DE2828587B2

DE2828587B2 - Verfahren zum Unterdrucksetzen von Bällen unter Vermischen der vorhandenen Luft mit einem von Luft verschiedenen Gas und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2828587B2
Application number: DE2828587A
Authority: DE
Inventors: Thomas Freeman Akron Ohio Reed (V.St.A.)
Original assignee: General Tire and Rubber Co
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Priority date: 1978-01-20
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-09-18
Also published as: ES472442A1; DE2828587A1; BE873170A; CA1072925A; JPS5721457B2; JPS54102661A; FR2414951A1; DE2828587C3; US4166484A; IT1096038B; AU506137B1; FR2414951B1; SE439734B; SE7900089L; GB2013093A; IT7824938A0; GB2013093B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrucksetzen von Bällen unter Vermischen der vorhandenen Luft mit einem von Luft verschiedenen Gas nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 3.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-PS 5 99 057 bekannt. Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung dienen zur Herstellung eines ausschließlich Druckluft enthaltenen Spielballs.

Spielbälle, die ein von Luft verschiedenes Druckgas aufweisen, sind aus der DE-OS 24 02 418 und der DE-OS 56 631 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen und eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen von Ballen unter Vermischen der in einer Kammer vorhandenen Luft mit einem von Luft verschiedenen Gas, wobei Schwankungen der Zusammensetzungen des Gas/Luft-Gemisches in verschiedenen Fällen soweit wie möglich vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3 gelöst.

bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die durch die Erfindung crzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die durch die Formabsclinitte gebildete Kammer vor dem Einleiten des von Luft verschiedenen Gases nicht evakuiert wird. Dadurch wird vermieden, daß die restliche zwischen den Ballhälften und den Oberflächen der Formhohlräume eingeschlossene Luft die BaDhälfte:'; ?us den Formhohlräumen herausdrückt

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen von 4". Bällen unter Vermischen der vorhandenen Luft mit einem von Luft verschiedenen Gas,

F i g. 2 einen Vergleich des Vermischens durch Diffusion mit dem Vermischen durch Umwälzen und

F i g. 3 die Abhängigkeit des Durchmischungsgrades ίο als Funktion der Anzahl von Umwälzungen.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 ist die Bodenseite eines oberen Formabschnitts 2 mit Formhohlräumen 4 dlrgestellt, die einzeln mit 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4/" und 4g bezeichnet sind. Obere Tennisballhälften 6, die mit 5^r> Klebstoff beschichtete Ränder aufweisen, sind in diesen Formhohlräumen 4 aufgenommen. Um den Umfang des oberen Formabschnitts 2 ist eine Dichtung 8 angeordnet, die an einer weiteren Dichtung am Außenumfang eines nicht dargestellten unteren Formabschnitts anliegt

Der untere Formabschnitt ist ähnlich dem oberen Formabschnitt 2 ausgebildet und hat untere, nicht dargestellte Tennisballhälften, die in Formhohlräumen unmittelbar unterhalb der Formhohlräume 4 im oberen μ Formabschnitt 2 aufgenommen werden. Wie dies bei einer Formvorrichtung zum Verbinden von Tennisballhälften üblich ist, erfaßt der obere Formabschnitt 2 zunächst den unteren Formabschnitt mit seiner

nmfangs;»eitigen Dichtung 8 zur Ausbildung einer Kammer 10, wahrend die Ränder der Ballhälften 6 innerhalb der Formhohlräume 4 beider Formabschnitte in einem geringen Abstand voneinander verbleiben. Mit anderen Worten, die kreisförmigen Ränder der Ballhälften liegen nahe aneinander, aber stehen nicht in Berührung miteinander, während die umfangsseitigen Ränder der Formabschnitte aneinander liegen, um die Kammer 10 zu bilden, die abgedichtet ist, so daß sie unter Druck gesetzt werden kann. Die vorausgehenden Merkmale der Vorrichtung gemäß F i g. 1 sind bekannt und sind bei den meisten Vorrichtungen vorhanden, die zum Unterdrucksetzen des Raums innerhalb von Tennisballhälften und zum anschließenden Verbinden dieser Hälften zur Herstellung eines vollständigen, unter Druck gesetzten Balls verwendet werden.

Die Kammer 10 wird durch eine Leitung 12 unter Druck gesetzt, was gewöhnlich mit Luft erfolgt, wobei die Leitung 12 mit der Kammer 10 über einen Abschnitt einer anderen Leitung 16 verbunden ist. Um den Luftdruckverlust in den Tennisbällen nach ihrer Herstellung zu verringern, ist es jedoc-h erwünscht, die durch die Leitung 12 eingeführte Luft durui Schwefelhexafluorid (SF₆) oder Perfluorpropan (CF3CF2CF3) oder ein anderes Gas zu ersetzen, das eine geringere Durchdringlichkeit für die Wände der Tennisballhälften 6 als Luft aufweist Dieses Gas geringer Druchdringlichkeit wird in die Kammer 10 bis zum gewünschten Druckwert gepumpt, der am Druckmesser 14 angegeben wird. Beispielsweise wäre ein gewünschter Überdruck für eine Mischung von SF₆-GaS und Luft etwa 100 kPa, so daß die Konzentration von SF₆ innerhalb der Kammer 10 näherungsweise 50Vol.-% betragen würde.

Schwierigkeiten bereitet dabei, daß Luft und SF₆ oder ein anderes Gas geringer Druchdringlichkeit sich nicht sehr schnell mittels Diffusion mischen. Würden daher die Tennisballhälften miteinander verbunden, ohne daß die erforderliche Zeit für ein diffusives Vermischen zur Verfügung steht und ohne daß eine mechanische Mischung erfolgt, so wäre die Konzentration des Gases geringer Durchdringlichkeit sehr hoch in den in der Form befindlichen Tennisbällen in der Nähe der Einführungsstelle des Gases in die Form, und sie wäre sehr niedrig in den Tennisbällen im Abstand von der Einführungsstelle. Dabei würden nur wenige Bälle die Vorteile einer langen Lebensdauer aufweisen, die durch Unterdrucksetzen der Bälle mit dem Gas geringer Durchdringlichkeit erreicht wird.

Um dieses Problem zu lösen, ist eine Umwälzleitung 16 vorgesehen, durch die das Gemisch der Gase in der Kammer 10 über eine erste Öffnung 18 im oberen Formabschnitt 2 abgezogen wird und mittels einer Pumpe 22 über eine zweite Öffnung 20. die von der ersten öffnung 18 entfernt liegt, zurück in die Kammer 10 gepumpt wird. Zur gründlichen Vermischung der Gase in allen Teilen der Kammer 10 sollte die zweite öffnung 20 der ersten öffnung 18 gegenüberliegen, so daß alle Teile der Kammer 10 durch die Strömung der Gase zwischen der ersten und der zweiten öffnung 18 bzw. 20 vermischt werden.

In großen Formen kann das Vermischen der Gase in der Kammer 10 gefördert werden, indem an der Umwälzleitung 16 Abzweigungen 18a und 20a vorgesehen werden, so daß die Gase aus der Kammer 10 durch eine Mehrzahl von ersten Öffnungen abgezogen und ir. die Kammer 10 durch eine Mehrzahl von zweiten öffnungen zurückgepMmpt werden. Zusätzlich zur

Pumpe 22 liegt ferner vorzugsweise ein Rota-Durchflußmesser 24 oder ein anderer Durchflußmesser in der Umwälzleitung 16, um die Strömungsmenge der umgewälzten Gase zu ermitteln. Diese Strömungsmenge kann anschließend dazu verwendet werden, um zu errechnen, wie viele Male das Gasgemisch in der Kammer 10 in einer vorgegebenen Zeitspanne umgewälzt wird. Das Gesamtvolumen des durch den Durchflußrnesser 24 hindurchtretenden Gemisches sollte wenigstens das 6fache und vorzugsweise wenigstens das 8fache des Gesamtvolumens der Kammer 10, der Umwälzleitung 16, der Pumpe 22 und aller anderen Einrichtungen sein, durch welche das Gemisch hindurchtritt, einschließlich des Durchflußmessers 24 selbst

Beim Betrieb wird ein Gas geringer Durchdringlichkeit, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, in die Kammer 10 gepumpt, wobei die Ventile 26 und 28 in der Umwälzleitung 16 geschlossen sind. Ferner ist das Ventil 32 in der Entlüftungsleitung 30 geschlossen. Ist der gewünschte Druckwert erreicht, was durch den Druckmesser 14 angezeigt wird, s' mrd das Ventil 34 in der Leitung 12 geschlossen und werd' η die Ventile 26 und 28 in der Umwälzleitung 16 geöffnet. Dann zieht die Pumpe 22 das Gasgemisch in der Kammer 10 über die erste öffnung 18 ab und p-impt es über die zweite öffnung 20 in die Kammer 10 zurück. Das Gas mit niedriger Durchdringlichkeit wird auf diese Weise schnell in der gesamten Kammer 10 verteilt, indem es kontinuierlich derart umgewälzt wird, daß das Gas von der zweiten Öffnung 20 an einer Seive der Kammer 10 hin zur ersten öffnung 18 an der gegenüberliegenden Saite der Kammer 10 strömen muß. Nach etwa 8 Umwälzungen des Gasgemisches werden die Ventile 26 und 28 erneut geschlossen. Die Formabschnitte werden dann geschlossen, um die Tennisballhäiften miteinander zu verbinden und das in der Kammer 10, aber außerhalb der miteinander verbundenen Tennisballhälften eingeschlossene Gas wird durch öffnen des Ventils 32 in der Entlüftungsleitung 30 abgelassen.

Die Schnelligkeit, mit der das Gas geringer Durchdringlichkeit in der Kammer 10 verteilt wird, wjrde durch Analysieren der Konzentrationsschwankungen des Schwefelhexafluorids in Tennisbällen ermittelt, die sowohl durch übliches diffuses Vermischen der Gase als auch durch die mechanische Vermischung unter Verwendung der vorausgehend beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens hergestellt wurden. Die Ergebnisse dieser Prüfungen und Analysen sind in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

In jedem Gemisch von 50 Vol.-% Schwefelhexafluorid und 50 Vol.-% Luft ist üblicherweise eine gewisse Schwankung in der genauen Konzentration des Schwefelhexafluorids in verschiedenen Bereichen der Kairir.;er 10 vorhanden. Für statistische Zwecke kann diese Schwankung durch die übliche Standardabweichung σ festgelegt werden, die durch de folgende Formel gegeben ist:

- (Σχ,?/η

η -Ι

wobei

χ, = Konzentration des Schwefelhexafluorid¹, in jeder Probe, die zu einem Zeitpunkt in der Kammer 10 entnommen wurde (F i g. I) und

η — Anzahl der entnommenen Proben.

Die Startdardabweichiing ist ein numerisches Maß der Verteilung der Schwefelhexafluorid-Konzentrationen um den Durchschnittswert der Schwefelhexafluorid-Konzentrationen für jeden Probensatz. Falls die Verteilung breit ist und sich über einen großen Bereich zu beiden Seiten des Werts für die Durchschnittskonzentration erstreckt, so ist ο groß. Entsprechend ergeben schmale Verteilungen des Schwefelhexafluorid-Konzentrationen entsprechend kleine Werte von a, die anzeigen, daß die Konzentrationen der meisten Proben nahe an der Durchschnittskonzentration liegen.

Für eine Gauß'sche Kurve, der viele Verteilungen sehr ähnlich sind, reicht eine Streuung der Konzentrationswerte von 4 ο aus, um etwa 95% der Proben zu umfassen. Bei mit Schwefelhexafluorid gefüllten Tennisbällen wurde geschätzt, daß bei einem 8% Schwankungsbereich der Lebensdauer 95% der Tennisbälle toleriert werden können. Dies entspricht einem annehmbaren 8%-Bereich in der .Srhwpfplhevafjiiorid-Konzentration. Da die Bälle mit einer 50%igen Konzentration von Schwefelhexafluorid gefüllt werden, bedeutet ein 8%-Bereich bei dieser Konzentration eine annehmbare Streuung von 4 Vol.-% der Werte der Schwefelhexafluorid-Konzentration in den Ballen.

Es wurde auch ermittelt, wie lang das Schwefelhexafluorid benötigt, um mittels Diffusion und durch eine mechanische Vermischung mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung in Luft verteilt zu werden. Für die Diffusions-Vermischungsprüfungen wurde eine mit sieben Formhohlräumen versehene Form gemäß Fig. 1 mit unter Druck stehendem Schwefelhexafluorid beschickt, bis eine Volumenkonzentration von etwa 50% Schwefelhexafluorid erreicht war. Während dieses Unterdrucksetzens wurden die Formhälften mit ihren Pressentischen 5,59 mm auseinander gehalten, wobei jedoch die äußeren Umfange dichtend aneinander lagen. Anschließend wurden die Tennisbailhälften nach unterschiedlichen Zeitintervallcn miteinander verbunden, um mehrere Sätze von je sieben Ballen zu ergeben, wovon jeder Satz ein unterschiedliches Ausmaß einer gleichförmigen Verteilung des Schwefelhexafluorids aufwies. Die 4o-Konzentrationsstreuung für jeden Satz wurde anschließend unter Verwendung der vorausgehend angeführten Formel berechnet. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der folgenden Tabelle I angegeben:

Tabelle I
DifTusionsvermischung von SF,,

Satz Nr.	Diffusionszeit	4 »-Streuung
		der SF₆-
		Konzentration
(jeweils 7 Bälle)	(in Minuten)	(Vol.-⁰/»)
34 a	0	52,0
34 b	1	25,7
34 c (SF₆ langsam	1	47,6
zugegeben)
34 d	5	8.61
Me	30	1,83

Schwefelhexafluorids in der Form behinderte, dat jedoch selbst mit einer schnellen Einführung de: Schwefelhexafluorids die erforderliche Zeit zur Erzie lung einer 4o-Konzenlrationsstreuung von 4% seh hoch war. Wie die Kurve 34 in Fi g. 2 angibt, muß ein« Diffusionszeit von etwa 10 Minuten zur Verfügung stehen, um die gewünschte 4%-Streuung bei dei Schwefelhexafluorid-Konzentration zu erzielen.

Eine weitere Reihe von Tennisballsätzen wurde in dei gleichen Form mit sieben Bällen hergestellt, jedocl wurden, anstatt eine Diffusionsmischung des Schwefel hexafluorids allein vorzunehmen, die Ventile 26 und 2i (Fig. I) geöffnet und das Gemisch aus Schwefelhexa fluorid und Luft in der Kammer 10 wurde durch die Pumpe 22 mit 17dm'/min gepumpt. Dieser Vorgang wurde bei jedem der Ballsätze während unterschiede chen Zeitspannen durchgeführt, bevor die Formhälfter zum Verbinden der Ballhälften geschlossen wurden. Die

Strptiiini7 Ηργ 4«-Kon7entralion wurde an^rhlipOrnrl fin

jeden Satz Bälle berechnet und die Ergebnisse diesei Prüfungen sind in der Tabelle Il angegeben:

Tabelle II

Mechanisches Vermischen von SF,,

Satz Nr.	Mischzeit	4 «-Streuung in
		der SIv
		Konzentration
(jeweils 7 Bälle)	(Minuten)	(Vol.-"»)
36 a	0	52,0
366	0,167	12,0
36 c	0,25	2,84
36rf	0,5	1,70
36 e	0,833	1,92
36/	1,00	7,44
36g	1,00	0,95
36/)	1,50	1,26

Es wurde gefunden, daß aus der Probe 34c ersichtlich war, daß das Einführen des Schwefelhexafluorids in die Form mit geringer Geschwindigkeit die Verteilung des Diese Ergebnisse sind in der gestrichelt gezeichneter Kurve 36 in F i g. 2 aufgetragen und zeigen eine große Erhöhung der Schnelligkeit, mit welcher das Schwefel hexafluoridgas unter Verwendung der mechanischer Mischvorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung verteilt werden kann.

In der Tat kann die gewünschte 4o-Streuung der Schwefelhexafluorid-Konzentration entsprechend 4°/o in weniger als 30 Sekunden erreicht werden. Der e'.izige Test, der es nahelegte, daß eine größere Zeitspanne erforderlich sein könnte, entsprach Satz 36f, jedoch wird angenommen, daß das Ergebnis dieses Tests irrtümlich erhalten wurde, da es soweit von den Ergebnissen der anderen Tests abweicht, die mit der gleichen oder nahezu gleichen Vermischungszeit vorgenommen wurden.

Die erforderliche Zeit zum Verteilen des Schwefelhexafluorids in die gewünschte 4o-K.onzentration kann selbstverständlich verbessert werden, indem die von der Pumpe 22 erzeugte Strömung erhöht wird. In der Tat hat sich als kritischer Faktor bei der Bestimmung des Ausmaßes der Schwefelhexafluorid-Verteilung unter Verwendung einer mechanischen Vermischung nicht allem die Zeit erwiesen, sondern die Anzahl der Umwälzungen des Gemisches. Eine Umwälzung des Gemisches beinhaltet das Pumpen einer Menge einer

Gasmischung, die dem kombinierten Volumen der Kammer 10, der Leitung 16, der Pumpe 22 und jeder anderen Einrichtung entspricht, durch welche das Gemisch hindurchtritt. Die 4o-Schwankung in der Konzentration drs Schwefeihexafluorids hat sich als sehr eng abhängig von der Anzahl von Umwälzungen

erwiesen, welche die Mischung erfährt. Eine Reihe von Priifsätzen von Tennisbällen wurde mit unterschiede eher Anzahl von Gasumwälzungen durchgeführt, bevor die Tennisballhälften miteinander verbunden wurden. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind anschließend in Tabelle III angegeben:

Tabelle	III	Umwälzungen	Balle)	1.8	s Funktion der Ai
Mechanisches Mischen von SF,, al	Anzahl der	5.5
zahl der	Umwälzungen	7.2	•1 '/-Streuung
Sat/ Nr.		22.0	der Sl-',,-
	/.1	Kon/entralion
	3.7	(Vol.-"'.)
(jeweils 7	7.6	13.2
38 a	7.6	2,8
38 ft	7,6	5,9
38.	1.4	7.4
38 (/	18,5	3,5
38 e	10,8	12.2
38/·	21,6	5,5
3Hg	32,5	8,2
38 Λ		7,3
38/	17.6
38/	1.9
38 A	1.7
.48/	0,95
38 m	1.3
38«

Diese Ergebnisse sind in der Kurve gemäß F i g. 3 als Meßwerte 38a... 38n angegeben. Eine Kurve 38 ist durch die Mitte dierer Meßwerte geführt und zeigt, daß geringfügig mehr als 8 Umwälzungen die gewünschte 4o-Schwefelhexafluorid-Konzentration von 4 VoI.-⁰ ergeben. Es ist eine gewisse Schwankung der Meßwerte vorhanden, und es ist möglich, daß eine Kurve durch die Meßwerte gezeichnet werden könnte, die so niedrig wie die gestrichene Kurve 38' verläuft, was zu der Schlußfolgerung führt, daß auch nur 6 Umwälzungen eine 4o-Schwefelhexafluorid-Konzentration erzeugen könnten. Selbstverständlich soll berücksichtigt werden, daß ungeachtet ob 6 oder 8 Umwälzungen als ausreichend angesehen werden, diese Ergebnisse mit einer Versuchsform mit sieben Hohlräumen durchgeführt wurden, und daß mehr Umwälzungen sehr wohl für größere technisch eingesetzte Formen notwendig sein könnten.

Die vorausgehenden Ergebnisse zeigen, daß ein mechanisches Mischen durch Umwälzen des Gasgemisches über eine Umwälzleitung außerhalb der Form einer Diffusion der Gase innerhalb der Form selbst deutlich überlegen ist. Es wurde gezeigt, daß eine Mischzeit von bis zu IO Minuten, die für eine ordnungsgemäße Mischung durch Diffusion erforderlich ist. auf einen Wert innerhalb von 10 bis 30 Sekunden mittels des mechanischen Mischverfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung verringert werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnunizcn

Claims

Patentansprüche;

I₁ Verfahren zum Unterdrucksetzen von Bällen unter Vermischen der in einer Kammer, die durch s zwei Formabschnitte gebildet wird, die Formhohlräume mit den Ballhälften aufweisen, vorhandenen Luft mit einem von Luft verschiedenen Gas, bei dem das Gas durch eine erste öffnung in eine abgedichtete Kammer eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kammer gebildete Gas/Luft-Gemisch durch eine zweite öffnung (20) abgezogen und so lange durch Abziehen durch die zweite öffnung (20) und Einleiten durch die erste Öffnung (18) umgewälzt wird, bis der gewünschte Gleichförmigkeitsgrad der Durchmischung erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas/Luft-Gemisch sechsmal umgewälzt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 1 oder 2 lüii zwei Formabschnitten, die Formhälften aufweisen, in denen die Ballhälften liegen, die die Ränder der Ballhälften nahe aneinander, aber ohne Berührung miteinander halten und die eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgeschlossene Kammer bilden und mit einer Leitung, die an einem Ende mit der Kammer an einer ersten öffnung in Verbindung steht, gekennzeichnet

durch

eine Umwälzleitung (16), die an ihrem einen Ende an

der ersten öffnung (18) mit der Kammer 10 verbunden ist und die an ihrem anderen Ende an einer zweiten öffnung (20) mit der Kammer (10)

verbunden ist, wobei die zweite öffnung (20) von der

ersten öffnung (18) entfernt liegt, und

eine in der UmwälzJeitung (16) angeordnete Pumpe

(22).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine in der Umwälzleitung (16) angeordnete Einrichtung (24) zum Messen der durch die Umwälzleitung (16) fließenden Gasmenge.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzleitung (16) an jedem Ende eine Mehrzahl von Abzweigungen (ISa, 2OaJ aufweist, die über voneinander entfernte öffnungen (18, 20) mit der Kammer (10) verbunden sind.