CN101293466A - 含有泡沫层的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮胎，其包括至少一个通过两个侧壁和两个胎圈延伸的胎冠，胎圈底部用于安装在轮缘座上，还包括锚固在两个胎圈中的胎体型增强结构和位于轮胎内壁上的由泡沫材料构成的层，其特征在于所述泡沫层的至多20％的表面结合到轮胎结构上，而其余部分不结合。

Description

含有泡沫层的轮胎
技术领域
[0001]本发明涉及一种轮胎，该轮胎在车辆中的行驶噪音被降低以提高舒适度。
背景技术
[0002]大量的噪音污染了车辆的环境。其中一些噪音来自于轮胎。在此类噪音中，空腔模式(Cavity Mode)这一部分的噪音尤其令人烦恼。所述的空腔模式是指轮胎内的空气柱的共振。
[0003]轮胎行驶时，车辆中的内部噪音的频率范围在80到500Hz。空腔模式的频率是轮胎尺寸的函数。在非常低的速度下，第一空腔模式(First Cavity Mode，FCM)的峰值大约为230Hz。
[0004]在行驶时会出现两个峰值。在80km/h的速度下，这些峰值的频率大约为210和250Hz。图1清楚地显示了这些频率。从舒适度的角度主观地看，由于这些FCM峰值是可以清晰地听见的，它们最为令人烦恼。
[0005]已知将可移动组件放置在轮胎中会对内部噪音产生有益的作用，特别是抑制第一空腔模式。文件EP 1214205B1清楚地说明了其原理。开放形泡沫材料(open cell material)的颗粒被放在轮胎空腔中。
[0006]美国专利6343843公开了一种充气轮胎，其设置有类似麻布的材料，用于抑制轮胎空腔的空气共振。
[0007]另外，文件US 2001/0004924公开了在空腔内填充泡沫或其他材料，例如沙子。
[0008]US 4252378描述了一种设计构造，其中的轮缘填充有泡沫。
[0009]EP 1510366A1描述了一种在胎冠区域下设置噪音抑制体的设计构造。
[0010]前述各系统都是复杂而昂贵的。
[0011]FR 2233194描述了一种轮胎，其内壁上具有封闭形泡沫的泡沫橡胶层，其各单元充有加压气体。
[0012]DE 10220193描述了一种轮胎，其包括设置在轮胎内腔中的壁，该壁结合到两个胎圈而不结合到内壁的其他位置。该壁包括用于抑制轮胎空腔的空气共振的微孔。
发明内容
[0013]为了克服这些缺陷，本发明提出了一种轮胎，其包括通过两个侧壁和两个胎圈延伸的至少一个胎冠，胎圈底部适于安装在轮缘座上，还包括锚固在两个胎圈中的胎体型增强结构和位于轮胎内壁上的由泡沫材料(cellular material)构成的层，其特征在于所述泡沫层的至多20％的面积结合到轮胎结构上，而其余部分不结合，并且泡沫层在任意轴向截面中的曲线长度Lca大于与所述泡沫层接触的轮胎内壁在该轴向截面中的曲线长度Lpa。
[0014]泡沫层不在其整个表面上结合到轮胎大大增进了所获得的噪音降低效果。噪音改进颇为显著。相对于没有“自由”泡沫层的轮胎，对于与第一空腔模式(FCM)峰值对应的声谱区域以及频率在300到350Hz之间的区域而言，降噪值大于4dBA。
[0015]由于泡沫层与轮胎相比是比较大的，对噪音的效果被增强了，这是说，即使在充气之后，泡沫层的表面也不是张紧的而是折叠的。这些折叠意味着空腔的几何形状不太平整，这对噪音的吸收而言属于有利因素。
[0016]有利地，泡沫层通过其两个边缘结合到轮胎。
[0017]而且，特别有利地，泡沫层在两个胎圈处结合到轮胎。
[0018]有利地：1.1＜Lca/Lpa＜2.5。
[0019]在任何轴向截面中的加长长度增强了行驶噪音衰减的效果。该效果在相对于轮胎长度加长10％时开始被感知，而在因数超过2.5时观察到泡沫层变得太重。
[0020]类似地，泡沫层在任意纵向截面中的曲线长度Lcl有利地大于与所述泡沫层接触的轮胎内壁在该纵向截面中的曲线长度Lpl。
[0021]有利地：1.1＜Lcl/Lpl＜2.5。
[0022]根据一个有利实施例，泡沫层的材料包括丁基橡胶。
[0023]这使得可以通过丁基橡胶的附加层的方式简易地将泡沫层附连到轮胎结构上。
[0024]由丁基橡胶构成的泡沫材料在本领域中是公知的。例如，可以参考专利EP 1155801B1或EP 0912354B1。
[0025]优选地，该层主要是封闭形泡沫(closed-cell)的层。
[0026]根据本发明的轮胎的另一个实施例，该泡沫层包括第一非泡沫层和主要由位于轮胎空腔的最内侧的封闭形泡沫的泡沫材料形成的第二层。
[0027]该实施例的优点是增强了轮胎的气密性。
[0028]根据另一个实施例，该泡沫层包括主要由封闭形泡沫的泡沫材料制成的第一层和由开放形泡沫的泡沫材料制成的第二层。例如，该第二层可以由硫化后置入轮胎中的聚氨酯泡沫构成。
[0029]根据本发明的轮胎可以有利地进一步包括由非泡沫材料形成的气密层，其连续地附连在轮胎结构上并位于泡沫层和轮胎结构之间。此实施例使轮胎具有极佳的气密性。
[0030]泡沫层的厚度可以在0.5到10mm之间，优选地在1到4mm之间。
[0031]泡沫层的密度可以在0.04到0.8g/cm3之间，优选地在0.06到0.3g/cm3之间。
[0032]本发明的另一个主题是一种制造轮胎的工艺，该工艺包括下列步骤：
-在制造鼓上放置一层含有发泡剂的材料；
-在所述层的边缘施加一条粘结(bonding)材料；
-施加一层构成轮胎内壁的材料，该材料含有与构成所述内壁的材料在化学上不相容的发泡剂；
-完成轮胎结构的制备；以及
-硫化轮胎。
[0033]此工艺特别适用于泡沫层和其所接触的轮胎内壁在化学上不相容的情况。其足以使泡沫材料层在轮胎脱模时经过其膨胀阶段，从而该膨胀所产生的内应力破坏了硫化期间产生的泡沫层和面对泡沫层的轮胎壁之间的结合。因此，除了在结合区域之外，泡沫层完全从轮胎上脱离，该结合区优选地在两个胎圈处。当泡沫层由丁基橡胶构成并且轮胎的气密性橡胶不含有后者或者不存在后者时，就属于这种情况。结合区域中的粘合剂有利地由含有丁基橡胶而没有发泡剂的条所形成。
[0034]当泡沫层和面向其的轮胎内壁在化学上相容时，有利地使用防粘连剂(anti-tack agent)，例如云母或白垩，以保证轮胎硫化之后泡沫层从轮胎的壁上分离。
附图说明
[0035]下面将结合所附的图1至8描述所有实施例的细节，其中：
图1显示了在80km/h的速度下行驶时车辆的典型声谱；
图2显示了包含有根据本发明的泡沫层的轮胎实例；
图3显示了图2的轮胎安装在其所用的轮缘上并被充气；
图4示意性地显示了通过根据本发明的腔室获得的改进；
图5显示了将泡沫层结合到胎圈上的工艺；而
图6、7和8示出了泡沫层装置的三个例子。
具体实施方式
[0036]下文中，轮胎的“轴向截面”是指经过轮胎的旋转轴线的任意截面；“横向截面”是指垂直于轮胎的旋转轴线的任意截面。
[0037]图1显示了在以80km/h的速度下行驶的乘用车辆中测得的噪音幅度的典型声谱，该噪音幅度是频率的函数。特别标注出与在约为230Hz(箭头A)处的第一空腔模式相关的两个峰值。这两个峰值是可以清晰地听见的，从舒适度的角度来说，其对于车辆的司机或乘客而言是非常大的烦扰。
[0038]图2显示了轴向截面中的根据本发明的轮胎1。该轮胎包括胎冠2和两个侧壁3，两个胎圈4从这两个侧壁延伸。胎体型增强结构5围绕胎圈钢丝6锚固在两个胎圈4中。该轮胎包括泡沫层10，所述泡沫层在两个胎圈4处结合到轮胎的内壁8，而其余部分不结合，即在侧壁3和胎冠2处不结合。泡沫层的结合表面只占其全部表面的一小部分，小于20％。结合该层的位置可以位于轮胎内壁上胎圈的任何区域，或者在侧壁上达到轮胎的中纬线区域E(the equator of the tire)。一个优选的区域是如图2所示的胎圈处。层10是泡沫层。即其包括基本封闭并填充有加压气体的内部泡沫(cell)。这样的泡沫材料对本领域的技术人员来说是公知的。
[0039]该泡沫层的主要部分不结合到轮胎的内壁8上，这使其对第一空腔模式的峰值具有抑制作用。
[0040]泡沫层10的第二个特征是其在轮胎的任意轴向和纵向截面内的曲线长度都有利地大于轮胎内壁在同一轴向或纵向截面内的曲线长度。其结果是当根据本发明的轮胎1安装到其所用的轮缘7上并被充气到其工作压力时，附加层10朝向轮胎内壁8扁平化，并产生如图3所示的折叠12。这些折叠的存在使加压轮胎腔15的壁是不平整的表面，从而有利于对行驶噪音的抑制。在图3中，箭头表示作用在附加层和轮胎壁上的充气压力。
[0041]图4显示了在两种配置下在粗砺路面上以80km/h的速度行驶的车辆中获得的噪音测量结果：
-实线：车辆配备有充气到2.3巴(bar)的标准轮胎；
-虚线：同一车辆配备有根据本发明的轮胎，该轮胎包括基本不结合到轮胎内壁8上的泡沫层。
[0042]特别地，显示出对第一空腔模式的两个峰值的5dBA的改进(箭头A)。更一般地，在对舒适度特别敏感的180-350Hz的频率范围(箭头B)内，显示出3到5dBA的改进。
[0043]图5显示了泡沫层10附连到胎圈4的内壁上。该附连由粘性材料的层16来实现。
[0044]在泡沫层包括丁基橡胶的优选情况下，层16可以只是丁基橡胶材料层，不包括发泡剂。
[0045]图6显示了泡沫层10的一个特别简单的例子。该泡沫层由主要是封闭形泡沫的泡沫材料构成。在前面提到的本申请人的专利EP1214205B1中描述了这种材料的一个例子。
[0046]图7显示了根据本发明的第二个实施例：泡沫层20。该泡沫层由主要是封闭形泡沫的第一泡沫层22和主要是开放形泡沫的第二泡沫层24构成，所述第一泡沫层22优选地由包括发泡剂的丁基橡胶制成。该第二层24可以由聚氨酯泡沫构成，在轮胎硫化且层22膨胀之后结合到层22的表面上。一种可选方案是改变一层丁基橡胶材料中的发泡剂的数量，从而在膨胀之后获得主要为开放的单元。如箭头所示，层24朝着加压轮胎腔的内侧定位。
[0047]图8显示了第三种方案：泡沫层30。层30包括非泡沫的气密橡胶的第一层32和与充入的空气接触的泡沫橡胶的第二层34。优选地，两层32和34由丁基橡胶制成，层32没有发泡剂，而层34具有发泡剂。该方案的优点是保证了泡沫层30具有极佳的气密性。
[0048]根据不同应用的需要，泡沫层的厚度可以在1和4mm之间。
[0049]泡沫的密度在0.04g/cm3到0.8g/cm3之间。吸收质量和安装组件的质量之间的最优值在0.06到0.3g/cm3之间。
[0050]图2、3、5和6中显示的轮胎包括由丁基橡胶制成的泡沫层和连续地附连到轮胎结构上的非气密层。通过在标准制造鼓上敷设含有发泡剂的第一层丁基橡胶，然后在前一层的边缘处敷设两条不含有发泡剂的丁基橡胶，然后按照惯例添加轮胎的所有其他构件，最后再进行硫化，可以容易地制造该轮胎。在硫化之后，加热释放出的气体颗粒导致泡沫层膨胀，从而其轴向和纵向尺寸对应于为了获得理想的行驶噪音吸收效果所需的尺寸。泡沫层具有的厚度和密度适于保证足够的气密性。
[0051]当轮胎包括具有例如丁基橡胶的附加气密层时，建议添加防粘连剂(anti-tack agent)以保证在泡沫层的膨胀阶段该泡沫层与轮胎的相对的壁有效地分离。
[0052]本发明不只限于所描述和显示的例子，可以对其作出不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的各种改变。

Claims (19)

1、一种轮胎，其包括通过两个侧壁和两个胎圈延伸的至少一个胎冠，胎圈底部适于安装在轮缘座上，还包括锚固在两个胎圈中的胎体型增强结构和位于轮胎内壁上由泡沫材料构成的层，其特征在于所述泡沫层的至多20％的表面结合到轮胎结构上，而其余部分不结合，并且泡沫层在任意轴向截面中的曲线长度Lca大于与所述泡沫层接触的轮胎内壁在该轴向截面中的曲线长度Lpa。
2、如权利要求1所述的轮胎，其中所述泡沫层通过其两个边缘结合到轮胎。
3、如权利要求1或2所述的轮胎，其中所述泡沫层在两个胎圈处结合到轮胎。
4、如权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中：
1.1＜Lca/Lpa＜2.5。
5、如权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中泡沫层在任意纵向截面中的曲线长度Lcl大于与所述泡沫层接触的轮胎内壁在该纵向截面中的曲线长度Lpl。
6、如权利要求5所述的轮胎，其中：
1.1＜Lcl/Lpl＜2.5。
7、如权利要求1至6中任一项所述的轮胎，其中泡沫层包括丁基橡胶。
8、如权利要求7所述的轮胎，其中泡沫层通过丁基橡胶附加层附连到轮胎结构。
9、如权利要求1至8中任一项所述的轮胎，其中所述泡沫层是主要为封闭形泡沫的泡沫层。
10、如权利要求1至8中任一项所述的轮胎，其中所述泡沫层包括第一非泡沫层和位于轮胎腔的最内侧由主要为封闭形泡沫的泡沫材料制成的第二层。
11、如权利要求1至8中任一项所述的轮胎，其中所述泡沫层包括由主要为封闭形泡沫的泡沫材料制成的第一层和由开放形泡沫的泡沫材料制成的第二层。
12、如权利要求1至11中任一项所述的轮胎，进一步包括由非泡沫材料制成的气密层，其连续地附连到轮胎结构上并位于所述泡沫层和所述轮胎结构之间。
13、如权利要求1至12中任一项所述的轮胎，其中所述泡沫层的厚度在0.5到10mm之间。
14、如权利要求13所述的轮胎，其中所述泡沫层的厚度在1到4mm之间。
15、如权利要求1至14中任一项所述的轮胎，其中泡沫层的密度在0.04到0.8g/cm3之间。
16、如权利要求15所述的轮胎，其中泡沫层的密度在0.06到0.3g/cm3之间。
17、一种制造轮胎的工艺，包括：
-在制造鼓上放置一层含有发泡剂的材料；
-在所述层的边缘敷设一条粘结材料；
-敷设一层构成轮胎内壁的材料，所述材料含有与构成所述内壁的材料在化学上不相容的发泡剂；
-完成轮胎结构的制备；
-硫化轮胎；以及
-使泡沫材料层的膨胀阶段在环境压力下进行。
18、一种制造轮胎的工艺，包括：
-在制造鼓上放置一层含有发泡剂的材料；
-在所述层中不应与轮胎结构结合的的区域中设置防粘连剂；
-施加一层气密性材料；
-完成轮胎结构的制备；
-硫化轮胎；以及
-使泡沫材料层的膨胀阶段在环境压力下进行。
19、如权利要求18所述的工艺，其中所述防粘连剂是云母或白垩。
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