DE4325222C1 - Scherkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Scherkopf zur Herstellung eines fadenverstärkten Schlauches aus Gummi, umfassend ein Gehäuse zur Befestigung vor der Aus­ trittsöffnung eines Extruders, eine in dem Gehäuse angeordnete Lochdüse, einen der Lochdüse koaxial zugeordneten und um seine Achse drehbaren Dorn, sowie einem Scherdorn, der den Dorn relativ verdrehbar umschließt und im wesentli­ chen parallel zu der Achse von zumindest einer Fadenführung durchdrungen ist, die im Bereich der Stirnfläche des Scherdornes mündet.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 36 19 981 bekannt. Der dort be­ schriebene Scherkopf weist zu Herstellung eines fadenverstärkten Schlauches eine koaxiale Durchtrittsöffnung auf sowie Mittel zu kontinuierlichen Verschie­ bung eines durch die Durchtrittsöffnung zugeführten Formkernes in Richtung der Lochdüse. Des weiteren ist zur kontinuierlichen Zuführung und zum Umwickeln des Formkernes mit mindestens einem Verstärkungsfaden eine Fadenführung an­ gebracht, die den Scherdorn durchdringt und mindestens eine Mündung auf­ weist, die die der Lochdüse zugewandten Stirnfläche des Scherdorns unterbricht. Der Scherdorn befindet sich unter normalen Betriebsbedingungen in einer stän­ digen Drehbewegung, wodurch der aus der Mündung austretende Verstär­ kungsfaden kontinuierlich in den die Mündung im flüssigen bzw. pastösen Zu­ stand überspülenden Werkstoff eingebettet wird. Dabei ist berücksichtigt, daß vulkanisierbare Kautschukmischungen während der Durchführung des Vulkani­ sationsvorgangs eine vorübergehende, irreversible Viskositätsminderung erfah­ ren, die der vulkanisationsbedingten Verhärtung des Werkstoffkörpers voraus­ geht. Der nunmehr den Verstärkungsfaden enthaltende Werkstoff wird anschlie­ ßend an den Formkern angeformt und der Lochdüse zugeleitet, in welcher der zu erzeugende, fadenverstärkte Schlauch seine Außenkontur erhält. Je nach Art des verwendeten Werkstoffs bedarf es zur Stabilisierung seiner Gestalt einer mehr oder weniger verzögerten Abkühlung. Die Drehung des Scherdornes einer­ seits bewirkt das Armieren des Schlauchs, in dem die Einzelfäden, die aus den dafür geeigneten Öffnungen an der Spitze des sich drehenden Scherdorns sich befinden, sich innerhalb der Gummimasse um den Dorn wickeln, andererseits bewirkt die Drehung des Scherdorns auch die Temperaturerhöhung der sich im Scherkopf befindlichen Kautschukmasse. Die optimale Einstellung der Drehzahl bedeutet daher immer ein Kompromiß aus dem Optimum der Temperaturerhö­ hung und der Abzugsgeschwindigkeit, die sich aus Wickelwinkel und Drehzahl des Scherdorns ergibt. Das Optimum kann nur für ein bestimmtes Gummimate­ rial mit der entsprechenden Temperatur bei einem genau vorher definierten Wickelwinkel erreicht werden. So kommt es bei der Herstellung bei einem be­ stimmten Wickelwinkel zu Abweichungen in der Temperaturstabilität der zu be­ arbeitenden Gummimasse. Die Anforderungen an die Festigkeit der Gummi­ schläuche, wie sie vorzugsweise in der Kfz-Technik zur Verwendung als Brems­ schläuche notwendig sind, können nicht erfüllt werden. Die optimale Einstellung aller aufeinander abzustimmenden Parametern ist mit dieser Anordnung nicht möglich, um eine gleichbleibende vorgeschriebene Qualität zu erzielen. So ist oft eine kostenaufwendige Nachbesserung, zur Erzielung der erforderlichen Stabilität der Gummischläuche notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Scherkopf der eingangs genann­ ten Art derart weiterzuentwickeln, daß das Erwärmen des Gummis unab­ hängig vom Aufwickeln der Verstärkungsfäden auf dem Dorn bei Einstellung ei­ nes beliebigen Wickelwinkels geregelt werden kann.

Diese, Aufgabe ,wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprü­ che Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Scherkopf ist zur Herstellung eines fadenverstärk­ ten Schlauches aus Gummi eine relativ verdrehbare Hülse vorgesehen, die zu­ mindest in einem Teilbereich auf dem Außenumfang des Scherdorns angeordnet ist. Diese Hülse kann durch einen separaten Antrieb mit einer Drehzahl, die un­ abhängig von der Drehzahl des Scherdorns ist, angetrieben werden. Dies hat den Vorteil, daß die Funktion des Scherdorns, nämlich das Erwärmen der Gummimasse und das Aufwickeln der Fäden auf den Dorn unabhängig vonein­ ander, geregelt werden können. D.h., da die Funktionen des Scherdorns kon­ struktiv getrennt werden, sind diese einzeln optimierbar. Die Drehbewegung der Hülse des Scherdorns ist allein für die Erwärmung der Gummimasse im Scher­ kopf zuständig, während unabhängig davon regelbar der Scherdorn allein die Umwicklung des Dorns mit dem Faden und damit auch die Ausstoßgeschwin­ digkeit des Schlauches bewirkt. Die Hülse kann sich bis zu dem der Lochdüse zugewandten Ende des Scherdorns erstrecken. Dadurch kann erreicht werden, daß die Ausgangsmischung, eine spezielle Gummimischung, in einem formbaren Zustand gebracht wird und mit einer optimal einstellbaren Drehzahl auf eine Vul­ kanisationstemperatur erhitzt wird. Der Ausstoß aus der Lochdüse erfolgt bei ei­ nem Viskositätstief der Gummimasse, die danach bei der erreichten Vulkanisati­ onstemperatur verfestigt wird.

Unabhängig davon wird gleichzeitig die Umwicklung des Dorns mit mindestens einem Verstärkungsfaden geregelt. Dabei wäre es auch möglich, mehrere Ver­ stärkungsfäden in den Gummischlauch einzubetten, wobei eine formverstärken­ de Wirkung, beispielsweise durch eine entgegengesetzte Umwicklung mehrerer Fäden über einen zusätzlichen Dorn erzielt werden könnte.

Die Hülse kann zumindest durch ein Wälzlager auf dem Gehäuse des Scherkopfs abgestützt sein. Das Wälzlager trägt zur Sicherung und Halterung der Hülse bei. Dies wirkt sich vorteilig auf die Funktion der Hülse aus, da eine ungleichmäßige Bewegung und Rotation vermieden werden kann. Auch einer Kollision mit be­ nachbarten Teilen wird mit den Lagern entgegengewirkt. Außerdem kann durch die so gleichmäßige Rotation der Hülse die zu formende und scherende Gummi­ masse gleichmäßig erwärmt werden. Es entstehen keine Temperaturunterschie­ de. Die geforderte Qualität der Gummimasse kann im gesamten Bereich des Ar­ beitszyklusses erzielt werden. Die Drehzahl kann über die so gelagerte Hülse op­ timal zur benötigten Temperaturerhöhung der Gummimasse genutzt werden.

Zur zusätzlichen Stabilisierung der Hülse kann beitragen, daß das Lager bezogen auf den der Scherwirkung ausgesetzten Bereich der Hülse axial versetzt aufge­ bracht ist. Weiterhin ist hierdurch möglich, eine optimale Mengenausbringung der zu scherenden Gummimasse zu gewährleisten. Es kann die vorher bestimm­ bare Menge der Gummimasse auf die Hülse gelangen ohne daß in bestimmten Abschnitten der Scherwirkung der Hülse eine Eingrenzung der Menge und somit eine Verzögerung der Produktion geschieht. Auch der Scherdorn kann zumindest durch ein Wälzlager auf der Hülse abgestützt sein. Das hat den Vorteil, daß der Scherdorn in einer genau definierten Lage gehalten werden kann. Die definierte Lage des Scherdorns ist für die Einbettung von zumindest einem Verstär­ kungsfaden von besonderer Bedeutung. Unter Ausnutzung der betriebsbeding­ ten Drehbewegung des Scherkopfes und des in dem Scherkopf enthaltenen Dornes kann jeder verwendete Verstärkungsfaden durch den Scherdorn axial hindurchgeführt und nach dem Austreten aus einer stirnseitigen Öffnung um den Dorn herumgewickelt werden. Damit erfolgt gleichzeitig nach dem Austreten des Fadens aus dem Scherdorn die Einbettung des Fadens in die Wandung der noch im formenden Zustand befindlichen Gummimasse und des­ sen Ausformung an dem Dorn. Der Verstärkungsfaden kann aufgrund der kon­ struktiven Trennung der Funktionen der Erwärmung der Gummimasse und Wei­ terverformung zu einem schlauchförmigen Gebilde sowie der Einbettung der Verstärkungsfäden gezielt mit einem, genau vorher definierten Wickelwinkel in die Wandung des Gummischlauchs eingebracht werden. Dadurch ist es auch möglich, die Zusammensetzung des Gummischlauchmaterials zu berücksichti­ gen. Über den separat zur Hülse angetriebenen Scherdorn kann in gewünschter und erforderlicher Weise der Wickelwinkel und die Anzahl der Windungen zum Einbringen der Fäden in die Schlauchmasse koordiniert werden. Damit kann von der Temperaturerhöhung unabhängig ein gleichmäßig stabilisierter Schlauch her­ gestellt werden.

Die Verstärkungsfäden können entsprechend der geforderten Stabilitätsparame­ ter für den herzustellenden Bremsschlauch, vorzugsweise für die Kfz-Technik, über Garnspulen in den Scherkopf eingespeist werden. Der Scherkopf kann min­ destens eine Mündung aufweisen, die die der Lochdüse zugewandten Stirnflä­ che des Scherdorns unterbricht. Der Scherkopf befindet sich unter normalen Betriebsbedingung in einer ständig, kontinuierlichen Drehbewegung, wodurch der aus der Mündung austretende Verstärkungsfaden kontinuierlich in den die Mündung im flüssigen bzw. pastösen Zustand überspülenden Werkstoff einge­ bettet werden kann.

Im Hinblick auf die Gewährleistung einer möglichst reibungsfreien Fadenführung hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn die Mündung derselben der Durch­ trittsöffnung möglichst dicht benachbart ist. Insbesondere einem Rückstau des zum Zeitpunkt der Einbettung des Verstärkungsfadens in einem flüssigen bzw. niederviskosen Zustand befindlichen Gummiwerkstoffes in Richtung der Faden­ führung läßt sich hierdurch in vielen Fällen wirksam begegnen. Auch eine Aus­ führung, bei der die Mündung der Fadenführung in Richtung der Durchtrittsöff­ nung offen ist, kann unter diesen Gesichtspunkt in die Überlegung mit einbezo­ gen werden.

Im Hinblick auf die Erzielung besonders großer Arbeitsgeschwindigkeiten ist es auch möglich, die Fadenführung mit mehreren Mündungen zu versehen, wobei die Mündung in diesem Falle gleichmäßig auf den Umfang der Stirnfläche des Scherdorns verteilt sein sollten. Die Erhitzung der eingesetzten Ausgangsmi­ schung auf Vulkanisationstemperatur erfolgt innerhalb des Scherkopfes und führt vor dem Eintreten der eigentlichen Vulkanisation zu einer vorübergehenden Absenkung der Viskosität der Gummimasse, was die ausgezeichnete Benetzung der Verstärkungsfäden zur Folge hat. Die Einbindung des Verstärkungsfadens in den gebildeten Gummikörper ist dementsprechend ausgezeichnet und präzise steuerbar.

Im Hinblick auf die Erzielung der Vulkanisationstemperatur, wobei diese für die Formung der Gummimasse zu einem Schlauchgebilde von besonderer Bedeutung ist, kann die Hülse zur Temperaturkontrolle einen Hohlraum umschließen, der von einem flüssigen, fließfähigen Medium durchströmbar ist. Dabei kann der Hohlraum mit einer Temperiereinrichtung flüssigkeitsleitend verbunden sein. Auftretenden Temperaturschwankungen auf der Hülse werden vorgebeugt. Der Hohlraum weist hierbei einen Zu- und Ablauf auf, der entsprechend der auftre­ tenden Temperaturen betätigt werden kann.

Auch das Gehäuse des Scherkopfes umschließt einen Hohlraum, durch den die Temperatur des gesamten Scherkopfs kontrollierbar ist.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scherkopfes ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.

Der gezeigte Scherkopf dient zur Herstellung eines fadenverstärkten Gummi­ schlauchs.

Der in der einzigen Figur dargestellte Scherkopf besteht aus dem Gehäuse 1, das vor der Austrittsöffnung eines Extruders 4 befestigt ist. In dem Gehäuse 1 ist eine Lochdüse 3 sowie der Lochdüse 3 koaxial zugeordnete und um seine Achse drehbarer Dorn 2 angeordnet. Weiterhin befindet sich im Gehäuse 1 ein Scher­ dorn 5, der den Dorn 2 verdrehbar umschließt. Dieser ist im wesentlichen paral­ lel zu der Achse von zumindest einer Fadenführung 7 durchdrungen. Diese mündet im Bereich der Stirnfläche des Scherdorn 5. Der Scherdorn 5 befindet sich unter normalen Betriebsbedingungen in einer ständigen, kontinuierlichen Drehbewegung, wodurch der aus der Mündung, die in der Zeichnung nicht spe­ ziell dargestellt ist, austretenden Verstärkungsfaden 7 kontinuierlich in den die Mündung im flüssigen bzw. pastösen Zustand umspülenden Werkstoff eingebet­ tet wird. Die Erfindung macht die Erkenntnis zu Nutze, daß vulkanisierbare Gummimischungen während der Durchführung des Vulkanisationsvorgangs eine vorübergehende, irreversible Viskositätsverminderung erfahren, die der vulkani­ sationsbedingten Verhärtung des Werkstoffkörpers vorausgeht.

Der Scherkopf ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teilbereich auf dem Außenumfang des Scherdorns 5 eine relativ verdrehbare Hülse 6 ange­ ordnet ist. Die Hülse 6 ist mit einer von der Drehzahl des Scherdorns 5 abwei­ chenden Drehzahl antreibbar. In dieser Ausführung ist dies durch zwei vonein­ ander separaten Antrieben 8 und 9 realisiert. Der Antrieb 8 treibt den Scherdorn 5 an, während der Antrieb 9 die Hülse 6 antreibt.

Die Funktionen des Scherkopfes werden somit konstruktiv getrennt. Damit sind diese auch einzeln optimierbar. Die Drehbewegung des Scherkopfs wird in zwei unabhängig voneinander regelbare Drehbewegungen aufgeteilt. Die Drehbewe­ gung der Hülse 6 ist für die Erwärmung der Gummimasse im Scherkopf zustän­ dig. Der Scherdorn 5 bewirkt mit seiner Drehbewegung allein die Umwicklung des Dorns 2 mit mindestens einem Verstärkungsfaden 7 und damit die Ausstoß­ geschwindigkeit des Schlauchs. Der entsprechend vorher an die Materialkompo­ nenten des Gummischlauchs angepaßte und definierte Wickelwinkel ist durch die konstruktive Trennung optimal einstellbar. Die Fadenführung 7 kann den Scherdorn 5 in mehreren Mündungen durchdringen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die zugeführten Verbindungsfäden werden von Spulen 10 ent­ nommen und kontinuierlich in die Fadenführung 7 eingespeist. Sie folgen da­ durch unter normalen Betriebsbedingungen der Drehbewegungen des Scherdorns 5, was nach dem Austreten aus den strinseitigen Mündungen des Scherdorns 5 selbsttätig zum Auswickeln auf den kontinuierlich axialen in Pfeilrichtung ver­ schobenen Dorns 2 unter Erzeugung wendelförmiger Windungen führt. Es versteht sich von selbst, daß der Dorn in bezug auf den Scherdorn 5 eine abweichende Drehgeschwindigkeit haben muß und sich bevorzugt in nicht drehendem Zu­ stand befindet.

Die Mündungen der Fadenführung 7 haben einen radialen Abstand von der Durch­ trittsöffnung, wodurch der aus der Mündung austretende Verstärkungsfaden in die in einem flüssigen bzw. pastösen Zustand befindlichen Gummimasse ein­ gebettet wird. Die Drehgeschwindigkeit der Hülse 6 wird so eingestellt, daß sich innerhalb des Scherkopfes eine Temperaturerhöhung auf Vulkanisationstempera­ tur ergibt. Dabei ist die Hülse 6 durch zumindest ein Wälzlager 12 abgestützt, wobei das Wälzlager 12 gezogen auf dem der Scherwirkung ausgesetzten Be­ reich der Hülse 6 axial versetzt angebracht ist. Die Hülse 6 erstreckt sich bis zu dem der Lochdüse 3 zugewandten Ende des Scherdorns 5. Um die verschiede­ nen gleichzeitig im Scherkopf ablaufenden Drehbewegungen gleichförmig zu realisieren, ist zusätzlich der Scherdorn 5 durch zumindest ein Wälzlager 11 auf der Hülse 6 abgestützt. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird der Scherdorn 5 durch vier Wälzlager 11 abgestützt. Zur Temperaturüber­ wachung und Kontrolle umschließt die Hülse 6 einen Hohlraum 13, der von ei­ nem fließfähigen Medium durchströmbar ist. Dabei ist der Hohlraum 13 mit einer Temperiereinrichtung flüssigkeitsleitend verbunden. Das Gehäuse 1 des Scher­ kopfs umschließt weiterhin einen Hohlraum 14, der zur Temperaturkontrolle des Scherkopfs und der Gummimasse verwendet wird.

Die Gummimasse erfährt dadurch im Anschluß an die zum Zeitpunkt der Einbrin­ gung des Verstärkungsfadens minimale Viskosität bereits beim Austreten aus der Lochdüse 3 eine deutliche Verfestigung, die ihren Abschluß bei gleichblei­ bender Temperatur in kurzer Zeit erfährt. Sofern nicht die Aufbringung einer weiteren, fadenverstärkten Schicht beabsichtigt ist, kann daher unmittelbar an­ schließend die Abkühlung und Entnahme des Dorns 2 vorgenommen werden. Der fadenverstärkte Gummischlauch ist somit fertiggestellt und kann seiner be­ stimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden.

Claims (6)

1. Scherkopf zur Herstellung eines fadenverstärkten Schlauches aus Gummi, umfassend ein Gehäuse (1) zur Befestigung vor der Austrittsöffnung eines Extruders (4), eine in dem Gehäuse (1) angeordnete Lochdüse (3), einen der Lochdüse (3) koaxial zugeordneten und um seine Achse drehenden Dorn (2) sowie einen Scherdorn (5), der den Dorn (2) relativ verdrehbar umschließt und im wesentlichen parallel zu der Achse von mindestens ei­ ner Fadenführung (7) durchdrungen ist, die im Bereich der Stirnfläche des Scherdornes (5) mündet, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest in ei­ nem Teilbereich auf dem Außenumfang des Scherdorns (5) eine relativ verdrehbare Hülse (6) angeordnet ist und, daß die Hülse (6) mit einer von der Drehzahl des Scherdornes (5) abweichenden Drehzahl antreibbar ist.

2. Scherkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Hülse (6) bis zu dem der Lochdüse (3) zugewandten Ende des Scherdornes (5) erstreckt.

3. Scherkopf nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülse (6) durch zumindest ein Wälzlager (12) auf dem Gehäuse (1) abgestützt ist, und, daß das Wälzlager (12), bezogen auf den der Scherwirkung aus­ gesetzten Bereich der Hülse (6), axial versetzt angebracht ist.

4. Scherkopf nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Scherdorn (5) durch zumindest ein Wälzlager (11) auf der Hülse (6) ab­ gestützt ist.

5. Scherkopf nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülse (6) einen Hohlraum (13) umschließt, der von einem fließfähigen Medium durchströmbar ist.

6. Scherkopf nach Anspruch 5, gekennzeichnet, dadurch, daß der Hohlraum (13) mit einer Temperiereinrichtung flüssigkeitsleitend verbunden ist.