CN102476462A - 轮胎模具中的轮胎压力测量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎模具中的轮胎压力测量。压力传感器可用于在定型期间和/或在硫化期间直接地测量生轮胎与硫化装置之间的压力。

Description

轮胎模具中的轮胎压力测量

技术领域

本发明总体上涉及关于轮胎模具中的轮胎定型的方法和装置，更具体地，涉及关于直接测量正经历定型过程和/或硫化过程的轮胎上的压力的方法和装置。

背景技术

长久以来已知轮胎制造采用以下方法：(1)在轮胎成型鼓上构造生轮胎(未硫化)；(2)将生轮胎***轮胎模具；(3)闭合生轮胎周围的轮胎模具；(4)将生轮胎抵靠在带气囊的轮胎模具上使轮胎定型；(5)用硫化机将生轮胎硫化成硫化轮胎；以及(6)开启模具并取下硫化轮胎。

对轮胎定型过程的了解和控制，对于确保合适的轮胎部件的位置和规格尺寸从而确保轮胎的均匀性和性能而言是重要的。定型过程的一个重要方面是由气囊和模具施加在轮胎上的特定压力。已证明，假设在轮胎定型中采用相对较高的压力和温度，则非常难以准确地确定涉及的压力。类似地，也已证明，非常难以准确地确定在轮胎硫化中涉及的压力。仅已知采用间接方法来确定这些压力，例如利用热电偶，其中突然的温度跳跃表明接触的开始。

需要一种直接确定在定型过程和/或硫化过程中施加在轮胎上的压力的方法。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种装置可包括：可在相关生轮胎周围可闭合的轮胎模具、以及第一压力传感器，该压力传感器是如下两种情况之一：(1)位于相关生轮胎与相关气囊之间，并且用于直接测量相关生轮胎与相关气囊之间的压力，同时使相关气囊膨胀从而抵靠闭合的轮胎模具使相关生轮胎定型；以及(2)位于相关生轮胎与轮胎模具之间，并且用于直接测量相关生轮胎与轮胎模具之间的压力，同时相关轮胎硫化机将轮胎模具内的相关生轮胎硫化成相关硫化轮胎。

根据本发明的另一个实施例，一种方法可包括以下步骤：(A)设置气囊、轮胎模具、和生轮胎；(B)将第一压力传感器安装到生轮胎内表面和气囊外表面中的一个表面上；(C)将生轮胎***轮胎模具并闭合该轮胎模具；(D) 通过使生轮胎内的气囊膨胀而将生轮胎抵靠在闭合的轮胎模具上使生轮胎定型；以及(E)在步骤(D)期间，利用第一压力传感器直接测量生轮胎与气囊之间的压力。

根据本发明的又一个实施例，一种方法可包括以下步骤：(A)设置轮胎硫化机、轮胎模具、和生轮胎；(B)将第一压力传感器安装到生轮胎外表面和轮胎模具内表面中的一个表面上；(C)将生轮胎***轮胎模具并闭合该轮胎模具；(D)将轮胎模具内的生轮胎硫化成硫化轮胎；以及(E)在步骤(D)期间，利用第一压力传感器直接测量生轮胎与轮胎模具之间的压力。

本发明的一个优点是，可以将接触序列测量法用于诊断和纠正压力定型问题、检测不对称定型、上部与底部之间的差异以及周向的差异、验证有限元分析压力定型模型化工作、以及诊断其它硫化机问题，诸如缺胶部(亦即，不完全模具填注的区域)。

本发明的一个优点是该方法也可以用于测量轮胎内部的绝对压力，其在发展对爆胎点的了解方面是有用的。该测量可以在整个定型和/或硫化过程中进行而不是只在闭合模具之前进行。

本发明的一个优点是该方法直接测量气囊与生轮胎之间、以及生轮胎与模具之间的接触压力，而不是采用只能表明接触的间接方法(如温度)。

本发明所属领域的技术人员在阅读并理解以下详细说明后，将会明了本发明的其它益处和优点。

定义

以下定义适用于本发明。

“轴向”以及“轴向地”表示平行于轮胎旋转轴线的的线或方向。

“胎体”表示除带束层结构、胎面和底胎面以外的轮胎结构，但是包括胎圈。

“径向的”和“径向地”用于表示在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。 

“胎面”表示当结合至轮胎外胎时包括轮胎的一部分的挤压橡胶部件，该部分在轮胎正常充气并在标准负载下时与路接触。胎面具有以常规方式测量的从胎面表面到轮胎最深花纹沟底部的深度。

附图说明

本发明可在某些部件及部件的布置中采用实物的形式，本发明的各实施例将在本说明书中被详细描述并在构成说明书一部分的附图中被图示，其中：

图1为轮胎的横截面视图。

图2为轮胎硫化装置的透视图。

图3为具有可见气囊的轮胎硫化装置的透视示意图。

图4A为高温压力传感器的透视图。

图4B为具有连接到USB集线器的手柄的多手柄***的透视图。

图4C为显示用压力传感器测量的力变化的软件界面。

图5示出了在一个实施例中关于轮胎的压力传感器和热电偶的位置。

图6示出了安装在胎侧的压力传感器的透视图。

图7A示出了安装在轮胎的胎面与带束层之间的压力传感器的透视图。

图7B示出了压力传感器的透视图。

图7C示出了电阻与力之间以及电导率(1/R)与力之间的关系。

图8示出了当使用压力传感器时力与时间的关系结果的图。

具体实施方式

现在参照附图，其中图示只是为了说明本发明的实施例而不是用来限制本发明，其中类似的附图标记被理解为指类似的部件。图1示出了轮胎10，根据本发明该轮胎10可使用至少一个压力传感器60，如图4A中所示。轮胎10可具有根据本领域技术人员的合理判断所选择的任意类型和尺寸，作为一些非限制性例子，轮胎10包括卡车轮胎、轻型卡车轮胎、航空轮胎或乘用车轮胎。轮胎10可具有胎体12；胎体12可包括：一对环形胎圈14、14，可从胎圈14、14附近延伸的一层或更多层帘布层16，以及胎侧橡胶部24、24，如图所示。胎体12可限定：胎冠部18和一对胎侧20、20。其它常规部件也可位于胎体12上，例如内衬层22、带束层封装26和胎面28。因为轮胎胎体以及这些其它部件对于本领域技术人员而言是熟知的，所以除下文中所特别提到的以外将不提供进一步的细节。

现在参照图2，轮胎10可首先形成为生(未硫化的)轮胎30(图中示出了4个这种生轮胎)，正如本领域中熟知的。然后，可将生轮胎30运送至轮胎装置50，在那儿生轮胎被定型和硫化（硬化）。轮胎装置50可以具有根据本领域技术人员的合理判断所选择的任意类型和尺寸。就图2中所示的实施例而言，轮胎装置50可包括轮胎硫化机52，在定型和硫化过程中轮胎硫化机52施加压力从而将上半模54与下半模56保持到一起。图3为示出将上半模54提升以显露出用于使轮胎30定型的气囊58的示意图。因为轮胎硫化机和轮胎模具的操作对于本领域技术人员而言是熟知的，所以除以下所特别提到的以外将不提供进一步的细节。

图4A示出了可用于本发明的压力传感器60。该压力传感器是用于在轮胎定型和硫化过程中直接测量压力数据。这里“直接地”表示所得数据是来源于真实的实验测量，并非基于其它数据的推断，比如基于温度测量值间接地推断出的数据。利用本发明的压力传感器60，轮胎工程师可在整个定型过程和/或整个硫化过程中准确地测量：(1)气囊58与生轮胎30之间的接触压力、和/或(2)生轮胎30与半模54、56之间的接触压力。其它可能的用途包括但不限于例如：诊断和纠正定型问题、检测上半模和下半模之间的以及沿模具周向的不对称的定型差异、验证压力定型建模中的运行有限元分析(FEA)的模拟结果、以及诊断其它硫化机问题。

现在参照图3至图5，压力传感器60可包括一层夹在圆形薄导电板64之间的电阻油墨62。导电板64之间的电阻可与挤压力的增加成比例地减小，因此与压力的增加成比例地减小。压力传感器60可具有根据本领域技术人员的合理判断所选择的任意尺寸和形状。在一个实施例中，压力传感器60可为约2英寸长。数据记录***66可用于记录压力数据，数据记录***66是具有用于记录高达16个压力传感器的数据的16个通道的经济负荷及压力(Economical Load and Force，ELF)***。还有具有连接到通用串行总线(USB)集线器的手柄67的手柄***。设计成用于高温的专用夹紧装置68可连接传感器60与手柄67。如果手柄67可以经受所遇到的实际温度，那么这种夹紧装置68将是不必要的。可以在标准压力机中以已知的高达400 psi的压力的压力特性和高达200摄氏度的温度对压力传感器60进行校准。在测试中，为了验证压力传感器60的结果而使用热电偶。

普通的硫化条件包括：高达198摄氏度的温度、以及从预定型阶段中的8磅/平方英寸(PSI)至硫化阶段中的400 PSI范围的压力。现在参照图5至图7，图中示出16个压力传感器60安装在轮胎10上：16个压力传感器60中的14个相互间隔地安装在胎圈14至胎圈14的内衬层22表面上，2个压力传感器60相互间隔地安装在轮胎10内部的覆层108与带束层26之间。小橡皮带74可用于将传感器60固定到生轮胎30上，聚酯（Mylar）薄膜72可用于防止将传感器60硬化入生轮胎30中。可以用根据本领域技术人员的合理判断所选择的任意方式，将由压力传感器60测量的压力数据传送出轮胎模具。在一个实施例(未图示)中，可以用无线方式传送压力数据。在另一个实施例中，根据本领域技术人员的合理判断所选择的任意类型和尺寸的信号线76，可以用于传送压力数据。信号线76的两个非限制性例子为：聚四氟乙烯（Teflon）涂覆的铜线、和带聚酰亚胺绝缘层的28规格的铜线。信号线76电连接到传感器引脚。然后，可将来自所有传感器60的信号线76扭绞成线缆。可将胎面28剥离从而能够将传感器60放置在覆层108的顶部。如果轮胎中无覆层，那么可将两个传感器60安装在胎面28与带束层26之间：一个安装在中心线，另一个安装在带束层边缘，如图5和图7A中所示。轮胎加载顺序的大致计时可为约100 秒至120秒。测试结果表明压力传感器60可以定性地检测不同的硫化压力，如图8中所示。测试结果还表明，压力传感器60可以经受硫化环境并且产生大量有关定型接触和接触压力的数据。 

现在参照图2至图3，轮胎装置50可包括：轮胎模具54、56，气囊58，轮胎硫化机52，以及一个或更多个的压力传感器60。各压力传感器60可位于：(1)生轮胎30与气囊58之间，或者(2)生轮胎30与轮胎模具54、56之间。在这两种情况下，压力传感器60均不同于现有技术而是直接地测量压力。

现在参照图6和图7A至图7C。传感器60是超薄型柔性印刷电路。标准传感器60是由两层衬底(聚酯)膜组成。高温模型是由两层聚酰亚胺组成。在各层上施加导电材料(银)，接着施加一层压敏油墨。然后，使用胶黏剂将这两层衬底叠置到一起以形成传感器60。有效感测区由在压敏油墨62上面的银圈64所限定。银从感测区延伸至在传感器60另一端的连接器，从而形成导电引线。传感器的末端是方形凸引脚，从而允许引脚容易地并入电路。连接器的两个外引脚是有效的而中心引脚是无效的。该传感器起电路中的力敏电阻的作用。当力传感器无负荷时，其电阻是非常高的。当将力施加到传感器时，此电阻降低。通过将万用表连接到两个外引脚，然后对感测区施加力，可以读出电阻。在图7C中，该图显示了电阻与力的关系以及电导率(1/R)与力的关系。注意到电导率曲线是线性的，因此可在校准中是有用的。

根据用途的需要，使用者可以将传感器的长度调整为他们所选的长度。在示例性的用途中，将传感器调整为2英寸的长度。此外，可以对传感器进行定制设计以满足无限种类用途的需要，高温模型可以在高达200摄氏度的温度下测量力。传感器是足够柔软的以便考虑到非介入测量。传感器可以附接到轮胎的许多不同表面，并且可以与塑料膜或金属膜结合以增加刚度或者增加对磨耗的防护性。

现在参照图8，压力传感器60可用于将在一时段内它们所测量的压力传送给数据记录装置66，数据记录装置66提供用于绘制显示施加在生轮胎30上的力与时间关系的图的相应数据。压力传感器可以安装到生轮胎。

本发明的压力传感器不仅允许准确地对接触序列进行测量，而且具有绝对压力测量的应用。压力传感器还可用于：比较定型轮廓及压力；定型同一轮胎的不同气囊；新气囊与用过气囊；不同定型策略；顶部对比底部的测量；残留的空气与非残留的空气的比较；具有缺胶问题的轮胎；以及轮胎周围的测量。此外，任何人可以测量轮胎内部的定型压力，例如各部件之间，例如带束层和胎面之间，的定型压力；或者胎面花纹块下面相对比花纹沟下面的定型压力。

为了正确地使用压力传感器60，必须：定期地调节传感器；如果已长期未使用对传感器进行再校准；解释滞后的原因；以及利用刚性的“圆盘”或圆板 (本发明中未图示)使传感器的接触面变平坦，从而使力分布于整个感测区。圆盘必须不大于有效感测面。为了校准传感器60，可将传感器60夹在两个橡胶垫之间，这两个橡胶垫可用Teflon覆盖以防止粘住。在一个实施例中，在每侧上每个垫可为10英寸，以便容许挤压力与压力之间的容易转换。可利用可编程压力机在稳定的室温和其它操作温度(如100摄氏度或150摄氏度)下向传感器施加力。在一个实施例中，为了校准一组传感器，可将所有传感器预先调节到至少350 psi。然后，使各传感器与相应的手柄67配对，使得一个给定的传感器将始终使用同一手柄67。如果使用圆盘128，那么在校准中圆盘128可与传感器60一起使用。校准后，便可使用传感器60。

首先，作出关于使用压力传感器60的位置和数量的决定。在一个实施例中，使用至少一个压力传感器60直接测量生轮胎和气囊之间的压力。在另一个实施例中， 使用至少一个压力传感器60直接测量生轮胎和轮胎模具之间的压力。在一个特定实施例中，压力传感器60可放置在毗邻一对胎圈之一的生轮胎内表面之间。在另一个特定实施例中，压力传感器60可安装到毗邻胎冠部分的生轮胎的内表面。在另外实施例中，压力传感器60可安装到生轮胎的外表面，例如在不同的圆周位置安装到生轮胎的胎面。

当压力传感器60安装到生轮胎30时，通信线从其中延伸出来。当生轮胎30***轮胎模具中时，通信线延伸到轮胎模具外部并且可以连接到其它装置(因而压力数据可以传送至其它装置)。在一时段内所测量的数据可以通过压力传感器60传送给数据记录装置。数据记录装置提供相应数据，其可用于形成显示施加在相关生轮胎上的力与时间的关系的图。在轮胎被硫化后，可以打开轮胎模具从而允许移去硫化轮胎。

应当指出的是，虽然现在为止已将压力传感器安装到生轮胎的内表面和/或生轮胎的外表面，但是也可以想到将压力传感器安装到气囊的外表面(用以直接测量轮胎与气囊之间的压力)并且/或者将压力传感器安装到轮胎模具的内表面(用以直接测量轮胎与轮胎模具之间的压力)。将压力传感器安装到气囊和/或轮胎模具的方式，可以是根据本领域技术人员的合理判断所选择的任何方式。

在上文中已对许多实施例进行了说明。对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明总的范围的情况下上述方法和装置可包含各种变化和变型。本发明意图包括所有落入所附权利要求或其等效物的范围内的这种修改和变更。

Claims (10)

1.一种包括在相关生轮胎周围可闭合的轮胎模具的装置，其中所述装置的特征在于包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器是以下两种情况之一：(1)位于所述相关生轮胎与相关气囊之间；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述相关气囊之间的压力，同时使所述相关气囊膨胀从而抵靠所述闭合的轮胎模具使所述相关生轮胎定型；以及(2)位于所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间的压力，同时相关轮胎硫化机将所述轮胎模具内的相关生轮胎硫化成相关硫化轮胎。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述相关生轮胎包括一对胎圈和胎冠部，其中所述装置的特征在于：

所述第一压力传感器是：位于所述相关生轮胎与毗邻所述胎圈之一的所述相关气囊之间；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述相关气囊之间的压力，同时使所述相关气囊膨胀从而抵靠所述闭合轮胎模具使所述相关生轮胎定型；

所述装置还包括第二压力传感器，该传感器是：位于所述相关生轮胎与毗邻所述胎冠部的所述相关气囊之间；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述相关气囊之间的压力，同时使所述相关气囊膨胀从而抵靠所述闭合的轮胎模具使所述相关生轮胎定型；以及

所述第一和第二压力传感器在至少高达400磅/平方英寸的压力和至少高达200摄氏度的温度下操作。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述相关生轮胎包括胎面，其中所述装置的特征在于：

所述第一压力传感器：位于所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间的第一周向位置；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间的压力，同时所述相关轮胎硫化机将所述轮胎模具内的相关生轮胎硫化成所述相关硫化轮胎；

所述装置还包括第二压力传感器，该第二压力传感器：位于所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间的第二周向位置；并且，用于直接地测量所述相关生轮胎与所述轮胎模具之间的压力，同时相关轮胎硫化机将所述轮胎模具内的相关生轮胎硫化成所述相关硫化轮胎；以及

所述第一和第二压力传感器在至少高达400磅/平方英寸的压力和至少高达200摄氏度的温度下操作。

4.一种方法，包括以下步骤：

(A)设置气囊、轮胎模具、和生轮胎；

(C)将所述生轮胎***所述轮胎模具并闭合所述轮胎模具；以及

(D)通过使所述生轮胎内的气囊膨胀而抵靠所述闭合的轮胎模具，使所述生轮胎定型；

其中所述方法的特征在于包括：

步骤(B)将第一压力传感器安装到所述生轮胎的内表面和所述气囊的外表面其中一个；

步骤(B)在步骤(C)之前发生；以及

步骤(E)在步骤(D)期间，使用所述第一压力传感器直接地测量所述生轮胎与所述气囊之间的压力。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤(B)包括以下步骤：将通信线连接到所述第一压力传感器；

步骤(C)包括以下步骤：使所述通信线延伸至所述轮胎模具外部；以及

步骤(E)包括以下步骤：将所述第一压力传感器在一时段内测量的多个压力传送给一装置，该装置提供可用于形成显示施加在所述相关生轮胎上的力与时间的关系的图的相应数据。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤(A)包括以下步骤：为所述生轮胎设置一对胎圈和胎冠部；

步骤(B)包括以下步骤：将所述第一压力传感器安装到所述生轮胎的内表面和毗邻所述一对胎圈中的一个胎圈的所述气囊的外表面其中一个；

在步骤(C)前，所述方法包括以下步骤：将第二压力传感器安装到所述生轮胎的内表面和毗邻所述胎冠部的所述气囊的外表面其中一个；以及

步骤(E)包括以下步骤：在步骤(D)期间，使用所述第二压力传感器直接地测量所述生轮胎与所述气囊之间的压力。

7.一种方法，包括以下步骤：

(A)设置轮胎硫化机、轮胎模具、和生轮胎；

(C)将所述生轮胎***所述轮胎模具并且闭合所述轮胎模具；以及

(D)将所述轮胎模具内的生轮胎硫化成硫化轮胎；

其中所述方法的特征在于包括：

步骤(B)将第一压力传感器安装到所述生轮胎的外表面和所述轮胎模具的内表面其中一个；

步骤(B)在步骤(C)之前发生；以及

步骤(E)在步骤(D)期间，使用所述第一压力传感器直接地测量所述生轮胎与所述轮胎模具之间的压力。

8.如权利要求7所述的方法，其中步骤(A)包括以下步骤：为所述生轮胎设置胎面，其中所述方法的特征在于：

步骤(B)包括以下步骤：将所述第一压力传感器在第一周向胎面位置处安装到所述生轮胎的外表面和所述轮胎模具的内表面其中一个；

在步骤(C)前所述方法包括以下步骤：将第二压力传感器在第二周向胎面位置处安装到所述生轮胎的外表面和所述轮胎模具的内表面其中一个；以及

步骤(F)包括以下步骤：在步骤(D)期间，使用所述第二压力传感器直接地测量所述生轮胎与所述轮胎模具之间的压力。

9.如权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：(G)打开所述轮胎模具；以及(H)将所述硫化轮胎从所述轮胎模具中去除，其中所述方法的特征在于包括：

步骤(I)在步骤(H)之后，去除所述第一压力传感器。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

步骤(B)包括以下步骤：将通信线连接到所述第一压力传感器；

步骤(C)包括以下步骤：使所述通信线延伸至所述轮胎模具的外部；以及

步骤(E)包括以下步骤：将由所述第一压力传感器在一时段内测量的多个压力传送给一装置，该装置提供可用于形成显示施加在相关生轮胎上的力与时间的关系的图的相应数据。

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