CN103237650B - 在包括钝尖旋转针的橡胶轮廓元件中嵌入细丝的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将插入物（I）沿着指定方向嵌入到橡胶轮廓元件（P）中的装置，包括：至少一个机构（4），用于连续输送细丝（F）；运动支撑件（2），能够在升起位置和降低位置之间以直线往复运动的方式在结构（1）上运动；至少一个中空针（5），包括沿纵向轴线XX’方向的通道（53），细丝（F）能够在通道中行进，针通过其端部（51）之一被固定到运动支撑件（2）的基部（22），并且在其另一端包括能够刺入所述橡胶轮廓元件（P）的尖端（52）；切割机构（3），布置在结构（1）上，包括刀片（30），当所述尖端（52）处于升起位置以在针的出口处释放构成尾部（A）的指定长度的细丝时，刀片（30）能够切断细丝（F）以在针的往复运动的每个周期使细丝离开针的尖端（52），运动支撑件包括能够使针绕其纵向轴线XX’旋转的机构（6），并且，所述针的尖端（52）被钝化。

Description

在包括钝尖旋转针的橡胶轮廓元件中嵌入细丝的装置
技术领域
本发明涉及车辆轮胎的技术领域，更具体地讲，涉及一种包括沿指定方向将纤维注入到构成所述轮胎的橡胶成分之一的轮胎的制造。
背景技术
公开的EP 1 213 130号文献提供了这种类型轮胎的特定构思，其中，短加强纤维或者插入物以定向的方式被嵌入到胎面中，以提高该轮胎的这部分沿着指定方向的机械性能。
公开的EP 1 213 383号文献提供了一种用于将所述插入物嵌入到用于组装形成轮胎胎面结构的橡胶成分中的机构。
该装置包括：中空针，能够刺入橡胶成分，并且在里面布置有加强纤维；运动支撑件，能够执行往复运动并且支撑所述针；切割片，用于切除嵌入的纤维；至少两个夹紧机构，用于保持并调整纤维的位置。然而，这些夹紧机构具有使加强纤维处于压缩状态的效果。
未公布的申请PCT/EP2010/062907描述了一种用于克服这种压缩问题的设备和方法。
用于沿着指定方向将插入物嵌入到橡胶轮廓元件中的装置包括：
-机构，用于连续输送细丝，
-运动支撑件，能够在一结构上以直线往复运动的方式在升起位置和降低位置之间运动，
-中空针，包括通道，所述细丝在通道内能够行进，针通过其端部之一被固定到运动支撑件的基部，在其另一端部包括能够刺入所述橡胶轮廓元件的尖端，
-切割机构，设置在所述结构上，包括刀片，能够切断针的每个往复运动周期的细丝，当所述尖端处于升起位置时在针的出口处释放指定长度的构成尾部的细丝。
仍然根据该公开，描述了一种操作该装置的方法，该方法包括以下步骤：
A-当针处于轮廓元件的表面之上的升起位置时，指定长度的细丝被释放到所述针的尖端侧，以构成尾部，
B-针被降低，以使所述针的尖端刺入轮廓元件指定深度，
C-针从轮廓元件抽出同时允许细丝在针里面行进，
D-针的尖端在轮廓元件的表面之上被升高指定高度，以在针的尖端和轮廓元件的表面之间释放细丝长度，
E-细丝在轮廓元件的表面被切断，以释放指定长度的新尾部。
在每个周期，在尖端侧位于针外侧的尾部被驱动进入轮廓元件。当针被再次升起时，尾部被保持在紧握其的由橡胶似的材料制成的穿孔的底部的位置中，并防止针中含有的细丝再升起来，以使得升起运动允许细丝沿着针的内部行进。
在该运动期间，在针的入口和尾部之间含有的细丝部分保持拉伸。如形成EP 1 213 383号公布的主体的设备中提出的，细丝被拉入通过针而不是推入。
但是，观察到，为了使针刺入橡胶轮廓元件，需要施出相当大的力，这与针的尺寸相关，并且对于将被使用的机械装置，需要其往复运动。这些力的效果是使轮廓元件在针的刺入点处的表面变形，而且他们会使针破裂，特别是当针刺入轮廓元件的角度小于90°时。
发明内容
本发明的目的是改进PCT/EP2010/062907申请中描述的设备和方法，其提出了一种用于该申请中描述的装置的原始方案。
似乎在实践过程中，使针以高速旋转会可以相当大地减小这些力。
但是，一方面，为了使针的旋转不会导致尾部的一部分与将被切除的尖端的边缘接触，并且另一方面，为了克服细丝的旋转，已经证实，通过以可控制的方式使尖端的轮廓钝化，所述旋转的尖端将在细丝上自由滑动，不会切断细丝并且不会不利地影响针刺入轮廓元件的能力。
为了实现这种性能，需要适合尖端的几何轮廓，以避免任何切断效果以及任何旋转效果。尖端的轮廓以这种方式进行限定，即，当将所述尖端的任何径向轮廓切割成长度为0.01mm段时，指定段的任何点的切线相对于所述段的任何其他点的切线以及与正被讨论的指定段相邻的两个段的任何点的切线形成小于20°的角度。
附图说明
以下的描述具有是本发明的细节更加突出的目的，并且以下的描述依赖于示例性实施例的装置和图1-5，其中，
-图1是描述了根据本发明的装置的示意性视图，
-图2和图3是描述了针的尖端的视图，
-图4描述了根据装置的第一使用模式的嵌入插入物的周期的各个阶段，
-图5描述了根据装置的第二使用模式的嵌入插入物的周期的各个阶段。
具体实施方式
根据图1中示出的本发明的装置包括：结构1，在该结构上安装有用于输送细丝F的机构4；运动支撑件2，支撑中空针5；切割机构3。
输送机构4位于结构1的顶部，并且能够以指定的并且规则的不变的速度传送细丝F。
运动支撑件2经直线引导导轨11和12连接到该结构。该运动支撑件2通过连杆和曲轴在升起位置和降低位置之间往复运动，连杆和曲轴通过固定到结构1上的并布置在其另一侧上的电机（未示出）转动。
升起位置表示该结构的对应于在结构处于最远离轮廓元件P的表面S的位置过程的这个周期的阶段的位置，降低位置表示对应于在结构处于最靠近该表面S的位置过程的这个周期的阶段的位置。
真空针5包括通道53，细丝F在该通道中行进，真空针5通过心轴50的帮助被固定，其端部中的一个被固定到运动支撑件2的基部22。细丝F从针52的尖端出来，针52的尖端指向轮廓元件P的表面S。针的上下与支撑件2往复运动的上下相同。
包括刀片30的切割机构3被固定到结构1的下部。在连接到电机（未示出）的臂31的动作下，切割刀片30沿着与由轮廓元件P的表面S形成的平面平行的方向往复运动，以尽可能靠近所述平面S地切断细丝。
如果需要，切割机构3可以拆卸，以允许嵌入装置根据特定模式操作，而不必须在每个周期执行细丝的切割，这将在下面进行解释。
能够使针绕着其纵向轴线XX’旋转的机构6安装在运动支撑件2上。电机60使安装在轴承63上的带齿的卷筒61旋转。带齿的卷筒61本身与带齿的小齿轮62啮合，带齿的小齿轮62由中空轴53承载，中空轴53经两个轴承64和65相对于运动支撑件2绕其轴线XX’旋转地方式自由地安装。中空轴53在其位于运动支撑件的基部22的端部支撑心轴50，针5被固定到心轴50上。电机61的旋转使得针5旋转。
电机61的旋转速度适于获得橡胶似材料的期望的穿孔效果。具体地讲，观察到，针的高速旋转引起弹性体层的热量直接与其外壁接触。由于针与橡胶之间的摩擦，所以所述弹性体层和针的壁的温度快速升高，结果极大地降低了该薄弹性体层的粘性，并且相应地降低了由针在橡胶轮廓元件中形成的通道的壁上的针的壁的摩擦力。该效果在针的尖端在材料仍然是冷的点会更加明显地产生。
在装置连续操作期间，观察到，针5的温度是稳定的，这仅强调其穿孔的功效。
由该加热现象产生的结果是针的穿孔效果不是由针的尖锐获得，而是由与其接触的材料的塑化获得。
该效果可以解决与其中针不旋转的先前装置的操作相关的问题。即使这些针将与能够将一定量的热传递到他们的加热机构相结合，也能观察到，这些针的温度降低与他们穿孔进入冷的橡胶似材料相当的温度，从而立刻降低他们的功效。然后针陷入橡胶中，并且需要将其升起的力再次使针很好穿透的几何形状变形，并且使橡胶中插入物的位置变得随机。
该问题由根据本发明的机构所解决，在本发明的机构中，热供应沿着针在轮廓元件中穿孔的整个长度不变。
针的旋转速度随着针的直径增加而变快。实践中，针的外径在0.7mm和3mm之间，并且对应于用于产生插入物的细丝的直径。
第一有利效果是对于1.5mm外径的针用5000转/分钟的速度进行操作。但是，对于这种类型的针，实验上给出最好结果的操作速度是15000转/分钟。位于0.7mm直径的针，该相同的优选速度上升到35000转/分钟。因此，为了覆盖需求范围，对于在10000转/分钟和35000转/分钟之间使用的电流，旋转机构需要理想地允许针在从5000转/分钟和50000转/分钟速度范围内旋转。
本发明的实施还可以需要适应性地修改针5的尖端的形状。特别是，应该确保，尖端的边缘52在针旋转期间不切割细丝，以保持针从轮廓元件中撤出期间拉紧细丝，针的尖端不切割细丝将具有使尾部A与细丝的其余部分分开的效果，并且不会降低如以上所阐述的功能。
然后，根据限定用于被采用用作插入物的大部分细丝的规则，使针的尖端52钝化，如图3中所示。
具有避免切割边缘的目的的该规则通过实验已经获得，并且能够通过参照图3容易地被理解，图3是图2中作为插入物示出的尖端的径向部分的放大。
为了限定该径向轮廓的可接受的形状，所述轮廓被切成基本相等的段，在长度上有0.1mm，从内管53的壁到针的外壁。
然后被证实，对于任何指定段Sk，在该段Sk任何点的切线相对于该段Sk任何其他点的切线形成小于20°的角度。
而且，在该段Sk的任何点的切线相对于与正在讨论的指定段Sk相邻的段Sk-1和段Sk+1的任何点的切线形成小于20°的角度。
在图3的实施例中，段Sk-1、Sk和Sk+1分别被点m、n、o和p限定。因此，考虑到段Sk和段Sk-1，点o和m处的切线在他们之间形成在小于20°的角度，并且再考虑到段Sk和段Sk+1，在点n和点p处的切线在他们之间形成小于20°的角度。
按照这种方式，并且根据上述规则，轮廓的形状不限于图2和图3中表示的均匀的凹入曲线轮廓，并且可以包括在他们之间形成的角度小于20°的直线段，优选利用具有凹入轮廓的段结合而不是利用凸出轮廓的段结合。
根据本发明的装置的操作周期的主要位置具体在图4中，并且由括号中的数字1到6识别。每个周期对应于将一个插入物嵌入到轮廓元件P中。
第一位置（1）对应于针5的当其朝着降低位置开始起运动时的升起位置。将观察到，细丝F的自由端延伸超过针52的尖端形成尾部A。
尾部A长度不要太短，以使得当针再次上升时产生期望的效果。实践中，对于轮胎工业中通常使用的织物细丝，将考虑到，尾部的长度在2mm以上可以是有用的，优选在3mm和5mm之间。
第二位置（2）对应于针5的向下运动以及针的尖端刺入橡胶轮廓元件P的表面S的瞬间。
将观察到，在刺入的瞬间，尾部A沿着针5折回。在这种构造中，细丝在针的外表面和橡胶似轮廓元件中形成的穿孔之间不动，使细丝丧失了沿着与针行进的方向相反的方向的任何运动。
第三位置（3）对应于针的降低位置，在该降低位置，针的尖端刺入轮廓元件指定深度h。
然后针开始从其降低位置往回上升到升起位置的运动，如图位置（4）中所示。当针的尖端远离轮廓元件P的表面S指定且可调整的距离d时，达到升起位置。
在该上升运动期间，尾部A的自由部分和细丝的自由部分被轮廓元件的橡胶似材料抓住，运行细丝F被拉伸，并且针沿着相对于轮廓元件P的表面S保持固定的细丝向上升。
当达到升起位置时，刀片30尽可能靠近表面S地切断细丝，并且释放尾部A，该尾部A可以用于嵌入下一个插入物I，如位置（5）所示。
当运动支撑件2处于升起位置时，通过调节运动支撑件2的行进界限来调节长度d，该长度d确定尾部A的长度。通过改变运动支撑件2的运动的幅度以及通过调节降低位置的行进界限，来调节深度h。运动支撑件的行进幅度对应于增加了长度d的深度h。
当尾部被切掉时，细丝F接受来自刀3的刀片30的横向冲击，具有迫使构成尾部的细丝的自由端围绕尖端52被折回的效果。
在惯性的作用下，围绕尖端52折叠尾部的运动足以使该运动不动，从而当针在升起位置（示出在（5）处）和尖端再次刺入轮廓元件P的表面S的位置（示出在（2）处）之间运动时，细丝在针内部往回向上升起。
为了避免细丝往回向上升起，如图1中所示，通过以这样的方式控制输送机构4，即，不管运动支撑件2的位置，使细丝的位于布置在结构1上的输送机构4和中空轴53的入口之间的部分形成环B，而采取多个步骤来确保当其进入针管25时细丝中的拉伸是零。
在整个周期中，针通过电机60被旋转。当针处于升起位置并且细丝的端部不被橡胶似材料保持时，针5和中孔轴53转变细丝F，而细丝F不旋转。为了防止细丝被尖端的端部上的细丝的摩擦束缚，有用的是可以设置由尖端52的边缘形成的线A，以使其基本在垂直于针5的轴线XX’的平面内。所有不均衡可以使细丝运动离开并且因此防止细丝围绕针的不注意的缠绕。
在当针刺入轮廓元件时的时刻，尾部被防止由于由针形成的通道的表面而旋转。尾部围绕其折叠的针的下边缘在细丝上滑动，而不切割他，并且尾部被拽入轮廓元件中，拽入深度h。当针再次升起时，细丝被尾部保持在由针形成的井穴的底部，并且所述针再次升起，同时转变细丝，而不损坏细丝的属性。
为了改善针的上升运动，可以在结构2上放置机构51，机构51用于中空轴53的细丝上游不能动，以防止当在细丝进入中空轴53的入口和输送机构4之间含有的细丝部分不注意拉紧的情况下细丝的升起。该使其不动的机构还证明当被嵌入的细丝硬度高时并且在细丝受压时当其能够提供特定的阻力以变形时是有用的。在这种情况下，当细丝的端部与轮廓元件的表面接触时，在尖端刺入轮廓元件之前细丝不能沿着针升起并且针的运动迫使尾部围绕尖端52折回。
通过使轮廓元件相对于结构1运动一间距，然后通过复制就在上面描述的周期，而嵌入下一个插入物I，如位置（6）示出的。
通过重复这些操作所需要的次数，获得了橡胶轮廓元件，其中，插入物I以有规律的方式被嵌入，例如在位置（7）所表示的。
长度h的插入物包括在其基部对应于尾部A的长度d的折回。细丝在插入物的基部的上长度的存在具有优选增强胎面阻挡元件的基部的优点。
形成本发明的主题的周期示出了这种情况，即，插入物被垂直于轮廓元件P的表面S地嵌入。这种设置没有限制，并且起完全可以提供一种包括用于使针相对于结构和轮廓元件P的表面S的平面方向XX’倾斜的机构的装置。
图5示出了实施根据本发明的装置的特定示例，其可以证明当目的在于增加嵌入速度时是有利的。
在这种构造中，在针的每个周期上细丝的切割被免除并且切割机构被抑制。
为了开始嵌入周期，尾部A应该预先被释放，如图步骤（1）示出。
针刺入轮廓元件P（步骤（2））深度h（步骤（3））。
在步骤（4），针然后上升至升起位置，在升起位置中，针的尖端远离轮廓元件P的表面S距离e。
轮廓元件相对于结构1运动间距e并且针再次开始其周期。
然后足以确定距离d基本比深度h大间距e或者距离d基本等于深度h，以在嵌入下一个插入物的过程中释放作为尾部的环A’，如步骤（5）所示。
连续的插入物通过复制嵌入周期需要的次数而被嵌入，如步骤（6）和（7）所示。
根据第二实施例，插入物包括在插入物基部的折叠的两个股细丝，并且两个连续的插入物通过长度e的一个而彼此连接。
用于实现本发明的装置的在先描述应用到包括单个针的装置。但是，应该容易地理解，在此描述的原理可以应用到包括多个针的装置，所述多个针布置在执行所述往复运动的同一运动支撑件上，并且每个都连接到用于连续输送细丝的机构。
特定的设置可以在运动支撑件的每个周期上嵌入多个插入物，并且可以集合驱动机构和切割机构。带齿的卷筒61可以由能够驱动所有带齿的小齿轮62的带齿的皮带替代，所述小齿轮由中空轴53承载，每个中空轴53经心轴50支撑针5。另外，切割机构3的刀片相应地变宽以在每个周期切割掉所有的细丝。

Claims (14)

1.一种用于将插入物(I)沿着指定方向嵌入到橡胶轮廓元件(P)中的装置，包括：
-至少一个机构(4)，用于连续输送细丝(F)，
-运动支撑件(2)，能够在升起位置和降低位置之间以直线往复运动的方式在结构(1)上运动，
-至少一个中空针(5)，包括沿纵向轴线XX’的通道(53)，细丝(F)能够在通道中行进，针通过其端部(51)之一被固定到运动支撑件(2)的基部(22)，并且在其另一端包括能够刺入所述橡胶轮廓元件(P)的尖端(52)，
-切割机构(3)，布置在结构(1)上，包括刀片(30)，当所述尖端(52)处于升起位置以在针的出口处释放构成尾部(A)的指定长度的细丝时，刀片(30)能够切断细丝(F)以在针的往复运动的每个周期使细丝离开针的尖端(52)，
其特征在于，运动支撑件包括能够使针绕其纵向轴线XX’旋转的机构(6)，并且，所述针的尖端(52)被钝化，以使得当将所述尖端的任意径向轮廓切成长度为0.01mm的段时，指定段(SK)的任意点的切线相对于所述段(SK)的任意其他点的切线和与正在讨论的指定段(SK)相邻的段(SK-1，SK+1)的任意点的切线形成小于20°的角度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，形成尖端(52)的边缘(A)的线基本布置在与针(5)的轴线(XX’)垂直的平面内。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于使针旋转的机构(6)能够以在5000转/分钟和50 000转/分钟之间的速度使所述针旋转，通常以在10 000转/分钟和35 000转/分钟之间的速度使所述针旋转。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，针的外径在0.7mm和3mm之间。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，切割机构(3)是在平面中往复运动的刀(30)。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，切割机构(3)是可拆卸的。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，针与用于使细丝(F)不能动的机构(51)结合，机构(51)布置在运动支撑件(2)上并且能够防止细丝(F)在针(5)中沿着与输送方向相反的方向行进。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，输送机构(4)连接到调整机构，所述调整结构能够保持位于所述输送机构和进入针的通道的入口之间的细丝部分为零拉伸，而不管运动支撑件(2)的位置。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，包括用于使针(5)的方向(XX’)相对于结构(1)倾斜的机构。
10.一种用于将一个细丝(F)或多个细丝沿着指定方向嵌入到橡胶轮廓元件(P)中的装置，包括：
-运动支撑件(2)，能够在升起位置和降低位置之间以直线往复运动的方式在结构(1)上运动，
-多个中空针(5)，包括沿纵向轴线XX’的通道(53)，细丝(F)能够在通道中行进，每个针通过其端部(51)之一被固定到运动支撑件(2)的基部(22)，并且在其另一端包括能够刺入所述橡胶轮廓元件(P)的尖端(52)，
-多个机构(4)，能够为每个针连续输送细丝(F)，
-切割机构(3)，布置在结构(1)上，包括刀片(30)，刀片(30)能够切断细丝(F)以在往复运动的每个周期使细丝离开每个针的尖端(52)，以在每个针的出口处释放构成尾部(A)的指定长度的细丝，
其特征在于，运动支撑件包括能够使每个针绕其纵向轴线XX’旋转的机构(6)，并且，每个针的尖端(52)被钝化，以使得当将所述尖端的任意径向轮廓切成长度为0.01mm的段时，指定段(SK)的任意点的切线相对于与正在讨论的指定段(SK)相邻的段(SK-1，SK+1)的任意点的切线形成小于20°的角度。
11.一种利用包括一个或多个针的根据权利要求1-10中任一项的装置将由细丝部分形成的插入物(I)经橡胶轮廓元件(P)的表面(S)之一嵌入到橡胶轮廓元件(P)中的方法，其中，每个针具有在以下过程中的步骤：
A-当针处于轮廓元件(P)的表面(S)之上的升起位置时，指定长度的细丝被释放到尖端(52)侧以构成尾部(A)，
B-针(5)的尖端(52)降低，以使所述针(5)的尖端(52)刺入轮廓元件(P)指定深度(h)，所述深度(h)大于尾部的长度，
C-针(5)从轮廓元件(P)抽出，同时允许细丝(F)在针内部行进，
D–针(5)的尖端(52)在轮廓元件(P)的表面(S)之上升高指定高度(d)，以在针的尖端(52)和轮廓元件(P)的表面(S)之间释放长度(d)的细丝，
E–利用切割机构(3)在轮廓元件(P)的表面(S)上切断细丝，以释放指定长度(d)的新尾部(A)，
其特征在于，针绕其纵向轴线旋转。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，针以在5000转/分钟和50 000转/分钟之间的速度旋转。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在步骤E之后：
F–轮廓元件(P)相对于所述结构运动指定间距(e)以嵌入另一插入物(I)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，切割机构被压制以消除步骤E，其中，针的尖端在橡胶轮廓元件(P)的表面(S)之上升起基本等于深度(h)的高度(d)，增加间距(e)的长度，以形成新的尾部(A’)。
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