CN1076659C - 在支撑材料上布线的方法与设备 - Google Patents

Abstract

在一层支撑物(9)上布上线(3)，而同时使线(3)具有曲折状的方法和设备(1)，其特征在于：(a)以受控制的线速度V₁送入线(3)；(b)在其前进方向的横向移动该线々(3)；(c)在该支撑物(9)上布线时，线(3)和与其接触的支撑物(9)以小于V₁的线速度V₂被带动；(d)线(3)的构象比由比值V₁/V₂决定。本发明方法和设备所得到的层状物。用这样的层状物制造的制品，特别是轮胎。

Description

在支撑材料上布线的方法与设备

本发明涉及在支撑材料(support)，特别是塑料或橡胶支撑材料上布线的方法与设备，本方法与设备能用来制造比如补强层，特别是轮胎补强层。本发明特别涉及能将线布在支撑材料表面上，而同时又使其具有曲折状的方法与设备。

在如下的专利或专利申请中叙述过能将线布在支撑材料表面，而同时又使其具有曲折状的设备：

FR-A-2，042，859、FR-A-2，325，497、US1，800，179、US5，002，621、US4，820，143。

这些设备至少具有如下一种缺点：

-复杂，因此经常损坏，或需要昂贵且经常的维修；

-布线的精密度差，因此得到的层的几何形状不均匀，所以沿其长度方向上物理性能多变；

-速度低。

美国专利4,981,542叙述了一种使用两个夹子在支撑物上布线(yarns)的设备。这个设备使线得以极精确地放下，但由于夹子的依次运动复杂，需要在线刚一作横向运动，然后布向支撑物时，以及开始向支撑物布线时，支撑物都得停止运动，所以布线速度比较慢。

美国专利5,242,520叙述了一种在支撑物上布线的设备，这种设备使用了一种具有固定齿和可移动齿的转鼓。而国际专利申请书WO92/12001叙述了一种布线设备，它以控制的速度将线送到一个转鼓上，藉助于相对于另外一些与转轴平行的齿相对移动的齿来得到曲折状，在所述的齿当中，至少有一些在与线相接触的自由端与固定区之间是可活动变形的。这些设备可以以较高的精确度布线，且有较高的速度，但它们比较复杂而且昂贵。

本发明的目的是克服这些缺点或在相当程度上减轻这些缺点。

因此，按照本发明的方法，将至少一根线布在至少一层支撑物上，得到至少一个层，而同时使线具有曲折状，本方法的特征在于：

(a)该线以可控制的线速度V₁提供；

(b)该线向相对其前面的方向上做横向移动；

(c)当在支撑物上布线时，由于有横向移动使线具有曲折状，因此线与支撑物以如下的关系被驱动，即支撑物的线速度V₂小于V₁；

(d)因此，这样在支撑物上的线的构象比由比值V₁/V₂决定。

本发明也涉及用来将至少一根线布于至少一层支撑物上，以得到至少一个层，同时又使该线具有曲折状的设备，该设备的特征在于：

(a)它具有一种能以受控制的线速度V₁提供线的装置；

(b)它具有一种能在线的前面方向造成该线发生横向移动的装置；

(c)它具有能将该线布在支撑物表面上的装置，而且由于该装置能使线发生横向移动，而且该装置能使得线与它接触的支撑物以支撑物的线速度V₂小于V₁的方式受到驱动；

(d)这样布在支撑物表面上的线的构象比由V₁/V₂比来决定。

本发明也涉及由本发明的方法与设备而得到的层，具体为一些补强层。

本发明还涉及包含了这些补强层的制品，这些制品比如有管子以及橡胶制品，特别是轮胎。

这里使用的“线”一词，具有很一般的意义。这种线可以是比如由一根或几根单纤维形式的“单线”(single thread)。当这种单线由一根单根纤维(single filament)构成时就称之为“单丝”(monofilament)，而当这种单线由几根单纤维构成时则称作“复线(multifilament)”。线本身也可以是单线的组合体。比如，当这种组合体是通过单线加捻的操作而结合的单线组合成时，它称为“加捻线”；当这种组合体是由几根线组成，而且其中至少有一根是加捻线，并通过一次或几次加捻将它们组合在一起时，就称为“复捻线”。

“曲折状”的表达意义是很一般的，比如它可以用于线具有波浪状的情况，特别是一种实际上为正弦波形状时，也可以用于线实际上具有由弯曲的部分联接的直线线段的形状时。

此线最好是纺织用线，比如芳族或非芳族聚酰胺的线，人造丝或聚酯线，也可以是具有不同直径(最好为0.2～4mm)、不同材料组合的线，不过本发明也适用于非纺织用线，比如说金属丝，特别是钢丝、碳丝或玻璃丝或硼纤维，一般说来，这种线的直径可以小于0.2mm或大于4mm。

下面的非限定性实施例将用来说明本发明，同时参考附图，在这些附图中：

图1表示的是按照本发明的设备的截面投影图；

图2表示的是如图1所示设备的俯视图；

图3表示的是在图1及图2中所视设备中使用的制动系统的截面局部放大图；

图4表示的是使用本发明的设备而得到的本发明的线层俯视图；

图5表示的是本发明的另一种设备的部分俯视图；

图6表示的是本发明的另一种设备的部分剖面图。

在图1和图2中所示的按照本发明的设备1包括了几个线轴2，在每个线轴上缠有线3。为了使附图清晰，在图1及图2上只画了3个线轴2，此线3由主动轮5来拉动，通过一个制动装置4，这个装置使得所述的线3在由系统4中拉出时稍有张力，然后再进入主动轮5。

在图3上显示了制动装置的部分放大细节，比如说，它包含了许多线间弹簧(interleaved springs)41的偶合40，以及线3，每根线都通过这些弹簧偶合40中的一个。通过相应的偶合40加到线3上的力可以随着圆柱42的重量P₄不同而变化，这个圆柱与弹簧41中的一个相接触，并将其拉向下方。

主动轮5拉动线3时没有滑动发生，它使线具有一个给定的线速度(对所有的线，这个速度是一样的)，这在图1和图2上用箭头V₁表示，其方向是在比如水平方向的纵向。图1是设备1在图2上V_p方向的侧视剖面图；图2是设备1的俯视图；而图3是在通过线3的垂直平面上，制动装置4的截面图。

主动轮5由7个辊子50组成，它们的水平平行轴为51，这些轴51在线3的前进方向上彼此错开，在图1上此前进方向用水平箭头V₁示意性地指出。具有同样直径的几个辊子50由皮带52带着转动，此皮带缠在辊子50的轮毂53及辊子54上面，沿箭头F₅₂的方向运动。辊子50包括4个轴51的排列方向基本在一个水平平面上的辊子501和3个轴51的排列基本在低于前述平面的另一水平平面上的辊子502。在皮带52的作用下，辊子501也以相同的角速度转动，这在图上用Ω₅₀₁表示，3个辊子502也以相同的角速度转动，这用Ω₅₀₂表示。如图1所示，箭头Ω501和Ω502彼此方向相反，但具有相同的绝对值。驱动皮带52的装置是已知的，这包括电机55，它驱动着辊子50当中的一个。

在主动轮5的出口处，送出的每根线3的长度是恒定的，每秒钟的长度就等于线速度V₁，即向量V₁的绝对值。

由主动轮5送出的线3到达装置6，该装置使线3合在一起，使它们在一个基本水平的平面上排列或彼此基本上平行的形状。这个装置6并非绝对必须的，但它会使线3在下面的动作更容易进行，它包括比如一个线3可以通过的固定梳。

随后线3通过装置7，这个装置使线3能够进行如图2上由相反的箭头F1和F2表示往复横向运动，F1和F2与在图1和图2上用箭头V1表示的线3的一般前进方向垂直。此装置7比如是一个导线器，其如箭头F1及F2表示的横向运动是由系统8带动的，系统8包括一个电机80，它带动固定在飞轮82上的连杆81。

支撑物9，比如说是一种涂有一层橡胶的塑料薄膜，开始时是缠在卷轴10上的。它由轧辊12带动通过系统11，用来调节其张力。这个系统11是已知的，它包括比如一个水平辊子110。辊子110的轴111的垂直位置就能够调节电机100的速度，电机100造成支撑物9从卷轴10上退绕，而辊子110的重量为确定支撑物9的张力。

这样，支撑物9就以恒定的张力到达轧辊12上，由于导线器7的作用，线3就在刚进入轧辊12时以波浪状被布线在支撑物9的橡胶面上，由于轧辊12的两个转筒120和121的压力，使线3和支撑物9实现了最终的接触。其外表面光滑的圆柱形转筒120和121具有相同的直径，分别以Ω₁₂₀和Ω₁₂₁表示的绝对值相等而方向相反的角速度转动(图1)。这样，轧辊12就带动着处于接触状态的支撑物9和线3以图1中向量V₂所表示的恒定纵向速度前进，此速度V₂的绝对值要小于线速度V₁。

设备1没有调节主动轮5与轧辊12之间张力的装置。

装置7的调节方式是，使线3在主动轮5与线和支撑物9接触进入轧辊12的那一点之间呈接紧状态，而这是当装置7达到其横向最远位置(按F₁与F₂箭头计)，即当线3与纵向形成最大夹角时是这种状态。而另一方面，当装置7位于这两个极端位置中间时，每根线3在装置7和轧辊之间也可以设想处于一种松驰的状态，由于轧辊12所驱动的线速度V₂小于由主动轮5中送出线3的线速度V₁，所以就不再处于有张力的状态。当装置7实际上处于前述两个极端位置之间时，在靠近其中间位置附近这种松驰现象最为严重。这样在线3到达支撑物9的均衡化应该自动进行，其方式是，使得在相当于线3的波浪形一个波长的时间T内，布在支撑物9上的每根线3的长度等于V₁T而且是个恒定值，这时V₁以及装置7的往复运动的频率被设为固定值，T相当于装置7完成一个往复运动的时间。在制造层13时，速度V₂也设为一个固定的值。

具体说，是通过已知的装置来调节装置7与轧辊之间的距离来对装置7进行所述的调节。为了简化，这种已知装置没有画出。

可以用简单的方法控制装置7沿箭头F₁和F₂的摆动振幅，比如说改变连杆81在飞轮82上的位置。

由支撑物9和与支撑物9相接触的线3组成的层13通过张力调节系统14，然后卷绕在由电机15驱动转动的卷轴15上。系统14比如类似于前述的系统11，最好给予支撑物9的张力与系统11相同。

图4显示的是在轧辊出口处得到的一部分层13的俯视图。对于给定的线3，“l”表示线3的一个波浪的波长，也就是说，位于层13的同一侧，在相对于箭头V₂的左方的这个波的相继两个波峰A之间的直线距离，而“L”代表相继两个A点的波浪线3的实际长度，也就是一个波的长度。我们设一个定义，由关系式τ＝L/l得到线3的构象比τ。这个比值τ等于关系式R＝V₁/V₂所得到的比值R，这就是说，它可由线速度V₁(线3离开主动轮5时的线速度)与V₂(由于轧辊12的作用造成的支撑物9的线速度)之比来得到。

在层13上线3的波动周期，也就是说对于给定的线3，在给定层13长度上的波浪数，可以通过调节导线器7的往复运动频率和轧辊辊子转速之间的比值来决定。

图4表示了位于两个相继A点之间的谷点B，这个点B位于第一个点A顺箭头V₂方向的右边，因此这个点B相当于半波长。应该注意到，在装置7的摇动和任意一根线3在支撑物上的位置之间会有一定的滞后，这就是说，在图4上每个点A实际上相当于按照箭头F₂(指向右方)装置7的极端位置，而每个B点实际上相当于装置7沿前箭头F₁(指向左边)的极端位置。

在所述的实施例中，塑料薄膜保证了对支撑物9的固定，也避免了在制造层13时此支撑物上的橡胶被拉长。

本发明的装置1有如下的优点：

-它可以不用在主动轮5与轧辊12之间调节线3张力的装置，按照所述实施例的这个优选实施方案使得制造过程得以简化，因为调节主动轮5与轧辊12之间的张力要求在张力调节装置与装置7的位置之间有一个复杂的依存关系，以便按照线3在支撑物9上的波浪位置来控制张力；而在本发明中，另一方面，很容易得到速度V₁与速度V₂间的相互依存关系；

-通过调节主动轮5和轧辊12的速度，就直接、简单而精确地调节了线3的构象比，而且导线器7的往复横向运动的振幅并不一定要精确地调节，因为振幅的任何可能的变化都会由于下面的现实而得到校正，这就是，线3是以恒定长度放置在支撑物9上的，线3在支撑物9表面上的滑动发生在通过轧辊12的两个辊子120和121间之前，这样就自动地校正了这个变化，而且在任何情况下，线3都精确地近按预先给定的线速度V₁与V₂的比确定给定的比值τ布下，而与导线器7无关；

-由于没有对主动轮5与轧辊12间的张力控制，所以可以用高速(如以10米/分的数量级)来制造层13，这个速度可达到甚至超过20米/分；实际上，对张力进行控制要使用在线通过时会引起振动的设备，这就大大限制了通过速度。

作为例子，更详细的设计如下：

-支撑物9：涂有橡胶的聚乙烯片材，此支撑物的宽度为100mm；

-线3为尼龙加捻线，其直径为约1.2mm，线轴2的数量为40，每根线3一个轴2；

-线速度V₁等于13米/分，线速度V₂等于10米/分，因此比值τ等于1.3；

-层上每根线3的波长l等于15mm，层上线的密度为40线/dm，此密度为垂直于层的纵向方向上测量的，即垂直于箭头V₂的方向测量的；

-装置4所赋予的张力为2N/线，装置11和14所赋予的张力对于支撑物组合体9或层13为10N，因此，对于支撑物9和层13张力是相同的。

不言而喻，这些数量块不是限定性的，比如，可以增加线轴2的数目以达到甚至超过60，而层的宽度可以达到甚至超过60cm。

本发明也应用于只使用一根线3的情况。

比值τ可以在很大范围内变化，比如由1.01至3。

类似地，线3的波浪长度“l”可以在很大范围内变化，比如由5至50mm。

层13的线3密度可以在很大范围内变化，比如由1至60线/dm。

本发明并不限制于前述这些装置，比如可以用线3通过两根皮带来代替主动轮5；用具有与线3相同数量孔的导线器代替梳6。

在前述的实施例中，在主动轮5的出口处，线3都具有相同的速度，但是本发明也应用于比如在主动轮5的出口处线3具有不同速度的情况，这如同在图5中所示。在设备1A中(在图5中只显示了该设备一部分的俯视图)，包括3列圆柱体50A的主动轮形成了装置5A。每列都由3个圆柱体50A₁、50A₂和50A₃所形成，它们有相同的轴和不同的直径，每根圆柱体上通过1根线3。同一列50A的三个圆柱体50A₁、50A₂和50A₃以相同的角速度转动，因此，三根线3的线速度从一根到另一根是变化的，由距圆柱体50A₁向圆柱体50A₃而减小，所以比值τ也是从层13A上的一根线到另一根线有变化的，从层的一侧向另一侧增大，这如图5所示。为了避免线3在支撑物9A上过分滑动，因此最好对每根线，在轧辊12A与进行往复运动的装置7A之间的距离越大，则线3在进入这些装置时的直线距离越小。比如，当此装置7A由导线器构成时，线通过的孔的长度以前述的方法变化(即相当于线速最大的孔的长度最大，穿过线的所有这些入口位于距轧辊12等距离处)。

如图6所示，本发明应用于使用几个支撑物来制造一个层的情况。在此图上显示出的是设备B一部分的垂直截面，该设备有一个轧辊12B，它具有两个辊子120B和121B，在其上面有两个比如与在设备1中所述的支撑物9一样的支撑物9B。线3通过做往复运动的装置7B，此装置比如和前述的装置7相同，线3被夹在两层支撑物9B中间，这时的线呈曲折状，这就制造成包括了排列在两层支撑物9B之间的线3的层13B。

本发明的层可用于比如增强轮胎，比如将其铺在此轮胎的轮周增强层的上方，或者有几层帘布层时，位于这些轮胎的帘布层之间，特别是常用轮胎的情况下。在成型和/或固化时，这些层的线失去其正弦形状，在这些轮胎的圆周方向取向，这就是说，基本上在垂直于轮胎转动轴的各平面上取向，使得箍住这些补强层，以便比如耐得住离心力，特别是在飞机轮胎的情况下更是如此。

也可以设想这样的情况，在含有这些层的轮胎成型和硫化后，按照本发明的层仍然全部或部分保留其线3的波浪形。

当然本发明并不限于上述的实施方案。

Claims (10)

1、通过在一个橡胶支撑物(9)上布一根增强线(3)或多根增强线(3)，同时又给每一根线(3)以曲折状，来获得一个层(13)的方法，该方法包括如下步骤：

a)以一个恒定并且可控制的线速度V₁送入每一根线(3)；

b)以一个恒定的线速度V₂送入该橡胶支撑物(9)，该V₂小于V₁；

c)然后，在线的前进方向往复横向移动所送入的每一根线(3)，之后

d)通过驱动轧辊(12)将由此横向送入的每一根线(3)布在橡胶支撑物(9)上，由此布在支撑物上的线(3)的构象比L/1是由比值V₁/V₂确定，其中L是线的一个波浪的实际长度且1是一个波浪的直线长度。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)的送入该线之前，通过向其施加制动力，控制该线的张力。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤c)的横向移动该线之前，多根这样的线被集合在一起。

4、用于布至少一根线(3)至一个支撑物(9)上以得到一个层(13)，并使线(3)为曲折状的设备，该设备包括：

a)驱动装置(10，11)，用于以受控的线速度V₁送入线；

b)用于在线的前进方向上横向移动线的装置(7)；

c)用于驱动支撑物和布线至支撑物上的驱动轧辊装置(12)，所述的驱动轧辊装置是不含用于使得线为曲折状的任何机械的夹持或导向装置，并其通过一定跨距与所述横向移动线的装置(7)分隔开，使得线在被送入而跨过用于横向移动线的装置(7)和该驱动轧辊装置(12)之间的跨距时未被支撑，且所述的驱动轧辊装置包含具有光滑外表面的转筒，通过将线横向移动的装置使得线在支撑物上直接为曲折状，驱动轧辊装置(12)驱动支撑物由此使得线与支撑物接触，以致于支撑物的线速度具有低于V₁的V₂值；所述设备是没有用于控制在送入线的驱动装置和驱动轧辊装置之间的线的张力的装置；

d)由此布在支撑物上的线的构象比L/l是由比值V₁/V₂确定，其中L是线的一个波浪的实际长度且1是一个波浪的直线长度。

5、如权利要求4所述的设备，其中，该设备还包括在该从动送入装置(5)的上游的制动装置(4)，用于在该从动装置(5)的入口处控制每一根线(3)的张力。

6、如权利要求4或5所述的设备，其中，该设备还包括在用于横向移动该线的装置(7)之上游的集合装置(6)，用于将多根线(3)集合起来。

7、如权利要求4或5所述的设备，其中，该用于横向移动线的装置(7)包括一个导线器。

8、如权利要求4所述的设备，其中，该驱动装置包括由多个辊子(50)形成的主动轮(5)。

9、如权利要求8所述的设备，其中，该多个辊子(50)由电机(55)和皮带(52)驱动。

10、如权利要求4或5所述的设备，其中，该驱动轧辊装置(12)没有任何用于给该线(3)以曲折状的机械的保持和导向装置。

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