真空挤压系统和方法

本发明关于通常所述的真空挤压系统和方法，尤其是关于对在Pagan的美国专利4783291中所示类型的水平连续真空挤压装置和方法的改进。

发明背景高质量低密度的泡沫产品是采用倾斜的气压柱法来进行广泛的工业制造的。美国俄亥俄Toledo的欧文斯柯宁公司以著名商标FOAMULAR来销售这类产品。这些产品是由挤压熔化在倾斜气压柱中的塑料来进行工业化生产的，倾斜柱是一种增强混凝土制成的大直径管，在连接和密封后形成真空腔。基本为一个长的管子倾斜地伸入水池中。当腔中处于真空状态时，水被吸入管子至少部分注入空腔。腔的上端由可移动的大的隔板或板封闭，隔板密封柱子的上端。一个挤压模安装在板的内侧而一个或多个挤压器安装在板的外侧。模子的下游具有成形、校整和拖拉设备，它们可能是相当大而复杂的。当进行适当的成形和校整后，所有在真空中的挤出材料朝柱子的下方移动并进入水池。水池不仅用作密封真空腔，而且用来冷却沉浸的挤出物。倾斜的构形使挤出材料在传送带的协助下以连续方式通过大直径的弯道送到大气中。然后泡沫挤出材料在池子和腔的外部切成一定长度并进行修整。在美国专利3704083，4044084，4199310，4234529，4247276和4271107中示出了这种设备的例子。

这种气压柱的一个主要缺点是在构造的尺寸和成本方面。腔要在大尺寸的倾斜度上建造，挤压器、模子、成形机构及未加工的材料等都必须放在较高的高度上。

人们已努力来采用水平的真空腔，如在美国专利4487731和4486369中所示。这些系统采用了效果不大的喷射冷却和在腔内进行切断操作。切断操作通常产生相当数量的塑料锯屑，从而在腔内产生很多问题。然后切断的产品通过一个或多个排出腔排出真空腔，排出腔必须连续进行从真空到大气压下再到真空的再循环，并具有进行交替循环的密封门及传送装置，所有这些都可出现不正常情况。这种生产线通常不能长期无间断地保持其连续性。从经济效益的角度看，这种生产线应该能数天或数周地在没有中断或基本连续的情况下进行工作。

在美国专利1900434，2987768，3584108和3822331中可以看到另一种类型的真空挤压装置。

在欧洲专利公开号为0260948A3中，发泡的挤出材料在真空区10由流体喷射28有选择地冷却。来自真空腔的挤出材料穿过密封装置(元件18和19)进入液体池区20。设计了一种复杂的密封件来防止漏泄，然而进入真空区的液体将落到最低点，过度聚集的液体或者抽出或重新循环到液体池中。板在进入液体池然后进入大气中之前未通过水池进入真空腔的内侧或其一端。

欧洲专利公开号为0260949A3中公开了一种流体化的位于真空腔和液体池之间的真空密封件。该密封件是一根连续的下带20和一根连续的上带40，设计成密封从腔进入液体池的产品的主要表面，目的是减少液体渗漏进入真空腔。即使在小的表面上也装有复杂的仿形板或可膨胀的密封件以再度减小液体渗漏。在这种真空腔中用水喷射来冷却泡沫件，借助泵来除去出现渗漏和水喷射的液体。

另一方面，上述Pagan的专利4783291中发明了一种水拦板，它将出口水池分成真空腔内部分和大气压下的真空腔外部分。腔内水池部分的水面由拦板保持，高于真空腔外的水面，使挤出材料在拦板上沉浸并进入空气沉浸冷却的池中。挤出材料从水下的腔部穿过受控制的孔进入腔外部分，然后进入大气中进行切割和调整。池中的水在孔中连续地围绕着挤出材料从大气压力下的水池部分流到腔内的水池部分，由于真空，腔内水池部分的水面高于大气部分的水面。真空腔中的水池部分由从内部较高水面的水池部分连续循环到外部或大气状态下水池部分中的连续循环而保持正好在拦板的下方。

在Pagan的专利中，模子安装的腔的端部上隔板可以从腔的端部拆开，从而提供进入腔内的入口，特别是能进入装有复杂的成形机、校整机和拖拉机械的隔板和拦板之间的区域。在非真空状态下使隔板缩回提供了进入腔的进口，当然人们象进入通道一样进入。

由于在隔板和拦板之间的腔内的机械的尺寸、重量和功率大，因此校整挤出材料和其它复杂成形的腔的长度应该比较大，而且它应是刚性的。象爬入通道一样带着机械进入这样的拥挤区域既谈不上什么效率、也是不令人满意的。

因此需要有一种机器，在它的腔内的拦板和隔板之间的轴向距离可以加长和增强，使进入真空腔的这一部分比较方便和容易而一点没有整体腔的麻烦。

因此要求物理上缩短压力腔和有效地加长真空腔内水池部分，同时又使进入水池的大气部分的挤出材料尽可能地靠近该部分的底部。这将减小构成真空腔的压力容器的长度，并减小腔的整个容积，同时能进行有效的沉浸冷却。这就要求在通过孔口的反向水流通过的孔口上提供更密集的驱动装置将挤出材料推入水池的大气部分，同时保持挤出材料孔适当对准和补偿挤出材料厚度的变化。还要求有一个简化的控制系统，它能调节离开水池真空部分的水流，使其水的体积多于通过孔进入的水量，并具有一个这样的简化的控制系统，它对水平面的控制与真空系统无关。

发明概述一种真空挤压生产线采用水平气压柱，它包括具有固定的隔板和轴向放置的拦板的真空腔，在它们之间具有支撑支架。该腔包括一个固定部分，拦板在该部分中形成，并且该部分还形成水池部分。各种成形和校整机械安装在支架上。模子安装在固定隔板内。一个或多个挤压器安装在隔板内并穿过隔板连到模子上。

除了固定部分外，真空腔包括一个可伸缩部分，它可移向或移离固定隔板。该可伸缩部分为模子和支撑在支架上的机械提供了接近口。该可伸缩部分装有可压缩的密封件，它能有效而适当地密封这一部分与固定隔板和固定部分一端的相对的端部。在腔被关闭和对密封件加压以前，一个链式驱动的环形锁由流体动力驱动机械地将可伸缩部分和固定部分锁紧在一起。

另一端的固定部分包括一个真空腔水池的较高水平面部分，水池的大气部分从其另一端伸展，一个低构形的外壳从腔的该另一端伸到大气状态的水池部分中。外壳凸出的窄端靠近大气状态部分水池的底部。外壳对腔的另一端是密封的，它包括一个可调节的孔，挤出材料通过该孔从水池的腔部分进入大气状态部分。该外壳还包括一个用于挤出材料的拖拉机构和轮带传送机。拖拉机构或带动力的传送机位于挤出材料的上方，并固定成与孔的顶部边缘对准。传送带的底部可按挤出材料的厚度调节，传送机的支架形成孔的可调节的下边缘。可调节的门可用来控制孔的宽度。用此种方法可以控制从大气状态下的水池部分迅速流到腔的水池部分中的水。

循环或受迫回流到大气状态下水池中的水量是由适当容量的水泵迫使水通过控制阀回到水池的大气状态下的部分中得到的。一个放在拦板顶部下方的水平面控制装置操作控制阀，调节流回到大气状态水池中的水量。水泵具有足够的容量并能连续工作。设定点是腔中的水平面，控制阀简单而可调地限制泵的输出。虽然流动的水量与真空度有关，但真空系统是独立操作的。

当腔关闭、锁紧和密封以后，生产线开始工作，挤出材料从模子穿过成形和校整设备，在拦板的上方进入水池、穿过外壳中的拖拉机构和轮带传送机，逆水流穿过孔并进入大气状态下的水池部分，在靠近大气状态下水池部分底部附近的水池的凸出的唇部下方移动。该挤出材料被向上导向穿过一个大半径构件传到吹风机和拉出机。然后切割和整理挤出材料以进行包装和运输。这种挤出材料在通过成形和校整设备以后仅由外壳内的拖拉机构的带子和拉出机提供动力。

为达到上述目的，本发明包括下面详细描述、尤其是在权利要求中指出的特征。下面的说明书和附图是用来详细说明本发明的某个实施例，仅是说明性的，在采用本发明原理的情况下可具有各种方式。

附图概述图1是本发明真空挤压生产线的部分剖视图；图1A是图1的断开的下游连续段；图2是真空腔关闭后的放大侧剖视图；

图3是示出腔打开的部分剖视图；图4是沿图2中4-4线的剖视图，示出拦板和支架；图5是放大的径向部分，示出可伸缩部分和隔板之间的密封件；图6是类似的放大的径向部分，示出固定和可伸缩部分之间的密封和锁闩情况；图7是锁闩和它的链式驱动装置的放大部分示图，左侧表示锁闩已打开，右侧表示关闭；图8是链式驱动装置的部分剖视图；图9是沿图3中9-9线的剖视图；图10是一个部分示图，示出腔端部上的转送外壳；图11是在外壳内将挤出材料推过孔的拖拉机构和导向传送机的细节部分；图12是外壳中孔的示图，示出使用的调节装置，和图13概略示出水循环系统。

优选实施例的详细描述首先参见图1和图1A，它们示出了本发明的真空泡沫挤压生产线。通常以20表示的挤压生产线包括：位于一端的一个或多个挤压器21，它在22处接收未加工材料，此处的材料形成熔化的热塑料。为了生产泡沫材料，将加入发泡剂，挤压器安装在固定的圆形隔板23的外部而与之连接的挤压模24位于隔板内部。

挤压模24位于真空腔26的内部。真空腔26包括三段长度大约相等的管状部分，它们分别为27、28和29。管状部分28和29牢固地支撑在由标桩31和32示出的地板30上，31是真空腔两个固定部分之间的分界点。在此分界点上有一半圆形拦板33，在图4中看得更清楚一些。从拦板33伸到固定隔板23的是支架35。支架的细节部分从图4可看得更清楚。该支架可包括两根平行的板状梁，每个具有方管形的顶杆，分别如38和39处所示。每根梁包括分别如40和41所示的底杆，底杆固定到固定部分28和内部，而梁相对于固定部分横向支撑，如图4中43和44所示。因此固定部分28内部牢固地固定到支架35上，而不是由标桩支撑在地板上，在其一端支架穿过固定部分28伸到固定隔板23。

现参见附图2、3和4，可以看出，真空腔的各段都具有大直径的管状结构，管状部分的内径按照成型的挤出材料的尺寸和构形可以是3～4米或更大。

各段之间稍有不同，固定部分29具有从46处看到的外部增强圈，而固定部分28具有从47处看到的内部增强圈，这就使部分28的外部光滑而无障碍。内部增强圈上可装有增强拉杆48，其拉力可通过松紧螺套49调节。可伸缩部分27具有光滑的内表面和外增强圈50，它装在图2和3的52和53处看到的轮子上，轮子支撑在横向放置的轨道54上。固定在图3的56处的驱动链55由马达57驱动，用来驱动可伸缩部分27使之朝向和离开固定隔板23，在真空腔的固定部分28上伸缩。马达和链条驱动装置很象汽车库门那样来移动可伸缩部分。

应注意，支架35没有连到可伸缩部分上。因此可伸缩部分不仅围绕着部分28的光滑的外部伸缩，而且围绕着从拦板凸出穿过固定部分到固定隔板23的支架伸缩。

正如图2中清楚地示出的那样，在真空腔27打开或在固定部分28上伸缩时，通过凸杆59和柔性动力导轨60来对可伸缩部分提供动力，动力导轨的假定位置如图2中点划线所示。

参见图1和1A，可以看出在真空腔中由模子24形成的挤出材料穿过成形机构62、校整台63和64。校整台包括若干带动力的顶部和底部辊子65。使成形机构及校整台63和64可装在沿轨道67安装的轮子66上，轨道67可是支架的底杆构件的一部分。

对于本发明可采用的模子可参见授与phipps等人的美国专利4395214。作为成形和校整设备的例子可参见先有的美国专利4247276、4395214、和4469652。

来自校整设备的泡沫挤出材料在拦板33的顶部边缘上通过，在一系列安置成大半径弧度的空转辊70的下方移动成直接向下进入腔部分29中形成的水池部分72中，从拦板33伸到外壳75中孔74，外壳75从真空腔的端部76伸到大气状态的水池部分78中。挤出材料从外壳下端79出来，通过一组空转轮81的下方，空转轮81将挤出材料引导到坡道82上，从而从水池部分78送到大气中。然后挤出材料穿过吹风机，除去挤出材料中的水，穿过拉出机84，切割机85而放在用以堆放和运输的台子86上。拉出机84是由一系列的具有轻度压力的夹辊，它将挤出材料推向图1A中的右方。

在校整设备64和拉出机84之间为挤出材料提供动力的是外壳75内的传送机88。该带动力的传送带88与挤出材料下方的空转传送带89合作将挤出材料拉出并穿过孔74排出真空腔。拉出机协调挤出材料从孔穿过大气状态的水池部分78穿过吹风机进入切割机的移动。应该注意空转辊70和81安置成大半径弧度的形式，使挤出材料浸到图1和1A所示的水池部分72中，而水池部分72的水平面大大高于水池部分78的水平面，空转辊使挤出材料暴露在大气中。空转辊的弯曲半径取决于将生产的挤出材料的厚度和材料。而对泡沫聚苯乙烯板来说弯曲半径在约40～50米的量级是可以接受的。

现参见图5和9，可以看出可伸缩部分27稍大于相接的固定部分28，它在固定部分的外侧上伸缩。两部分上均有若干观察孔92，观察孔是简单密封的透明的窗格玻璃构成，使人们可从真空腔的外面看到里面，内部将由一能源供给装置60照亮。可伸缩部分具有两个不同水平面上的观察孔，下方的表示为93。含有水池部分72的固定部分29也具有少量的但也处于两个水平面上的观察孔。当可伸缩部分27关闭时，它可用图5所示的可压缩的密封件95来与固定隔板密封。另外如图6所示，可伸缩部分27由可压缩的密封件96来与固定部分28密封。密封件放在圈97上。圈97装在从固定部分28凸出的法兰圈98上。在压缩时，它将压在装在可伸缩部分27端部的法兰圈99上。可以看出，在两个密封件受压时，可伸缩部分27将可能移向图5和6所示的右方或离开隔板23。

为了在关闭时为可伸缩腔起适当密封作用的可压缩密封件提供适当的反作用力，在可伸缩端部固定部分的102处装有环状锁。正如图3、7和8所示，法兰圈99包括一环状轨道103，它支撑辊链104的辊子，辊链完全包住可伸缩部分远离隔板的端部。一系列的保持板106由紧固件107安装在辊链的外侧，这些板径向向内伸展与辊链轨道103和朝内伸展的法兰圈99的法兰齐平。

保持板106径向向内伸展超过安装在固定部分28的端部的止动凸件110。正如图7所示，止动凸件110象保持板106那样是周向隔开的。对每个保持板来说均有一个止动凸件。在图7的左侧，在打开位置示出一个锁闩，每个保持板放在相邻的止动凸件110之间，在轴向具有一些间隙。这就使得可伸缩部分能作相对于固定部分的移动。然而在关闭或锁紧位置，正如图7的右侧所示，保持板106已经向移成与止动凸件110对准，从而使可伸缩部分的轴向移动受到保持板和止动凸件之间的抵触啮合的限制。因此，图5和6显示在膨胀以前的密封件，由于保持板106处于锁紧状态，密封件95和96的膨胀和压缩将使可伸缩部分移离隔板23，不过仅限于如图中112所示的保持板和止动凸件之间径向间隙所允许的程度。可以看出，仅有很小程度的链条的移动将会将可伸缩部分锁紧到固定部分上，朝向反方向的移动将使这两部分解除锁闩。这个移动是由如图3和8中所示的液压活塞作动筒组件来进行的。这些活塞作动筒组件的杆可在115处枢接到支架116上，支架跨过几个链节104，由117和118示出的紧固件固定到这些链节上。每个作动筒组件114的封闭端安装在可伸缩腔段的壁的外部上的支架120上。可采用两个这样的活塞作动筒组件来驱动可伸缩部分的相对侧上的链条。在任何情况下，链条可以很容易地移动一个短距离，将保持板从图7左侧所示的未锁紧的分开状态移到图7右侧所示的锁紧后的抵触状态，反之亦然。当锁紧后，可压缩的密封件可适当膨胀，从而能在可伸缩部分的端部提供有效的真空密封。

现参见图10、11和12，可以看出固定到固定真空腔部分29端部76上的外壳75凸入下部的大气状态下的水池部分78，并包括由诸如123和124示出的方形管料构成的支架。制成的外壳包括两个稍作倾斜的部分，上部分125由图11详细示出，下部分126仅朝下凸入水池部分78，从而使挤出材料进入外侧或大气状态的水池部分中大半径弧度的最低点。部分125罩住拖拉传送机构88和空转轮89。拖拉传送机构由装在盒子131中的驱动装置130提供动力。拖拉传送带88由传动装置132带动，并安装在支架133上，支架设计成处于可调状态，在其前端包括挡板134，该挡板基本与形成孔74上边缘的板135贴靠齐平。

空转轮传送带也安装在支架的136处，它的四个角由螺母137、138支撑，螺母螺接到外部有螺纹的角轴139和140上。角轴由马达142的转动带动传动装置143同步驱动，从而可以使下方的空转传送部分89可以朝向和离开拖拉带88。马达是由挤出材料的厚度传感器在延迟器上控制的。该延迟器是由挤出材料的速度控制的。如支架133一样，支架136也有一个挡板146。拖拉带88最好安置成挤出材料贴靠滑动的带子的下表面基本上位于出口孔74的下边缘上或刚好在其下方。然而，下方的或空转的带89可根据挤出材料的厚度和在连续运行的基础上进行调节。

为了加大和减小孔的横向边缘尺寸，在倾斜的斜面152和153上装有封闭板150和151。这些板可分别通过调节螺钉155和156调节，螺钉从外壳每侧向上凸出。当然调节螺栓可采用与空转带一样的方法来进行监视和操作，在任何情况下，它们分别构成板的垂直边缘157和158，可调节地形成孔的横向边缘。正如已注意到的那样，拖拉带88是挤出材料在真空腔内的校整台和大气状态下的拉出装置84之间的唯一能源，如图1A所示。拖拉带或传送带88是在拉动挤出材料穿过孔74并协助控制孔的尺寸，因此限制了从大气状态侧到较高水平面的真空腔侧穿过孔的水流。然而重要的是在于确保使挤出材料不停止不前的孔上的合适的间隙。

外壳是使拖拉带和孔更易于控制和易于接近的装置。采用外壳具有许多优点，它可很容易地装在真空腔上或拆除。封闭外壳的板可以采用可看到内部的透明材料或带有窗口。外壳不仅伸到弧形的最底部，而且还为拖拉带或空转传送机提供了隔离设备，并为传送带和孔调节装置提供了隔离设备。

现参见图13，示出了一种水循环系统，它用以循环在水池72的上部或真空腔部分和78处的水池的下部或大气状态部分之间的水。水从水池部分72通过防涡流装置160、具有膨胀接头161的蝶阀吸进泵162的入口，再从泵穿过具有膨胀接头163的蝶阀、阀底的T形接头164和控制阀165。来自控制阀的水穿过阀底的T形接头166、膨胀套167在168处回到水池78。水从连接水池部分的孔74引入水池72。

当真空腔水池部分72的水达到拦板33下方的合适的水平面时，它将启动通过171连到控制模块172上的水平面传感器170。控制模块以连续方式操作通过连接装置173来打开和关闭控制阀165。

在泵系统操作期间，泵具有足够的容量并连续操作。设定点是真空腔的水平面，控制阀可调节地限制泵的输出。虽然水移动的量与真空度有关，然而真空系统是独立操作的。

当腔关闭、锁紧并密封后，该生产线连续操作，挤出材料通过模子并在真空腔中发泡。发泡的挤出材料穿过成形机校整设备和拦板33的上方，进入真空腔内的较高水平面的完全沉浸的水池。挤出材料由外壳中的拖粒传送带通过孔拉出真空腔。挤出材料在水流中拉动，进入大气状态下的水池部分，在大气状态下水池部分的底部附近的外壳凸唇部下方移动。挤出材料向上引导穿过大半径弯道到达吹风机和检出机，然后再切割、整理，用于包装和运输。在穿过成形机和校整设备以后，挤出材料仅由外壳中的拖拉带提供动力、拉动挤出材料穿过孔，在切割成一定长度之前再穿过拉出机。