CN101636289A - 用于重型货车轮胎的附加侧壁加强件 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎(10)包括在径向外侧被胎冠加强件(31)覆盖的径向胎体加强件(2)，所述胎体加强件(2)由多个金属加强元件(21)形成，所述轮胎(10)包括两个侧壁(1)，至少一个侧壁包括附加加强件(5)，该轮胎的特征在于，所述附加加强件(5)包括在周向方向上的具有断裂强度的多个第一部分(51)和多个第二部分(52)，所述断裂强度即加强件的单位宽度断裂的力，其中，第二部分(52)的断裂强度低于第一部分的断裂强度，第一部分(51)和第二部分在周向方向上被交替布置。

Description

用于重型货车轮胎的附加侧壁加强件
技术领域
本申请涉及一种具有金属胎体加强件的轮胎并且尤其涉及如何在轮胎侧壁处加强所述轮胎。
背景技术
通常，用于重型车辆的轮胎包括由至少一个帘布层形成的胎体加强件，所述至少一个帘布层由涂敷在橡胶材料中的金属加强元件形成，所述加强件还具有承受轮胎内部膨胀压力的功能。胎体加强件的端部锚接在与安装安装轮缘相接触的胎圈中。所述胎体加强件特别可以绕胎圈周向加强件诸如胎圈钢丝卷绕被锚定。如果制成的胎体加强件的加强元件与周向方向形成的平均角度大于75度，那么加强件在本文中被称为是径向的。
而且，所述轮胎包括径向超出胎圈的侧壁区域，侧壁区域胎圈在每次与路面接触时其曲率都发生周期性变化。所述胎体加强件上还覆盖有通常由数个帘布层形成的胎冠加强件，这些帘布层由相互交叉的加强元件形成，所述胎冠加强件径向外侧覆盖着当轮胎转动时与路面接触的胎面。
在轮胎转动时，轮胎的侧壁和胎体加强件承受着曲率的循环变化。当轮胎部分或甚至全部泄气时胎体加强件的加强元件上的循环弯曲应力就会增大：一方面，最大和最小曲率半径之间的幅度增大，另一方面，最小曲率半径的值减小。
例如，如果轮胎一前一后排列使用时，一个轮胎部分或全部漏气而另一个轮胎保持充气状态，这样的机理就会起作用。当这种情况发生时，假定缺乏充气气压的情况下，漏气轮胎的胎体加强件承受了低或零张力，同时其也承受了曲率的变化。这种胎体加强件的加强元件不是在绷紧的状态时，高弯曲度的循环会在胎体加强件的金属加强元件中产生疲劳。
这种金属加强元件的疲劳减小了它们在张紧状态下的断裂强度并且当轮胎在修复之后再次充气到标定压力可能导致轮胎的爆裂。这种问题被称为“拉链断裂(zipper failure)”。这种爆裂伴随着在其中一个侧壁的或长或短的周向长度上延伸的断裂。随着这种爆裂，过度的压力波穿透了轮胎的周围。
本发明并不寻求减少金属加强元件的疲劳损伤，而是要对由于其胎体加强件的金属加强元件已经产生了疲劳损伤的轮胎再次充气时爆裂产生的过压波进行限制。
发明内容
本发明的一个目的是限制由于胎体加强件断裂蔓延时能量释放产生的轮胎周围的过压。
为此，本发明提出一种轮胎，包括在径向外侧被胎冠加强件覆盖的径向胎体加强件，所述胎体加强件由多个涂有橡胶涂敷材料的金属加强元件形成，所述胎体加强件的加强元件与周向方向成至少大于75度的角度，所述轮胎还包括将与安装轮缘接触的胎圈，所述胎体加强件被锚定在这些胎圈中。所述轮胎包括两个侧壁，每个侧壁在所述胎圈和所述胎冠之间延伸，至少一个侧壁包括附加加强件，该轮胎的特征在于，所述附加加强件包括在周向方向上的具有断裂强度的多个第一部分和多个第二部分，所述断裂强度即加强件的单位宽度断裂力，其中，第二部分的断裂强度低于第一部分的断裂强度，第一部分和第二部分在周向方向上被交替布置。该加强件单位宽度断裂力对应于在给定方向上必需施加的作用力并且对应于加强件单位宽度，以便使得所述加强件在与作用力方向成垂直的角度上充分失效。
根据本发明，通过限制开口的整个周向长度，包括一系列具有不同断裂强度的第一和第二部分的附加加强件在周向方向上形成了对胎体加强件中加强元件断裂延展的屏障。更令人惊讶地，通过显著地减少轮胎侧壁中开口的周向长度，使减少轮胎爆裂时产生的爆炸波效应成为可能。
做为优先选择，所述附加加强件在至少一个侧壁中至少在安装在其安装轮缘上并气到其工作压力的轮胎的胎体加强件轮廓上的轴向最外侧点的径向内侧的点、与胎冠加强件的轴向端部附近的点之间延伸。所述侧壁优选位于轮胎所在车辆的外侧。
在一个优选实施例中，附加加强件由能够承受所述胎体加强件所承受的循环弯曲的织物加强元件的帘布层构成；能够经受循环弯曲意味着这些加强元件或多或少的保持它们在初始状态时的断裂强度。为了形成更大断裂强度的第一部分，可以使用比第二部分的织物加强元件具有更高断裂强度的织物加强元件。这些织物加强元件可以被定向在子午线方向上，即在包含轮胎转动轴的平面上，或其他任何方向上。
在另一个可选的优选实施例中，附加加强件仅仅包括多个第一部分，其每一个都由织物加强元件的帘布层构成，并且在周向方向上相互之间不连接。这些织物加强元件在轮胎上被径向布置，即与轮胎周向方向成90度角的方向。两个第一部分之间的间距对应于断裂强度为零的第二部分。这些第二部分既不包括加强元件甚至也不含任何橡胶混合物。此可选实施例特别适合于第一部分包括金属加强元件的实例。
在另一个可选实施例中，为了在轮胎制造过程中使附加加强件更容易铺设，第二部分可以由与第一部分一样的橡胶混合物制成。
在另一个可选实施例中，附加加强件是由相互平行的织物加强元件加强的橡胶混合物制成的帘布层，这些织物加强元件在所述帘布层的多个区域上沿着它们的长度在至少一个点处被切割。这里这些区域意味着在与所述区域的宽度对应的所述帘布层的给定宽度上(并且与附加加强件的加强元件成直角地测量)，在所述的附加加强件中，这些加强元件全部被分割以形成具有低断裂强度的第二部分。优选地，在加强元件内的至少一个切割位于轮胎侧壁中与胎体加强件的轴向最外侧点(轴向向外是相对于轮胎的内腔而言)或甚至是从这一点径向向外对应的区域。
对于附加加强件在低断裂强度的第二部分可以在使用不连续加强元件。一旦这些带有连续加强元件的附加加强件被制成，通过在几个点上切割每个加强元件，这些不连续加强元件就很容易获得，以形成第二部分。
在另一个可选的实施例中，附加加强件是由一系列具有不同断裂强度的不同种类加强元件加强的橡胶混合物制成的帘布层，这些加强元件大体相互平行地布置。同一种加强元件被这种方式聚合在一起以形成合适平均周向长度的部分。这些具有不同断裂强度的部分在周向方向上被交替布置。
做为优选，附加加强件的织物加强元件从聚酰胺或芳族聚酸胺纤维的织物加强元件中选取；它们也可以是混合类型的，即可以是由至少两种不同种类的纺织绳索形成的。
附加加强件能够很容易地被设置在胎体加强件的一侧，正如它能够设置在另一侧一样，它在轴向和径向上被设置在胎体加强件外侧仍然是有利的(所述的胎体加强件位于附加加强件和充满气的轮胎内腔之间)。可在胎体加强件与附加加强件之间提供一种分离材料。
在使用加强元件的所有公开可选实施例中，附加加强件的这些加强元件在轮胎上与周向方向成90度或略有差别(即至少80度)是有利的。
本发明其它的特征和优点将参照附图在下文中详细说明，通过这些非限制性的实施例公开了本发明的一些实施方式和主题。
附图说明
图1：在爆裂试验后具有径向胎体加强件的轮胎侧壁的局部视图；
图2：根据现有技术轮胎的子午截面的视图；
图3：根据本发明轮胎的子午截面的视图；
图4：图3所示轮胎侧壁的局部视图；
图5：图3所示轮胎爆裂试验后侧壁的局部视图；
图6：附加加强件的一个可选视图；
图7：附加加强件的另一个可选视图；
图8：附加加强件的另一个可选视图；以及
图9：附加加强件的另一个可选视图。
具体实施方式
图2中公开了尺寸为315/80 R 22.5的轮胎10的子午截面图，即在一个包括轮胎旋转轴的截面上的视图，该轮胎包括位于胎冠3每一侧的侧壁1，每个侧壁1终止于与安装轮缘(图中未显示)相接触的胎圈4。该轮胎通过胎体加强件2被加强，胎体加强件2本身由与周向方向(垂直于图2所示平面的方向)成90度角度的多个加强元件21构成。所述胎体加强件的加强元件21是19根直径为0.18毫米的细丝集合而没有束带围绕所述加强元件。该胎体加强件延伸到胎冠3中并且其径向外侧覆盖着胎冠加强件31；该胎体加强件延伸到侧壁1中并且其端部锚定在胎圈4中。
对于该轮胎的尺寸，内腔容积，即容纳膨胀压力的容积是140升。
图1部分显示了在爆裂试验后图2所示轮胎侧壁1之一的视图。这个试验包括，在周向30到80毫米的长度L(大体在轮胎轴向最外点处测量)上切割加强元件21，再将轮胎安装到车轮上并且一直充气直到轮胎爆裂。在试验过程中，在距离轮胎1米远处的爆裂压力和声波压力被测量。试验后，测量了轮胎侧壁上的开口22的周向长度。
在这个特定情况下，尺寸为315/80R 22.5的轮胎在切割区域具有30毫米的周向长度L时被测量的声波压力为4.5bar而爆裂压力为14bar。爆裂后的开口的周向长度等于550毫米。在另一个使用相同尺寸轮胎的实施例中，切割区域具有80毫米的周向长度L，被测量的声波压力为3.5bar而爆裂压力为9bar。爆裂后的开口的周向长度等于450毫米。
如图3所示，根据本发明的一个可选实施例的轮胎10，其每个侧壁1包括位于胎体加强件外侧的附加加强件5。该附加加强件在图3的平面上在径向上的延伸距离为H，位于当轮胎充气到标定压力时是轴向最外侧点的胎体加强件的点E的每侧。该附加加强件终止于胎冠加强件31附近。
图4显示了图3所示轮胎10的侧壁1。图4中可见的附加加强件5被制成帘布层，该帘布层包括一系列宽度为La的第一部分51和一系列宽度为Lb的第二部分52，这些部分被交替排列(第一部分51接着第二部分52)。第一部分51和第二部分52在径向最内点大体保持各自的宽度La，Lb。当承受加强元件方向上的力时，第一部分51的断裂强度比第二部分52在相同方向上的的断裂强度大。此处断裂强度意味着在单位长度(dm)上的断裂力(daN)(通过加强元件加强的加强件的断裂强度等于每个加强元件的断裂力乘以每分米上加强元件的数量)。
高断裂强度的每个第一部分51由通过相互平行绳索加固的橡胶材料制成。这些绳索被以以下方式布置，以便当制造加强件时获得每分米有80根绳索。这些绳索由330*2-230/230芳族尼龙纤维制成并且每根的断裂力都达到了100daN。
每个第一部分51具有平均宽度25毫米。一分米帘布层包含大约每分米(dm)80个加强元件；这些部分A具有值为8000daN/dm的断裂强度。
宽度为50毫米的每个第二部分52使用与第一部分51的加强件相连接的混合橡胶一样的材料制成，但没有任何加强元件。第二部分的断裂力比第一部分的断裂力低很多，因为该断裂力等于混合橡胶的断裂力，即相同厚度下是20daN/dm。
在侧壁1上，如上所述的准备做试验的轮胎在胎体加强件的加强元件上切割为80毫米的周向长度。在多个轮胎上进行这种切割使得这种切割相对于附加加强件5的第一和第二部分以多种方式布置。
图5显示了获得的结果，初始切割影响了第一部分51并且部分影响了第二部分52。一旦轮胎爆裂，可以看到侧壁上的开口25具有小于150毫米的周向长度Lr。我们更注意到爆裂时的过压从没有附加加强件的同样尺寸的轮胎的10bar下降到本发明轮胎的低于1bar。
做为一个优选，对于试图安装到重型车辆的轮胎，第一部分51的断裂强度至少等于3000daN/dm并且进一步优选是至少等于5000daN/dm。
做为一个优选，第二部分的断裂强度至多等于300daN/dm并且更进一步优选至多等于100daN/dm。
对于本领域技术人员来说很容易的就可以对本发明进行改进来适合常用的重型车辆的轮胎尺寸，优选地，低断裂强度部分的宽度范围在20和60毫米之间并且更优选地在30和40毫米之间。
此外，对于用于重型车辆的轮胎的常用范围，结合上述断裂强度值，很明智的选择宽度值，使得第一部分与第二部分宽度之和至少等于40毫米和至多等于80毫米，在试验过程中，包括在胎体加强件的加强元件的大部分上切割80毫米的宽度L，来获得在爆裂时侧壁开口长度小于150毫米、并且将1米远的距离上的过压值限制到低于1bar。
图6、7、8和9显示了实施本发明的附加加强件的可选实施例。
图6中所示的附加加强件56形成为交叉织物(经线和纬线相互交叉)的帘布层，织物线被制成与所述加强件的主方向XX’成45度角。在所述的织物上沿着织物的主方向XX’均匀地打出了多个开口560，这些开口用于周向地铺设在轮胎上。这样，制造出了位于开口560与覆盖宽度为Lb的所述开口560的第二部分562之间的宽度为La的第一部分561。
图7所示的附加加强件57包括多个交替布置的第一部分571和第二部分572。第一部分571由加强元件5711加强，第二部分572由加强元件5722加强。加强元件5711的断裂力比加强元件5722的断裂力大。第一部分与第二部分中加强元件之间的铺设间隔是相同的。
图8所示的附加加强件58包括多个沿方向XX’交替布置的第一部分581和第二部分582。第一部分581和第二部分582都由在所述部分中以不同间隔铺设的相同加强元件580加强。第二部分582中的铺设间隔比第一部分581中的加强元件的铺设间隔大。
图9所示的附加加强件59包括多个交替布置的第一部分591和第二部分592。第一部分591和第二部分592都由在所述部分中以相同间隔铺设的相同加强元件590加强。在该附加加强件被包括在轮胎中之前，沿着第二部分592的加强元件切割出多个切口593，使得它们在加强元件方向上的拉伸断裂强度比第一部分591的断裂强度低得多。
有利地，在第一部分中每分米的附加加强件中的加强元件的数量大于90个加强元件，优选地大于110个加强元件。同样，两个加强元件的间距小于0.5毫米并且更优选小于或等于0.3毫米。
在所有公开的实施例中，附加加强件可以在侧壁的每侧上延伸到它可以在胎冠加强件下方或上方延伸、以及延伸到胎圈。
当轮胎具有与高膨胀压力水平相关的大内腔容积时，正如用于重型货车、飞机、工程和农用车辆的轮胎的情况，该装置具有显著的优点。

Claims (8)

1、一种轮胎(1)，包括在径向外侧被胎冠加强件(31)覆盖的径向胎体加强件(2)，所述胎体加强件(2)由多个涂有橡胶涂敷材料的金属加强元件(21)形成，所述胎体加强件的加强元件(21)与周向方向成至少大于75度的角度，所述轮胎还包括将与安装轮缘接触的胎圈(4)，所述胎体加强件(2)被锚定在这些胎圈中，所述轮胎(10)包括两个侧壁(1)，每个侧壁(1)在所述胎圈(4)和所述胎冠(3)之间延伸，至少一个侧壁包括附加加强件(5)，该轮胎的特征在于，所述附加加强件(5)包括在周向方向上的具有断裂强度的多个第一部分(51)和多个第二部分(52)，所述断裂强度即加强件的单位宽度断裂的力，其中，第二部分(52)的断裂强度低于第一部分的断裂强度，第一部分(51)和第二部分在周向方向上被交替布置。
2、根据权利要求1所述的轮胎(10)，其特征在于，所述附加加强件(5)在至少一个侧壁中至少在安装在其安装轮缘上并气到其工作压力的轮胎的胎体加强件轮廓上的轴向最外侧点(E)的径向内侧的点、与胎冠加强件(31)的轴向端部附近的点之间延伸。
3、根据权利要求2所述的轮胎(10)，其特征在于，所述附加加强件(5)轴向和径向都位于所述胎体加强件的外侧。
4、根据权利要求1到3之一所述的轮胎(10)，其特征在于，所述附加加强件(5)在其第一部分中设置有与轮胎周向方向成等于90度角度的多个织物加强元件。
5、根据权利要求1到4之一所述的轮胎(10)，其特征在于，所述第一部分的断裂强度至少等于3000daN/dm。
6、根据权利要求1到4之一所述的轮胎(10)，其特征在于，所述第二部分的断裂强度至多等于300daN/dm。
7、根据权利要求4所述的轮胎，其特征在于，具有更大断裂强度的所述附加加强件(5)的第一部分的加强元件从聚酰胺或芳族聚酸胺纤维的织物加强元件、或者从由至少两种不同种类的织物加强元件形成的混合加强元件中选取。
8、根据权利要求1到7之一所述的轮胎，其特征在于，所述附加加强件(5)的第二部分包括多个不连续的加强元件，这些加强元件在径向上延伸。
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