CN100391752C - 具有加强侧壁的轮胎及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种轮胎(1)，包括与最大直径为D_c的安装车轮轮辋配合的橡胶带(6)，所述橡胶带(6)包括至少一个加强所述橡胶带(6)的环形结构(60)；一个胎冠(4)和位于轮胎胎冠两侧的侧壁(2)，确保与每一摩擦带(6)相连；一个补偿轮胎压力作用的胎体加强件(3)。所述轮胎的特征在于至少一个侧壁包括至少两个内径至少等于车轮轮辋最大直径D_c的附加环形加强结构(21和22)，其中胎体加强件(3)至少部分固定在各环形结构上以增强橡胶带，以及固定在各环形侧壁加强结构上。本发明还涉及一种制造所述轮胎的方法。

Description

具有加强侧壁的轮胎及其制造方法

本发明涉及一种轮胎，更具体地说涉及轮胎侧壁的加强结构，还涉及一种适于制造这种轮胎的方法。

可以获知轮胎，特别是用于安装在轿车上的轮胎，包括：

-用于与轮胎安装轮辋配合的胎圈，所述胎圈包括至少一个环形加强结构；

-包括一个加强结构的胎冠，其中加强结构具有多个如缆线或帘线等嵌在橡胶混合物中的加强元件，该胎冠径向由胎面覆盖，胎面的作用为在滚动过程中，保持与路面接触；

-在轮胎的两侧与胎圈相连的侧壁。

此外，轮胎包括胎体加强件，该胎体加强件由多个嵌在橡胶混合物中的加强元件(特别是缆线或帘线)组成，所述加强元件朝向一优选的方向。例如，胎体加强件的加强元件，具有一层或多层的形式，可以布置成与轮胎圆周方向形成接近或等于90°的夹角；其它已知的可能性包括将这些加强元件布置在多层胎体帘布层中，每层帘布层中的加强元件彼此基本平行并与圆周方向成不等于90°的夹角，同时相对于每一相邻帘布层中的加强元件交叉。胎体加强件中的加强元件可以分布在轮胎中，而不形成帘布层(或层)，例如单独定位或者定位在一个带中，其中多个加强元件在所述带中彼此平行。

通常，胎体加强件在轮胎胎冠和每一侧壁中延伸，固定到每一胎圈的环形加强结构上。一种可能性包括通过将胎体帘布层部分地围绕所述环形结构卷绕，而固定形成胎体帘布层的胎体加强件。

在具有非常高的最大行驶速度(例如超过240km/h)指标的轮胎情况中，采用具有多层胎体帘布层的胎体加强件，这些帘布层中的至少一层通过部分围绕一个环形加强结构卷绕以形成一个翻转而固定，且至少一层帘布层通过机械连接到所述翻转上而固定在同一胎圈中，然后径向通过环形加强结构内侧。

上面最后的结构使这种轮胎具有一些优点：使轮胎侧壁具有更大的刚度，并在高速转向时提供更好的性能。

另一种解决方法在至少一个侧壁中包括胎体加强件和交叉元件的附加加强件的结合。

美国专利US 2 186 178的目标是使轮胎，更具体地说具有径向胎体加强件的轮胎(即，加强元件与圆周方向形成等于或接近于90°的夹角)在滚动过程中，在不损害舒适性的前提下，提供更好的稳定性，提出在胎圈和轮胎侧壁的连接处设置一个附加或第二胎圈钢丝，用于固定附加加强结构。

法国专利FR 1 590 025基本上采用相同的原理，并通过在轮胎侧壁中采用合适外形的胎体加强元件进行改进。当将轮胎安装到其轮辋上并将其充气到正常压力时，胎体加强件与胎面相邻的部分向下延伸，超过侧壁高度的一半，同时逐渐远离中间平面，且具有曲率相对较小的子午线轮廓。而第二部分，位于第一部分和固定胎体加强件的胎圈钢丝径向中间，具有较小的径向高度并具有弯曲相对强烈的子午线轮廓。上面描述的两个部分通过一个胎圈钢丝形式的第二周向加强件相连。德国专利DE 2 357 265中采用了具有相同原理的位于侧壁和胎圈连接处的附加胎圈钢丝。

法国专利FR 2 277 688提出了一种使侧壁在经历高速时具有更大抗变形能力的结构。根据该文献，提出了一种轮胎，其胎冠包括一层位于胎体加强件和胎冠帘布层之间的附加帘布层，其轴向末端围绕一个周向帘线或缆线环折叠。

在公开号为WO 02/09955的专利申请中，提出了一种轮胎，其基于一个附加加强环位于至少一个侧壁中的所述原理，通过增加至少一个侧壁的横向和纵向刚度，实现高性能。此外，该附加侧壁加强环位于所述轴向最外侧的胎体帘布层的轴向内侧，与位于所述胎圈中的固定元件和所述侧壁环轴向之间的成型橡胶混合物元件结合，并位于所述轴向外侧的胎体帘布层的轴向内侧。

尽管这些不同的技术方案取得了显著的高速性能改进，但可以看到仍然需要进一步的改进，特别是那些形状比大于40％的轮胎(形状比，表示为H/S，等于轮胎横截面的径向高度与轮胎总宽度之间的比值，如ETRTO标准中规定的，这些尺寸是在轮胎安装到其安装轮辋上并充气到其正常压力时测量的)。

为了显著改善轮胎在高速时的性能(尤其是为了尽量降低与高速有关的出现在侧壁中的变形)，尤其是但非排他地为了改善那些形状比H/S大于或等于40％的轮胎性能，提出了一种安装在最大直径为D_c的安装轮辋上的轮胎，其包括：

-用于与轮胎安装轮辋配合的胎圈，所述胎圈包括至少一个环形加强结构；

-包括一个加强结构的胎冠，其中加强结构具有多个如缆线或帘线等嵌在橡胶混合物中的加强元件，该胎冠径向外侧由胎面覆盖，胎面的作用为在滚动过程中，保持与路面接触；

-在轮胎胎冠的两侧的与各胎圈相连的侧壁；

-在胎冠和胎圈间延伸的胎体加强件，用于抵消由于充气压力造成的力，并通过胎圈将这些胎冠所承受的力传递给轮辋；

这种轮胎的特征在于：

-至少一个侧壁包括至少两个附加环形加强结构，每一附加环形加强结构具有一个至少与轮胎安装轮辋最大直径D_c相等的内径；及

-胎体加强件，至少部分固定在每一环形胎圈加强结构和每一附加环形侧壁加强结构上，从而当轮胎充气时在每一环形结构中形成周向应力(tension)。

“安装轮辋的最大直径D_c”解为表示轮辋上距离旋转轴线径向最远点处所在的圆的直径。例如，对于在其横向边缘具有轮辋辋圈的普通轮辋，轮辋的直径D_c为通过所述辋圈径向最外侧点的圆的直径。

“环形结构”表示轮胎中一种能提供周向应力的结构，其所能提供的周向应力大于相同体积橡胶混合物所能提供的周向应力。特别地，一种环形结构可以是：

-一种由一股或多股帘线、金属缆线或编织帘线组成的编织型胎圈钢丝，或任何常用类型的胎圈固定结构；

-具有合适截面几何形状的金属或塑料环；

-多个丝或帘线的一些部分在覆盖所述部分的橡胶混合物模制和硫化过程中互相连接。

“附加环形结构的内径”表示通过所述结构径向最内侧点的圆的直径。

在一个优选的变化实施例中，每一侧壁径向最内侧的附加环形结构的内径与在包含所述环形结构的所述侧壁同侧的轮辋座圈直径D_j之间的差值，至少相当于直径D_j的20％。

优选地，每一侧壁径向最外侧的附加环形结构的内径与在包含所述环形结构的所述侧壁同侧的轮辋座圈的直径D_j之间的差值最多等于在相同侧测量的轮胎横截面高度H的1.6倍。

在另一个优选的变化实施例中，在相同侧壁中的相邻附加环形结构，两个两个地被橡胶成型元件隔离，以在大致侧向的应力存在的情况下优化轮胎的性能，其中橡胶成型元件在径向测量的高度，至少等于15mm。

根据本发明，可以将胎体加强件完全或仅部分地固定在胎圈或侧壁中的任一环形加强结构中。

每一附加环形加强结构都用于在轮胎安装到其轮辋上并充气到其工作压力时承受总胎体应力中的部分。因此，可以发现，优选地周向应力至少等于胎圈加强结构应力的10％。

在另一个优选变化实施例中，还可能在相同侧壁中使用两个附加的直径相同的结构，这些结构轴向分离，且至少部分胎体加强件固定在至少一个所述附加结构上。

优选地，由环形侧壁结构承受的周向力的总和至少等于胎圈加强结构所受的周向力。

本领域技术人员可以确定周向力在侧壁每一环形加强结构中的分配；但是，令人惊讶地发现，当环形侧壁加强结构的直径增大时，有利于使所述力增加。

优选地，固定在每一环形侧壁和胎圈加强结构上的胎体加强件的各部分都形成翻转，胎体加强件各部分的翻转被机械地连接到固定在一直径较大的环形加强结构上的至少另一部分加强件相连。

有利地，在上一种情况中，在每一环形加强结构径向外侧具有一个橡胶混合物成型元件，其肖氏硬度A至少等于50，该成型元件在固定在所述结构上的胎体加强件的部分与所述部分的翻转之间提供一个机械连接。而且，这些成型元件可以具有不同的性能和/或机械特性，这些性能取决于成型元件在指定侧壁中的位置。

环形加强结构和肖氏硬度至少为50的成型橡胶混合物的结合显著提高了抗侧向力的能力。

优选地，当至少一个加强件部分围绕环形加强结构向上卷绕时，所述部分形成的翻转位于至少最近的处于径向外侧的环形加强结构的轴向外侧。

在另一个变化技术方案中，胎体加强件的各部分通过剪切连接固定到至少一个环形加强结构上，该加强环形结构由不可延伸的加强元件组成，其中加强元件布置在轮胎径向方向布置的至少一叠中。优选地，在该变化方案中，每一环形加强结构都由至少两叠基本周向的加强元件组成，且固定在每一环形结构中的胎体加强件部分轴向地位于所述两叠加强元件中间。

本发明还涉及根据上文所述的轮胎的一种制造方法。

为了制造一种除环形周向胎圈加强结构外，还至少包括一个附加环形侧壁结构的轮胎，根据本发明的方法包括下列步骤：

-将一个第一胎体部分卷绕到一个径向可变形的成型鼓上，该第一胎体部分最终将构成部分胎体加强件；

-一个与橡胶混合物成型元件结合的、周向不可变形且内径为D0的环形结构，同心地位于成型鼓上，并位于所述第一部分的径向外侧，以形成一个环形胎圈加强结构；

-所述部分的一端至少部分地固定在每一环形结构上；

-在一个大于D0的直径上，制备轮胎胎体加强件的另一部分，且与该第二部分同心，一个内径为D1的环形加强结构，其中D1大于D0，定位成使胎体加强件的第二部分可以固定在这些环状加强结构上；

-按照需要的次数重复前面的操作，即按照侧壁中的环形加强结构数目；然后

-如此构成的胎体加强件部分彼此同心并与环形加强结构的增大直径同心地设置，以构成一叠；

-借助已知的适当的装置，所得的叠通过使其径向延伸且使环形加强结构侧向更加靠近而被制成圆环面形状；

-这种轮胎的制造以本领域技术人员熟知的常用方式结束。

这种方法在排列胎体加强件的不同部分时提供了很大的自由度，从而可以获得期望的轮胎。胎体加强件的不同部分可以相对于轮胎中间平面对称分布，也可以不对称分布，同时它们彼此之间都是同心的。

上述方法可以有等同变化。尤其是成型操作可以在一个或更多连续步骤中执行。例如，在彼此同心地组装前，胎体加强件的不同部分在不同成型鼓上制成，然后被制成圆环形。另一种可能为在胎体加强件每部分形成后，在另一加强件部分在获得的环形表面上形成前，该部分轻微成型，等等。

在根据本发明的方法的这些变化实施例中，各胎体加强件围绕环形加强结构的翻转即可以位于所述环形结构的径向内侧，也可以位于所述环形结构的径向外侧。

所述用于形成轮胎的方法中，胎体加强件不仅固定在胎圈中，而且固定到至少另一个直径大于胎圈加强结构直径的附加结构上。

该方法在可以使不同环形加强结构在径向上相对于彼此很好地定位，从而通过良好的同心性确保很好的滚动均匀性。

参考附图，本发明的其他特点和优点将通过下面给出的说明而得到体现，其中：

图1表示一个根据本发明的轮胎径向横截面的局部视图。

图2-4表示根据本发明的轮胎的不同变化实施例；

图5-9表示根据本发明的，每一侧壁中包括两个环形加强结构的轮胎胎体加强件的制造方法。

图10表示根据本发明的轮胎侧壁的局部视图。

图1表示根据本发明的轮胎1横截面的局部视图，这种轮胎是对称的且包括两个侧壁2附加加强结构21、22，胎体加强件3的一部分围绕附加加强结构通过翻转而固定。轮胎1安装在安装轮辋J上，轮辋J包括一个通过轮辋辋圈R轴向和径向向外延伸的轮辋座圈S，轮辋辋圈R径向最外侧的点位于直径为D_c的圆上。

在这种构造中，在轮胎1具有截面高度H，该高度H是在截面平面内，在轮辋的名义直径D_j(基本位于辋圈R和轮辋座圈S的交点)和胎面径向最外侧的点M之间测量。在侧壁轴向最远点之间测量的轮胎截面宽度为S。在现在的情况中，轮胎的形状比等于0.70。

示意性地说明的轮胎1包括一个形成其胎冠的部分4，该部分由一个胎冠加强元件41加强，且在其径向外侧设置有在滚动过程中与路面接触的胎面5。胎冠4延伸至侧壁2，侧壁2的径向内侧末端在与轮胎安装轮辋J接触的胎圈6中终止。

此外，为了平衡由于轮胎内部充气压力而导致的力，所述轮胎包括一个已知的作为胎体加强件3的加强件，其穿过侧壁，从胎冠延伸到胎圈。

胎体加强件的一个第一部分30围绕一个环形胎圈6加强结构60(以金属胎圈钢丝的形式)固定，从轮胎内侧轴向通过加强结构60，向外侧延伸形成一个翻转300。该胎圈钢丝60的内径D0小于轮辋辋圈R的外径(在现在的情况中，其与轮辋的最大直径D_c一致)，以确保将胎圈原位固定在安装轮辋。

相同胎体加强件的一个第二部分31贯穿胎冠并在部分侧壁中延伸，直到其围绕一个附加环形加强结构21卷绕，从轮胎内侧轴向通过加强结构21，向外侧延伸形成一个翻转310。这里，附加环形结构21为一个横截面小于胎圈钢丝60的金属丝，且其内径为D1。该直径大于轮辋辋圈R的外径D_c；内径D1和轮辋座圈的直径D_j之间的差值大于D_j的20％。

相同胎体加强件的一个第三以及最后部分32贯穿胎冠并在部分侧壁中延伸，直到其围绕一个第二附加环形加强结构22卷绕，从轮胎内侧轴向通过加强结构22，向外侧延伸形成一个翻转320。在本实施例中，第二附加环形结构22为一根与第一附加环形结构21相同的金属丝，而其内径为D2，在本实施例中，从而使差值(D2-D1)基本上与差值(D1-D0)相同。在本实施例中，内径D2与轮辋座圈直径D_j之间的差值等于轮胎截面高度H的1.2倍。

可以看到，胎体加强件第一和第二部分的翻转310、320分别在第一和第二附加环形结构21和22之间接合，从而确保所述加强部分的良好机械连接。

在该第一实施例中，这些附加环形侧壁结构位于图示截面中轮胎宽度最大的、侧壁的点F两侧。

这种构造很重要的一点是可以在胎体加强件中不同环形加强结构之间分配力，从而每一附加侧壁结构中的周向应力至少等于当轮胎充气到工作压力时胎圈钢丝承受的周向力的10％。

有利地，侧壁中全部附加加强结构21、22承受的力至少与胎圈钢丝60承受的周向力相等。

由于这种构造，可以获得在滚动过程中具有更大侧向刚度的轮胎，其非常显著地改善了装有这种轮胎的车辆行驶性能。该技术方案在高速时的优点尤其突出。

在图2所示的另一个变化实施例中(为了方便起见，用相同的附图标记代表相同的构件)，至于胎体加强件的三个组成部分(即固定在胎圈钢丝60和两个附加环形侧壁结构21和22上的三个部分)，其结构基本上与图1中所示相同，差别在于在胎圈钢丝60和最靠近轮辋的侧壁钢丝21径向外侧，分布着肖氏硬度至少等于50，在本实施例中为80的成型橡胶混合物元件7和8。成型元件8在径向的测量高度至少等于15mm，在本实施例中等于20mm。这些成型元件确保环形加强结构60、21、22之间的良好机械连接，以及侧壁相关部分更大的结构刚度。

此外，胎体加强件3的第一和第二部分31和32的翻转310和320(分别固定在胎圈钢丝和径向离轮辋最近的侧壁钢丝上)在距离最近的胎体加强件部分的翻转上(分别为310和320)重叠前，沿着所述成型元件7和8的轴向外表面延伸。

图1和2所示变化实施例中使用的侧壁钢丝可以很容易地被任何环形结构代替，该环形结构具有使每一所述侧壁环承受的力至少等于施加到胎圈钢丝上的周向力的10％的拉伸周向模量。

至少一个环形结构可以被一个由一组帘线或缆线组成的结构代替，如图3和4中的变化实施例所示，这些帘线或缆线周向卷绕以形成基本径向的叠(stack)。

在图3中，胎圈60’和侧壁21’，22’中的每一环形加强结构都由至少两个金属缆线叠组成。胎圈中的一个第一结构60’由围绕胎体加强件3’的第一部分30’的四个叠600’组成，当轮胎安装在轮辋上时，该第一结构位于轮辋辋圈直径D_c径向下面。该第一结构的内径用D0’表示。

此外，相同胎体加强件3’的三个其它部分31’，32’，33’在其末端都固定在两叠周向卷绕的缆线中。各个胎体部分都没有翻转而进行固定。

分别用D1’，D2’，D3’表示的环形加强结构21’，22’，23’的内径和胎圈结构60’的直径D0’设置成使图3横截面中这些结构之间的距离大致相等。

在图4的变化实施例中，附加环形侧壁加强结构21’，22’，23’的叠位于胎体加强件全部部分30’，31’，32’，33’轴向两侧。例如，位于径向最外侧的、直径为D3’的环形结构23’，由多个叠组成，四个胎体加强件部分穿过这些叠之间。

这些轮胎结构适用于全部类型轮胎，尤其是用于轿车，特别是高速车辆的轮胎，也可以用于卡车、二轮车、建筑机械、飞机等的轮胎。

该轮胎可以通过包括在一个芯体上制造的方法制造。

图示中不同的轮胎变化实施例安装在轮辋上，其座圈向内倾斜(即，其轴向最外侧的点位于一个圆周上，该圆周的直径大于轴向内侧的点所处圆的直径)；本领域技术人员能将本发明应用到设计成安装在一种轮辋上的轮胎中，其中轮辋的至少一个座圈向外倾斜(即，座圈轴向最外侧的点位于一个圆上，该圆的直径小于轴向内侧的点所处圆的直径)，如美国专利US 6092575中所述。在轮胎安装到座圈具有不同直径的轮辋上的情况中，有利地提供更多环形加强结构用于将胎体固定在更长的侧壁中(即，在由与直径更小的轮辋座圈接触的胎圈延伸的侧壁中)。

在图10中示意性地表示的另一个变化实施例中，一些形成胎体加强件的相同帘布层11的加强元件111可以固定在一个第一环形结构40上，而相同帘布层11的其它加强元件112，113可以分别固定在另两个环形结构41和42上(图10中的视图对应于侧壁的一部分)。

根据本发明的方法步骤的说明

图5-9表示了制造轮胎胎坯的连续步骤，其中胎坯包括一个在每一胎圈中固定到胎圈钢丝6上，及在每一轮胎侧壁中固定到两根钢丝21，22上的胎体加强件3。该制造过程基本上与参考图2中说明的根据本发明的轮胎一致。

在第一步中(图5)，一个第一胎体部分30被置于一个成型鼓上(这里，只显示了所述部分的一半，没有明确示出所述成型鼓)，然后一个第一橡胶混合物成型元件7覆盖接近所述第一部分每一横向末端的第一部分上，然后一个直径为D0的胎圈钢丝60与成型鼓同心地安装以与所述成型元件7侧向接触。然后，该胎体部分的末端部分地围绕胎圈钢丝60向上卷起，而翻转300的保留部分在下一步中覆盖在一个第二胎体部分上。

在下一步中(图6)，该第一胎体加强件部分30与一个第二部分31组装到一起，该第二部分在另一个成型鼓(或者在相同的成型鼓上，成型到期望直径后)上以与所述第一部分相同的方式形成。该第二部分31包括部分地围绕一个内径为D1的钢丝21卷绕的胎体加强件部分，钢21本身与一个第二橡胶混合物成型元件8侧向接触。组装通过使第一加强件部分30与第二加强件部分31同心地轻微变形，并通过将胎圈钢丝60轴向互相靠近(向图5-9中用XX表示的中间平面)而实现。

下一步(图7)与上一步相同，在该步中形成一个第三胎体部分32。该第三部分32围绕一个内径为D2的钢丝22和一个第三橡胶混合物成型元件9卷绕。

在图8中所示的步骤中，在成型胎坯的同时，例如采用已知的方法，通过内部膨胀，使胎圈和侧壁钢丝向胎坯的中间平面互相靠近。

最后，获得一个圆环面胎坯10(图9)，并且第一和第二胎体加强件部分的翻转300和310覆盖橡胶成型元件7，8和9。

在这之后，继续轮胎的制造，在将胎坯置于一个模制模具中并硫化橡胶混合物前，以一种已知的方式敷设加强带帘布层，然后是胎面。

当然，本发明不局限于所说明和图示的实施例，可以对其进行各种修改，而不超出本发明的范围。

Claims (8)

1.用于安装在最大直径为D_c的安装轮辋(J)上的轮胎(1)，所述轮胎包括：

-用于与安装轮辋座圈配合的胎圈(6)，所述胎圈(6)包括至少一个环形胎圈加强结构(60)；

-包括加强结构的胎冠(4)，该胎冠径向外侧由胎面(5)覆盖；

-在该轮胎胎冠的两侧，侧壁(2)与各胎圈(6)相连；

-在该胎冠和胎圈间延伸的胎体加强件(3)；

该轮胎的特征在于：

-至少一个侧壁(2)包括至少两个附加环形加强结构(21，22)，每一附加环形加强结构具有至少与轮辋最大直径D_c相等的内径；

-该胎体加强件(3)至少部分地固定在每一环形胎圈加强结构(60)和每一附加环形侧壁加强结构(21，22)上；

-每一侧壁中径向最内侧的附加环形加强结构(21)的内径与在包含所述环形结构的所述侧壁同侧的轮辋座圈直径D_j之间的差值，至少等于直径D_j的20％。

2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于每一侧壁中径向最外侧的附加环形加强结构(22)的内径与在包含所述环形结构的所述侧壁同侧的轮辋座圈直径D_j之间的差值至多等于轮胎截面高度H的1.6倍。

3.根据权利要求1-2中任何一项所述的轮胎(1)，其特征在于相同侧壁中的相邻附加环形结构(21，22)，两个两个地，被橡胶成型元件(8)隔离，其中该橡胶成型元件(8)在径向测量的高度至少等于15mm。

4.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于在每一附加环形侧壁结构(21，22)中的应力至少等于当轮胎充气到其工作压力时环状胎圈结构(60)承受的周向应力的10％。

5.根据权利要求4所述的轮胎(1)，其特征在于由附加环形侧壁结构(21，22)承受的周向力总和至少等于当轮胎充气到其工作压力时胎圈加强结构(60)所承受的周向力。

6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于每一环形加强结构(60，21，22)都是一根钢丝，通过形成一个翻转而将部分胎体加强件固定到该钢丝上。

7.根据权利要求6所述的轮胎(1)，其特征在于至少在轮胎相同侧上的两个环形加强结构(60，21，22)之间，设置有一个橡胶成型元件(7，8)，该橡胶成型元件的肖氏硬度A至少等于50，且适于保证所述成型元件在受压下的适当功能。

8.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于每一环形加强结构(60’，21’，22’)均由一系列周向布置的帘线或缆线组成，以形成至少一个径向延伸的且胎体加强件的一部分固定至其上的叠。

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