DE19748035A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Vulkanisiervorgangs bei der Vulkanisation - Google Patents

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vulkanisation ei­ nes Kautschukteils, insbesondere eines Reifenrohlings eines Fahrzeu­ greifens, bei dem das Kautschukteil in einer Vulkanisationsform unter Energiezufuhr sowie gegebenenfalls unter Druck vulkanisiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Vulkanisation eines Kautschukteils, insbe­ sondere zur Durchführung des Verfahrens, mit einer beheizbaren Vul­ kanisationsform, in die ein zu vulkanisierendes Kautschukteil einlegbar ist.

Obwohl nachfolgend die Erfindung am Beispiel der Vulkanisation eines Reifenrohlings eines Fahrzeugreifens näher beschrieben wird, ist diese besondere Verwendung nicht einschränkend zu verstehen.

Bei der Vulkanisation wird der Reifenrohling, der aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, in eine geeignete Form eingelegt, wobei unter Einwirkung von Wärme und Druck der Kautschuk des Rohlings vulka­ nisiert wird. Abhängig von den Umständen werden hierbei bestimmte Heiztemperaturen über einen bestimmten Zeitraum angelegt.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wurden diese Heiz­ temperaturen praktisch ausschließlich nach Erfahrungswerten festge­ legt. Dies führt in der Praxis dazu, daß in der Regel zu lange beheizt wird. Neben inkonstanten Ausheizgraden am Vulkanisat, d. h. an dem vulkanisitierten Gummiteil, führt dies zu einem erhöhten Energiever­ brauch.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt darin, daß die ver­ wendeten Materialien unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Be­ dingt durch Materialschwankungen im Batchbetrieb, die Weiterverar­ beitung (beispielsweise Extrusion) oder die Zeitdauer der Lagerung, können sich verschiedene Materialeigenschaften ändern, was zu einem unterschiedlichen Vulkanisationsverhalten führt.

Ein zuverlässiges Vulkanisieren läßt sich somit nur auf der Basis von Versuchen oder Erfahrungswerten erreichen, wobei aber in aller Regel aus Sicherheitsgründen zu lange vulkanisiert wird.

Obwohl die Eigenschaften des Materials schwanken, sind die Vulkani­ sationsbedingungen fest vorgegeben und auf den "worst case" ausge­ legt. Somit wird auf die längste Vulkanisationszeit bzw. maximal erfor­ derliche Energie mit zusätzlicher Sicherheit abgestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vulkanisierverfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei dem nicht optimale, meistens zu lange Heizzeiten vermieden und damit der Energieverbrauch gesenkt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Wesentlich hierbei ist, daß während des Vulkanisiervorgangs einer oder mehrere Parameter des zu vulkanisierenden Kautschukteils erfaßt wer­ den, die geeignet sind, den Fortschritt des Vulkanisierens anzuzeigen, und daß die der Vulkanisationsform zugeführte Energie in Abhängigkeit von der Messung gesteuert oder geregelt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer entsprechenden Meßeinrichtung versehen, die den Vulkanisationszustand mißt.

Die erfaßten Parameter werden von einer Kontrolleinheit verarbeitet. In der Grundform der Erfindung ist vorgesehen, daß zunächst nur die Vul­ kanisationszeit gesteuert oder geregelt wird, was manuell oder auto­ matisch erfolgen kann. In einer Weiterbildung wird zusätzlich die Heiz­ temperatur während des Vulkanisierens über einen Regelkreis oder eine Steuerung nachgeführt, das Abschalten erfolgt wie oben beschrieben.

Alternativ oder zusätzlich kann die zugeführte Wärmemenge gesteuert oder geregelt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt bereits darin, daß keine aufwendigen Versuche mehr durchgeführt werden müssen, um das unterschiedliche Vulkanisationsverhalten einzelner Batches zu testen und zu erfassen. Darüber hinaus wird eine On-Line Messung möglich, die direkt verwendet werden kann, um die Heizdauer sowie gegebenen­ falls die Heiztemperatur des Vulkanisiervorgangs optimal zu steuern oder zu regeln, also in der Regel zu verringern. Es wird weniger Energie verbraucht und die Vulkanisationsform ist über kürzere Zeit belegt.

Weiterhin wird eine Qualitätsverbesserung des Fertigprodukts und eine Steigerung der Kapazität erreicht.

Sobald nach Auswertung des oder der gemessenen Parameter der Vul­ kanisiervorgang beendet ist, kann die Heizung automatisch abgeschal­ tet werden. In diesem Fall liegt ein geschlossener 2-Punkt-Regelkreis vor. Alternativ kann ein Signal erzeugt werden, das einen Bediener in­ formiert, der dann die Heizung abschaltet, den fertig vulkanisierten Rei­ fen entnimmt und einen neuen Rohling einlegt. Hier handelt es sich um eine Steuerung. Selbstverständlich können neben dem Abschalten der Heizung auch das Entnehmen und das Einlegen automatisiert werden.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Änderung der Heiztempera­ tur in Abhängigkeit vom Grad des Vulkanisierens, ebenfalls durch eine automatische Regelung oder eine manuell vorzunehmende Steuerung. So kann beispielsweise für das Einleiten des Vulkanisierens eine höhere Temperatur erforderlich sein als für das tatsächliche Vulkanisieren. Grund hierfür ist, daß der Kautschuk zunächst aktiviert werden muß, ehe die Vulkanisation beginnt. Es kann somit eine vorgegebene Tempe­ raturkurve abgefahren werden.

Sowohl in der Grundform als auch in der Weiterbildung wird die Rege­ lung bevorzugt.

Als mögliche zu messende Parameter kommen insbesondere der spezi­ fische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit der Kautschuk­ mischung in Frage. Bevorzugt wird nicht nach absoluten Werten vor­ gegangen, sondern die Änderung des oder der Parameter erfaßt. So hat sich bei manchen Kautschukmischungen ein Absinken des spezifischen Widerstands um den Faktor 100 zwischen Beginn und Ende des Vul­ kanisierens gezeigt. Diese große relative Änderung kann gut gemessen werden.

Bei einigen Kautschukmischungen steigt der spezifische Widerstand bei Beginn des Vulkanisierens zunächst auf ein Maximum an und fällt im weiteren Verlauf wieder ab. Hier kann das Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dem gemessenen Istwert verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Änderung des gemessenen Parame­ ters über die Zeit als Kriterium verwendet werden.

Selbstverständlich kann aber auch eine Regelung nach Absolutwerten erfolgen.

Die Messung kann kontinuierlich oder in bestimmten, auch wechseln­ den Zeitabständen erfolgen. Es ist ebenfalls möglich, zunächst den An­ fangswert zu erfassen und die zweite sowie gegebenenfalls weitere Messungen erst nach Verstreichen einer bestimmten Zeit, die erfah­ rungsgemäß stets benötigt wird, durchzuführen. Die Messungswieder­ holung kann intelligent vorgenommen werden, also von den bereits erfaßten Meßwerten abhängen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Meßeinrichtung verse­ hen, die mindestens einen Meßfühler aufweist. Die Meßeinrichtung kann in bereits vorhandene Vulkanisationsformen nachgerüstet werden und ist bevorzugt direkt in die Oberfläche der Vulkanisationsform ein­ gebettet. Sie kann hierbei in einer Vertiefung angeordnet sein.

Wird der Meßfühler an der Innenseite der Vulkanisationsform am Au­ ßenumfang angeordnet, so ist er nach dem Einlegen des Reifenrohlings und dem Schließen der Vulkanisationsform in Kontakt mit der aus Kau­ tschuk bestehenden Lauffläche.

Der Meßfühler dringt in das Kautschukmaterial ein. Bei Reifenrohlingen liegt die ideale Eindringtiefe zwischen dem Nylongürtel und der Lauf­ streifenunterseite. Hier ist die Schwachstelle betreffend die Tempera­ tur, d. h. der kritische Punkt für die Vulkanisation. Sobald aus dieser Stelle der Abschluß der Vulkanisation gemessen wird, kann von einer vollständigen Vulkanisation des Reifenrohlings ausgegangen werden.

Aus diesem Grund ist der Meßfühler der Meßeinrichtung auch bevor­ zugt an der Stelle des Reifenrohlings angeordnet, an der der Kautschuk die größte Wandstärke aufweist. Hier kommen der Rand der Lauffläche und/oder der Fuß- bzw. Wulstschutz in Frage. Es kann auch an beiden Stellen gemessen werden.

Für andere zu vulkanisierende Kautschukteile gelten obige Ausführun­ gen sinngemäß.

Vorteilhaft ist der Meßfühler einstellbar, insbesondere radial zur Mitte der Vulkanisationsform, und an den Reifenrohling anpreßbar. Im Regel­ fall wird ein einmaliges Einstellen ausreichend sein, da der Reifenroh­ ling eng an der Innenseite der Form und damit an der Einrichtung an­ liegt.

Der Meßfühler weist vorteilhaft zwei beabstandetete Kontakte aufwei­ sen, zwischen denen gemessen wird. Alternativ kann nur ein Kontakt vorgesehen sein. In diesem Fall ist entweder ein weiterer Kontakt an einem anderen Meßkopf angeordnet oder die Vulkanisationsform selbst dient als zweiter Kontakt.

In den beigefügten Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vulkanisationsform mit eingelegtem Reifenrohling,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Meßfühlers.

Die in Fig. 1 dargestellte Vulkanisationsform 1 besteht aus eine Reihe von Formsegmenten 2, die auf nicht näher dargestellte Weise mitein­ ander verbunden sind. Ein Reifenrohling 3 ist in die Vulkanisations­ form 1 eingelegt. Mindestens eines der Formsegmente 2 ist mit einer Meßfühler 4 versehen, der über eine Leitung 7 mit der Meßeinrichtung 8 gekoppelt ist (Fig. 2). Die Meßeinrichtung 8 ist mit der Steuerung oder Regelung der Vulkanisationsform 1 gekoppelt. Es ist auch mög­ lich, an einem Formsegment 2 mehrere Meßfühler 4 anzubringen.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist der Meßfühler 4 versetzt zur Mitte des Formsegments 2 angeordnet. Vorteilhaft wird der Meßfühler 4 bis in die Mitte des größten Querschnitts des Rohlings 3 geführt. Zur Befe­ stigung des Meßfühlers 4 in der Vulkanisationsform 1 dient eine in die­ ser vorgesehene Bohrung 5.

Der in Fig. 3 in Einzeldarstellung gezeigte Meßfühler 4 weist zwei be­ abstandete Kontakte 6 auf, zwischen denen die Messung erfolgt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Meßfühler 4 praktisch in die Oberfläche des Formsegments 2 der Vulkanisationsform 1 eingebettet. Eine Verstellung in radialer Richtung kann beispielsweise dadurch erfol­ gen, daß zwischen den Meßfühler 4 und der Oberfläche des Formseg­ ments 2 Abstandsscheiben eingelegt werden.

Nachfolgend soll die Funktionsweise erläutert werden.

Zunächst wird der Reifenrohling 3 in die Vulkanisationsform 1 einge­ legt, die zum Einlegen geöffnet ist. Beim Verschließen wird der Meß­ fühler 4 automatisch in den Reifenrohling 3 eingepreßt oder angepreßt. Es kann dann der Anfangswert des spezifischen Widerstands des Kau­ tschuks gemessen werden.

Anschließend wird die Vulkanisationsform 1 beheizt. Hierbei ändert sich der spezifische Widerstand, wobei diese Änderung mittels der Meßeinrichtung 8 gemessen wird. Während des Vulkanisierens wer­ den, falls erwünscht, die Heiztemperaturen nachgeregelt. Sobald die Messung ergibt, daß der Vulkanisiervorgang zu einem gewünschten Prozentsatz oder vollständig abgeschlossen ist, wird die Heizeinrich­ tung abgeschaltet. Versuche haben gezeigt, daß sich der spezifische Widerstand des Kautschuks vom unvulkanisierten zum vulkanisierten Zustand um etwa den Faktor 100 reduziert. Diese Absenkung kann besonders gut erfaßt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, während des Vul­ kanisierens den Fortschritt des Vulkanisierens zu erfassen und die der Vulkanisationseinrichtung zugeführte Energie abhängig von der Mes­ sung zu steuern oder zu regeln. Dies kann über die Heizzeit oder Heiz­ temperatur erfolgen. Durch die Messung des Vulkanisationszustands wird eine unnötige weitere Beheizung der Vulkanisationsform vermie­ den. Hierdurch wird der Energieverbrauch für den Vulkanisiervorgang verringert.

Claims (16)

1. Verfahren zur Vulkanisation eines Kautschukteils (3), insbeson­ dere eines Reifenrohlings eines Fahrzeugreifens, bei dem das Kautschukteil (3) in einer Vulkanisationsform (1) unter Energie­ zufuhr sowie gegebenenfalls Druck vulkanisiert wird, wobei das Kautschukteil (3) mindestens teilweise aus zu vulkanisierendem Kautschuk besteht, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vulkanisiervorgangs mindestens ein Parameter des Kautschuk­ teils (3) gemessen wird, der geeignet ist, den Fortschritt des Vulkanisierens anzuzeigen, und daß die der Vulkanisationsform (1) zugeführte Energie in Abhängigkeit von der Messung gesteu­ ert oder geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Messung die Heizzeit gesteuert oder gere­ gelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Messung die Energiezufuhr, insbe­ sondere die Heiztemperatur und/oder die Energiemenge, gesteu­ ert oder geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine Parameter die elektrische Leit­ fähigkeit des Kautschuks des Kautschukteils (3) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine kontinuierliche oder diskrete Messung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anfangswert des mindestens einen Parameters gemessen wird und die Messung zum ersten Mal nach einer be­ stimmten Zeit wiederholt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Fortschritts des Vulkani­ sierens die Änderung des mindestens einen Parameters verwen­ det wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung im Bereich der größten Wand­ stärke des zu vulkanisierenden Kautschuks des Kautschukteils (3) vorgenommen wird.

9. Vorrichtung zur Vulkanisation eines Kautschukteils (3), insbe­ sondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, mit einer beheizbaren Vulkanisations­ form (1), in die ein zumindest teilweise aus zu vulkanisierendem Kautschuk bestehendes Kautschukteil (3) einlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vulkanisationsform (1) mit einer Meßeinrichtung (8) zur Messung mindestens eines Parameters des Kautschukteils (3) versehen ist, wobei dieser mindestens ei­ ne Parameter geeignet ist, den Fortschritt des Vulkanisierens an­ zuzeigen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) mindestens einen Meßfühler (4) aufweist, der mit dem Kautschukteil (3) Kontakt hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 1 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) geeignet ist, den spezifischen Wider­ stand oder die elektrische Leitfähigkeit des Kautschuks des Kaut­ schukteils (3) zu messen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßfühler (4) gegenüber der Vulkanisati­ onsform (1) beweglich ist, insbesondere radial zu deren Mitte verstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßfühler (4) an das zu vulkanisierenden Kautschukteil (3) anpreßbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßfühler (4) in das zu vulkanisierende Kautschukteil (3) einpreßbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßfühler (4) mit zwei beabstandeten Kontakten (6) versehen ist, zwischen denen die Messung des mindestens einen Parameters erfolgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßfühler (4) mit einem Kontakt (6) ver­ sehen ist und die Vulkanisationsform (1) als zweiter Kontakt dient.