在改进的轮胎模具中 制造充气轮胎的方法和设备 相关申请
本申请书与1997年3月25日提出申请的与本申请书具有共同转让人的题为《具有硫化内衬的充气轮胎和使用该内衬的方法》的国际申请书系列号No.PCT/US 97/04859相关。
【技术领域】
本发明涉及一种改进的轮胎模具结构和一种改进的轮胎制造方法，该方法包括通过使用轮胎模具的新颖结构设计而获得的优点。更具体地说，本发明涉及一种用于轮胎的成形和硫化而不需轮胎气囊的改进的轮胎模具设计和一种具有该改进的轮胎模具的改进的轮胎制造方法。
【发明背景】
为了更好地理解本发明获得地优点和改进，下面简短讨论轮胎的结构和制造程序。制造充气轮胎的方法通常是，在一个转动的轮胎制造鼓上外加作为平面原料的各种部件或轮胎的各层，以形成一个空心的环形的生的或未硫化的轮胎。外加部件的顺序如下：首先，将一个由衬卷绕在轮胎制造鼓上；内衬后面跟随包含轮胎增强件的胎体各层，胎体各层后随(不一定按照下列顺序)胎圈、胎顶、胎圈包布、侧壁、皮带和胎面。然后以该技术中熟知的方式将这些部件膨胀而制成一个环形的生轮胎组件。然后将该生轮胎组件从轮胎制造鼓上卸下，并安置在一个具有成品轮胎形状的成形和硫化模具中。密封该模具，通过将增压气体或流体注入到一个安装在该模具内并安置在该生轮胎组件内的硫化气囊中而使环形生轮胎组件受热并沿径向膨胀到模具周边中。当该硫化气囊膨胀时，它迫使生轮胎组件与受热的模具壁接触，而该生轮胎组件成形和硫化为一个完全硫化的轮胎。在生轮胎组件于该成形和硫化模具内沿径向膨胀期间，环形的各层沿径向向外膨胀到稍超过原始生轮胎组件尺寸的尺寸。因此，该气囊常规地由可以膨胀的弹性材料(通常是丁基橡胶)制成，以抵抗蒸汽。
在组件生产线上生产轮胎期间，在成形和硫化模具中的硫化气囊周期性地磨损或失效。这已经证明是一个难以克服的问题，因为该弹性气囊遇到的苛刻环境和需要的操作条件是一年到头一刻不停地操作的组件生产线的一部分。例如，该气囊安置在一个受热的模具中，对每个轮胎的制造都持续地膨胀和收缩。此外，该气囊承受用于膨胀气囊的高温增压气体或流体，如蒸汽。
在组件生产线上调整制造轮胎的方法受到在轮胎模具中使每个生轮胎成形和硫化所需时间的限制。这些轮胎模具非常昂贵，通常对每个轮胎制造鼓要提供几个轮胎模具。还有，组件生产线停工的主要原因是需要在轮胎模具中替换有缺陷的或磨损的气囊。这一事实与购买和维修每个轮胎模具的花费结合在一起，导致轮胎工业集中努力使轮胎模具保持操作。由于在轮胎模具不操作的严重停工期间生产减少，安装一个新的硫化气囊和将轮胎模具推回到操作状态所费的劳动力费用，以及制造和购买气囊本身的费用，这种努力是非常费钱的。
轮胎工业曾试图在轮胎生产中不用硫化气囊。例如，美国专利No.3,143,449公开一种用于硫化和成形一个生轮胎的无气囊轮胎模具。该生轮胎有一个未硫化的桶状的无拼接的内衬，用于在轮胎硫化模具中硫化操作期间完全密封生轮胎的内部，以防止增压流体逸入轮胎主体。该No.3,143,449专利的公开内容说，由于在轮胎内衬中没有拼接，在无气囊模具中的膨胀流体不能通过拼接缝逸入在轮胎硫化模具中模制和硫化的生轮胎的主体中。但是，将生轮胎安装到模具中要求一种复杂的模具结构，这种结构允许膨胀流体注入正在无气囊模具中模制的轮胎主体中，使其膨胀到所要形状。
同样与本发明有关的是，在美国专利No.4,166,883中公开了一种用于硫化轮胎的无气囊模具。在轮胎模具闭合之前，将一个胎圈密封环插入轮胎的各胎圈之间，并用作一个垫圈。该环通常用钢或其它硬弹性材料制成，它能包括延伸部，当轮胎模具闭合时，该延伸部被轮胎向内压紧而使轮圈成形并形成一紧密的密封件，这如No.4,166,883专利的图7中所示。该密封环通常用钢或其它硬材料制成，该材料可以弯曲到这样的程度，就是当轮胎模具闭合时，该密封环可以向内压紧轮胎而使胎圈成形并形成一紧密的密封件。该轮胎模具结构的问题是，在已将生轮胎安置在轮胎模具中以后便在模具闭合之前将密封环插入轮胎的胎圈之间所需要的机械复杂程度。关于No.4,166,883专利的密封环的另一有意义的设计考虑是，该延伸部允许部件29的外表面从虚线中所示位置偏转到实线中所示位置，参见No.4,166,883专利的图7和第5栏上第13至18行的讨论。非常重要的是，虽然No.4,166,883专利已经从模具中除去气囊，但它在成形和硫化期间仍需要一个比较复杂的机械来密封该轮胎，这增加了复杂性，并限制了轮胎模具操作的速度。
另一设计如美国专利No.1,982,674中所示，是提供一种具有挠性侧部件的密封环，该侧部件密封轮胎的胎圈部件，以防止增压气体或流体逸走。像No.4,166,883专利一样，NO.1,982,674专利中公开的密封环的结构是麻烦的，因为它是在将生轮胎和密封环组件安置到轮胎模具中之前安装到生轮胎中的。该装配程序非常费力，不适用于现代的自动装配线技术。同时，如图3中所见，这些侧部件是比较复杂的密封环的一个整体部分，由于其苛刻的操作环境，它易于失效。
显然，仍然需要提供在高速装配线上制造轮胎用的新颖的无气囊的轮胎模具结构和操作方法，它们：a)减少将生轮胎装入成形和硫化模具所要的时间和/或劳动费用；b)减少当轮胎模具不操作时的停工时间；c)减少用于安装新的硫化气囊和将轮胎模具推回到操作中的劳动和材料费用。
发明的目的和概要
本发明的一个目的是，提供一种无气囊的轮胎模具结构与将生轮胎插入轮胎模具和从轮胎模具取出硫化轮胎的方法，它们如附属的权利要求中的一项或多项所述，并可以制造成达到下述次要目的中的一项或多项。
本发明的另一目的是提供一种改进的成形和硫化轮胎模具，它包括密封环，能使轮胎容易而快速地安装在该轮胎模具中，使得用于膨胀生轮胎的增压流体不会从轮胎的胎圈部分周围泄漏而逸入轮胎模具腔中。
本发明的又一目的是提供一种无气囊的轮胎模具结构，其中，用以防止增压流体从生轮胎内部泄漏到轮胎和轮胎模具腔壁之间的空间中去的密封环的制造和安装是相对便宜的。
本发明的再一目的是提供一种将生轮胎安装在一个成形和硫化的轮胎模具中的方法，其中，该轮胎可以简单地从开孔的轮胎模具顶部插入，然后沿相反方向取出，不需要将任何轮胎模具部件移入或移出轮胎圈之间的开孔。
根据本发明，公开了一种改进的轮胎模具，它具有第一和第二轮胎模具部分，各具有形成一个模具腔的第一和第二胎圈支承部分。当第一第二模具部分被密封而提供一个进入模具腔的中心开孔时，第一和第二胎圈支承部分是互相隔开的。第一和第二夹紧环通过第二和第二模具部分伸入中心开孔。第一和第二密封环分别固定在第一和第二夹紧环的一端上，用于紧靠第一和第二胎圈支承部分而密封一个轮胎的胎圈环部分。
同样根据本发明，第一和第二密封环是环形的挠性部件，每个有一环形端部，形成密封环的内周边部分，该内周边部分可以比形成密封环外周边部分的对置环形端部更薄，该对置环形端部被夹在夹紧环上。这些密封环也可以有一个渐薄的中间部分，以较厚的内周边部分延伸到较薄的外周边部分。
此外，根据本发明，提供了一种利用带有上述密封环的改进的无气囊的轮胎模具制造一个无内胎的充气轮胎的改进方法。该方法包括下列步骤：首先，将具有包含胎圈的部分的生轮胎装入一个由具有环形胎圈支承部分的第一和第二环形胎圈模具部分形成的环形轮胎模具腔中，该环形胎圈支承部分邻近一个通过第一和第二环形轮胎模具部分的中心开孔。轮胎的胎圈环部分压靠第一和第二环形胎圈支承部分，使第一和第二密封环固定在伸入该通过第一和第二轮胎模具部分的中心开孔中的第一和第二密封夹支承部件上。然后，通过进入轮胎的中心开孔引入增压气体或液体，来对着具有第一和第二密封圈的第一和第二环形胎圈支承部分密封该轮胎的胎圈环部分。其次，用增压气体或液体膨胀该生轮胎，迫使轮胎组件紧靠轮胎模具壁，以模制和硫化该生轮胎组件。
附图简述
图1是一个局部的分解的侧视截面图，表示一个最初插入打开的无气囊的轮胎模具中以后的生轮胎组件，该模具包括本发明的密封环；
图2是一个局部的分解的侧视截面图，表示一个在下密封环与生轮胎胎圈部分啮合之后位于打开的无气囊的轮胎模具中的生轮胎组件；
图2A是用虚线表示密封环位于正常位置中的视图；
图3是一个局部的分解的侧视截面图，表示一个在引入增压气体以使轮胎成形和硫化之前位于包括本发明的密封环的闭合的无气囊的轮胎模具内的生轮胎组件；
图4是一个局部的分解的侧视截面图，表示一个在增压气体已使轮胎成形和硫化后位于包括本发明的密封环和闭合的无气囊的轮胎模具内的生轮胎组件；
图5是一个局部的分解的侧视截面图，表示在将生轮胎装入轮胎模具期间当生轮胎的轮胎胎圈部分被迫经过密封环时使上密封环向下弯曲；
图6是一个局部的分解的侧视截面图，表示在将完全硫化的轮胎从轮胎模具中取出期间当轮胎的下轮胎胎圈部分被迫经过密封环时使下密封环弯曲；
图7是本发明的密封环的顶视图；以及
图8是密封环的另一实施例的截面图，该密封环有一埋置的金属支承环。
发明详述
为了最清楚地例示本发明，图1表示一个最初插入打开的无气囊的轮胎模具12中之后的生轮胎组件10，该轮胎模具12包括了本发明的密封环组件14。本发明的一个重要方面是，如图1中所示，轮胎模具12不需要使用硫化的气囊来使轮胎组件10成形。该密封模具12，除了包括(但不限于)密封环16和18的密封环组件14与供密封件用的安装结构20以外，是以任何常规方式制造的，不形成本发明的一部分。
模具构造
图示的轮胎模具12具有第一轮胎模具部分22和匹配的第二轮胎模具部分24。虽然图示的轮胎模具12中，第一轮胎模具部分22直接在上方而成为上轮胎模具部分，与之比较，第二轮胎模具部分24在下方，但本发明包括让轮胎模具两部分取任何其它方便的方位，只要能将一个生轮胎组件装入轮胎模具而能从该轮胎模具中取出成形的硫化轮胎。
本发明指向密封环组件14，包括其结构和方法，通过它可以改进轮胎制造工艺，包括加快处理速度、改进轮胎质量、减少轮胎模的复杂性、减少轮胎模具停工时间，以及减少轮胎模具维修的劳动费用。密封环组件14包括密封环16和18、安装密封环用的安装结构20，以及完成本文描述的密封环组件功能的任何等效结构。一个沿中心轴线28沿轴向任一方向移动的中心机构26载带两个支承臂30和32。虽然图示的两臂30和32安装在中心机构26上使两臂一起移动，但本发明也包括将两臂安装成它们可以彼此独立地移动。支承臂30和32的一端30a和32a分别固定在中心机构26上。另一端30b和32b分别具有夹紧环34和36，分别从其伸出以固定密封环16和18。注意夹紧环34和36分别有一整体连接在支承臂30和32上的夹子基底部分34a和36a与一个由常规器件如螺钉38紧固的各自的可以移动的密封件连接部分34b和36b。密封件连接部分34b和36b分别具有配合表面34c和36c，它们紧靠常规胎圈环40和42的相应配合表面40a和42a(见图1)，胎圈环40和42转而分别在上下轮胎模具部分22和24上。密封环16和18基本相同，最好用挠性的弹性材料如丁基橡胶制成。密封环16和18通常具有垫圈形状，如图7中整体示出的(图7中只示出密封环16)，分别具有较厚的端部16a和18a，其形状可以分别牢固地附接在夹子基底部分34a和36a与可以移去的密封件连接部分34b和36b之间。图示的密封环16和18的对置的自由端部16b和18b分别比连接端部16a和18a要显著地薄得多。但是，密封环16和18的厚度可以是恒定的，或甚至在外端16b和18b处比其间的中间区段更厚。注意：密封环16和18的厚度影响对轮胎胎圈部分44和46进行硫化所需的时间。在密封环16和18分别紧靠轮胎的胎圈部分44和46之后，硫化流体可以容易地迫使密封环紧靠轮胎组件的内表面，如下面更详细地讨论的。在密封环16和18的端部16a、18a与16b、18b之间，密封件16和18分别形成向外弯曲的面对的表面16c和18c。密封环16和18的表面16c和18c的曲率半径分别是通常这样确定的，使得弯曲表面16c和18c安置在包括轮胎的胎圈部分的模具区域内，如图2A上虚线中所示。密封环16和18可以分别紧靠轮胎组件10的胎圈部分44和46的内弯曲表面容易地模制。密封环16和18的弯曲形状产生弹性材料的天然机械偏压，也即，由于生轮胎的胎圈压环部分插入紧靠胎圈压环42和44与密封件16和18，密封件移动离开其自然位置。然后，由硫化流体施加的压力压迫密封环16和18紧靠轮胎组件10的胎圈部分44和46的内弯曲表面，形成有效的密封，以防止其间的硫化流体泄漏。
操作方法
操作过程从轮胎模具12打开开始，也即，上轮胎模具部分22与下轮胎模具部分24隔开，而中心机构26这样安置，使下密封件18与胎圈环42隔开。生轮胎组件10向下装入下轮胎模具部分24中，该生轮胎组件10包括带有安置在其周围的胎面部分52的轮胎胎体50、一个在轮胎胎体内准直和固定的未硫化的或部分硫化的或完全硫化的内衬54，以及两个分别安置在轮胎胎圈部分44和46内的轮胎胎圈56和58。轮胎组件10可以容易而快速地安装在轮胎模具上和从模具上卸下，这是本发明的一个重要方面，是该改进的密封环组件14的直接结果。
在轮胎组件10最初移入下轮胎模具部分24期间，轮胎胎圈部分46(第一轮胎胎圈部分被引入此时打开的轮胎模具中)受力通过密封环16，使该密封环向下弯曲，使密封环表面16c伸展到不妨碍轮胎胎圈部分46，如图5中所示。当轮胎胎圈部分46继续向下向着下轮胎模具部分24移动时，胎圈部分46迫使密封环18向下弯曲(不到密封环16往回弯曲的程度)，因为表面18c的天然曲率允许它更容易地在其自身上弯折。由于密封环16的挠性，扩展比较容易地完成。
密封环16和18能够从其天然率沿相反方向弯曲是本发明的一个重要方面，因为这允许轮胎组件极端快速地装上和卸下，而不需要任何复杂的机构或程序来将一密封机构插入生轮胎组件，以防止形成的硫化增压介质(如蒸汽)泄漏到轮胎组件和轮胎模具内壁之间的轮胎模具腔60中(这在先有技术的无气囊的轮胎模具中是需要的)。
将轮胎组件10装入轮胎模具12的过程继续进行，如图2中所示，此时中心机构26沿中心轴线28的方向向下移动。在图2所示的步骤期间，夹紧环36紧靠胎圈环42安置，使得密封环18压紧轮胎组件10的内衬54。注意：密封环18的端部18b安置在一个从轮胎胎圈58向内向着轮胎胎面52的位置。由于其天然曲率，密封环18与轮胎组件10的内表面62(内衬54)形成一机械密封。当轮胎胎圈部分46紧靠胎圈环42时，轮胎组件10的轮胎胎圈部分44安置在密封圈16的上方并与其间隔。
现在参照图3，其次，上轮胎模具部分22下降到与下轮胎模具部分24密封啮合，以形成轮胎模具腔60，该腔包围轮胎组件10。当上轮胎模具部分22向着下轮胎模具部分24移动时，胎圈环40啮合包含轮胎圈56的轮胎胎圈部分44，并使该轮胎胎圈部分向下移动，直到胎圈环40紧靠夹紧环34。然后密封环16形成一个紧靠轮胎组件10的内表面62也即内衬54的机械密封，其方式与关于密封环18的描述相同。
现在参考图4，图中示出带有轮胎组件10的闭合的轮胎模具12，而增压的硫化和成形流体或液体被引导通过安置在支承臂30和32之间的入口通道64。该增压流体迫使轮胎组件10紧靠轮胎模具壁。可以理解，该流体或液体压力通常是蒸汽或热气体压力使密封件16和18压靠轮胎的轮胎胎圈部分44和46的内表面62，以形成一极强的密封件，防止流体或液体泄漏到轮胎组件10和轮胎模具内表面之间的轮胎模具腔60中。
在生轮胎组件10已成形和硫化后，硫化和成形的流体通过通常位于支承臂30和32之间的出口孔(未示出)排放。然后，上模具部分22向上移动而避开。再一次，中心机构26沿中心轴线28移动而离开下轮胎模具部分24，因此密封件18移动而与现已硫化的轮胎的胎圈部分46脱开。然而，当弯曲的轮胎12通过常规方法从轮胎模具移出时，密封环18往回弯曲，如图6中所示，使端部18b被迫向上，使得当轮胎从轮胎模具12移出时轮胎胎圈部分46向上移动而能够移动离开密封环42。当轮胎继续进一步移出轮胎模具时，胎圈部分46也通过上密封环16。但是，由于密封环16的挠性，胎圈部分46不太困难地移动通过上密封环。
密封环16和18在受热的轮胎模具的苛刻环境中操作的能力，与当轮胎装入轮胎模具和从模具取出时轮胎继续移动通过这些密封环，是本发明的显著特点。也就是，密封环16和18的挠性是以使轮胎能够简单，而快速地向下插入轮胎模具，然后从轮胎模具移出，而除了容易由中心机构26进行的小量垂直移动外，再不需要调整密封环的位置。其次，当密封环16和18由于移动轮胎组件10的胎圈部分44和46通过密封环而产生的持续弯曲而磨损时，替换它们的停工时间极少，因为如上所述，密封环是挠性的，并易于分别在夹紧环34和36与支承臂30和32之间移出和替换。
另一实施例
虽然密封环16和18对轮胎胎圈部分的密封是有效的，但在密封环70内模制一个垫圈形式的金属插入件72也在本发明的范围内，如图8中所示。对于其它方式的弹性密封环的较薄部分，金属插入件72提供附加的强度。
密封环70基本上可以按照上面对密封环16和18讨论的原则来制造，也即，除了埋置的插入件72外，采用相同的材料和形状。改进的密封环70可以按需要替代密封环16和18。埋置的金属垫圈72可以用挠性金属如弹簧钢制成，它可使密封环70弯曲，使得轮胎组件的胎圈部分可以以上面描述的方式移动通过密封环70。在最初接触轮胎胎圈部分的内表面期间，金属插入件72提供对密封环70的增大的偏压，以便在增压介质最先注入轮胎组件期间防止该增压的成形和硫化介质即蒸汽从密封环70和轮胎组件的内表面之间泄漏。虽然金属插入件72图示成从密封环的一端70a延伸到一个靠近密封环的另一端70b的位置，但本发明也可让插入件72增长或缩短，以便当轮胎组件的胎圈部分通过密封环时，提供良好密封性能与移动所需的挠性的平衡。
显然，根据本发明，已经提供了一种操作轮胎模具无气囊的轮胎模具和方法，它们满足此前提出的目的、办法和优点。根据本发明，一种无气囊的轮胎模具包括密封环，它们能使一轮胎容易而快速地安装在该轮胎中，使得用来膨胀和硫化生轮胎组件的增压气体或流体不会在轮胎胎圈部分周围泄漏而逸入模具腔内。一种将生轮胎装入无气囊的轮胎模具中的方法使轮胎能快速而容易地装入该模具和从模具脱出，而不需要将任何模具部件移入或移出轮胎胎圈之间的空间。
虽然本发明是结合其实施例来描述的，但该技术的专业人员可以明白，按照上面说明，显然可以进行许多替换，修改和变化。因此，本发明预定包括所有这些替换，修改和变化，它们属于附属的权利要求书的精神和范围以内。