一种制造例如轮胎等产品的方法及其装置和胎环

本发明涉及一种制造例如轮胎等产品的方法及其装置和胎环，该 方法和装置适于制造各种形状的空心产品的可拆式型芯，该空心产品 尤其是不能从一个整体的金属模具中取出。尤其是，本发明提出了一 种环形的型芯，其形状就是轮胎的内腔的形状，制造出的轮胎的形状 与硫化后的轮胎坯的形状相同或相近。

在现行技术中已经提出过这种型芯，尤其在轮胎领域更是如此。 值得一提的是，这种型芯是刚性的，由金属制成，可分为几部分，在 轮胎硫化完毕之后，每个部分可以从轮胎的内腔中取出。欧洲专利申 请EP 0685321中也介绍了一种装置，该装置包括一块硬质橡 胶，在制造轮胎的过程中，该硬质橡胶可作为刚性的型芯，在制成轮 胎后还可从轮胎的内腔中取出。

所有的这些方法在技术上都是令人满意的。然而，其型芯的制作 周期长、成本高。本发明的目的是提供一种制作本质上呈刚性的型芯 的方法，该方法可很好地用于制造轮胎，但也可有更广泛的用途。

本发明提供了一种制造产品的方法，每一件新产品的制造过程包 括下列步骤：

提供一第一模具，该模具具有一个预定形状的内侧壁和一个由上 述内侧壁所限定并限制在一个外周内的空腔；

提供一个支撑，该支撑的表面进一步限定了上述空腔；

利用一种可形成一不可重复使用的伸缩膜的所需材料覆盖住上述 第一模具的内侧壁，从而形成该不可重复使用的伸缩膜，通过将该伸 缩膜固定在上述支撑在上述空腔整个外周的表面上，以便在所述支撑 和伸缩膜之间限定出一个封闭的空间；

用可流动的固体填料注满所述的空腔；

使可流动的填料变坚实，由于上述伸缩膜与上述支撑保持固定接 触并包含有已变坚实的流动填料，因此打开第一模具，释放出一个与 上述支撑成为一体的刚性型芯，由此该型芯便支撑在上述支撑上；

利用所述型芯制造一件产品，该型芯的形态确定了所述产品的内 侧壁的形状；

使所述可流动的填料流动并被吸出，以便拆散型芯并且重复使用 所述填料来制造下一件产品，以及释放出所生产的产品和伸缩膜。

在实施所提供的方法的过程中，在所述封闭空间内的真空的作用 下，所述可流动的填产被凝聚，在所述真空状态被打破之后，所述填 料可以被吸出，该填料又可处于流动状态。填料注入在非常薄但有伸 缩性的伸缩膜内，该填料可以是一种细砂，所述膜内产生真空后，填 料就处于凝聚状态。所述细砂的直径很小，可以在0.1～0.5mm 之间，从而形成了适且的填料。可以采用直径大约在0.2mm左右的 空心或实心的玻璃砂。这种填料非常容易流动，可以精心选择和/或 控制填料的循环流动。

举例来说，所述伸缩膜可以是适当的塑料膜。也可以采用50 微米厚的尼龙布。当然，伸缩膜的材质选择要取决于应用场合。叫伸 缩膜是因为它可去适应要制作的型芯的形状。所出现的伸缩可导致永 久性的变形。为了使伸缩膜抵靠在第一模具的内侧壁上，可以这样做： 开卷构成所述伸缩膜的材料；将该伸缩膜盖在 所述支撑上并紧固在该支撑的周面上，从而在所述支撑和伸缩膜之间形成了一个 封闭的空间；把所述第一模具置于所述支撑及伸缩膜的四周，以形成具有预定容 积和形状的所述空腔；使固定在所述支撑上的伸缩膜抵靠在所述第一模具的内侧 壁上。在合上第一模具并往所述封闭空间内注入填料以使其中的压力上升之后， 伸缩膜可伸缩至与第一模具的内侧壁相接触。用提高温度的方法可使这种伸缩更 容易一些。

在用于制造橡胶轮胎的情况下，所选的伸缩膜应适应于轮胎的硫化温度。另 外，轮胎内侧表层处的橡胶应充分地抵靠在型芯上，可以采用适宜的方法把橡胶 原料敷设在型芯的周面上。

本发明的一个优点是，在产品的设计师确定了产品的形状之后，马上就可在 短时间内制作出型芯。尤其是在制造轮胎的情况下，在车床上可很容易地制作出 所述的第一模具。尤其是如果要制造的轮胎的侧壁高度与踏面处的直径的比值很 大时，本发明可很容易地制作出所需的型芯，因为在拆散型芯时不会产生任何新 问题，而传统的由几个较大零件构成的刚性型芯就不能做到这一点，型芯的各所 述零件很难从轮胎的较小的开口中抽出。

本发明的另一个优点是所提出的型芯的制作方法可以保证在该型芯上就可决 定出充气轮胎、非充气轮胎或者说非充气弹性轮胎的最终形状。在完成了上述的 各个制造工序之后，产品和伸缩膜可以从所述支撑上取下，也可不取下，如果取 下的话，所述支撑(机床的一部分)还可用于对下一个同类产品的制造，如果不 取下的话，伸缩膜就成为了产品的一部分，这时，每制造一件产品，都要更新一 次所述的支撑。例如，制成的充气轮胎可永久性地连接在胎环上，也可永久性地 连接在任何其他的元件(本发明中所述的支撑)上，所述元件可以是车圈或其他 回转零件，这样，一旦一个充气轮胎制成了，该轮胎就形成了一个封闭的充气腔。

在制造充气轮胎的情况下，所述支撑就是一个胎环，该胎环位于所述伸缩膜 的径向的内侧。该伸缩膜的边缘连接在所述胎环的整个周面上，连接位置在胎环 的两侧，连接线呈环形，从而在所述胎环和伸缩膜之间，在胎环的径向的外侧形 成了所述的封闭空间。制成的型芯是环形的，是注射和制造充气轮胎的内芯。轮 胎的所谓外侧面由第二模具形成。一旦轮胎模注成形，就可以打开第二模具并把 它取走。

本发明还提供了一种制作型芯的装置，型芯的具体形状在所涉及的实施例中 已进行了说明。该装置包括：

贮存器，可容纳可流动的固体填料；

使第一模具固定的元件，第一模具的内侧壁确定或至少部分地确定了所述型 芯的外表面形状，所述的第一模具的内侧壁是开口的；

用于使一个支撑定位的元件；

用于制作伸缩膜的元件，该伸缩膜抵靠在第一模具的内侧壁上，所述支撑堵 住了所述的开口，形成了具有预定容积和形状的腔，即在所述支撑和伸缩膜之间 形成了一个封闭的空间；

使所述填料在贮存器和所述封闭空间内往返流动的元件，所述填料可以充满 整个所述的封闭空间；

使所述填料坚实的元件，以制成与所述支撑连成一体的型芯。

为了制成密封的伸缩膜，在本发明的一个实施例中，采用了一个伸缩膜分配 器，每制作一个伸缩膜，该分配器向前进给一个伸缩膜所需的材料。该分配器包 括开卷元件和封膜元件，封膜元件以密封的方式把伸缩膜连接至所述支撑的周边 上，从而在所述支撑和伸缩膜之间形成了所述的封闭空间，通过把第一模具合在 所述的支撑上，在所述支撑的有伸缩膜的一侧又形成了具有预定容积和形状的腔。

这里的填料被称作是“可流动”的，这是因为要注入填料需要它能够流动。 根据填料的性质不同，可对填料作一些处理，如可以进行热处理(低熔点合金)。 为了使所述填料便于流动，可以改变所述封闭空间内的压力，使之与所述贮存器 中的压力不同。封闭空间可分与大气相通，也可与真空相通，因而贮存器中的压 力可促使浸在空气中的玻璃砂的流动。当然，为了使所述的填料易于流动，还可 以采用其他方法。

用上述方法可制成制造任何一件产品的型芯，该型芯包括：

一个支撑，包括一个开口，该开口可与压力气源相通和/或与大气相通和/或 与真空环境相通，该开口可以打开也可以关闭，所述支撑还进一步包括一个导管， 该导管经由一个可以关闭也可以打开的阀而穿过于所述支撑，该导管还与一个可 拆卸的管路相连，

一个伸缩膜，安装在所述支撑的周边上，以密封的方式与所述支撑的周边相 连，使所述支撑和伸缩膜连接在一起，在所述支撑和伸缩膜之间形成了一个封闭 的空间，

一种可流动的填料，注满所述的封闭的空间，在该封闭的空间所保持的真空 状态的作用下，所述伸缩膜抵靠在所述的填料上。

下面结合制造橡胶轮胎的实施例对本发明进行说明，但这并不是把本发明局 限于某个范围内。在该实施例中，所述型芯在本质上呈环形，以用于制造充气轮 轮，所述的支撑是一个胎环，该胎环的中心部位举例来说在本质上可呈圆柱面， 其两侧是环形的用于固定的部位。该部位就是胎环的边缘。因而，所谓的胎环在 形状上类似于熟知的车轮的车圈。然后，为了便于伸缩膜的安装，胎环也可由两 部分构成，每一部分上都有一个用于固定的部位，两部分之间可沿轴线相互靠拢。

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，通过对实施例的详细说明，可更 清楚地理解本发明，本发明的实施例本身并不使本发明具有局限性，其中：

图1是制作型芯开始时的状态，其中的上半图和下半图是两个不同的阶段下 的状态；

图2图示了向制作型芯的位置注入填料的过程；

图3和图4是用于制作所述型芯的装置的示意图；

图5至图7是型芯在不同工序状态下的示意图，依次示出了型芯的制作、在 制造轮胎时的用法及拆散的过程；

图8和图9示出了用于制造型芯的由两部分构成的胎环的用法。

图1示出了胎环1和伸缩膜2。如图1的上半部分所示，用于制成所述伸缩 膜的膜22的宽度大于胎环1的宽度，膜22的宽度比型芯的展开长度还多一些， 这样可使得或便于伸缩膜2固定在胎环1上，所述型芯抵靠在胎环上生成，位于 胎环的径向所在的平面内。换句话说，如图5所示的型芯的宽度的最大值对应于 伸缩膜2的平均周长。

胎环1包括一个可径向动作的导管3，导管3与阀30相连，管接头由连接 件13而连接至阀30的一个口上。玻璃砂可经由导管3而被注入或吸出。导管 3可以连接在胎环上(更具体地说是支撑在胎环上)，也可以相对于胎环滑动， 滑动方向如箭头31所示，导管3的顶端32可以径向地与胎环1的外表面平齐， 也可以突出于所述外表面一个预定的高度。在“平齐”状态下，所述导管3处于 回缩状态，其顶端没有露出胎环的外表面，因而也就不会与伸缩膜发生接触。当 然，也有这样的结构，即导管位于胎环表面上的凹部中。胎环1还至少包括一个 静态导管4，该导管4与阀40及空气过滤器41相通，过滤器41允许气(或 冲洗液体)双向通过，但不让玻璃砂通过，更普遍地说是可防止可流动的物质通 过。管接头由连接件14而连接至与导管4相连的阀的一个口上。在该实施例中， 导管4可处于真空状态、压力状态或与大气相通。更一般地说，有可能使一个封 闭的空间处于任何大小的气压下，还可以使其处于所需的真空状态。包括可动作 导管的这种胎环，不论采用何种伸缩膜，都是很有效的，即使在伸缩膜永久性地 安装在胎环侧面的情况下，也是如此。

第一模具5(如图2所示)由半模51和52构成，形成了要制作的型芯的 形状。该模具的内表面在本质上对应于充气轮胎的腔的内表面，该模具尤其是用 于制作轮胎。模具5至少具有一个通气孔50。第一模具由两个旋转体构成，这 两个旋转体的接合面垂直于轮胎的轴线，所述接合面在轮胎的最大周长的位置处。 该模具在一套装置中使用，该装置的使模具固定的元件要保证任何一个所述旋转 体相对于另一个旋转体的轴向运动，也可保证每个旋转体和胎环之间的相对的轴 向运动。

图3和图4尤其是给出了使玻璃砂6循环运动的外部元件的总图。在图3中 首先可以看出制作伸缩膜的元件，即膜分配器，该膜分配器包括辊23和装置2 4，辊23缠绕着膜22，装置24用于使膜22切断并进行焊接。在图4所示 的装置中可以看出空气回路(压缩空气和/或真空)和玻璃砂6的循环系统。玻 璃砂置于贮存器60中。该贮存器受温度控制，控制方式是使适当的液体在周围 的回路62中流动。管路61从贮存器60的底部延伸至由三通阀33控制的空 间。为了便于玻璃砂的流动，所述贮存器60尤其是位置高于供砂管路的最低点， 该供砂管路通向被注入腔的内侧。回收玻璃砂6的管路与管路61相平行地进行 设置，包括管路63、吸出器64和管路65，管路65使玻璃砂返回至贮存器 60中。可以看到在所述管路65上设有截止阀66。

现在我们看空气回路。一个管路经由压力调节器49运送举例来说来自一个 车间的压缩空气。可以看到空气加热器48，它把空气经由管67而输送至贮存 器60中。该压缩空气然后经由管44而输送至四通阀43。四通阀43可使得 胎环1和伸缩膜2之间的封闭空间与压缩空气相通、或与真空相通、或与大气相 通，或保持与外界隔离状态。还可看到有一个管42，它使得所述四通阀43与 阀40相通，从而与所述封闭空间相通。四通阀43还通过管45与真空泵47 相通。通气孔50还经由管46和截止阀54与同一个真空泵47相通。

制芯装置按如下方式进行操作：首先制成伸缩膜。为此在本实施例中截取一 段适当长度的膜并把它缠绕在胎环1上。在该膜在胎环1上至少缠绕一周之后， 焊接及切断装置24动作，把截取下来的膜的两端以足够密封的方式焊接在胎环 上。从而沿着胎环(如图1所示)形成了套20。套20的一个横向边缘固定在 胎环1的第一边缘上，例如可以用第一铁箍21来固定，该铁箍21的两端可对 焊、搭焊或拧在一起。然后，将套20沿轴向折叠，以使套20的另一个边缘固 定在胎环1的另一个边缘上。伸缩膜2必须以足够密封的方式固定在胎环1上， 以使套20和胎环1之间构成的封闭空间处于充分的真空状态。至少要有足够的 真空度，这样制成的型芯可保持足够的强度。型芯可使用的时间长短取决于使用 的频繁程度。当然，在型芯使用的全过程中或部分过程中可使真空泵连续动作， 以不断地补偿伸缩膜的任何可能的漏气或附着在胎环上的倾向。

然后，将半模51和52与胎环1相接触，从而形成所述封闭空间，在该空 间内将注入玻璃砂。伸缩模2尤其是首先在该空间内解除折叠状态。胎环1和伸 缩模2之间的空间由阀40进行压力控制，伸缩模2和模具5之间的空间由通风 孔50进行压力控制，在这两种压力控制的共同作用下，伸缩模2展开并抵靠在 模具5的内侧壁上。把通风孔50置于真空环境中有助于排气的进行。然后导管 3动作，直至其顶端32与模具5的内侧壁相接触为止，这在图2中可以看到。

由于在重力作用下对空间注入填料至少会部分地带来方便，该阶段很重要的 一点是装置的轴XX’要保持水平，而导管3的顶端32要处于上方。这样，填 料可以在顶端32处溢出并下落至要被注入填料的整个空间内，不会受到该空间 内已存在的填料的干扰。为此，所述轴线要保持水平状态，胎环要保持不动，导 管3可为达到上述目的而上移，也可为抽出玻璃砂而下移，这在下文中会进一步 说明。通过适当的阀的动作，贮存器60处于压力作用下，将被注入玻璃砂的空 间与大气相通。此时，模具5的内侧片处于真空状态下(通过通风孔50)，因 而伸缩模保持与模具5的内侧壁相抵靠的状态。来自贮存器的玻璃砂6流入所述 空间并使之被注满。根据采用的填料和/或根据所述填料的当前状态，使包括模 具5和胎环1的装置在注入过程中进行振动也许是很有用途的。

注完填料之后，装满玻璃砂6的所述封闭空间可以与外界隔离，也可以通过 驱动四通阀43而使之处于真空状态，此时的通气孔与大气相通。伸缩模2朝着 玻璃砂6的方向回缩，从而使玻璃砂6成为一个坚实的实体，以制成在本质上为 刚性的型芯。由模具5和胎环1构成的装置是分体式的、可以拆除，并同时保持 装有玻璃砂6的封闭的空间仍处于真空状态。当模具5打开时，型芯7就在胎环 1上形成了(如图5所示)。

图8示出了型芯制作方法的另一个实施例，其中的型芯由胎环1B支撑，而 胎环1B由1B1和1B2两部分构成，这两部分沿轴线是可拆分的。胎环1B 的每一部分的轴向的两侧均有环形的用于固定的区域，其位置在所述胎环的轴向 的外侧并且是径向的内侧，所述区域呈凹状，其形状与圆环1B4和1B5相适 应，从而可以使所述伸缩膜的边缘夹紧。胎环和圆环间采用了螺纹连接，从而使 密封性得以保证，例如圆环周面上的螺纹1B5可达到此目的。开始时，胎环的 两部分1B1和1B2是相互分开的。在胎环的两部分1B1和1B2的周面方 向上设置套20，设置方式类似于上述实施例的情形。然而，套20固定在胎环 上的方法是不同的。喷嘴1B3在整个周向上吹出压缩空气，使套20的边缘折 弯在胎环的两部分1B1和1B2的外侧面上。然后，圆环1B4和1B5就可 置入胎环的两部分1B1和1B2中。然后，可以胎环的两部分1B1和1B2 合在一起，同时不使构成套20的膜起皱。在胎环的两部分1B1和1B2相互 之间向一起靠拢的过程中，套20就向远离1B1和1B2的方向动作，而套2 0的边缘始终固定在胎环的两部分1B1和1B2上(在特定内压的作用下)， 或者在胎环的两部分沿轴向靠拢的过程中，由装置中的喷嘴从内侧向所述的套吹 风。

可以看出本实施例的结构与第一实施例相似。半模51和52都合在胎环1 B(如图9所示)上，从而形成了一个封闭的空间，该空间中将注满玻璃砂。接 头1B6可保持胎环的两部分1B1和1B2之间的密封性。本实施例的其他方 面均与第一实施例相同，尤其是导管3和4与第一实施例相同，但这些均未作出 图示，这样不致于使图过于复杂。

所述的实施例涉及橡胶充气轮胎的制造，在制成型芯后可以用各种适当的方 法把有关元件组装在所述型芯的周面上，以制造出轮胎的坯胎，当然这里所说的 组装方法不是本发明的目的。如图6所示，所制成的轮胎坯8环绕在型芯7上。

外模9围在生成的轮胎坯8上，外模9举例来说可采用传统的结构，即包括 生成侧壁的元件90和91，以及生成踏面的元件92。然后可对轮胎坯进行硫 化。应当指出，硫化过程可在固定容积和/或固定压力下进行，如果在硫化过程 中使用型芯就要在固定容积条件下进行硫化，如果在硫化过程中所述封闭空间要 维持真空或一个适当的压力，就要在固定压力条件下进行硫化。在第二种情况下， 在第二模具闭合之后和打开之前，所述封闭空间内的真空度会受到影响，该封闭 空间内的玻璃砂的压力就成为所述的硫化压力。

现在说明型芯7的拆散过程，该过程可在硫化过程中即在第二模打开之前进 行，也可在硫化之后即在第二模打开之后进行。用于支撑轮胎的型芯7如图4所 示经由连接件13和14与所述装置相通，而连接件13和14安装在导管3和 4上。在吸出器64的作用下，玻璃砂6经由导管3被吸出并落入贮存器60中。 为此，至少在吸出的过程中，轴线XX’尤其要保持水平，而导管3的顶端32 要向下(如图7所示)。阀40打开，四通阀43使封闭空间与大气相通或与压 缩空气源相通。

导管3然后沿径向吸取玻璃砂。轮胎8可与胎环1相分离，这可以通过剪断 伸缩膜的紧靠与胎环相连接的位置来实现，也可以在第二实施例中通过拆下圆环 1B4和1B5来实现。此时，伸缩膜可从轮胎内取出，也可留在轮胎中以在运 输过程中起保护作用，还可以原封不动地留在轮胎中以保护轮胎的内侧壁，另外 也还可有其他的用途。再制作一个新的伸缩膜，下一个轮胎的制造过程又开始了。

在本发明的实施例中，填料为玻璃砂，因而其热导率很低。型芯7中在注满 玻璃砂6后仍残留了大量的空隙。因而型芯7在本质上决定了其热传递的能力很 低。尤其是，如果轮胎在型芯7上进行硫化，型芯7应保持一个较高的温度，该 温度相对来说又是一个足够低的温度，说该温度较高为的是在硫化过程中型芯7 不致于从模9中吸取过多的热量，说该温度相对要足够低是为了在轮胎的制造过 程中橡胶的硫化速度不致过快。事实上，众所周知的一点是在橡胶承受到一定的 压力状态之前应避免硫化过程的开始。另外，由于与型芯相接触区域的橡胶的温 度上升速度慢，根据填料的热容量的不同，可以在该区域内采用不同的橡胶成份 的配方，这样不致于使轮胎硫化的时间过长。为实现该目的，欧洲专利申请EP 0695780中介绍了一种快速硫化方法。

在本发明的实施例中，玻璃砂6在贮存器60中要预热至并把温度维持在大 约100℃～120℃。型芯7就是在该温度范围内制成的。当然，轮胎的硫化 要大大增加其自身的温度，因而型芯7的表层也趋于该硫化温度。然而，由于型 芯的传热性低，从型芯7的表层开始的温度梯度是很大的，因而，型芯7内的玻 璃砂6的温度仍然较低。这比金属的型芯具有优越性，就是不需要在轮胎硫化之 后等很长时间使型芯冷却之后再用该玻璃砂制造下一个轮胎。

本发明还可使得在硫化过程的一开始就拆散型芯，也可以在硫化结束(即在 制成产品)之前的任何时刻拆散型芯，例如可在外模9使得轮胎一成形就拆散型 芯。在这种情况下，可以吸出玻璃砂。通过足够强的径向的空气流，可以把所述 封闭空间内的玻璃砂及其他任何物质均吸出。例如，可以在胎环的沿其轴线上方 的邻近顶端的位置设置进气口，以对整个胎环的周面施加空气推力，同时，在胎 环的沿其轴线下方的邻近底端处设置吸气口，以对整个胎环的周面的玻璃砂施加 吸吮力。

型芯可以在硫化过程的一开始就拆散，也可以在完成硫化过程之前的任一时 刻进行拆散，但在拆散时，伸缩膜2对硫化过程中的轮胎要提供一个受到调节的 压力。另外，如果需要的话，通过控制在伸缩膜2内循环流动的流体的温度，可 以从内侧把热量传递给轮胎。所述流体尤其可以是氮气或适当的干燥空气。还可 以用硫化原理使绝大部分的硫化能量从轮胎的外侧进入轮胎。本发明的优点是， 可以在本质上呈刚性的型芯上制作轮胎，可以在可控的温度和压力下进行硫化， 与传统的工艺方法相比，伸缩膜不构成明显的热屏障。

本发明还可扩展为用可硫化橡胶制造充气轮胎或实体轮胎的方法：包括形成 空腔、注射和硫化的工艺阶段，其中：

形成空腔，在刚性的型芯上形成，该型芯尤其是由可在一个封闭空间内流动 的固体填料构成，该封闭空间包括一个伸缩膜，该伸缩膜构成了所述空腔的一个 表面，所述固体填料是呈坚实的状态；

注射，首先要在型芯的四周加上另一个刚性的零件，该零件与型芯一起形成 了轮胎的几何形状，注射量在本质上对应于所述空腔的容积，注射后可以形成轮 胎的各个表面；

硫化，在可控压力下进行，在注射之后，再次使所述封闭空间中的填料流动 以达到所述的可控压力。

在本发明的一个实施例中，硫化所需的热量通过模具的另一个零件进行热传 导。

在另一个实施例中，上述的型芯的制作方法可用于制造胎环永远连接在其上 的轮胎。在这种情况下，胎环1不再是制造轮胎的一个工装，而是事先制成的轮 胎的一部分。当然，在这种情况下，导管3和4可以从胎环上卸下。轮胎永久性 地与胎环的边缘相连。精于本技术的人可以想象出各种可能的结构方案，也了解 众多的现行技术中的方法。例如，在专利申请EP0603533或DE320 6171中介绍了多种结构和方法。当然，在此情况下，伸缩膜2永久性地连接 在充气轮胎或弹性的实体轮胎上并没有什么缺点。类似地，不论是第二实施例还 是第一实施例，在轮胎中都有可能残留少量的玻璃砂，但这对轮胎的使用并没有 什么不利的影响。