NO142249B - Anvendelse av ultralyd ved sammenfoeyning av gummibelagte vev kant mot kant - Google Patents

Abstract

Anvendelse av ultralyd ved sammenføyning av gummibelagt vev kant mot kant.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kantskjøting av gummibelagte, armerte vevskikt kant mot kant. Det er vevskikt av denne type som vanligvis anvendes i gummiindustrien for å gi styrke og avstivning til sluttprodukter av gummi. Vevene utgjøres av parallelle armeringstråder og er på begge sider forsynt med et lag av vulkaniserbart gummimaterial. Det har tidligere vært utført sammenføyning av sådanne gummibelagte vev enten kant mot kant eller ved overlapning.

Ved overlappende sammenføyning vil et avsnitt langs den ene

kant av det gummibelagte vev overlappe den annen kant, idet trykk påføres overlapningsområdet for frembringelse av en kraftig forbindelse. Ved denne type sammenføyning er skjøtens styrke et resultat av det store effektive kor.taktområde langs skjøten. Ved sammenføyning kant mot kant foreligger det ingen overlapning av gummibelagt vev og forbindelsen mellom de to deler som skal sammenføyes, oppnås ved å bringe kantene i innbyrdes kontakt og påføre trykk i kontaktområdet. Styrken av denne skjøt avhenger ene og alene av kontaktbindingen mellom vevkantene.

Overlapningsskjøten vil her være den foretrukne fremgangsmåte når det er mulig å benytte denne, da den vil danne den sterkeste skjøt.

En sådan overlapningsskjøt kan lett utføres når trådene i det armerte vev-material er av syntetisk fibermaterial; men fremgangsmåten vil ikke egne seg når armeringstrådene foreligger i stivere material som ikke kan tøyes, som f.eks. stål eller glass, eller når de syntetiske fibertråder har stor diameter. Den iboende stivhet eller bare omfanget av sådanne tråder gjør en overlapningsskjøt upraktisk, enten på grunn av det forhold av skjøten ganske enkelt ikke vil holde ved den kraftige påkjenning som oppstår ved utvidelse av et hjuldekk, eller fordi materialansamlingen i skjøtområdet bevirker en ubalanse i det ferdige dekk.

Ved tilvirkning av hjuldekk, sammenstilles dekket på en flat, sylinderisk monteringstrommel. De forsterkende armeringsvev påføres denne monteringstrommel i lag. Forsterkningstrådene i hvert armert lag anbringes i en forut bestemt vinkel med dekkets omkretsflate. Disse forsterkende vev underkastes to tilvirkningstrinn før deres påføring på monteringstrommelen. Først påføres et gummiskikt på begge sider av vevet, og der-etter skjæres det gummi-påførte vev opp i stykker over hele sin bredde. Disse snitt gjøres enten på skrå i forhold til trådene i det gummipåførte vev, (når det ønskes en viss tråd-vinkel i det ferdige produkt) eller perpendikulært på trådene (når vevet skal anvendes som dekkstamme for et radialdekk). Kantene av originalvevet i disse lateralt oppskårne stykker skjøtes innbyrdes på en sådan måte at trådene i dette ferdige sammenhengende vevstykke eller skikt danner en forut bestemt vinkel med vevstykkets lengderetning. Det er ved sammen-føyning av endene av de lateralt avskårne stykker av belagt vevmaterial at den foreslåtte prosess i henhold til oppfinnelsen er særskilt vel egnet. Da et ferdig dekk kan omfatte flere lag av armerte skikt, kan adskillige skjøter av denne type foreligge i ett og samme dekk.

Ved tilvirkningsprosessen for et hjuldekk er de armerte skikt gjenstand for en meget høy utvidelse. Denne utvidelse opp-trer ved formingen av dekket fra en åpen sylinderform til den vanlige ringform for et dekk. Under denne utvidelsesprosess utsettes skjøtene mellom de belagte armeringsvev for høye påkjenninger og opprivning kan finne sted når skjøtenes styrke

ikke er tilstrekkelig til å motstå påkjenningene ved denne dekkforming. Disse opprivninger er særlig besværlige i dekk

hvori vevskiktene har blitt sammenføyet kant mot kant, og spesielt i dekk med ståltrådarmering.

Ved tidligere kjente fremgangsmåter for kant-skjøting av eller vevskikt har det for å sikre en tilfredsstillende skjøt vært nødvendig å ha en fersk, skrått avskåret kant av gummibelegget på hver av de vevkanter som skal sammenføyes. Når trådene i skiktet danner en vinkel på 90°C med skiktets lengderetning (hvilket vil si at trådene ligger parallelt med den kant som skal skjøtes), oppnås denne ferske, skrått avskårne kant av

gummibelegget ved fjerning av den siste tråd og skrå avskjæring av det resulterende overskytende gummibelegg med en varm kniv. Ved vinkelskåret gummibelagt vev, hvori trådene danner en vinkel på mindre enn 90°C med vevets lengderetning (hvilket vil si at trådene også danner en vinkel med skjøte-kanten av det gummibelagte vev), må også gummikantene av-skjæres skrått med en varm kniv. Disse fremgangsmåter er dyre og tidskrevende og resulterer i visse tilfeller i tap av to tråder for hver skjøt.

Det er formål for foreliggende oppfinnelse å unngå denne dyre og tidskrevende anvendelse av varm kniv for skrå avskjæring av gummibeleggets kant og oppnå rask og økonomisk sammen-føyning av gummibelagte ståltrådarmerte dekkskikt kant mot kant.

Det er et ytterligere formål for oppfinnelsen å angi en mulighet for å oppnå tilstrekkelig kraftig sammenføyning av armerte dekkskikt med jevn kant uten varmetilførsel utenfra. I denne forbindelse skal det nevnes at det er kjent fra britisk patentskrift nr. 1 144 347 å sammenføye skikt av fullstendig tverrbundet polyuretanmaterial ved indre oppvarming frembragt ved ultralyd, idet de kanter som skal sammenføyes befinner seg under trykk. Tallrike forsøk har imidlertid vist at denne teknikk generelt ikke er egnet for bruk ved uvulkanisert og ikke tverrbundet gummimaterial. Ved utvikling av foreliggende oppfinnelse er det imidlertid overraskende funnet

at ultralyd likevel under visse forhold med hell kan an-

vendes for sammenføyning av gummibelagte armeringsvev kant mot kant.

Oppfinnelsen gjelder således anvendelse av ultralyd for oppvarming ved sammenføyning kant mot kant av armeringsvev belagt med ikke uvulkanisert og ikke tverrbundet gummimaterial, og hvis armeringstråder består av ikke tøybare stål- eller glasstråder som strekker seg parallelt med de vevkanter som skal sammenføyes, idet nevnte vevkanter i tett innbyrdes anlegg bringes i direkte kontakt med en ultralydfrembringende anordning og samtidig utsettes for trykk som påføres slik at ingen vesentlig nedsettelse av kanttykkelsen finner sted og fordeles jevnt langs kantene ved hjelp av en trykkutjevningsinnretning, hvorved gummimaterialet langs vevkantene i innbyrdes anlegg innesluttes i et romområde som avgrenses av de armeringstråder som ligger nærmest hver av vevkantene, den ultra-lydf rembringende anordning og trykkutjevningsinnretningen,

mens vevkantene ved påvirkning fra den ultralydfrembringende anordning utsettes for ultralydvibrasjoner i sådan grad at gummimaterialet langs de sammenførte vevkanter oppvarmes til flytning, homogeniseres og etter avkjøling danner en sterk sammenføyning uten vulkanisering eller tverrbinding av gummimaterialet .

Anvendelse av ultralyd i henhold til foreliggende oppfinnelse oppfyller således behovet for en kantskjøte-teknikk som kan benyttes for å oppnå en sterk sammenføyning av gummibelagte, ståltrådarmeringsvev. Oppfinnelsen eliminerer nødvendigheten av skrått avskårne gummibelegg ved skiktkanten ved hjelp av en varm kniv, samt unngår også fjerning og resulterende tap av endetrådene ved skiktkantene når det er ønskelig å sammen-føye vevet.

Den tilførte ultralydeffekt frembringer varme i skjøteområdet. Denne varme får gummibelegget i dette området til å mykne og frembringer antagelig en homogeniseringsvirkning i grenseflatene mellom gummikantene i sammenføyningsområdet, hvilket resulterer i en sterk, effektiv skjøt som har tilstrekkelig styrke til å.motstå de utvidelsespåkjenninger som vil fremkomme i de senere tilvirkningstrinn av dekk-fremstillingen. Den nød-vendige ultralydeffekt oppnås ved anvendelse av en lydgene-ratoranordning av vanlig type. Denne generatoranordning kan f.eks. utgjøres av en kraftkilde, en omformer som omvandler elektrisk energi fra kraftkilden til mekanisk vibrasjonsenergi, en konsentrator som konsentrerer denne energi, samt lydhorn som overfører den lydenergi som utvikles ved den mekaniske vibrasjon til de stykker som skal skjøtes, idet hornene er dimensjonert i samsvar med den ultralydfrekvens som skal over-føres .

Virkningen av ultralydpulser som frembringes av nevnte horn

er en funksjon av flere faktorer, som f.eks. den avgitte effekt fra effektkilden, samt hornenes vibrasjonsfrekvens og amplityde. Det er vel kjent at vibrasjonsfrekvensen og vibrasjonenes amplityde er innbyrdes omvendt proporsjonale, hvilket vil si at etter som hornenes utsvingsbevegelse eller amplityde øker, vil deres vibrasjonsfrekvens avta. Det er også kjent at jo større svingningsamplityden er for sådanne horn, jo større vil hornenes hysteresetap være, således at større varmemengder frembringes av pulsene.

Teknikken med å anvende ultralydenergi for sammenføyning av termoplastmaterialer har vært anvendt ved meget tynne plastskikt. Anvendelse av denne teknikk i forbindelse med materialer av den tykkelse som foreligger ved armeringsskikt for hjuldekk er tidligere antatt å være uten hensikt. Tykkelsen av sådanne plastskikt har vært av størrelsesorden 1/10 - 1 mm, mens de armerte skikt som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnesle er av størrelsesorden fra et par millimeter til et par cm og mer. Det er tidligere fastlagt at denne skjøtemetode er utilfredsstillende ved gummi i samme tykkelsesområde som nevnte armerte dekk-vev. Det antas at nærværet av trådene i det armerte dekkvev bidrar til fordeling av den tilførte ultralydenergi på en sådan måte at hele tykkelsen av det armerte vevskikt aktiveres av ultralydeffekten. I gummistykker som ikke inneholder armeringstråder (slik som dekk-slanger) vil anvendelse av ultralyd for foreliggende formål ikke være tilfredsstillende .

I henhold til oppfinnelsen plasseres lydhornene eller de så-kalte soniske horn i direkte kontakt med de stykker som skal sammenføyes, og frembringer derved, når de energiseres av ultralyd-vibrasjoner, varmeutvikling i skjøt-området av vevskiktene, som derved mykner og homogeniserer gummimaterialet for dannelse av en sterk sammenføyning eller skjøt. De skjøter som fremkommer ved denne fremgangsmåte er meget sterke og oppnås på meget økonomisk måte. Det er ikke nødvendig å for-varme kantene av de vevskikt som skal sammenføyes, idet det bare vil være påkrevet å bringe kantene i innbyrdes kontakt med hverandre over det område som skal sammenføyes og ved hjelp av lydhornene påføre et trykk i skjøtområdet samt å utsette skjøten for ultralydimpulser ved energisering av de soniske horn. Den nødvendige aktiveringstid etter energisering av de., soniske horn og inntil en tilfredsstillende skjøt er oppnådd, dreier seg om en brøkdel av et sekund eller noen få sekunder. Den dyre, tidkrevende prosess ved fjerning av yttertråden og skrå avskjæring av gummibelegget elimineres således fullstendig, likesom nødvendigheten av å frembringe trykk-hefting over skjøten etter at sammenføyningen er utført. Ved anvendelse av ultralyd i henhold til oppfinnelsen benyttes de soniske horn i seg selv for overføring av trykk til skjøtområdet, således at enhver etterhefting av sammenføyningsområdet unngås.

I henhold til oppfinnelsen er det nødvendig at de soniske horn bringes i kontakt med og overfører jevnt fordelt trykk til de vev-kanter som skal sammenføyes, over hele skjøteområdet. Det kan ikke være vesentlig variasjoner i det påførte trykk

i dette kantområde, og det vil være nødvendig at det anvendes midler for utjevning av trykket langs skjøten, idet det kompenseres for ujevnheter i vevskiktene.

Den trykkintensitet som påføres ved hjelp av de soniske horn

er viktig da den har sammenheng med styrken av de ultralydpulser som effektivt frembringes i de stykker som skal sammen-føyes. Hvis trykket er for høyt kan det dempe lydvibrasjonene i hornene og nedsetter virkningen av disse vibrasjoner. Hvis trykket er for lavt, kan på den annen side kontakten mellom de soniske horn og de stykker som skal sammenføyes bli utilstrekkelig og resultere i tap av vibrasjonsenergi og derfor også varme ved denne utilstrekkelige kontakt.

Frekvensen av ultralydvibrasjonene er begrenset nedover ved

det forhold at vibrasjonene må ha tilstrekkelig høy frekvens til å eliminere ubehagelige arbeidsforhold eller bivirkninger for den operatør som betjener apparatet, samtidig som vibrasjonsfrekvensen også må være tilstrekkelig høy for å frembringe nødvendig varmeenergi og resulterende mykning og homogenisering av gummibelegget i skjøtområdet. Oppover er frekvens-området for ultralydvibrasjonene begrenset av økonomiske forhold i forbindelse med den nødvendige effekt for frembringelse av vibrasjonene, av de fysiske egenskaper for det material som anvendes i hornene og som må tåle vibrasjonene samt ytterligere av det forhold at vibrasjonsariplityden for hornene må gi tilstrekkelig utsving til å overføre vibrasjonene gjennom det øvre lag av gummibelegget og det mellomliggende armeringsvev til det nedre lag av gummibelegget.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et apparat for sammenføyning av armerte gummibelagte dekkvev ved hjelp av ultralyd, og

Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom et armert dekkskikt som '

er sammenføyet ved anvendelse av ultralyd.

Det apparat som er vist i fig. 1 består av fire deler; nemlig lydimpulsgeneratorer A (i et antall på f.eks. seks som an-

gitt i figuren), utstyr B for å bringe generatorene i kontakt med de stykker somskal sammenføyes, utstyr for å bringe

kantene av de vevskikt som skal skjøtes i sammenhengende kontakt med hverandre, f.eks. et transportørbelte C, samt en innretning D for å optimalisere trykket mot arbeidsstykkene for å sikre at det trykk som påføres av ultralydgeneratorene fordeles jevnt over kontaktområdet for nevnte generatorer og de vevkanter som skal sammenføyes.

I fig. 1 er det vist seks separate lydpulsgeneratorer montert

i en ramme 10. Hver generator omfatter en kraftkilde (ikke montert i rammen 10 og ikke vist), som kan utgjøres av en 2000 volts spenningskjede. Denne kraftkilde er tilsluttet til en omformer 11 for hver separat generator, således at hver generator kan utløses individuelt. De omformere 11 som således er tilsluttet kraftkilden, omformer den elektriske energi til mekanisk vibrasjonsenergi og er i sin tur tilsluttet forsterkere 12, som øker eller forsterker den mekaniske vibrasjonsenergi som avgis fra omformerne. Forsterkerne er i sin tur tilsluttet soniske horn 13, som overfører den mekaniske vibrasjonenergi fra forsterkerne til ultralydenergi i form av vibrasjoner eller impulser av en viss forut bestemt frekvens og amplityde. Den mest hensiktsmessige frekvens og amplityde for hornene bestemmes av hornenes konfigurasjon og kraftkildens styrke.

Utstyret B kan utgjøres av hvilke som helst egnete innretninger, som f.eks. hydraulisk eller pneumatisk virkende sylindre og stempler, for å bevege generatorenes soniske horn. I fig. 1

er sådanne anordninger angitt i form av trykkluftsylindre og stempler 14 med 5 cm slaglengde, montert på stasjonære støttebjelker 15 og tilsluttet et vertikalt bevegelig stykke 16. Dette vertikalt bevegligs stykke bringes til bevegelse på forut bestemt måte ved hjelp av føringsinnretninger (ikke vist) således at lydpulsgeneratorene som er montert på stykket 16 vil kunne forskyves opp og ned til forut bestemt vertikal stilling i forhold til skjøteanordningen og de stykker som skal sammenføyes. Luftsylindrene overfører også et forut bestemt trykk til stykket 16, således at de soniske horn i sin tur meddeler et forut bestemt trykk til de vevskikt som skal

sammenføyes.

Den anordning C som bringer frem de vevstykker som skal skjøtes til lydpulsgeneratorene i fig. 1, er angitt som et transportørbelte 20 og plassert mellom, generatorene A og den variable trykkinnretning D.

Innretningen D for optimalisering av trykket er angitt i fig.

1 som bestående av et antall sammenstilte vertikale plater 30 understøttet av en luftpute 31. Disse plater kan beveges uavhengig av hverandre og er således fri til hver for seg å reagere på det trykk som påføres ovenfra fra de soniske puls-generatorer. Den understøttende luftpute absorberer trykket og sikrer jevn trykkfordeling over hele kontaktområdet.

Tverrsnittet i fig. 2 viser et armert dekkskikt med armeringstråder 50 dekket av gummibelegg 51. Materialet i armeringstrådene kan være et hvilket som helst av de vanlige armerings-materialer for gummi, som f.eks. rayon, nylon, polyester,

stål eller glass. Anvendelse av ultralyd i henhold til oppfinnelsen er særskilt egnet for sammenføyning av armerte skikt for hjuldekk, hvori armeringsmaterialet er stivt og lite tøybart, f.eks. av ståltråd eller glass. Gummibelegget kan være av et hvilket som helst vanlig vulkanisert gummimaterial som anvendes ved tilvirkning av vevarmerte gummigjenstander, f.eks. hjuldekk eller transportbelter. Gummimaterialet kan således utgjøres av en hvilken som helst av de syntetiske gummiarter eller av naturlig gummi, eller eventuelt en hvilken som helst kombinasjon av disse materialer. Beleggtykkelsen kan være like stor på begge sider av armeringstrådene eller kan være påført ubalansert med større tykkelse på den ene side av trådene enn på den annen side.

Ved anvendelse av ultralyd i henhold til oppfinnelsen anbringes de armerte skikt som skal sammenføyes på transportbeltet 20. Skiktene bringes i kontakt kant mot kant og plasseres direkte under de soniske horn 13, mellom hornene og transportbeltet. Fig. 1 viser skiktene 40 i denne stilling. Lydpulsgeneratorene senkes ned til kontakt med skiktkantene ved hjelp av utstyret B. Trykk påføres kantene ved hjelp av pulsgeneratorene når denne kontakt er opprettet. Dette trykk fordeles jevnt over hele sammenføyningsområdet ved hjelp av innretningen D, som omfatter et stort antall sammenstilte plater understøttet av en luftpute,. således at platene kan innta forskjellige høyde-stillinger i avhengighet av det trykk som påføres dem ved senkning.av generatoranordningen A.

Med apparatet i denne stilling, aktiveres ultralydgeneratorene for å overføre lydvibrasjoner til de stykker som sk'al sammen-føyes. Disse vibrasjoner har forut bestemt frekvens og amplityde og varer en forut bestemt tid. Den varme som frembringes av den overførte ultralydeffekt til gummibeleggene, utvikler varme i kontaktområdet således at gummimaterialet mykner og flyter. Gummi fra de to vevskikt flyter sammen under innflyt-else av det trykk som påføres ved hjelp av de soniske horn,

og blandes således og homogeniseres. Den skjøt som.derved dannes mellom de to vevstykker er meget sterk og svikter ikke under en påfølgende dekktilvirkning. Skjøten frembringes også på meget rask og økonomisk måte sammenlignet med tidligere kjent teknikk for skjøting av denne type armerte skikt.

Den ultralydenergi som frembringes av generatorene må være tilstrekkelig til å trenge fullstendig gjennom det øvre gummibelegg og nå frem til den nedre gummibelegg, hvilket resulterer i en oppvarming av både det øvre og nedre gummibelegg samt en homogenisering av begge disse belegg med de til-svarende belegg i kanten av det annet stykke.

Anvendelse av ultralyd i henhold til oppfinnelsn er spesielt demonstrert ved sammenføyning av to stykker av standard gummibelagt armert vevskikt som anvendes som forsterknihgsskikt i et ståltråd-dekk. Dette spesielle vevskikt omfattet parallelle kordstreriger sammensatt av 5 x 7 tråder og med en diameter på 1,5 mm. Kordstrengene var anordnet i et antall på 6 til 7 pr. cm. Gummibelegget var påført ubalansert med 0,8 mm tykkelse på den ene side og en tykkelse på 1,3 mm på den annen side av stålstrengene, hvilket gir en total tykkelse av vevstykket på 3,6 cm, (summen av stålstrengenes tykkelse av de to gummibelegg). To sådanne stykker ble sammenføyet ved hjelp av ultralyd og, ved anvendelse av det apparat som er vist i fig. 1. Effekt ble overført til hver av de seks lydgeneratorer i serie, hvilket resulterte i ultralydpulser med en frekvens på 20 000 Hertz og en amplityde på 0,045 mm. Stykkene ble utsatt for sådanne pulser i 0,7 sekunder fra hver pulsgenerator. Det var en tidsforsinkelse på 0,3 sekunder mellom påfølgende generatorer, således at de 6 generatoren-heter to 6 sekunder på å gjennomføre den fullstendige sammen-føyning. Det trykk som ble påført ved hjelp av de soniske horn var 6,5 kg/cm 2. Det var nødvendig å bibeholde det på-førte trykk fra de soniske horn på et optimalt nivå, da for høyt trykk ville medføre en dempning av vibrasjonene, mens for lavt trykk ville medføre utilstrekkelig kontakt mellom hornene og de stykker som skal sammenføyes. Skjøten mellom de to stykker var meget sterk og ble oppnådd på økonomisk måte under en brøkdel av den tid som tidligere var nødvendig.

Det vil forstås at ultralydgeneratorene kan være av en hvilken som helst kjent tilgjengelig konstruksjon for frembringelse av lydvibrasjoner. De soniske horn kan ha en hvilken som helst hensiktsmessig utforming. Et hvilket som helst hensiktsmessig antall generator kan også anbringes på linje, avhengig av bredden av de stykker som skal sammenføyes, og et hvilket som helst hensiktsmessig antall effektkilder kan anvendes for drift av sådanne generatorer, alt etter den tid som er tilgjengelig for å fullføre hele sammenføyningen.

Utstyret B og C kan være en hvilken som helst kjent mekanisk utrustning som kan utføre den ønskede arbeidsfunksjon ved plassering av vevskiktene kant mot kant og sikring av jevnt fordelt trykk over hele sammenføyningsområdet.

Claims (1)

1. Anvendelse av ultralyd for oppvarming ved sammenføyning kant mot kant av armeringsvev (40) belagt med ikke uvulkanisert og ikke tverrbundet gummimaterial (51), og hvis armeringstråder (50) består av ikke tøybare stål- eller glasstråder som strekker seg parallelt med de vevkanter som skal sammenføyes, idet nevnte vevkanter i tett innbyrdes anlegg bringes i direkte kontakt med en ultra lydfrembringende anordning (A) og samtidig utsettes for trykk som påføres slik at ingen vesentlig nedsettelse av kanttykkelsen finner sted og fordeles jevnt langs kantene ved hjelp av en trykkutjevningsinnretning (30, 31), hvorved gummimaterialet (51) langs vevkantene i innbyrdes anlegg innesluttes i et romområde som avgrenses av de armeringstråder (50) som ligger nærmest hver av vevkantene, den ultra-lydf rembringende anordning og trykkutjevningsinnretningen, mens vevkantene ved påvirkning fra den ultralydfrembringende anordning utsettes for ultralydvibrasjoner i sådan grad at gummimaterialet langs de sammenførte vevkanter oppvarmes til flytning, homogeniseres og etter avkjøling danner en sterk sammenføyning uten vulkanisering eller tverrbinding av gummimaterialet.