigen
verspannbaren Bauelementen basierende, im wesentliche befestigungsmittelfreie,
insbesondere schraubenfreie Verschlussvorrichtung der Anguss- bzw.
Fließkanäle des Kaltkanalblocks
auf, die es ermöglicht
auf einfache und schnelle Weise dieselbigen zu reinigen oder zu warten,
ohne dass das eingepresste elastomere Rohmaterial an den Nahtstellen
bzw. Begrenzungs-/Trennflächen
der entsprechenden Kaltkanalblock-Einheiten durch die üblicherweise vorherrschenden
hohen Einpressdrücke
austritt und so zu unerwünschter
Gratbildung mit all den bekannten Folgenachteilen an diesen Stellen
und für
die Vorrichtung insgesamt fuhrt.
-
Bei der Herstellung von Elastomerformteilen mit
entsprechenden Hohlwerkzeugen wird der fließfähige Rohgummi unter Druck in
die erhitzte Form eingespritzt und dort auf Grund der Erhitzung
ausvulkanisiert. Prinzipiell unterscheidet man dabei Heiß- und Kaltkanalsysteme.
Bei den Erstgenannten wird über
eine Maschinendüse
in das insgesamt erwärmte
Formwerkzeug eingespritzt, wobei auch das in den Angusskanälen verbleibende
Material vulkanisiert und somit entformt werden muss. Heisskanalwerkzeuge
haben jedoch den Vorteil, dass im Gegensatz zum Kaltkanalsystem
keine getrennten Heiz- und/oder Kühlsysteme, die überdies
gegeneinander isoliert sein sollten, verwendet werden müssen.
-
Im Gegensatz dazu wird beim Kaltkanalverfahren
im Angussbereich des Kaltkanaleinsatzes eine geeignete Temperatur
eingehalten, die tiefer ist als die Härtungs-, bzw. Vulkanisierungstemperatur der
elastomeren Formmasse. Auf diese Weise wird ein Aushärten der
Formmasse in den Anguss- bzw. Fließkanälen und somit auch ein Materialverlust
vermieden. Erst beim Übergang
in das eigentliche Form- oder Vulkanisationswerkzeug wird durch
entsprechende Heizung das Rohmaterial so hoch erhitzt, das nach
Austritt aus dem Kaltkanalwerkzeug die Vernetzungsreaktion im Formwerkzeug
bzw. den Formnestern einsetzt.
-
Kaltkanalsysteme müssen jedoch
auf Grund der relativ niedrigeren Temperatur und der damit verbundenen
hohen Zähigkeit
und des Reibungskoeffizienten, insbesondere im Bereich der Eintrittsdüse und der
Angusskanäle
oberhalb der Austrittsdüsen, mit
verhältnismäßig hohen
Drücken
betrieben werden, damit eine zufrieden stellende Fließgeschwindigkeit
im Angusskanalsystem erzielt werden kann. Dieser Druck ist um so
höher je
mehr separate Kanäle
und Austrittsdüsen
das System enthält,
um möglichst
viele Formnester im Formwerkzeug zu befüllen. Je nach verwendeten Elastomer
und individueller Bauart des Kaltkanalblocks müssen Einspritzdrücke zwischen
300 und 3000 bar aufgebracht werden.
-
Bei vielen gängigen und brauchbaren Kaltkanalsystemen
des Standes der Technik werden die Anguss- bzw. Fließkanäle durch
Ausformungen zweier aufeinander liegender Bauteile gebildet. Dabei kann
die Ausformung in beiden Teilen, aber auch nur in einem der Teile
vorliegen. Durch Abnehmen zumindest eines derartigen Elementes können so
die Kanäle
freigelegt und gereinigt werden. Die entsprechenden Abdeck- oder
Verschlusselemente werden dabei durch Befestigungsmittel, in der
Regel Verschraubungs-Konstruktionen, zusammengehalten. Dabei treten
oft Dichtigkeitsprobleme in der Weise auf, dass Elastomer-Rohmaterial an den
Nahtstellen der Kanäle,
insbesondere an den Umlenkstellen in die Trennflächen der zusammenhaltenden
Teile gepresst wird.
-
2 stellt
einen Kaltkanalblock (6) des Standes der Technik dar, bei
dem eine obere Platte, deren Unterseite die obere halbzylindrische
Bohrung des Kaltkanals (2) aufweist, mit dem restlichen
Teil des Kaltkanalblocks, dessen Oberseite passgenau die untere
halbzylindrische Bohrung des Fließkanals (2) darstellt,
mittels mehrerer Schrauben (5) miteinander verspannt wird.
Dieser geteilte Kaltkanalblock hat den Nachteil, dass es zu Gratbildungen
an der Trennfläche
(3) bedingt durch den Einspritzdruck kommt. Auf diese Weise
kann sich im Extremfall elastomeres Rohmaterial auf der gesamten
Fläche
zwischen den Teilblöcken
verteilen, was zu Undichtigkeiten bis hin zum Systemausfall durch Öffnung des
Blockes führen
kann. Ferner wirken sich die notwendigen zahlreichen Schrauben sehr
nachteilig in Bezug auf Wartung und Reinigung der Kanäle aus und
stören überdies
die Temperierbohrungen (4) des Kaltkanalsystems.
-
1 stellt
einen gebohrten Kaltkanalblock des Standes der Technik dar, welcher
keine getrennten Blöcke
wie im obigen Fall aufweist, sondern Umlenkstücke, die in Verlängerung des
Verteilerkanals senkrecht zu den Ein- und Austrittsdüsen angebracht sind,
Diese Umlenkstücke
werden durch entsprechende Bohrungen, die direkt auf die Umlenkstellen der
Fließkanäle gerichtet
sind, sowie passende Verschlussvorrichtungen inklusive Dichtungen
gebildet. Mittels einer derartigen Anordnung wird eine Gratbildung
oder gar ein Öffnen
des Kaltkanalblocks weitgehend verhindert. Das System hat jedoch
den Nachteil, dass es auf Grund der schweren Zugänglichkeit das Kanalsystem
schwierig und zeitaufwendig zu reinigen ist, was sich insbesondere
bei Mischungswechsel oder Störungen,
die vorzeitige Ausvulkanisierungen zur Folge haben, auswirkt. Ferner
ist die Herstellung der Umlenk- und Verzweigungstellen auf Grund
der notwendigen Präzision
aufwendig und schwierig.
-
3 stellt
einen mit einem Rohrsystem versehenen Kaltkanalblock des Standes
der Technik dar. Dieser ähnelt
dem Block der 1, besitzt
jedoch darüber
hinaus Rohrmanschetten (1) und Umlenkstücke (6), die im kritischen
Bereich die Fließkanäle umgeben,
und so ein Auseinandertriften der geteilten Blöcke des Kaltkanalblocks verhindern.
Dieses Lösung
ermöglicht
eine sehr gute Zugänglichkeit der
Fließkanäle, besitzt
jedoch den Nachteil eines hohen Aufwandes bei der Wartung bzw. Zerlegung und
Wiederaufbau des Systems. Überdies
sind derartige Kaltkanalblöcke
aufwendig and damit teuer bei ihrer Fertigung.
-
Wie dargelegt sind die Kaltkanalsysteme
des Standes der Technik entweder sehr wartungsfreundlich aber sehr
nachteilig im Bezug auf Gratbildung bzw. Dichtigkeit des Systems,
oder aber umgekehrt sie zeigen brauchbare Dichtigkeitseigenschaften
und verminderte Gratbildung bei sehr hohen Anforderungen an Zugänglichkeit,
Herstellung oder Wartung. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die genannten Nachteile zu beseitigen, ohne dabei Gratbildung
und/oder Undichtigkeiten des Systems in Kauf zu nehmen. Diese Aufgabe
wurde durch die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Kaltkanalwerkzeuges, wie
er folgend und durch die Ansprüche
definiert wird, gelöst.
-
Gegenstand der Erfindung ist somit
ein Kaltkanalwerkzeug bestehend im wesentlichen aus einem Kaltkanalblock
(6), und beweglichen und entfernbaren Fließkanal-Verschlussvorrichtungen
(1) (3), einer Eintrittsdüse (7) und mindestens
zwei Austrittsdüsen
(8), sowie ein mit jeweils diesen verbundenes Fließkanalsystem,
bestehend aus in ihrer Anzahl der Zahl der Austrittsdüsen entsprechenden,
waagrechten (2) und senkrechten (2a) Fließkanälen. Dabei
besitzt der Kaltkanlblock an seiner oberen die Eintrittsdüse aufweisenden
Seite Profilöffnungen
(9), welche in Zahl und Orientierung der waagrechten Fließkanäle (2)
entsprechen und die Verschlussvorrichtungen druckstabil aufnehmen.
Ein derartiger Kaltkanalblock ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet und
unterscheidet sich insbesondere somit vom bekannten Stand der Technik,
dass jede der Verschlussvorrichtungen (1)(3)(a)
aus einem oder mehreren dem Profil der Öffnung (9) angepassten
verspannbaren Bauelementen besteht, welche durch waagrechtes Einschieben
in die jeweilige Profilöffnung
mit dem Kaltkanalblock (6) und gegeneinander verspannt
werden und somit den jeweiligen waagrechten Fließkanal (2) druckstabil
abschließen. Fernen
weisen erfindungsgemäß diese
verspannbaren Bauelemente keine zusätzlichen Befestigungsmittel,
wie beispielsweise Verschraubungen, die sie mit dem Kaltkanalblock
(6) in vertikaler Richtung verbindet.
-
In einer besonderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht die Fließkanal-Verschlussvorrichtung,
bzw. die verspannbaren Bauelemente aus zwei übereinander positionierten,
gegeneinander gerichteten Keilstücken.
Es sind jedoch auch andere verspannbare Bauelemente einsetzbar, wie
beispielsweise Spannscheiben oder Excenterstücke oder -scheiben, wie sie
im Stand der Technik an sich bekannt sind.
-
Die waagrechten Fließkanäle (2)
liegen als Ausformungen entweder vollständig auf der Unterseite der
Verschlussvorrichtung bzw. im Kaltkanalblock (6) innerhalb
der Profilöffnung
(9) oder aber zu verschiedenen Teilen, beispielsweise hälftig, in
beiden Bauelementen zugleich vor. Gegenstand der Erfindung ist aber
insbesondere ein entsprechendes Kaltkanalwerkzeug, bei dem die verspannbaren
Bauelemente der Verschlussvorrichtung zwei übereinander positionierte,
gegeneinander gerichtete Keilstücke
sind, worin das untere Keilstück
an seiner Unterseite die vollständigen
Aussparungen des betreffenden waagrechten Fließkanals (2) aufweist.
Diese Ausführungsform
hat überdies
den Vorteil, dass einzelne Kanäle
oder Verteiler auf Grund der beschriebenen einfachen Bedienbarkeit
bei Bedarf verschlossen (durch einfaches Einsetzen von Keilstücken ohne
Aussparung) und damit deaktiviert werden, wodurch die Flexibilität der vorliegenden
Konstruktionen in Bezug auf unterschiedliche Einsetzbarkeit und Verwendungszwecke
im Hinblick auf die herzustellenden elastomeren Formartikel deutlich
erhöht
werden kann. So kann beispielsweise aus einem Vierfachverteiler
einfach ein Zweifachverteiler hergestellt werden, ohne dass dabei
ein Totvolumen erzeugt werden muss.
-
Das erfindungsgemäße Kaltkanalwerkzeug vereinigt
die Vorteile der einzelnen im Stand der Technik bekannten und oben
beschriebenen Vorrichtungen in sich. Die Konstruktion gewährt einen schnellen
Zugang zu den Fließkanälen und
sichert somit eine rasche und kostengünstige Wartung und Reinigung
des Kaltkanalblocks. Trotz dieser Eigenschaften ist ein Öffnen bzw.
ein Undichtwerden des Werkzeuges bedingt durch hohe Einspritzdrücke auf Grund
der Keilelemente nicht mehr möglich.
Arbeitsdrücke
bis zu etwa 1500 bar sind somit problemlos verwendbar. Bei höheren Drücken bis
zu ca. 3000 bar kann die Dichtigkeit durch zusätzliche erfindungsgemäße Vorrichtungen,
beispielsweise Spannschrauben, gewährleistet werden, die an den
verspannbaren Bauelementen der Verschlussvorrichtung (1)(3)
angebracht werden können.
Derartige Spannvorrichtungen (5) bewirken, dass, wie in 4 gezeigt, die Keilelemente
(1) und (3) fester mit dem Werkzeugblock verspannt
werden können und
somit Verschließungselement
und Werkzeugblock, welche durch die besagten Ausformungen den Fließkanal bilden,
mit großer
Kraft gegeneinander gedrückt
werden. Die Vorrichtung benötigt,
selbst bei sehr hohen Drücken
auf die Fließkanäle keine
zusätzlichen
vertikal gelagerten Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben, welche
Verschlusselemente und Werkzeugblock direkt miteinander fest verbinden.
-
Gegenstand der Erfindung ist also
ferner insbesondere ein entsprechendes Kaltkanalwerkzeug, bei dem
die keilförmigen
Bauelemente (1) und (3) und der Kaltkanalblock
(6) durch eine Spannvorrichtung (5), vorzugsweise
Verschraubungsvorrichtungen, gegeneinander verspannt werden.
-
Ein weitere Vorteil des erfindungsgemäßen Kaltkanalwerkzeuges
ist, dass die entsprechenden Keilelemente sehr schnell und einfach
aus dem Block entfernt und in diesen hinein geschoben werden können. Es
entfällt
zeitaufwendiges Lösen
der Befestigungsmittel wie bei den im Stand der Technik verwendeten
Kaltkanalblöcken.
-
Die Fließkanäle des erfindungsgemäßen Kaltkanalwerkzeuges
können
verschiedenartige geometrische Formen aufweisen, wobei zylindrische, rechteckige
oder trapezförmige
Ausgestaltungen bevorzugt sind.
-
Der Kaltkanalblock gemäß der vorliegenden Erfindung
kann je nach Brauchbarkeit mit einem Zweifach-, Vierfach-, Sechsfach-
oder Achtfachverteiler ausgestattet sein, der mit der Einspritzdüse verbunden
ist. Dementsprechend sind zwei, vier, sechs oder acht erfindungsgemäße Verschlussvorrichtungen
notwendig. Wie bereits oben dargestellt, können dabei sehr einfach und
schnell einzelne Stränge
oder ganze Verteiler durch Verwendung entsprechend gestalteter Keilstücke, bzw.
anderer funktionsgleicher Bauelemente stillgelegt werden.
-
Erfindungsgemäß können auch zwei oder mehrere
derartiger Kaltkanalbblöcke
miteinander verbunden werden, um so eine Vielzahl von Formnestern
mit einem Arbeitsgang zu bedienen. Gegenstand der Erfindung ist
daher auch ein Kaltkanalsystem, bestehend aus zwei oder mehreren
mit einander verbundenen Kaltkanalwerkzeugen, wie oben und in den
Ansprüchen
beschrieben.
-
Die Fließkanäle, die zu einem Verteiler
und einer Eintrittsdüse
gehören,
können
radial oder in anderer Geometrie, beispielsweise eine H- oder Gitteranordnung,
zur Eintrittsdüse
angeordnete sein, Gegenstand der Erfindung ist aber insbesondere
ein entsprechendes Kaltkanalwerkzeug, bei dem die Fließkanäle (2, 2a)
radial zur Eintrittsdüse
angeordnet sind und jeweils im unteren Bereich derselbigen münden (Radialverteiler).
-
Gegenstand der Erfindung ist letztlich
die Verwendung des erfindungsgemäßen Kaltkanalwerkzeuges
zur insbesondere industriellen Herstellung von geformten vulkanisierten
Elastomerprodukten vorzugsweise für den Maschinenbau und der
Automobilindustrie.
-
Das Kaltkanalwerkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung entspricht außer
den dargelegten erfindungsgemäßen Merkmalen
ansonsten den bekannten für
diese Zwecke einsetzbaren Werkzeugen. Insbesondere ist es aus den
gleichen Materialen anzufertigen und besitzt weitere übliche Funktionen, wie
Heizungselemente, Temperierbohrungen, Wärmeisolationsvorrichtungen,
etc.
-
Kurze Beschreibung der
Abbildungen:
-
1 stellt
einen gebohrten Kaltkanalblock des Standes der Technik dar:
-
- 1
- Wärmeisolationsschicht
- 2,
2a
- Fließkanäle
- 3
- Umlenkeinrichtung
mit Bohrung
- 4
- Temperierbohrung
- 5
- Dichtungen
für Umlenkeinrichtung
- 6
- Kaltkanalblock
- 7
- Eintrittsdüse
- 8
- Austrittsdüse
-
2 stellt
einen geteilten Kaltkanalblock des Standes der Technik dar:
-
- 1
- Wärmeisolationsschicht
- 2,
2a
- Fließkanäle
- 3
- Trennfläche Verschließungsvorrichtung/Kaltkanalblock
- 4
- Temperierbohrung
- 5
- Befestigungsschrauben
- 6
- Kaltkanalblock
- 7
- Eintrittsdüse
- 8
- Austrittsdüse
-
3 stellt
einen Kaltkanalblock des Standes der Technik dar, welcher mit einem
Rohrsystem ausgestattet ist:
-
- 1
- Rohrhülsen
- 2,
2a
- Fließkanäle
- 3
- Trennfläche Verschließungsvorrichtung/Kaltkanalblock
- 4
- Temperierbohrung
- 5
- Befestigungsschrauben
- 6
- Umlenkrohrhülse
- 7
- Eintrittsdüse
- 8
- Austrittsdüse
-
4:
stellt zwei verschiedne Schnitte eines Kaltkanalblock gemäß der Erfindung
dar, welcher formschlüssige
Keilelemente als Verschließungsvorrichtung
aufweist:
-
- 1
- oberes
Verschließungselement,
keilförmig
- 2
- waagrechter
Fließ-,
bzw. Angusskanal
- 2a
- senkrechter
Fließ-,
bzw. Angusskanal
- 3
- unteres
Verschließungselement,
keilförmig
mit Bohrung für
-
- Verspannvorrichtung
- 4
- Temperierbohrung
- 5
- Spannschraube
- 6
- Kaltkanalblock
- 7
- Eintrittsdüse
- 8
- Austrittsdüse
- 9
- Profilöffnung im
Kalkanalblock zur Aufnahme der
-
- Verschließungselemente
-
5 gibt
zwei 3D-Ansichten wieder eines Kaltkanalblockes gemäß der Erfindung
basierend auf einen Vierfachverteiler
-
- 1
- oberes
Verschließungselement,
keilförmig
- 2
- waagrechter
Fließ-,
bzw. Angusskanal
- 2a
- senkrechter
Fließ-,
bzw. Angusskanal
- 3
- unteres
Verschließungselement,
keilförmig
mit Bohrung für
-
- Verspannvorrichtung
- 6
- Kaltkanalblock
- 7
- Eintrittsdüse
- 9
- Profilöffnung im
Kalkanalblock zur Aufnahme der
-
- Verschließungselemente.
-
Die Abbildungen geben lediglich bevorzugte Beispiele
der Erfindung sowie des Standes der Technik in beispielhafter Weise
wieder. Sie sind in keiner Weise beschränkend und schließen andere
funktionsgleiche oder funktionsähnliche
Ausführungsformen
nicht aus.
-
Das erfindungsgemäße Kaltkanalwerkzeug funktioniert
in der Weise, dass fließfähiges elastomeres
Rohmaterial durch die Eintrittsdüse
(7) mit den genannten hohen Drücken in den Kaltkanalblock
gepresst wird. Das Rohmaterial füllt
entsprechend des gewählten
Verteilers die Fließkanäle (2, 2a)
aus und wird in Richtung der Austrittsdüsen (8) bewegt. Im unteren
Teil des Blocks befindet sich eine Heizungseinrichtung, die den
unteren Teil des Blocks stärker erwärmt als
den oberen Teil. Die Bereiche unterschiedlicher Temperatur sind
durch eine Wärmeisolationsschicht
von einander getrennt. Während
im oberen, der Eintrittsdüse
zugewandten Teil Temperaturen zwischen etwa 50 und 100°C vorliegen,
die ausreichend sind, um das Rohmaterial gut fließen zu lassen,
ohne dass ein nennenswertes Ausvulkanisieren eintritt, werden im
unteren, dem Formwerkzeug zugewandten Bereich Temperaturen von etwa 150–200°C eingestellt.
Dabei soll aber nach Möglichkeit
verhindert werden, dass das Elastomer bereits in den Austrittsdüsen ausvulkanisiert.
-
Falls das Material nun doch auch
im oberen Bereich der Fließkanäle des Verteilersystems
zumindest teilweise reagiert und fest wird oder aber auch bei Rohmaterialwechsel,
muss der Kaltkanalblock geöffnet
werden. Erfindungsgemäß geschieht
dies durch Entriegeln, bzw Lösen
der Keilstücke
(1) und (3) (4),
gegebenenfalls unter Öffnen
der Spannschrauben (5). Die Keilstücke der einzelnen Verteilerarme
können
nun alle oder gezielt entfernt und die Kanäle gereinigt werden, um anschließend in
ebenso einfacher und rascher Weise wieder in den Kaltkanalblock
(6) eingesetzt und verriegelt zu werden. Durch die vorgeschlagene
Bauweise kann sich der Block durch die hohen Drücke nicht öffnen oder undicht werden,
wie dies beispielsweise bei den geteilten Kaltkanalblöcken des
Standes der Technik (2) trotz
zahlreicher und unpraktischer Verschraubungen des oberen mit dem
unteren Teil des Blockes nicht selten geschieht.