DE69607048T2 - Extrusionsvorrichtung und Verfahren mit Druckausgleich - Google Patents

Extrusionsvorrichtung und Verfahren mit Druckausgleich

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der Lehre der DE-C 35 35 269 bekannt. Jeder Komponentenweg des gezeigten Extrudersystexns umfaßt eine perforierte Platte und ein Sieb, die den Strömungsfluß dadurch - wie es ihnen eigen ist - einschränken (siehe Fig. 4). Das aufgetretene und durch diese Erfindung gelöste Problem betrifft jedoch das Filtern von extrudierten Material, um Verunreinigungen/"Verschmutzungen" zu entfernen. Dementsprechend werden in dem genannten Dokument perforierte Platten und Siebe auf der Basis eingesetzt, die gewünschte Filtration vorzusehen. Das genannte Dokument beschäftigt sich jedoch nicht entfernt und löst noch viel weniger die Formenspritzquellprobleme.
  • Verbundprofilstreifen sind vorher durch Extrusionsvorrichtungen extrudiert worden, bei denen zwei oder mehrere Extruder angrenzend aneinander angeordnet sind und entsprechende Komponenten (z. B. Gummi- oder Kunststoffverbindungen) entlang entsprechender Strömungskanäle in einem Extrusionskopf zu einer Form zu führen. Strömungskanäle im Kopf führen zu einem Formungseinsatz und danach zu einer Form, in der die unterschiedlichen Komponenten miteinander zur Abgabe durch einen üblichen Formenausgang unter Ausbildung eines Verbundprofilstreifens verbunden werden.
  • Wenn Verbindungen wie z. B. Gummi extrudiert werden, wird das Gummi, während es zur Form gefördert wird, zusammengedrückt und schwillt dann nach Austritt aus der Form bei Atmosphärendruck an oder quillt auf. Dieses Phänomen bezeichnet man als Extrusionsformquellen. In einem typischen System zum Extrudieren eines Verbundprofillaufstreifens zum Einsatz zur Herstellung von Kraftfahrzeugreifen, arbeiten die Extruder typischerweise mit unterschiedlichen Leistungskapazitäten und unterschiedlichen Drucken, um die Gummiverbindungen, die typi scherweise unterschiedliche Viskositäten besitzen, durch den Extrusionskopf zu fördern. Als Ergebnis dessen, können die Gummiverbindungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten anschwellen oder quellen. Ferner kann eine Hochdruckkomponente eine Niedrigdruckkomponente überwältigen, d. h. in diese hineinquellen, während sie durch die Extrusionsform und aus ihr herauslaufen.
  • In der Vergangenheit wurden Formungseinsätze und Formen ausgelegt, um das Extrusionsformquellproblem zu kompensieren. Dieses war eine zeitraubende und komplexe Verfahrensweise. Darüber hinaus waren die Formkonstruktionen für eine einzige Extrusionsgeschwindigkeit optimiert, bei der dieses beabsichtigt war, daß die Extrusionsvorrichtung arbeitet. Dementsprechend eigneten sich diese vorbekannten Extrusionssysteme nicht für variable Extrusionsgeschwindigkeiten, wie sie bei verschiedenartigen Anwendungszwecken wünschenswert sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bewältigt oder verringert die vorgenannten Probleme, die mit der Formenquellung zusammenhängen, durch das Vorsehen von Strömungseinschränkungseinrichtungen in den Strömungskanälen des Extrusionskopfes. Die Strömungseinschränkungseinrichtungen werden derart ausgewählt, daß die Differenz in den Drucken der Komponenten vor dem Durchgang zur Extrusionsform verringert wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Strömungseinschränkungsvorrichtungen so funktionieren, daß sie die Wirkung der Geschwindigkeitsveränderungen auf das Profil des Verbundstreifens dämpfen, wodurch wirksam variable Extrusionsgeschwindigkeiten ermöglicht werden, wie sie bei verschiedenartigen Anwendungszwecken wünschenswert sind.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung werden eine Extrusionsvorrichtung und ein Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungseinschränkungseinrichtungen entfernbar in den Strömungskanälen angeordnet und umfassen jeweils ein Öffnungen aufweisendes Glied, das z. B. ein Sieb und/oder eine perforierte Platte, wie z. B. einer Unterbrecherplatte umfassen kann, die das Sieb stützt. Drucksensoren können den Strömungskanälen zugeordnet sein, um die Drucke der Komponenten unterstromig von den Strömungseinschränkungseinrichtungen zu erfassen, und eine Steuerung kann vorgesehen werden, um die Geschwindigkeiten der Extruder ansprechend auf die Ausgangsleistungen der Drucksensoren zu steuern. Die Geschwindigkeit der Extruder kann verändert werden, um die Geschwindigkeit zu verändern, mit der der Verbundprofilstreifen aus der Extrusionsform abgegeben wird, während die entsprechenden Strömungseinschränkungseinrichtungen in den Strömungskanälen fungieren, um die Wirkung zu dämpfen, die die Extrudergeschwindigkeitsveränderung auf das Profil des Verbundprofilstreifens besitzt. Die Auswahlvorgehensweise kann das Auswählen einer Siebmaschengröße für jede Strömungseinschränkungseinrichtung umfassen, um einen größeren Druckabfall für die Hochdruckbeschickung vorzusehen, im Verhältnis zur Niedrigdruckbeschickung.
  • Die vorstehenden und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend vollständig beschrieben, wobei insbesondere auf die Ansprüche hingewiesen wird. Die folgende Beschreibung und die anhängenden Zeichnungen geben in detaillierter Weise eine gewisse illustrative Ausführungsform der Erfindung an, wobei dieses lediglich eine der verschiedenen Weisen ist, in der die Prinzipien der Erfindung eingesetzt werden können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung generell durch das Bezugszeichen 8 bezeichnet. Die Extrusionsvorrichtung umfaßt einen Vielfach-Extrusionskopf 10, einschließlich eines festliegenden oder stationären mittigen Teils oder von Teilen 12 und schwenkbaren oberen und unteren Teilen 14 und 16. Die Strömungskanäle 18, 20 und 22 sind im Kopf ausgebildet und erstrecken sich zu einer Kassette 24 und danach in eine Extrusionsformplatte 26.
  • Die Strömungskanäle I8, 20 und 22 werden durch entsprechende Extruder 28, 30 und 32 beschickt, die entsprechende Antriebsmotoren 34, 36 und 38 besitzen. Die Geschwindigkeit jedes Antriebsmotors und somit die Beschickungsgeschwindigkeit des entsprechenden Extruders wird durch gut bekannte Mittel gesteuert, die nachfolgend als Extrudergeschwindigkeitssteuerung 40 bezeichnet werden. Die Extruder beschicken entsprechende Komponenten in die Strömungskanäle zum Durchgang zur Kassette und danach zur Form, in der die Komponenten zusammengebracht werden unter Ausbildung eines Verbundprofilstreifens 42.
  • Wie bisher beschrieben, besitzt die Extrusionsvorrichtung 8 einen üblichen Aufbau. Bei einem typischen Verfahren zum Herstellen eines aus drei unterschiedlichen Gummiverbindungen zusammengesetzten Reifenlaufflächenstreifens, können die Extruder zum Beispiel 12,41 MPa (1800 psi), 8,27 MPa (1200 psi) und 6,2 MPa (900 psi) arbeiten, um die Gummiverbindungen zuzuführen, die sich in der Viskosität unterscheiden. Konsequenterweise quellen die Gummiverbindungen, wenn sie zusammengebracht und aus der Form abgegeben werden in unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Ferner kann eine Hochdruckgummiverbindung in eine Niedrigdruckgummiverbindung hineinquellen. In der Vergangenheit waren die Kassette und die Form so aufgebaut, daß sie das unterschiedliche Formquellen kompensierten, um das gewünschte Profil des Verbundstreifens nach dem Quellen zu erhalten. Normalerweise war der Formaufbau für eine einzige Extrusionsgeschwindigkeit optimiert, bei der die Extrusionsvorrichtung arbeiten sollte. Dementsprechend eigneten sich diese vorbekannten Extrusionssysteme nicht für variabled Extrusionsgeschwindigkeiten, wie sie bei verschiedenen Anwendungszwecken wünschenswert sind.
  • Nach der vorliegenden Erfindung werden die Strömungsmitteleinschränkungseinrichtung 44, 46 und 48 in den Strömungska nälen 18, 20 und 22 angeordnet, um einen Druckabfall zwischen der Form und den Extrudern 28, 30 und 32 zu erzeugen. Das Ausmaß der Strömungsmitteleinschränkung wird ausgewählt, um das Druckdifferential zwischen den Komponenten auf innerhalb etwa 1,7233 MPa (250 psi) und vorteilhafterweise innerhalb etwa 1,3787 MPa (200 psi) zu verringern, bevor sie gemeinsam zum Durchtritt durch die Form zusammengebracht werden, oder, falls es gewünscht ist, den Druck auszugleichen. In Verbindung damit kann die Extrudergeschwindigkeit variiert werden, um den Systembetrieb zu optimieren. Der annähernde Druckausgleich minimiert oder eliminiert, daß eine Komponente eine andere in der Form überwältigt. Vorteilhafterweise sind die Strömungseinschränkungseinrichtungen aus den Strömungskanälen entfernbar, um sie zu reinigen, reparieren, etc. und ferner zum Ersatz durch andere Strömungseinschränkungseinrichtungen, zum Anpassen der Vorrichtung, zum Einsatz für andere Verbindungen, die in der Viskosität den Beschickungsgeschwindigkeiten etc. abweichen.
  • Die Strömungseinschränkungseinrichtungen 44, 46 und 48 dämpfen erwiesenermaßen ferner die Wirkung, die Geschwindigkeitsveränderungen auf die individuellen Profile der Komponenten des Verbundprofilstreifens und des Gesamtprofils des Streifens haben, und konsequenterweise auf das Gewicht pro Einheitslänge des Verbundprofilstreifens. Diese Anordnung ermöglicht wirksam variable Geschwindigkeitsextrusion des Verbundprofilstreifens, wobei ferner das Arbeitsausmaß reduziert wird, das erforderlich ist, um die Optimierung einer Kassette und/oder der Extrusionsform zu vervollständigen.
  • Wenn es wünschenswert ist, kann der Druck unterstromig jeder Strömungseinschränkungseinrichtung 44, 46, 48 durch einen entsprechenden Drucksensor 54, 56, 58 überwacht werden. Der ermittelte Druck kann zur Extrudergeschwindigkeitssteuerung 40 geliefert werden, die einen Teil einer Gesamtextrusionsverfahrenssteuerung bildet oder darin integriert ist, um die Schraubengeschwindigkeit ansprechend auf den ermittelten Druck zu steigern oder zu verringern, um den gewünschten Druck unterstromig der Strömungseinschränkungseinrichtung aufrecht zu erhalten.
  • Die Strömungseinschränkungseinrichtungen 44, 46 und 48 sind nach einer bevorzugten Ausführungsform jeweils in Form eines Siebpaketes, einschließlich eines Siebs 60 und/oder Unterbrechungsplatte 62. Die Maschenweite des Siebs, die Größe der Perforationen in der Unterbrechungsplatte und/oder die Dicke der Unterbrechungsplatte werden ausgewählt, um die Druckdifferenz zwischen den Komponenten an dem Punkt wo sie zusammengebracht werden, zu verringern. Die Strömungseinschränkung, die durch die Strömungseinschränkungseinrichtungen bewirkt wird, ist generell etwa proportional zum Extruderbeschickungsdruck, d. h. je höher der Druck ist, desto größer ist die Strömungsbeschränkung in Form eines Druckabfalls quer über die Strömungseinschränkungseinrichtung. Wie einleuchten dürfte, können die Strömungseinschränkungseinrichtungen identisch sein, während sich das Ausmaß des Druckabfalls mit der Viskosität der Komponente verändert.
  • Die oben beschriebene Extrusionsvorrichtung ist insbesondere zum Extrudieren eines Verbundprofillaufflächenstreifens aus drei Komponenten geeignet, der zur Herstellung eines Kraftfahrzeugreifens dient. Die Extrusionsgeschwindigkeit kann verändert werden durch Veränderung der Geschwindigkeit der Extruder, während die Strömungseinschränkungseinrichtungen die Wucht der Geschwindigkeitsveränderung dämpfen, während Geschwindigkeitseinstellungen vorgenommen werden, um neue stationäre Extrudergeschwindigkeiten zu erhalten, um das Streifenprofil bei der neuen Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten.
  • Obwohl die Erfindung im Hinblick auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, sind equivalente Abänderungen und Modifikationen zweifellos für den Fachmann nach dem Lesen und Verstehen dieser Beschreibung denkbar.

Claims (12)

1. Extrusionsvorrichtung (8) zum Herstellen eines Verbundprofilstreifens (42), umfassend einen Extrusionskanal der viele Strömungskanäle (18, 20, 22) besitzt, die sich zu einer Extrusionsform (26) hin erstrecken, mindestens zwei Extruder (28, 30, 32) zum Zuführen entsprechender Komponenten bei entsprechend unterschiedlichen Drucken in die Strömungskanäle (18, 20, 22) zum Durchgang durch die Extrusionsform (26), wobei die Extrusionsform (26) einen üblichen Formausgang besitzt, aus dem die Komponenten unter Ausbildung des Verbundprofilstreifens abgegeben werden, gekennzeichnet durch:
entsprechende Strömungseinschränkungseinrichtungen (44, 46, 46), die in den Strömungskanälen (18, 20, 22) zwischen den Extrudern (28, 30, 32) und der Extrusionsform (26) angeordnet sind, wobei die Strömungseinschränkungseinrichtungen (44, 46, 48) arbeiten, um die Druckdifferenz zwischen den Komponenten der Extrusionsform (26) auf etwa 250 psi (1,7233 MPa) oder weniger abzubauen, bevor die Komponenten zusammengebracht werden.
2. Extrusionsvorrichtung (8) nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, ferner umfassend Drucksensoren (54, 56, 58), die zu den genannten Strömungskanälen (18, 20, 22) zugeordnet sind, die die Drucke der Komponenten unterstromig der Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) erfassen, und eine Steuerung (40), die die Geschwindigkeit der Extruder (28, 30, 32) ansprechen auf die Ausgangssignale der Drucksensoren (54, 56, 58) steuert.
3. Extrusionsvorrichtung (8) nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, bei der zumindest eine der Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) ein Öffnungen aufweisendes Glied (60, 62) umfassen.
4. Extrusionsvorrichtung (8) nach Anspruch 3, bei der das Öffnungen aufweisende Glied (60, 62) ein Sieb (60) und eine perforierte Platte (62) umfaßt, die das Sieb (60) verstärkt.
5. Extrusionsvorrichtung (8) nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, bei der die Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) derart arbeiten, daß sie die Druckdifferenz auf etwa 200 psi (1,3787 MPa) oder weniger verringern, bevor die Komponenten zusammengebracht werden.
6. Verfahren zum Extrudieren eines Verbundprofilstreifens (42) umfassend die Stufen des Zuführens von Komponenten bei entsprechend unterschiedlichen Drucken zu entsprechenden Strömungskanälen (18, 20, 22) in einem Extrusionskanal (18, 20, 22) zum Durchgang zu einer Extrusionsform (26), der einen gemeinsamen Formenkopfausgang besitzt, aus dem die Komponenten unter Ausbildung des Verbundprofilstreifens (42) abgegeben werden, gekennzeichnet durch:
Bewirken, daß die Komponenten durch die entsprechenden Strömungseinschränkungseinrichtungen (44, 46, 48) strömen, bevor sie die Extrusionsformen (26) durchlaufen, um die Druckdifferenz zwischen den Komponenten auf etwa 250 psi (1,7233 MPa) oder geringer zu reduzieren, bevor sie der Extrusionsform (26) zusammengebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, einschließlich der Stufe des Überwachens der Drucke der Komponenten unterstromig der Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48), und Steuern der Geschwindigkeiten der Extruder (28, 30, 32) ansprechend auf die erfaßten Drucke.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) die Druckdifferenz auf etwa 200 psi (1,3787 MPa) oder geringer verringert, bevor die Komponenten zusammengebracht werden.
9. Verfahren zum Extrudieren eines Verbundprofilstreifens (42) umfassend die Stufen des Verwendens von mindestens zwei Extrudern (28, 30, 32) um Komponenten bei entsprechend unterschiedlichen Drucken zu entsprechenden Strömungskanälen (18, 20, 22) in einem Extrusionskanal (18, 20, 22) zum Durchgang zu einer Extrusionsform (26) zuzuführen, der einen gemeinsamen Formenkopfausgang besitzt, aus dem die Komponenten unter Ausbildung des Verbundprofilstreifens (42) mit einer ersten Geschwindigkeit abgegeben werden, gekennzeichnet durch Auswahl und Positionierung der Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) in den Strömungskanälen (18, 20, 22), um die Druckdifferenzen der Komponenten auf etwa 25o psi (1,7233 MPa) oder weniger vor dem Durchgang durch die Extrusionsform (26) zu verringern.
10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassenden die Stufe des Veränderns der Geschwindigkeit der Extruder (28, 30, 32), um die Geschwindigkeit zu verändern, mit der der Verbundprofilstreifen (42) vom Extrusionsformkopf (26) abgegeben wird, während die entsprechenden Strömungseinschränkungseinrichtungen (44, 46, 48) in den Strömungskanälen (18, 20, 22) fungieren, um die Wirkung zu dämpfen, die die Extrudergeschwindigkeitsveränderung auf das Profil des Verbundprofilstreifens (42) besitzt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Auswahl- und Positionierungsstufe die Auswahl einer Siebgröße für jede Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) umfaßt, um einen größeren Druckabfall für die Hochdruckbeschickung im Verhältnis zur Niedrigdruckbeschickung vorzusehen.
12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Strömungseinschränkungseinrichtung (44, 46, 48) ausgewählt werden, um die Druckdifferenz auf etwa 200 psi (1,3787 MPa) oder weniger zu verringern, bevor die Komponenten zusammengebracht werden.
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