CN101218088B - 用于调节轮胎增强件的张力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种圆周增强件的轮胎的制造方法，所述方法包括将丝线(2)缠绕在型模(1)上的步骤，在缠绕期间监测丝线的张力，其中通过受到弹簧(7)作用的补偿回路(5)的长度来实现丝线张力的监测。

Description

用于调节轮胎增强件的张力的方法

【0001】本发明涉及轮胎的制造。更具体而言，它涉及当构建轮胎时被设计成构成轮胎的圆周增强件的增强件的铺设。具体地说，本发明提出了用于控制这样的增强件缠绕到轮胎坯件上所受到的张力的装置和方法。

【0002】在轮胎的领域中，增强件应当被理解成表示存在于弹性体材料内的增强元件(也被简称为“增强件”)。这些增强件通常相当长并且赋予最终产品与弹性体材料的基质有着很大不同的刚性和强度。

【0003】这样的增强件常常独立地采用很大长度的丝线的形式。所以在该申请的剩余部分术语“丝线”应当在其完全广义的意义上被理解，其包括单丝，多丝，诸如缆线或合股线这样的组件，或组合在一起的少量缆线或合股线，并且这不限定材料的性质，例如织物的或金属的。

【0004】圆周增强件主要用于轮胎的两个彼此不同的部分。它们例如用于制造轮胎的胎边丝(参见专利申请EP 0 582 196)或用于制造轮胎的胎冠的圆周增强件。“零度增强件”也被提及。实际上增强件的取向接近0°但是很少正好等于0°。事实上，当几个线匝以指定节距被缠绕时，可以出现增强件相对于轮胎的中央平面形成高达几度的角。

【0005】在被缠绕之前丝线可以涂覆有橡胶(并且然后被称为“涂胶的”)。丝线也可以在“裸露”时被缠绕，即不涂胶。裸丝线然后被定位在各橡胶层之间。那些橡胶层来自轮胎的其他组分，或者被专门提供。

【0006】圆周增强件的缠绕可以在构建过程期间在挠性或刚性胎芯上进行。它也可以在一个过程期间进行，所述过程包括在圆柱形鼓上构建第一轮胎坯件的阶段，该阶段之后接着的是在第一坯件被充气膨胀之后立即定位胎冠元件的阶段。在圆周胎冠增强件的情况下，增强件也可以被缠绕在环形胎冠块内，胎体然后定位在所述胎冠块的中心并且被充气膨胀以便在硫化之前接合两个子组件。

【0007】与构建方法，接收圆周增强件的轮胎部分以及所使用丝线的类型无关，理想的是在丝线被缠绕之前对其施加一定的张力。在给定缠绕操作期间张力可以是恒定的，或相反，是可变的。在本申请中术语“操控”通常用于表示调节的动作，也就是说主动将参数保持在给定水平，无论该水平是固定的还是可变的。

【0008】然而，可靠和准确地操控该缠绕张力存在困难。在该上下文中文献EP 0 344 928提出在连接到直流机电机器的摩擦辊的帮助下调节张力。由机电机器消耗和输送的电流的控制允许丝线张力变化。文献EP 1 022 119提出一种方法和装置，其中从丝线所缠绕的鼓和输送丝线的滑轮之间的旋转速度的差异间接地产生和引起张力。实际上特定的速度差异对应于特定的丝线延长，并且给定丝线延长对应于给定张力。文献US 2003/0106628提出将主动滑轮定位成尽可能靠近鼓并且具体根据丝线的有效张力来连续控制滑轮的位置。

【0009】这些不同系统共有的问题是，由于增强件的刚性，元件的惯性和/或线匝半径的小的瞬时变化和/或调节系统所导致的扰动引起实际缠绕张力的很大变化。

【0010】所以本发明的目标是特别提出一种方法和装置，其中有效缠绕张力的非理想变化被减小。

【0011】为此，本发明提出一种包括圆周增强件的轮胎的制造方法，所述方法包括将丝线缠绕在型模上的步骤，在缠绕期间操控丝线的张力，在所述方法中通过受到弹簧作用的补偿回路的长度来操控该缠绕张力。

【0012】优选地，借助于在补偿回路的上游输送丝线的机动滑轮来操控丝线张力，机动滑轮根据补偿回路的长度的变化被控制。

【0013】优选地，从弹簧作用在其上的活动滑轮的位置导出补偿回路长度变化。

【0014】优选地，机动滑轮还根据补偿回路的下游的丝线的有效速度的测量而被控制。

【0015】优选地，补偿回路的下游的丝线的有效张力也被测量。

【0016】优选地，型模是将在其上构建轮胎的刚性胎芯，胎芯的外部配置基本对应于在完成状态下的轮胎内腔的外部配置。

【0017】优选地，圆周增强件是圆周胎冠增强件。仍然优选的是，丝线张力沿着所述胎冠的宽度上的给定图形(profile)而变化。

【0018】优选地，两个丝线同时缠绕在同一型模上。仍然优选的是，两个丝线在绕组内相邻。

【0019】本发明还涉及一种用于将圆周轮胎增强件缠绕在型模上的丝线给送装置，丝线的张力被操控，所述装置包括：

·机动滑轮，

·弹簧作用在其上的补偿回路，所述补偿回路位于机动滑轮的下游，

·对补偿回路的长度的变化敏感的传感器，

·用于控制机动滑轮的装置，其能够根据补偿回路的长度变化控制机动滑轮的旋转。

【0020】优选地，丝线给送装置还包括对丝线中的有效张力敏感的传感器，该有效张力传感器位于补偿回路的下游。

【0021】优选地，装置还包括对丝线的有效速度敏感的传感器，该有效速度传感器位于补偿回路的下游。

【0022】本发明还涉及构建轮胎的机器，其包括两个布置在该机器内以允许两个丝线同时缠绕在单一型模上的上述装置。仍然优选的是，构建机器还包括能够引导两个丝线的相邻缠绕的机器人。

【0023】该说明书的剩余部分允许参考下列附图清楚地理解本发明的所有方面和优点：

【0024】图1是示出根据本发明的方法和装置的一个实施方案的示意图。

【0025】图2是根据本发明的装置的一个优选实施方案的第一部分的立体图。

【0026】图3基本上是图2中的装置的优选实施方案的第二部分的前视图，其中也可以看到第一部分。

【0027】图4是图2中的装置的优选实施方案的第三部分的立体图。

【0028】图5基本上是图2中的装置的优选实施方案的整个的前视图。

【0029】图6-9是显示圆周胎冠增强件内的张力变化的例子的图表。

【0030】在各个图中，相同或类似的元件用相同的数字标引。因此，不系统地重复它们的描述。

【0031】图1显示了根据本发明的操控张力丝线给送装置的一个优选实施方案的示意图。该示图也示出了根据本发明的制造方法。

【0032】型模1被驱动旋转以缠绕一定数量的丝线2的线匝。如先前所述，型模1例如可以是在挠性或刚性胎芯上制备的轮胎坯件，在充气薄膜上制备的轮胎坯件，或在组装在轮胎的胎体上之前在临时支撑件上制备的胎冠块坯件。

【0033】丝线2作为整体通过型模1的旋转被牵拉通过装置。在装置内，丝线行经的路径如下：例如来自存储线轴(其本身是已知的并且在这里未示出)的丝线2围绕经过被设计用于控制丝线速度的机动滑轮3。丝线不得在滑轮上滑动(以任何速度，在该速度下它滑动的程度不能使得控制其速度变得不可能)。机动滑轮3连接到机电机器4。机电机器可以充当电机或制动器。在该说明书的剩余部分，按照现行实践，这样的机电机器将被简称为“电机”。电机4例如是“无刷”型的同步电机。在机动滑轮的下游丝线然后进入补偿回路5。以本身已知的方式，通过创造缓冲供应，补偿回路使得有可能吸收丝线长度或丝线速度的变化，特别通过限制张力的变化，由此限制导致该方法的中断。优先地，补偿回路的两个边在一个长的补偿范围中平行。

【0034】回路5包括活动滑轮6，弹簧7作用在该活动滑轮上。滑轮8和9由基本固定的轴承载。将会理解对于活动滑轮6的给定垂直位置，弹簧在滑轮上施加给定力。该力相当于环的下降边和上升边的张力之和，即相当于丝线中的张力的两倍。因而，张力值与滑轮的位置(在该情况下垂直)有关。弹簧压缩越大，张力越大。滑轮6，8和9是自由转动的，即它们在丝线2的移动的作用下自由旋转。应当理解在缠绕期间，(其速度由型模1旋转的速度指定)，取决于施加到驱动滑轮3的转速，回路5的长度可以增加以减小张力，或者相反，回路5的长度可以减小以增加丝线的张力。

【0035】优选地，活动滑轮的位置由位置传感器10跟踪。该传感器所发出的信号因此表示补偿回路5中丝线的张力。机动滑轮3然后根据位置传感器10所发出的信号被控制。备选地，可以使用弹簧7所施加的力的直接传感器，原因是来自这样的传感器的信号是补偿回路的长度变化的良好表示。

【0036】有利地，在补偿回路的下游装置还包括有效速度传感器12。在该例子中速度传感器在如下条件下起作用：丝线在不滑动的情况下驱动自由转动滑轮14。所述滑轮的位置由传感器12实时地检测，所述传感器例如可以是光学或磁传感器。传感器12所发出的速度表示信号可以用于优化电机4的控制。实际上，为了提高调节的精度和响应，使用一种参考速度是有利的，机动滑轮3的速度相对于所述参考速度根据补偿回路的长度被调节。测量缠绕的速度也使得有可能预期补偿回路的移动并且因此进一步减小张力的变化。该有效速度测量也可以允许与丝线的速度有关的数据冗余，所述丝线速度例如可以从电机4，机动滑轮3或型模1的旋转所发出的信号导出。

【0037】有利地，在补偿回路的下游，装置还包括有效张力传感器11。在该例子中有效张力传感器在如下条件下起作用：丝线越过自由转动滑轮9。所述滑轮的轴或轴支撑件配备有应变计，该应变计输送代表滑轮所受到的径向力并且因此也代表有效张力的信号。张力传感器所发出的信号可以用于在一定时间段内检查和/或记录每个轮胎的张力的值及其演变。该测量与上述调节无关。必要时，如果检测到偏差，该信号可以用于触发警报。该测量也可以用于对装置进行校准，即用于建立代表活动滑轮6的位置的信号与装置有效输送的丝线张力之间的关系。有效张力的该测量也可以(在装置的正常操作期间)允许与丝线张力有关的数据冗余，所述丝线张力从与活动滑轮6的位置有关的信号导出。

【0038】在该例子中张力滑轮9也用作补偿回路5中的偏转元件，但是独立植入是完全可能的。

【0039】类似地，在这里所示的例子中，速度滑轮14与偏转和张力滑轮9无关。在另一方面，这三个功能可以合并到一个滑轮中。

【0040】在这里，调节和控制系统以两个彼此不同的元件16和17的形式表示。该表示更清楚地表达了系统的各种功能，但是应当理解实际上整体可以被整合成一个模块，或在另一方面，整合成两个以上彼此不同的模块。

【0041】变速器16的功能是控制电机4的旋转。为了这样做，它接收来自活动滑轮位置传感器的位置信号并且将它与位置指标比较。优选地，变速器16也接收来自速度传感器12的有效速度信号，并且在它传输到电机的控制命令的确定中结合该信号。

【0042】控制器17的功能是启动和引导丝线给送装置的操作，特别是在圆周增强件铺设程序期间为变速器16提供位置指标。控制器17的进一步功能可以是接收、记录和处理由传感器11所发出的有效张力信号，并且必要时，将该信号与来自位置传感器10的信号和/或与代表所需张力的位置指标相比较。控制器的辅助功能可以是存储允许生产每种不同类型的轮胎的各种规定。当然，控制器还可以具有与操作者和/或与装置的工业环境(例如与该装置集成到其中的机器)相匹配的任何其他功能。

【0043】优选地，通过控制机动滑轮的速度来调节张力。然而，也可以通过控制施加到机动滑轮的扭矩来调节张力。

【0044】图2显示了根据本发明的装置的优选实施方案的第一部分。该部分主要涉及位于补偿回路的两侧上的元件。在图中可以看到机动滑轮3，它的电机4，偏转滑轮8和9和有效张力传感器11。让我们沿着在这里由虚线表示的丝线2的路径来看。丝线2垂直地进入装置。压力辊16限制丝线将在机动滑轮3上滑动的风险。丝线近似形成滑轮3的半匝。然后它由偏转滑轮8朝着垂直补偿回路5偏转(活动滑轮6在这里由虚线示意性地表示)。一旦离开回路5，丝线越过偏转滑轮9，该偏转滑轮的轴由有效张力传感器11承载。最终偏转滑轮17朝着在图4和5中可以看到的铺设单元垂直地引导丝线。

【0045】除了图2中所述的子组件之外，图3详细显示了在根据本发明的装置的该优选实施方案中的补偿回路的构造和实现。可以看到，回路5在图2中所述的子组件下垂直地延伸。活动滑轮6安装于在轨道19上被导向的滑座18上。感测活动滑轮的位置的位置传感器10发出代表滑座相对于固定滑道20的位置的信号。滑座18受到倾向于使回路5变长的弹簧7的压缩力。容易理解的是，弹簧所施加的力根据滑座的位置，即根据补偿回路的长度而变化。弹簧优选地相对较长并且是挠性的，以同时允许大量补偿和张力在小幅值上的很小变化，由此允许通过活动滑轮位置获得良好的张力操控精度。大约为0.5N/mm的弹簧刚度提供了满意结果。

【0046】在这里清楚地图解说明了本发明的一个原理，即补偿回路具有双重角色的事实：在一方面，它创造、保持和调节张力，该第一角色通过弹簧的可变力被执行，在另一方面它提供用于操控张力的数据，该第二角色通过环的长度被执行。

【0047】图4显示了位于补偿回路下游的丝线铺设装置的一个优选实施方案。在该优选实施方案中两个丝线2和2’平行移动。每个丝线来自不同的补偿回路。两个丝线2和2’因此来自两个彼此不同的组件，例如图3中所示的组件。每个丝线分别驱动不同的变速滑轮14和14’。各自的速度传感器12和12’发出代表各自丝线2和2’的速度的信号。丝线然后由各自的铺设辊15和15’朝着将被它们缠绕的型模而引导。该图4中所示的铺设单元20相对于轨道21可以是可移动的，例如为了允许相对于型模1的快速接近和缩回运动。依靠铺设单元的垂直和相对高的给送，有限幅值的这些水平运动对张力调节没有明显影响。

【0048】应当理解该子组件的所有功能与图1的解释相同。根据本发明，该子组件的一半足以进行单丝线缠绕。

【0049】图5显示了本发明的一个优选实施方案，其中两个给送装置相联合以便允许两个丝线同时缠绕。例如图2中所示的两个子组件给送两个并行的补偿回路。与图4中相同，涉及第二丝线2’的给送的标引与涉及第一丝线2的给送的那些标引相同，但是它们之间通过附加上标符号“’”来区别。图3中的前视图中所示的元件在图5中从后面观察。为了示出两个丝线中的每一个的张力调节的独立性，左边的弹簧7被显示成比右边的弹簧7’压缩得较少。因而，左边的滑座18处于其最低位置而右边的滑座18’处于其最高位置。例如图4中的两个丝线的铺设单元20接收来自偏转滑轮17和17’的两个丝线并且当它们缠绕型模1时引导它们。优选地，附着到两个相联合的装置的底托22允许由机器人(未显示)正确地固定。

【0050】根据本发明的轮胎构建机器包括例如上述的丝线给送装置，并且优选地两个装置如图5中所示并行地联合。在自动轮胎构建的环境中，一个或多个装置相对于旋转型模的定位可以由机器人执行。然后机器人将相对于型模将两个给送装置作为一个整体移动，以实现所需的螺旋缠绕。在用两个装置同时缠绕期间，每个丝线的张力独立地被调节。所以对于两个丝线的每一个来说特定张力可以是相等的，或者它可以是不同的。优选地，两个丝线一个接着一个被铺设，即它们总是保持相邻，包括在成品轮胎内。如果想要改变缠绕节距，有利的是也允许两个铺设辊(参见图4中标引为15和15’的元件)之间的距离变化以便将绕组分布在型模上。

【0051】图6和7显示了可以借助于使用根据本发明的机器的方法获得的张力图形的例子。对于绕组的每一匝，图表显示了丝线张力指标的值。线匝被顺序编号(沿着图表的横坐标轴)并且张力指标在这里以牛顿(N)(在图表的纵轴上绘出)表示。

【0052】这里所示的情况涉及通过并排地缠绕两个裸丝线铺设圆周胎冠增强件。缠绕(以及线匝的计数)在这里从轮胎的左手胎肩开始。因而，图表指示了横过圆周增强件的宽度的张力的预期演变。

【0053】铺设几乎在没有张力的情况下开始(在这里，首先是每个丝线的两匝，所以有四匝)以便避免丝线在型模上的任何滑动，然后张力被设置为大约5牛顿。在圆周胎冠增强件的中心部分中丝线在该情况下具有大约40牛顿的张力。这两个张力水平之间的过渡优选地逐渐发生。在图6的例子中可以看到张力指标朝着中心部分逐渐增加并且在中心部分之外以相同的方式减小。然而，在图6的例子中指标是成对相等的，即在任何给定时间同时缠绕的两个丝线均受到相同张力。在图7的例子中，相反，可以看到两个丝线的每一个的张力指标在过渡区域中是不同的。这允许张力更加平顺地演变而不是两个丝线以接续的台阶级差而演变。如先前所述，本发明允许在任何时刻单独地操控每个丝线的张力，因此两个丝线的张力图形可以是不同或相同的。

【0054】在图8和9中显示了其他张力图形的例子。图8中的例子显示了在轮胎的胎肩朝着最大张力的快速张力增加。该增加分布在八个绕组上，即两个丝线的四个线匝。在台面的中心部分中三个线匝的张力大大减小。应当注意在该例子中张力指标在一对相邻丝线之间有时是不同的以便像图7中那样，使得变化区域中的图形更为平滑。图9中的张力图形显示了在轮胎胎肩处朝着最大张力的快速的张力增加，在该处仅制造有一个线匝，然后，是一个朝着中间区域的同等快速的张力减小，在该中间区域中张力很低。在胎面的中心区域中，张力再次提高。应当注意在该例子中张力指标在一对相邻丝线之间总是相等的。

【0055】这里表示的图形基本上是对称的，但是这并不总是所需的或必要的。例如，可以根据想要覆盖圆周胎冠增强件的胎面花纹的质量分布选择张力，并且所述分布并不总是对称的。类似地，在轮胎的使用期间施加在其上的应力可以启发设计者选择胎面的外部和内部之间的不同张力。

【0056】当构建机器并行使用两个胎面给送装置时，应当理解两个装置可以共用某些元件，例如滑轮支撑件，变速器或控制器。

【0057】有利地，根据本发明的方法使用在刚性胎芯上构建的原理。当使用的胎芯是所谓的“刚性”的类型时，即在轮胎的构建和模制之间其体积不会变化(以不超出热变化效应的任何速度)，所谓的“成形补充”在模制时不能用于在张力下放置圆周增强件。有人也称为“非成形”制造方法。借助于本发明，在该情况下可以施加最终张力，对于轮胎的每个区域来说所述最终张力被选择并且是可变的，这不依赖于模制操作。

【0058】在轮胎制造的环境中，依靠本发明有可能在受控张力下和在高速下，例如在超过10米每秒的速度下铺设绕组，所述速度可以快速变化(大于6m.s-2)并且有效张力精度大于10％，有时所述速度是现有技术的方法和装置完全不能想象的。

【0059】“裸”丝线应当被理解成表示未“涂胶”的丝线。如果丝线包覆有能够提供设想增强件所需的橡胶量的橡胶鞘，即不需要附加提供橡胶，则丝线是涂胶的。然而，裸丝线可以通过任何处理被涂覆，所述处理例如被设计成保护它免于氧化或促进随后与弹性体材料的基质粘结。因此，丝线仍可以被称为是“裸的”，即使该处理包含弹性体材料。

【0060】本发明可以适用于任何类型的轮胎，例如客车、重型车辆、摩托车、施工机械等的轮胎。

Claims (12)

1.一种对包括圆周增强件的轮胎的制造方法，所述方法包括将丝线(2)缠绕在型模(1)上的步骤，在缠绕期间，使用在补偿回路(5)的上游输送丝线的机动滑轮(3)来操控丝线的张力，该补偿回路(5)受到弹簧(7)的作用，在所述方法中根据所述补偿回路(5)的长度变化和补偿回路(5)的下游的丝线的有效速度(12)的测量来操控张力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中补偿回路的长度变化从受到弹簧(7)作用的活动滑轮(6)的位置导出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中补偿回路的下游的丝线的有效张力(11)也被测量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中型模(1)是将在其上构建轮胎的刚性胎芯，胎芯的外部配置基本对应于在完成状态下的轮胎的内腔的外部配置。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中圆周增强件是圆周胎冠增强件。

6.根据权利要求5所述的方法，其中丝线张力变化根据横过所述胎冠的宽度的给定图形而变化。

7.根据权利要求中1或2所述的方法，其中两个丝线(2、2’)同时缠绕在同一型模(1)上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中两个丝线在绕组内相邻。

9.用于将圆周轮胎增强件缠绕在型模上的丝线给送装置，丝线的张力被操控，所述装置包括：

·机动滑轮(3)，

·受到弹簧(7)作用的补偿回路(5)，所述补偿回路位于机动滑轮(3)的下游，

·对补偿回路的长度的变化敏感的传感器(10)，

·对丝线的有效速度敏感的传感器(12)，该有效速度传感器位于补偿回路(5)的下游，

·用于控制机动滑轮的装置(16)，其能够根据补偿回路(5)的长度变化和补偿回路(5)的下游的丝线的有效速度的变化来控制机动滑轮的旋转。

10.根据权利要求9所述的丝线给送装置，还包括对丝线的有效张力敏感的传感器(11)，该有效张力传感器位于补偿回路(5)的下游。

11.轮胎构建机器，其包括两个根据权利要求9或10所述的装置，所述装置以允许两个丝线(2、2’)同时缠绕单一型模(1)的方式布置在机器中。

12.根据权利要求11所述的轮胎构建机器，还包括能够引导两个丝线的相邻缠绕的机器人。

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