CN108136628B - 固化方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于固化由弹性体材料制成的坯体的方法，其中在容纳坯料的金属固化模具中将待固化的坯料加热到固化温度并且通过来自电感应加热的固化模具的热传递来实现该坯料的加热，其中该固化模具的加热经由至少两个电耦合的并且同轴地布置在该固化模具的端部处的并且被高频交变电流流过的耦合线圈进行。

Description

固化方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于固化由弹性体材料制成的物体的方法，其中待固化的坯料在容纳坯料的金属固化模具中被加热到固化温度。同样公开了一种用于执行该方法的装置以及该方法的特殊应用。

背景技术

通常，使用热蒸气对由弹性体材料制成的产品进行固化。在此，在锅炉房中借助气体燃烧器系统产生过热水蒸气并且然后通过广泛分支的管路系统将其输送到工厂中的固化压机中。在固化设备/固化压机中，蒸气用于加热固化模具及其组成部分和构件或用于冲洗模具部件。蒸气的产生非常昂贵，并且在实际加热过程中蒸气到达之前，由于广泛分支的管路系统产生相当大的能量损失。在这里例如有必要对所有管路进行隔热处理，以保证在过程中保留足够的热能。

此外，在许多处于蒸气压力下的过程中装配过程非常耗时，并且因为蒸气侵蚀所有接触面以及例如阀门、冷凝器等，必须在相对较短的使用时间后进行彻底检修，所以修理和维护成本相对较高。即使是可移动的管路，如一些软管，也会经受较高的磨损。此外，由于部件的热量和重型设计，所需要进行的修理和维护工作是非常昂贵的且不是完全无危险的。

因此，现有技术已经提出了用其他方法来替代昂贵的热蒸气固化的解决方案。

例如，DE 881 848已经公开了一种用于在高频的交变场中固化塑料或橡胶的方法，其中用于产生这些交变场的不同电气装置应当防止待固化产品的过热。

DE AS 1 054 229示出了由橡胶制成的轨道在高频电场中在辊上或卷筒中的固化方法，其中具有与橡胶不同的介电特性的材料被卷绕在轨道之间。

DE 23 54 938 A1公开了一种用于生产车辆轮胎的软管的方法，其中固化热量由电感应器件产生并且加热放置在软管之间的金属模具部件。

但是，迄今为止，用于替代蒸气加热的加热方法仍未能成功应用的原因在于，不能令人满意地实现橡胶制品的均匀且完全的加热。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种对迄今为止利用热蒸气来工作的固化方式的替代方案并且同时提供一种方法，在该方法中可以实现安全的温度控制、简单的压机构造、简易的可操作性和显着降低的维护成本。

这个目的是通过主权利要求的特征来实现。其他有利的设计方案在从属权利要求中公开。

在此，坯料的加热通过来自电感应加热的固化模具的热传递来实现，其中固化模具的加热经由至少两个电耦合的并且同轴地布置在固化模具的端部处的并且被高频交变电流流过的耦合线圈进行，其类似于亥姆霍兹线圈布置。

亥姆霍兹线圈是一种特殊的线圈布置，其中两个线圈以一定的距离同轴地并基本平行地设置并且在相同方向上被电流流过。在此，所定义的距离对应于线圈的半径。两个线圈相互独立地产生磁场，其磁场线围绕该线圈凸出。由于线圈彼此的几何距离，可以叠加或耦合磁场线。由于在线圈中通过电流产生的两个磁场的叠加，在两个线圈之间得到具有在很大程度上均匀的磁场的区域。

与之相反，在根据本发明的方法中，两个线圈之间的距离大于线圈的半径，从而不能在线圈之间形成均匀的磁场。只有在该场中存在金属导体时，例如存在用于空气弹簧坯料的金属固化模具时，磁场线被引导至模具，从而在该模具内形成几乎均匀的磁场。因此，由高频交变电流产生的交变场在金属中产生分子振动。结果，由于分子摩擦，金属固化模具变热。在此，加热的强度取决于材料特性。

通过这种产生和传递固化热量的方式完全省去了上述的和由于通常在现有技术中使用的热蒸气加热而产生的操作和维护问题。此外，由于通过广泛分支的管路和阀系统而在蒸气加热中出现的累积的能量损失被大大降低，因此能源成本得到了显著的节省。用于加热固化模具所需的能量直接在现场生成或通过正常的电源导线引入。由于电气技术设备的高效率(通常大于95％)，所以仅产生非常少的损失。

由于省去了用于加热固化模具的水蒸气，所以省去了规律性的、有时时间间隔非常短的高耗费的维护或修理工作。电气设备的维护量通常很低。

在通常感应加热的情况下并且还有在具有耦合线圈的根据本发明的方法设计的情况下，电涡流损耗提供加热。涡流和磁滞损耗取决于金属材料的电流通流能力及其磁化系数(磁导率)。如果材料允许很少的电流通过，这意味着借助于磁场引入的大部分能量被转换成分子的摩擦热并加热模具。如果为固化模具选择了具有高导磁率和相对低导电率的合适材料，则可以降低所需的电功率。

另外，具有所要求保护的耦合线圈的布置的根据本发明的方法相对于环形电感器(可以替代性地用环形电感器包围固化模具)的应用也具有显着的优点。对于环形电感器的应用，必须为每个固化模具卷绕专属制造的线圈，而在根据本发明使用的耦合线圈中，可以使用基本上预制造的线圈，这些预制造的线圈可以同样用于一系列的固化模具的距离和电气数值。此外，环形电感器的使用会影响固化模具的构造，即由此固化模具可能必须专门根据顶-盖原理来构造。

根据本发明的方法可以特别有利地用于呈空气弹簧气囊形式的空心体的固化。在此，待固化的气囊坯料/空气弹簧气囊坯料在包围气囊坯料的金属固化模具中直至安置在其内壁之前都被置于内压之下并且通过热传递被加热到固化温度。通过利用这种方法可以实现固化模具中特别均匀的温度并且相应均匀的热传递也可以以极好的方式避免该空心体中的过热并且这得到了完全的并且在所有气囊区域上均匀的完全固化的材料基质。

有利的改进方案在于，如此构造同轴布置在固化模具的端部上的耦合线圈的线圈几何形状、电流、匝数和距离，使得利用在固化模具的长度上直线延伸的磁场线而产生基本上均匀构造的磁交变场。由此，这一方面用于支持在固化模具的长度上形成基本上相同的温度，另一方面可实现对这种固化设备的设计进行预设定，其中可以从许多参数中进行尽可能最好的预选。

另一个有利的设计方案在于，固化模具的部分区域或其周围的部件被磁屏障遮蔽或覆盖。在这种屏障的帮助下，可以减弱空间中出现的磁场并且因此以保护金属物体、特别是更精细、更敏感的金属构造的加热免于过度加热。

另一个有利的设计方案在于，耦合线圈的电流强度、电流频率和电压由变频器控制。这由此可以实现间接地借助于线圈中的电感而单独地调节温度。借助变频器，可以根据希望调节电流强度、电流频率和电压。于是可以毫无问题地实现配方管理，例如作为与橡胶混合物相匹配的固化流程、由于时间上不均匀的通量强度而引起的短加热区间、或者带有温度监测的间隔加热。

也可以考虑固化模具的由时间控制的非恒定的加热。在加热循环开始时，模具恒定地保持在在先前的温度上。如果在橡胶空气弹簧的外轮廓上已经发生了固化，则温度可以逐渐地慢慢提高。这因此避免橡胶在交联期间燃烧。一旦已经在外轮廓上发生了橡胶的初始交联，就可以提高温度并且因此将其内轮廓更快地固化。

另一个有利的设计方案在于，变频器可以通过在电路中的安全装置对相关联的固化设备进行响应并且在触发这样的安全设备时中断电流供应。由此可以毫无问题地进行紧急关机。

根据本发明的方法可以特别有利地用于固化在金属固化模具中轮胎坯料或者固化缠绕在金属成形鼓上的或容纳在圆柱形的赋形用固化模具中的传动带坯料。

该方法适用于固化传送带或输送带，其中这些带被区段地或定长地固化，其方式为，该传送带或输送带通过作用于该输送带的上侧和下侧且能够调节的平坦的固化压机来进行固化。在此，这些带是以定长的段或作为环形带通过耦合线圈和位于其间的固化压机的金属加热板来进行移动，然后调节该加热板并且然后将其加热。在完成该部分固化之后，打开加热板，将该带向前移动大约一个加热板长度并且该过程重新开始。在此，耦合线圈当然基本上构造为矩形或扁椭圆形的，对应于平坦的且与带匹配的固化压机的加热板。

在这些应用中，出现了在至今使用热蒸气时通常遇到的与当其用于固化空气弹簧气囊时相同的问题。此外，在这些应用中，固化模具的直径通常更大并且也更难以进行操作，从而使得替代方案(例如可能利用环形电感器)在此退出(ausscheidet)并且耦合线圈形成了对于该目的而言特别好的且适合的解决方案。

附图说明

借助于实施例，即根据本发明的用于固化空气弹簧坯料的固化压机，将更详细地解释本发明。唯一的附图对此示意性地示出了用于实施该方法的固化压机1，该固化压机被设计为用于固化空气弹簧坯料的双压机。

具体实施方式

在此，压机具有机架2，在该机架中为双固化模具3、4中的每一个设计有顶部件5和相应的底部件6。顶部件5可移动地布置在机架2中并且分别借助于压机缸体7移动。底部件6牢固地与该机架用螺钉连接。

由此，相应的顶部件5可以移动到左侧所示的固化模具3的打开位置和右侧所示的关闭位置4中。将待固化的空气弹簧气囊的坯料8插入该打开位置3中。然后关闭固化模具3并可以开始空气弹簧坯料的固化，即可以开始对固化模具的加热。例如，在这种状态下为在右侧所示的固化模具4。

固化模具3和4设有使空气弹簧坯料与固化模具部件接触的装置，即设有这里未详细示出的装置，利用该装置可以将空气弹簧坯料置于内压中，从而在闭合该压机之后可以将该空气弹簧坯料贴靠到固化模具3和4的相应空心的罐状构造的顶部件5的内壁上。

耦合线圈9和10相应地与固化模具3和4的顶部件和底部件同轴地布置在其上，即线圈9布置在固化模具的相应的顶部件5的上端并且线圈10布置在底部件6的下端。

在闭合固化模具之后，将高频交变电流施加到两个线圈9和10上，该交变电流沿相同方向流过线圈。

线圈9和10都产生磁场，其磁场线重叠，使得在闭合的固化模具4的区域中两个线圈之间在固化模具的金属中形成在很大程度上均匀的磁场。由高频的交变电流产生的磁场导致固化模具的变热。该热量被传递到位于模具中的并贴靠在内壁上的空气弹簧坯料上并用于均匀固化。

用于控制压机和为压机供电以及用于在耦合线圈中产生高频交变电流的装置在此未详细示出，当然，在此仅示意性地示出的双压机设有这些装置。

附图标记说明

1 固化压机/双压机

2 机架

3 固化模具

4 固化模具

5 固化模具的顶部件

6 固化模具的底部件

7 压机缸体

8 空气弹簧坯料

9 耦合线圈

10 耦合线圈

Claims (5)

1.一种用于固化由弹性体材料制成的空气弹簧气囊的方法，其中在容纳气囊坯料的金属固化模具(3，4)中将待固化的气囊坯料(8)直至贴靠在该固化模具的内壁处之前都被置于内压之下并且通过热传递加热到固化温度，其特征在于，通过来自电感应加热的固化模具(3，4)的热传递来实现该坯料的加热，其中该固化模具的加热经由至少两个电耦合的并且同轴地布置在该固化模具的端部处的并且被高频交变电流流过的耦合线圈(9，10)进行，其中，如此构造同轴布置在该固化模具的端部处的耦合线圈的线圈几何形状、电流、匝数和距离，使得利用在该固化模具的长度上并且在该固化模具(3，4)内部直线延伸的磁场线产生基本上均匀构造的磁交变场。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该固化模具的部分区域或其周围的部件被磁屏障遮蔽或覆盖。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该耦合线圈(9，10)的电流强度、电流频率和电压由变频器控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该变频器能够通过在电路中的安全装置对相关联的固化设备进行响应并且在触发这样的安全设备时中断电流供应。

5.一种用于执行根据权利要求2至4中任一项所述的方法的固化压机，该固化压机具有以下装置和特征：

a.机架(2)，固化模具(3，4)的顶部件(5)和底部件(6)能够相对彼此移动地被容纳在该机架中，即该顶部件和底部件尤其借助于压机缸体(7)可移动到彼此隔开的打开位置以及闭合位置中，

b.其中该顶部件(5)和该底部件(6)由弹性体材料形成以容纳待固化的坯料(8)并且必要时具有使该坯料与固化模具部件接触的装置，

c.其中分别相对于该顶部件和该底部件的与该顶部件和/或该底部件同轴的共同的纵向轴线而布置的耦合线圈(9，10)布置在该顶部件的上端或外端处以及该底部件的下端或外端处，其中，类似于亥姆霍兹线圈布置的线圈的半径基本上相同，并且线圈之间的距离大于线圈的半径，

d.并且具有用于产生、控制和调节这些耦合线圈之间的高频能量交变场的装置。

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