CN101072693B - 具有改进胎圈结构的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卡车的充气轮胎，其胎圈芯包括：a)多个具有至少一根金属丝的线圈，所述线圈相对彼此径向地重叠和轴向地并排布置，和b)包围所述多个线圈的保持构件，上述保持构件包括多个相互大体上平行的细长加强元件，该加强元件包括至少一个预成型的线状金属元件。

Description

具有改进胎圈结构的充气轮胎
技术领域
本发明涉及适合在卡车或载重车中使用的充气轮胎，特别是用于中型/重型运输的卡车。
特别地，本发明涉及具有改进胎圈结构的充气轮胎，其有助于增大几何结构稳定性以及防止胎圈区域的局部变形。
背景技术
轮胎通常包括：具有至少一个胎体帘布层的胎体结构，其端部向回折叠或固定在两个环形的加强元件即所谓的“胎圈芯(bead core)”上；胎面带；布置在胎体结构和胎面带之间的带束层；和在轴向上相对的位置中应用于所述胎体结构的一对侧壁。
包括胎圈芯的轮胎区域被称为“胎圈(tyre bead)”，其具有将轮胎固定在相应的轮圈(rim)上的功能。特别地，该胎圈芯用作一层或多层胎体帘布层的固定件(anchroage)，此外其承受在充气压力的作用下以及在由于轮胎行进而产生的变形的作用下由胎体施加的力。此外，该胎圈芯可确保纵向力的传递，以及在无内胎轮胎(tubeless tyres)的情况下，确保轮胎和轮圈之间的密封，该轮圈布置在胎圈安装位置处，并包括两个大体上锥形的同轴表面，该表面用作胎圈的支撑底座。所述表面的终端通常是一径向向外突出的凸缘，该凸缘支撑胎圈的轴向外表面，并且该轴向外表面由于轮胎的充气压力邻靠在凸缘上。通过锥形形状的胎圈座与金属胎圈芯的配合可以确保将胎圈适当地定位在底座上。
一般地，在所述胎圈芯径向外侧的位置，胎圈进一步包括橡胶条，通常称为“胎圈填充条”或“三角胶芯”，其大体上为三角形截面并从相应的胎圈芯径向向外延伸。
不同类型的胎圈芯在本领域中是已知的。
例如，典型的胎圈芯结构是所谓的“Alderfer”结构，其具有类型“m×n”的结构，其中“m”表示轴向相邻的丝或索(通过绞合至少一对丝或索获得)的数量，“n”表示径向重叠的所述丝(或索)层的数量。通过使用包括预定数量的织物的或金属的丝或索的橡胶处理过的条带，以及通过螺旋地将所述橡胶处理过的条带缠绕(盘绕)在其自身上以形成期望数量的、彼此径向重叠布置的层，可以获得该结构。这种构造方法能够形成胎圈芯的截面轮廓，其大体上为四边形。实际上Alderfer结构的实例是4×4，5×5或4×5的结构。
另一种常规的胎圈芯结构是所谓的“单丝胎圈芯”。它由单个橡胶处理过的丝(或索)形成，该丝螺旋地缠绕以便形成轴向相邻绕圈(盘圈)的第一层；接着，在所述第一层径向外侧的位置，使同一丝(索)进一步缠绕以在第一层径向外侧的位置形成第二层；如此等等，从而形成若干个径向重叠的层。因此，通过改变每层中绕圈的数量，能够获得具有不同几何形状的胎圈芯的截面轮廓，例如六边形的截面轮廓。例如通过以3-4-5-4-3结构布置195线圈，可以形成规则的六边形胎圈芯。该数字序列表示缠绕单个的橡胶处理过的丝(或索)以首先形成彼此轴向相邻的三个绕圈，进而形成第一层；接着连续地形成彼此轴向相邻的四个绕圈，从而形成径向重叠在第一层上的第二层；然后是五个彼此相邻的绕圈，以形成径向重叠在第二层上的第三层；接着是彼此轴向相邻的四个绕圈，形成径向重叠在第三层上的第四层；最后是彼此轴向相邻的三个绕圈，形成径向重叠在第四层上的第五层。
另一种常规的胎圈芯结构是通过使用多个橡胶处理过的丝(或索)获得的，每一个丝(或索)径向盘绕在其本身上，从而形成一列径向重叠的绕圈(盘圈)。因此若干列绕圈可能具有不同的竖直延伸部(也就是不同数量的彼此径向重叠的绕圈)并且彼此轴向相邻，由此形成上述的胎圈芯。优选地，所述丝具有预定的截面(例如，大体上为六边形截面)，使得轴向相邻的盘圈的丝能够连接在一起，进而形成由相同且独特的元件(模块元件)构成的组件(即胎圈芯)，该组件具有紧凑的截面，也就是说该截面不包括空腔或者干扰物，它具有相应于所述独特元件的截面积总和的面积。
在通过螺旋地缠绕单根丝(从而形成上述的“单丝胎圈芯”)或多根丝(从而形成多列径向重叠的绕圈，每一列由一根特定的丝形成)形成胎圈芯的情况下，通常会在胎圈芯的制造过程中(特别是在所用的丝未被橡胶处理过的情况下)以及当制造产品时，使若干个绕圈保持处于有序的卷绕状态和层状分布，会产生一些问题。
一般地，形成轮胎胎圈芯的丝涂覆有橡胶成分。由于将轮胎安装在轮缘上和从轮缘上拆下轮胎需要使胎圈跨过轮圈凸缘，轮圈凸缘的直径比胎圈芯的径向内径更大，该胎圈芯需要变形成椭圆形结构(卵形)以便能够进行上述操作(安装到轮缘上和从轮缘上拆下)。但是，特别是在考虑到大尺寸的无内胎轮胎(如卡车轮胎)的情况下，如果轮胎胎圈芯由橡胶处理过的丝构成，在硫化后该胎圈芯变得坚硬且密实，这样几乎没有柔性。为了解决这个问题，采取的措施是使胎圈芯由光焊丝(即未用橡胶处理过的丝)构成，其能够相对彼此在圆周上移动，并由此允许胎圈芯进行所需的变形(椭圆化)，甚至在固化后的轮胎中。但是，由未橡胶处理过的丝构成的胎圈芯不具有充分的几何结构稳定性和抗扭强度以承受在轮胎制造步骤(特别是在轮胎的硫化和成型过程中)和在轮胎操作中施加到胎圈芯上的应力。
应该注意，由于胎圈座通常相对轮胎旋转轴是倾斜的，这种情况不可避免地会不利地影响胎圈芯绕圈的几何结构稳定性，因此这方面更加重要。
一些本领域已知的技术方案将胎圈芯做成环形，并在轮胎的制造和使用过程中保持期望的形状，使得能够减小丝绕圈的不规则移动，所述丝绕圈保持在一起以确保所述丝的正确对准和其良好的摩擦接触。
例如，文献US-2,149,079、US-1,503,883和US-4,561,919公开了纺织品条带(织物包布)的使用，该纺织条带缠绕在线状元件绕圈的周围。
GB-2,123,360公开了一种包括周向延伸的材料环的胎圈芯，该材料环具有U形截面凹口，该凹口至少部分包围高拉伸强度加强材料的周向绕组。该U形截面凹口可以闭合以完全包围高拉伸强度加强材料的绕组，或者可以是敞开的而仅仅包围高拉伸强度加强材料的绕组的一部分截面。环的材料优选是金属，例如钢。它可以被镀锌或镀铜，以帮助与胎圈的橡胶的结合。
US-4,938,437公开了一种非橡胶的胎圈组件，其包括绕一轴线缠绕以提供多个丝元件绕圈从而形成胎圈环的单个丝元件或多个丝元件和在胎圈环的圆周接合胎圈环以使胎圈组件保持平面状态的形状保持构件。根据该文献，所述形状保持构件包括使用在胎圈圆周周围的若干个位置处的金属夹构件，以及使用围绕整个或一部分胎圈圆周的金属结、弹簧夹、螺旋缠绕的织物或丝，在围绕胎圈圆周的均匀布置的焊接位置采用点焊、铜焊或焊接，在胎圈丝中使用涂覆焊料的丝，胶粘或使用粘合剂，围绕胎圈圆周周期地或整个地应用上易熔的聚合材料，在粘性涂层中浸渍胎圈组件，以及采用可靠地接合至少一部分单丝绕圈以保持胎圈组件的微型软管夹构件。例如，图7示出了缠绕在密集组装的单丝胎圈组件周围的金属夹构件；图10示出了螺旋状的保持夹或弹簧缠绕构件，其在圆周上接合整个胎圈组件以在垂直于胎圈的旋转轴线的平面中保持胎圈组件。
文献US-3,949,800公开了一种充气轮胎，其胎圈具有包裹(package)型的胎圈环，该胎圈环具有改进的形状稳定性，所述包裹环(package ring)由一个或多个丝构成，该丝具有四边形截面和至少两个平行的相对侧面，丝的相邻绕圈沿其面对的表面在径向方向和轴向方向彼此接触。根据该文件，胎圈芯优选被一遮盖件围绕，该遮盖件具有与胎圈芯接触的填料橡胶的嵌入件和夹紧该填料的橡胶包皮。
文献US-4,406,317公开了一种包括胎圈芯的充气轮胎，该胎圈芯由缠绕成彼此叠置的丝层构成，该丝层由具有带角度截面的丝构成。由于在移动过程中轮胎的周期应力，为了在胎圈芯的边缘处避免胎体的断裂点，常规的做法是在胎圈芯周围模制坚硬的橡胶成分。那么，为了节省成本，优选的是用保护条带缠绕胎圈芯，该保护条带可大体上包覆胎圈芯的轮廓，并通过给其倒圆角来包围其拐角。
相对上面描述的已知方案，申请人认识到，在工作中(即在地面上轮胎的旋转过程中)以及在制造胎圈芯之后的轮胎制造工序中和在轮胎结构内的组装期间，需要改进胎圈区域的几何结构稳定性和其结构强度，特别是其对局部变形的抵抗能力。
特别地，申请人认识到，在不会负面地影响如上所述的胎圈的柔性的情况下，如上所述，例如在将轮胎安装在轮缘上以及从轮缘上拆下轮胎的过程中，有利地需要增大胎圈对局部变形的抵抗能力。
本申请已经注意到，施加在形成胎圈芯的绕丝上的所述局部变形主要是由于下面的因素。
首先，由于车辆所承载的相关负载，所述变形会在胎圈区域中引起应力集中，所述应力会导致胎圈鼓出，在横向上鼓出到轮缘之外。这在要求承受大实体负载以及有时承受超载的重载车辆的情况下是特别存在的。
其次，所述变形通常还由胎圈芯制造步骤之后的轮胎制造步骤引起，特别是在完成的半成品轮胎上进行的硫化和成型步骤中。申请人已经注意到，硫化和成型步骤使丝的绕圈相对彼此在胎圈芯的截面中移动到这样一个程度，即在丝的张力调整中会存在显著的差异。后者使所述元件抗断裂的能力相应地减小。此外，申请人注意到，在胎圈芯截面中绕丝的显著变形和其随后形成的非平面结构不可避免地会导致几何结构变形的胎圈和/或损失在固化后的轮胎中的精确胎圈位置。
此外，申请人认识到，不仅在胎圈芯是由未橡胶处理过的丝构成的情况下，而且在围绕每个丝提供了橡胶涂层的情况下，改进胎圈的几何结构稳定性的需要都是特别有利的。实际上，即使存在这种橡胶涂层，由于半成品橡胶的粘结性，而使该橡胶涂层有利地促进绕丝保持在一起，申请人还是已经注意到在一些情况下，特别是在卡车轮胎的情况下，胎圈的几何结构稳定性得不到保证。因此，在常规的轮胎制造过程中，通常的实践是对胎圈芯进行部分固化，从而增大其几何结构稳定性，特别是在制造过程中。
发明内容
本申请人努力专注于修改胎圈区域的结构，以便获得具有一定柔性程度的期望结构强度，其能够确保容易地将轮胎安装到轮缘上或从轮缘上拆下轮胎，同时沿胎圈的整个圆周轮廓提供胎圈区域和轮圈凸缘的均匀且正确的接合。
申请人已经发现，通过提供具有这样一种胎圈芯的胎圈能够实现所述结果，该胎圈芯包括包围形成所述胎圈芯的多个金属丝的线圈的保持构件，该保持构件包括具有至少一个预成型的线状金属元件的多个细长加强元件，该线状金属元件的直径范围介于大约0.05mm和大约0.25mm之间。
优选地，保持构件的每个细长加强元件是金属索，该金属索包括多个(即至少两个)线状元件，至少一个所述线状元件是预成型的。
在本说明书中术语“预成型的细长加强元件”用于表示包括至少一个预成型的线状元件的加强元件。
本申请人已经发现，由于金属加强元件的存在可向胎圈芯提供高的机械阻力特性，同时通过预成型细长加强元件的至少一个线状元件可获得高的柔性特性，所述高柔性典型地具有由纺织材料构成的加强织物。
因此，申请人已经发现，通过在包围胎圈芯的保持构件中应用预成型的细长金属元件，能够赋予其高的强度特性，该保持构件通常是包括金属加强元件的半成品，而确保胎圈芯具有合适的柔性程度，该保持构件通常是包括纺织品加强元件的半成品。
由于保持构件的良好柔性能够确保在轮胎制造过程中容易且正确地应用所述保持构件，因此从加工过程来看，所述方面也是非常重要的，应用于胎圈芯上的所述保持构件准确地沿着胎圈芯的外部轮廓。
实际上，如果保持构件过硬，就不能正确地围绕胎圈芯缠绕，一些空气可能会在胎圈芯和保持构件之间被收集。存在的空气会与保持构件的金属加强元件接触，以及与胎圈芯的金属丝接触，由于在胎圈内会发生不期望的腐蚀现象，因此必须避免这点。
由于保持构件的柔性，可以获得其它的优点：a)通过利用通常用于纺织材料的同一砑光(calendering)和切割装置可以实现保持构件的制造过程；b)由于保持构件的柔性，可以非常容易地实施在轮胎制造过程中应用保持构件的步骤。
如上所述，保持构件的预成型的金属线状元件选择成很小，例如其范围介于0.05mm和0.25mm之间。
本申请人已经发现，使用细的(即具有小的直径)的预成型金属线状元件作为保持构件的加强元件是特别有利的，因为它可以减小所述构件的重量，和增大其柔性，由此实现上述的优点。
此外，申请人已经发现，本发明的保持构件具有良好的处理前的(green)粘着性，这有利于提高处理前的橡胶化合物和形成保持构件的线状金属元件之间的粘合程度。
因此，在轮胎制造过程中施加该保持构件而操作该保持构件时，它可以特别地沿与线状金属元件垂直的方向被拉伸，而不会有加强元件与处理前的橡胶分离的危险。
必须避免该分离，因为它会引起腐蚀现象或者在胎圈内部形成临界区域，在该临界区域中由于没有橡胶涂层，金属元件会从胎圈突出，这一缺陷会导致轮胎报废。
此外，申请人已经发现，本发明的保持构件显示出硬化的橡胶成分可以很好地粘在线状金属元件上，即使在老化(该方面有助于避免形成腐蚀现象)之后，还显示出预成型的索的线状元件明显地相互贯通(或者在索由预成型的和非预成型的线状元件构成的情况下，非预成型的线状元件贯穿到预成型的线状元件中)，使得当切割索时，不会产生不期望的现象，如索端部的磨损或索端部的卷曲。
在第一方面，本发明涉及一种充气轮胎，包括：
具有一对轴向隔开的胎圈芯的胎圈结构；
具有至少一个胎体帘布层的胎体结构，该胎体帘布层在所述胎圈芯之间延伸并在轴向相对的端部处固定在相应的其中一个所述胎圈芯上，每个轴向端部围绕所述胎圈芯被卷起；
围绕所述胎体结构周向延伸的胎面带；
沿周向位于所述胎体结构和所述胎面带之间的带束层；和
至少一对在轴向相对的位置上施加于所述胎体结构的侧壁，其中每个胎圈芯包括：
·多个具有至少一根金属丝的线圈，所述线圈相对彼此径向地重叠和轴向地并排布置，以及
·包围所述多个线圈的保持构件，所述保持构件具有多个相互大体上平行的细长加强元件，该加强元件具有至少一个预成型的线状金属元件，所述至少一个预成型的线状金属元件的直径范围介于0.05mm和0.25mm之间。
优选地，每个细长加强元件是具有至少一个预成型的线状金属元件的金属索，而形成所述至少一个索的其余线状元件是非预成型的。
在另一个实施例中，每个细长加强元件是金属索，其线状元件全部是预成型的。在进行给定的预成型动作之前，线状元件具有直线形状。
优选地，预成型的线状元件的变形是共面型的。也就是说每个预成型的线状元件处于一个平面中。
优选地，对所述线状元件预成型，使得它们具有波形结构，从而它们大体上没有尖锐的边缘和/或沿其纵向延伸部的曲率不连续。该特征是特别有利的，因为没有所述尖锐的边缘/拐角可有利地增大线状元件的抗断负载。
特别优选地是根据大体上的正弦波形预成型。优选地，所述正弦波形的波长介于2.5mm和30mm之间，更优选地介于5mm和25mm之间。优选地，所述正弦波形的波幅介于0.12mm和1mm之间。上面提到的波长和波幅范围可以在将未用橡胶处理过的线状元件嵌入轮胎中或嵌入在成品(硫化)轮胎上之前在其上面直接测量。有利地，通过使用放大镜和刻度尺(例如，分度尺)在线状元件上测量所述参数。在要分析的成品(硫化)轮胎的情况下，有必要从轮胎中提取胎圈芯，以利用合适的溶剂分离保持构件并从其上去除橡胶化合物，例如通过在100℃下用二氯苯处理至少12个小时。
在一个可替换的实施例中，所述变形具有非共面型的形状，而是例如为螺旋状。
为了获得根据本发明的预成型的线状元件，可以使用在本领域中已知的任何一种方法。例如，可以使用在US-5,581,990中示出的齿轮装置，或者使用在专利申请WO00/39385中描述的装置，上述两个专利的申请人相同。所述装置包括一对滑轮，每个滑轮具有多个面对的凸耳(lugs)，该凸耳在预定的部分上彼此啮合，从而在线状元件沿位于第一滑轮的凸耳和第二滑轮的相应凸耳之间的空间移动时在线状元件中同时引起轴向变形和弯曲变形。所述一对滑轮由所述线状元件转动地驱动而移动，从而实现上述的啮合动作。
优选地，细长加强元件大体上等间距地分布在保持构件中，即连续的相邻的单个细长加强元件之间的轴向间隔大体上是不变的。
此外，申请人已经发现，在对轮胎进行硫化之后，在根据本发明的保持构件中使用的、预成型的线状金属元件在断裂处具有较宽的弹性范围和较高的延伸率。
优选地，通过螺旋地缠绕多个橡胶处理过的丝(或索)可以获得本发明的轮胎的胎圈芯，每一单根丝(或索)径向地盘绕在其自身上，以形成一列径向重叠的缠绕线圈。
可替换地，所述丝径向盘绕以形成多个轴向相邻的列的径向重叠的缠绕线圈，且大体上没有橡胶涂层(即使用未用橡胶处理过的丝)。
优选地，所述未用橡胶处理过的丝具有大体上矩形的截面，其包括两个轴向延伸的直线和平行的对边以及两个径向延伸的非直线的侧边。优选地，所述非直线的侧边成形为使得当两根丝径向堆叠时，其侧边形成一轮廓，该轮廓与配合在上述丝中间的轴向相邻的丝的轮廓互补。通过这样一种方式，得到的组件中只有一根丝的一部分侧面接触轴向相邻的丝的侧面的一部分。优选地，所述丝大体上为六边形截面。这些技术方案例如在同一申请人的文献US-5,007,471中公开了。
优选地，本发明的轮胎的胎圈芯具有多边形的截面，例如在同一申请人的文献US-4,192,368和US-4,180,116中所描述的。
可替换地，本发明的轮胎的胎圈芯是单丝胎圈芯。
可替换地，本发明的轮胎的胎圈芯是Alderfer结构。
优选地，本发明的轮胎的胎圈芯还包括多个例如形式为金属夹或条带的检验元件，其沿胎圈芯的周向周期地布置，以保持形成胎圈芯的金属丝的绕圈的致密性。
在本发明的轮胎的胎圈芯由未用橡胶处理过的丝形成时，胎圈芯还包括插入在形成胎圈芯的多个线圈和保持构件之间的弹性体层。所述弹性体层的存在有助于增大所述保持构件和所述多个未用橡胶处理过的金属丝的线圈的粘着性。
优选地，其上安装有本发明的轮胎的轮圈具有胎圈座，该胎圈座相对轮胎的旋转轴线以大约15°的角度倾斜。
此外，应该注意，在胎圈芯由多个橡胶处理过的金属丝的线圈形成的情况下，可有利地增大本发明的轮胎的几何结构稳定性，从而不必再部分硬化胎圈芯。这样就必然简化了轮胎的制造过程，缩短了相关的时间和节约了成本。
附图说明
参考对根据本发明的轮胎的一些实例的详细描述，其他特征和优点将变得更加明显。下文给出的所述描述涉及仅作为非限制性实例提供的附图，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的卡车轮胎的局部截面图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的卡车轮胎的局部截面图；
图3示出了图1的轮胎的胎圈芯的局部透视图；
图4示出了图2的轮胎的胎圈芯的局部透视图；
图5示出了在根据本发明的轮胎的保持构件中使用的预成型的线状元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的卡车轮胎10的局部截面图，该卡车轮胎适合于安装在轮缘(未示出)上。为了简单起见，图1仅示出了轮胎的一部分，未示出的其余部分相对轮胎的中平面相同且对称地布置。
轮胎10包括具有胎体帘布层12的胎体结构11，该胎体帘布层的端部与一对胎圈芯13(图1中仅示出了一个)相关联。
根据在图1中示出的实施例，通过围绕所述胎圈芯卷起胎体帘布层的端部使胎体帘布层12折叠到相应的胎圈芯13上。
胎圈芯13在轴向上彼此隔开，并在轮胎的径向内侧的位置合并到相应的胎圈14中。
除了胎圈芯13，胎圈14还包括在胎圈芯的径向外侧的位置处的胎圈填充条(bead filler)15。
胎体帘布层12通常由多个彼此平行布置的加强元件构成，该加强元件至少部分涂覆有一层交联的弹性体材料。这些加强元件通常由绞合在一起的钢丝构成，钢丝涂覆有金属合金(例如铜/锌，锌/锰，锌/钼/钴合金等等)，或者由纺织纤维构成，例如人造纤维、尼龙或者聚对苯二甲酸乙二醇酯。
优选地，胎体为辐射式，也就是结合了沿大体上垂直于轮胎的中平面方向布置的加强索。
此外，轮胎10包括设置在所述胎体11的胎冠上的胎面带16和一对在轴向上相对的侧壁17，每个侧壁布置在相应的胎圈14和胎面带16之间。
此外，在胎体帘布层11和胎面带16之间，轮胎10包括带束层18，在图1所示的实例中该带束层设有两个径向重叠的带层19、120，两个横向的加强条带21(在图1中仅示出了一个条带)和一个缓冲层(breaker layer)22。
详细地，彼此径向重叠的带层19、120结合了多个加强索，该加强索通常是金属的并相对轮胎的中平面倾斜地定向，以及在每一层中彼此平行且与相邻层中的帘线相互交叉，从而相对圆周方向形成预定的角度。一般地，所述角度的范围介于大约10°和大约40°之间；优选地，所述角度的范围介于大约12°和大约30°之间。
如上所述，带束层18还包括两个横向的加强条带21，一般被称为“零度加强条带”，其在径向外侧的带层120的轴向外缘上径向重叠。所述加强条带21一般结合了多个加强元件，典型的是具有3％至10％的断裂延伸率的金属帘线，所述延伸率优选从3.5％至7％。所述加强元件用交联的弹性体材料涂覆并沿大体上圆周的方向定向，从而相对轮胎的中平面形成非常小的角度(即0°)。根据在图1中示出的实施例，每个横向加强条带21由两个径向重叠的加强条带21a、21b构成。可替换地，可以提供一个连续的加强层(未在图1中示出)代替两个横向加强条带21，其通常结合了多个如上所公开的相同类型的加强元件，该加强元件沿所述带束层的整个轴向展开延伸。
如上所述，带束层18还包括缓冲层22，该缓冲层径向地重叠在径向外侧的带层120上，并嵌入在横向加强条带21之间。可替换地，该缓冲层在加强条带21上延伸(所述实施例未在附图中示出)。该缓冲层22具有通常为金属索的加强元件，该金属索用交联的弹性体材料涂覆并彼此平行地布置，以及相对轮胎的中平面倾斜10°至70°的角度，该角度优选为12°至40°。该缓冲层22用作保护层，以防止石子或砾石陷入胎面花纹沟内，引起带层19、120甚至胎体帘布层12的损坏。
可替换地(所述实施例未示出)，该带束层设有三个径向重叠的带层和缓冲层，该缓冲层处于所述重叠的带层的径向外侧的位置。
可替换地(所述实施例未示出)，该带束层设有两个径向重叠的带层、一个零度的横向加强条带以及一个缓冲层，该横向加强条带径向地重叠在径向外侧的带层的轴向外边缘上，该缓冲层处于所述加强条带的径向外侧和径向外侧的带层的径向外侧(该缓冲层仅部分重叠横向加强条带)。
在无内胎轮胎(tubeless tyyes)的情况下，在所述胎体帘布层12的径向内侧的位置，还设有橡胶处理过的层23即所谓的“衬垫”，该层能够在使用中给轮胎10提供必要的气密性。
此外，耐磨损条带24通常相对胎体回折部(back-fold)布置在轴向外侧的位置。
根据在图1中示出的实施例，通过缠绕多个未涂橡胶的丝25可获得胎圈芯13，每根丝径向缠绕以形成一列径向重叠的线圈。在图1中，使用了7根丝25(从而形成7个轴向相邻的列)，每根丝螺旋地缠绕以形成六个径向重叠的线圈。
根据本发明，胎圈芯13包括保持构件26，该保持构件包围了多个由形成胎圈芯的金属丝构成的线圈。该保持构件包括多个大体上相互平行的细长加强元件27，该加强元件27包括至少一个预成型的线状金属元件。
优选地，该胎圈芯13还包括弹性体层(未在附图中示出)，该弹性体层嵌入在形成胎圈芯的多个线圈和保持构件26之间。
可替换地，不提供所述弹性体层。在这种情况下，其中嵌入细长加强元件27以形成保持构件26的弹性体材料优选包括促进粘合添加剂，从而保持构件适当地包围和粘着在形成胎圈芯13的线圈的金属丝(优选被镀锌)上。优选地，所述促进粘合添加剂选自以下各项：
-二价的钴盐，其选自化学式(R-CO-O)2Co的羧基化合物，其中R是C6-C24的脂肪族或芳香族，例如新癸酸钴盐(Cobalt neodecanoate)；
-基于硼和钴的有机金属络合物，硼和钴通过氧链接在一起(例如，已知的络合物商品名为OMG集团的
Figure G2005800417235D00131
680C)
-间苯二酚/六甲氧基甲基三聚氰胺(hexamethoxymethylenemelamine)(HMMM)系统或者间苯二酚/六次甲基四胺(HMT)系统；或其混合物。优选地，使用间苯二酚/六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)系统和基于硼和钴的有机金属络合物的混合物。
优选地，所述促进粘合添加剂在弹性体成分中的量为0.2phr至3phr，优选为0.5phr至2.5phr。
根据图1的实施例，本发明的轮胎还包括加强层28，其通常被称为术语“胎圈包布”，其功能是增大胎圈刚度。
胎圈包布28包括多个嵌入弹性体基体中的细长加强元件，其通常由纺织材料(如芳纶或尼龙)或金属材料(如钢索)构成。
根据本发明，优选地胎圈包布具有细长金属加强元件，该加强元件包括小直径的预成型的线状元件，可参考如上所述的保持构件26。
胎圈包布可以设置在胎圈和/或侧壁内侧的多个位置。根据在图1中示出的实施例，胎圈包布28设置在胎体帘布层12的轴向外侧的位置。在轮胎具有两个胎体帘布层的情况下，胎圈包布可以设置在所述胎体帘布层之间。优选地，胎圈包布在胎圈芯的径向外侧部分开始，它沿着胎圈填充条的周边轮廓，并在轮胎的侧壁结束。可替换地，胎圈包布沿着轮胎侧壁延伸，直到轮胎带束层的端部。
根据在图1中示出的实施例，保持构件26的形式为连续的条带，该条带由其中嵌有细长加强元件的弹性体材料构成，所述条带螺旋地缠绕在由形成胎圈芯的金属丝构成的多个线圈上，从而沿其圆周的外轮廓完全包围所述线圈。优选地，所述缠绕以这样一种方式实施，以获得轴向相邻的线圈的部分重叠，如图3所示。
图2示出了与图1类似的卡车轮胎20的局部截面图。因此，为了便于描述，图2中与图1相似或相同的元件在描述中使用相同的标记。图2中示出的轮胎20与图1中示出的轮胎10的唯一区别在于保持构件26是以薄板(所述薄板由其中嵌有细长加强元件的弹性体材料构成)的形式应用的，所述薄板在多个形成胎圈芯的金属丝线圈的外圆周轮廓周围折叠。优选地，实施折叠的步骤以获得薄板的横向边缘的部分重叠，如图4所示。根据另一个实施例(未示出)，所述薄板在多个形成胎圈芯的金属丝线圈的外圆周轮廓周围折叠至少两次。
图5示出了根据本发明以正弦波形的方式预成型的线状元件200。
如上所述，可以通过任何已知的形式获得所述变形，变形的形式通常为周期性地偏离直线。优选地，所述变形是共面型。甚至更加优选地，所述变形由大体上的正弦波形(例如在图5中所示出的)构成，该正弦波形具有波长(或节距)P和波幅H。
为了本发明的目的，“波长P”应该理解成周期地重复的最小分段的长度，“波幅H”应该理解成表示线状元件距离中心轴S(参见图5)的最大横向偏差的幅度(假定在两个方向是相等的)的两倍。
如上所述，优选地，波长(或节距)P介于2.5mm和30mm之间，更加优选地介于5mm和25mm之间。
优选地，波幅H介于0.12mm和1mm之间，更加优选地介于0.14mm和0.60mm之间。
一般地，根据本发明的预成型的线状元件的直径D介于0.05mm和0.25mm之间，优选地介于0.08mm和0.20mm之间，最优选地直径是0.12mm。
如上所述，线状元件是金属的。
优选地，线状元件由钢构成。在线状元件的直径介于0.4mm和0.1mm之间的情况下，标准NT(正常拉伸强度)钢的断裂强度的范围介于大约2600N/mm2(或2600Mpa-兆帕)和大约3200N/mm2之间，HT(高拉伸强度)钢的断裂强度的范围介于大约3000N/mm2和大约3600N/mm2之间，SHT(超高拉伸强度)钢的断裂强度的范围介于大约3300N/mm2和大约3900N/mm2之间，UHT(超超高拉伸强度)钢的断裂强度的范围介于3600N/mm2和大约4200N/mm2之间。特别地所述断裂强度值取决于钢中含碳量。
一般地，所述线状元件具有黄铜镀层(铜按重量计在60％和75％之间，锌按重量计在40％和25％之间)，该黄铜镀层的厚度介于0.10μm和0.50μm之间。所述涂层可确保线状元件更好地粘着在橡胶处理过的化合物上，并在轮胎的制造和使用过程中提供保护，防止金属腐蚀。如果必须实现更大程度的防止腐蚀，为所述线状元件有利地提供除黄铜之外的能够确保更大的抗蚀性的防腐涂层，所述涂层例如基于锌、锌/锰(ZnMn)合金、锌/钴(ZnCo)合金或者锌/钴/锰(ZnCoMn)合金。
优选地，通过使用具有n×D型结构的索(cords)可以获得根据本发明的保持构件，其中n是形成索的线状元件的数量，D是每个线状元件的直径。优选地，n介于2和5之间。特别优选地n等于3。
优选地，所述索的绞合节距的范围介于2.5mm和25mm之间，更加优选地介于6mm和18mm之间。特别优选地绞合节距为12.5mm。
优选的索结构例如是2×(即两个线状元件绞在一起)、3×、4×、5×、2+1(即一股两个线状元件和一股一个线状元件，所述两股绞在一起)、2+2、3+2、4+1。
优选地，根据本发明在保持构件中细长加强元件的密度介于40cords/dm(根索/分米，下同)和160cords/dm之间，更加优选地介于80cords/dm和120cords/dm之间。特别优选的密度是85cords/dm和105cords/dm。
优选地，根据本发明的保持构件的细长加强元件相对轮胎的径向平面倾斜定向。
在保持构件以薄板的形式应用的情况下，该薄板在胎圈芯的线圈的外圆周轮廓周围折叠，优选地所述细长加强元件相对轮胎的径向平面以一角度布置，该角度的范围介于15°和60°之间，更加优选地介于30°和45°之间。
可替换地，在保持构件以连续条带的形式应用的情况下，该条带螺旋地缠绕在胎圈芯的外圆周轮廓周围，所述细长加强元件相对条带的纵向展开(development)平行布置。优选地，所述条带以一扭转角螺旋地缠绕在胎圈芯的线圈周围，该扭转角的范围介于50°和70°之间。
优选地，保持构件的厚度-即包括索和其中嵌有索的橡胶化合物的直径的总厚度-介于0.5(±0.1)mm和1.7(±0.1)mm之间，更加优选地介于0.8(±0.1)mm和1.1(±0.1)mm之间。
优选地，本发明的卡车轮胎具有小于1的H/C比率，该比率为正截面的高度和截面的最大宽度的比率。优选地，该H/C比率小于0.9。
本发明涉及一种适合在卡车或载重汽车中使用的充气轮胎，其特别地用于中型/重型运输。本发明还适合于轻型卡车。
为了进一步描述本发明，下面给出一个说明性的实例。
实例1
制造两种类型的轮胎(轮胎A和轮胎B)，其尺寸为315/80R22.5。
轮胎A和B具有同样的结构元件，即同样的胎体(一个胎体帘布层)、两个交叉的带层、两个横向加强条带(零度加强条带，其定位在交叉的带层的径向外侧，并由两个径向重叠的成构成，如图1和2所示)、缓冲层(其径向重叠在径向外侧的带层上并位于横向加强条带之间)、同样的胎面带。
轮胎A(根据本发明的轮胎)还包括如图2所示的胎圈芯，即通过螺旋地缠绕7根未橡胶处理过的丝(每根丝大体上为六边形截面，并由镀锌的HT钢材料构成)进而形成7个轴向相邻的列来获得胎圈芯，每个列由六个径向重叠的线圈构成。根据本发明，该胎圈芯还包括保持构件，该保持构件通过使薄板在多个线圈的外周轮廓周围折叠以薄板的形式施加，该线圈由形成胎圈芯的金属丝构成。以这样一种方式实施折叠步骤，从而使薄板的横向边缘部分重叠，如图4所示。该保持构件由其中嵌有细长加强元件的弹性体材料构成，每一细长加强元件由3×0.12的HT钢索构成(即由三个直径为0.12mm的HT钢丝构成)。根据大体上的正弦波形(如图5所示)使索的每根丝预成型，该正弦波形的波长(节距)为2.200mm，波幅为0.0345mm。保持构件中的细长加强元件相对轮胎的径向平面以大约45°的角度布置。保持构件中的细长加强元件的密度为105cords/dm，其厚度-即包括索和其中嵌有索的橡胶化合物的直径的总厚度-为大约0.95mm。
轮胎B(对比性的)还包括与轮胎A的胎圈芯类似的胎圈芯，唯一的差别在于保持构件由其中嵌有纺织物的细长加强元件的弹性体材料构成。详细地，细长加强元件由尼龙940×2即由两个细丝构成的索构成，每一细丝的重量为940dTex(dTex是相应于10000m的纤维用克表示的重量)以及其捻度为48tpm(每米的缠绕数)。索的捻度为48tpm。保持构件中的细长加强元件相对轮胎的半径平面以大约45°的角度布置。保持构件中的细长加强元件的密度为68cords/dm，其厚度-即包括索和其中嵌有索的橡胶化合物的直径的总厚度-为大约0.88mm。
在三个轮胎A和三个轮胎B上进行室内试验，使得能够计算试验结果的平均值。
a)卡车轮胎的胎圈疲劳应力试验
将轮胎安装在9.00″轮圈上并以135psi(9.5bar)的压力充气。使轮胎承受9220kgf的负载，即相对轮胎负载能力超载240％。连续地使轮胎在车轮上以20km/h的固定且受控的速度旋转。当轮胎失效时停止试验，检测在轮胎失效发生时的时间。
在表1中列出了结果，从该表中可以看出，本发明的轮胎A相对对比性的轮胎B来说，疲劳应力增加了超过19％。这一结果表明，和常规的轮胎相比，本发明的轮胎可在使用中提供更好的几何结构稳定性和增大的胎圈完整性。
表1
  取样1(h)   取样2(h)   取样3(h)  平均值(h)
 轮胎A(本发明)   312   341   354   336
 轮胎B(对比实例)   273   293   281   282
b)轮胎破裂试验
用水逐渐地充入负载有标称工作负荷且安装在相应的轮圈上的轮胎。当轮胎破裂或者当胎圈从轮圈上滑落时，检测发生该现象时的时间。
在表2中列出了结果，从该表中可以看出，本发明的轮胎A相对对比性的轮胎B来说，轮胎防破裂能力增加了超过7％。这一结果表明，和常规的轮胎相比，增大了本发明的轮胎中胎圈芯的紧密性以及对局部变形的抵抗能力。
表2
  取样1(bar)   取样2(bar)   取样3(bar)  平均值(bar)
 轮胎A(本发明)   30   29   30   29.7
 轮胎B(对比实例)   27   27   29   27.7

Claims (34)

1.一种卡车充气轮胎(10；20)，包括：
具有一对轴向隔开的胎圈芯(13)的胎圈结构(14)；
具有至少一个胎体帘布层(12)的胎体结构(11)，该胎体帘布层在所述胎圈芯之间延伸并在轴向相对的端部处固定在相应的其中一个所述胎圈芯上，每个轴向端部围绕所述胎圈芯被卷起；
围绕所述胎体结构周向延伸的胎面带(16)；
沿周向位于所述胎体结构和所述胎面带之间的带束层(18)；和
至少一对在轴向相对的位置上施加于所述胎体结构的侧壁(17)，其中每个胎圈芯包括：
·多个具有至少一根金属丝(25)的线圈，所述线圈相对彼此径向地重叠和轴向地并排布置，以及
·包围所述多个线圈的保持构件(26)，所述保持构件具有多个相互大体上平行的细长加强元件(27)，该加强元件具有至少一个预成型的线状金属元件(200)，所述至少一个预成型的线状金属元件的直径范围介于0.05mm和0.25mm之间。
2.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中每个细长加强元件(27)是具有多个线状元件的金属索，至少一个所述线状元件(200)是预成型的。
3.如权利要求2所述的轮胎(10；20)，其中所述细长加强元件(27)的线状元件(200)全部是预成型的。
4.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述至少一个预成型的线状金属元件(200)以共面型的变形预成型。
5.如权利要求4所述的轮胎(10；20)，其中所述至少一个预成型的线状金属元件(200)预成型为具有波状形状。
6.如权利要求5所述的轮胎(10；20)，其中所述波状形状大体上为正弦波形。
7.如权利要求6所述的轮胎(10；20)，其中所述大体上的正弦波形具有介于2.5mm和30mm之间的波长(P)。
8.如权利要求6所述的轮胎(10；20)，其中所述大体上的正弦波形具有介于0.12mm和1mm之间的波幅(H)。
9.如权利要求5所述的轮胎(10；20)，其中所述波状形状是螺旋状。
10.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述至少一个预成型的线状金属元件由钢构成。
11.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述至少一个预成型的线状金属元件具有从由以下各项构成的组中选择的涂层：黄铜、锌、锌/锰合金、锌/钴合金、锌/钴/锰合金。
12.如权利要求2所述的轮胎(10；20)，其中所述线状金属元件的数量介于2和5之间。
13.如权利要求2所述的轮胎(10；20)，其中线状金属元件的绞合节距介于2.5mm和25mm之间。
14.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中细长加强元件(27)的密度介于40cords/dm和160cords/dm之间。
15.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中通过螺旋地缠绕多个橡胶处理过的丝，每一橡胶处理过的丝径向地盘绕在其自身上以形成一列径向重叠的缠绕线圈，从而获得胎圈芯(13)。
16.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中通过螺旋地缠绕多个未用橡胶处理过的丝，每一未用橡胶处理过的丝径向地盘绕在其自身上以形成一列径向重叠的缠绕线圈，从而获得胎圈芯(13)。
17.如权利要求16所述的轮胎(10；20)，其中所述未用橡胶处理过的丝具有大体上矩形的截面。
18.如权利要求16所述的轮胎(10；20)，其中所述未用橡胶处理过的丝具有大体上为六边形的截面。
19.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈芯(13)具有多边形的截面。
20.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈芯(13)是单丝胎圈芯。
21.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈芯(13)是Alderfer结构。
22.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈芯(13)还包括多个沿胎圈芯的圆周周期地布置的检验元件。
23.如权利要求16所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈芯(13)还包括插入在所述多个线圈和保持构件(26)之间的弹性体层。
24.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述细长加强元件(27)嵌入在弹性体材料中。
25.如权利要求24所述的轮胎(10；20)，其中所述弹性体材料包括促进粘合添加剂。
26.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，还包括胎圈包布(28)，其具有多个大体上平行的金属的细长加强元件。
27.如权利要求26所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈包布(28)的细长加强元件包括至少一个预成型的线状元件。
28.如权利要求26所述的轮胎(10；20)，其中所述胎圈包布(28)布置在所述至少一个胎体帘布层(12)的轴向外侧的位置。
29.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述保持构件(26)的形式为连续的条带，该条带围绕胎圈芯(13)的多个线圈螺旋地缠绕。
30.如权利要求29所述的轮胎(10；20)，其中所述条带以扭转角螺旋地进行缠绕，该扭转角的范围介于50°和70°之间。
31.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述保持构件(26)以薄板的形式施加，其在胎圈芯(13)的多个线圈的外周轮廓周围折叠。
32.如权利要求31所述的轮胎(10；20)，其中所述细长加强元件(27)相对轮胎的径向平面以一角度布置，该角度的范围介于15°和60°之间。
33.如权利要求1所述的轮胎(10；20)，其中所述轮胎的正截面的高度和该正截面的最大宽度的比率小于1。
34.如权利要求33所述的轮胎(10；20)，其中所述轮胎的正截面的高度和该正截面的最大宽度的比率小于0.9。
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