4.2.2 Pomocné odtahové zařízení
Pomocné odtahové zařízení slouží k založení počátečních skladů a hřeben, který je uzpůsoben tak, aby mohl odjíždět přes pružiny, slouží k opření těchto prvotních skladů.
Obrázek 47 – Blok s posouvajícími čelisti s úkolem podpěrou skladů a fixační tavné hlavice
Tento hřeben je odsunut až nakonec konstrukce, která je svařena z jäckleů
spodní části této svařené konstrukce a pohyb je realizován pomocí soustavy tří řemenic a řemene, které přenáší pohyb od krokového motoru umístěného v horní části této konstrukce. Po dosažení koncové polohy hřebene je celá konstrukce zdvižena o 15mm prostřednictvím tlačného elektromagnetického pístu.
Hřeben je v první fázi přitisknut na okraj přivedeného filtračního materiálu a po realizaci prvního skladu je hřeben uveden do pohybu.
4.2.3 Navržení pružiny
Navržení pružiny (viz obrázek 48) je problematické, neboť vzhledem k jejím potřebným rozměrům nedocílíme velké tuhosti a tím by mohlo při skládání filtračního materiálu na přesně definovanou rozteč docházet ke kroucení pružiny. Tím by docházelo k nežádoucímu efektu při posouvání naskládaného filtračního média. Jednou z možností by mohla být volba jiného průřezu pružiny, například čtvercového. Pružina má minimální průměr 44mm vzhledem ke konstrukčnímu uspořádání ložiskových domků a šnekových kol, aby nezasahovaly do odváděcí plochy filtračního složence. Do vymezené odváděcí plochy tvořené nastavitelnými vymezovacími plechy. Průměr navinutého drátu je 1mm a pružina má na jednom ze svých konců zužující se tvar ze 44mm na průměr hřídele 5mm pro její uchycení. Zužující tvar neslouží pouze k uchycení pružiny ke hřídeli, ale také k minimalizaci deformace pružiny, protože u strany s náhonem vznikají největší deformace. Stoupání (rozteč) pružiny pro přesně určenou rozteč skladů je 4mm. Pružina je navinuta na předem připravené tzv. kopyto vytvarované s požadovanými rozměry a stoupání drážek. Následně po navinutí je drát na kopytu vytvrzen a zakalen. Druhý konec pružiny je beze změny vnějšího průměru a otevřený pro snadné vytažení, kde naposledy volný konec je zatočen na průměr 5mm pro uchycení na konec poháněné hřídele.
Obrázek 48 - Navržení pružiny pro přesnou rozteč skladů
Konstrukční sestavení soustavy pružin
Obrázek 49 - Konstrukční sestavení soustavy pružin
Na obrázku 49 je konstrukční sestavení soustavy šesti pružin, které jsou pevně spojeny s hřídelí, která je na obou stranách uložená v ložiskových domcích. Pohyb pružin je realizován prostřednictvím šnekového soukolí.
Prohýbání pružin je zajištěno prostřednictvím podpěrného plechu a podél pružiny po 60° je umístěna struna, která je propojena mezi vymezovacími díly. Struny a plechová podpěra je nedílnou součástí k zamezení průhybu pružin a tím i bezproblémového chodu.
Struny a podpěrný plech je použit z toho důvodu, aby docházelo k co nejmenšímu tření a svými rozměry a tvarem nevznikne téměř žádná styková plocha.
Analýza pružiny
Deformační analýza pružiny byla vyhotovena pomocí nadstavby Mechanism programu Creo Parametric 2.0. Jedná se o průhyb ocelové pružiny, který činí 3mm při zatížení vlastní vahou. Průhyb je naznačen v příloze 4 s několikanásobným zvětšením průhybu pro názornost. Okrajovými podmínkami jsou vlastnosti materiálu a pevné uchycení na obou koncích pružiny.
Na základě vytvořené analýzy byl navržen podpěrný díl, nazýván korýtko,
4.2.4 Konstrukce rylovacích válců
Tvorba ryl je realizována prostřednictvím vyhřívaných válců (viz obrázek 50, 51), které mají po celém svém obvodu a celé své délce tzv. žlaby a rylovací hroty nebo také nazývaný jako rylovací reliéf. Tyto válce jsou proti sobě natočeny tak, aby žlab a reliéf protějších válců byly umístěny přesně v ose proti sobě.
Obrázek 50 - Konstrukční návrh rylovacích válců
Obrázek 51 - Detail rylovacích válců
Takto proti sobě natočené válce poháněny proti sobě mají za následek to, že vytvoří rylu z jedné strany a posléze rylu z druhé strany na procházejícím filtračním materiálu mezi nimi. Po vytvoření ryly do materiálu, za působení válců minimálně 0,5s, je materiál odtahován k další části stroje a to ke tvorbě skladů.
Průměr válce je dán velikostí rozteče ryl na filtračním materiálu. Nevýhodou je, pokud bychom chtěli změnit výšku skladů, museli bychom válce zaměnit za jiné, neboť použití těchto válců neumožňuje možnost změny velikosti rozteče.
Válce jsou duté a jsou uvnitř vybaveny topným systémem a ty vzápětí zality šamotem. Topný systém obsahuje kolektory napájené na 24V a navinutou topnou spirálu z odporového drátu. Válce jsou vyrobené z mosazi a na jejich povrch je nanesena teflonová vrstva, která odolává teplotám okolo 400°C a ta by měla snížit tepelné ztráty.
Tloušťka pláště válce je 8mm široká a teplota válců by se měla pohybovat okolo 100 – 120°C. Nedílnou součástí pro hlídání a regulaci teploty povrchu válců jsou teplotní senzory (bimetalové pásky). Vyzývá se otázka tepelné bilance, konkrétně jaké množství energie bude spotřebováno pro ohřev válců. K vyhřívání válců je potřeba znát energetickou bilanci a prostup tepla pláštěm, aby bylo správně navrženo vytápění vzhledem k projevujícím se tepelným ztrátám. Problémem je, kolik tepla se vyzáří do okolí a o kolik více bude nutno vytápět válce, abychom eliminovali tepelné ztráty.
4.2.5 Fixační zařízení
Po vytvoření skladů a jejich navedení na pružiny nastává fáze fixace. Fixaci je realizována pro spojení poskládaného filtračního média do kompaktního celku, aby bylo zamezeno rozpadnutí složence. Také fixace musí být provedena přesně nad pružinami, neboť pružiny stanovují přesně danou rozteč.
Výběr vhodného systému lepení, materiálu a aplikátoru
Nejvhodnějším systémem pro fixaci skladů je systém lepení Hot Melt. Hot Melt jsou termoplastická tavná lepidla na bázi syntetických polymerů neobsahující plniva.
Lepidla tohoto systému jsou nazývána Jet-melt. 3M tavné lepicí systémy Jet-melt byly vyvinuty jako účinná a pohodlná metoda spojování různých druhů materiálů používaných ve výrobě. Tavná lepidla Jet-melt obsahují termoplastické pryskyřice bez rozpouštědel a účinkem tepla tají. Aplikují se v kapalném stavu a okamžitě po vychladnutí tvoří velmi silný spoj na většině typů povrchů.
Tradiční tavná lepidla jsou aplikována při teplotách kolem 210 °C, což může
tavných lepidel Jet-melt se sníženou teplotou tavení. Provozní teplota 130 °C minimalizuje výše uvedené nevýhody, přičemž zajišťuje podobný výkon jako standardní verze tavných lepidel. Další předností je omezení nepříjemného zápachu a škodlivých výparů.
Na základě tabulky fyzikálních vlastností a tabulky přehledu použití výrobků Jet-melt (viz. Příloha 1) bylo zvoleno nejvhodnější tavné lepidlo 3792LM, neboť při teplotě tavení má vysokou viskozitu 10500c. Zvolené Low Melt tavné lepidlo s rychlým vytvrzením umožňuje lepení široké řady materiálů při aplikaci se sníženou teplotou tavení. Může spojovat dřevo, poštovní balíky, vystavované výrobky, vlnitou lepenku, polyolefiny a další lehké materiály.
Na trhu se vyskytuje celá řada výrobců, kteří se zabývají výrobou tavných lepidel a adhezivních systémů a aplikátorů. Jedny
z nich jsou společnosti 3M a Nordson, kteří nabízí největší škálu těchto materiálů a zařízení. Nanášecí hlavy a ostatní zařízení jsou obvykle kompatibilní s ostatními výrobci, jako jsou například tyto uvedené společnosti, ale také Meltex, Robatech,
Dynatech, Acumeter, Meler, UES, Ditberner, HHS, Bühnen, Gluetec a další.
Pro snadnou aplikaci tavného lepidla byla použita dávkovací pistole MiniBlue vyráběná společností Nordson Corporation. Jedná se kompaktní tavnou hlavici, která umožňuje složení více modulů vedle sebe, vyžaduje minimální prostor pro montáž a servis ve stísněných prostorech a vytváří samočistící akci. Spojení vícemodulových os 16 mm rozšiřuje flexibilitu ve stísněných prostorech. Při použití jednoho modulu MiniBlue hlavice nabízí 18 mm širokého potrubí. Dvě pružinové těsnění prodlužuje modul životnosti a snižují selhání sekce se vzduchem. Touto
Obrázek 52 - Kompatibilita a spolupráce předních výrobců tavných lepidel a aplikačních zařízení
Obrázek 53 - Tavná automatická nanášecí hlava MiniBlue
dlouhou životností hydraulických těsnění se zlepšuje trvanlivost a minimalizuje se údržbu a prostoje.
Firma dodává celou škálu dávkovacích rozmanitých dýh a nástavců pro různé druhy aplikací. Pro automatickou nanášecí hlavu MiniBlue jsou k dispozici trysky o průměru 0.20, 0.30, 0.41, 0.51 mm. Podrobnější informace jsou uvedeny v příloze č. 2.
Specifikace automatické nanášecí hlavy MiniBlue:
Operační teplota 230º C maximum
Operační tlak vzduchu 3,4 až 5,5 bar
Pracovní hydraulický tlak 103 bar maximum
Elektrický servis 240 VAC, 50/60 Hz
Ventily solenoidů Nordson 24 VDC vysokoteplotní solenoidy
5 Závěr
V první části předložené práce byl popsán obecný přehled teorie filtrace, její využití v různých oblastech a následně podle využití byly tyto filtry rozděleny do daných kategorií. Rozdělení filtrů dle jejich využití a také podle konstrukce.
V další části práce byly popsány jednotlivé druhy používaných filtračních materiálů. Podrobněji byl popsán použitý filtrační materiál a také z něho vyráběný výsledný polotovar.
Tato práce obsahuje stručný popis stávajícího stroje a na základě jeho parametrů a produktivity byla řešena tato úloha. Úloha spočívá v navržení efektivnějšího funkčního modelu pro výrobu skládaného filtračního materiálu s oddělenou funkcí tvorby rylování a fixačního ústrojí, neboť stávající stroj koná tyto obě operace v jednom pracovním cyklu.
Dále byla zpracována rešerše principu výroby v současnosti vyráběných filtrů předních výrobců, na základě její studie a překladu byly navrženy různé způsoby výroby těchto filtračních polotovarů. Nedílnou součástí této úlohy je navržení a konstrukční zpracování jednotlivých modulů funkčního modelu do finální podoby.
Seznam použité literatury
[1] HRŮZA, J.: Zlepšování filtračních vlastností vlákenných materiálů [disertační práce]. Liberec: TU, 2006. s. 80.
[2] HRŮZA, J.: Textilie pro průmyslové aplikace [přednáška]. Liberec: TUL. 2008-03-10
[3] HRŮZA, J.: Textilie pro automobilový průmysl [přednáška]. Liberec: TUL. 2009-04-28
[4] http://nanologix.eu/
[5] http://www.google.com/patents/DE102011116947A1?cl=de&hl=cs [6] www.google.com/patents/US20110138760
[7] www.google.com/patents/US4798575 [8] www.google.com/patents/US5389175 [9] www.google.com/patents/US7510518 [10] www.google.com/patents/US6290635 [11] www.google.com.ar/patents/US4201119 [12] www.google.com/patents/US20040162203 [13] www.google.com.ar/patents/US6364978 [14] https://www.google.com/patents/US3077148 [15] www.patbase.com/citing.asp?pn=US2003089090 [16] www.google.com/patents/WO2002095405A1?cl=en [17] www.google.co.ug/patents/EP1952873A1?cl=un
[18] http://www.google.com.ar/patents/DE102010011785A1?cl=fr
Seznam obrázků a tabulek
Seznam obrázků
Obrázek 1 - Princip procesu filtrace [1] ... 12
Obrázek 2 - Schéma plošné filtrace. Vlákna filtru jsou vyjádřena jako válce orientované kolmo ke směru toku filtrované disperze. [2] ... 13
Obrázek 3 - Schéma hloubkové filtrace. Vlákna filtru jsou vyjádřena jako válce orientované kolmo ke směru toku filtrované disperze. [2] ... 14
Obrázek 4 - Schéma a ukázka plochých filtrů ... 15
Obrázek 5 - Schéma a ukázka skládaných filtrů ... 16
Obrázek 6 - Princip a ukázka kapsového filtru [3] ... 16
Obrázek 7 - Schéma a ukázka patronového filtru [3] ... 17
Obrázek 8 - Schéma a ukázka hadicového filtru ... 18
Obrázek 9 - Sruktura čtyřvrstvého laminátu SB/MB /NV/SB [4] ... 21
Obrázek 10 - Mikroskopický pohled na bakterie a viry zachycené filtračním materiálem AntiVirus SMNF 57 [4] ... 22
Obrázek 11 - Výsledný produkt - filtrační složenec ... 23
Obrázek 12 - Ukázka dýchací masky ... 23
Obrázek 13 – Skica výsledného produktu – složence ... 24
Obrázek 14 - Současný stav stroje ... 24
Obrázek 15 - Detail současného stavu stroje: 1 – kotouč návinu pásku filtračního materiálu, 2 – odtahové zařízení (podávací válce), 3 – snímače polohy pásku, 4 – bikomponentní nitě, 5 – pneumaticky řízené planžety, 6 – odtahové zařízení. ... 25
Obrázek 16 - Systém odtahového zařízení ... 25
Obrázek 17 - Schéma obvyklého postupu při skládání vložky plisováním nožem [6] ... 26
Obrázek 18 - Perspektivní pohled na provedení filtračního materiálu vyrobeného způsobem podle vynálezu, který je vytvořen do dutého válce pro filtrační prvek [5] ... 27
Obrázek 19 - Schematické znázornění systému pro předtvarování podle tohoto vynálezu [6] ... 27
Obrázek 20 - Schéma vynálezu [7] ... 29
Obrázek 21 - Boční pohled provedení tohoto vynálezu [8] ... 29
Obrázek 22 - Boční pohled vynálezu se skládacími noži [9] ... 30
Obrázek 23 - Schéma plisovacího zařízení filtračního materiálu [10] ... 31
Obrázek 24 - Jednotlivé kroky tvorby skladů [11] ... 32
Obrázek 25 - Schématické znázornění tvorby skladů [12] ... 32
Obrázek 26 - Schéma zařízení na výrobu skládaného filtračního materiálu [13] ... 33
Obrázek 27 - Zvětšený pohled na skládací hlavy plisovacího stroje [14] ... 33
Obrázek 28 - Schématické znázornění provedení způsobu podle tohoto vynálezu [15] 34 Obrázek 29 - Schématické znázornění způsobu výroby filtrační vložky [16] ... 35
Obrázek 30 - Schématické znázornění zařízení pro tvorbu skladů a výsledný produkt ve hvězdicovém tvaru [17] ... 36
Obrázek 31 - Schéma zařízení podle vynálezu klikatě skládaného třívrstvého filtračního materiálu [18] ... 37
Obrázek 32 - Blokové schéma kompletního sestavení stroje ... 38
Obrázek 33 - Ukázka jednoho z možných návinů ... 39
Obrázek 34 - Ukázka odtahových válců s přítlakem ... 40
Obrázek 35 - Schéma rylovacích válců ... 40
Obrázek 36 - Ukázka fixace naskládaného materiálu ... 41
Obrázek 37 - Schématické znázornění diskontinuálního způsobu tvorby skladů ... 42
Obrázek 38 - Tvorba skladů a jejich fixace pomocí pružin s nekonstantním stoupáním 43 Obrázek 39 - Detail varianty s pružinami ... 44
Obrázek 40 – Ukázka tvorby skladů pomocí šroubovic ... 44
Obrázek 41 - Tvorba skladů pomocí lamel pásového dopravníku ... 45
Obrázek 42 - Schéma výsledné koncepce uspořádání stroje ... 46
Obrázek 43 - Náhled na konstrukční uspořádání funkčního modelu ... 48
Obrázek 44 - Návrh funkčního modelu výsledného konstrukčního řešení ... 49
Obrázek 45 - Boční pohled na soustavu skládacího zařízení v základní pozici ... 50
Obrázek 46 - Skládací zařízení plisovacího stroje ve vysunutém stavu ... 51
Obrázek 47 – Blok s posouvajícími čelisti s úkolem podpěrou skladů a fixační tavné hlavice ... 52
Obrázek 48 - Navržení pružiny pro přesnou rozteč skladů ... 53
Obrázek 49 - Konstrukční sestavení soustavy pružin ... 54
Obrázek 50 - Konstrukční návrh rylovacích válců ... 55
Obrázek 51 - Detail rylovacích válců ... 55
Obrázek 52 - Kompatibilita a spolupráce předních výrobců tavných lepidel a aplikačních zařízení ... 57
Obrázek 53 - Tavná automatická nanášecí hlava MiniBlue ... 57
Seznam tabulek
Tabulka 1 - Parametry používaných materiálů ... 20Tabulka 2 - Fyzikální vlastnosti použitého filtračního materiálu [4] ... 22
Tabulka 3 - Tabulka jednotlivých kroků řízených pneumotorů a jejich časy ... 52 Tabulka 4 - Specifikace polyuretonových filtračních materiálů ... I Tabulka 5 - Specifikace filtračního materiálu z přírodních latexových vláken ... I Tabulka 6 - Specifikace filtračních materiálů ze syntetických vláken ... I Tabulka 7 - Specifikace filtračních materiálů ze skelných vláken ... II Tabulka 8 - Specifikace filtračního materiálu z recyklovaného papíru ... III
Příloha 1
Tabulka 4 - Specifikace polyuretonových filtračních materiálů
Technická data dle EN 779 PPI 10/6 PPI 10/10
Třída filtrace G1 G1
Materiál polyuretan polyuretan
Možnost regenerace ano ano
Možnosti dodávek přířezy, plotny přířezy, plotny
Odlučivost Am (%) >50 >50
Jmenovitý průtok vzduchu (m³/h/m²) 3400 3400
Počáteční tlaková ztráta při jmenovitém zatížení (Pa) 20 25
Doporučená koncová tlaková ztráta (Pa) 250 250
Maximální teplotní odolnost (°C) 100 100
Tabulka 5 - Specifikace filtračního materiálu z přírodních latexových vláken
Technická data dle EN 779 H 640
Třída filtrace G3
Materiál přírodní latexové vlákno
Možnost regenerace ano - částečně
Možnosti dodávek přířezy
Odlučivost Am (%) 80 - 90
Jmenovitý průtok vzduchu (m³/h/m²) 3400
Počáteční tlaková ztráta při jmenovitém zatížení (Pa) 35 Doporučená koncová tlaková ztráta (Pa) 400
Maximální teplotní odolnost (°C) 60
Tabulka 6 - Specifikace filtračních materiálů ze syntetických vláken
Technická data dle EN 779 15/100 15/150 B/220 B/290 15/350 15/500
A/300 A/400 A/500 A/560 G A/560 G10 -
Tabulka 7 - Specifikace filtračních materiálů ze skelných vláken
Technická data dle EN 779 Glas 1" Glas 2" VS lak Glas C Glas 300 PA Grün 2"
Tabulka 8 - Specifikace filtračního materiálu z recyklovaného papíru
Technická data dle EN 779 KS AFVH
Materiál skládaný karton z recyklovaného
papíru
Možnost regenerace ne
Možnosti dodávek desky o různých rozměrech, čtyři
typová provedení
Jímavost (kg/m2) 18
Účinnost při rychlosti 1 m/s (%) 98
Počáteční tlaková ztráta při rychlosti 1m/s (Pa) 90
Doporučená koncová tlaková ztráta (Pa) 130
Příloha 2
Samonosné skládání filtračního média – patent US2011138760 Podrobný popis
Jedno provedení tohoto vynálezu je zaměřeno na samonosný, skládaný filtr pro vzduchovou filtraci. Způsob podle vynálezu umožňuje montáž skládaného filtru pomocí automatizovaného procesu při vysoké rychlosti výroby. Skládaný filtr podle vynálezu může být použit s nebo bez výztužné rámové konstrukce. Tento způsob a zařízení se mohou použít pro konvenční filtrační média, elektretový média, nebo řadu dalších médií vhodných pro filtraci vzduchu, jako jsou například aplikace pro pece.
Na obr.3 – Fig.1 je schematické znázornění jednoho provedení systému 10 jednoho způsobu dle vynálezu. Filtrační textilie nebo filtrační médium 12 je typicky poskytována z válce 14. Filtrační média 12 můžou být případně předem zahřáté na teplotu topné stanice 16 pro usnadnění zpracování. V jednom z provedení je topná stanice 16 jako infrazářič.
Délka filtračního média 12 se posouvá přes vytvářeč záhybů 18, který je v jednom provedení je rotační-drážkovací vytvářeč záhybů (rylovací zařízení – plisovací). V dalším provedení je filtrační médium 12 rylován v pravidelně rozmístěných intervalech s konvenčním rylovacím zařízením nebo například laserovou řezačkou. Narylovaný filtrační médium (materiál) 12 pokračuje ve skládání záhybů nebo ke sběrné stanici 20.
Ohřívače 22 jsou volitelně opatřeny tepelným vyztužením (heat-setting) záhybů 24. V jednom provedení ohřívače 22 jsou infrazářiče. Ve znázorněném provedení sklady 24 mohou volně viset předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí 26.
V jiném provedení sklady 24 jsou zachovány v zásobníku nebo žlabu předtím, než pokročí k zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí 26.
Počáteční tvorba skladů a rozteč může být provedena různými způsoby. V jednom provedení sklady 24 jsou brány jednotlivě před přepravením do distančního zařízení skladů 26 pomocí skladového přídržného zařízení (není znázorněno). V dalším provedení přídržné zařízení obsahuje lopatkové kolo pro zvedání jednotlivých záhybů a lopatkami nebo ozubeným dopravním pásem pro přidržování záhybů a podávání jich do zařízení pro tvorbu skladů s danou roztečí 26.
Skládané filtrační médium 28 je uspořádáno ve výchozím nastavení mezery mezi sklady v první zóně 30 pomocí zařízení pro tvorbu skladů určující danou rozteč 26.
Filtrační médium s překlady 28 obsahuje množství hrotů, které byly vytvořeny pomocí skladů 34 a šikmé boční plochy 35, které jsou v podstatě kolmé na směr plisování 37.
Jeden nebo více kontinuálních lepících pramenů 32 jsou aplikovány na hroty 34 podél předního čela 36 ze skládaného filtračního média 28.
Filtrační médium 28 je uspořádáno ve výchozím nastavení pomocí zařízení pro tvorbu skladů určující danou rozteč v první zóně 30 pomocí zařízení pro tvorbu skladů určující danou rozteč 26. Filtrační médium s překlady 28 obsahuje množství hrotů 34 a šikmé boční plochy 35, které jsou v podstatě kolmé na směr plisování 37. Jeden nebo více kontinuálních adhezivních pramenů 32 jsou aplikovány na hroty 34 podél předního čela 36 skládaného filtračního média 28. Lepící pramen 32 může být použita na skládané filtrační médium 28 v první zóně 30 pomocí zařízení pro tvorbu skladů určující danou rozteč zařízení skladů 26, jak je znázorněno nebo dříve v systému 10. Například adhezivní pramen 32 může být místo toho použit na skládaný filtrační médium 28 jako je médium pro držení výše popsaného skladového přídržného zařízení.
Použití lepící vlákna 32 je prováděno různými způsoby, včetně mrholení souvislého proužku roztaveného lepící 32 do záhybů hrotů 34 z aplikátoru 38. V jednom
Použití lepící vlákna 32 je prováděno různými způsoby, včetně mrholení souvislého proužku roztaveného lepící 32 do záhybů hrotů 34 z aplikátoru 38. V jednom