CN1082870C - 生产充气汽车轮胎的方法和设备 - Google Patents

Abstract

生产在两个轮胎边箍圈之间伸展有轮胎胎壳和在轮胎胎壳和胎面之间装有护胎带的汽车轮胎的方法，这里，相应的轮胎坯料只是使用非金属成份生产的，且在加热和压力作用下产生的固化和成形过程中，所需热能至少有部份是以微波能量的形式加入于轮胎中的。为了改进轮胎的质量，特别是为了避免由于不正确热处理所造成的瑕疵，对轮胎中的主要温度，根据不同轮胎部位的温度设计对不同轮胎部位进行不同的控制或调节。

Description

生产充气汽车轮胎的方法和设备

本发明涉及一种生产充气汽车轮胎的方法，该轮胎在两个轮胎边箍圈之间伸展有轮胎胎壳和在轮胎胎壳和胎面之间安装有护胎带，本发明也涉及该方法所使用的设备。

本发明的目的是提出一种特别经济的、能保证高质量轮胎的、非金属成份的汽车轮胎的生产方法。

该目的可用一种方法来达到，在这种方法中相应的轮胎毛坯只是使用非金属成份生产的，且在加热和压力作用下产生的硬化和成形过程中，所需热能至少有部分是以微波能量形式引入于轮胎中的，而轮胎中的主要温度则是根据不同轮胎部位的温度设计，对不同轮胎部位进行不同的控制或调节。

根据本发明，在轮胎处理过程中轮胎的主要温度是受控制或调节的。采用这一方法能保证得到轮胎的理想热处理。特别是热处理能根据不同轮胎部位的不同温度设计而进行。为此目的，可将温度传感器装备在轮胎之上和/或在轮胎之中。不过，温度传感器也可装备在提供轮胎的加热或压制模具之中；特别是还可采用红外温度传感器。

特别是，可用有目的地改变加入于特定轮胎部位的微波能量的这样方法来进行温度的调节或控制。另一种可能性在于对特定轮胎部位进行冷却。这样，就可能对发生的或可能发生的过热作出十分迅速的反应，不然这种过热会导致局部瑕疵。

在轮胎处理过程中，温度控制或调节，特别是，也可按时间这一方式来进行，这就是说，轮胎可相应地在特定的温度下保持特定的时间。这对轮胎不同部位也可不同地加以进行，例如，轮胎边部位可比轮胎其余部位在较高的温度下保持较长的时间。特别是，特定轮胎部位的冷却可采用将热量由该部位引出，再传导至轮胎其它部位的这种方法，这样，现有的热量就不会损失掉。从而在轮胎内部产生了一种热交换。

加热温度的控制也可通过与加热模具联系在一起的微波场的特殊加热特性来实现，这样，由热传导引入的能量就可加以变化。举例说明，加热模具可由基础材料制成，其中掺合有合适的填充剂，它能使加热模具具有要求的加热特性，也即，具有由微波场接收能量的特定性能。例如，埋置于作为基础材料的塑胶中的碳黑就能用作这样的填充剂。通过改变所加入的碳黑的数量和/或性质，加热模具的加热特性就能改变，当然，也可在特定轮胎部位不同地来进行这一改变。

作为熔融至加热温度以上的较合适的基础材料有，例如聚酰胺，陶瓷材料，或不同材料的混合物。加入于熔融状态基础材料中的填充剂最好均匀地分布于整个要求的部位中。不仅可通过填充剂的数量对加热特性产生影响，理确切讲也可通过填充剂的类型，具体讲通过碳黑的类型对加热特性加以影响。用这种方法，在整个轮胎中的温度差可达到，例如在20℃至30℃之间。

为了进行冷却可在加热模具中安装一些通道，由此冷却液或热交换流体可通过。

根据本发明的进一步设计，加入轮胎的不同部位的不同的能量输入的控制或调节可通过微波场的相应几何形态来得到实现，而这种几何形态，例如可通过对驻波发生的却当的反射和折射来获得。为发生驻波，微波波导管和微波槽可具有这样的几何形状，即它们是波长，半波长或1/4波长的积分多路***。不言而喻，不同波长的微波也可被同时使用。然而，不同的能量输入也可采用对轮胎特定部位进行遮盖，至少在一段时间内进行遮盖而加以实现。为此目的，也可使用一些屏蔽物对微波辐射进行反射，从而使其不能进入预期的轮胎部位。屏蔽物是能绕枢轴转动的或安装有一些可关闭的窗口，以便对屏蔽进行定时的限制，并对屏蔽进行有选择的使用。

根据本发明方法的一种优异方案，被加热模具的加热特性应在进行轮胎处理之前的试验中加以确定，这时，一些温度传感器被放置在轮胎中和/或轮胎上，和/或在加热模具中，以测量加热特性。用此方法通过对加热模具的材料或冷却装置进行协调或匹配，可使温度分布得到优化。这样，在随后轮胎处理中的工艺参数就在试验序列中得到确定。

根据本发明的一种特殊方案，主要应用方法应进行如下，即首先将一只轮胎坯料用常规方法或用微波能量进行预热。然后将此轮胎在加热压机中受压并保温。最后，将此轮胎在压力下由加热压机取出，在一台微波装置中固化。在这样的过程中，该轮胎在被加热压机中处理的时间就得以缩短，从而使相对昂贵的加热压机的生产量能提高。为此，必须提供一种能显然适用于微波的特殊压力模具。该压力模具能将轮胎坯料完全包裹住，并能取代常规使用的膜片。另一方面，通过膜片维持加于轮胎压力的一种装置也能使用。

加热压机中的处理可在压力最高约30巴，110℃的温度下进行，并维持，例如4至5分钟。然后，在微波装置中的固化可在温度例如为260℃下进行。这时，该轮胎所承受的压力最好至少在10巴至12巴。这一方法能保证固化时不会有气泡出现，而气泡会导至有瑕疵的轮胎。

根据本发明的更为优异的方案，采用旋转对称微波场对汽车轮胎进行处理，该旋转对称微波场更合理地在径向通过轮胎进行辐射。通过这些方案，在轮胎周边方向的轮胎质量差异就得以避免，而这种差异会导至轮胎以后的瑕疵，或至少会导至轮胎质量的降低。

微波最好由轴向引入至轮胎或轮胎加热模具的中心，并应用相应的反射装置将微波由此经过轮胎坯料在径向进行引导。此径向微波场也能产生如下，即引入于轮胎或轮胎模具中心的微波能量的场出口管只可能在半径方向。为此目的，最好将一些微波反射板在轴向置于此轮胎或此轮胎模具的两边，使轴向引入的微波能量在这些板之间来回地被反射。于是，微波能在径向通过轮胎坯料引出和透过。只要轮胎加热模具是由微波反射材料制成的，微波最早被轮胎加热模具反射，从而在微波***中被捕获。但是，为在***中捕获微波，也可专门安装一种装置以替换轮胎加热模具。

这两块微波反射板是能相互相对运动的，且最好发生在相对轮胎中心平面是对称的。在此方式下，反射和绕射图象就改变，从而能获得微波能量在整个轮胎中的有目的的分布或微波能量分布的校平。

总的说来，正如上述，本发明方法的目在于产生一个旋转对称微波场。为此目的，微波能量分布的修平是必须的，因为后者自然就趋于一个非均匀分布。

驻波可以在微波波导管和微波槽中产生，微波波导管和微波槽连同轮胎模具或独立的设备一起形成板式装置，这样的装置可导至微波能量的周期性分布。为了避免这样的一种非均匀分布，相应的微波波导管和微波槽的组成，只要有可能，应使驻波不可能发生。但，另一方面，驻波也可有目的地加以应用，以便使微波能量能以放大的方式引入至特定的轮胎部位。

引入轮胎内的微波能量的修平也可能通过轮胎相对微波场的运动或微波场相对轮胎的运动而获得。这两种方式都可与驻波或不与驻波一起产生。

在任何情况，重要的是将一种不均匀分布或者在一段时间内加以修平，或者仅仅按要求的方式加以使用。但是，要求的能量输入的不均匀分布主要在轴向产生。在轮胎边部位的能量输入要比在轮胎其余部位的强。这也能通过被处理轮胎相对微波场的相应的相对运动，或微波场相对被处理轮胎的相应的相对运动来产生。

一种可能的相对运动在于将正被处理的轮胎与轮胎模具一起在径向微波场中旋转，并有意识地使其在轴向来回运动，而按此产生的轴向运动应使特定部位，特别是轮胎边部位的停留时间大于其它部位的。

另一种可能的能量输入修平或有目的的能量输入在于使中心地引入于轮胎或轮胎模具的微波场旋转，这时，微波波导管在绕轮胎轴旋转的轮胎中心至少有一个径向窗口。为此目的，微波波导管在轮胎模具的中心倾斜或具有一个T-形形状的或具有一个单层或多层的交叉末端器，并有一些为微波辐射用的相应的定向出口管窗口。此末端器或这些窗口也可在轴向来回运动，或能向径向倾斜或是径向倾斜的，以便再一次完成微波能量在轴向的分布和定向引入。

通过引入微波的微波波导管窗口或通过一些反射器的微波定向也可用这样的方法产生，即出口管方向或反射方向沿螺旋线轨迹改变。采用这一方法也可能使微波能量修平或使微波能量能有目的地被引入至特定轮胎部位。

人们也可用一个具有轴向窗口的微波波导管来代替具有径向窗口的微波波导管，在此带轴向窗口的微波波导管的出口前面具有一个微波反射装置，特别是一个微波搅拌器。当此装置旋转时，微波就均匀地分布在轮胎的周边方向。然而，在此微波装置的其它部位也可安装许多这样的装置。

在一特殊的设计中，此微波反射装置有一些风扇，这些风扇能绕它们的纵向轴旋转而起微波能量的反射器作用。改变此装置风扇的攻角，能将微波能量折射进入轮胎的特定部位。而且，还能装备许多风扇，它们中至少有部分具有不同的攻角以便在整个轮胎内获得要求的微波能量分布。应注意，微波能量在轮胎轴向的分布可用此方法而加以影响，而所引入的微波能量的旋转对称则由相应装置绕轮胎轴在所有时间内的旋转来加以保证。

另一种可能对微波能量分布发生影响的方法在于通过此装置的几何形状和表面设计而有目的地应用微波的散射效应。一些散射装置的集合，特别当其与一多层反射结合在一起时，能导至所引入微波能量的空间分布的修平。

最后，包围需处理轮胎的微波槽的所有壁面，一般说来，是能调节的，特别是它们的空间位置能相互倾斜或改变，以便获得所引入微波能量的有目的的分布或修平。

将径向微波场引入至轮胎的另一种可能性是基于将微波能量在径向由外部引入至轮胎中心。为此，轮胎模具自然必须是微波可渗透的。在轮胎模具的对边放置了一台微波反射装置以保证微波能量能集中在轮胎中。此微波引入装置和轮胎绕轮胎轴依次旋转以保证按时间函数引入的微波能量的旋转对称。微波能量在整个轮胎中的有目的分布可以相应地通过上述措施，特别是通过在轴向的，具有不同停留时间的有选择地来回运动，或通过微波波导管出口相对径向的倾斜而加以完成。

自然，所有这些措施也能与前述通过微波模具的设计和材料进行温度控制或调节的措施加以结合。

按照本发明，轮胎模具或被处理的轮胎可以位于以上描述的板式装置之内或之外。此板式装置也可设计成其窗口在径向向外扩展成喇叭形天线的形状。这有利于径向场的进一步修平。在此情况下，轮胎最好放置于喇叭形区域中或其外边。

最后，整个装置可形成一封闭***，并能承受压力。用这种方法，轮胎可以在压力下硬化或保持于压力之下。在第二种情况，可预先将轮胎置于压机中在压力下硬化。接着，在例如通过一模具以维持压力的同时，将其放入微波装置，而该微波装置再保持在压力之下。

所描述的微波装置也能安装在常规的加热压机中。这样能使价格合适，空间节省。而且由于不必要在微波模具中加入附加的嵌入物，生产过程也得以加快。

图中表示了各种微波装置。它们是：图1微波装置第一方案的透视图，图2微波装置的第二方案，图3微波装置的第三方案，图4微波装置的第四方案，图5微波波导管的出口或出口管末端的透视图，图6一种微波波导管方案的横截面图，图7微波波导管的一台末端器的平面图，图8微波波导管的末端器一种方案的平面图，图9微波装置的一种改进方案，和图10微波装置的一种更为改进的方案。

在示于图1的微波装置中，轮胎(图中未画出)连同轮胎加热模具1位于两块平行的圆形微波反射板2之间，它们的平面与轮胎的轴相垂直。板2中的每一块都有一个中心通道窗口，在每个窗口之上连结有一只向外的微波波导管3。微波波导管3具有附加的微波耦合点或端口4。

微波由轴向通过微波波导管3被引入至轮胎模具1的中心，并在平行板2之间来回反射。从而微波只可能在径向出现，随着微波径向透过位于轮胎模具1中的轮胎，就将加热能量传输给轮胎。

在图2的方案中，这两板平行微波反射板2轴向地置于轮胎加热模具1的两边，其径向外边缘在轴向扩展成喇叭似的形状。在此方案中，轮胎加热模具1位于喇叭形区域中。但正像图1方案中轮胎加热模具能径向置于两块板之外那样，它也可置于喇叭形区域之外。

在图3的方案中，微波设备被一外壳5所封闭，这外壳5一方面能阻止微波射出，另一方面还能形成一压力室。两块平行板各自组成外壳5的边界面。

图4出示了一个改进方案，在此方案中，微波外壳5的径向边界面能倾斜，并能在它们的布置上一一改变。这由边缘的楔形6加以表示。此外，在此方案中在微波波导管3的出口管窗口之前有一位于轮胎加热模具1的中心的，能绕轮胎轴转动的微波搅拌器7，此搅拌器，一方面最好是在轴向来回运动，另一方面具有倾斜度能调节的风扇8。风扇由微波反射材料制成，并用于对通过微波波导管3引入的微波辐射进行分布。微波搅拌器绕轮胎轴转动以保证在整个时间内引入的微波能量具有旋转对称性。

图5表示了位于轮胎加热模具中心的微波波导管3的一种方案的出口端10。在示出的实施例中，微波波导管3的出口端10为T-形的，具有两个指于半径方向的出口管窗口，窗口向外扩展成喇叭形以避免微波的衍射。出口9是绕轮胎轴旋转的，且能在轴向来回移动或与径向倾斜成角。

在示于图6的微波波导管3的另一种方案中，用于对特定轮胎部位进行屏蔽的微波吸收或反射折板11安装在径向出口管窗口9的区域。通过将折板绕枢轴向外转动，微波对这些区域的辐射就被阻止，这样，对特定轮胎部位的能量输入就可加以控制。折板11可在整个处理期间，但也可只在一段特定时间内绕枢轴向外转动，以便对受影响区域获得要求的能量输入。图6中的箭头12表示了折板11能绕枢轴转动的方向。这里，如在图5中一样，微波波导管3的出口管窗口9的横截面要大于将被处理的轮胎的或轮胎加热模具1的宽度。

在图7和图8中表示了微波波导管3的出口端10的两种方案的平面图，它们可用作图5中微波波导管3的T一形出口端的替换方案。图7表示了两个交叉微波波导管的平面图，它们具有4个，各自指向相反方向的微波辐射出口管窗口9。图8表示了一个实施例，其中径向出口管窗口9可与径向成0°至90°的不同夹角。这样，可对不同轮胎部位有目的地加入微波能量。示于图7和图8中的微波波导管3的出口端10和示于图6中的方案一样也可与微波波导管一起绕轴1旋转，以便在此情况下也获得旋转对称。

图9表示了一台具有平行板2的改进微波装置，在两块平行板之间装置了轮胎加热模具，这两块平行板都具有中心切口以便通过微波波导管3进行微波能量的轴向供应。在板2之间还装有与之平行的微波反射材料制成的板13，这些板同样也都具有一个中心切口。板13中的每两块通过中空柱体14而相互联结，中空柱体与直通窗口同心，且同样由微波反射材料制成。这时，出现了一个结构特殊的中空腔，在其中微波传播以便将微波导向特定轮胎部位。在此中空腔中可装有附加的微波辐射屏蔽15，此外，屏蔽上还可有可关闭的供微波辐射的通道窗口16。在此中空腔中，微波能量的分布能加以控制，从而通过屏蔽15以及通过通道窗口16的开关对特定轮胎部位的能量输入也可加以控制。

图10表示了图9中微波装置的另一种方案，这里，在轴向为微波波导管3安装了末端器17，18，19以代替板13，这些末端器在轴向一个跟着一个，而其中心的一个则位于轮胎加热模具1的平面，并装备有径向开口的出口管窗口21。但是，在轴向外边的两个末端器17和19则装备着有轴向开口的出口管窗口20和22，它们各自指向轮胎加热模具方向。为此，末端器17和19相对微波波导管13转角两次，而末端器18则只转一次。

带可关闭通道窗口16的屏蔽15可顺序装于末端器17，18和19，这样，在相应的末端器17，18和19中通过屏蔽的微波辐射通量就能加以控制。用这种方式，对特定轮胎部位的有目的的能量输入也就有了可能。在这一设计中，末端器17，18和19也是和微波波导管3一起绕轴1旋转的，以便至少在一段时间内获得微波能量的旋转对称分布。

Claims (13)

1.生产充气汽车轮胎的方法，轮胎在两个轮胎边箍圈之间伸展有轮胎胎壳，和在轮胎胎壳和胎面之间装有护胎带，其中，相应的轮胎坯料只是使用非金属成分生产的，且在加热和压力作用下产生的固化和成形过程中，所需热能至少有部分是以微波能量的形式加入于轮胎中的，而轮胎中的主要温度则是根据不同轮胎部位的温度设计对不同轮胎部位进行不同的调节。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于通过有目的地改变加入于特定轮胎部位的微波能量和/或通过冷却特定轮胎部位或通过特定轮胎部位之间的热交换来进行温度调节。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于向不同轮胎部位输入不同能量的调节是通过微波场的相应几何形态而得以实现的，即是通过适当的反射和折射和/或通过对特定轮胎部位至少进行部分覆盖而得以实现的。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于首先用常规方法或微波能量进行预热的轮胎坯料，接着在一加热压机中受压和加热，最后在压力下由加热压机取出，并在一台微波装置中固化。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于将微波射线在轴向引入至轮胎的中心并在这里折射至半径方向，使微波场的设计为旋转对称的，是径向通过轮胎进行辐射的。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于通过微波场和轮胎之间的相对运动，将所引入的微波能量在轮胎周边方向在整个时间内进行修平，和/或采用轮胎在微波场旋转或微波场绕轮胎轴旋转的方法有目的地将所引入的微波能量在轴向进行分布。

7.为实现权利要求1的方法所使用的设备，其特征在于，通过一波导管(3)可将轮胎或轮胎加热模具(1)引入于两块平行微波反射板(2)之间，这两块板(2)与轮胎轴(I)相垂直地伸展着，并至少在一块板上有一个切口，以便通过波导管(3)将微波辐射引入至轮胎的中心。

8.按权利要求7的设备，其特征在于这两块微波反射板(2)是相互进行相对运动的。

9.按照权利要求7或权利要求8的设备，其特征在于微波反射板(2)在径向朝外在轴向扩展成喇叭形状，轮胎可设置于喇叭形区域中或可设置在喇叭形区域的径向之外。

10.为实现权利要求1的方法所使用的设备，其特征在于采用一中空微波波导管(3)将微波辐射引入至轮胎中心或引入至轮胎加热模具(1)的中心，微波波导管至少有一个在径向指向的、为微波能量而设有的出口管窗口(9)，微波波导管(3)具有一T型或单个或多个交叉的出口端(10)，并有为微波辐射而设的具有相应指向的出口管窗口(9)。

11.按照权利要求10的设备，其特征在于径向出口管窗口(9)是绕轮胎轴(I)转动的，或能倾斜或是向径向倾斜，和/或是在一螺旋线轨迹上绕轮胎轴(I)运动的，和/或是在轴向来回地运动的。

12.按照权利要求11的设备，其特征在于在两块微波反射板(2)之间的、为引入微波射线而设有中心切口之前至少安装有一个绕轮胎轴旋转的微波搅拌器(7)，搅拌器具有一些绕纵向轴旋转的风扇(8)，并在轴向来回运动。

13.按照权利要求7或10的设备，其特征在于轮胎由微波反射壁包围，微波反射壁是倾斜的和/或可相互相对运动的；并且置于微波装置中的屏蔽(11，15)能作为绕枢轴向外转动和/或具有可关闭的入口窗口(16)。

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