用于制备包括非连续的增强件的橡胶条的方法和实施所述方法的设备与流程

本发明属于轮胎制造领域并且更具体地涉及包括非连续的增强件的橡胶条的制造。

背景技术：

轮胎或外胎表示旨在安装在车轮的轮辋上的经硫化成品。胎坯表示在硫化之前通过组装采取橡胶帘布层的形状的各个半成品(所述半成品可能被增强或与其它半成品复合)和橡胶成型元件(所述橡胶成型元件可能与彼此复合)以及金属胎圈线等而形成的中间产品。

在一些轮胎部件的设计中，可能有利的是设置非连续的增强件。

例如，文献wo-2011/067211描述了一种轮胎，所述轮胎的胎侧包括非连续的增强件，所述非连续的增强件沿着与轮胎旋转轴线同轴的圆设置，即在轮胎的周向方向上设置。在文献wo-2011/067211中，非连续的增强件用于加硬轮胎胎侧的下部并且减小该胎侧下部中存在的填充元件的厚度。由于体积减小，当轮胎变形时填充元件耗散更少的能量，因此该轮胎的滚动阻力减小。同时该文献wo-2011/067211还出人意料地表明，增强件的非连续性还能够减小轮胎的滚动阻力。

根据另一个示例，文献us-3,570,574描述了一种轮胎，其中包封轮胎胎体的带束层或加强件由一个或更多个具有非连续的增强件的帘布层构成，所述非连续的增强件被称为零度的因为它们相对于垂直于轮胎的旋转轴线的中平面以0至10°的角度设置。在该文献us-3,570,574中，在胎坯在硫化模具中经历的额外成形的过程中，增强件的不连续性旨在允许帘布层沿径向膨胀。

出于相似的目的，文献ep-0,828,619提出在包封轮胎径向胎体的加强件中存在包括零度非连续的增强件的帘布层。所述ep-0,828,619文献还设想轮胎帘布层的制造方法，所述方法包括制造由至少五个连续排的涂布有橡胶配混物的非连续金属帘线形成的条，使用夹层将该条缠绕在卷轴上，并且解绕该条从而围绕模具进行螺旋缠绕，所述模具可以是圆柱形轮胎成型鼓或胎坯。该方法是有利的，因为可以使用同一个条形成具有不同宽度的帘布层，因此形成不同尺寸的轮胎。

然而，文献ep-0,828,619没有指明获得具有非连续的增强件的条的方法。

此外，文献us-3,844,327描述了包括非连续的增强件的帘布层的制造方法。应当注意的是，不同于之前的文献，该文献us-3,844,327提出使用具有非连续的增强件的帘布层作为胎体帘布层(其增强件围绕轮胎的旋转轴线沿径向设置)，或者使用具有成对非连续的增强件的帘布层作为工作胎冠帘布层(这两个工作胎冠帘布层的增强件彼此交叉并且在垂直于轮胎旋转轴线的中平面的每一侧上对称)。

根据所述文献us-3,844,327中描述的制造方法，首先制造具有涂布有橡胶基质的连续增强件的帘布层，然后以机械方式切割连续增强件。为此，文献us-3,844,327提出包括支撑辊和切割辊的切割设备，帘布层及其连续增强件在所述支撑辊和切割辊之间经过，切割辊装配有沿着其长度并且围绕其整个圆周分布的多个刀片。更具体地，切割辊在其长度上包括多排刀片，并且两个邻近排的刀片围绕切割辊的轴线沿径向偏离，从而获得两个邻近增强件的切口之间的偏离。

虽然其的确能够获得具有非连续的增强件的帘布层，所述文献us-3,844,327中描述的切割设备还具有各种缺点。

一方面，该切割设备提供极小的灵活性，因为切割辊上的刀片的位置需要适应帘布层中的增强件的位置并且适应同一个增强件的沿着帘布层长度的两个切口之间的希望的间隔。

另一方面，当增强件采取编织丝线或捻合丝线的集合的形式时，切割辊的刀片形成机械切口，所述机械切口使得帘布层中的丝线的端部展开，即彼此分离。此外，这样的帘布层中丝线的展开是不希望的，因为这可能减小丝线端部和帘布层橡胶之间的内聚，因此引发橡胶中的裂缝，裂缝的蔓延会减小使用该帘布层制造的轮胎的耐久性。

仍然以机械方式但是着眼于将具有零度增强件的帘布层的增强件切成几个部分，文献ep-0,732,227提出一种切割设备，所述切割设备包括参考支撑件和至少一个切刀，所述参考支撑件可与桌台相似并且帘布层在其上沿纵向移动，所述切刀在帘布层上沿横向移动并且以轧刀的方式朝向帘布层下降从而同时切割多个邻近的增强件。有利地，切割设备还包括横杆，在切刀在增强件上的切割动作的过程中，所述横杆用于保持帘布层。

由于切刀的长度及其横向移动，该文献ep-0,732,227中提出的切割设备提供比文献us-3,844,327中描述的切割设备更大的灵活性。特别地，该切割设备的切刀允许切割多个并列增强件，无论在帘布层的宽度上增强件之间的间隔如何。

然而，该切刀还具有的缺点在于：不允许选择性地切割增强件。因此，切刀不允许两个邻近增强件的切口偏离。此外，在帘布层包括平行于增强件的其它纵向元件的情况下，这些纵向元件将与增强件一起被切割，当这些纵向元件特别用于为帘布层赋予一定的机械完整性使其可以与其它半成品组装时，这被证明是麻烦的。

最后，由于该文献ep-0,732,227中提出的切割切刀还进行机械切割，切割设备呈现帘布层中的丝线展开的相同风险，因此呈现轮胎性能降低的相同风险。

以与文献ep-0,732,227和文献us-3,844,327相同的方式，联接至参考支撑件和支撑辊的横杆不允许在切割的同时完美地保持增强件。因此，在每次切割的过程中，增强件陷入帘布层的橡胶厚度，这可能造成品质较差的切口，增强件的一些丝线被压碎、伸展而未被切割，并且可能加剧增强件丝线的端部展开的现象。

最后，文献ep-0,732,227和文献us-3,844,327中描述的切割设备的另一个缺点在于，由于制成增强件的一些材料的硬度和机械强度，刀片和切刀是容易迅速磨损的切割工具并且需要定期维护工作。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上文描述的增强件切割方法和设备的至少一个缺点。

为此，本发明提出包括非连续的增强件的橡胶条的制造方法。一方面，所述制造方法包括至少一个如下步骤：切割橡胶条的增强件，所述橡胶条包括能够被切割的增强件并且在传送方向上前进，另一方面，所述方法的特征在于，通过使用激光束局部地和远程地加热增强件从而进行增强件的每次切割。为了实施该方法，本发明还提出用于切割橡胶条的增强件的设备。所述切割设备包括增强件切割头和传送设备，所述传送设备允许条在传送方向上前进并且经过切割头，并且所述切割设备的特征在于，切割头包括发射源，所述发射源发射至少一个激光束以允许局部地和远程地加热条的每个增强件从而对其进行切割。

通过使用激光束，获得了增强件不再取决于机械切割工具的磨损状态的高品质切割。

此外，使用激光束能够限制容易污染条并因此污染未来轮胎的切割废料的量。特别地，激光束允许通过物质升华进行切割，位于激光束聚焦区域中的条的增强件和橡胶材料直接转化成气体。

最后，激光束切割能够避免条的橡胶内的增强件的丝线的飞溅现象。特别地，由于增强件的丝线由可熔合材料形成，丝线端部熔化并且在冷却时变得熔合在一起。

为了允许切割条的各个增强件，所述制造方法提出使激光束在垂直于条的纵向轴线并且平行于条的横向平面的至少一个横向方向上移动。为此，切割设备的切割头包括光学定向装置，所述光学定向装置使激光束定向以允许激光束在垂直于条的纵向轴线并且平行于条的横向平面的至少一个横向方向上移动。

优选地，所述制造方法还提出使激光束在平行于条的纵向轴线的方向上移动。为此，使激光束定向的光学装置还允许激光束在该纵向方向上移动。激光束在纵向方向上的移动可用于补偿条在切割过程中的可能的平移移动并且优化激光束在增强件的两次切割之间所遵循的路径。

有利地，由于激光束的这些可移动性和迅速中断和恢复激光束发射的可能性，根据本发明的方法和设备提供巨大灵活性。特别地，只需要合适地命令激光束的移动和发射，并且可以改变同一个增强件沿着条的长度的两个切口之间的距离，或两个邻近增强件的两个切口之间沿着条的长度的偏离，或相邻但是被其它增强件分开的两个增强件的两个切口之间沿着条的长度的偏离。

之后，所述制造方法可以提出在增强件的每次切割过程中固定橡胶条。然而优选地，为了增加增强件的切割速度，所述制造方法提出在橡胶条在经历连续平移移动的同时“飞速”进行增强件的每次切割，所述连续平移移动是由条在传送方向上经过切割设备的切割头的连续通过造成的。并且，切割设备的传送设备允许条连续或逐步地前进经过切割头。

为了获得高品质切口，所述制造方法优选提出使激光束聚焦在条的横向平面中，增强件在所述平面中延伸。为此，切割设备包括调节激光束的焦距的装置。

还优选地，所述制造方法提出激光束以200和500毫米之间的距离聚焦，并且切割设备的切割头包括使激光束以所述距离聚焦的光学装置。所述焦距提供束在其焦点处的能量密度、对于增强件升华和切割品质来说具有决定性的束能量(因为焦距越长，激光束的能量密度下降的越多)、束在其焦点处的尺寸(所述尺寸与切割精确度直接相关)、条上方需要留出用于安装各种吹气设施和抽取设施的空间，以及激光束的工作区域(已知焦距越长，该工作区域越广阔)之间的良好折中。

还优选地，为了获得高品质切口，所述制造方法还提出条的进行增强件的激光切割的部分无需任何支撑件，为此，切割设备包括悬挂条的进行增强件的激光切割的部分的装置。由于该悬挂，激光束切割不会受到任何支撑件的存在的阻碍，并且切口精确度不会受到条和任何支撑件之间的摩擦的破坏。

为了进行抽取，所述方法提出抽吸源自增强件的激光切割的气体。为此，切割设备因此装配有用于抽吸这些气体的装置。

最后，本发明还提出用于制造包括非连续的增强件的橡胶条的装置。该装置包括用于制造包括连续的增强件的橡胶条的设备和用于切割该条的增强件的切割设备。

附图说明

通过如下描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚。以非限制性实施例的方式给出的该描述参考附图，在附图中：

图1为根据本发明的用于切割条的增强件的设备的示意性立体图，

图2为可以使用根据本发明的方法切割的包括增强件的条的横截面示意图，

图3为条的一部分的示意性俯视图，其中使用根据本发明的方法切割多个增强件，

图4为使用根据本发明的方法切割增强件的纵截面示意图，

图5为包括根据本发明的切割设备的用于制造橡胶条的装置的第一个替代形式的示意图，以及

图6为包括根据本发明的切割设备的用于制造橡胶条的装置的第二个优选替代形式的示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明涉及橡胶条12的增强件10的切割。

条表示宽度w12大于高度或厚度e12的窄带。

橡胶优选表示弹性体配混物：天然橡胶和合成橡胶，增强填料(炭黑和二氧化硅)，增塑剂(油、树脂)以及其它化学成分，例如硫。

增强件10采取包括捻合丝线或编织丝线的集合的丝线或帘线的形式。形成增强件10的一个或更多个丝线可以为金属性质、聚合物性质、天然性质或复合性质。例如，增强件10可以由玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维制得。

如图2和3所示，条12的增强件10在条的长度l12上延伸。更具体地，横向平面pt在条12的厚度e12上将条12分成两个部分，这些增强件10平行于条的纵向轴线al12并且在同一个横向平面pt中延伸。此外，这些增强件10在条的宽度w12上以均匀间隔e隔开。

为了制造具有非连续的增强件10的条12，根据本发明的方法提出至少一个如下步骤：切割橡胶条12的增强件10，所述橡胶条12包括能够被切割并且优选最初为连续的增强件10，并且所述橡胶条12在由图1中的箭头显示的传送方向dc上经过。更具体地，通过使用激光束局部和远程地加热增强件10从而进行增强件10的每次切割d。

为了实施该方法，本发明提出如图1所示的切割设备14，所述切割设备14包括用于切割增强件10的切割头16和传送设备17，所述传送设备17允许条12在传送方向dc上前进并且经过切割头16。更具体地，该切割头16包括发射源19，所述发射源19发射至少一个激光束18，所述激光束18允许局部地和远程地加热条的每个增强件10从而切割增强件10。

由于条12包括在同一个横向平面pt中并列的多个增强件10，所述方法提出使激光束18在垂直于条12的纵向轴线al12并且平行于条的横向平面pt的至少一个横向方向dt上移动。因此，如图3所示，激光束18允许横穿条的宽度w12对各个增强件10进行各个切割d。

为了实现激光束18的横向移动，切割设备14的切割头16包括光学装置20，所述光学装置20使激光束定向并且允许激光束18在垂直于条的纵向轴线al12并且平行于条的横向平面pt的至少一个横向方向dt上移动。

为了补充，所述方法还提出使激光束18在平行于条的纵向轴线al12的纵向方向dl上移动。为此，使激光束定向的光学装置20还允许激光束18在平行于条的纵向轴线al12的纵向方向dl上移动。因此，激光束18可以允许纯纵向的路径t或在两个不同切口d之间结合横向移动与纵向移动的路径t，如图3所示。当然，当遵循两个切口d之间的路径t时，激光束18的发射中断。

根据另一个优点，当进行切割d时，使激光束18沿纵向移动能够补偿条12在传送方向dc上的平移移动。

特别地，所述方法提出在增强件10的每次切割d的过程中使橡胶条12在传送方向dc上经历连续平移移动，目的是增加形成这些切口d的速度。替代性地并且举例而言，为了有利于切割d的品质，所述方法可以提出在增强件10的每次切割d的过程中固定橡胶条12。因此，传送设备17允许条12连续或逐步地前进经过切割头16。

从一般角度来看，结合激光束18的纵向移动和横向移动能够优化增强件10的不同切割d之间激光束18所遵循的路径t，从而增加能够形成这些切口d的速度，因此增加能够制造具有非连续的增强件的条的速度。

为了允许激光束18的所述纵向移动和横向移动，使激光束定向的光学装置20优选采取两个移动镜m1、m2的形式，所述镜m1、m2以如下方式定向使得第一镜m1接收来自发射源19的激光束18并且朝向第二镜m2反射该激光束18。此外，第二镜m2以朝向条12反射激光束的方式定向。

优选地，第一镜m1被安装成具有围绕第一轴线a1的旋转移动性r1，所述第一轴线a1垂直于第二轴线a2，第二镜m2围绕所述第二轴线a2旋转安装r2。更具体地，第一镜m1的旋转轴线a1垂直于纵向方向dl和横向方向dt，而第二镜m2的旋转轴线r2平行于横向方向dt。因此，第一镜m1的旋转r1能够控制激光束18的横向移动，而第二镜m2的旋转r2能够控制激光束18的纵向移动。

为了迅速和精确地控制这两个镜m1、m2的旋转r1、r2，每个镜通过检流计型马达可旋转地驱动。

激光束18的纵向移动和横向移动更具体地表示激光束18的焦点pf的纵向移动和横向移动。

特别地，为了形成切口d，激光束18聚焦。该聚焦允许束的能量集中，因此允许将增强件10升高至可以通过升华而切割的足够热的加热温度。

为了获得束在其焦点pf处的能量密度、聚焦束18在其焦点pf处的尺寸、条12上方用于安装各项装置的可用空间和激光束18的工作区域之间的良好折中，所述方法提出使激光束18以200和500毫米之间的焦距f聚焦。为此，切割设备14的切割头16包括光学装置22，所述光学装置22使激光束18以200和500毫米之间的焦距f聚焦。优选地，使激光束18聚焦的这些光学装置22采取光学透镜的形式。在切割头16内，该光学透镜以如下方式设置使得激光束18被光学定向装置20的镜m1、m2反射之后穿过该光学透镜。当然，200和500毫米之间的焦距f与用于实施本发明的激光束18的类型提供良好折中，这些激光束18的类型在本说明书的下文中进行限定。

使激光束定向的光学装置20允许激光束18的焦点pf的移动在纵向方向dl和横向方向dt上得到非常精确地控制，切割设备14还包括调节激光束18的焦距f的装置(图中未显示)。这些调节装置允许在垂直于纵向方向dl和横向方向dt的聚焦方向df上并且相对于横向平面pt精确控制激光束18的焦点pf的移动，所述横向平面pt位于条的厚度e12中并且增强件10在所述横向平面pt中延伸。

各个调节装置可以允许在聚焦方向df上调节激光束18的焦点pf的位置。

在第一个替代形式中，可以提供一种作用于光学聚焦装置22的光学透镜的设备，该设备例如允许该透镜的位置在聚焦方向df上机械变化。

在可能潜在地与第一个替代形式组合的另一个替代形式中，设备允许在聚焦df方向上调节条12的一部分24的位置，在所述部分24中进行增强件10的切割d。有利地，传送设备17允许在聚焦方向df上调节部分24的位置。

总体地，在三个方向(横向方向dt、纵向方向dl和聚焦方向df)上精确控制激光束18的焦点pf的移动能够保证每个增强件10的切割d品质，特别是通过允许增强件10的物质升华并且熔合帘线形式的增强件10的丝线。

如图4所示，当形成切口d时，所述方法优选提出使激光束18在横向平面pt中聚焦，待切割的增强件10位于所述横向平面pt中。通过以这种方式定位激光束18的焦点pf，即通过将束的束能量最集中的部分定位在待切割的增强件10的芯部，发射源19的功率被全效使用并且确保能够通过物质升华实现最佳切口d。

更具体地，在使用聚焦在横向平面pt(待切割的增强件10位于所述横向平面pt中)中的激光束18切割d增强件10的过程中，激光束18造成中央区域zc的升华，所述中央区域zc包括增强件10的部段和条12的围绕该部段的橡胶。同时，激光束18还热影响两个侧面区域zl，所述两个侧面区域zl分别位于中央区域zc的每一侧。更具体地，在这些侧面区域zl内增强件10的丝线的端部为帘线熔体的形式并且在冷却时熔合在一起。

如图3所示，由于激光束18的聚焦，增强件10的切割d需要激光束18的横向移动dt。特别地，激光束18在其焦点pf处的直径为约10微米，而增强件10的直径在0.4至0.6毫米的范围内。

聚焦的激光束18的小直径提供0.01毫米内的切割精确度，能够避免对邻近被切割增强件10的增强件10或条中与被切割增强件并列的任何其它纵向元件造成损坏。

优选地，所使用的激光类型(脉冲激光、连续激光等)根据该增强件10的横截面和形成该增强件10的一个或更多个丝线的材料类型进行选择，每种材料具有其自身的升华温度和针对一定波长的或大或小的吸收性。

举例而言，为了实现直径为0.2至0.7毫米的金属增强件10的升华，优选使用连续的镱掺杂的纤维激光束18，以及具有至少250w的功率和1000纳米和1100纳米之间的波长的发射源。此外，为了实现例如由芳纶或pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维形成的非金属增强件10的升华，优选使用co2激光束18以及具有至少100w的功率和9350纳米和10740纳米之间的波长的发射源。

为了获得高品质切口d，所述方法还提出使条12的进行增强件10的激光切割d的部分24无需任何支撑件。为此，切割设备14包括悬挂条12的进行增强件10的激光切割d的部分24的装置。优选地，这些悬挂装置由传送设备17形成，所述传送设备17包括至少两个用于传送条12的轮g1、g2。由于这两个轮g1、g2在纵向方向dl上彼此隔开，条12的悬挂部分24在这两个轮之间延伸。更具体地，这两个轮g1、g2分别被安装成围绕各自的平行于横向方向dt的轴线ag1、ag2以自由轮的方式自由旋转并且设置在激光束18的发射区域或工作区域的任一侧。

优选地，条12在传送方向dc上通过设置在轮g2的下游的驱动系统(图中未显示)平移驱动。有利地，轮可以装配有侧面凸缘(图中未显示)从而引导条12和/或装配有相对轮(图中未显示)从而也允许对条的引导进行改进的控制。

还优选地，用于张紧条12的张紧系统(图中未显示)设置在轮g1的上游。因此，条的悬挂部分24被张紧并且位于条的该部分24中的各个增强件10在横向平面pt(激光束18聚焦在所述横向平面pt中)中合适地对齐，更特别地在横向方向dt上合适地对齐，从而能够保证这些增强件的切割d的品质。

由于物质的升华造成释放可能有害或直接污染的气体，所述方法提出抽取由增强件10的激光切割d放出的气体。有利地，该抽取还允许抽吸位于热影响的侧面区域zl中的物质的任何燃烧残余。为了进行该抽取，切割设备14包括抽吸装置，例如连接至抽取机的抽吸管，从而抽吸由增强件10的激光切割d放出的气体。

同样为了保护个人及其环境，切割设备14优选容纳在封闭空间26中。

为了在条12的增强件10或橡胶的材料升华的过程中保护光学聚焦装置22的透镜免受任何飞溅，所述方法提出在该透镜的下方安装空气帘。在切割设备14内，例如使用扁平喷嘴实现该空气帘，所述扁平喷嘴供应压缩空气并且垂直于激光束18传递空气流并且朝向条12指向从而抵制在形成切口d的过程中造成的任何飞溅。

本发明还涉及用于制造包括非连续的增强件10的橡胶条12的装置28。图5中显示的所述制造装置28包括用于制造包括连续增强件10的橡胶条12的设备30和用于切割该条12的增强件10的切割设备14。例如，制造设备30为压延或挤出设备32，通过增强件10的卷轴34和橡胶的卷轴36向所述压延或挤出设备32供料。有利地，制造装置28还包括储存卷轴38，所述储存卷轴38用于从切割设备14输出的具有非连续的增强件的条12。

在本发明针对的一个应用中，具有非连续的增强件10的橡胶条12用于减小轮胎胎侧底部的橡胶厚度。为了给出大小观念，所述应用中使用的橡胶条12例如具有10毫米的w12宽度和0.8毫米的厚度e12，并且该条包括直径为0.4毫米的十四个平行的增强件10，在条12的宽度w12上两个邻近的增强件10以0.3毫米的间隔分开。为了给出大小观念，通过本发明可以以每秒200毫米的速度制造所述条12。

在本发明设想的其它应用中，使用具有非连续的增强件10的橡胶条12制备轮胎胎侧、轮胎胎肩或轮胎胎冠的其它部件。

一方面，条中存在增强件10允许改进使用该条制备的轮胎部件的机械性质，例如刚度，从而能够减小该轮胎部件中的橡胶厚度，并因此总体改进轮胎的表现和性能。

另一方面，相比于包括相同增强件但是增强件连续的条的伸展，增强件10的非连续性允许条具有更大量的伸展。因此，具有非连续的增强件10的条12可以用于制备某些轮胎部件(例如轮胎胎侧的底部)，在轮胎制造步骤中，特别是在未来轮胎的胎坯成型的步骤中，所述轮胎部件旨在在原料状态下通过伸展而经历变形。

在图5显示的制造装置28的第一个变体形式中，切割设备14竖直设置：发射激光束18的聚焦方向df基本上竖直，并且条12以如下方式前进经过切割头16，即使条的横向平面pt(增强件10位于所述平面中)基本上水平经过该切割头16。更具体地，条的部分24在切割头的下方基本上水平前进。在该第一个替代形式中，条12经过切割头16的传送方向dc基本上水平。

在图6显示的装置的优选的第二个替代形式中，切割设备14水平设置：发射激光束18的聚焦方向df基本上水平，并且条12以如下方式前进经过切割头16，即使条的横向平面pt(增强件10位于所述平面中)基本上竖直经过该切割头16。更具体地，条的部分24在切割头的下方基本上竖直前进。在该第二个替代形式中，条12经过切割头16的传送方向dc基本上竖直并且向上指向。该第二个替代形式有利地能够避免源自增强件10的切割d的烟气干扰使激光束18定向的光学装置20和使激光束18聚焦的光学装置22的正确操作。