形成彈性輪胎組件及輪胎的方法
2023-09-23 17:50:45 1
專利名稱：形成彈性輪胎組件及輪胎的方法
技術領域：
本發明涉及形成彈性輪胎組件及輪胎的方法。
背景技術：
在現有技術中公知的是用橡膠彈性片製造輪胎組件，將橡膠割成一定長度，進行疊加或者根部連接地置於圓柱形成型鼓上。然後中心的輪胎成型鼓徑向延伸，端部受到軸向拉伸以形成輪胎的環面。加強帶束層和胎面膠帶覆蓋在綠色胎體的胎冠上以形成「生」的或非硫化的輪胎組件。然後將完成的輪胎組件放入輪胎模型中，在所謂的硫化過程中進行硫化，形成輪胎。
由於輪胎組件平放在圓柱形成型鼓上裝配起來，然後延伸成環形，所以在各組件在模壓之前就承受拉力或者壓力。在硫化期間加熱組件時，不同部件的伸展會引起各橡膠部件之間的滑移。希望能使不同部件之間的滑移最小。另一個缺點是輪胎包括要接合的組件，會使輪胎不均勻。
輪胎製造商已經逐漸加大了在消除輪胎不均勻方面的努力。最近，輪胎製造商利用連續的非硫化橡膠帶子來製作輪胎組件。將薄的、窄的非硫化橡膠帶子沿圓周反覆纏繞在轉動鼓或環形芯上，其中帶子連續層疊或疊加，以形成所需形狀的輪胎組件。例如，參見美國專利№6372070和4963207。典型地，用施加裝置將橡膠帶子直接施加到輪胎成型鼓或環形芯上。可替換地，可以用混練橡膠形成帶子，然後運送到輪胎鼓或芯上。
由於通常由一連續帶子形成環形輪胎組件，所以這種形成輪胎組件的帶束層壓結構的方法具有消除連接的優點。由於輪胎組件的外形可以從一種輪胎變換為另一種輪胎，所以帶束層壓結構還有允許在製造中的彈性的優點。但是，帶束層壓結構也有一些缺點。首先，在帶束層壓結構中會留有空氣或形成氣穴，在完成的輪胎組件中形成間隙。帶束層壓結構的第二個缺點是由於帶束層壓結構的層疊結構具有固定的幾何形狀導致輪胎組件的輪廓只是近似的。這種層疊結構還會帶來一種結果，輪胎組件的外表面不光滑。通常，組件輪廓包括交錯的頂部表面和底部表面，其引起通常稱為「發光」或變色的表面缺陷。第三個缺點是，需要用壓緊輥或者齒形壓輥將帶子壓緊在成型鼓或芯上，橡膠會粘在輥子上。還有一個缺點是由於組件由多層帶子形成，所以其只能與理想形狀近似。
定義輪胎的「高寬比」是指它的斷面高度(SH)與斷面寬度(SW)的比；「軸向的」和「與軸平行的」是指與輪胎旋轉軸線平行的線或方向；「胎圈」是指包括環形張力件的輪胎部分，該張力件可以包括或不包括加強件，如鋼絲圈包布、墊片、三角膠、胎趾及胎圈包布，以安裝設計的輪輞；「帶束層加強結構」是指至少兩層平行帘布，編織的或非編織的，在胎面下面，非錨定在胎圈上，相對於輪胎的中心平面具有在17度到27度範圍之間的左右簾線角度；「胎體」是指與帶子結構、胎面、下胎面及覆蓋層結構的側壁橡膠分離的結構，但是包括胎圈；「圓周的」是指沿著環形邊界的周長延伸並與軸向正交的線或方向；「胎圈包布」是指安放在胎圈周圍的窄的帶子，防止輪輞損壞帘布層，分散輪輞上的彎曲，密封輪胎；「墊片(chipper)」是指位於輪胎胎圈部分的加強結構；「簾線」是指一個加強繩，該繩組成輪胎的層結構；「設計輪輞」是指具有特定結構和寬度的輪輞。為了特殊的目的，設計輪輞和設計輪輞寬度都是由在輪胎生產地有效的工業標準規定的。例如，在美國，設計輪輞由輪胎和輪輞協會規定。在歐洲，輪輞由歐洲輪胎和輪輞技術組織-標準手冊規定，術語設計輪輞與標準尺寸輪輞相同。在日本，標準組織是日本汽車輪胎製造協會。
「中心平面(EP)」是指與輪胎旋轉軸線正交的平面，經過胎面的中心；「車輪痕」是指在零車速並且正常負載及壓力下，輪胎胎面與平坦表面接觸的襯片或者接觸區域；「氣密層」是指彈性的或者其它材料的層結構，其形成無內胎輪胎的內表面並且包括輪胎中的充氣氣流；「淨總比」是指在車輪痕中胎面的面積除在車輪痕中與地面接觸的車胎橡膠的比率，所述胎面面積包括非接觸部分例如凹槽；
「正常輪輞直徑」是指在輪胎胎圈所處的位置處的輪輞邊緣的平均直徑；「正常充氣壓力」是指針對輪胎的工作條件由適當的標準組織規定的特殊設計的充氣氣壓和負載；「正常負載」是指針對輪胎的工作條件由適當的標準組織規定的特殊設計的充氣氣壓和負載；「帘布層」是指平行簾線的橡膠覆蓋的連續的層結構；「徑向的」或「徑向地」是指徑向朝著輪胎旋轉軸線或徑向遠離輪胎旋轉軸線的方向；「子午線輪胎」是指帶束的或者沿圓周受到限制的充氣的輪胎，其中層結構的帘布層相對於輪胎中心面的角度在65度到90度之間，該帘布層從胎圈延伸到胎圈；「斷面高度(SH)」是指在中心平面上，從標稱輪輞直逕到輪胎外直徑的徑向距離；和「斷面寬度(SW)」是指輪胎正常壓力充氣24小時後側壁外部之間平行於輪胎軸線的最大直線距離，但是空載，以免由於標牌(labeling)、裝飾品或者防護板引起側壁升高。
將通過實施例並且結合附圖描述本發明，其中圖1是本發明的橡膠施加機(rubber applicator)裝置的側面透視圖。
圖2是圖1所示的橡膠施加機裝置的後視圖；圖3是圖1的裝置的一部分的側視圖，用虛線的方式，與輪胎成型鼓一起表示出來；圖4是圖1所示的橡膠施加機的前視圖；圖5是在圖4的5-5方向上，橡膠施加機的橫截面剖視圖；圖6是噴嘴的透視圖；圖7是在方向7-7上的圖6的噴嘴的橫截面剖視圖；圖8是舌片組件的側視圖；圖9是舌片組件的前視圖；圖10是舌片組件的側視圖；圖11是舌片組件的後視圖；
圖12是舌片組件的俯視圖；圖13是在將橡膠加到輪胎成型鼓上時，橡膠施加機和舌片組件的側視圖；圖14-16分別描述了另一種噴嘴組件的透視圖。
具體實施例方式
圖1-13所示的是橡膠施加設備100的第一實施例。該施如設備100包括迅速有效地形成彈性輪胎組件的新穎的方法和設備。設備100可以迅速有效地將的未硫化橡膠的單個連續的纏繞帶子或多個帶子形成輪胎組件。未硫化橡膠的帶子可以直接用到輪胎成型表面上，如輪胎成型鼓A或環形芯(未示出)。
如圖1所示，施加設備100包括支架100(為清楚起見移走了一部分)，和橡膠施加設備組件200。該支架還可以包括支撐軌道，以在X、Y和Z方向上運輸整個裝置(未示出)。
施加設備100包括連接到橡膠泵出設備103上的安裝凸緣102，橡膠泵出設備如壓出機、齒輪泵、齒輪泵壓出機或者橡膠噴射器(未示出)。德國，慕尼黑的VMI AZ Formenund Maschienenbau生產的壓出機適用於本發明。橡膠泵出裝置的橡膠或彈性體輸出到轉移元件120上。最好如圖5所示，轉移元件120包括具有入口端122和出口端124的內通道126。入口端122的面積最好大於出口端124的面積，形成一個面積遞減或漏鬥狀通道126。通道126還向下傾斜(角度θ)，其中θ在相對於Y軸為大約120度到大約165度的範圍內，更具體地是大約135-150度。轉移元件的出口端124連接到可轉動安裝的施加頭部130上，該頭部圍繞Z軸轉動。該施加頭部能夠進行360度的轉動，或者更具體地繞著中心位置+/-150度範圍內轉動。
可轉動的施加頭部130還包括內通道132，其與漏鬥狀通道126液體連通。通道132包括第一部分133，其與施加頭部130的旋轉軸線(也就是Z軸)基本對齊。從壓出機中流到轉移元件的入口端122的橡膠或彈性體主是定位在Y方向。因此，內通道126、132中流動的橡膠或彈性材料就從主要沿著Y軸流動變為基本在平行於旋轉軸線的第二方向上流動，如在進入可轉動施加入口134之前沿著Z軸流動。由於在進入可轉動施加頭部之前橡膠材料改變了方向，所以流體仍然不受施加頭部轉動的影響。由於橡膠或彈性體具有記憶，所以在轉動前改變橡膠材料的方向能夠防止材料捲曲或者另外形成不合乎需要的不均勻的流動。
施加通道132還包括具有朝向施加噴嘴的下降區的第二部分136。施加通道136也是傾斜的，形成在相對於Y軸大約為120-150度範圍內的角α，更具體地大約是135度。用兩個傾斜通道126、136代替一個嚴重傾斜的通道(大約是90度)，能夠減少流阻，從而形成更有效的系統。而且，使用包括下降區的通道還有助於提高系統的效率，用更少的能量就可以將使橡膠流出系統。
施加通道的出口端與噴嘴150的入口端液體連通。最好如圖6-7所示，噴嘴150通常包括具有一個或多個傾斜表面152、154、156、158的外圓柱型面。但是，其它噴嘴結構也可以用於本發明，下面將做更詳細的描述。內通道160包括朝向噴嘴外孔162的下降區。噴嘴通道160的長徑比在2-15範圍內，最好是5-7，更好是6-7。噴嘴通道可選擇地包括流量限制器165，其可以是一個在流動方向橫向的傾斜邊。流量限制器最好位於噴嘴內部的中心並且起到降低噴嘴中心橡膠流的速度及提高噴嘴最外圍部分的橡膠流的速度的作用。該特徵有助於減少橡膠膨脹。在流量限制器之後內通道160縮減為短管168。圖中所示的噴嘴外孔162是梯形的，但是也可以使用其它結構，如，但不限於，正方形、矩形、三角形等。通常從噴嘴孔中輸出的橡膠帶寬度大約是15mm，但是可以在約5到30mm的範圍內變動。可選擇地，可以用外部或內部加熱器(未示出)將噴嘴150加熱到一定溫度，該溫度在約0到230範圍內，最好在約0到200範圍內。
噴嘴還包括其它的外部結構，如圖14-16所示。圖14描述了包括斜面邊172和梯形孔174的大致圓柱形噴嘴170。圖15和16描述了與圖14形狀相似的噴嘴176、180，但是側端178是成圓角的。
如圖13所示，通常噴嘴150與輪胎成型鼓A、芯(未示出)或其它施加表面成角度β，該角度在約0到90度範圍內，更具體地在約35-90度範圍內。雖然β可以是在約35-90度範圍內，但是優選地噴嘴輸出的橡膠與施加表面成約90度角。
噴嘴附近是可選擇的舌片組件300。舌片300可轉動地安裝在框架310上，該框架包括可轉動地安裝在施加裝置100上的叉端312。在舌片支撐框架310上還安裝雙液壓或氣壓缸320，壓迫舌片使施加表面配合，並且起到減震或緩衝作用。舌片也可以有彈性地安裝在支撐框架上。缸使舌片「浮」在成型鼓上，由於成型鼓跳動或者表面不平坦，所以這個是很重要的。舌片的配合壓力可以改變，並且範圍可以是大約從0到100psi。如圖9-12所示，舌片300包括常見的外凸表面303，其具有圓形邊及與施加表面配合的斜緣330。舌片300還可以包括其它形狀，如平坦表面、凸狀或輻射式的外表面或凹面。
舌片組件最好包括內加熱器，將外表面加熱到大約200到400，最好是約350到400F。因此，舌片可以起到熱封刀的作用，使新沉積下來的橡膠平滑並展開，將鄰近的橡膠帶子熔化並混合到一起，形成均質體。由於舌片停留在橡膠上的時間很短，所以較高的舌片溫度並不會影響到橡膠的硫化。由於舌片靠在成型鼓上的壓力，舌片組件還能起到滾壓器的作用，消除氣穴。舌片的外表面還有助於形成成形組件。
下面的步驟描述了輪胎組件的形成，如側壁、胎圈包布、襯墊或其它彈性件。將橡膠或彈性件供應到泵裝置，如噴射器、齒輪泵、壓出器或它們的組合。然後壓出物進入施加頭部100中。在施加頭部中，彈性材料通過第一固定通道、轉移通道然後是第二通道。第一通道是固定，而轉移通道和第二通道包含在可轉動的頭部中。每個通道都包括從入口端到出口端的下降區，並且各通道均向下傾斜，從而可以利用重力。在第一和第二通道之間是很短的垂直轉移通道。在短的轉移通道中，擠出物垂直流動。這種結構的優點是可轉動的頭部能夠在不影響橡膠液體動態的情況下圍繞旋轉軸線轉動。液體從第二通道輸出並且進入噴嘴。噴嘴包括下降區和流量限制器。噴嘴與輪胎成型表面或芯成一定角度。噴嘴組件能夠在離散的引導位置上在三個方向轉換，以精確地將橡膠鋪到成型表面上。該支撐表面可以是環形芯或圓柱形輪胎成型鼓，或者其它理想的形狀。將帶子用於環形表面的主要優點是完成部件在適當位置被精確定位在綠色非硫化狀態以便進行模壓，而不需要對最初形成帶子的狀態的位置有任何改變。
帶狀壓出物從噴嘴輸出，具有噴嘴出口的理想形狀。如果將成型鼓或環形用做施加表面，則隨著成型鼓或芯轉動，可以形成連續的環形帶子。能夠軸向分度(index)噴嘴以形成組件的理想形狀。通過控制系統能夠控制噴嘴，其中噴嘴移動，以用多層帶子控制出所需輪胎組件的形狀。
最好被加熱過的可選擇的舌片位於噴嘴附近。舌片可轉動地安裝到一個框架上，在噴嘴附近。舌片組件還可以連接到緩衝裝置，如氣壓缸或者液壓缸，其可以根據成型鼓的直徑的變化(成型鼓彎曲)抑制舌片的移動。最好將舌片組件加熱到一定溫度，以使舌片加熱附近的橡膠帶子，同時使帶子平滑並且進行壓縮，以形成實心的整體。
各成形組件的截面是可以改變的，以使得在三角膠頂點的橫截面的厚度非常小或者在胎圈芯附近非常厚。整個截面也可以薄得象一個襯片組件。噴嘴和/或舌片組件能夠在多個方向上移動，當塗抹材料時，多個自由度使噴嘴/舌片組件形成平坦的、凸狀或者凹曲度。另外，多個自由度還可以形成如側壁的組件。應當注意到，重要的是，利用本發明的技術能夠形成部分或所有輪胎組件。輪胎製造商能夠簡單地選擇使用該技術能夠最有效地製造哪種組件。
根據本文的描述，本發明可能有變化。雖然出於描述本主題發明的目的示出了特定具有代表性的實施例及細節，但是對本領域技術人員來講，在不脫離本主題發明的範圍的情況下，能夠得出不同的變化和改進是顯而易見的。因此，可以理解，在由附加權利要求所限定的本發明的整個希望的範圍內，能夠對特定實施例進行改變。
權利要求
1.一種形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於包括以下步驟將彈性材料帶子壓出到一個表面上，通過在成型模和該表面之間施加材料帶子，使彈性材料帶子形成預定的輪廓，成型模與緩衝裝置連接。
2.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於由所述成型模同時對彈性材料施加和加熱，其中成型模加熱到一個溫度，範圍為大約300-350。
3.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於包括將彈性材料帶子施加於正在轉動的鼓上的步驟。
4.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於包括當施加帶子時，圍繞旋轉軸線轉動該表面，以環狀地並且基本上與軸線正交地形成帶子的步驟。
5.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於還包括以下步驟壓出第二彈性材料帶子，環形疊加在第一帶子和表面的至少一部分上；通過在成型模和疊加的第一帶子及該表面之間施加第二材料帶子，使第二彈性材料帶子形成預定的橫截面輪廓。
6.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於彈性材料通過噴嘴擠出到表面上。
7.如權利要求1所述的形成彈性輪胎組件的方法，其特徵在於將第一彈性材料帶子擠出到表面上的步驟包括螺旋形地將多層第一彈性材料帶子施加到該表面上。
全文摘要
一種形成環形彈性輪胎組件的方法及裝置(100)，包括步驟至少將一個彈性材料環形壓出到一個表面(60)上，通過在成型模(84和支撐表面(60)之間形成至少一個帶子(2)，使彈性材料帶子(2)形成預定的截面，從而使帶子平滑並且分布成理想的截面。該方法可以包括用附加的帶子(2)形成多層組件。支持表面(60)可以與輪胎成型臺(200)隔開或者可以與輪胎成型臺(200)形成一體。成形的帶子可以包括一個或多個輪胎組，如側壁(20)、胎圈包布(30)、胎圈三角膠(10)、成品覆蓋層(40)、氣密層(50)或胎面(22)。
文檔編號B29D30/20GK1907693SQ20061015131
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月4日 優先權日2005年8月4日
發明者B·R·科赫, G·R·伯格, S·E·阿克爾曼, C·D·迪爾隆德 申請人:固特異輪胎和橡膠公司