专利名称：将丝线嵌埋到橡胶成型元件中的设备和方法
技术领域：
本发明涉及车辆轮胎的技术领域，更加具体而言，涉及轮胎的制造领域，所述轮胎包括多个纤维，所述纤维在给定方向上注入到制成所述轮胎的多个橡胶部件的其中一个当中。
背景技术：
公开出版物EP 1 213 130提供了这种类型的轮胎的一种特定概念，其中短的增强纤维或者插入件以定向的方式嵌埋到胎面内，从而在给定方向上提高轮胎这一部分的机械性能。公开出版物US 7 005 022提出了一种制造包括定向纤维的这种类型的部件的方法，其首先需要挤出成型元件，该成型元件由包括各向同性定向的短纤维的橡胶材料制成， 接着在第二阶段中，利用近似梳子形的穿刺装置在给定方向上刺穿成型元件，以便通过夹带了纤维的针的效应而在刺穿方向上对一些纤维进行定向。该第一种类型的方法实现了部分结果，但是并未使得所有的纤维在所需方向上进行定向。公开出版物EP 1 213 383提出了将所述插入件植入到轮胎胎面结构的橡胶部件
中的另一种装置。该设备包括中空的针，所述中空的针能够刺入橡胶部件，并且增强纤维通过该中空的针来行进；活动支架，该活动支架能够执行往复运动并且支撑所述针；切割刀片，其用来将待植入的纤维切断；以及至少两个夹持装置，其用来保持并调节纤维的位置。这种设备的优点在于使得所有纤维或者增强插入件在精确并受控的方向上进行植入。然而，注意到设置在该设备中的夹持装置的目的是推动并保持纤维，以便在每次循环中迫使纤维沿着针的内部行进。这种操作模式的效果是使得纤维在受压的情况下设置。尽管存在导向装置，这种压缩很可能引起纤维在纤维自由行进的路径的那些部分上发生褶皱，特别是在所述纤维是几乎对这种负载没有抵抗的纺织纤维的时候尤是如此。在现有技术的公开出版物中还描述了其他方法和设备，其目的是将丝线嵌埋到主要用在航空工业的合成材料当中。公开出版物US 5 186 776描述了一种类似的设备，其中与之前所描述的设备一样，利用止回系统来推动丝线，该止回系统定位在将丝线分配到针的管道内的装置的出口处，所述针联接到超声激励装置。公开出版物US 5 642 679描述了一种设备，该设备的用途是将连续的丝线插入穿过多个复合材料层，从而将它们联结在一起。这种设备并不期望使得丝线在针的内部行进，并且也不提供切割装置，正如在后文中看到的那样，每次所述针被嵌埋到材料中的时候，所述切割装置能够产生起始尾部。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接将丝线在给定方向上嵌埋到橡胶部件当中的这种类型的设备的新颖的使用手段。用于在给定方向上将丝线嵌埋到橡胶成型元件中的设备，包括-连续供给丝线的装置，-活动支架，该活动支架能够在升高位置和降低位置之间以直线往复运动的方式沿着结构行进，且该活动支架包括顶部和底部，管道形成在该顶部和底部之间以用来对丝线进行导向，-中空的针，所述针包括通道，所述丝线能够在该通道中行进，所述针在所述管道的延长段上通过该针的其中一个端部而固定到所述活动支架的底部，且所述针在其另一端上包括尖端，该尖端能够刺入所述橡胶成型元件，-设置在所述结构上的切割装置，该切割装置包括旋转刀片，该旋转刀片包括切割线，当所述针处在升高位置的时候，该切割线能够在所述针的往复运动的每个循环中在离开所述针的尖端给定距离(d)处切断所述丝线。该设备的特征在于，所述切割装置包括桨板，该桨板设置在所述刀片的切割线后方并且用于在所述丝线已经被刀片切割之后紧接着碰撞丝线离开所述针。一种实施根据本发明的设备的方法，包括以下步骤A-当所述针处在成型元件的表面上方的升高位置的时候，在所述针的尖端的一侧上释放给定长度的丝线，从而形成尾部，B-降低所述针，以使得所述针的尖端刺入成型元件给定深度，C-在使得丝线沿着所述针的内部行进的同时，将所述针从成型元件中抽取出来，D-将所述针的尖端在成型元件的表面的上方升高给定高度，从而释放所述针的尖端和成型元件的表面之间的一定长度的丝线，该长度小于所述针刺入所述成型元件的深度，E-在与所述成型元件的表面齐平的高度上切断丝线，从而释放给定长度的新的尾部，该给定长度小于所述针刺入成型元件的深度。该方法的特征在于，恰好在切割之后，所述桨板在大致垂直于所述针的方向的方向上向所述尾部施加冲击力，从而将所述尾部折叠在所述针的尖端周围。通过这种方式，在每次循环中，在刚刚切割完丝线之后在尖端一侧上的位于针外部的丝线所形成的丝线尾部被迫折叠在针的出口通道的边缘周围。针的出口通道的边缘有点充当了楔的作用，其作用在丝线的折叠部并且能够携载所述丝线。这种布置一方面在针朝着成型元件的表面向下行进期间防止了丝线在针的通道内部的回缩，并且防止了丝线自由滑动到针的外部，其可能具有的影响是缩短了尾部。它还使得当针降低到成型元件的厚度内在针的出口通道的边缘周围折叠的尾部保持为附接在针的尖端，而不是通过尾部和由针在成型元件中形成的穿孔的壁之间的接触产生的摩擦力而被夹带，这可能具有的影响是延长了尾部。当针被再次升高的时候，楔效应消失并且尾部被抓握该尾部的橡胶材料保持在穿孔内的适当位置，并且防止了针内存在的丝线进行回缩，从而升高运动使得丝线被迫沿着
5针的内部行进。在该运动期间，介于针的入口和尾部之间的那部分丝线保持为受到张力。现在通过针来拉动丝线，而不是公开出版物EP 1 213 383中所涵盖的设备中所提出的对丝线进行推动。为了使得丝线更容易地在针的内部行进，那么所需要的是供给装置，其将零张力的丝线传送到针的入口处，从而对设备进行持续地供给，而不需要在任何时候在嵌埋循环中使得丝线在压缩状态下被设置。在对针进行升高的阶段期间施加在丝线上的张力具有的唯一目的是克服丝线在针的通道内部的摩擦力。此外，由于根据本发明的设备的操作简洁性，并且由于所涉及的机械部件的数量很少，因此可以充分增大插入件的嵌埋速度。
以下的描述依赖于能够实施根据本发明的方法的设备的一个实施方式，并且依赖于图1和图8，其中-图1描绘了根据本发明的设备的立体图，-图2、3和4描绘了在产生起始尾部时切割刀的操作细节，-图5描绘了根据所述设备第一使用模式的嵌埋插入件的各个循环阶段，-图6和图7描绘了在嵌埋循环的特定阶段下的所述设备的多个部分的位置的立体图，-图8描绘了根据本发明的设备的实施方式的替代形式的立体图。
具体实施例方式在图1中显示的根据本发明的设备包括结构1(丝线F供给装置4安装在该结构 1上)、支撑中空的针5的活动支架2、和切割装置3。供给装置4设在结构1的顶部并且能够在给定并且受调节的恒定速度下传送丝线 F0活动支架2通过直的导轨11连接到所述结构。该活动支架2通过被电机(图中未示)转动的连杆14和曲轴13在升高位置和降低位置之间进行往复运动，所述电机固定到结构1。所述升高位置的意思是所述结构的位置，其对应于所述结构处在最远离成型元件 P的表面S的位置下的循环阶段，并且降低位置表示对应于所述结构处在最靠近表面S的位置下的循环阶段的位置。活动支架2包括底部22和顶部21，在该底部22和顶部21之间形成了管道25 (用虚线进行了描绘)，以用于对丝线F进行导向。中空的针5包括通道53，丝线F通过该通道53来前进，该中空的针5通过它的其中一个端部51而在活动支架2的底部22和顶部21之间形成的管道25的延长段上固定到活动支架2的底部。丝线F从针的尖端处显现出来，该针的尖端朝着成型元件P的表面S 导向。所述针与支架2作为一个部件而实现了往复运动。针的直径被选定为提高了针在橡胶中的刺入度。优选地，所选择的针将具有最小的外径并且将对应于待被嵌埋的丝线的直径，其在最常见的应用当中可以从0. Imm到Imm进行变化。很明显的是，将能够确保丝线在针的内通道内部的正确滑动。为此，丝线和针的内径之间的直径差不必小于0. 05mm。为了提高针在其上下运动时的导向，在结构2的底部尽可能地靠近轮廓元件P的表面S设置导向装置12，针在该导向装置12内自由行进，从而当活动支架处在升高位置的时候，针的尖端不会从导向装置中脱离。当丝线进入到位于活动支架2的顶部21上的管道25当中的时候，为了提高丝线 F的导向能力，在所述支架的顶部设置了丝线导向装置23。该丝线导向装置23具有截头圆锥通道的形式，其最小的直径定位在与活动支架的顶部和底部之间形成的管道25相同的一侧上，并且其最大直径位于丝线F进入到导向装置的入口处。不言而喻，导向装置并不限定于实施方式的这种特别简单的形式，而可以适配成多种方式。切割装置3包括刀片30 (该刀片30包括切割线34)，该切割装置3安装在结构1 的基底部。该切割装置呈现绕着大致平行于针的移动方向的轴线31来进行旋转的切割刀的形式，所述旋转是通过固定到结构1的电机(图中未示)而实现的。该切割装置被布置成使得它能够沿着轴线31进行平移调节，从而它在离开所述尖端相距给定的并且可调的距离d处切断了成型元件的表面F和针的尖端52之间的丝线F。旋转切割刀定位在针5导向装置12和成型元件P的表面S之间。切割刀的旋转运动被调节成使得其对于每次针的往复循环完成一整圈。这种运动被设定成使得当针的尖端处在升高位置的时候来切断丝线F。为此，有利地，可以通过相应地适配机械传输装置而使用同一个驱动装置来驱动曲轴13和旋转切割刀3两者。切割刀的刀片30通过桨板32进行延伸，该桨板32大致垂直于刀片的平面而延伸。当考虑到刀片的行进方向的时候，桨板32定位在切割线后方，从而在丝线已经被切割之后立即冲击尾部。这种冲击力的效果是迫使形成了起始尾部的丝线的自由端绕着尖端52 折叠，其如图2和图3所示。图5中详细显示了根据本发明的设备的操作循环的关键位置，并且用置于括号中的数字(1)至(6)进行了标注。每个循环对应于将一个插入件I嵌埋到成型元件P中。第一位置(1)对应于当针5恰好在切割之后朝着降低位置开始进行其运动的时候的针5的升高位置。可以看到，丝线F的自由端延伸超过针的尖端52，从而形成了折叠在针线出口通道52的边缘的尾部A。该尾部A的长度应当谨慎选择。确实，它应当不能太长以使得当针刺入成型元件的时候，尾部和成型元件的橡胶产品之间的摩擦力不超过上述的楔效应的强度，但是它也不应当太短，以使得当针被再次升高的时候，尾部保持在穿孔基底的位置上。在实践中，对于通常应用在轮胎工业中的纺织丝线来说，将认为尾部的长度可以有用地介于直径的10 倍和20倍之间，或者一般来说，长度介于3mm和5mm之间，其涵盖了该领域的大多数应用。 同样地，丝线的直径越大，尾部的长度就能够被缩短的越多。在任何情况下，将会采取步骤来确保尾部的长度小于刺入的深度(h)。第二位置(2)对应于针5的向下运动并对应于针的尖端刺穿橡胶成型元件P的表面S的时刻。在图6的立体图中还显示了该位置。将注意到的是，在该精确时刻，尾部A沿着针5进行回折。在该构型当中，丝线被出口通道的边缘阻隔，这使得丝线无法在反向于针的行进方向上进行任何移动。针的出口通道的边缘执行了它的楔功能并且防止了尾部带走丝线。第三位置C3)对应于针的降低位置，在该位置中，针的尖端刺入成型元件给定深度h，并且该第三位置(3)对应于图7的立体图。接着，所述针开始了位置中所示的从其降低位置到其升高位置的往回升高的运动。当针的尖端离开成型元件P的表面S给定且可调节的长度d的时候，则达到了升高位置。在该升高运动期间，丝线的自由部分和尾部A的自由部分通过成型元件的橡胶材料而紧握在一起。作用到尾部和逐渐作用到被针释放的丝线的其余部分上的摩擦力使得丝线F被拉紧，并且所述针沿着相对于成型元件P的表面S而保持固定的丝线进行升高。当达到升高位置的时候，刀片5切断丝线并且释放了可以用于嵌埋下一个插入件 I的尾部A，其如位置(4)所示。将注意到的是，有利地，使得丝线尽可能地靠近表面S而被切断。为此，所需要的就是使得根据本发明的嵌埋设备被布置成刀片3尽可能地靠近表面S。这种情况对应于轮胎领域中最常遇到的情况，并且有效地使得丝线相对干净地被切割，这是因为表面稍微充当了铁砧，其能够在丝线被切割的时候对丝线进行保持。当证明有必要使得丝线突出超过表面的时候，可以证明，有益的是使得切割刀片与配对刀片相协作，从而避免丝线上具有太大的回复力。长度d确定了尾部A的长度，通过将支架2放置在升高位置以及通过适配刀片沿着它的轴线31的轴向位置来调节该长度d。通过改变曲轴13的直径，从而通过改变支架2 的运动幅度来调节深度P。所述运动幅度对应于长度d加上深度h。正如位置(5)所示的那样，紧接着切割之后，桨板32撞击丝线并且在大致垂直于针的移动方向的方向上向尾部A施加冲击力。为了使得尾部的折叠跨越尽可能地明显，采取多个步骤来确保升高位置下的针的端部32和桨板32之间的间隙j尽可能的小，并且至少等于丝线的直径，其如图2所示。所述间隙j可以有用地介于丝线直径的1倍和5倍之间的范围内。还可以被证明很实用的是，在尾部的长度变化的时候能够调节间隙j。为此，因此可以设置多组可拆卸桨板，它们的高度根据尾部的所需长度而变化，并且它们固定到携载了桨板32的刀片的支架33上。如图4所示，将尾部折叠在尖端52周围的这种运动足以阻隔当针在( 所示的升高位置和( 所示的尖端刺入成型元件的表面的位置之间移动的时候丝线回缩到针的内部的运动。为了避免丝线的回缩，也采取了多个步骤来确保丝线进入针的管道25的时候丝线内的张力为零，通过控制供给装置4使得位于供给装置4(该供给装置4设在结构1上) 和管道25或者导向装置23入口 51之间的那部分丝线形成了环圈B，而不管活动支架2的位置如何，其如图1以及图6和图7所示。图8显示了设备的这样一种情况，在该设备中，导向装置呈现为两个辊子M的形式，丝线能够在该两个辊子M之间行进。这些辊子可以在两个方向上完全自由旋转，或者可以被阻止在两个方向的其中一个方向上旋转，从而如果介于辊子M和供给装置3之间的一部分丝线被不小心拉紧，则可防止丝线进行回缩。
通过如位置(6)所示地将成型元件相对于结构1来移动一个步长e，接着通过重复该刚刚已经描述的循环，从而嵌埋下一个插入件I。通过将这些操作重复必要的次数，获得了橡胶成型元件，其中如位置(7)已经描绘的那样，插入件I被均勻地嵌埋。长度为h的插入件在其底部包括对应于尾部A的长度为d的折回部。在插入件的底部存在这种双长度的丝线所具有的优点是当表面S对应于与地面相接触的轮胎胎面的表面的时候，优选地增强了胎面花纹块元件的底部。本说明书中所描述的循环显示了插入件垂直于成型元件P的表面S而被嵌埋的情况。十分明显的是，可以通过对结构进行倾斜而改变嵌埋角度，从而使活动支架2行驶的轨道11与表面S形成给定角度。
权利要求
1.一种设备，用于在给定方向上将丝线(F)嵌埋到橡胶成型元件(P)中，所述设备包括-设置在固定结构上的连续供给丝线的装置G)，-活动支架O)，该活动支架( 能够在升高位置和降低位置之间以直线往复运动的方式沿着结构(1)行进，且该活动支架( 包括顶部和底部(22)，管道0 形成在该顶部和底部02)之间以用来对丝线(F)进行导向，-中空的针(5)，所述针( 包括通道(53)，所述丝线(F)能够在该通道(5 中行进， 所述针在所述管道0 的延长段上通过该针的其中一个端部(51)而固定到所述活动支架 (2)的底部(22)，且所述针(5)在其另一端上包括尖端(52)，该尖端(52)能够刺入所述橡胶成型元件(P)，-设置在所述结构(1)上的切割装置(3)，该切割装置(3)包括旋转刀片(30)，该旋转刀片(30)包括切割线(34)，当所述针处在升高位置的时候，该切割线(34)能够在所述针的往复运动的每个循环中在离开所述针的尖端给定距离(d)处切断所述丝线(F)，其特征在于，所述切割装置(3)包括桨板(32)，该桨板(32)设置在所述刀片的切割线 (34)后方，并且用于在所述丝线已经被刀片(30)切割之后紧接着将尾部折叠在所述针的尖端(52)周围。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述切割装置(3)为切割刀，该切割刀绕着平行于所述针的运动方向的轴线(31)进行旋转。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述供给装置(4)连接到调节装置，该调节装置能够使位于所述供给装置和所述活动支架O)的管道0 的入口之间的那部分丝线保持零张力，而不管所述活动支架O)的位置如何。
4.一种方法，其利用根据权利要求1至3中的一项所述的设备而经由橡胶成型元件 (P)的其中一个表面( 将插入件(1)嵌埋到橡胶成型元件(P)中，所述插入件(1)由一段丝线构成，所述方法包括以下步骤A-当所述针处在成型元件(P)的表面(S)上方的升高位置的时候，在所述尖端(52)的一侧上释放给定长度的丝线，从而形成尾部(A)，B-降低所述针(5)的尖端(52)，以使得所述针(5)的尖端(52)刺入成型元件⑵给定深度00，C-在使得丝线(F)沿着所述针的内部行进的同时，将所述针( 从成型元件(P)中抽取出来，D-将所述针(5)的尖端(52)在成型元件(P)的表面(S)的上方升高给定高度(d)，从而释放所述针的尖端(5 和成型元件(P)的表面( 之间的一定长度(d)的丝线，该长度小于所述针刺入所述成型元件的深度(h)，E-利用切割装置(3)在与所述成型元件(P)的表面(S)齐平的高度上切断丝线，从而释放给定长度(d)的新的尾部(A)，其中所述切割装置C3)的旋转刀片包括桨板(32)，该桨板(32)位于所述刀片的切割线(34)的后方，其特征在于，恰好在切割之后，所述桨板(32)在大致垂直于所述针的行进方向的方向上向所述尾部(A)施加冲击力，从而将所述尾部折叠在所述针的尖端周围。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在完成了步骤F的时候，将所述成型元件(P)相对于所述结构而移动了给定的步长(e)，从而能够嵌埋新的插入件(I)。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤E期间，在与所述成型元件的表面大致齐平的高度上切断丝线。
7.根据权利要求4所述的方法，其中当所述针处在升高位置的时候，对所述桨板(32) 的顶部和所述针(52)的尖端之间的距离(j)进行调节，以使得该距离介于所述丝线(F)的直径的一倍和五倍之间。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述供给装置(4)被调节成使得介于该供给装置 (4)和所述针(5)的管道入口(51)之间的那部分丝线形成环圈B，而不管活动支架O)的位置如何。
全文摘要
本发明涉及一种用于在给定方向上将丝线(F)嵌埋到橡胶成型元件(P)中的设备，包括设置在附接到活动支架(2)的框架上的连续供给丝线的装置(4)，该活动支架(2)能够在升高位置和降低位置之间以直线往复运动的方式在框架(1)上行进，且该活动支架(2)包括顶部(21)和底部(22)，管道(25)形成在该顶部(21)和底部(22)之间以用来对丝线(F)进行导向；中空的针(5)，所述针(5)包括通道(53)，所述丝线(F)能够在该通道(53)中行进，所述针在所述管道(25)的延长段上通过该针的其中一个端部(51)而固定到所述活动支架(2)的底部(22)，且所述针(5)在其另一端上包括尖端(52)，该尖端(52)能够刺入所述橡胶成型元件(P)；以及设置在所述框架(1)上的切割装置(3)，该切割装置(3)包括旋转刀片(30)，该旋转刀片(30)包括切割线(34)，当所述针处在升高位置的时候，该切割线(34)能够在所述针每次往复运动的循环中在离开所述针的尖端给定距离(d)处切断所述丝线(F)。所述切割装置包括桨板(32)，该桨板(32)设置在所述刀片的切割线(34)后方，并且用于在所述丝线被刀片(30)切割之后紧接着将引线折叠在所述针的尖端(52)周围。
文档编号B29C70/88GK102481745SQ201080038647
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月3日
发明者H·欣克 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司