CS248707B2 - Apparatus for the hot processing of materials - Google Patents

Description

(54 ] Zařízení pro zpracování materiálů za tepla

Řešení se týká zařízení pro zpracování materiálů za tepla a řeší se jím technický problém snížení spotřeby tepelné energie, zejména při vulikanizaci pryže.

Podstata zařízení pro zpracování materiálů za tepla, které obsahuje kovovou soustavu pro přenos tepla bud' přímo· na materiál, nebo na formu obsahující materiál, přičemž soustava obsahuje množinu samostatných segmentů spojených spolu trvale nebo rozebíratelně, spočívá podle vynálezu v tom, že jednotlivé segmenty (24) obsahují úseky (20) trubek pro rozvod plynu, které tvoří uzavřený okruh (14) pro přívod a cirkulaci horkého plynu ze zdroje horkého plynu v soustavě pro přenos tepla, a nejméně jeden průchod (28) vytvořený v soustavě pro přenos tepla nebo mezi soustavou pro přenos tepla a formou, který uvedený uzavřený okruh (14) spojuje s okolní atmosférou.

i

4

Vynález se týká zařízení pro· zpracování materiálů za tepla, například zařízení pro vulkanizaci pryžových a podobných materiálů a tvarování umělých hmot za tepla. Vynález se týká zejména vyhřívání forem pro tyto účely.

Bylo zjištěno, že ve Velké Británii se ročně na sušení a vulkanizaci spotřebuje přibližně 2 x 10¹¹ MJ. Toto celkové množství je rozloženo na různá odvětví průmyslu a jeho podstatná část připadá na gumárenský průmysl. Velké množství · technologického tepla se při výrobě přírodní nebo syntetické pryže a určitých dalších výrobků · umělých hmot spotřebuje při vulkanizaci. Jako teplonosné médium se při této operaci obvykle · používá pára, což má mnohdy za následek neefektivní využití primární energie. V nejhorších případech se do výrobku přenese méně než jedna desetina energie přivedené do ohřívače. V důsledku vysoké spotřeby energie na vulkanizaci v gumárenském průmyslu a obecně nízké účinnosti přeměny energie je zde tedy příležitost k úspoře energie.

Výroba předmětů z přírodní nebo syntetické pryže se provádí řadou známých způsobů, které se volí podle povahy výsledného výrobku, což mohou být nové pneumatiky, hadice, řemeny, obuv nebo pryžové zboží obecně. Nové pneumatiky nebo· hadice například vyžadují speciální výztuhy, které se vkládají do kompaktní pryžové směsi. Naopak, podešve nebo podpatky mohou mít podřadné mechanické vlastnosti, protože případné selhání nemá tak závažné následky. Proces výroby však bez ohledu na tyto· rozdílné okolnosti v každém případě obsahuje operaci vulkanizace, spočívající v aplikaci tepla.

Toto teplo se tradičně získává v centrálním parním kotli, který je umístěn daleko od místa vulkanizace. Obvykle se používá mokrá pára s přetlakem v rozsahu 0 až přibližně 1,38 MPa, což odpovídá teplotě nasycení v rozsahu 100 °C až 198 °C. Forma musí mít přiměřenou mechanickou pevnost, aby těmto tlakům odolala. S ohledem na vysoký obsah latentního tepla v páře se až dosud obvykle věnovala malá pozornost návrhu formy z tepelného hlediska.

Pro rovnoměrnou vulkanizaci a tudíž pro jakost výrobků má rozhodující význam rozložení teploty na rozhraní mezi formou a pryží. Chladným místům na formě se až dosud mohlo předcházet tím, že kondenzující pára odevzdává své skupenské teplo· právě na těchto místech, což činilo· zbytečným podrobný rozbor přenosu tepla na formě. Zásluhou uvedeného jevu se totiž na rozhraní mezi formou a pryží dosáhne poměrně rovnoměrného rozložení teploty.

Pro některé účely, zejména moderní postupy, jako je opatřování pneumatik novým běhounem, se může použít elektrický ohřev.

Pomocí tohoto tepelného· zdroje se spíše než konstantní teploty dosahuje konstantního tepelného· toku. Jestliže se má na rozhraní formy s pryží dosáhnout konstantní teploty, nabývá na významu kromě odporu vedení tepla také odpor přestupu tepla na rozhraní.

Doba zpracování daného. výrobku ve formě závisí na rychlosti přestupu tepla do· pryže a tudíž na její · tepelné vodivosti a tloušťce. Nízká tepelná vodivost přírodní nebo· syntetické pryže, obvykle 0,1 mm²/s, má za následek, že ve většině výrobních postupů trvá zpracování ve ofrmě řádově 10 až 100 minut, v závislosti na .rozměrech pryžového předmětu a požadovaném stupni vulkanizace. Mohou se však vysky tovat i časy krátké, například 60 $ pro vzdušnice jízdních kol, nebo velmi dlouhé, přesahující například 24 hod. pro· pneumatiky zemních strojů.

Základní postup, umožňující použít k ohřevu forem nebo lisovacích desek horké, neproměnné plyny, jako· je horký vzduch, je popsán a nárokován ve starším španělském patentovém spisu č. 524 145, na který se tento popis odkazuje. V tomto patentovém spisu je popsáno zařízení pro· tepelné zpracování výrobků, které sestává z kovového členu pro· přenos tepla stykem na výrobek, rozvodu plynu, do kterého se ze zdroje zavádí horký plyn a kterým se horký plyn přivádí k členu pro· přenos tepla, a dále jednoho nebo více přenosových kanálů pro· teplo, které přiléhají na rozvod plynu, ze kterého odebírají horký plyn, který pak odvádějí k výstupnímu obvodu. Toto· provedení umožňuje dosažení rovnoměrného rozložení teploty na rozhraní mezi členem pro přenos tepla a výrobkem.

Uvedené provedení je · zvláště · vhodné pro systémy, kde není třeba člen pro· přenos tepla nebo formu při vyjímání výrobku rozkládat nebo· rozebírat.

Existují však · také jiné druhy forem, které jsou zhotoveny z několika segmentů nebo dílů, keré se při vyjímání formovaného výrobku snímají nebo jinak rozebírají. Jedním z příkladů takového provedení je tzv. „petal“ forma, u které je k základnímu členu nebo· rámu kloubově připojena řada segmentů. Problém použití známého elektrického odporového· ohřevu spočívá v tomto případě v tom, že je třeba zajistit spolehlivé spoje mezi segmenty, které je možno při provozu formy opakovaně rozpojovat a opět obnovovat. Běžný způsob ohřevu segmentových a „petal“ forem spočívá v tom, že se tyto formy zcela uzavřou do odděleného pláště, který je vyhříván parou. Tento postup, který je nutný, má výše popsané nedostatky, související s ohřevem párou.

Další velmi běžný typ forem je pevná nebo nedělená forma, která je však sestavena ze řady trvale· spojených samostatných segmentů. Příkladem tohoto druhu forem je skořepinová forma používaná pro vulkanizaci všech rozměrů diagonálních pneuma248707 tik a radiálních pneumatik pro osobní automobily.

Uvedené nedostatky známých zařízení odstraňuje zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jednotlivé segmenty obsahují úseky trubek pro rozvod plynu, které tvoří uzavřený okruh pro přívod a cirkulaci horkého plynu ze zdroje horkého plynu v soustavě pro přenos tepla, a nejméně jeden průchod vytvořený v soustavě pro přenos tepla nebo mezi soustavou pro přenos tepla a formou, který uvedený uzavřený okruh spojuje s okolní atmosférou.

Dále je výhodné, jestliže uzavřený okruh pro· plyn je tvořen příslušnými otvory v segmentech.

Otvory v segmentech jsou s výhodou kanálky propojeny s okolní atmosférou a úseky trubek jsou souose uloženy v příslušných vrtáních v segmentech soustavy pro přenos tepla, od kterých jsou pomocí rozpěr rovnoměrně oddáleny.

Kromě · toho je výhodné, jestliže v úsecích trubek jsou vytvořeny otvory a rozpěry jsiou tvořeny kruhovými prstenci z tepelně izolačního materiálu uspořádanými s odstupy kolem úseků trubek.

Dále je výhodné, jestliže rozpěry jsou tvořeny kruhovými prstenci z kovu, například nerez · oceli, které mají s· vrtáními, která je obklopují, bodový nebo křivkový styk.

Soustava pro· přenos tepla s výhodou obsahuje množinu kusů trubek upravených pro vzájemné propojení tak, že tvoří uzavřený okruh, přičemž jednotlivé kusy trubek jsou připevněny k příslušným kovovým deskám připevněným k vnějšímu povrchu formy a •oddělených od tohoto povrchu vzduchovou mezerou tvořící nejméně jeden z průchodů pro· přenos tepla, přičemž vnitřní prostor kusů trubek je vzduchovou mezerou propojen s otvory v kusu trubky a v kovové desce a kusy trubek jsou v sestaveném· zařízení propojeny styčnými nebo zásuvnými spoji.

Kusy trubek jsou s výhodou obklopeny tepelně izolačním materiálem.

Výhodné je konečně i provedení, ve kterém soustava pro přenos tepla obsahuje množinu kusů trubek upravených pro· vzájemné propojení .a vytvoření uzavřeného okruhu, přičemž každý kus trubky je uložen v příslušném vybrání v obvodu formy a je připevněn k příslušné kovové desce připevněné při vnějším povrchu formy a odděleně od něj vzduchovou mezerou tvořící nejméně jeden z průchodů pro přenos tepla, · přičemž vnitřní prostor kusu trubky je se vzduchovou mezerou propojen otvory v kusu trubky.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá v možnosti použití způsobu podle staršího španělského· patentového spisu č. 524 145 pro formy, u kterých je člen pro přenos tepla nebo vlastní forma zhotoven ze řady dílů, bez ohledu na to, zda jsou tyto díly rozebíratelné nebo trvale spolu spojeny.

Je · třeba poznamenat, že v popsaných provedeních, kde je uzavřený okruh pro plyn sestaven ze řady sekcí, postačí k utěsnění jednoduchý ' styčný nebo zásuvný spoj, zdokonalený případně jednoduchým O-kroužkem. Toto zjednodušení je přijatelné proto, že se jednak používá velmi nízký · tlak plynu, řádově 250 Pa, jednak je nepodstatné, jestliže plyn ve Spojích trochu uniká, protože plyn je nakonec stejně vypouštěn do· okolní atmosféry.

Vynález je dále vysvětlen na příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojených výkresů, které znázorňují: obr. 1 schematický půdorysný řez formou podle vynálezu, obr. 2 schematický dílčí boční řez druhým provedením formy podle vynálezu, obr. 2a zvětšený pohled na zakroužkovaný detail z obr. 2, obr. 2b dílčí půdorysný pohled, odpovídající pohledu z obr. 2a a znázorňující dvě různá možná uspořádání z obr. 2, obr. 2c půdorysný řez v rovině K—K z obr. .2a, obr. 3 dílčí půdorysný řez třetím provedením formy podle vynálezu v rovině A—A z obr. 4, obr. 4 schematický dílčí boční řez v rovině E—E z obr. 3, obr. 5 schematický dílčí půdorysný řez čtvrtým provedením formy podle vynálezu v rovině JB—B z obr. 6, obr. 6 dílčí boční řez provedením podle obr. 5 v rovině F—F z obr. 5 a obr. 7 a 8 dvě různá možná provedení spojů pro· propojení úseků trubek.

Forma podle obr. 1 sestává ze soustavy segmentů 10, které jsou z kovu a dohromady tvoří prstencový člen pro přenos tepla, jehož vnitřní povrch 11 slouží při použití formy k vytváření vnějšího· obvodu neznázorněné pneumatiky pro vozidlo. Jednotlivé segmenty 10 obsahují o-tvory 12, které jsou uspořádány tak, že při sestavení segmentů 10 na sekce v podélném směru navazují a tvoří uzavřený okruh 14, patrný z obr. 1. Jeden segment 10a je na obr. 1 za účelem ilustrace rozebíratelnosti formy znázorněn ve vyjmuté poloze. Jiný segment' 10b je opatřen tangenciálně zaústěnou přívodní trubkou 18, kterou se do- uzavřeného' okruhu 14 přivádí přes neznázorněnou trysku horký plyn ze zdroje, například z hořáku typu popsaného ,ve zmíněném starším španělském patentovém spisu č. 524 145. Do uzavřeného* okruhu 14 dále ústí řada ve dvojicích protilehle uspořádaných kanálků 19. Na obr. ·1 je znázorněn vždy pouze jeden z dvojice kanálků 19, avšak jejich (upořádání je podobné uspořádání průchodů 28 popsaných dále v souvislosti s· obr. 2.

Segmenty 10 mohou ₍být ve svých polohách fixovány například sevřením mezi neznázonněnými deskami, nebo mohou být otočně připevněny ke společné základně nebo rámu 21, jak je to obvyklé u „petal“ forem. Provedení otočného- uložení segmen248707 tů 10 na rámu 21 není znázorněno, protože je v oboru dobře známé.

Pří použití formy se horký plyn přivádí konstantní rychlostí přívodní trubkou 18 do uzavřeného okruhu 14. Při průchodu uzavřenou smyčkou, kterou uzavřený okruh 14 vytváří, unikne část plynu kanálky 19 do okolní atmosféry, přičemž unikající množství je rovno· množství plynu přiváděného · přívodní trubkou 18. Zbylá část plynu cirkuluje spolu s přiváděným plynem. Zásluhou toho· lze v členu pro přenos tepla, který je sestaven ze segmentů 10, dosáhnout v podstatě rovnoměrného rozložení teploty, zejména v . oblasti jeho· vnitřního povrchu 11, který je ve styku s formovaným materiálem.

Provedení podle obr. 2 je podobné provedení z obr. 1 s tím rozdílem, že průchod pro· horký plyn není přímo· tvořen průchody v segmentech 24, ale úseky 20 trubek, které j^!sou uloženy ve vrtáních 22 v segmentech 24 tak, že jsou rovnoměrně vzdáleny od stěn vrtání 22. Toto lze dosáhnout například pomocí vhodných rozpěr 23, které nejsou znázorněny na obr. 2, viz však obr. 2b, 2c. Z horní části obr. 2b je patrné, že rozpěry 23 mohou mít například tvar nosných prstenců 23a z tepelně izolačního· materiálu, {nebo, jak je znázorněno ve ·spodní části obr. 2b, mohou být tvořeny kruhovými prstenci 23b z oceli, které se se stěnou vrtání 22 stýkají jen bodově nebo v přímce.^

Úseky 20 trubky jsou uloženy tak, že na sebe při sestavení segmentů 24 maximálně navazují a tvoří uzavřený prstencový průchod pro plyny, které se přivádějí podobným způsobem jako' v provedení podle obr. 1, to jest tangenciálně uspořádanou přívodní trubkou 25 v jednom ze segentů 24.

Úseky 20 trubky v tomto případě mají jeden nebo několik otvorů 26, které slouží p.ro odvod horkého plynu z prstencového kanálku tvořeného úseky 20 trubky. Plyny unikají do anuloidního prostoru 27, ze kterého dalšími proti sobě uspořádanými průchody 28 unikají do okolní atmosféry.

Zařízení znázorněné na obr. 2 sestává z řady segmentů 24, které jsou srovnány a v průběhu činnosti formy přidržovány ve svých polohách pomocí kuželové plochy 30 na svěracím členu 32, který může být na formu přitlačen. Oddálení svěracího členu 32 umožní rozebrání segmentů 24 a vyjmutí hotového výrobku 34.

Provedení podle obr. 2 je ve srovnání s provedením, podle obr. 1 výhodnější v tom, že v praxi se na přechodu mezi formou ,a výrobkem 34 dosáhne rovnoměrnější teploty.

Je třeba poznamenat, že v obou popsaných provedeních není třeba do spár mezi jednotlivé segmenty 10, 24 vkládat nějaké těsnění, protože pro formu není nijak zvlášť škodlivé, jestliže horký plyn v těchto spojích uniká,

V provedení podle obr. 3 a 4 je vnější tvar formy 36 nepodstatný a forma je · proto· znázorněna pouze jako blok. V praxi může být tato forma 36 rozložena na několik dílů, čímž se umožní vyjmutí výrobku.

Až dosud by se taková forma 36 ohřívala .vložením do· vyhřívaného lisu nebo vložením uzavřené formy 36 do pece. Vynález může být v tomto 'případě aplikován tak, že na čtyři strany formy 36 se připevní oddělené první kusy 38 trubky pro horký vzduch, které se ve všech čtyřech rozích formy 36 spojí, takže jako v předchozím případě vytvoří uzavřený okruh. Jednotlivé první kusy 38 trubek jsou připevněny, například připájeny stříbrnou pájkou ke kovové desce 40, která je k příslušné straně formy 36 připevněna tak, že rozpěry 42 zajišťují konstantní vzduchovou mezeru 44 mezi stranou 46 formy 36 s kovovou deskou 40. Vzduchová mezera 44 je s vnitřním prostorem prvního kusu 38 trubky propojena množinou otvorů 48. Jednotlivé první kusy 38 trubek mohou být obaleny izolačním materiálem 50, který může být uzavřen v ochranném kovovém plášti 52.

K sobě přilehlé první kusy 38 trubek mohou být navzájem spojeny spojkami 54, které mohou být například· spojeny s jedním prvním kusem 38 trubky a jiným prvním kusem 38 trubky, jsou v sestavené formě 36 spojeny dosednutím nebo zasunutím. Jedna spojka 54a — na pravé straně obr. 3 — je opatřena tangencálním přívodem 39 pro horký vzduch, který odpovídá přívodní trubce 18 z obr. 1.

Také v tomto· případě horký plyn cirkuluje v okruhu tvořeném propojenými prvními kusy 38 trubek, otvory 48 uniká do vzduchové mezery 44 a otvory .45 na axiálních koncích vzduchové mezery 44 uniká do okolní atmosféry.

Provedení podle obr. 5 a 6 je obdobou provedení podle obr. 3 a 4 s tím rozdílem, že druhé kusy 56 trubek jsou uloženy ve vybráních 58 ve· stěnách formy 60. Druhé kusy 56 trubek jsou připevněny ke kovovým deskám 62, které jsou · · rovnoměrně vzdáleny od bočních stěn formy 60, což je zajištěno· rozpěrami 63. Horký plyn opouští druhé kusy 56 trubek otvory 64 a · proniká do vzduchové mezery 66 mezi druhým kusem 56 trubky a formou 60, načež výstupními otvory 68 na axiálních koncích prostoru mezi kovovou deskou 62 a formou 60 uniká do- okolní atmosféry. Postranní kovové desky 62 mohou přesahovat přes spojky 70 — obr. 5, nebo mohou končit u druhých kusů 56 trubek.

V provedení podle obr. 5 a .6 'nemusí být kovové desky 62 přímo spojeny s druhými kusy 56 trubek, ale .mohou být od nich odděleny.

Ačkoliv zařízení podle vynálezu, tak jak bylo popsáno, pracuje vyhovujícím způsobem s použitím jednoduchých dosedacích

2'48.70 7 na obr. 7 a 8, kde jsou ve spojích mezi kusy trubek provedeny zalícované zásuvné spojky. Šípkami je ve všech případech označen směr průtoku plynu.

spojů mezi jednotlivými částmi soustavy pro přenos tepla, může být v některých případech výhodné poněkud zlepšit utěsnění, bez nároku na úplnou plynotěsnost.

Dvě možnosti jsou schematicky znázorněny

Claims (11)

1. PŘEDMET VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla, sestávající z 'kovové soustavy pro přenos tepla bud' přímo na materiál, nebo na formu obsahující materiál, přičemž soustava obsahuje množinu samostatných segmentů Spojených spolu trvale nebo rozebíratelně, vyznačující se tím, že jednotlivé segmenty (24) obsahují úseky (20) trubek pro rozvod plynu, které tvoří uzavřený okruh (14) pro· přívod a cirkulaci horkého plynu ze zdroje horkého plynu v soustavě pro přenos tepla, a nejméně · jeden průchod (28) vytvořený v soustavě pro přenos tepla nebo mezi soustavou pro' přenos tepla s formou, který uvedený uzavřený okruh (14) spojuje s okolní atmosférou.
2. 2. Zařízení pro¹ zpracování materiálů za tepla podle bodu 1, ve kterém soustava pro přenos tepla obsahuje množinu oddělitelných kovových segmentů, vyznačující · se tím, že uzavřený · okruh (14) pro· plyn je tvořen příslušnými otvory (12) v segmentech (10).
3. 3. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle bodu 2, vyznačující se tím, že· otvory · (12) v segmentech (10) jsou kanálky (19) propojeny s okolní atmosférou.
4. 4. Zařízení pro· zpracování materiálů za tepla podle bodu 1, ve kterém soustava pro přenos tepla obsahuje množinu oddělitelných kovových segmentů, vyznačující se tím, že úseky (20) trubek jsou souose uloženy v příslušných vrtáních (22) v segmentech (24) soustavy pro přenos tepla, od kterých jsou pomocí rozpěr (23) rovnoměrně oddáleny.
5. 5. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle bodu 4, vyznačující se tím, · že v úsecích (20) trubek jsou vytvořeny otvory (26).
6. 6. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle bodu 4, vyznačující se lim, že rožpěry(23) jsou tvořeny kruhovými prstenci z tepelně izolačního materiálu uspořádanými s odstupy kolem úseků (20) trubek.
7. 7. Zařízení pro· zpracování · materiálů za tepla podle bodu 4 nebo 5, vyznačující se tím, že rozpěry (23) jsou tvořeny kruhovými prstenci · (23b) z kovu, například nerez oceli, které mají s vrtáními (22), která je obklopují, bodový nebo křivkový styk.
8. 8. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle bodlu 1 vyznačující se tím, že soustava pro. přenos tepla obsahuje množinu prvních kusů (38) trubek upravených pro· vzájemné propojení tak, že tvoří uzavřený okruh, přičemž jednotlivé první kusy (38) trubek j'sou připevněny k příslušným kovovým deskám (40) připevněných k vnějšímu povrchu formy (36) a •oddělených od tohoto povrchu •vzduchovou mezerou (44) tvořící nejméně jeden z průchodů pro přenos tepla, přičemž vnitřní prostor prvních kusů · (38) trubek je vzduchovou mezerou (44) propojen sotvory (48) v prvním kusu (38) trubky a v kovové desce (40).
9. 9. Zaříze⁽ní pro zpracování materiálů za tepla podle bodu 8, vyznačující se tím, že první kusy (38) trubek jsou v sestaveném zařízení propojeny styčnými nebo zásuvnými spoji.
10. 10. Zařízení pro zpracování materilálů za tepla podle hodu 9, vyznačující se tím, že první kusy (38) trubek jsou · obklopeny tepelně izolačním materiálem (50).
11. 11. Zařízení pro zpracování materiálů za tepla podle bodu· 1, vyznačující se tím, že soustava pro přenos tepla obsahuje množinu druhých kusů (56) trubek upravených pro· vzájemné propojení a vytvoření uzavřeného okruhu, přičemž každý druhý kus (56) trubky je uložen v příslušném vybrání (58) v obvodu formy (60) a je připevněn k příslušné kovové desce · (62) připevněné při vnějším povrchu (69) formy (60) a oddělené od · něj vzduchovou mezerou (66, 71) tvořící nejméně jeden . z průchodů pro přenos tepla, přičemž vnitřní prostor druhého kusu (56) trubky je se vzduchovou mezerou (66, 71) propojen otvory (64) v druhém kusu i(56) trubky.