專利名稱：制造泡沫材料的裝置和方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種最好用一加熱爐連續(xù)制造諸如泡沫玻璃或陶瓷材料的裝置和方法。
泡沫玻璃和陶瓷材料均以方塊，磚塊以及具有包括三角形、圓形及卵形各種橫截面形狀的形式來使用。由于這種材料的低密度，磨蝕性，很好地絕熱特性及其相當高的強度，故可用作各種產(chǎn)品。通常通過在一壓模中混合一種玻璃或陶瓷粉和一種合適的發(fā)泡劑的混合物來生產(chǎn)泡沫材料；加熱該混合物，首先使它燒結(jié)，然后熔化和發(fā)泡，借此該混合物膨脹而在其中產(chǎn)生孔或氣泡。
通常，玻璃或陶瓷粉和發(fā)泡劑的混合物被加熱到大約1250°F，該材料將被燒結(jié)或凝結(jié)。然后將該材料自1274°F加熱至1700°F或更高些的溫度以形成塑性狀態(tài)的泡沫塊。然后使該發(fā)泡材料冷卻到大約1050°F使表面固化，此時必須將泡沫材料從壓模中取出。若未取出，而且若使泡沫材料進一步冷卻，則壓模的熱收縮超過泡沫材料的熱收縮，則此壓模將“鎖住”該泡沫材料，尤其是若使泡沫材料冷卻到100～150°F的壓模拆卸溫度時更是如此。這可能會導致冷卻后的泡沫材料壓碎或破裂，而且使壓模若不是不可能拆卸也可能非常難以拆卸。
背景技術(shù)：
按照以前已知的工藝規(guī)程，所有商業(yè)上生產(chǎn)的泡沫玻璃或陶瓷都是在各種形狀和尺寸的不連續(xù)的壓模中發(fā)泡的。呈塊狀或磚狀的泡沫材料必須在高溫下從單個的壓模中取出，隨后必須對壓模和模蓋進行清理，再填充及再將其插入加熱爐中。然后該泡沫材料必須被熱處理，冷卻并由大塊半成品切割成為成品的結(jié)構(gòu)形狀。
鑒于上述情況，可見為了生產(chǎn)更經(jīng)濟的產(chǎn)品，若能在連續(xù)的工藝過程中生產(chǎn)泡沫材料將是有益的。過去曾做過提供這種連續(xù)過程的幾次嘗試。例如Malesak申請的美國專利3,585,014和3,607,170及Williams申請的美國專利4,038,063和4,124,365公開了應(yīng)用一薄的柔性帶，當它經(jīng)過加熱爐時，使材料在其上發(fā)泡。這種薄帶在熱的加熱爐環(huán)境中不能持續(xù)太久，而且會翹曲，擦傷及很快老化。為減輕磨損而對該帶子的潤滑在熱的加熱爐中很快失效。此外，由于難以在高溫的加熱爐內(nèi)清理帶子和再涂脫模劑，因此即使提供了脫模劑，也會使泡沫材料很快粘在帶子上，并在帶子上堆積起來。Schymura申請的美國專利4,289,521利用一吊鏈輸送連續(xù)的壓模經(jīng)過一定制的隧道式烘爐。該壓模結(jié)構(gòu)復(fù)雜且依靠鉸接的側(cè)壁。在熱的加熱爐環(huán)境中鉸鏈裝置如果失靈，就必須關(guān)閉整個加熱爐和吊鏈系統(tǒng)，以便拆卸和更換失靈的壓模并清理濺出的泡沫材料。另外，在吊鏈系統(tǒng)中所用的砂封需要不斷的裝砂以保持熱密封。另一些連續(xù)泡沫玻璃系統(tǒng)采用頭尾相連地推過加熱爐的壓模。為克服在長的加熱爐中的摩擦所需的推動力可能會使壓模變形，造成不規(guī)則的連續(xù)帶痕，在使用前必須對其進行修整。Helmut的美國專利3,972,667,Goldsmith的3,574,583,D-Eustachio的3,532,480及Blaha的3,056,184利用某些型式的滾輪裝置以定位和/或壓縮泡沫材料。該滾輪必須經(jīng)常涂以脫模材料，以防粘性的泡沫材料堆積起來而可能使連續(xù)的產(chǎn)品變形。使用滾輪杜絕了不平整或不平行表面形狀的產(chǎn)品。除了先前已知的處理過程的上述缺點外，這些處理過程也需要使用定制的加熱爐，這樣就大大增加了這些已知處理過程的成本。發(fā)明的公開為此，本發(fā)明的一個目的不僅要提供一種能連續(xù)生產(chǎn)泡沫材料的工藝過程又能避免上述已知工藝過程的缺點，本發(fā)明的一個目的還要能生產(chǎn)具有任何所要形狀的成品材料，借此只需將成品切割為所要長度即可。本發(fā)明的另一目的是能改變所用的壓模的形狀，且在進行這種改變時不必關(guān)閉該裝置和加熱爐。本發(fā)明還有一個目的是能使用標準的加熱爐。
本發(fā)明的裝置和方法的特征首先在于一套壓模裝置，它包括一個上部分和一個下部分，它們分別為環(huán)形封閉環(huán)并在加熱爐內(nèi)互相配合形成一封閉的壓模，如同一個標準的隧道式烘爐，玻璃或陶瓷混合物在其中被加熱而熔化和發(fā)泡。提供輸料裝置以將被發(fā)泡的材料送到加熱爐上游的壓模裝置上。可提供一個或更多刮板或類似的裝置以使泡沫材料跟在加熱爐的較冷端的壓模裝置分離。該分離裝置還能用來支承從加熱爐中輸出的泡沫材料帶。然后將輸出的泡沫材料帶輸送到進一步冷卻工藝過程中作回火，退火或類似的處理，再送到一些裝置中將連續(xù)的泡沫材料帶或條切割成單個的塊。附圖的簡要說明本發(fā)明的特點及其技術(shù)優(yōu)點可從對優(yōu)先實施例及權(quán)利要求書和所附示意圖的下述說明得到了解，其中

圖1是圖示用一加熱爐連續(xù)制造泡沫材料的本發(fā)明裝置的一個示例性實施例的側(cè)視圖；圖2是表示本發(fā)明裝置的輸料端的一局部放大視圖；圖3是表示本發(fā)明裝置的出料端的一局部放大視圖；圖4a至4c表示被剖切的橫向壓模元件的各個細部及其橫截面。優(yōu)選實施例的說明現(xiàn)詳細地參考附圖，圖1概要地圖示生產(chǎn)像泡沫玻璃或陶瓷之類泡沫材料的本發(fā)明裝置10的一個示例性實施例。裝置10，也稱為造型機，包括一壓模裝置11，它由上部分12和下部分13組成。壓模裝置11的輸料和出料端分別更詳細地示于圖2和3。壓模裝置11的上部分12和下部分13可一起移動通過一爐子或加熱爐14，使由圖1左手側(cè)所示的輸料裝置15加到壓模裝置11上的材料發(fā)泡，而泡沫材料16則在圖1右手側(cè)以下面將詳述的方式自壓模裝置11輸出。
如圖1所示，壓模裝置11的每個上部分12均為一環(huán)形或連續(xù)封閉環(huán)17，而壓模裝置11的每個下部分均為一環(huán)形或連續(xù)封閉環(huán)18。每一封閉環(huán)17和18均圍繞齒輪或輪子19配置，而對于每個封閉環(huán)17,18，輪子19中的一個是從動輪，例如被一未圖示的電動機所驅(qū)動，用以驅(qū)動相應(yīng)的也繞另一輪19而轉(zhuǎn)動的封閉環(huán)17,18這另一輪19被安裝成能自由回轉(zhuǎn)的。該壓模裝置11的封閉環(huán)17和18以同一速度回轉(zhuǎn)，以便它們可以相同的速率一起移動通過加熱爐14。該裝置10還裝有未圖示的張緊裝置，如自調(diào)節(jié)張緊裝置，用以補償壓模裝置的部件因加熱和冷卻時的膨脹和收縮。
該壓模裝置11的環(huán)形部分12由多個橫向壓模元件20組成。這些橫向壓模元件用例如銷22固定到一條連續(xù)的帶或鏈21上，例如固定到一連續(xù)連接的不銹鋼鏈上。在圖示的實施例中，每個橫向元件20均有瓦垅形型面結(jié)構(gòu)，帶有成品泡沫帶材形狀的凹槽23。每個橫向壓模元件20是一個連續(xù)的零件，延伸到壓模裝置11的上部分12的整個寬度，或可由一連串的單元24(見圖4b)組成；在圖4a中圖示了4個這樣的單元24，各單元24相互由如圖所指的分隔條25而隔開。此外，如圖4a所示，也可裝多于一條的連續(xù)帶或鏈21，借此，在圖示的實施例中，為每個由橫向壓模元件20組成的單元24裝一條鏈21。
該壓模裝置11的下部分13由多個橫向壓模元件26組成。在圖示的實施例中，壓模元件26被示為平鋼帶，但也可以是有型面的帶。這些模向壓模元件26可以如圖2和3所示是連續(xù)的，也可以類似于對上部分12的橫向壓模元件20所描述的方式為分段的結(jié)構(gòu)。還有，該橫向壓模單元26被固定在一條或多條連續(xù)的或環(huán)形的帶或鏈21上。
如前所述，在加熱爐14中被發(fā)泡的材料由輸料裝置15輸送到壓模裝置11中。尤其是，該輸料裝置15可例如由一個或多個輸料槽27組成，箭頭28所指的材料可以任何方便的方式輸送到此槽中。該輸料槽27以連續(xù)的方式，以與壓模裝置上部分12的有型面的橫向壓模元件20的凹槽23的數(shù)目相應(yīng)的一排或多排方式，將材料28配置到壓模裝置11的下部分13的平的橫向壓模元件26上。材料28由玻璃或陶瓷材料與發(fā)泡劑的可發(fā)泡的混合物組成。在橫向壓模元件26上要配置足夠的可發(fā)泡材料28，以便當它在加熱爐14中發(fā)泡時，可完全充滿橫向壓模元件20的凹槽部分或模腔23當壓模裝置11的封閉環(huán)17和18移向加熱爐14時，雖然間歇或運行方式也是可能的，但最好還是以連續(xù)的方式運行，上部分12的橫向壓模元件20與下部分13的橫向壓模元件26相接觸，形成一內(nèi)含可發(fā)泡材料28的連續(xù)的封閉壓模。為了在封閉環(huán)17和18移過加熱爐14時，使橫向壓模元件20與26互相保持接觸，而提供最好可進行調(diào)節(jié)的壓緊輪29和支承輪30，分別用以壓緊上部分12的封閉環(huán)17和支承下部分13的封閉環(huán)18。這些輪子29,30臨時地作用在相應(yīng)的橫向壓模元件20,26所固定的連續(xù)鏈21上。安裝壓緊輪29和支承輪30的目的是為了使橫向壓模元件20,26在發(fā)泡工藝過程期間互相保持接觸，否則，在發(fā)泡過程中由發(fā)泡而產(chǎn)生的壓力會使橫向壓模元件20,26推向分離。
為了適應(yīng)燒結(jié)，熔化和發(fā)泡各階段，加熱爐14由兩部分或更多部分組成以提供不同溫度區(qū)。此外，在泡沫材料16離開加熱爐14前，要冷卻到材料的表面開始固化的溫度。這要在泡沫材料16的熱收縮系數(shù)還大于橫向壓模元件20和26的材料的熱收縮系數(shù)時的溫度發(fā)生。當已發(fā)泡的表面固化的材料16從加熱爐14輸出時，壓模裝置11的上、下部分12,13互相分離，如圖1中箭頭31所指的那樣。在泡沫材料16的兩側(cè)裝有刮板或類似的裝置32，以利于當該泡沫材料與橫向壓模元件20,26分離，并進入一輸送裝置33，以將泡沫材料16輸送到以后的加熱爐或玻璃退火爐對泡沫材料進行回火或退火時，脫模并支承材料。在泡沫材料16被退火并冷卻到環(huán)境溫度以后，可由未圖示的裝置切割成任何想要的尺寸和形狀的較小的單個形式。
當壓模裝置11的上、下部分12和13的封閉環(huán)17和18已在位置31互相分離后，封閉環(huán)17和18繼續(xù)繞右手輪19移動，并沿加熱爐14的頂部和底部移動，那里它們由外滾輪34支承，隨后并繼續(xù)繞左手輪19回轉(zhuǎn)，直到在箭頭35所指的位置它們再次相互接觸。當上和下部分12和13的封閉環(huán)17和18回到加熱爐14的入口區(qū)域時，它們不斷地被鋼絲刷36和37清理。在優(yōu)先實施例中，如圖所示，裝有兩套旋轉(zhuǎn)的鋼絲刷排，鋼絲刷36是粗刷，而鋼絲刷37是細刷。這些鋼絲刷36,37清除掉還粘在橫向壓模元件20或26上的任何材料。封閉環(huán)17和18被鋼絲刷36和37清理后，在封閉環(huán)17和18再次會合的位置35前，先于材料被加到下部分13前，用例如噴咀裝置不斷地將脫模劑加到橫向壓模元件20和26中。這種脫模劑有助于防止在發(fā)泡工藝過程中材料28粘到橫向壓模元件20和26上。為了收集來自鋼絲刷36和37區(qū)域及也可能來自噴咀裝置38區(qū)域的塵埃和噴霧而提供諸如吸塵器39的收集裝置。
如前所述，橫向壓模元件20和26由銷釘22固定到鏈21上。這些銷釘最好易于拆卸，以便甚至在裝置10運行期間，也能容易地拆卸或更換橫向壓模元件20和26。此外，可使用各種不同的橫向壓模元件和插入物。這種插入物的一個例子是示于圖4c的序號40。當然還可提供其它形狀的插入物。這些插入物可被楔入單元24的模腔23中，或可由易拆卸的銷釘41固定在其中。根據(jù)需要可在同樣的裝置上使用不同尺寸和形狀的橫向壓模元件。如前所述，當該裝置和加熱爐處于運行狀態(tài)時，可以使該裝置10重新配置不同的橫向壓模元件20和26和/或為這些壓模元件配以插入物40。
橫向壓模元件20和26最好由如厚度為1/8英寸的不銹鋼制造，雖然也可使用能承受熱加熱爐環(huán)境的其它任何適當材料。沿封閉環(huán)17和18的運動方向，一個優(yōu)先實施例的橫向壓模元件具有12英寸的寬度。此外，如前所述，可提供幾個單元24，如圖4a所示。在一個專用的實施例中，這個單元24的凹槽23間的中心間距可為6英寸，凹槽23的底和高為4英寸，而開口端為41/4英寸(見圖4c壓模放大圖)。加熱爐14可以是一個標準的隧道式烘爐，在一個專用的實施例中，加熱爐14的長度為110英寸，下部分13的環(huán)兩端間的最大距離為124英尺。壓模裝置11的環(huán)17和18通過加熱爐14的速度可以變化很大，并通常為加熱爐長度的函數(shù)。
雖然在特別圖示和說明的實施例中，上部分12的封閉環(huán)17裝有有型面的橫向壓模元件20，而下部分13的封閉環(huán)18裝有平的橫向壓模元件26，但也可作相反的安排。此外，上、下兩部分的橫向壓模元件20,26均可為有型面的。
當然，本發(fā)明決不限于說明書和附圖所特別公開的內(nèi)容，還可以包括在所附的權(quán)利要求書范圍內(nèi)的任何修改。
權(quán)利要求
1．一種用一加熱爐(14)制造泡沫材料(16)的裝置，其特征在于壓模裝置(11)，它包括一上部分(12)和一下部分(13)，均為環(huán)形的并在所述的加熱爐(14)中相互配合形成一封閉壓模，還包括輸料裝置(15)，用以將被發(fā)泡的材料(28)導入到所述加熱爐(14)上游的所述壓模裝置(11)。
2．按權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于裝置(32)，如刮板，被配置在所述加熱爐(14)的下游，以利于使泡沫材料(16)與所述的壓模裝置(11)分離，并有利于支承這種材料。
3．按權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于，所述的壓模裝置(11)的上部分(12)和下部分(13)均為由多個單元(20,26)組成、并最好由不銹鋼制造的移動封閉環(huán)(17、18)，它們被固定到至少一條鏈(21)上，并最好固定到多條連續(xù)連接的鋼鏈上，鏈被配置在所述封閉系統(tǒng)環(huán)的內(nèi)表面上，其中每個所述的壓模裝置封閉環(huán)(17,18)最好圍繞加熱爐(14)外圍的相應(yīng)的從動和可自由回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(19)配置，其中在所述的輸料裝置(15)的下游及整個所述的加熱爐(14)，所述的壓模裝置封閉環(huán)(17,18)互相配合形成封閉壓模，其中，所述的壓模裝置封閉環(huán)(17,18)，在分離裝置(32)間運行又回到配置在所述加熱爐(14)外圍的輸料裝置(15)時，當沿封閉環(huán)的運行方向看時，它們具有各自的部分。
4．按權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于，每個所述的封閉環(huán)單元(20,26)至少包括一個零件，并當沿垂直于所述封閉的運動方向看時，每個所述封閉環(huán)單元(20,26)均包括至少一個部分，并延伸到所述封閉環(huán)(17,18)的整個寬度。
5．按權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于，在所述的加熱爐(14)內(nèi)，壓緊輪(29)和支承輪(30)互相壓向所述壓模裝置(11)的上和下部分(12,13)的封閉環(huán)(17,18)的相應(yīng)部分，所述的輪(29,30)最好壓向每個所述封閉環(huán)(17,18)的至少一條鏈(21)。
6．按權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于，所述的上部分封閉環(huán)(1)包括許多有型面的瓦垅形單元(20)，而所述的下部分圈(18)則包括許多平的單元(26)，或其中所述的上部分封閉環(huán)(17)和所述的下部分封閉環(huán)(18)兩者均包括許多有型面的瓦垅形單元，或其中所述的上和下部分封閉環(huán)(17,18)中的至少一個包括許多有型面的瓦垅形單元，其中還提供可互換的插入物(40)，供安裝在所述的瓦垅形單元中。
7．按權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于，鋼絲刷(36,37)形式的清理裝置，用以在所述的泡沫材料(16)被分離后，清理所述壓模裝置(11)的上和下部分(12,13)的表面，和/或在于用以將分離的泡沫材料(16)輸送到回火或退火爐中的裝置(33)。
8．一種用一加熱爐(14)制造泡沫材料(16)的方法，其特征在于，提供一壓模裝置(11)的步驟，該裝置包括分別為環(huán)形，并在所述加熱爐(14)內(nèi)互相配合形成一封閉壓模的一上部分(12)和一下部分(13)；將要被發(fā)泡的材料(28)引到所述加熱爐(14)上游的所述壓模裝置(11)；使所述壓模裝置(11)上的所述材料(28)移過所述加熱爐(14)，使所述的材料發(fā)泡；以及使泡沫材料(16)自所述加熱爐(14)下游的壓模裝置(11)上分離。
9．按權(quán)利要求8所述的一種方法，其特征在于使所述壓模裝置(11)的每個上和下部分(12,13)形成為一個由多個固定在至少一條鏈(21)上的單元(20,26)組成的封閉環(huán)(17,18)的步驟，并以相同的速度，以連續(xù)或間歇的方式將每個所述封閉環(huán)(17,18)移過所述加熱爐(14)，其中所述封閉環(huán)單元(20,26)最好是可互換的。
10．按權(quán)利要求9所述的一種方法，其特征在于，所述上和下部分封閉環(huán)(17,18)中的至少一個包括多個有型面的瓦垅形單元，其特征在于提供可互換的插入物(40)供裝于所述瓦垅形單元中的步驟。
全文摘要
提供一種最好用一加熱爐(14)連續(xù)制造泡沫材料(16)的裝置和方法。提供一套由兩部分組成的壓模裝置(11),包括每個均勻封閉環(huán)(17,18),并在加熱爐(14)內(nèi)互相配合形成一封閉壓模的一上部分(12)和一下部分(13)。該上和下部分(12,13)各包括多個在裝置(10)運行期間可易于更換或互換的橫向壓模元件。提供一輸料裝置(15),用以將待發(fā)泡的材料(28)引到加熱爐(14)上游的壓模裝置(11)上。在加熱爐(14)的下游可提供括板(32)或類似裝置,以利于使泡沫材料(16)與壓模裝置(11)分離及支承泡沫材料(16)。
文檔編號B28B1/50GK1214649SQ97193476
公開日1999年4月21日 申請日期1997年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月8日
發(fā)明者S·C·海恩斯, T·B·比克斯比, R·D·阿爾真特, C·J·霍伊勒, D·E·威爾勞特 申請人:安德魯·昂格萊德