CN110087854B - 包括改进的挤出头的挤出设备 - Google Patents

Abstract

一种通过共挤出制造基于多种不同组分的弹性体混合物的成形带材的设备(1)，所述设备(1)包括至少两个挤出机(10、20、30、40)，所述挤出机(10、20、30、40)将弹性体混合物供应到挤出头(50)。根据本发明，所述挤出机(10、20、30、40)直接供应至所述挤出头(50)，所述挤出头(50)能够更换并且将尺寸工具整体组合在一起。

Description

包括改进的挤出头的挤出设备

技术领域

本发明涉及旨在用于生产轮胎的弹性体混合物的挤出的领域。更具体地，本发明涉及制造基于不同组分的弹性体混合物的共挤出的复杂型材。

背景技术

以已知的方式，通过挤出至少两种不同组分的弹性体混合物(或共挤出)的复杂型材的制造要使用数个连接至共同挤出头的挤出机。每个挤出机由固定的圆柱形构件或护套形成，在护套的内侧有螺杆，该螺杆与护套的纵向轴线共轴并且绕所述轴线旋转。螺杆的功能是使被引入挤出机中的橡胶混合物均匀化，并将橡胶混合物推向出口模具。对于复杂产品，出口模具接收几种不同组分的弹性体混合物并决定橡胶带材的外形。该外形由固定的型板限定，该型板与旋转辊或固定壁配合。

目前，复杂产品越来越多地被使用，以减少组装期间产品的连续应用次数、降低成本并改善最终产品的质量。优选通过共挤出获得这些复杂产品，因为该方法确保改进不同组分之间的结合。形成复杂外形的部件的数量具有增加的趋势，这使得其生产工具的制造复杂化，占用空间更大。

因此，已知文献WO2015/028166描述了使用五个平行布置的挤出机的共挤出设备，所述共挤出设备用于制造轮胎的胎面。因此通过由五个不同通道到达的不同混合物在成形装置的出口设置的共同挤出头处的共挤出而获得复杂的型材。挤出机全部布置在与产品出口相对的一侧。在希望改变挤出的复杂型材时，更换包括成形模具的固定的挤出头的下游部分。这样，包括混合物到达的通道的上游工具固定至挤出机，仅能够通过冗长的拆解操作而更换。另外，由于混合物流体在一侧汇聚，因此挤出头的占地非常大，并且设备必须包括用于锁定挤出头的非常坚固的机构，以抵消挤出压力。

在文献JP 4053687中描述了该问题的解决方案，其提出在共挤出的复合产品的出口模具的任一侧处布置不同的挤出机。根据该文献的共挤出组件包括固定挤出头，固定挤出头设置有位于下部中心部分处的出口模具以及三个固定挤出机，其中两个挤出机安装在模具的右侧而一个挤出机安装在模具的左侧。根据该文献，能够通过将模具更换为另一个模具来改变型材的类型，模具与三个挤出机以及设置在下方的可移除的第四个挤出机连通。由于挤出机的不同的布置，由挤出头吸收的力肯定比前述文献中小。然而，该文献的挤出头包括非常深的预成形通道，该预成形通道将挤出机连接到模具，而难以清洁。结果，该文献的挤出组件在改变不同挤出机的混合物时产生许多浪费。

还从文献US 7 311 505已知另一种共挤出设备，该共挤出组件包括固定挤出头，固定挤出头设置有位于下部中心部分处的出口模具以及四个固定挤出机，其中两个挤出机安装在模具的右侧而两个挤出机安装在模具的左侧。挤出头还包括三个可移动部分，在操作结束时使可移动部分移动，以打开头部并且提供进入连接挤出机与挤出模具的深通道。因为以比前述文献中的结构更明智地被制备，所以该文献的挤出头的结构非常复杂，需要不同机构和致动器来打开和关闭形成挤出头的不同部分。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述文献的缺陷，并提供挤出头设计的原创解决方案，其能够改善操作结束时清洁设备的操作，并且缩短清洁设备的操作所需的时间。

为了实现该目的，本发明提出了一种设备，用于通过共挤出制造基于数种不同组分的弹性体混合物的成形带材，所述设备包括至少两个挤出机，以用于将弹性体混合物供应到挤出头，其特征在于，所述挤出机直接排出至所述挤出头，所述挤出头能够更换并且将所有尺寸工具组合在一起。

尺寸工具是指从挤出机的出口孔给定型材的形状和尺寸的工具。通常，通过每个挤出机的出口与挤出模具的入口之间的传输通道以及与挤出模具一起，形成该尺寸工具。传输通道是指连接挤出机的出口孔与挤出模具的入口的管道。因此，本发明的可移除挤出头包括共挤出成形产品专用的尺寸工具的整个尺寸部分。

换句话说，挤出头直接地连接到挤出机，两者间没有任何弹性体混合物传输通道，挤出机的螺杆端部与模具的出口之间的传输通道完全被包含在可移除挤出头中。这样，根据本发明的挤出头在单体单元内将给定的型材所专用的所有尺寸工具(传输通道和挤出模具)组合在一起。在改变成形产品时，迅速移除可更换或可移除的单元，并替换为适于新的产品的另一个单元。

因此，在挤出操作结束、希望改变共挤出成形产品的时候，移除挤出头，并更换为新的成形产品专用的另一个挤出头。挤出机清空，在前一操作期间排出了所有混合物，一旦新的挤出头就位，就能够开始新的共挤出操作，而无需等待。这样就避免了耗时地清洁传输通道，或者在现有技术的设备中那样出现混合物废料。因此，提高了生产率，降低了成本。

优选地，每个挤出机的螺杆端部基本上与挤出头的相应的入口孔齐平。“基本上”应理解为在挤出头的相应的入口孔的口处，或理想地在几毫米或至少小于挤出机直径的非常小的距离处，并且没有显著减小其横截面。这能够消除留在两者之间的任何残余混合物，因此消除混合的废料混合物。

有利地，所述挤出头为直棱柱形的单体组件。因此能够从设备中移除单体单元，或者向设备中插入单体单元。

优选地，所述挤出机安装在共同的支撑件上，所述支撑件包括用于容纳所述挤出头的容纳处。该解决方案简单耐用。

有利地，所述挤出头包括形成其与所述支撑件的界面的侧壁。这些侧壁然后包括能够使混合物到达挤出头中的孔。

优选地，所述挤出头能够相对于所述支撑件平移移动。这能够快速地移除挤出头，容易将其更换为另一个挤出头。

有利地，所述挤出头的运动方向垂直于所述挤出机中的至少一个的纵向轴线。

在本发明的有利变体中，所述侧壁中的至少一个是倾斜的。因此，在挤出头完全插入支撑件中时，在挤出头与支撑件之间获得了良好的密封。

有利地，设备包括用于将挤出头快速固定到支撑件的装置。这能够快速地使挤出头相对于支撑件锁定和解锁。

在本发明的另一个有利变体中，所述支撑件包括至少一个侧壁，所述侧壁能够垂直于所述挤出头的运动方向平移移动。因此，在活动壁与挤出头的相对的侧壁接触时，在挤出头与支撑件之间获得了良好的密封。

有利地，所述挤出头包括一组并排布置的数个板件，每个板件包括至少一个空腔，该空腔能够朝向出口孔引导来自所述挤出机的混合物，并且板件对于所述挤出机的混合物的流动的输出方向基本上横向布置。

板件对于流体的输出方向基本上横向布置，是指板件设置成面对混合物的流动，并且以等于其布置的角度来突然改变混合物的流动的方向。这样的角度约为90°，公差为20°。优选地，这样的角度在70°至110°之间。在挤出机螺杆出口处挤出物以约90°排出，从而能够获得从螺杆的螺纹到挤出头和模具的通道的流动区域的一定连续性。因此，所实现的溶胀/压头损失之比要比现有技术的解决方案好得多。

优选地，至少一个板件包括通孔，所述通孔能够将挤出机的出口孔连接到相邻板件的空腔。

这使得弹性体混合物能够从挤出机穿过第一板件的孔直到相邻板件的传输通道。因此，通过一组适当的板件和孔，可以改变混合物在挤出头中的到达顺序，并且组织混合物经由挤出模具转移到出口，同时保持挤出机的初始布置。

还通过一种方法实现本发明的目的，所述方法使用至少两个挤出机通过共挤出制造基于多种不同组分的弹性体混合物的成形带材，挤出机将弹性体混合物供应到挤出头，其中：

-选择适应于共挤出的型材的挤出头，并将挤出头插入到设备中为此目的而设置的支撑件中，从而使挤出头达到与挤出机的出口孔齐平，每个挤出机的螺杆端部与挤出模具之间的传输通道位于能够更换的挤出头中；

-使用快速固定装置将挤出头锁定就位；

-共挤出产品带材；

-移除所述挤出头。

优选地，本发明的方法包括额外的步骤，其中，在将所述挤出头插入到设备中之前，预热所述挤出头。这能够使得挤出头与挤出机温度相同，以提高设备的生产率。

附图说明

本发明将从以下说明中得到更明确的理解，参照以下附图予以说明：

-图1为根据一个实施方案的工作位置中的本发明的设备的截面示意图；

-图2为停用位置中的根据本发明的设备的截面示意图；

-图3为根据另一个实施方案的停用位置中的本发明的设备的立体图；

-图4为在工作位置中显示的图3的设备的较小比例的视图；

-图5为停用位置中的图3的设备的俯视图；

-图6为工作位置中的图3的设备的俯视图；

-图7为根据又一个实施方案的本发明的挤出头的截面图；

-图8为图7的挤出头的部件的分解图。

具体实施方式

在不同的附图中，相同或相似的元件具有相同的附图标记。因此，不必再次描述。

在图1和图2中，挤出设备1包括四个挤出机10、20、30、40、挤出头50和挤出模具60。挤出头50将挤出机10、20、30、40的出口连接到挤出模具60，挤出模具60能够使型材成形。通过共挤出来自不同挤出机的四个简单型材来生产复杂外形的带材70，所述挤出机聚集在出口端部61处。然后，通过传输装置(例如输送机80)输送复杂外形的带材70。

众所周知，由挤出机10、20、30和40挤出的不同混合物在不混合在一起的情况下穿过挤出头50，并通过模具60层压成形。

作为示例，这样的不同弹性体混合物是用于形成胎面组件的基于弹性体或橡胶的混合物，例如：第一100％天然橡胶材料用以生产底层，然后第二100％合成橡胶材料用以生产胎面，接着第三和第四材料用以生产由天然橡胶/合成橡胶(20％至80％天然橡胶)的混合物制成的胎侧。因此，根据本发明的送入挤出头的不同弹性体混合物意指至少两种不同的混合物从至少两个不同的挤出机到达头部。相同的混合物，例如具有相同组分的第三和第四混合物，也可以从其它挤出机被接收在挤出头中。

根据本发明，挤出机10、20、30、40直接向可互换的挤出头50中排放。因此，挤出头直接连接到挤出机上，而在两者之间没有弹性体混合物传输通道。

从图3中可以更好地看出，挤出机10、20、30、40布置在共同的支撑件90的任一侧上，并且固定在共同的支撑件90上。作为示例，每个挤出机护套通过凸缘固定至支撑件90的侧壁93、94，该凸缘设有螺纹固定件和密封件。支撑件90是大致棱柱形的单元，其内部具有凹槽，凹槽的形状和尺寸与挤出头50的形状和尺寸相对应，并形成用于挤出头的容纳处95。更具体地，根据本发明，挤出机10、20、30的螺杆1、2、3的端部基本上与形成支撑件90的内表面91和挤出头50的外表面51之间的界面的平面基本齐平。这同样适用于挤出机40的螺杆4a、4b的端部，其基本上与平面齐平，该平面构成支撑件90的内表面92与挤出头50的外表面52之间的界面。更具体地，螺杆的端部到达形成在支撑件90的侧壁93、94上的通孔的入口，使来自挤出机出口孔的混合物穿过挤出头50内的入口孔。挤出头50相对于支撑件90的移动方向(在图1中用箭头E表示)与成形产品通过挤出模具60输出的方向(在同一图中用箭头S表示)平行。挤出模具60固定地连接至挤出头50并且相对于设备的支撑件90可移动地安装。

因此，在挤出操作结束时，当希望改变共挤出的成形产品时，挤出头50远离支撑件90移动，并且替换成专用于新的外形产品的另一个挤出头。挤出机10、20、30、40清空，各自在前一操作期间排出所有混合物，一旦新的挤出头就位，就可以在不等待的情况下开始新的共挤出操作。

因此，包括本发明的挤出头的设备能够使得更换要生产的成形产品变得容易，机器在操作结束时是清洁的，因此不再需要清空形成现有技术的设备的传输通道。

根据本发明的一个有利的方面，挤出头50是单体组件或单元，其通过在预定的运动方向上的平移运动被插入支撑件90中以及从支撑件90中移除。挤出模具60完成形成挤出头50的组装。在图3所示的实施方案中，挤出头50的平移运动方向垂直于挤出机10和40的纵向轴线。因此，可以更容易地使用机械臂抓取挤出头50并相对于支撑件90移动它，以便用新的挤出头替换它。挤出头50相对于支撑件90的移动方向(在图1中用箭头E表示)与成形产品的输出方向(在同一图中用箭头S表示)垂直。

根据本发明的一个重要的方面，挤出头50的侧壁51和52中的至少一个以及支撑件90的内壁91和92中的至少一个是倾斜的，并且相对于与包含挤出头50的运动轴线的平面平行的平面形成相同的角度。优选地，该倾斜角度较小，以便限制用于将挤出头锁定就位的力，该倾斜角度优选地小于30°。对于小于约15°的角度(取决于接触摩擦系数，接触摩擦系数取决于接触的部件的材料)，机械的楔形物有助于工具的保持。然而，由于更难控制挤出头的定位(关于使螺杆圆柱与挤出头中的通孔匹配)，因此防止少于3°的角度。在优选的实施方案中，选择6°的角度。

在图3至图6中所示的实施方案中，为了简化结构，只有挤出头的壁51和支撑件的相应壁91是倾斜的，其它壁与挤出头的运动方向平行。在挤出头插入其在支撑件内的容纳处期间，这种倾斜壁结构使得支撑件的内壁与挤出头的外壁之间的密封能够得到保证。当挤出头到达其在支撑件90内的操作位置时，使用快速固定装置99将其锁定就位，例如，使用布置在挤出头50的前壁53的每个侧边缘之间的关节接头联接件98，其中关节接头联接件与钩柱97接合，所述钩柱97固定至支撑件90的侧壁93和94。

在图中未示出的结构变体中，当挤出头50插入支撑件时，支撑件90的侧壁93、94中的至少一个是可平移地移动的，并且刚性连接至致动器的可移动部件(例如汽缸的杆)，可以在垂直于挤出头50的运动方向的方向上平移移动。因此，一旦挤出头安装在支撑件内，使得侧壁中的一个和/或另一个更靠近支撑件，以确保支撑件与挤出头之间的密封。

供应挤出头的挤出机是已知类型的单螺杆或双螺杆挤出机，因此包括一个或两个蜗杆，由护套内的马达驱动旋转蜗杆。优选地，双螺杆挤出机中的至少一个是双螺杆泵类型的正排量挤出机，其包括两个带有互穿螺纹和共轭外形的反向旋转螺杆，它们通过马达在相反的方向上在护套内旋转。在本发明的优选实施方案中，所有挤出机10、20、30、40都是双螺杆正排量挤出机，其提供恒定的输出，以便通过共挤出获得良好的型材精度。

图5和图6显示了图3的设备的俯视图。在图5中，挤出头50被插入到支撑件90的容纳处95中，而在图6中，挤出头50在支撑件90内部就位。

有利地，在图3至图8所示的实施方案中，挤出头50包括由一叠平行的平面板件形成的组件，所述平行板件垂直于挤出机10、20、30、40的纵向轴线并因此垂直于弹性体混合物的流动的供给方向。因此，混合物经由单独通道到达挤出模具60，在其中它们形成共挤出的型材。

图7和图8以简化的方式示出了挤出头50的另一个实施方案，包括这样的板件的层叠。为了更加清楚，在图7和图8中省略了形成用于挤出头的支撑件的侧壁。挤出头50包括四个平行的平板件的层叠，这些平板件在垂直于挤出机10、20、30、40的纵向轴线16、26、36、46的平面中延伸，并设置有用于沿着板件朝向出口模具传输混合物的通道。这样的布置使得在挤出机的出口端部与挤出模具之间的传输通道的长度能够减小，因此能够减少挤出的混合物受到的压头损失。

在图7和图8所示的示例中，第一板件201包括在板件的壁的厚度中凹进的空腔212，空腔212从圆形底部向上朝向挤出模具变宽，圆形底部的直径等于挤出机10的护套的出口孔的直径。因此，空腔212形成用于来自挤出机10的混合物的第一传输通道。第一板件201还包括通孔211，通孔211与第二挤出机20连通，以将从第二挤出机20排出的混合物传递至在第二板件202中形成的传输通道。

第二板件202包括在板件的壁的厚度中凹进的空腔222，空腔212从圆形底部向上朝向挤出模具变宽，圆形底部的直径等于挤出机20的护套的出口孔的直径以及孔211的直径。因此，空腔222形成用于传输来自挤出机20的混合物的第二通道。

第四板件204包括在板件的壁的厚度中凹进的空腔242，空腔242从圆形底部向上朝向挤出模具变宽，圆形底部的直径等于挤出机30的护套的出口孔的直径。因此，空腔242形成用于传输来自挤出机30的混合物的第四通道。第四板件204还包括通孔241，通孔241与第四挤出机40的出口连通，以将从第四挤出机40排出的混合物传递至在第三板件203中形成的传输通道。

第三板件203包括在板件的壁的厚度中凹进的空腔232，空腔232从圆形底部向上朝向挤出模具变宽，圆形底部的直径等于挤出机40的护套的出口孔的直径以及通孔241的直径。因此，空腔232形成用于传输来自挤出机40的混合物的第三通道。

当然，与图3至图6的示例相同，板件201、202、203、204通过侧壁51、52和间隔件53保持在一起，以便形成单体单元或组件形式的挤出头。这样的挤出头以密封方式施用到挤出机10、20、30、40的出口。在本发明的有利变体中，支撑件90是两个部分，至少一个部分90'能够轴向移动，以便夹住挤出头50并将挤出机的出口孔以密封的方式施用到与挤出头50相对的相应的表面上。

通过在不同板件之间的通孔和传输通道的有利布置，这种以可互换板件形式生产的挤出头能够保持挤出机的初始布置，而仅改变挤出头的板件。

在现有技术的共挤出机中，挤出带材的堆叠顺序必须遵循设备中挤出机的设置顺序。这是因为每个挤出机的出口路径都引入到了由形成机器的整体部分的元件支撑的传输通道中。更改它们涉及非常冗长的拆卸操作。因此，优选保持机器的初始配置，并将挤出机的操作条件调整为适应新的型材。这样调整挤出机的操作条件是非常耗时的。

利用本发明的解决方案，机器的所有尺寸部分都集中在可拆卸的单元中。此外，使用平行的平面板件制造这种单元，所述平面板件垂直于混合物的流动的输出方向并且设置有开口和传输通道，这使得能够调换混合物到达挤出模具的顺序。该解决方案使得设备非常灵活，能够适应多种多样的、甚至是最复杂的共挤出型材，同时减少了设备或其部件的等待时间和准备时间。

在操作期间，首先选择适合于通过共挤出生产的型材的合适的挤出头。优选地，预先通过层叠平行的板件201、202、203、204来制造这种挤出头50，所述板件201、202、203、204还与挤出头的侧壁51、52的内表面平行，并且例如通过螺纹固定件将它们固定在一起。将挤出头置于炉中来以加热，并使其达到设备的操作温度。

然后例如通过机械臂(图中未示出)握持挤出头并将其插入到设备的支撑件90的容纳处95中，如图4所示。插入挤出头，直到由于其侧壁的倾斜而被轴向阻挡。此时，挤出头的入口孔和挤出机的出口以密封方式连通，并且可以开始挤出操作。

可以设想本发明的其它变体和实施方案而不脱离权利要求的范围。

以这种方式，可以布置多于四个挤出机，这些挤出机布置在挤出头的任一侧，甚至布置在挤出头的其它表面上，所述表面未用于向挤出模具排出混合物，或用于握持挤出头以便移动；挤出机中的至少两个使用不同的混合物工作，另一些使用相同的弹性体混合物。

Claims (13)

1.一种用于通过共挤出制造基于数种不同组分的弹性体混合物的成形带材的设备，所述设备包括支撑件(90)，固定至所述支撑件(90)的至少两个挤出机(10、20、30、40)，以用于将弹性体混合物供应到挤出头(50)，所述挤出头(50)包括使成形带材成形的挤出模具(60)并且还包括传输通道(212、222、232、242)使得挤出机的出口孔连接至挤出模具，所述设备的特征在于，所述挤出模具(60)固定地连接至挤出头(50)并且相对于支撑件(90)可移动地安装，使得所述挤出机(10、20、30、40)直接排出至所述挤出头(50)，所述挤出头(50)形成能够更换的单体单元并且将由传输通道(212、222、232、242)和挤出模具(60)形成的所有尺寸工具组合在一起。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个挤出机的螺杆端部基本上与挤出头的相应的入口孔齐平。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挤出头(50)为直棱柱形的单体组件。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挤出机(10、20、30、40)安装在共同的支撑件(90)上，所述支撑件(90)包括用于容纳所述挤出头的容纳处(95)，其中所述挤出头(50)包括外侧壁(51、52)，所述外侧壁(51、52)与所述支撑件(90)的容纳处(95)的相应内表面(91、92)形成界面，并且所述挤出机(10、20、30、40)的螺杆(1、2、3、4a、4b)的端部基本上与形成支撑件(90)的容纳处(95)的内表面(91、92)和挤出头(50)的相应外表面(51、52)之间的界面的平面齐平。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述挤出头(50)能够相对于所述支撑件(90)平移移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述挤出头(50)的运动方向垂直于所述挤出机(10、20、30、40)中的至少一个的纵向轴线。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述侧壁(51、52)中的至少一个是倾斜的。

8.根据权利要求4至6中的任一项所述的设备，其特征在于，其包括用于将挤出头(50)快速固定到所述支撑件(90)的装置。

9.根据权利要求4至6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件(90)包括至少一个侧壁(90')，所述侧壁(90')能够垂直于所述挤出头(50)的运动方向平移移动。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挤出头(50)包括一组并排布置的数个板件(201、202、203、204)，每个板件包括至少一个空腔，该空腔能够朝向出口孔引导来自挤出机(10、20、30、40)的混合物，并且板件对于所述挤出机的混合物的流动的输出方向基本上横向布置。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，至少一个板件(201、204)包括通孔(211、241)，所述通孔能够将挤出机(10、40)的出口孔连接到相邻板件(202、203)的空腔。

12.一种使用至少两个挤出机(10、20、30、40)通过共挤出生产基于多种不同组分的弹性体混合物的成形带材的制造方法，所述挤出机(10、20、30、40)将弹性体混合物供应到能够更换的挤出头(50)，其特征在于：

-选择适应于共挤出的型材的挤出头(50)，并将挤出头(50)插入到根据权利要求1至11中任一项所述的设备中为此目的而设置的支撑件中，从而使挤出头(50)达到与挤出机的出口孔齐平，每个挤出机的螺杆端部与挤出模具(60)之间的传输通道(212、222、232、242)位于能够更换的挤出头中；

-使用快速固定装置将挤出头锁定就位；

-共挤出产品带材；

-移除所述挤出头(50)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在将所述挤出头(50)插入到设备中之前，预热所述挤出头(50)。

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