Экструзионное устройство и способ экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала
Изобретение относится к экструзионному устройству для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала. Техническим результатом является повышение компактности устройства с сохранением заданных параметров непрерывности и постоянства скорости потока и заданного градиента давления в экструзионном корпусе. Технический результат достигается экструзионным устройством (100), которое содержит экструзионный корпус (10), проходящий вдоль направления (А) подачи, и насос (20), расположенный за экструзионным корпусом (10) вдоль направления (А) подачи. Экструзионный корпус (10) содержит воронку (30) для загрузки эластомерного материала и экструзионный шнек (50), проходящий вдоль направления (А) подачи и имеющий входную часть (50а), расположенную рядом с воронкой (30), и выходную часть (50b), расположенную рядом с насосом (20). Экструзионный корпус (10) также содержит моторизованный ролик (40), расположенный у входной части (50а) экструзионного шнека (50) и выполненный с возможностью приема эластомерного материала из воронки (30) и подачи его к экструзионному шнеку (50). Экструзионный шнек (50) имеет такие длину и диаметр, что отношение между длиной и диаметром находится в диапазоне между 4 и 8. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к экструзионному устройству для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала.
Вышеупомянутое устройство предпочтительно используется в способе формирования компонента шины для колес транспортных средств, выполненного из эластомерного материала.
Изобретение также относится к способу экструзии, который может быть реализован посредством вышеупомянутого устройства.
Термин «эластомерный материал» используется для обозначения композиции, содержащей, по меньшей мере, один эластомерный элемент и, по меньшей мере, один активный наполнитель. Подобная композиция предпочтительно также содержит добавки, например, такие как сшивающий агент и/или пластификатор. Благодаря наличию сшивающего агента подобный материал может быть подвергнут сшиванию посредством нагрева для образования конечного изготовленного изделия.
Выражение «полуфабрикат, выполненный из эластомерного материала» используется для обозначения удлиненного элемента, полученного посредством способа экструзии, обеспечивающего возможность экструзии эластомерного материала. Таким образом, подобный полуфабрикат выполнен только из эластомерного материала и имеет сплющенную форму.
Выражение «компонент, выполненный из эластомерного материала» используется для обозначения любого компонента шины или его части, полученного (-ой) посредством вышеупомянутого полуфабриката.
Шина для колес транспортных средств, как правило, содержит каркасный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, один слой каркаса, сформированный армирующими кордами, заделанными в матрицу из эластомерного материала. Слой каркаса имеет концевые края, соответственно введенные в контактное взаимодействие с кольцевыми удерживающими конструктивными элементами. Последние расположены в зонах шины, обычно называемых наименованием «борта», и каждый из них обычно образован из по существу круговой кольцевой вставки, на которую в радиальном направлении снаружи наложена, по меньшей мере, одна наполнительная вставка. Такие кольцевые вставки обычно называют «сердечниками бортов», и они предназначены для удерживания шины прочно зафиксированной относительно удерживающего гнезда, специально предусмотренного в ободе колеса, в результате чего при эксплуатации предотвращается выход радиально внутреннего концевого края шины из такого гнезда.
Специфические усиливающие конструктивные элементы, предназначенные для улучшения передачи крутящего момента шине, могут быть предусмотрены в бортах.
Коронный конструктивный элемент присоединен в радиальном направлении снаружи по отношению к каркасному конструктивному элементу.
Коронный конструктивный элемент содержит брекерный конструктивный элемент и расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу, протекторный браслет, выполненный из эластомерного материала.
Брекерный конструктивный элемент содержит один или более слоев брекера, расположенных в радиальном направлении один поверх другого и имеющих текстильные или металлические армирующие корды с ориентацией с перекрещиванием и/или с ориентацией, по существу параллельной направлению протяженности шины вдоль окружности.
Слой эластомерного материала, называемый «подбрекерным», может быть предусмотрен между каркасным конструктивным элементом и брекерным конструктивным элементом, при этом указанный слой предназначен для обеспечения как можно большей однородности радиально наружной поверхности каркасного конструктивного элемента для последующего наложения брекерного конструктивного элемента.
Так называемый «подслой» может быть размещен между брекерным конструктивным элементом протекторным браслетом, при этом подслой выполнен из эластомерного материала, обладающего свойствами, подходящими для обеспечения стабильного соединения протекторного браслета с брекерным конструктивным элементом.
В случае бескамерной шины слой эластомерного материала, обычно известный как «герметизирующий слой», также может быть предусмотрен в радиальном направлении внутри относительно каркасного конструктивного элемента для придания необходимой непроницаемости по отношению к воздуху, которым накачана шина.
Соответствующие боковины, выполненные из эластомерного материала, наложены на боковые поверхности каркасного конструктивного элемента, при этом каждая боковина проходит от одного из боковых краев протекторного браслета до соответствующего бортового кольцевого удерживающего конструктивного элемента.
Таким образом, шина для колес транспортных средств содержит множество компонентов, выполненных из эластомерного материала, в соответствии с вышеприведенным определением. Среди них в качестве неограничивающих примеров может указать: протекторный браслет, боковины, так называемые подбрекеры и/или подслои, герметизирующий слой и т.д.
Вышеупомянутые компоненты могут быть образованы из полуфабрикатов, выполненных из эластомерного материала, полученных посредством процесса экструзии, выполняемого в экструзионном устройстве. Экструдированный полуфабрикат затем накладывают на формообразующую опору, которая может вращаться вокруг оси вращения. Наложение полуфабриката может осуществляться различными способами (например, в соответствии с соседними и/или, по меньшей мере частично, перекрывающимися витками) в зависимости от компонента, подлежащего изготовлению.
В публикации WO 2012/001492 описано экструзионное устройство для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала, используемого для создания шин.
Такое экструзионное устройство содержит четыре основных конструктивных элемента. Первый конструктивный элемент образован экструзионным корпусом, содержащим рядом с его входной концевой частью воронку для загрузки эластомерного материала, подлежащего экструзии. Второй конструктивный элемент образован экструзионным шнеком, установленным внутри экструзионного элемента и выполненным с возможностью вращения для перемещения эластомерного материала из входной концевой части к выходной концевой части экструзионного корпуса. Третий конструктивный элемент образован шестеренчатым насосом, функционально соединенным с экструзионным корпусом рядом с его выходной концевой частью. Такой шестеренчатый насос принимает эластомерный материал, перемещаемый экструзионным шнеком, и выталкивает его под давлением дальше по отношению к направлению перемещения эластомерного материала. Четвертый конструктивный элемент образован фильерой, взаимодействующей с шестеренчатым насосом и расположенной за ним также по отношению к направлению перемещения эластомерного материала. Эластомерный материал, выталкиваемый шестеренчатым насосом, вытягивается в виде экструдированного полуфабриката через такую фильеру для последующего наложения на формообразующую опору.
Заявитель отметил, что в процессах экструзии, используемых для создания компонентов шин для колес транспортных средств, важно обеспечить как высокую скорость потока для обеспечения высокой производственной мощности линии, так и непрерывность и постоянство скорости потока, выходящего из экструзионного корпуса, для избежания наличия дефектов и/или разрывов непрерывности структуры в экструдированном полуфабрикате (и, следовательно, в шине). Для обеспечения заданной непрерывности и постоянства скорости потока необходимо иметь непрерывное заполнение экструзионного корпуса эластомерным материалом во время экструзии, и это достигается посредством регулирования скорости вращения экструзионного шнека для сохранения постоянной величины давления на входе шестеренчатого насоса.
Заявитель также отметил, что в процессах создания некоторых типов шин для колес транспортных средств существует потребность в использовании «мягких» эластомерных материалов, например, материалов, имеющих низкую вязкость и/или высокое содержание пластификаторов (таких как масла и/или смолы). Это имеет место, например, при создании протекторных браслетов для шин с высокими и сверхвысокими эксплуатационными характеристиками, обычно называемых шинами ʺHPʺ (High Performance) или ʺUHPʺ (Ultra High Performance), или при создании протекторных браслетов зимних шин.
Заявитель обнаружил, что использование таких материалов может привести к некоторым недостаткам.
Во-первых, Заявитель обнаружил, что, поскольку экструзионный шнек, как правило, имеет малую длину (для ограничения объема, как рассмотрено ниже), низкая вязкость эластомерного материала вызывает уменьшение градиента давления, который экструзионный шнек может создать для поддержания по существу постоянной величины давления на входе шестеренчатого насоса.
Заявитель также установил в результате наблюдений, что вязкость эластомерного материала имеет тенденцию к снижению при повышении температуры. Следовательно, при более высоких скоростях потока экструзионный шнек «вынужден» вращаться быстрее, что вызывает нагрев эластомерного материала и дополнительное снижение его вязкости.
При наличии стремления к поддержанию по существу постоянной величины давления на входе шестеренчатого насоса даже после увеличения скорости экструзионного шнека и обусловленного этим снижения вязкости эластомерного материала имеет место большее заполнение экструзионного шнека для компенсации уменьшенного градиента давления в аксиальном направлении.
Когда степень заполнения такова, что эластомерный материал доходит до загрузочной воронки, эластомерный материал больше не может поступать в экструзионный корпус. В этом случае вращение экструзионного шнека может вызывать разделение заполняющего эластомерного материала на слои и остановку потока заполняющего эластомерного материала. Это вызывает увеличение скорости вращения экструзионного шнека и быстрое опорожнение экструзионного корпуса до тех пор, пока не будет достигнута максимальная заданная скорость вращения и экструзионное устройство не будет остановлено, следствием чего является получение отходов материала. Останов экструзионного устройства вызывается тем, что после достижения максимальной скорости вращения экструзионный шнек больше не может обеспечивать вышеупомянутой величины давления и достигает минимального давления подачи, что действительно вызывает останов экструзионного устройства.
Заявитель отметил, что недостатки, рассмотренные выше, также (и/или даже в большей степени) возникают вследствие того, что процессы экструзии, как правило, используемые при создании шин для колес транспортных средств, являются прерывистыми, то есть имеются периоды ожидания между операцией выдачи и другой операцией выдачи. Такие периоды ожидания, которые также могут составлять несколько минут, вызывают чрезмерно длительное нахождение эластомерного материала внутри экструзионного корпуса с обусловленным этим, чрезмерным перегревом слоя эластомерного материала, находящегося в контакте с горячими стенками экструзионного корпуса. Чем больше эластомерный материал перегревается и размягчается, тем в большей степени увеличивается его адгезионное сцепление с горячими стенками экструзионного корпуса, что приводит к вышеописанным отрицательным последствиям.
Заявитель также отметил, что повышение температуры эластомерного материала вследствие увеличения скорости вращения экструзионного шнека может вызывать образование пузырьков в полуфабрикате, выполненном из эластомерного материала, и, следовательно, приводить к дефектам в собранной и вулканизированной шине.
Заявитель также отметил, что в производственных установках, отличающихся высокой гибкостью и производительностью, имеет место тенденция к увеличению числа устройств (также включая экструзионные устройства) и агрегатов, предусмотренных в установке, часто без возможности увеличения пространства для установки таких устройств/агрегатов или без возможности изменения планировки установки.
Следовательно, Заявитель осознал необходимость в наличии устройств и агрегатов, которые являются как можно более компактными. В конкретном случае экструзионных устройств такая компактность может быть обеспечена при использовании экструзионных шнеков, имеющих при том же диаметре и, следовательно, той же заданной скорости потока длину, которая является как можно более короткой.
Кроме того, Заявитель отметил, что задание размеров экструзионного устройства, как правило, выполняют с учетом ряда параметров, включая величину давления на входе шестеренчатого насоса и величину давления, по существу равную нулю, у воронки. Такие особенности обычно приводят к использованию достаточно длинных экструзионных винтов. Такая потребность будет еще больше при использовании вышеупомянутых эластомерных материалов с низкой вязкостью.
Заявитель осознал, что можно уменьшить длину экструзионного устройства при таком же диаметре и такой же требуемой скорости потока, не сталкиваясь с проблемами, рассмотренными выше, путем выполнения в экструзионном корпусе - перед экструзионным шнеком по ходу потока - устройства, предназначенного для приема эластомерного материала из воронки и подачи его к экструзионному шнеку.
В завершение, Заявитель обнаружил, что при выполнении принудительной подачи эластомерного материала к экструзионному шнеку и одновременном задании соответствующего диапазона изменений отношения длины экструзионного шнека к его диаметру можно обеспечить заданные непрерывность и постоянство скорости потока, а также уменьшение объема экструзионного шнека без снижения производительности процесса экструзии.
Следовательно, настоящее изобретение относится в его первом аспекте к экструзионному устройству для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала.
Экструзионное устройство предпочтительно содержит экструзионный корпус, проходящий вдоль направления подачи.
Экструзионное устройство предпочтительно содержит насос, расположенный за указанным экструзионным корпусом вдоль указанного направления подачи.
Экструзионный корпус предпочтительно содержит воронку для загрузки эластомерного материала.
Экструзионный корпус предпочтительно содержит экструзионный шнек, проходящий вдоль указанного направления подачи и имеющий входную часть, расположенную рядом с указанной воронкой, и выходную часть, расположенную рядом с указанным насосом.
Экструзионный корпус предпочтительно содержит моторизованный ролик, расположенный у входной части указанного экструзионного шнека и выполненный с возможностью приема указанного эластомерного материала из указанной воронки и подачи его к указанному экструзионному шнеку.
Указанный экструзионный шнек предпочтительно имеет такие длину и диаметр, что отношение между длиной и диаметром находится в диапазоне между 4 и 8.
По мнению Заявителя, моторизованный ролик облегчает перемещение эластомерного материала внутри экструзионного корпуса к экструзионному шнеку, противодействуя склонности эластомерного материала прилипать к горячим стенкам экструзионного корпуса. На практике моторизованный ролик функционирует так, как будто он является подвижной стенкой, которая, толкая эластомерный материал к экструзионному шнеку, предотвращает прилипание такого материала к горячим стенкам экструзионного корпуса, в результате чего избегают возникновения всех проблем, рассмотренных выше. Такая мера позволяет использовать экструзионные шнеки с более короткой длиной, создавая возможность получения экструзионного устройства, достаточно компактного для использования в установках, в которых пространство для установки такого устройства ограничено.
Заявитель удостоверился в том, что, несмотря на выполнение экструзионного шнека с более короткой длиной, благодаря принудительной подаче, выполняемой моторизованным роликом, можно обеспечить заданные непрерывность и постоянство скорости потока (также при высоких скоростях потока) и заданный градиент давления в экструзионном корпусе даже при использовании эластомерных материалов, имеющих низкую вязкость, и в случае прерывистой операции выдачи.
В его втором аспекте изобретение относится к способу экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала.
Предпочтительно предусмотрена принудительная подача эластомерного материала к экструзионному шнеку вдоль направления подачи.
Указанный эластомерный материал предпочтительно перемещают посредством указанного экструзионного шнека вдоль указанного направления подачи.
Указанный экструзионный шнек предпочтительно имеет такие длину и диаметр, что отношение между длиной и диаметром находится в диапазоне между 4 и 8.
Заявитель полагает, что способ, описанный выше, который может выполняться посредством экструзионного устройства по настоящему изобретению, обеспечивает возможность получения предпочтительных эффектов, описанных выше со ссылкой на экструзионное устройство.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из вышеупомянутых аспектов может иметь, по меньшей мере, один из нижеуказанных предпочтительных отличительных признаков, рассматриваемых по отдельности или в сочетании с любыми из остальных предпочтительных отличительных признаков, описанных в данном документе.
Указанный насос предпочтительно представляет собой шестеренчатый насос.
Указанное отношение предпочтительно равно приблизительно 6. Заявитель удостоверился в том, что такое значение определяет конфигурацию конструкции экструзионного шнека, которая подходит для обеспечения возможности оптимального компромиссного сочетания между компактностью экструзионного устройства и его производственной мощностью.
Длина экструзионного шнека предпочтительно находится в диапазоне между 500 мм и 1500 мм.
Предпочтительно предусмотрено охлаждающее устройство для охлаждения указанного моторизованного ролика. Такая мера предотвращает прилипание эластомерного материала к моторизованному ролику, которое при его возникновении не позволяет обеспечить заданные непрерывность и постоянство скорости потока.
Моторизованный ролик предпочтительно приводится во вращение моторным узлом, отличным от того моторного узла, который приводит во вращение указанный экструзионный шнек. Таким образом, можно приводить моторизованный ролик во вращение с частотой вращения, отличающейся от частоты вращения шнека. В частности, Заявитель обнаружил, что предпочтительно приводить моторизованный ролик во вращение с частотой вращения, которая меньше частоты вращения экструзионного шнека. Таким образом, уменьшается количество отходов эластомерного материала, создаваемых на моторизованном ролике, и, следовательно, также уменьшаются затраты, связанные с периодической очисткой зоны выпуска таких отходов эластомерного материала. В этой связи Заявитель отметил, что эластомерный материал имеет склонность оставаться присоединенным к элементу, имеющему наибольшую окружную скорость. Следовательно, в настоящем изобретении меньшая окружная скорость моторизованного ролика по отношению к экструзионному шнеку обеспечивает то, что эластомерный материал имеет тенденцию прилипать к экструзионному шнеку.
Предпочтительно предусмотрено первое устройство регулирования температуры, взаимодействующее с указанным экструзионным корпусом рядом с указанной воронкой, и предусмотрено второе устройство регулирования температуры, взаимодействующее с указанным экструзионным корпусом рядом с указанным экструзионным шнеком. Таким образом, можно поддерживать зону экструзионного корпуса, расположенную перед экструзионным шнеком по ходу потока при такой (достаточно низкой) температуре, чтобы предотвратить прилипание эластомерного материала к стенкам экструзионного корпуса. Такая мера особенно предпочтительно в случае, когда эластомерный материал имеет низкую вязкость, и/или в случае, когда экструзионное устройство работает прерывисто.
Выходная часть указанного экструзионного шнека предпочтительно содержит заостренную концевую часть, выполненную с, по меньшей мере, одним витком резьбы. Это позволяет экструзионному шнеку оказывать его толкающее воздействие на эластомерный материал также в его концевой точке, при этом на практике при данном воздействии он ведет себя подобно экструзионному шнеку с большей длиной. Таким образом, можно обеспечить то, что величина давления эластомерного материал на входе насоса будет больше при том же давлении у воронки, что способствует обеспечению заданных непрерывности и постоянства скорости потока.
Обеспечение указанной принудительной подачи предпочтительно включает подачу указанного эластомерного материала к указанному экструзионному шнеку посредством моторизованного ролика.
Предпочтительно обеспечивают вращение указанного моторизованного ролика с окружной скоростью, которая меньше окружной скорости указанного экструзионного шнека.
Указанный моторизованный ролик предпочтительно охлаждают посредством охлаждающей текучей среды.
Температуру рядом с указанным моторизованным роликом предпочтительно регулируют до значения, которое ниже температуры рядом с указанным экструзионным шнеком.
Указанный эластомерный материал предпочтительно подают со скоростью потока, находящейся в диапазоне между приблизительно 25 см3/с и приблизительно 45 см3/с.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясными из нижеприведенного подробного описания предпочтительного варианта его осуществления, выполненного со ссылкой на приложенные чертежи. На чертежах:
фиг.1 - схематическое изображение продольного сечения предпочтительного варианта осуществления экструзионного устройства согласно настоящему изобретению; и
фиг.2 - увеличенный вид в перспективе фрагмента экструзионного устройства с фиг.1.
На фиг.1 ссылочная позиция 100 обозначает экструзионное устройство согласно настоящему изобретению.
Экструзионное устройство 100 используется в процессе создания шин для колес транспортных средств для изготовления компонента шины, выполненного из эластомерного материала. Такой компонент может представлять собой, например, протекторный браслет, боковину, так называемый подбрекер и/или подслой, герметизирующий слой и т.д.
Вышеупомянутый компонент получают путем наложения полуфабриката 150, выполненного из эластомерного материала, на формообразующую опору 500, которая может вращаться вокруг оси R вращения.
После завершения наложения формообразующую опору 500 перемещают от экструзионного устройства 100, оставляя пространство для новой формообразующей опоры для изготовления компонента другой шины, выполненного из эластомерного материала.
Экструзионное устройство 100 предпочтительно используется для изготовления протекторного браслета шин ʺHPʺ или "UHP" или зимних шин.
Полуфабрикат 150, накладываемый на формообразующую опору 500, получают экструзией удлиненного элемента 120, выполненного из эластомерного материала, в экструзионном устройстве 100.
Экструзионное устройство 100 содержит экструзионный корпус 10, образованный по существу цилиндрическим полым элементом, имеющим продольную ось Х.
Экструзионный корпус 10 смонтирован на опорном блоке 200, который расположен в месте, соседнем с тем местом, которое занимает формообразующая опора 500, на которую накладывают полуфабрикат 150.
Удлиненный элемент 120 подают в экструзионный корпус 10 посредством, по меньшей мере, одного подающего ролика 211 и, по меньшей мере, одного подвижного ролика 212, смонтированных на опорном блоке 200 по ходу перед экструзионным корпусом 10, то есть с противоположной стороны по отношению к формообразующей опоре 500.
Экструзионный корпус содержит экструзионный шнек 50, проходящий вдоль продольной оси Х и выполненный с возможностью перемещения удлиненного элемента 120 внутри экструзионного корпуса 10 вдоль направления А подачи, параллельного продольной оси Х.
Экструзионный шнек 50 содержит противоположные концевые части 50а, 50b, а именно соответственно входную часть и выходную часть.
Как показано на фиг.2, выходная часть 50b экструзионного шнека 50 содержит заостренную концевую часть 51, выполненную с витком 52 резьбы. В частности, виток 52 резьбы представляет собой продолжение резьбы, выполненной на остальной части экструзионного шнека 50. Таким образом, резьбовая часть экструзионного шнека 50 имеет длину, которая больше длины обычного экструзионного шнека, который в отличие от экструзионного шнека 50 имеет заостренную концевую часть без витков резьбы.
Как показано на фиг.1, экструзионный шнек 50 имеет длину L, превышающую 500 мм, предпочтительно превышающую 700 мм.
Экструзионный шнек 50 имеет длину L, которая меньше 1500 мм, предпочтительно меньше 1300 мм.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения длина L экструзионного шнека 50 находится в диапазоне между 500 мм и 1500 мм, более предпочтительно между 700 мм и 1300 мм.
Экструзионный шнек 50 имеет диаметр D, который меньше 250 мм, предпочтительно меньше 220 мм, более предпочтительно - меньше 190 мм.
Экструзионный шнек 50 имеет диаметр D, который больше 100 мм, предпочтительно больше 120 мм, более предпочтительно - больше 170 мм.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения диаметр D экструзионного шнека 50 находится в диапазоне между 100 мм и 250 мм, более предпочтительно между 120 мм и 220 мм, еще более предпочтительно между приблизительно 170 мм и приблизительно 190 мм.
Отношение между длиной L и диаметром D экструзионного шнека находится в диапазоне между 4 и 8, предпочтительно между 5 и 7, например, равно приблизительно 6.
Экструзионный шнек 50 приводится во вращение моторным узлом 55.
Например, подобно иллюстративному варианту осуществления, показанному на фиг.1, моторный узел 55 смонтирован на опорном блоке 200 по ходу перед экструзионным корпусом 10 и сообщает вращательное движение экструзионному шнеку 50 посредством редуктора 56, также расположенного по ходу перед экструзионным корпусом 10.
Экструзионный корпус 10 содержит рядом с входной частью 50а экструзионного шнека 50 воронку 30 для загрузки удлиненного элемента 120, поступающего от роликов 211, 212.
Также рядом с входной частью 50а экструзионного шнека 50 и за воронкой по отношению к траектории, по которой следует удлиненный элемент 120, экструзионный корпус 10 содержит моторизованный ролик 40, выполненный с возможностью приема удлиненного элемента 120 поступающего из воронки 30 и подачи его к экструзионному шнеку 50 вдоль направления А подачи, параллельного продольной оси Х.
Моторизованный ролик 40 может быть размещен под воронкой 30 и сбоку от входной части 50а экструзионного шнека 50, то есть он не выровнен относительно экструзионного шнека 50. В альтернативном варианте моторизованный ролик 40 может быть размещен по ходу перед входной частью 50а экструзионного шнека 50, под воронкой 30 и с выравниванием относительно экструзионного шнека 50.
Экструзионное устройство 100 предпочтительно также содержит охлаждающее устройство для охлаждения моторизованного ролика 40. Такое охлаждающее устройство может представлять собой одно из устройств 60, 65, 67, 68 регулирования температуры, рассмотренных ниже. В альтернативном варианте моторизованный ролик 40 может охлаждаться прямым потоком воды, регулируемым посредством терморегулирующего клапана.
Моторизованный ролик 40 приводится во вращение моторным узлом 45, отличным от того моторного узла 55, который обеспечивает перемещение экструзионного шнека 50.
Например, подобно иллюстративному варианту осуществления, показанному на фиг.1, моторный узел 45 смонтирован на опорном блоке 200 сбоку от экструзионного корпуса 10 и сообщает вращательное движение моторизованному ролику 40 посредством редуктора или (ременной или цепной) передаточной системы, не видимой на приложенных фигурах
Выполнение разных моторных узлов для экструзионного шнека 50 и для моторизованного ролика 40 обеспечивает возможность приведения моторизованного ролика 40 во вращение с частотой вращения, отличающейся от частоты вращения экструзионного шнека 50. Частота вращения моторизованного ролика 40 предпочтительно меньше частоты вращения экструзионного шнека 50.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения отношение между частотой вращения моторизованного ролика 40 и частотой вращения экструзионного шнека 50 находится в диапазоне между приблизительно 0,2 и приблизительно 0,8.
Экструзионное устройство 100 содержит по ходу за экструзионным корпусом 10, то есть рядом с выходной частью 50b экструзионного шнека 50, насос 20 предпочтительно шестеренчатого типа, через который проходит эластомерный материал, выходящий из экструзионного корпуса 10.
В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг.1, фильера 21 соединена с насосом 20 со стороны, противоположной по отношению к экструзионному корпусу 10. Эластомерный материал, выталкиваемый насосом 20, вытягивается посредством такой фильеры 21 для формирования полуфабриката 150, имеющего заданные форму и размер, который затем накладывается на формообразующую опору 500.
В альтернативном (непоказанном) варианте осуществления экструзионного устройства 100 по настоящему изобретению в качестве элемента для вытягивания эластомерного материала вместо фильеры 21 можно использовать другое устройство, пригодное для придания полуфабрикату 150 заданных формы и размера (например, пару каландровых валиков).
Экструзионное устройство 100 также содержит множество устройств регулирования температуры, каждое из которых предназначено для регулирования температуры в определенной зоне экструзионного устройства 100.
В частности, предусмотрено устройство 60 регулирования температуры, взаимодействующее с экструзионным корпусом 10 рядом с воронкой 30, и предусмотрено устройство 65 регулирования температуры, взаимодействующее с экструзионным корпусом 10 рядом с экструзионным шнеком 50, для обеспечения возможности поддержания зоны экструзионного корпуса 10, расположенный по ходу перед экструзионным шнеком 50, при температуре, которая ниже температуры зоны экструзионного корпуса 10, в которой предусмотрен экструзионный шнек 50. Такая мера особенно полезна в случае использования эластомерных материалов с низкой вязкостью.
В этом случае, например, зона экструзионного корпуса 10 рядом с воронкой 30 поддерживается при температуре в диапазоне между приблизительно 25°С и приблизительно 30°С, в то время как зона экструзионного корпуса рядом с экструзионным шнеком поддерживается при температуре в диапазоне между приблизительно 50°С и приблизительно 90°С.
В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг.1, также предусмотрены устройство 67 регулирования температуры, взаимодействующее с насосом 20, и устройство 68 регулирования температуры, взаимодействующее с фильерой 21. По ходу за фильерой может быть предусмотрен ленточный конвейер; в этом случае отсутствует необходимость в регулировании температуры фильеры 21.
Управление устройствами регулирования температуры осуществляется посредством электрической панели (непоказанной), также предусмотренной на опорном блоке 200.
Обеспечение наличия электрической панели и устройств 60, 65, 67 и 68 регулирования температуры на опорном блоке 200 предпочтительно создает возможность того, что для включения экструзионного устройства 100 потребуется просто соединить его с сетью электропитания и с контурами подачи воздуха и воды.
Посредством экструзионного устройства 100, описанного выше, можно задать на выходе экструзионного корпуса 10 и на входе насоса 20 величины давления в диапазоне между приблизительно 30 бар и приблизительно 80 бар, предпочтительно равные приблизительно 50 бар. Это позволяет обеспечить заданное постоянство скорости потока для скоростей подаваемого потока в диапазоне между приблизительно 25 см3/с и приблизительно 45 см3/с даже в случае использования эластомерных материалов с низкой вязкостью и в случае прерывистых процессов экструзии.
Далее описан предпочтительный вариант осуществления способа экструзии для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала. В частности, данный способ может выполняться экструзионным устройством 100, описанным выше, для изготовления компонента шины для колес транспортных средств, выполненного из эластомерного материала.
Как только формообразующая опора 500 будет размещена рядом с экструзионным устройством 100, моторные узлы 45 и 55 приводятся в действие, в результате чего моторизованный ролик 40 и экструзионный шнек 50 приводятся во вращение с заданной скоростью/частотой вращения. В частности, моторизованный ролик 40 предпочтительно приводится во вращение с частотой вращения, которая меньше частоты вращения экструзионного шнека 50.
Также приводятся в действие устройства 60, 65, 67 и 68 регулирования температуры при регулировании температуры различных зон экструзионного устройства 100 до заданных значений. В частности, зона экструзионного корпуса 10, расположенная по ходу перед экструзионным шнеком 50, доводится до температуры и поддерживается при температуре, которая ниже температуры зоны экструзионного корпуса 10, в которой предусмотрен экструзионный шнек 50.
Удлиненный элемент 120 снимают со сборочного стола и размещают вручную на роликах 211, 212, которые перемещаются для подачи удлиненного элемента 120 внутрь воронки 30.
Удлиненный элемент 120 проходит из воронки 30 к моторизованному ролику 40 и от последнего принудительно подается к экструзионному шнеку 50 и затем к насосу 20, проходя вдоль направления А подачи.
Во время подачи удлиненного элемента 120 к экструзионному шнеку 50 моторизованный ролик 40 охлаждается посредством охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды.
Эластомерный материал, выходящий из насоса 20, проходит через фильеру 21 и вытягивается для формирования полуфабриката 150, который накладывают на формообразующую опору 500.
После завершения наложения полуфабриката 150 на формообразующую опору 500 экструзионное устройство 100 выключают, тем самым прерывая процесс экструзии, и формообразующую опору 500 захватывают и отводят от экструзионного устройства 100 для перехода к последующим этапам сборки шин.
Процесс экструзии может начаться снова при идентичном повторении операций, описанных выше, после размещения новой формообразующей опоры в положении, занятом ранее формообразующей опорой 500, для создания компонента другой шины, выполненного из эластомерного материала, также на данной новой формообразующей опоре посредством наложения полуфабриката 120, полученного посредством экструзионного устройства 100, на такую формообразующую опору.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления. Могут быть выполнены различные изменения вариантов осуществления, описанных выше, без отхода от объема охраны изобретения, определяемого нижеприведенной формулой изобретения.
1. Экструзионное устройство (100) для экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала, содержащее:
экструзионный корпус (10), проходящий вдоль направления (А) подачи;
насос (20), расположенный за экструзионным корпусом (10) вдоль направления (А) подачи;
при этом экструзионный корпус (10) содержит:
воронку (30) для загрузки эластомерного материала;
экструзионный шнек (50), проходящий вдоль направления (А) подачи и имеющий входную часть (50а), расположенную вблизи воронки (30), и выходную часть (50b), расположенную вблизи насоса (20);
моторизованный ролик (40), расположенный у входной части (50а) экструзионного шнека (50) и выполненный с возможностью приема эластомерного материала из воронки (30) и подачи его к экструзионному шнеку (50), при этом экструзионный шнек (50) имеет такие длину (L) и диаметр (D), что отношение между длиной (L) и диаметром (D) находится в диапазоне между 5 и 7.
2. Экструзионное устройство (100) по п. 1, в котором насос (20) представляет собой шестеренчатый насос.
3. Экструзионное устройство (100) по п. 1 или 2, содержащее охлаждающее устройство (45) для охлаждения моторизованного ролика (40).
4. Экструзионное устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором моторизованный ролик (40) приводится во вращение моторным узлом (47), отличным от того моторного узла, который приводит во вращение экструзионный шнек (50).
5. Экструзионное устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, содержащее первое устройство (60) регулирования температуры, взаимодействующее с экструзионным корпусом (10) рядом с воронкой (30), и второе устройство (65) регулирования температуры, взаимодействующее с экструзионным корпусом (10) рядом с экструзионным шнеком (50).
6. Экструзионное устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором выходная часть (50b) экструзионного шнека (50) содержит заостренную концевую часть (51), выполненную с по меньшей мере одним витком (52) резьбы.
7. Экструзионное устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором длина (L) имеет значение, находящееся в диапазоне между приблизительно 500 мм и приблизительно 1500 мм.
8. Способ экструзии полуфабриката, выполненного из эластомерного материала, включающий:
обеспечение принудительной подачи эластомерного материала к экструзионному шнеку (50) вдоль направления (А) подачи;
перемещение эластомерного материала посредством экструзионного шнека (50) вдоль направления (А) подачи;
при этом экструзионный шнек (50) имеет такие длину (L) и диаметр (D), что отношение между длиной (L) и диаметром (D) находится в диапазоне между 5 и 7.
9. Способ по п. 8, при котором указанное отношение равно приблизительно 6.
10. Способ по п. 8 или 9, при котором обеспечение принудительной подачи включает подачу эластомерного материала к экструзионному шнеку (50) посредством моторизованного ролика (40).
11. Способ по п. 10, при котором обеспечивают вращение моторизованного ролика (40) с окружной скоростью, которая меньше окружной скорости экструзионного шнека (50).
12. Способ по п. 10 или 11, включающий охлаждение моторизованного ролика (40) посредством охлаждающей текучей среды.
13. Способ по п. 12, включающий регулирование температуры рядом с моторизованным роликом (40) до значения, которое ниже температуры рядом с экструзионным шнеком (50).
14. Способ по любому из пп. 8-13, при котором эластомерный материал подают со скоростью потока, находящейся в диапазоне между приблизительно 25 см3/с и приблизительно 45 см3/с.
15. Способ по любому из пп. 8-14, при котором экструзионный шнек (50) содержит заостренную концевую часть (51), выполненную с по меньшей мере одним витком (52) резьбы.
