CN105358344B - 自行车充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自行车充气轮胎，更具体地涉及用于自行车的旨在与动力辅助装置协作的充气轮胎。本发明的目的是提供具有齿状物的自行车充气轮胎，所述齿状物具有基本上径向的母线且沿周向设置在充气轮胎的胎侧上并旨在与用于自行车的动力辅助装置的传动齿轮的互补齿状物协作。根据本发明，自行车充气轮胎(1)具有截面宽度S并包括：两个胎侧(2)，所述两个胎侧(2)连接充气轮胎的胎面(3)并具有两个胎圈(4)；连续的齿状物(5)，所述齿状物(5)具有相对于充气轮胎的在轴向方向(YY')上的旋转轴线基本上径向的母线(G)，并沿周向位于至少一个胎侧(3)的轴向外表面(31)上且包括齿(51)，所述齿(51)具有高度h和长度l并且进一步包括具有肖氏A硬度的弹性体材料，其特征在于，所述齿(51)的高度h至少等于0.6mm且至多等于3mm，所述齿(51)的长度l至少等于充气轮胎的截面宽度S的0.15倍且至多等于充气轮胎的截面宽度S的0.50倍，所述齿(51)的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于55且至多等于85。

Description

自行车充气轮胎
技术领域
本发明涉及自行车轮胎，更具体地涉及旨在与电辅助装置协作的自行车轮胎。
背景技术
电辅助装置被理解为安装在自行车上并且能够使自行车的至少一个车轮旋转的电气装置。
文献DE-20314210-U1描述了通过电辅助装置或电动马达驱动自行车的原理，其中传动小齿轮与齿状物啮合，所述齿状物与自行车的前轮辋成为一体并且为内部齿状物，即齿尖朝向轮轴。该装置的一个缺点是轮辋上的齿状物容易夹持石块。
文献DE-4011567-A1和US-5165776描述了用于自行车灯的发电装置，所述装置旨在与包括齿状物(所述齿状物具有径向母线)的轮胎协作，所述齿状物沿周向位于轮胎的胎侧上并旨在与发电装置的小齿轮的互补齿状物协作。位于轮胎胎侧上的齿状物旨在使发电装置的自由小齿轮旋转。然而，该齿状物不旨在通过电辅助装置的传动小齿轮而旋转。
发明内容
本发明的目的是提出包括齿状物(所述齿状物具有基本上径向的母线)的自行车轮胎，所述齿状物沿周向位于轮胎的胎侧上并旨在与自行车电辅助装置的传动小齿轮的互补齿状物协作。
为此目的，本发明提出自行车轮胎，所述自行车轮胎具有截面宽度S并包括：
-两个胎侧，所述两个胎侧将胎面连接至两个胎圈，
-连续的齿状物，所述齿状物具有相对于轮胎的在轴向方向上的旋转轴线基本上径向的母线，所述齿状物沿周向位于至少一个胎侧的轴向外表面上并包括齿，
-所述齿具有高度h和长度l并包括具有肖氏A硬度的弹性体材料，
-齿的高度h至少等于0.6mm且至多等于3mm，齿的长度l至少等于轮胎的截面宽度的0.15倍且至多等于轮胎的截面宽度的0.50倍，齿的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于55且至多等于85。
特别地，轮胎的外部几何形状的特征在于轮胎的截面宽度，所述截面宽度为轮胎的胎侧的轴向最外点之间的轴向距离。轴向距离是平行于轮胎的旋转轴线测得的距离。轴向最外点为轮胎的赤道平面的轴向方向上的两个最远离的点，赤道平面垂直于轮胎的旋转轴线穿过胎面的中间。根据欧洲轮胎和轮辋技术组织或ETRTO的标准，该轴向距离在安装至其轮辋并充气至其工作压力的轮胎上测得。
胎侧为轮胎的将胎面连接至胎圈的侧面部分，所述胎面旨在与路面接触，所述胎圈旨在与轮辋接触。
齿状物的几何形状由母线限定。对于根据本发明的齿状物，母线为基本上径向的，即其与轮胎的径向方向形成小角度，所述径向方向垂直于轮胎的旋转轴线的轴向方向。更具体地，基本上径向的母线与和胎侧的轴向外表面相切并位于轮胎的子午平面或径向平面中的方向形成至多等于45°的角度，所述子午平面或径向平面垂直于轮胎的旋转轴线。轮胎胎侧的轴向外表面为胎侧的与大气空气接触的表面，与胎侧的和轮胎的充气空气接触的轴向内表面相反。
此外，该齿状物沿周向(即在周向方向上)设置在轮胎的至少一个胎侧的轴向外表面上，周向方向与轮胎的行驶表面相切并在轮胎的行驶方向上定向。
更具体地，齿状物为齿的并置。每个齿的几何形状的特征在于长度l和高度h，所述长度l沿着齿状物的母线测得，所述高度h在垂直于母线的平面中测得。齿的长度l限定与互补齿状物的可能的最大啮合长度。齿的高度h限定与互补齿状物的可能的最大啮合深度。
根据本发明，齿的高度h至少等于0.6mm且至多等于3mm，齿的长度l至少等于轮胎的截面宽度S的0.15倍且至多等于轮胎的截面宽度S的0.50倍。
齿的高度h和长度l的这些各自的数值范围暗示了轮胎的齿状物的齿与电辅助装置的小齿轮的互补齿状物(轮胎的齿状物旨在与所述互补齿状物协作)的齿之间的接触表面的数值范围能够将由电辅助装置产生的转矩传递至车轮。高度h和长度l的这些数值范围考虑到将齿状物设置在轮胎的胎侧上的尺寸约束。
此外根据本发明，齿的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于55且至多等于85。肖氏A硬度为弹性体材料的根据标准DIN 53505测得的机械特征。
对于给定的齿长度和高度，最小的肖氏A硬度值确保关于齿状物的母线的最小的抗弯刚度，用于将由电辅助装置产生的转矩传递至车轮。最大肖氏A硬度值限制齿状物在周向方向上对轮胎的胎侧的刚度的影响，因此限制对自行车手的舒适度的影响。
齿的高度、齿的长度及构成齿的弹性体材料的肖氏A硬度的各自的数值范围的组合能够向车轮传递由电辅助装置产生的可以达到50Nm或甚至是60Nm的值的驱动转矩。
优选地，齿的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于66并且至多等于80。该肖氏A硬度的数值范围提供在齿的抗弯刚度与胎侧的抗弯刚度之间的良好折中。
齿状物的齿距p有利地至少等于1.8mm并且至多等于5.5mm。齿状物的齿距p为在垂直于母线G的平面中的两个连续的齿的顶部之间测得的距离。
已经发现齿状物的齿距越大，其产生的噪声越多。另一方面，齿距越大，越能容忍轮胎的齿状物与小齿轮的互补齿状物之间的安装误差。此外，齿距越大，对外来物体(例如雪或泥)的存在越不敏感，例如越容易除去所述外来物体。相反，齿距越小越安静，但是越不能容忍安装误差或外来物体的存在。因此，齿状物的齿距的推荐的数值范围能够获得这样的齿状物，所述齿状物有效地传递转矩、相对安静并能够容忍安装误差或外来物体的存在。
齿状物的齿距p甚至更有利地至少等于2mm且至多等于3mm。齿状物的齿距的此优选的数值范围能够优化效率、噪声与对齿状物环境的容忍之间的折中。例如，2.3mm的齿截面齿距提供关于该折中的良好结果。
同样有利地，齿状物的母线与径向平面的方向形成至少等于4°且至多等于40°的角度，所述径向平面与胎侧的轴向外表面相切。该角度对应于螺旋齿状物的螺旋角。
齿状物的母线相对于径向平面(所述径向平面与胎侧的轴向外表面相切)的方向的该倾斜度增加了轮胎的齿状物与小齿轮的互补齿状物之间的接触比。因此，与具有严格径向母线的齿状物(即相对于径向方向形成零度角的齿状物)相比，产生的噪声大大减少。
甚至更有利地，齿状物的母线与径向平面的方向形成至少等于15°且至多等于30°的角度，所述径向平面与胎侧的轴向外表面相切。就所产生的噪声而言，25°的角度是特别有利的构造。
有利地，齿状物的齿包括推进面和非推进面，推进面的开口角度至多等于非推进面的开口角度。
在垂直于齿状物的母线的横截面中，每个齿具有基本上三角形的轮廓，其第一侧边为位于胎侧上的三角形的底边，且其另外两个侧边分别为推进面和非推进面。推进面为施加互补齿状物的接触压力的面，非推进面为不经受该接触压力的另一个面。推进面和非推进面各自与垂直于底边的方向形成开口角度。
推进面的开口角度至多等于非推进面的开口角度，从而能够获得齿的不对称轮廓，相比于齿的对称轮廓能够传递更大的驱动转矩。特别地，相比于对称轮廓，不对称轮廓造成齿的更少的弯曲，因此传递更大的力。
更有利的是齿的推进面和非推进面具有直线轮廓。特别地，直线面与互补齿状物具有更大的接触表面，因此能够传递更大的转矩。
同样有利的是齿的推进面和非推进面具有曲线轮廓。特别地，曲线面能够增加齿的抗弯刚度，因此能够传递更大的转矩。
推进面和非推进面同样可以具有将直线部分和曲线部分结合的轮廓以便将上述优点结合。
齿状物的母线同样可以为曲线的以便与通常的直线的母线相比增加啮合长度，造成转矩传递的可能的增加。
根据一个优选的实施方案，齿状物包括优选脂族聚酰胺类型的织物材料。
织物材料优选为脂族聚酰胺或尼龙，其为由于其成本及其与弹性体材料的相容性而通常用在轮胎领域中的材料。
织物材料最通常为纺织物的形式。然而，其也可以由分散的增强件形成。
除了弹性体材料之外的织物材料的存在能够提高齿状物的源自啮合周期的耐磨损性。通过织物材料的减振效果，其还能够降低所产生的噪声。最后，在制造方面，在模制齿的形状的过程中，在固化轮胎使轮胎成形的期间，具有正交各向异性弹性的织物材料跟随变形。
根据优选实施方案的优选变体形式，齿状物在弹性体材料的轴向外部包括优选脂族聚酰胺类型的织物材料。
设置在弹性体材料的外部的织物材料的优点是容易配合。此外，其能够通过提供轮胎的齿状物与互补齿状物之间的更好的滑动以便提高传递效率，从而通过润滑效果减少摩擦损耗。
附图说明
借助于未按比例绘制的示意性的附图将更好地理解本发明的特征和其它优点，在附图中：
-图1显示了根据本发明的包括齿状物的自行车轮胎部分的立体图，
-图2为根据本发明的齿状物的在垂直于齿状物的母线的截面平面中的横截面图，
-图3为根据本发明的包括织物材料的齿状物的在垂直于齿状物的母线的截面平面中的横截面图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的包括齿状物5的轮胎部分1。轮胎1包括将胎面3连接至两个胎圈4的两个胎侧2，所述胎面3旨在与地面(未示出)接触，所述胎圈4旨在与安装轮辋(未示出)接触。方向XX'、YY'和ZZ'分别表示周向方向、轴向方向和径向方向，所述周向方向与轮胎的胎面3相切并在轮胎的行驶方向上定向，所述轴向方向平行于轮胎的旋转轴线(未示出)，所述径向方向垂直于轮胎的旋转轴线。轮胎1具有截面宽度S，所述截面宽度S在轴向方向YY'上在胎侧2的轴向外表面21的轴向最外点之间测得。轮胎1包括连续的齿状物5，所述齿状物5具有相对于轮胎的在轴向方向YY'上的旋转轴线基本上径向的母线G，所述齿状物5沿周向在方向XX'上位于至少一个胎侧2的轴向外表面21上。母线G与方向TT'形成角度B，所述方向TT'位于径向平面或子午平面YZ中并与胎侧2的轴向外表面21相切。齿状物5包括齿51，所述齿51具有高度h和长度l并包括具有肖氏A硬度的弹性体材料。
根据本发明，齿51的高度h至少等于0.6mm且至多等于3mm，齿51的长度l至少等于轮胎的截面宽度S的0.15倍且至多等于轮胎的截面宽度S的0.50倍，齿(51)的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于55且至多等于85。
图2为根据本发明的齿状物5的在垂直于齿状物5的母线G的截面平面UV中的横截面图。齿状物5由以齿距p隔开的齿51并置组成。齿距p为在两个连续的齿51的顶部之间在平行于胎侧2的轴向外表面21的方向UU'上测得的距离。每个齿51具有高度h，所述高度h在齿51的基部与顶部之间在垂直于胎侧2的轴向外表面21的方向VV'上测得。每个齿51包括推进面52和非推进面53。在图2中显示的实施方案中，推进面52相对于方向VV'的开口角度A1小于非推进面53相对于方向VV'的开口角度A2。此外，图2显示了具有直线的推进面和非推进面的齿。在曲线面的情况下，上述开口角度应当在曲线面的对应于齿的一半高度的点的切线与方向VV'之间测得。
图3为根据本发明的包括织物材料的齿状物5的在垂直于齿状物5的母线G的截面平面UV中的横截面图。图3中的实施方案与图2中的实施方案的不同之处在于，齿状物5在弹性体材料的轴向外侧包括优选脂族聚酰胺类型的织物材料6。所使用的织物材料6为脂族聚酰胺类型或尼龙类型的纺织物。
本发明人已经针对尺寸37-622的自行车轮胎测试了多种齿状物构造，所述齿状物构造的设计已经通过有限元模拟进行优化。
在齿状物的第一个实施例中，齿具有1.2mm的高度、7.5mm的长度和3mm的齿距。所述齿由肖氏A硬度在66与80之间的弹性体材料组成。该齿状物的第一个实施例能够传递约20Nm的驱动转矩。
在齿状物的第二个实施例中，齿具有0.94mm的高度、10mm的长度和2.3mm的齿距。其由肖氏A硬度在66和80之间的弹性体材料组成。该齿状物的第二个实施例同样能够传递约20Nm的驱动转矩。
本发明基本上描述了位于轮胎的胎圈4附近和胎侧2的径向内部的齿状物5。替代性地，齿状物5可以位于轮胎的胎肩上，即胎圈3附近，或者设置在胎面的在赤道平面中的中心处。
本发明基本上参考自行车轮胎进行描述，但是也可以延伸至任何轮胎或任何实心轮胎，即非充气轮胎，所述轮胎旨在与电辅助装置协作从而使小型载人车辆(例如电动踏板车、电动轮椅等)机动化。对于电动轮椅应用，齿的推进面和非推进面的开口角度A1和A2应当分别相似从而不仅在向前行驶而且在向后行驶的时候允许向车轮传递巨大的转矩。

Claims (12)

1.自行车轮胎(1)，所述自行车轮胎(1)具有截面宽度S并包括：
-两个胎侧(2)，所述两个胎侧(2)将胎面(3)连接至两个胎圈(4)，
-连续的齿状物(5)，所述齿状物(5)具有相对于轮胎的在轴向方向(YY')上的旋转轴线基本上径向的母线(G)，所述齿状物(5)沿周向位于至少一个胎侧(2)的轴向外表面(21)上并包括齿(51)，
-所述齿(51)具有高度h和长度l并包括具有肖氏A硬度的弹性体材料，
其特征在于，所述齿(51)的高度h至少等于0.6mm且至多等于3mm，所述齿(51)的长度l至少等于轮胎的截面宽度S的0.15倍且至多等于轮胎的截面宽度S的0.50倍，所述齿(51)的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于55且至多等于85。
2.根据权利要求1所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿(51)的弹性体材料具有的肖氏A硬度至少等于66且至多等于80。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，所述齿状物(5)具有在两个连续的齿(51)之间的齿距p，其中所述齿状物(5)的齿距p至少等于1.8mm且至多等于5.5mm。
4.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，所述齿状物(5)具有在两个连续的齿(51)之间的齿距p，其中所述齿状物(5)的齿距p至少等于2mm且至多等于3mm。
5.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)的母线(G)与径向平面(YZ)的方向(TT')形成至少等于4°且至多等于40°的角度(B)，所述径向平面(YZ)与所述胎侧(2)的轴向外表面(21)相切。
6.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)的母线(G)与径向平面(YZ)的方向(TT')形成至少等于15°且至多等于30°的角度(B)，所述径向平面(YZ)与所述胎侧(2)的轴向外表面(21)相切。
7.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)的齿(51)包括推进面(52)和非推进面(53)，所述推进面(52)的开口角度(A1)至多等于所述非推进面(53)的开口角度(A2)。
8.根据权利要求7所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿(51)的推进面(52)和非推进面(53)具有直线轮廓。
9.根据权利要求7所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿(51)的推进面(52)和非推进面(53)具有曲线轮廓。
10.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)的母线(G)为曲线的。
11.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)包括脂族聚酰胺类型的织物材料(6)。
12.根据权利要求1和2中的任一项所述的自行车轮胎(1)，其中所述齿状物(5)在所述弹性体材料的轴向外侧包括脂族聚酰胺类型的织物材料(6)。
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