具有反饋迴路控制的擠壓機的製作方法
2023-05-06 18:12:01 3
專利名稱：具有反饋迴路控制的擠壓機的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種擠壓如象橡膠這樣材料的方法和裝置，更具體地說，涉及的是在基本上恆定的溫度，尺寸(gauge)，或重量上，擠壓機以可變的運作速度擠壓材料的方法和裝置。
過去，擠壓機也都有可調節的調節閥，以便在擠壓機運作過程中能提供理想的溫度。但是，這些擠壓機和調節閥在擠壓機運作過程中卻不能進行動態調節。另外，儘管擠壓機的速度和調節閥的變化可能影響擠壓機的產量，但過去的擠壓機要是不停機來調節節流閥和擠壓機的速度，則便不可能對這些變化進行補償。
申請者們認識到，在擠壓機運作時需要對擠壓機速度和調節閥的位置進行些改變，而且需要自動地進行這些改變，這些改變是隨一些變量，如材料溫度，尺寸，重量以及其它材料性質而定的。
本發明想出了一種在設計上很簡單，使用很有效而且克服了前述困難和其它缺陷的新型的改進擠壓機，提供了更好的和更為有利的綜合效果。
本發明提出了一個在可變的運作條件下能使被擠壓的材料保持基本恆定的溫度，尺寸(gauge)和重量的新型的改進擠壓機。
更具體地說，按照本發明，擠壓相關材料的擠壓機包括擠壓機的機殼，該機殼具有一送料區，一個包括調節區(throttle section)在內的中心區，和一個出口區。擠壓機還包括一個安置在擠壓機機殼內的擠壓機螺杆，它有一核心部分和一個螺旋部分，螺旋部分是繞縱軸呈螺旋狀的。擠壓機還包括圍繞著部分調節區的調節閥。該調節閥具有許多針狀物，這些針狀物圍繞著擠壓機的螺杆縱軸沿徑向伸進機殼中。這些針狀物可用一凸輪沿徑向進行調節，該凸輪環繞擠壓機機殼分布。該凸輪有一中心，一內壁和一外壁，內壁上有許多與這些針狀物相應的部分，這些部分的每一個，從凸輪中心到內壁都有一徑向距離。這些部分每一個的徑向距離都是漸漸地從最大徑向距離減小到最小徑向距離。這些針狀物都有一彈簧沿徑向向外來推動這些針，以便使這些針與凸輪內壁接觸。當朝第一方向轉動凸輪，使得這些針以一比凸輪轉動前小的徑向距離與內壁接觸時，凸輪就把這些針推進調節區以減小調節區的橫橫截面積。當凸輪朝反方向轉動，使得這些針以一比轉動前大的徑向距離與內壁接觸時，由於彈簧的作用，這些針就可從調節區向外沿徑向移動，以便增大調節區的橫橫截面積。擠壓機還包含一個轉動凸輪的凸輪轉動裝置。
從本發明的一個方面來看，用擠壓機擠壓相關材料的方法包括。把相關材料送進擠壓機機殼的送料區的步驟以及轉動擠壓機的螺杆，以便磨嚼相關材料並使其移動通過擠壓機的步驟。該方法還包括利用溫度檢測裝置來測量處於擠壓機機殼的出口區的相關材料的溫度和利用檢測裝置來測量處於擠壓機機殼出口區的相關材料的尺寸和重量的步驟。最後，該方法還包括在擠壓材料變化時，為了補償相關材料的溫度，尺寸和重量方面的變化而對調節閥進行調節的步驟。這些溫度，尺寸和重量的變化是用溫度檢測裝置和其它相應測量裝置對處在擠壓機機殼的出口區中的相關材料測得的。
本發明的一個優點是當材料離開擠壓機時，擠壓機可用溫度傳感器來測量原材料如橡膠的溫度。
本發明的另一優點是擠壓機可以利用如象雷射這樣的測量裝置來測量被擠壓機加工的如象橡膠這樣的材料的尺寸。
本發明的另一優點是擠壓機可以利用如象秤這樣的測量裝置來測量被擠壓機加工的如橡膠這樣的材料的重量。
本發明的另一優點是擠壓機的調節閥可以進行動態調節而勿需停機。
本發明的另一優點是擠壓機的控制裝置可以控制擠壓機螺杆的速度和調節閥。
本發明的另一優點是擠壓機的控制裝置在綜合考慮材料溫度，尺寸，重量和產品要求後，再對擠壓機螺杆的速度和調節閥進行控制。
對於本行業的行家來說在閱讀和理解了下面的詳細說明以後還會發現一些另外的好處和優點。
本發明可採取某些部件和部件組合的實物形式，在本說明中詳細描述了一個優選實施例將，並用附圖加以圖示，這些附圖構成本說明的一部分。其中，
圖1是實施本發明的擠壓機和輔助設備的側視橫切面示意圖；圖2是沿圖1中2-2線切取的擠壓機調節閥的斷面圖；以及圖3是擠壓機調節閥的針形物的切面圖。
現在請參閱附圖，畫這些附圖僅只為說明本發明的一個優選實施例而並不是為了限制本發明。圖1畫出了一個具有機殼16和一個螺杆22的擠壓機10的一個側視圖。材料24，如象橡膠，通過在擠壓機10後面的送料孔28被送進擠壓機10。當螺杆22把橡膠24推過擠壓機10時，螺杆就對橡膠24進行捏合處理。然後在出口34處橡膠24就從擠壓機10中被擠出。在本發明這個優選實施例中，橡膠24可通過一輥式模42施加到滾輪40上形成產品46，再由傳送帶52帶走。
如果產品46的生產由於被迫，如在傳送帶52之前減少了需求，而必須減少，那麼就可將螺杆22的轉動速度降低。但是，在螺杆22減慢捏合和擠壓過程時，某些材料將冷卻到最佳溫度以下。對於象橡膠這樣的材料而言，這尤其是一個問題。為了保持橡膠24在擠壓機10中的溫度，使用了一個調節閥58。這個調節閥58最好安置在擠壓機10的中心的周圍。螺杆22最好有一個圓柱區64，為了防止損壞螺杆22的螺旋66，調節閥58就安置在這個圓柱區中。該調節閥包括許多的針形物70，這些針被放置在擠壓機10的機殼16內的空間中。這些針阻礙了被螺杆22強迫通過擠壓機10的橡膠。使橡膠24的阻力增大就使橡膠24變熱，因而使得擠壓機10既能運行在較低的速度上而又可保持大體恆定的溫度。
圖2畫出了沿著圖1中的2-2線切取的調節閥58和擠壓機10的橫斷面。這些針70被安置在圍繞螺杆22的圓周上的一些間隔開的位置上。這些針被如象彈簧76這樣的彈力機構推離螺杆22。儘管現在優選的是彈簧76，但彈力機構也可是水力或氣動系統，或者是一轉動型機構。這些針70被一凸輪82所包圍，這個凸輪82可使這些針70保持在一適當的位置上。這個凸輪一般是圓形的，而且具有一帶凸輪表面89的內壁88。它可有一任何適當形狀的外壁90。該內壁88有許多凸輪表面89，凸輪表面數最好與針狀物70的數目相應。內壁88的每一個凸輪表面89都從最大半徑94傾斜到最小半徑100。因為這些針70都與內壁88的凸輪表面89接觸，所以沿著內壁88的凸輪表面89的斜坡的接觸位置就決定這些針70在擠壓機10內的位置。例如，當這些針70與內壁88的凸輪表面89在最大半徑94處接觸時，則這些針就被彈簧76沿徑向向外移動。當轉動凸輪82，使得這些針70與內壁88的凸輪表面89在最小半徑100處接觸時，則這些針70就被移動進擠壓機10的腔膛1 02中。這些針70伸進擠壓機10的腔膛102的距離決定了在橡膠24被螺杆22的螺旋66推過擠壓機10時對橡膠所產生的阻力。增大阻力就會使橡膠24的溫度升高。如橡膠24的溫度是在最佳溫度上，則可這樣轉動凸輪82，使得這些針70與內壁88接觸在接近最大半徑94或就在最大半徑94處，這樣，就可把這些針從擠壓機10中退出來，因而減小對橡膠的阻力，同時就降低了橡膠的溫度。畫在圖2中的擠壓機10的實施例具有12根針，凸輪82的內壁88上具有12個凸輪表面89。但是，也可使用任意適當數目的針和凸輪表面89。例如，已表明六根針70和六個凸輪表面89就很滿意了。
圖3更為詳細地畫出了這些針70中的一根的組合情形103的視圖。這些針70的每一根都被一彈簧76所支撐，該彈簧朝著箭頭A的方向推動這些針沿徑向向外運動。這些彈簧76最好是一些盤形彈簧。內壁88上的每一凸輪表面89都朝著箭頭B的方向沿徑向向裡推動一根針70。當轉動凸輪82時，內壁88上的凸輪表面89是傾斜的，因而使針70的位置發生變化。如果轉動凸輪82，使得凸輪表面89的半徑增大，則針70朝箭頭A的方向運動。如果轉動凸輪82，使得凸輪表面89的半徑減小，則針70就會朝箭頭B的方向運動。在與內壁88上的一凸輪表面89接觸的地方每一根針70都有一針頭滾輪136，它能使凸輪82自由轉動而不致使這些針70損壞。
進一步參考圖1，凸輪82最好是由一套活塞和缸裝置106來轉動，但任何適當的方法或形式(fashion)也可用來轉動凸輪82。活塞和缸裝置106轉動凸輪82是較好的。為了轉動調節閥58的外壁90，並不一定要將擠壓機10停下來。
橡膠24的溫度可用安置在擠壓機10的出口34的溫度傳感器112來檢測。根據材料的擠壓特性，可以將計算機118編程來控制擠壓過程，以便能在希望的溫度上擠壓，生產出想要重量，尺寸和其它特性的擠壓材料。將溫度傳感器112與適當的控制器，如象計算機118相連，控制器進一步控制活塞和缸裝置106和螺杆22的轉動速度。當計算機18根據從溫度傳感器112來的數據定出橡膠24是處在最佳水平以下的溫度上時，計算機118就啟動活塞和缸裝置106來轉動凸輪82，以便將那些針70沿徑向向內移動到擠壓機10中。計算機118還可減慢擠壓機10的螺杆22的轉動速度。那時計算機118就可增大調節閥58的阻力來保持在橡膠24內的最佳溫度。
計算機118最好與一尺寸測量裝置124和象稱重秤的重量測量裝置126相連。尺寸測量裝置124最好包括一雷射束。當產品在傳送帶52上離開擠壓機時，這雷射束可用來進行產品46的尺寸或大小的精細測量。稱重秤126可作產品46重量的精細測量。調節閥58的位置可影響擠壓機10的輸出，並要求對螺杆22的轉動速度進行適當調節，以便保持最後產品46的規定的尺寸和重量。計算機118還可用來對與橡膠24和產品46的溫度，尺寸，重量以及其他的特性相關的所有數據進行解釋。計算機118可控制螺杆22的轉動速度和調節閥58的位置。之所以要優先選用計算機是因為橡膠24和成品46的溫度，尺寸，重量和其它特性與調節閥58的位置，螺杆22的轉動速度之間的關係是非線性的。
應該明白，也可使用另一類型的調節閥58來控制橡膠24通過擠壓機10。
所選出的實施例在上面已經描述過了。技術行家都明白，上述的一些裝置和方法都可加以改變和改進而並不偏離本發明的總的範圍。本發明還企圖包括所有屬於所附的權利要求書的範圍之內或與之等效的這種改進和變化。
已對本發明作了這樣的描述，現在應提出如下權利要求。
權利要求
1.擠壓相關材料的擠壓機，它包括一擠壓機機殼，該機殼具有一個送料區，一個包含調節區在內的中心區，和一出口區；一擠壓機螺杆，它是可轉動地安裝在擠壓機的機殼中，該擠壓機螺杆有一核心部分和螺旋部分，螺旋部分的螺旋是繞縱軸呈螺旋狀的；一個調節閥，圍繞著調節閥區的一部分，該調節閥有一些沿徑向伸進機殼並圍繞著螺杆的縱軸分布的針狀物，這些針狀物可由一圍繞著該擠壓機機殼分布的圓形凸輪來進行徑向調節，該凸輪具有一中心，一內壁和一外壁，該內壁又具有一些凸輪表面與所說的一些針狀物接觸，每一凸輪表面具有一個從中心算起的半徑，該半徑逐漸地由最大半徑減小到最小半徑；所說的那些針狀物都具有一彈力機構來沿徑向向外推動這些針狀物，以便與凸輪表面接觸，當該凸輪朝第一方向轉動，使得這些針狀物在比轉動前小的半徑位置上與凸輪表面接觸時，凸輪表面就把這些針狀物沿徑向向裡推進調節區，以減小調節區的橫截面積，當凸輪朝反方向轉動，使得這些針狀物在比轉動前大的半徑位置處與凸輪表面接觸時，這些針就可被彈力機構沿徑向從調節區向外推出，以增大該調節區的橫截面積，以及一個轉動該凸輪的機構。
2.如權利要求1所述的的擠壓機，其特徵還在於該凸輪轉動機構包含一個活塞和缸裝置，該活塞和缸裝置與該凸輪相連，以便朝該第一方向和該相反方向轉動該凸輪。
3.如權利要求2所述的的擠壓機，其特徵還在於溫度傳感裝置用於在擠壓機機殼出口區檢測相關材料的溫度，而且該凸輪轉動裝置是隨溫度傳感器測定的溫度變化而動作。
4.如權利要求3所述的的擠壓機，其特徵還在於控制裝置用於控制該擠壓機和該調節閥，該控制裝置是同該活塞和缸裝置及該溫度傳感裝置相連，該控制裝置啟動活塞和缸裝置以便在溫度傳感器感知到溫度變化時驅動調節閥。
5.如權利要求4所述的的擠壓機，其特徵還在於測量裝置用來測量在機殼的出口處擠出的相關材料的尺寸，該測量裝置是同該控制裝置相連的，該控制裝置在該測量裝置檢測到相關材料的尺寸變化時便啟動調節閥。
6.如權利要求4所述的的擠壓機，其特徵還在於重量測量裝置用來測量在機殼的出口處擠出的相關材料的重量，該重量測量裝置同該控制裝置相連，該控制裝置在該重量測量裝置檢測到相關材料的重量有變化時便啟動調節閥。
7.如權利要求4所述的的擠壓機，其特徵還在於該控制裝置與擠壓機的螺杆的轉動裝置相連，由它控制該擠壓機螺杆的轉動速度。
8.如權利要求2所述的的擠壓機，其特徵還在於在運作該擠壓機的過程中，可以運作活塞和缸裝置來轉動該凸輪.
9.採用擠壓機擠壓相關材料的方法，該擠壓機包括一擠壓機機殼，該機殼分為三個區，一個是材料饋送區，一個包含調節區在內的中心區及一個出口區；該擠壓機還包括一個擠壓機螺杆；一些在該出口區檢測溫度的溫度傳感裝置；一個在該出口區檢測尺寸，重量及其它特性的測量裝置；一個用來改變調節區的橫截面積的調節閥；以及用來控制該擠壓機的控制裝置；該方法的特徵在於包括下述步驟把該相關材料饋送進擠壓機機殼中的送料區；轉動該擠壓機螺杆對相關材料進行捏合併把該相關材料推送過擠壓機；利用該溫度傳感裝置在擠壓機機殼出口區測量該相關材料的溫度；利用測量裝置在擠壓機機殼出口區檢測相關材料的尺寸和重量；以及當被擠壓的相關材料中各參量有變化時，調節該調節閥以補償在擠壓機機殼出口區由溫度傳感裝置和測量裝置檢測到的相關材料的溫度，尺寸及重量的變化。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於該調節閥包括一些針狀物，一個具有一些凸輪表面的凸輪，一個能把那些針狀物推到與凸輪表面接觸的彈力機構以及一個與凸輪相連的活塞和缸裝置，該方法還以下述步驟為特徵利用該活塞和缸裝置來轉動該凸輪；以及由它在調節區域內沿徑向移動這些針狀物來改變相關材料在擠壓機機殼中的捏合和控制該相關材料的溫度。
全文摘要
擠壓相關材料的擠壓機包括一個機殼，該機殼具有一材料饋送區，一個包含調節區的中心區，以及一個出口區，而且在擠壓機的機殼內安置有一個擠壓螺杆。擠壓機在調節區還有一個調節閥。調節閥具有徑向伸進機殼、可用繞著擠壓機機殼分布的凸輪進行調節的針形物。該凸輪具有帶有一些可與這些針狀物接觸的凸輪表面的內壁。這些針狀物都由一彈簧沿徑向向外推以便與凸輪的內壁接觸。該凸輪可被一裝置轉動。
文檔編號B29K21/00GK1165734SQ9710491
公開日1997年11月26日 申請日期1997年3月26日 優先權日1996年3月26日
發明者T·A·墨列, B·J·特納, M·D·本納斯, M·G·馬歇爾, G·R·伯格 申請人:固特異輪胎和橡膠公司