CN1684812A - 用于向移动表面涂敷橡胶混合物来制造轮胎的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明中的装置用于向接收表面(2)上涂敷由橡胶状合成物组成的狭长条带(S)，其中接收表面(2)相对于该装置发生移动，该装置包括带有至少一个主挤压螺杆(11)的主体(10)，主挤压螺杆(11)被可旋转地设置在腔室(13)中，用于将橡胶状合成物推向以这样一种方式与接收表面(2)相互作用的搅拌刮刃(20)，即由此形成限定条带(S)的轮廓的挤压孔(16)。本发明的特征在于，在进入挤压孔(16)处的合成物涂敷压力利用由移动着的接收表面(2)对橡胶状合成物的捕获速度来产生，其中捕获速度与由搅拌刮刃的拱顶(205)和接收表面(2)形成的角度相关联。

Description

用于向移动表面涂敷橡胶混合物来制造轮胎的装置
本发明涉及一种用于向移动表面涂敷未固化橡胶混合物来制造轮胎、尤其是制造翻新轮胎的装置。
众所周知，大多数轮胎可以翻新，即在轮胎正常磨损之后对胎面进行处理，甚至可以对轮胎保护带中的某些加强帘布层进行更换。这些操作对于例如载重车辆的运输车辆的轮胎来说非常常见，并且可以在真正的工厂中进行，或者可以在或大或小的车间中进行，其中空间问题和对机器适应性的要求是最为重要的因素。
存在有两种主要的翻新工艺，其中一种通常被称作“热翻新”，包括将未固化的胎面，尤其是呈薄层、条带或者片断形式，定位在待翻新的胎体上，并且随后在模具中进行整体固化；另外一种工艺被称作“冷翻新”，包括利用位于待翻新胎体上的预固化轮胎胎面，并且随后利用诸如烤炉这样的加热装置进行整体硫化。
目前，主要是第二种工艺令人感兴趣，其中一个未固化的橡胶混合物层被设置在待翻新轮胎的胎体与新的胎面之间，该层用于在固化之后确保轮胎胎体与所述胎面之间发生粘结。所述橡胶混合物层通常被成为“粘结橡胶”。
对这种粘结橡胶进行定位产生了许多问题。
考虑到环境因素，越来越希望避免使用溶解于溶剂中并且通常被用于构成粘结剂的橡胶混合物。这个粘结剂层在对粘结橡胶进行定位之前被涂敷在待翻新的胎体上，以确保利用所述粘结橡胶对胎体进行正确定位和粘结。
为了满足这种需求，存在有若干种方式，其中之一是在粘结橡胶仍旧很热的同时涂敷该粘结橡胶。由此，出版物EP-0 528 683描述了一种用于在粘结橡胶仍旧很热的同时涂敷该粘结橡胶的装置，其借助于一个定位头来实现，该定位头上的橡胶涂敷孔同时覆盖住胎体的整个宽度，从而使得在胎体的一次回转过程中可以涂敷整个粘结橡胶层。所述定位头在胎体上的较高涂敷压力确保了在粘结橡胶的涂敷过程中恰当地对存在于胎体中的孔进行填充。
但是，发现这种机器并非非常适合人机工程学，并且会涉及对体积非常庞大的设备构造进行安置。另一方面，其无法应用第二类解决方案，该第二类解决方案在当今变得越来越常见，也就是说使用具有在低温下剧烈反应的硫化体系的粘结橡胶。实际上，这种粘结橡胶，即确保了很快的固化速率和很高的交联水平，常常在未固化状态下具有非常低的稳定性。最后，这种机器既不容许生产薄的粘结橡胶(利用所述机器使得粘结橡胶的最小厚度为1.4毫米)，也不容许进行精确控制，因为粘结橡胶同时在胎体的整个宽度上散布会导致所述橡胶的厚度根据是否位于胎冠部分或者胎体侧面处而发生明显变化。
一种用于协调这些粘结橡胶中的硫化体系的反应性与稳定性需求的解决方案，被称作“加速”，包括在存储过程中保持硫化介质与硫化加速剂分离，并且仅在自身翻新操作过程中使得它们发生接触，或者将粘结橡胶存储在冷藏容器中，直至被使用，来防止过早地发生硫化。在任何情况下，这种非常高的反应性均会在产品存储和将它们涂敷到胎体上的方面产生问题，因为在混合物被施加到待翻新胎体上之前或者在两个循环之间，或者甚至在存储过程中，会在涂敷装置内部发生反应。
在下文中，橡胶混合物指的是：
-“正常”，即混合物在105℃温度下直至开始硫化的时间T0(通常被称作“过早硫化时间”)大于15分钟，
-“加速”，即混合物在105℃温度下的时间T0在7至15分钟之间，
-“超加速”，混合物在105℃温度下的时间T0短于7分钟。
此外，术语“较小厚度”、“较小宽度”以及“高压”将如下定义：
-对于条带来说，“较小厚度”将被定义为混合物的厚度小于2毫米，其可以低至0.5或者甚至是0.1毫米。
-对于条带来说，“较小宽度”将相对于待覆盖表面的宽度进行定义，即条带的宽度小于待覆盖宽度的十分之一，
-对于在接收表面上以条带形式或者某些其它形状涂敷产品来说，“高压”将被理解为压力高于5×105Pa。
还有，所希望的是尽可能薄地将粘结橡胶涂敷成层状，从而使得胎体与胎面之间的粘结层对翻新轮胎的外观和性能产生尽可能小的影响，并且也减少所使用产品的量。但是，还希望具有足够的适应性，来使得能够在考虑所述约束的同时改变所述层的厚度，从而使得其可以根据需要填塞存在于胎体表面上的任何孔。
类似地，有益的是能够在轮胎侧壁的外侧面上施加一个粘结橡胶层，以便改善翻新轮胎的外观，并且防止遭受臭氧的影响，也就是说涂敷机器必须非常通用和灵活，因为应当知道，机器必须能够甚至在小型车间中使用，在这里无法获得较大的安装空间。
最后，需要注意的是，当今，超加速混合物尚无法在工业生产中应用。
本发明的目的在于改善这些操作的实施过程。
根据本发明，提供一种用于在压力作用下以具有较小厚度和较小宽度的条带形式向一个接收表面上涂敷热的橡胶混合物的装置，其中所述接收表面相对于该装置发生移动，该装置包括至少一个挤压机，该挤压机由一个主体和一个安装在一腔室中的主挤压螺杆构成，该主挤压螺杆被设计成朝向一个第一中间挤压孔推动橡胶混合物，其中所述第一中间挤压孔的开口接近所述接收表面，并且位于一个橡胶混合物收集部件的前方区域的入口处，所述收集部件与接收表面共同形成一个挤压孔，该挤压孔限定了待形成的橡胶混合物条带的轮廓，并且该轮廓一方面由所述收集部件上的压型壁界定，另一方面由所述接收表面界定，其特征在于，所述收集部件的前方区域具有一个位于压型壁之前的前方拱顶，并且该拱顶与所述接收表面形成一个锐角，以便使得混合物在所述挤压孔的入口处的涂敷压力基本上利用该角度的作用来产生，其中该角度与橡胶混合物被移动着的接收表面抽走的速度相关联。
已经发现这种装置能够在移动着的表面上连续地施加具有较小厚度的橡胶条带，并且满足了翻新工业的需求。
然而，本发明并不局限于这种用途，在其它领域中也存在有许多应用示例。
参照附图，通过下面对根据本发明用于涂敷橡胶混合物的装置的示例性实施例的描述，本发明的其它优点和特性将更为显明，附图中：
图1是根据本发明的涂敷装置的局部轴向横剖面，
图2是沿着图1中所示涂敷装置上的线II的局部剖面，
图3根据本发明的收集部件的立体图，
图4B和4A分别示出了收集部件中的压力图表和与该图表相关的收集部件的局部轴向剖面，其中所述压力是在所述部件中混合物相对于挤压孔的距离的一种函数，
图5示出了粘着在收集部件上的孔探测系统的示意图。
下文中，不同的涂敷装置变型实施例中共用的元件将利用相同的附图标记指代。
需要注意的是，除了旋转之外，接收表面可以发生移动，重要的特征是其必须相对于涂敷装置发生移动，来使得所要施加的混合物能够被抽走。
根据图1，用于向一个接收表面2上涂敷一种橡胶混合物C的装置1包括一个主体10，该主体10带有至少一根被安装成在一腔室13内部旋转的挤压螺杆11，腔室13终止于一个中间挤压孔14处。螺杆11的自由端部110呈圆锥形状，并且直接延伸至腔室13与腔室13开口于其中的中间挤压孔14之间的交界处。
需要注意的是，本发明并不局限于这种构造方式，对于反应性较低的混合物来说，也可以具有一根终止于一个较小中间腔室处的挤压螺杆，鉴于空间原因，在所述中间腔室开口于其自身的挤压孔之前可以根据需要发生弯曲。但是，螺杆的一个端部朝向腔室13的外侧向下延伸，即接近所述开口的优点在于，在螺杆的该端部处不存在压力，这样容许螺杆的该端部在工作结束时彻底排空。因此，在图1中示出的本发明实施例是一种自排空系统，即当停止向螺杆供给混合物时，螺杆将会将所有的残留混合物推动至螺杆之外。
在主体10的端部上固连有一个组件20，该组件20呈一个基本上为平行六面体形状的收集部件20形式，其与所述接收表面共同工作，来在一个挤压孔16处形成一个挤压刮刃，其中挤压孔16由设置在接收表面2与收集部件20的压型壁211之间的通道形成。
根据本发明的收集部件20在图3中以立体形式示出。该收集部件平行于图1中由箭头R指示的接收表面2的运动方向进行延伸，并且具有一个前方区域201和一个后方区域202，它们均相对于表面2的平移方向而言。
所述收集部件还具有两个侧面凸缘203和204，它们沿着一个垂直于接收表面2的平移方向的方向限定了挤压孔16的宽度。这些凸缘203和204如图3中所示那样沿着长度方向延伸，以便用作密封唇缘，来确保与接收表面2紧密接触，并且由此限定了形成于所述表面上并且与其发生接触的条带S的宽度。凸缘203和204，以及所述收集部件的前方拱顶205，形成了一个在其中对混合物进行压缩的凹腔210。需要注意的是，这些凸缘203和204可以由简单的隆起部构成，只要足以确保对收集部件中的凹腔进行侧面密封即可。
挤压螺杆11终止于位于两个区域201与202之间的中间挤压孔14。在腔室13的出口处，橡胶混合物首先施加在接收表面2上，接着，在接收表面2的相对运动R的作用下，其被运送到由收集部件20的前部201上的拱顶205形成的凹腔210处，并且最终被运送至挤压孔16，来形成一个均匀施加在接收表面2上并且具有较小厚度的条带S。
对位于压型壁211上游的壁205的轮廓进行适应性修改，以便迫使混合物更为均匀地散布在压型壁的整个宽度上。为此，所述轮廓被设计成通过接收表面的相对运动，在所述刮刃下产生一个“动态压力”，以便形成一个具有恒定厚度和宽度的条带S，并且通过使得在各种不规则表面处充满混合物，例如梳理纹路、修补孔或者独立条带匝的结合部，从而在最佳状况下将这些混合物涂敷到接收表面2上。
图4B中示出的图表示出了这种现象，因为其表示了压力P(纵坐标)作为混合物在所述收集部件内部与挤压孔16的排出点之间距离d(横坐标)的一种函数发生变化，正如图4A中所示部件上与图4B相关的剖面示意性示出的那样，其中挤压孔16由接收表面2与所述收集部件的压型壁形成。在图4A中，可以看到混合物C出现在收集部件20的前方区域201中的凹腔210内。前方拱顶205与凹腔210在所述收集部件外侧的混合物排出区域中形成了一个角度，箭头R代表了表面2的运动方向。可以看到，在混合物C进入位于收集部件20的出口处的挤压孔16内时，短时间内存在一个非常大的压力峰值，其中在挤压孔16处，产生出由所述角度给定的最大作用，其对应于混合物的高涂敷压力。因此，在挤压孔16的入口处，可以获得局部超过2×106Pa的压力。
在所述收集部件中的凹腔210的入口处和中间挤压孔14处，压力基本上为零，不会对这种在孔16的出口处对橡胶C进行压型的这种动态压力现象形成干扰。
前方拱顶205与接收表面2之间的角度值无需精确确定，但是必须足够小并且小于30°，最好位于5至10°之间，以便产生所述动态效应。接收表面相对于收集部件的平移速度也是确保获得所述动态压力效应的关键因素。该速度的范围可以是0.2至3米/秒，并且一般为0.8至1.5米/秒，取决于混合物的自然属性、前方拱顶的角度以及条带的厚度。
当然，对于所述收集部件的结构来说，可以考虑其它形状，但是所述形式在确保如此形成条带S的轮廓(宽度和厚度)的同时具有简单的优点。
在挤压孔16处，前方区域201具有一个压型壁211，如前所述，该压型壁211与旋转着的接收表面2共同构成了一个压型刮刃，这样就确定了条带S的轮廓和基本上“恒定”的厚度。压型壁211与接收表面2之间的距离小于1毫米，并且一般为0.1至0.5毫米之间，来使得条带的厚度为0.1至1毫米。因此，条带的这种厚度一直略微大于所述刮刃的高度，并且被认为相对于接收表面的平均轮廓而言保持恒定。实际上，正如将在下面更为详细看到的那样，可以对混合物的进入流速和/或施加速度进行操控，来使得能够对存在于胎体上的孔进行填充，由此获得这样一种条带，即在绝对值上局部较厚，但是相对于所述平均轮廓而言基本上保持恒定的厚度。
为了调节混合物在螺杆13端部处的流动，可以在图1所示的构造中容许在收集部件的后方区域202中形成一个珠状部P(bead)，其可以使得瞬间混合物消耗大于平均值，并且例如与孔的存在相关联。可以借助于一个探针35来非常简单地对该珠状部P进行调节，其中探针35包括两个触角36和37，来分别探测该珠状部的顶部和底部位置。本技术领域中那些普通技术人员将能够利用其它技术来对所述珠状部的尺寸进行估测，例如通过入射一个激光束或者利用邻近探测器。
由此，对于一种自动控制系统来说，能够对挤压工具的进给操作进行控制，例如通过改变螺杆的转速或者接收表面的平移速度。
需要注意的是，在这种情况下，当所述接收表面发生旋转时，改变周向速度需要考虑旋转质量块的惯性。实际中，所述转速将保持相对恒定。
后方区域202不带有后侧边缘或者唇缘，因为朝向所述收集部件的前方对混合物进行抽拉无需后方区域被关闭，其中所述边缘或者唇缘可以根据需要与接收表面发生接触来横向关闭挤压孔。
为了确保所述收集部件正确地发挥作用，合适的是沿着一个基本上垂直于接收表面的方向，在该收集部件的涂敷点处向整个所述装置上施加一个涂敷力，其仅用于保持凸缘203和204与接收表面2之间发生接触。该力相对适中，为500至1000牛顿，其限制了向系统上施加的机械应力。
为了预测出与孔的存在相关的混合物额外瞬间消耗，并且在接收表面发生旋转时，我们也可以考虑设置一个诸如在图5中示出的孔探测器，该孔探测器相对于所述挤压孔横向设置，即相对于接收表面2横向设置并且接近表面2，该孔探测器能够在穿过涂敷装置之前在一次回转中注意到较大孔的位置，并且预测出混合物进入涂敷装置的流速变化。这种探测器例如可以由一个或者多个触角206、207、208组成，它们在接收表面的实际外周轮廓2’低于该表面的平均轮廓2时开始工作。平均轮廓参照所述触角相对于收集部件的位置给出。利用若干个触角，也就是说在图5所示例子中为三个触角，其优点在于，可以以更高的精确度确定出孔的位置。当注意到一个孔时，所述自动控制系统会记录下其在接收表面外周上的方位，并且预测出螺杆转速在下一次回转中的增大量，以便在收集部件穿过待填塞的孔时在收集部件处获得较多的橡胶。在存在较大的孔的情况下，不仅可以预测出螺杆转速的变化，而且可以预测出接收表面的周向速度，从而降低与旋转单元的惯性相关的影响。
重要的是，为了施加粘结橡胶并且在对孔进行填塞的同时降低施加产品的量，可以使得部件中用于混合物的容积为几克，这样例如可以生产出宽度为10至20毫米的条带。但是，本示例并未限制本发明的范围，并且所述涂敷装置也可以适合于施加除粘结橡胶之外的其它产品。
在下文中还将看到，在所述收集部件中具有极小容积的可能性使得能够使用超反应性产品，在目前这种产品一直无法使用。
除了单一橡胶混合物之外，根据本发明的装置还可以被用来施加这样的混合物，即其反应性使得该混合物的硫化体系被分为两种产品A和B，一旦组合在一起，它们将非常快速地发生反应，并且可以在几分钟内硫化(在温度接近100℃下少于7分钟)。
利用这些混合物，产品A和B必须快速、彻底地混合，并且所述系统必须以非常小的混合物量和非常短的装置内滞留时间进行自排空，以避免在设备内部发生任何硫化现象，其中所述滞留时间指的是开始进行混合与获得混合物C发生施加之间的时间。
由于使用了一种带有进给系统的收集部件，本发明提供了一种用于这些问题的解决方案，除了螺杆11之外，所述进给系统使用了至少两个可以在图1和2中看到的其它挤压螺杆26和27。这些分别供给产品A和B的挤压螺杆26和27例如垂直于挤压螺杆11设置，并且相互径向对置，或者相反，在它们的两个出口之间存在一个小的角度。螺杆26和27通往挤压螺杆11，这样能够在朝向中间挤压孔14推动由此形成的混合物之前，快速地混合A和B。
在这里所考虑的超反应性产品情况下，有益的是使得挤压螺杆26和27具有圆锥端部，这些圆锥端部尽可能接近地开口至挤压螺杆11，以便有利于设备的混合和排空。产品A和B随后直接进入挤压螺杆11的圆锥部分内，在这里它们被同时混合，并且朝向中间挤压孔14推进。这样能够使得超反应性产品在于挤压装置内部不发生硫化现象的条件下得以施加。
当进给螺杆停止工作时，螺杆11完全排空，因为其开口于中间挤压孔14之内，在这里压力基本上等于零。此外，所述收集部件也彻底排空，因为在所述珠状部中和凹腔210中包含有少量的混合物。以这种方式，产品A和B的混合物被施加在接收表面2上。
本发明的另外一种用途在生产轮胎外胎的过程中尤其令人感兴趣并且一直会遇到，即当必须改善两种具有不同天然属性的橡胶层之间的结合质量时，或者甚至是当必需改善一种压型元件的未固化粘结性时。为了解决这些问题，传统解决途径是使用基于橡胶混合物和溶剂的溶解作用。但是，这些溶剂蒸汽的毒性是有害的，并且需要以任何可能的方式避免使用它们。因此易于想象到一种诸如在本发明中提出的装置，其尤其适用于在待制造轮胎的表面上施加一个由非常薄的橡胶混合物形成的条带S。这个厚度为百分之几毫米的橡胶层有益地替代了任何基于溶剂的溶解作用，并且使得材料质量等同于在早先解决方案中施加的材料质量。
由此，该装置能够在相对于收集部件移动着的接收表面上施加条带。其可以被轻易地安装在机械手上，来使得能够沿着垂直于接收表面运动方向的方向对装置的运动进行控制，以便获得呈各种形式的产品。
此外，混合物的涂敷压力非常适合于在条带之间形成高质量的结合部，其中所述条带在一个诸如待翻新轮胎胎体这样的旋转接收表面的连续回转过程中施加而成。

Claims (17)

1.用于在压力作用下以条带(S)的形式向接收表面(2)上涂敷热的橡胶混合物的装置，其中接收表面(2)相对于该装置发生移动，该装置包括至少一个挤压机，该挤压机由主体(10)和安装在腔室(13)中的主挤压螺杆(11)构成，被设计成朝向第一中间挤压孔(14)推动橡胶混合物(C)，其中中间挤压孔(14)的开口接近接收表面(2)并且位于橡胶混合物收集部件(20)的前方区域(201)的入口处，收集部件(20)与接收表面(2)共同形成挤压孔(16)，该挤压孔(16)限定了待形成的橡胶混合物条带(S)的轮廓，并且该轮廓一方面由收集部件(20)的压型壁(211)界定，另一方面由接收表面(2)界定，
其特征在于
收集部件(20)的前方区域(201)具有位于压型壁(211)之前的拱顶(205)，并且该拱顶与接收表面(2)形成锐角，以便使得混合物在挤压孔(16)的入口处的涂敷压力基本上利用该角度的作用而产生，其中该角度与橡胶混合物被移动着的接收表面(2)抽走的速度相关联。
2.如权利要求1中所述的装置，
其特征在于
在中间挤压孔(14)处的压力基本上等于零。
3.如权利要求1和2中所述的装置，
其特征在于
由前方拱顶(205)与接收表面(2)形成的角度小于30°。
4.如权利要求1和2中所述的装置，
其特征在于
由前方拱顶(205)与接收表面(2)形成的角度在5至10°之间。
5.如权利要求1和2中所述的装置，
其特征在于
接收表面(2)相对于所述收集部件的速度在0.5至4米/秒之间。
6.如权利要求1和2中所述的装置，
其特征在于
接收表面(2)相对于所述收集部件的速度在0.8至1.5米/秒之间。
7.如权利要求1至6中任意所述的装置，
其特征在于
主挤压螺杆(11)的端部接近中间挤压孔(14)。
8.如权利要求1至7中任意所述的装置，
其特征在于
中间挤压孔(14)直接开口于位于收集部件(20)的前方区域(201)中的凹腔(210)内。
9.如权利要求1至8中任意所述的装置，
其特征在于
收集部件(20)包括侧面凸缘(203，204)，它们在所述收集部件与接收表面(2)之间形成密封部。
10.如权利要求1至9中任意所述的装置，
其特征在于
主挤压螺杆(11)开口于中间挤压孔(14)上的端部呈圆锥形状。
11.如权利要求1至10中任意所述的装置，
其特征在于
至少两个辅助挤压螺杆(26，27)通入其中安装有主挤压螺杆(11)的腔室(13)内。
12.如权利要求11中所述的装置，
其特征在于
所述两个辅助挤压螺杆的端部相对于主挤压螺杆(11)处于相同的轴向位置处。
13.如权利要求1至12中任意所述的装置，
其特征在于
其包括探针(35)，该探针(35)被设计成对在后方区域(202)中由混合物(C)形成的珠状部(P)的尺寸进行估测。
14.如权利要求13中所述的装置，
其特征在于
珠状部(P)的所述探针由分别探测所述珠状部的顶部和底部的两个触角(36，37)构成。
15.如权利要求14中所述的装置，
其特征在于
根据在后方区域(202)中由混合物形成的珠状部(P)的尺寸，对进给螺杆(11)的速度和所述接收表面的相对速度进行调节。
16.如权利要求1至15中任意所述的装置，
其特征在于
所述接收表面发生旋转。
17.如权利要求16中所述的装置，
其特征在于
其包括相对于收集部件(20)横向设置的孔探测器，该孔探测器由一个或者多个触角(206，207，208)构成，其中触角(206，207，208)被设计成当所述接收表面的实际外周轮廓(2’)与该表面平均轮廓(2)之间的差异超过给定阈值时开始工作，以便对进给螺杆(11)的转速和所述接收表面的周向速度进行控制。
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