CN109153204B - 轮胎成型过程及设备中的周向测量 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于控制具有一个或者更多个弹性体层的产品外形的轮胎制造方法和***，所述弹性体层通过连续地挤出弹性体材料的细长元件(200)并且在周向地旋转的鼓(100)的成型表面(100a)上放置细长元件(200)来生产。

Description

轮胎成型过程及设备中的周向测量

技术领域

本发明大体上涉及轮胎生产。更具体而言，本发明涉及通过在材料层的生产之间测量成型鼓表面的周向范围来控制产品外形。

背景技术

轮胎通常由多个层和组成部分构成，这些层和组成部分顺序地放置在可膨胀和可收缩的成型鼓上。虽然成型鼓可以包括用于容纳例如圆形胎圈的特征的凹部，但是，周向地旋转的鼓通常是圆柱形形状，所述圆柱形形状沿轴向方向具有平面外形。在一些已知技术中，不透气橡胶层铺设到鼓的成型表面上，并且一个或者更多个胎体帘布层放置在不透气橡胶层上。每一个帘布层在轮胎的相对侧的胎圈部分之间延伸通过相对的胎侧部分，并且横跨轮胎的胎冠部分。一对圆形胎圈放置在相对的鼓侧，并且可以包括胎圈金属丝和胎圈填料。帘布层卷起并且胎圈朝向彼此移动，以形成环形形状。

在一些已知技术中，从挤出机收集弹性体材料的卷绕器可以将材料以细长条带的形式传送到成型鼓表面。细长的条带围绕成型表面的周向范围缠绕，并且通过一个或者更多个辊结合。传送速度通常控制成与鼓的旋转速度、加速度以及周向范围有关。可以根据需要调节橡胶条带的挤出速度，以接近成型表面的挤出速度。也可以调节并控制橡胶条带的张力。

在细长的条带在成型鼓表面上放置的期间，可能出现不规则的现象(例如，由于材料放置期间的定位差异或者几何差异)，这可能导致产品变形。这些不规则的现象也可能是由于成型鼓表面上的变化，这可能导致细长元件的位置逐步变化。已经开发了用于有效地摆放细长元件的补充解决方案，其尝试在验证之前精确定位该元件。这些解决方案依赖于按压构件与布置在成型鼓表面上的轮胎产品之间的接触。例如，PCT公布WO2015/150970公开了在连续的采样时间中检测按压构件的瞬时位移，并且考虑与鼓的转速有关的变量之和。

放置产品外形的验证可以通过图像采集装置或通过激光位移传感器来实现，激光位移传感器在条带缠绕之前执行截面扫描。然而，这种验证只发生在构成最终产品之后。如果轮胎有任何缺陷，整个产品都会被损坏。

在轮胎生产中，弹性体元件的相对定位的可变性存在非常低的容差。橡胶条带的不正确放置会导致被随后施加的组成部分隐藏的缺陷。因此，需要解决的问题是：在橡胶放置期间并且在随后的组成部分放置之前，消除误差。

发明内容

提供了一种用于控制具有一个或者更多个弹性体层的产品外形的轮胎制造方法，所述弹性体层通过连续地挤出弹性体材料的细长元件，并且在周向地旋转的鼓的成型表面上放置细长元件来生产。该方法包括以预定的流速将细长元件供给到卷绕器组件，所述预定的流速与鼓的旋转速度一致。所述卷绕器组件定位在所述成型表面上方预定的距离处，以便与成型表面保持不接触；沿着所述成型表面的至少一部分轴向地放置所述细长元件以生产层；提供产品外形的数据，所述产品外形的数据至少包括所述层的至少一部分的目标周向值。以预定的频率，检测表示所述细长元件沿着旋转鼓的周向范围所行进的距离的值；在放置循环期间的经过的时间处，将检测值与所述目标周向值比较。在随后的层放置之前，验证所述检测值与目标周向值之间的相等情况。

在本发明的一些实施方案中，所述过程包括基于所述检测值，预测所述层的在放置循环期间的未来的经过的时间处的至少一个未来的周向值。然后可以将所述预测的周向值与所述目标周向值进行比较。

在本发明的一些实施方案中，所述过程包括在放置随后的另一层之前终止放置循环。放置循环的终止发生在以下情况中：将所述检测值与目标周向值进行比较，结果得出两者不相等；或者，将所述预测的周向值与目标周向值进行比较，结果得出两者不相等。

在一些实施方案中，所述过程包括设置张力设备，所述张力设备具有多个张力值，以选择性地施加铺设张力。所述张力设备具有选择性张力控制，所述选择性张力控制设定为与所选产品外形相应的值。

在一些实施方案中，设置了卷绕器组件，所述卷绕器组件包括壳体、引导辊以及供应辊。所述引导辊能够相对于轴旋转，所述轴相对于能够旋转地支撑壳体中的供应辊的轴为通过预定的程度平行间隔的关系。编码器与所述引导辊和所述供应辊的至少一个相关联，以基于表示细长元件所行进的距离的值，来获得检测值并且计算所述层的现有的周向值。在所述过程期间，可以调节所述预定的流速、所述预定的距离以及所述预定的程度中的一个或者更多个。

还提供了执行所公开的轮胎制造方法的***。

还提供了根据所公开的方法成型的轮胎。

根据以下详细描述，本文公开的发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，本文公开的发明的性质和各种优点将变得更加明显；在附图中，相同的附图标记始终表示相同的部分，其中：

图1显示与旋转鼓一起使用的卷绕器组件的前立体图。

图2和图3分别显示图1的卷绕器组件的侧视图和前视图。

图4显示附图的卷绕器组件的局部侧视图。

图5显示沿图4的线A-A的截面图。

图6显示附图的卷绕器组件的局部前视图。

图7显示沿图6的线B-B的截面图。

具体实施方式

下面将参考附图中所示的一个或者更多个实例，对本发明的实施方案进行具体描述。作为解释而非作为限定来提供每一个示例。在不脱离本发明的范围或者精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，作为一个实施方案的一部分所阐述或描述的特征可以与一个或更多个其它实施方案一起使用，以产生至少一个另外的实施方案。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

这里使用的“用户”可以是单个用户或者一组或多更组用户。“用户”可以指配置成接收控制输入并且配置成交互地或自动地向其它设备(包括但不限于用户设备、客户端设备、网络连接的设备以及其它设备)发送命令和/或数据的任何装置。这里使用的术语“过程”或者“方法”可以包括至少由一个电子装置或者基于计算机的装置执行的一个或者更多个步骤，所述电子装置或者基于计算机的装置具有用于执行完成这些步骤的指令的处理器。任何步骤序列都是示例性的，并不旨在将本文所描述的方法限制于任何具体序列，也不旨在排除添加步骤、省略步骤、重复步骤或同时执行步骤。

现在进一步参考附图，其中，相同的附图标记表示相同的元件；图1至图7显示用于生产一个或者更多个橡胶产品的示例性的***，所述橡胶产品会成为一个或者更多个车辆轮胎的一部分。这里使用的术语“轮胎”包括但不限于用于以下车辆的轮胎：轻型车辆、乘用车辆、多用途运载车(包括重型卡车)、休闲车辆(包括但不限于自行车、摩托车、全地形车等)、农用车辆、工业车辆、采矿车辆以及工程机械。

现在参考附图，其中，相同的附图标记表示相同的元件；图1显示具有预定的直径D的周向旋转的鼓100。鼓100具有圆柱形状的成型表面100a，成型表面100a与相对的侧100b、100c共同延伸。成型表面100a沿轴向方向A基本为平面，并且沿周向方向C弯曲。鼓100可旋转，以在轮胎构造期间使成型表面100a能够在其上容纳各种组成部分。由于鼓100具有恒定的直径D，因此，成型表面100a的周向尺寸(即，不支撑任何组成部分)保持恒定。这里使用的“鼓”、“组装鼓”以及“转鼓”可以互换使用，以表示周向地旋转的元件，该周向地旋转的元件具有用于在轮胎制造期间容纳一个或者更多个轮胎组成部分的表面。

橡胶条带200通过卷绕器组件300以可控的张力连续供应，卷绕器组件300横跨周向地旋转的成型表面的轴向范围。挤出机(未显示)将橡胶条带200生产成具有预定的长度的弹性体材料的细长元件，橡胶条带200围绕成型表面100a的周向范围螺旋缠绕。可以通过切割挤出的材料并且顺序地将所切割的条带放置在成型表面100a上来获得预定的长度。橡胶条带200可以直接放置在成型表面100a上，或者可以放置在一个或者更多个其它组成部件(例如，不可渗透的层)上。橡胶条带200可以包含一种或多种本领域已知的织物或金属增强元件。

当鼓100旋转时，挤出机(未显示)将橡胶条带200供应到具有壳体302的卷绕器组件300。挤出机以预定的流速连续地供给橡胶条带200，所述预定的流速与鼓100的旋转速度一致。

卷绕器组件300包括引导辊304，引导辊304将橡胶条带供给到供应辊306。引导辊304可围绕轴304a旋转，轴304a相对轴306a平行间隔，轴306a可旋转地支撑供应辊306。轴306a通过支轴连接(journaled)为通过轴承308旋转，轴承308布置在壳体302中。辊304、306和成型表面100a的相对位置使张力能够策略性地施加。具有选择性张力控制装置(未显示)的可调节的制动设备可以补充张力调节。张力能够以与产品外形(例如，橡胶在成型表面100a层叠的高度)相应的值选择性地施加到橡胶条带200。

设置编码器310，编码器310与一个或者更多个处理器(例如，一个或者更多个可编程逻辑控制器或PLC)进行信号通信。可以预编程一个或者更多个外形轮廓，使得单个生产过程可以适应多次相同的轮廓和/或连续地变化的轮廓。一个或者更多个控制器或控制***(统称为“控制器”)可以确定驱动卷绕器组件300的指令(例如，根据张力值、测量的周长值和校正算法)。这种控制器也可以使橡胶条带200的纵向前进同步为由鼓的周向运动所确定，以便在循环期间策略性地施加张力。如同本领域已知的那样，这些控制器可以与一个或者更多个传感器通信(例如，确定放置的材料的长度，其对应于成型表面100a的周长的尺寸)并且与一个或者更多个计时器通信。

编码器可以是将旋转位移转换为数字或者脉冲信号的光学编码器。编码器测量轴306a的相对于起点的角位移(以及供应辊306的相应的位移)，所述起点可以是内部参考点。供应辊306可以在其周向处分成预定的数量的相等扇区。当供应辊306在橡胶条带200的放置期间旋转时，编码器为每一个经过的扇区产生电输出。对扇区进行计数和累加，以获得表示角位移的数字。例如，应当理解，周长(C)的计算是π与所要计算的物体的直径(D)的乘积(C＝π*D)。因此，具有周长(C)的旋转物体所行进的距离(DIS)，可以由该物体的旋转的圈数(N)来确定(如由公式DIS＝((编码器刻度/360)*C来确定)。

也可以对于轴304a设置类似的编码器，并且计算引导辊304行进的距离。当橡胶条带200放置在成型表面100a上时，使用引导辊304的编码器来实现成型表面100a的外周向范围的测量。这种测量可以选择性地单独进行，或者可以补充内周向范围的测量，内周向范围的测量由与供应辊306相关联的编码器进行。本发明考虑使用与引导辊304和供应辊306的至少一个相关联的编码器，以能够选择性地测量和监测橡胶条带。当两个辊均采用编码器时，橡胶的拉伸和变形的范围是可确定的，从而得出天然纤维的变形。在这种检测的时候，可以在放置随后的橡胶层之前终止成型。

在橡胶放置开始的时候，卷绕器组件300沿着成型表面100a的选定的轴向部分放置橡胶条带200。放置可以沿着成型表面的任何轴向部分开始，并且也可以随意地切断(例如，当生产具有不均匀外形的产品时)。橡胶条带200可以沿着成型表面102a的轴向范围摆放，以避免对特定尺寸的鼓进行修改。摆放可以包括使用运输装置(未显示)，所述运输装置在相对的侧100b，100c之间轴向地推进卷绕器组件300(并且因此推进橡胶条带200)。在这种方式下，本发明对于简单结构(例如，具有内衬和胎体增强帘布层的结构)和更复杂的结构(例如，具有多个胎体增强帘布层的结构，具有压型胎侧增强件的结构，等等)都同样有效。

当放置完成时，卷绕器组件300恢复到其保持准备随后的放置循环的位置。

如图所示，卷绕器组件300可以相对于成型表面100a上方的预定的距离L轴向地并且往复地移动。在挤出机向供应辊306供给弹性体材料的同时，卷绕器组件300保持在预定的距离L处。预定的距离L具有与产品外形相应的值，并且，如果周向测量得出与所需要的周向值有偏差，则可以修改预定的距离L。

在放置期间，供应辊306从不接触成型表面100a，以获得精确的测量。该特征不同于传统***，传统***的按压构件与移动的鼓表面的一直保持接触。这种接触使按压构件遭受振动，该振动表示沿着鼓表面有异常(例如，挤出材料中的凝块，橡胶条带中的破裂等)。然而，未固化的橡胶上的压力，引入了新的干扰，直到最终轮胎组装之后仍未检测到这些干扰。本发明避免了产生新的缺陷，而不是在测量期间引入新的缺陷。相反，在橡胶放置时执行比较性的周向测量，而不延长放置循环时间。

引导辊304沿着线性路径朝向供应辊306引导橡胶条带200。引导辊304显示了轴304a的轴线，轴304a的轴线通过预定的程度l相对于预定的距离L定位。预定的程度l可根据橡胶条带所需要的张力值进行修改。然而，轴304a，306a保持平行间隔关系，以在从挤出机运输到供应辊306的期间，保持橡胶条带200的对齐。

当鼓100周向地前进到用于接收弹性体材料的位置时，橡胶条带200围绕供应辊306的周向范围缠绕。如图4所示，卷绕器组件300位于距成型形表面100a预定的距离L处。在该位置处，轴306a围绕相应的旋转轴线旋转，使得橡胶条带200相对于切向平面形成角度θ。在该角度处，供应辊306围绕成型表面100a轴向地并且螺旋地放置橡胶条带200。如图5所示，相邻的条带边缘200a不重叠，然而应该理解，对于某些产品外形，条带边缘可以重叠。

当供应辊306放置橡胶条带200的时候，编码器310获取检测到的供应辊行进的周向距离。编码器获取表示橡胶条带200沿周向方向和轴向方向的位移的值。编码器可以连续地或者间歇地获取这些值。

橡胶条带200的放置可以根据预定的顺序在一层或多层中实现。在放置每一个层的期间，测量该层的周长，并且与预测的临界值进行比较。如果得出不相等，则可以生成警告信号并且中断该过程。

在任何层的形成期间，橡胶条带200直接放置在成型表面100a上或者直接放置在一个或者更多个其它先前形成的层上。在任何一种情况下，一个或者更多个附加的组成部分可以布置在成型表面100a上。在一些实施方案中，可以在各种成型支撑装置上制造不同的组成部分并且在鼓100上组装。这些组成部分具有预定的属性，使得它们的放置对随后的周向测量具有已知的效果。

在本发明的一些实施方案中，引导辊304具有与其相关联的编码器(未显示)，该编码器替代或补充与供应辊306相关联的编码器。应当理解，与辊304，306的任一个或者两个一起使用的任何编码器，可以包括产生信号的设备，所述信号表示与其通信的相应的辊的位移。这种设备可包括速度计、加速度计、位置传感器以及任何等效和补充设备的一个或者更多个。

在辊304，306的一个或者两个处包括的编码器，能够适当地识别在橡胶层的放置期间发生的异常。由于在将放置层(或放置层的部分)的周向测量结果与预测临界值进行比较的时候，容易识别出这种异常，因此，在卷绕器组件相对于鼓成型表面100a轴向地移动时，容易确定异常的位置。在放置循环的整个持续时间内，反复进行周向测量，使得在放置随后的层之前可以验证每层，甚至每层的部分。

橡胶层的放置可以基于轮胎的独特要求，在不同的经过的时间处实现和调节。对于一些轮胎，可以在每一个层放置之后，实施产品外形的周向测量。对于一些其它轮胎，可以在预定的经过的时间之后实现周向测量(例如，如果预测的临界值为多个层确定，所述多个层允许相对所建立的公差的可接受的偏差)。

例如，如果，在经过的时间处，沿特定的外形部分检测到的产品的周长低于预测周长，则可以在随后的层或者随后的经过时间之前相应地调节一个或者更多个过程参数(例如，鼓100的旋转速度或挤出流速)。如果在经过的时间处或者在预设数量的层之后，没有实现目标周长(表示存在一个或者更多个异常)，则可以完全停止该过程。

在卷绕器组件300中使用的编码器可以与监测***进行信号通信，所述监测***包括至少一个可编程控制器。可编程控制器可以具有在其中编写的已建立的数据，该数据用于产品生产所使用的多个产品外形以及相应的鼓外形。该数据可以包括建立的周向值，使得实际测量的周长可以分别与建立的周向值进行比较。附加的数据可以至少包括预定的直径(例如，用于鼓100，引导辊304和供应辊306)、预定的张力值和预定的距离L的值。使用该数据，监测***可以配置为接收编码器信号并表示相应的异常。监测***的全部或部分可以存放在中央控制中心中或者通过网络远程控制。

监测***可以接收相应的编码器信号，并且基于测量的周长，在当前放置循环期间，预测随后的橡胶层的实际周长。预测可以包括预测是否会实现预测的周长(即，考虑到可接受的公差，预测的周长是否将会过高或过低)。监测***配置为将周长的目标量与相应的预测量进行比较。在随后的层之前，监测***可以产生控制信号，以在比较结果得出不相等的时候，调节过程参数。在随着时间的推移成功地执行调节时，在连续的放置循环期间可以重复这种调节，以确保任何产品外形的周长实现预测值。当产品外形的外形改变时(例如，在变化的波浪形中)，建立周向外形，使得在施加层(或其部分)之后，与目标周长进行比较，以评估材料是否已被正确地施加。

本发明改善了成型鼓的周向测量，其为在轮胎生产期间适应橡胶的精确放置所必须的。如本文所提出的及时测量，适应于特定尺寸的修改，而避免了与有缺陷的轮胎产品的报废相关联的成本。在这种方式下，各种轮胎易于通过现有的成型鼓***来生产，而不损害其有益性能并且没有显著的资本支出。

一个或者更多个互联网络设备可以与本公开的***一同实施，例如，在集群或其它分布式计算***中。所述网络可以是LAN、WAN、SAN、无线网络、蜂窝网络、无线电链路、光学链路和/或因特网，但是所述网络不限于这些网络选择。相关的交互式软件应用程序可以下载在桌面上或从远程站点上传到移动设备上。还可以包括用于使用软件应用程序的指令，以及用于访问向一个或者更多个用户提供用于与其他人协作的界面的任何远程平台的资源。能够设想，可以采用具有预先下载以供准备使用的软件应用程序的移动设备。服务器可以进一步配置成促进目前所公开的至少一个***与一个或者更多个网络设备之间的通信。可以构建和访问数据库，所述数据库包括存储的数据(例如，轮胎类型和尺寸、胎体帘布层的可用性、产品组装的顺序等)以及可以针对预期的制造完整性产生的计算数据预测。

本文公开的尺寸和值不限于指定的测量单位。例如，以英制单位表示的尺寸应理解为包括公制和其它单位的等效尺寸(例如，公开为“1英寸”的尺寸旨在表示“2.5cm”的等效尺寸)。

虽然已经说明和描述了所公开的装置的具体实施方案，但是应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、添加和修改。因此，除了在所附权利要求中的阐述之外，不应对本文公开的发明的范围进行限制。

Claims (13)

1.一种用于控制具有一个或者更多个弹性体层的产品外形的轮胎制造方法，所述弹性体层通过连续地挤出弹性体材料的细长元件(200)，并且在周向地旋转的鼓(100)的成型表面(100a)上放置细长元件(200)来生产，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

以预定的流速将细长元件(200)供给到卷绕器组件(300)，所述预定的流速与鼓(100)的旋转速度一致，所述卷绕器组件(300)定位在所述成型表面(100a)上方预定的距离(L)处，以便与成型表面(100a)保持不接触；

沿着所述成型表面(100a)的至少一部分轴向地放置所述细长元件(200)以生产层；

提供产品外形的数据，所述产品外形的数据至少包括所述层的至少一部分的目标周向值；

以预定的频率，检测表示所述细长元件沿着旋转鼓(100)的周向范围所行进的距离的值；

在放置循环期间的经过的时间处，将检测值与所述目标周向值比较；

在随后的层放置之前，验证所述检测值与目标周向值之间的相等情况。

2.根据权利要求1所述的轮胎制造方法，进一步包括以下步骤：

基于所述检测值，预测所述层的在放置循环期间的未来的经过的时间处的至少一个未来的周向值；

将预测的周向值与所述目标周向值进行比较。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎制造方法，进一步包括：在放置随后的另一层之前终止放置循环的步骤，其中，放置循环的终止发生在以下情况中：

(a)将所述检测值与目标周向值进行比较，结果得出两者不相等；或者

(b)将预测的周向值与目标周向值进行比较，结果得出两者不相等。

4.根据权利要求3所述的轮胎制造方法，其中，放置所述细长元件(200)包括以下至少一个：

在选择性地施加所述细长元件(200)的铺设张力期间，将所述细长元件(200)放置在所述成型表面(100a)上；

将所述细长元件(200)放置在预先布置在成型表面上的一个或者更多个轮胎组成部分上。

5.根据权利要求4所述的轮胎制造方法，进一步包括：设置张力设备，所述张力设备具有多个张力值，以选择性地施加铺设张力，并且具有选择性张力控制，所述选择性张力控制设定为与所选产品外形相应的值。

6.根据权利要求2所述的轮胎制造方法，进一步包括设置所述卷绕器组件(300)的步骤，其中，所述卷绕器组件(300)包括：

壳体(302)；

引导辊(304)；以及

供应辊(306)；

其中，所述引导辊(304)能够相对于轴(304a)旋转，所述轴(304a)相对于能够旋转地支撑壳体中的供应辊的轴(306a)为通过预定的程度(l)平行间隔的关系；以及

编码器(310)，其与所述引导辊(304)和所述供应辊(306)的至少一个相关联，以基于表示细长元件(200)所行进的距离的值来获得检测值并且计算所述层的现有的周向值。

7.根据权利要求6所述的轮胎制造方法，进一步包括调节所述预定的流速、所述预定的距离(L)以及所述预定的程度(l)中的一个或者更多个的步骤。

8.根据权利要求7所述的轮胎制造方法，进一步包括设置监测***的步骤，所述监测***配置成接收表示所述检测值的信号，并且配置成发送一个或者更多个相应的控制信号，以执行调节。

9.根据权利要求2所述的轮胎制造方法，进一步包括将一个或者更多个产品外形编程到至少一个可编程控制器中，使得所述目标周向值能够从多个产品外形中选择。

10.根据权利要求9所述的轮胎制造方法，进一步包括重复执行至少一个所述步骤。

11.一种用于执行根据权利要求1-10中任一项轮胎制造方法的***，包括：卷绕器组件(300)，其具有壳体(302)、引导辊(304)以及供应辊(306)，其中，所述引导辊(304)相对于轴(304a)能够旋转，所述轴(304a)相对于能够旋转地支撑壳体(302)中的供应辊(306)的轴(306a)为通过预定的程度(l)平行间隔的关系；所述卷绕器组件(300)具有编码器(310)，所述编码器(310)与所述引导辊(304)和所述供应辊(306)的至少一个相关联，以基于表示细长元件(200)所行进的距离的值，来获得检测值并且计算所述层的现有的周向值。

12.根据权利要求11所述的***，进一步包括以下的至少一个：周向地旋转的鼓(100)、至少一个运输装置以及一个或者更多个控制器；

所述周向地旋转的鼓(100)具有圆柱形的成型表面(100a)，所述圆柱形的成型表面(100a)沿轴向方向(A)基本上是平坦的而沿周向方向(C)是弯曲的；

所述至少一个运输装置沿着所述成型表面(100a)的轴向方向(A)的至少一部分运输所述卷绕器组件(300)；以及

所述一个或者更多个控制器与能够旋转的鼓(100)和所述卷绕器组件(300)的至少一个信号通信。

13.一种根据权利要求1-10中任一项所述的方法成型的轮胎。

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