CN108495745A - 用于后处理轮胎的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在硫化过程之后后处理轮胎的方法和装置，所述方法和装置支持在PCD(130)的隔热腔室内将包含残余热量的成品轮胎从第一温度水平缓慢和受控冷却到第二温度水平，并且作为PCI功能(120)的一部分，借助于支撑气体可选地使用轮胎内部压力。

Description

用于后处理轮胎的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在硫化过程之后后处理轮胎的方法和装置，该方法和装置支持借助于支撑气体可选地使用轮胎内部压力来缓慢冷却和/或快速冷却包含残余热量的成品轮胎。
背景技术
生产轮胎的基本生产步骤之一是生胎的硫化。为此目的，将生胎放置在位于轮胎硫化机内的模具中，然后加热至与材料相关的硫化温度并在生胎的内侧受到硫化压力。为了达到硫化温度和硫化压力，在合适的温度和压力下将合适的加热介质引入生胎的内部。生胎通常借助于装置固定在模具内，使得在生胎内形成基本上压力密封的腔室。
与作为轮胎生产过程的最终产品的成品轮胎一样，生胎已经是由大量半成品元件组成的高度复杂的部件。由于多层结构和由此产生的壁厚差异，对硫化温度的引入和硫化之后成品轮胎的冷却有特殊要求。
为了进行弹性体材料的硫化，必须将相当大量的热能引入到材料中。在该过程中，加工时间由较厚的材料区域确定，因为这里需要更长的时间来引入足够量的热能。
胎面是生胎的特别厚的区域。侧壁是相对较薄的结构。这种厚度显著差异的原因是布置在胎面区域中的诸如钢带、带覆盖层和橡胶/未硫化橡胶层的附加的轮胎部件，所述橡胶/未硫化橡胶层比侧壁厚得多。这种厚得多的橡胶/未硫化橡胶层具有更大的壁厚，尤其是因为它包括了在硫化过程中产生的实际轮胎轮廓。为此目的，在那里提供的胎面区域或厚壁橡胶/未硫化橡胶块必须加热到可以塑性流动的程度并且可以通过硫化压力被迫进入到轮胎硫化机的生胎模具的型材阴模中。
从根本上说，硫化的目的是在一个或两个以上时间间隔内通过温度和压力的作用加热生胎，以使其尺寸稳定，即通过交联工艺将生胎的部件连接在一起并将弹性性能传授给基本材料和橡胶/未硫化橡胶层。为此目的，不仅对压力和温度的实际作用有要求，而且对与用于交联并且可能用于加速交联的基本材料相匹配的各种添加剂物质也有要求。合适的交联物质的可能示例是二氯化二硫(特别是在天然橡胶的情况下硫磺硫化)、过氧化物或金属氧化物，而基于巯基苯并噻唑或二硫代磷酸锌的添加剂适合于加速交联。
在硫化过程之后，生胎硫化生成的成品轮胎从轮胎硫化机中移除。目的是在硫化过程之后尽可能早地移除轮胎，以使轮胎硫化机能够被供应新的待硫化的生胎，并且以这种方式减少工艺循环时间和/或增加或最大化机器的输出。
在硫化过程之后尽早移除轮胎的不可避免的结果是成品轮胎尚未冷却或尚未完全冷却并且由于先前为硫化过程引入的大量热能而处于高温下。这种“残余热量”可以导致轮胎温度超过100℃。根据轮胎和材料的类型，轮胎在从轮胎硫化机中移除时的残余温度可以是约160℃，在某些情况下甚至更高。
实际上，这意味着轮胎硫化温度Tvulk在许多情况下为150至190℃、优选160至180℃。在从轮胎硫化机移除成品轮胎期间或之后，轮胎的残余温度Trest通常对应于Tvulk减去0至10％。
根据轮胎的类型、预期用途和材料性能以及成品轮胎的壁厚，从轮胎硫化机中移除的成品轮胎可能需要在轮胎后处理装置中进行后处理。特别是为了实现非常紧密的尺寸公差和/或非常好的同心度性能，可能需要冷却在施加的内部压力下移除的成品轮胎。为此目的，仍然包含残余热量的成品轮胎被容纳在轮胎后处理装置中，称为后固化充气机(PCI：Post-Cure Inflator)，并且借助于支撑气体经受过量的内部压力。支撑气体优选为过量压力高达0.5MPa的压缩空气。
通常，在没有在PCI中对成品轮胎进行后处理以满足这些要求，从而消除废品的情况下，则无法以这种方式实现通常由高均匀性值指定的精确的轮胎尺寸公差、同心度性能和/或平衡精度水平。
与从轮胎硫化机的模具中移除之后完全硫化的轮胎的后处理有关的另一个措施是冷却，以便尽可能快地去除轮胎的残余热量，即将成品轮胎冷却到室温。
冷却的目的是将轮胎的残余温度降低到环境温度水平，并且优选地在对应于轮胎硫化机的一到两个加热循环的时间段的连续工艺步骤中进行。
现代轮胎设计及其材料以及几何尺寸，特别是壁厚和壁厚变化，越来越需要轮胎后处理措施，这些措施旨在控制包含残余热量的成品轮胎的较慢冷却。在许多情况下，以更快冷却为目的的先前的后处理可能是不够的和/或可能对成品轮胎在质量、尺寸精度的水平和材料性能以及交联和不希望的还原方面是不利的。利用已知的轮胎后处理装置，也不能充分支持环境保护方面以及节能和/或更有效的能量使用的相关主要要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在轮胎硫化过程之后后处理轮胎的装置，以便至少部分地减少所提到的缺点并为新的质量要求提供解决方案。
根据本发明的教导认识到，通过将包含残余热量的成品轮胎缓慢冷却，特别是在控制或监测下分阶段冷却到室温，可以提高轮胎质量和/或能量效率。可选地，至少部分地将PCI工艺步骤与将包含残余热量的成品轮胎缓慢冷却的工艺步骤、特别是在控制或监控下分阶段冷却至室温的工艺步骤组合。
在根据本发明的意义上，缓慢监测的冷却被认为意味着在至少两个加热循环中借助于步骤1冷却持续至少20分钟：
步骤1：在轮胎硫化机的大约两个加热循环的时间段内，在根据本发明的隔热腔室中，将包含残余热量的成品轮胎冷却至硫化温度与环境温度之间的受控温度水平，即中间温度Tzw。
借助于步骤2可以用正常冷却来补充缓慢监测的冷却。
步骤2：在至少一个加热循环内通过环境的正常冷却将成品轮胎从中间温度水平Tzw冷却至排出温度。
包括在隔热腔室内缓慢冷却的步骤1可以优选地实施为受控或监测的冷却，其中，特别地，围绕待冷却的成品轮胎的隔热腔室创造了不受例如环境空气温度和/或来自环境的空气速度(例如由于车间在一年中的不同时间通风和/或由于在开放的车间门处的气流而产生的更高的空气速度)的破坏性影响的气候。
在设计方面，提议进一步开发后固化充气机(PCI)形式的轮胎后处理装置，并为其提供具有隔热性能的封装腔室，以接收包含残余热量的成品轮胎。封装腔室设计成能确保成品轮胎从残余热量水平到中间温度的缓慢或受控冷却。腔室优选地由多个部件构成，并且可以打开和关闭，以便装载和清空。这种用于包含残余热量的成品轮胎的新型冷却系统被称为后固化装置(PCD：Post-Cure Device)，特别地，支持与PCI的组合。
通过使用PCD，可选地使用PCD和PCI的组合，可以至少部分地在缩短硫化时间、改善轮胎质量、提高尺寸精度的水平和材料性能、未硫化橡胶材料的交联程度和抑制或减少不必要的还原过程以及至少部分地利用残余热量作为能源等方面实现优势和改进。
附图说明
附图中示出了本发明的说明性实施例，其中：
图1示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置的一个说明性实施例的三维视图，该装置具有PCI和PCD，其中，描绘了处于关闭位置的用于在其内部容纳至少一个轮胎的上隔热腔室，
图2示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置的一个说明性实施例的三维视图，该装置具有PCI和PCD，其中隔热腔室处于打开位置，
图3示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置的一段的透视图，该装置具有用于隔热腔室的运动装置，所述运动装置偏心地且平行于轴线布置，
图4示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置的一个说明性实施例的三维视图，该装置具有两个PCI和两个PCD，其中，分别包含的隔热腔室在上半图部分中是打开的以接收至少一个轮胎并且在下半图部分中是关闭的，
图5以透视图示出了用于在具有成品轮胎的PCD的隔热腔室的打开情况下后处理轮胎的装置，
图6示出了类似于图5的情况，其中成品轮胎存放在腔室中，
图7示出了降低的第一腔室元件的位置，
图8示出了第三腔室元件，其处于与图7相比已部分地沿隔热腔室的关闭位置的方向移动的位置，以及
图9以透视图示出了在PCD的隔热腔室的关闭位置下后处理轮胎的装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置100的一个说明性实施例的三维视图，所述装置100具有PCI 120和PCD 130。PCD 130的主要部件是罐形构造的上隔热腔室131(在图1中处于关闭位置示出)，在所述上隔热腔室131的内部可容纳至少一个成品轮胎200。用于后处理轮胎的装置100优选地具有框架结构110，所述框架结构110由带有至少一个支架112的一个柱111或由带有至少一个横构件112的至少两个柱111形成。
PCI 120的基本部件元件包括优选地在其胎圈处的至少用于夹紧和密封轮胎200的装置以及用于对轮胎内部加压并且布置在隔热腔室131内的装置部件。
用于后处理轮胎的具有一个柱111和支架112的装置100的实施例和具有至少两个柱111和横构件112的装置的实施例提供了优点和缺点。具有一个柱111和支架112的实施例支持PCI 120和PCD 130通过几乎360°的径向可达性，但是对变形的抵抗力较小。具有两个柱111和横构件112的实施例支持非常低的变形和稳定的结构，但提供到PCI 120和PCD 130的较少的径向可达性。
图2示出了用于后处理轮胎的上部装置100的三维视图，所述装置100具有PCI 120和PCD 130。隔热腔室131由至少一个第一腔室元件132和至少一个第二腔室元件133构成，并且它们优选能够相对于彼此以轴向线性方式移动，从而允许进入腔室的内部，以装载或卸载至少一个轮胎200。腔室元件132、133为杯形设计，其结果是隔热腔室131在关闭位置具有罐形构造。隔热腔室131的至少两个腔室元件132、133的轴向线性运动路径的尺寸设计成使得打开至少对应于轮胎宽度的净孔径宽度。
为了使至少两个腔室元件132、133相对于彼此可移动，腔室元件132、133中的至少一个以轴向可移动的方式布置并且借助于运动装置140在用于后处理轮胎的装置100内是轴向可移动的。该设计还可以借助于共用的运动装置或通过相应的单独的运动装置140使至少两个腔室元件132、133轴向可移动。行进运动优选地是线性的且轴向的或轴向平行于根据本发明的用于后处理轮胎的装置100。
所述至少一个运动装置140可以以各种方式实施。特别地，考虑将用于第一腔室元件132和/或第二腔室元件133的运动装置布置在用于后处理轮胎的装置100的中心轴线上，并且将其构造为基于气动、电动或液压操作模式的带有集成的线性引导件或线性导向活塞杆的双作用运动气缸。
作为替代或补充，运动装置140可以相对于用于后处理轮胎的装置100轴向平行且偏心地布置，如图3所示。运动装置140的本实施例可以为每个腔室元件132、133、134提供至少一次，并且具有至少两个对应于两个功能任务的运动装置部件141、142。
第一部件包括用于实现导向功能的线性引导件141。为此目的，导轨141'优选地固定在柱111上，其导向轮廓以可移动的方式与带槽联接件141”相互作用并吸收和支持作用力。基于气动、电动或液压操作模式的线性驱动器142满足沿着运动路径引入运动力的功能要求，并形成运动装置140的第二部件。
以这种方式，布置在中心轴线上和/或轴向平行于用于后处理轮胎的装置100的运动装置140中的至少一个支持所述至少两个腔室元件132、133相对于彼此的轴向可移动性，因此能够打开腔室的内部，以装载或卸载至少一个轮胎200。如果相应的运动行程被最大限度地利用，则腔室元件132、133处于打开位置或处于关闭位置。
图4示出了根据本发明的用于后处理轮胎的装置100的说明性实施例，所述装置100具有两个PCI 120和两个PCD 130，其中，分别包含的隔热腔室131在上半图部分中是打开的以接收至少一个轮胎并且在下半图部分中是关闭的。在本示例中，框架110由带有总共三个横构件112的两个柱111形成，并且PCI 120和PCD 130轴向串联布置为功能单元，从而可以对两个加热循环进行轮胎后处理步骤。然后，下腔室或在适用的情况下的上腔室在不同的情况下接收来自轮胎硫化机(热压机)的下一个轮胎。
图5以用于后处理轮胎的装置的透视图示出了带有成品轮胎200的PCD 130的隔热腔室131的打开情况。这里，成品轮胎200被示出处于悬挂位置，即示出了在装载或卸载时的情况，其中，用于装载或卸载隔热腔室131的操作装置已经从图示中省略。
在图5所示的说明性实施例中，示出了由三个腔室元件132、133、134组成的隔热腔室131。这里，第一腔室元件132和第二腔室元件133形成上部件和下部件，第三腔室元件134被实施为与第一和第二腔室元件132、133同心的环形段。三个腔室元件132、133、134中的至少两个可借助于一个或两个以上运动装置140以线性轴向方式移动，从而允许采用隔热腔室131的打开位置和关闭位置。
借助于三个腔室元件132、133、134的这种腔室构造的优点在于优选地圆柱形的腔室侧壁的三重分区。凭借这种设计构造，可以借助于第一腔室元件132和第二腔室元件133相对于彼此的相当小的运动路径实现净开口宽度，并且以这种方式降低整个装置的或其部件的整体高度。对于减小运动路径或装置的整体高度的贡献的决定性因素是第三腔室元件134的环宽度。
图6示出了类似于图5的情况，其中成品轮胎200存放在腔室131中。
图7描绘了降低的第一腔室元件132的位置，并且以这种方式示出了处于部分关闭状态的隔热腔室131。图8示出了第三腔室元件134处于相对于图7在隔热腔室131的关闭位置的方向上部分地移动的位置。
图9以透视图包括了用于在PCD的隔热腔室131的关闭位置中后处理轮胎的上部装置100。在该布置和位置情况下，用于后处理轮胎的装置100特别支持根据本发明的缓慢冷却在隔热腔室131内的包含残余热量的成品轮胎200的步骤1，其中，在该工艺步骤中待执行的降温优选地实施为将包含残余热量的成品轮胎200受控或监测冷却到较低的温度水平，例如Tzw或Tu、Tr。
为了实现缓慢冷却的所述第一步骤，围绕成品轮胎200的隔热腔室131特别创造了不受环境空气温度和/或来自环境的空气速度的破坏性影响的气候。隔热腔室131和腔室元件132、133、134的隔热效果可以根据所需的隔热性能和/或所需的冷却速率来设计。
例如，提供了各种具有不同隔热性能的材料，例如黑色金属或有色金属、塑料(特别是高温塑料)、复合材料、碳材料或纤维掺杂铝合金。
此外，根据本发明，还可以通过设计来改变隔热和/或传热性能，例如借助于在双壁内具有内部隔热材料或冷却剂循环的双壁腔室结构。特别地，以这种方式加热的冷却剂可以通过用于预热目的或者被供给到热交换器来帮助提高能量效率。
影响隔热腔室131内的气候的另一种可能性在于腔室壁的受控加热，例如借助于电阻加热系统或在双壁腔室实施例的情况下温控冷却剂的供应的受控加热。
如上所述，根据本发明的基本特征在于，PCI的使用与轮胎内部用支撑气体加压相结合。
根据本发明的另一个基本特征在于，轮胎从第一温度水平到第二温度水平的冷却发生在轮胎硫化机的恰好两个加热循环的时间段内。

Claims (21)

1.一种用于在硫化过程之后后处理轮胎的装置(100)，其具有至少一个PCI(120)，用于在轮胎冷却阶段期间用支撑气体对轮胎内部加压，其特征在于，所述至少一个PCI(120)至少部分地被PCD(130)包围，从而确保支持轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
2.根据权利要求1所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述PCD(130)具有至少一个隔热腔室(131)，用于容纳至少一个轮胎(200)，从而确保支持所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
3.根据权利要求2所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述PCD(130)的隔热腔室(131)至少部分地由隔热材料形成，从而确保支持所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
4.根据权利要求3所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热材料包括黑色金属或有色金属、塑料、特别是高温塑料、复合材料、碳材料或纤维掺杂铝合金，从而确保支持所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
5.根据权利要求2所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热腔室(131)凭借双壁结构在结构上产生隔热性能，从而确保支持所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
6.根据权利要求5所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热腔室(131)能够在其内部进行温度控制，因为能够将温度控制介质以使得其能循环的方式引入到双壁内。
7.根据权利要求2所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热腔室(131)由至少一个第一腔室元件(132)和至少一个第二腔室元件(133)形成。
8.根据权利要求7所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热腔室(131)具有第三腔室元件(134)，第三腔室元件(134)的几何形状对应于圆柱形环段。
9.根据权利要求7所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，至少一个腔室元件(132、133、134)相对于至少一个其它腔室元件是可移动的，从而允许将所述隔热腔室(131)移动到打开位置或关闭位置。
10.根据权利要求9所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述隔热腔室(131)在打开位置具有净孔径宽度，所述净孔径宽度对应于至少轮胎宽度。
11.根据权利要求8所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，所述第三腔室元件(134)是可移动的，因此，支持所述隔热腔室(131)的打开位置与关闭位置之间的用于所述腔室元件(132、133、134)的运动的减少的垂直运动高度。
12.根据权利要求9或11所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，用于至少一个腔室元件(132、133、134)的运动的运动路径相对于用于后处理轮胎的装置(100)的中心轴线优选地是线性的且轴向平行或轴向一致的。
13.根据权利要求9所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，至少一个腔室元件(132、133、134)的可移动性是借助于至少一个运动装置(140)实现的。
14.根据权利要求13所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，用于移动至少一个腔室元件(132、133、134)的运动装置(140)具有两个运动装置部件(141、142)，其中，一个部件执行导向功能，另一个部件沿路径提供运动功能。
15.根据权利要求1所述的用于后处理轮胎的装置(100)，其特征在于，基本结构由至少一个框架(110)形成，所述框架(110)具有至少一个柱(111)和支架(112)，用于保持至少一个PCI(120)和PCD(130)。
16.一种用于在硫化过程之后后处理包含残余热量的轮胎(200)的方法，所述方法具有以下步骤：
a.将至少一个包含残余热量的轮胎(200)引入到根据权利要求1至15中任一项所述的用于后处理轮胎的装置(100)内的PCD(130)的隔热腔室(131)中，其中，
b.能够在所述PCD(130)的隔热腔室(131)内设置独立于外部影响的气候，从而确保支持所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却。
17.根据权利要求16所述的后处理轮胎(200)的方法，其特征在于：
c.用支撑气体对轮胎内部加压，
作为PCI处理步骤的一部分，作为步骤b的替代或补充。
18.根据权利要求16所述的用于后处理轮胎(200)的方法，其特征在于，所述轮胎(200)的缓慢冷却优选地从对应于轮胎的残余温度Trest的第一温度水平进行到对应于环境温度Tu、Tr的第二温度水平。
19.根据权利要求16所述的用于后处理轮胎(200)的方法，其特征在于，所述轮胎(200)的缓慢冷却优选地从对应于轮胎的残余温度Trest的第一温度水平进行到对应于中间温度Tzw的第二温度水平，然后从中间温度水平Tzw正常或强制冷却到环境温度水平Tu、Tr。
20.根据权利要求16所述的用于后处理轮胎(200)的方法，其特征在于，所述轮胎(200)从第一温度水平到第二温度水平的缓慢冷却优选地发生在轮胎硫化机的两个加热循环的时间段内。
21.根据权利要求19所述的用于后处理轮胎(200)的方法，其特征在于，所述轮胎(200)从中间温度水平Tzw到室温水平Tu、Tr的正常或强制冷却优选地发生在轮胎硫化机的至少一个加热循环的时间段内。
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