CN106232394B - 包括轮胎、轮辋和接合器的滚动组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滚动组件，所述滚动组件具有旋转轴并包括具有两个胎圈(B)的轮胎，轮辋(J)，和提供胎圈之一和轮辋之间的连接的接合器(A)，所述轮辋具有两个轮辋座。接合器包括：具有待安装在轮辋座上并包括内增强元件(16)的轴向内端(10)；包括外增强元件(15)的轴向外端(9)；连接所述外端与所述内端从而形成一个单件并包括至少一个提供所述外增强件和所述内增强件之间的连接的主增强帘布层的主体(11)；待接收所述胎圈中的一个的大致圆柱状的接合器座(18)，所述座位于所述主体的轴向外端；基本位于垂直于旋转轴的平面中的接合器接触面(21)，所述接触面位于轴向外端的轴向内面之上。该组件的特征在于，所述轴向外端的增强元件沿轴向完全位于接触面的外侧；主体包括面向接合器座的环形座增强件(19)；轮辋是由选自如下的合金材料制得：铝和/或镁的合金，基于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维的复合材料，所述纤维包含于基于热固性化合物或热塑性化合物的基体中，或者包含弹性体和基于树脂与选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维或所述材料的任意组合的纤维的复合体的复杂复合物。
Description
技术领域
本发明涉及主要由轮胎和轮辋形成的滚动组件。
本发明中所使用的定义的提醒给出如下：
-“轴向”：平行于轮胎的旋转轴的方向，
-“径向”：与轮胎的旋转轴相交并与其垂直的方向，
-“周向”：垂直于半径并包含在垂直于轮胎的旋转轴的平面内的方向，
-“径向截面”：在包含轮胎的旋转轴的平面内的部分，
-“赤道平面”：垂直于旋转轴并穿过胎面中央的平面。
背景技术
为了降低机动车量的二氧化碳气体的排放，制造商正在寻求降低这些车辆的质量以及装在其上的轮胎的滚动阻力。该滚动阻力可以通过增加轮胎的外径并由此增加车轮的外径而降低。
然而，这导致车轮的质量增加，由此导致车辆的质量增加。
因此，一种已知的解决方案是使用比钢更轻质的材料如铝合金来制造轮辋。然而，这样的轮辋，虽然它们更轻质并具有更加开放的视觉外观从而使刹车的热量更容易散失，但它们不足以抵御如坑洼的敲击和/或路缘石的敲击。
具体地，由这样的滚动元件经受的敲击可能导致滚动元件(轮胎和/或轮辋)部件中的一个或多个破裂。
因此，仍然需要一种滚动组件，其比具有钢轮辋的滚动组件更轻质，因为更好地保护轮胎而表现出更好的抗敲击性，并同时维持相同的高水平的轮胎抓地力性能，特别是其开发高过弯或漂移推力的能力。
发明内容
本发明的主题因此为一种滚动组件，所述滚动组件具有旋转轴并包括具有两个胎圈的轮胎，轮辋，提供胎圈之一和轮辋之间的连接的所述接合器，所述轮辋具有两个轮辋座，所述接合器具有：
-待安装在轮辋座上并包括内增强元件的轴向内端，
-包括外增强元件的轴向外端，
-主体，其连接所述外端至所述内端从而形成一个单件，并包括至少一个提供所述外增强件和所述内增强件之间的连接的主增强件，
-待接收所述胎圈中的一个的大致圆柱状的接合器座，所述座位于所述主体的轴向外端，
-基本包含于垂直于旋转轴的平面中的接合器支承面，所述支承面位于轴向外端的轴向内面之上。
该接合器的特征在于，所述轴向外端的增强元件沿轴向完全位于支承面的外侧，特征在于该主体包括面向接合器座的环形座增强件，特征在于轮辋是由选自如下的材料制得：铝和/或镁的合金，基于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维的复合材料，所述纤维包含于基于热固性化合物或热塑性化合物的基体中；或者由复杂复合材料制得，所述复杂复合材料包含弹性体和基于树脂与选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维或这些材料的任意组合的纤维的复合体。
环形座增强件和轴向外端的增强元件是彼此不同的。
接合器的轴向外端沿轴向限定“用于接收轮胎的胎圈的壳体”。轴向外端的支承面用于在轴向上支撑轮胎的胎圈，以同样的方式作为轮辋凸缘。
以此方式，壳体仅以轮辋座通常运作的方式接收轮胎的胎圈。然后轮胎通过充气压力轴向固定，并被以与轮胎的胎圈通常抵靠轮辋的轮辋凸缘相同的方式压靠该轴向外端的支承面。
所述接合器的轴向内端可被称为“接合器圈”，因为其旨在以与轮胎的胎圈通常运作相同的方式将接合器连接到轮辋的轮辋凸缘。
因此，当根据本发明的滚动组件在运行中且在其设计的操作压力下时，轮胎相对于轮辋轴向固定，更特别地，轮胎的胎圈以与传统滚动组件相同的方式相对于轮辋轴向固定，在传统滚动组件中，轮胎的胎圈被直接安装在轮辋座上，且轮胎的胎圈相对于轮辋并不径向固定，更特别地，轮胎的胎圈相对于轮辋能够在一定程度上径向运动。在标准滚动条件下，可以说接合器实质上没有轴向变形，或相对于径向变形其可忽略不计。
另一方面，在撞击过程中，接合器的轴向变形可以是很大的，从而有助于减小在经安装的组件上的应力。
根据本发明的接合器具有设计简单和易于安装的优点。此外，由于在轮胎的胎圈下夹紧的增加，根据本发明的组件的接合器能够防止其在高侧向应力下在接合器上的旋转。
最后，根据本发明的组件的接合器具有显著减少在冲击的情况下朝向底盘的机械力水平的优点，并由此能够使得车辆更轻。
优选所述基于纤维的复合材料包含长度大于或等于5毫米的纤维。
基于热固性化合物的基体选自环氧树脂、乙烯基酯、不饱和聚酯、氰酸酯、双马来酰亚胺、丙烯酸类树脂、酚醛树脂，聚氨酯以及它们的组合。
基于热塑性化合物的基体选自：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PAS)、半芳族聚酰胺、聚酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚砜(PSU)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)。
优选地，所述轴向外端的增强元件被径向定位在支承面的外侧上。主体优选包括面向接合器座的环形座增强件。
优选地，环形座增强件具有大于或等于1GPa，优选大于4GPa，更优选大于10GPa的压缩模量。环形增强件可以由弹性体包围的芯构成，或由以任何可能的组合设置的弹性体化合物和金属和/或织物增强件的连续层构成。芯可以包括至少一个选自金属、复合材料、热塑性化合物以及它们的混合物的成分。所述复合材料可由嵌入树脂基体中的玻璃纤维制得。
可在复杂复合物和环形座增强件中使用的弹性体的列表首先包括可通过化学硫化反应交联的橡胶，所述化学硫化反应通过硫桥、由过氧化物或电离辐射作用产生的碳-碳键、弹性体分子的其它特定原子链进行；其次包括热塑性弹性体(TPE)，其中可弹性形变的部分在相当不可变形的“硬”区域之间形成网络，所述“硬”区域的内聚力是物理连接的产物(微晶或高于其玻璃化转变温度的非晶区域)；再次包括非热塑弹性体，和最后包括热固性树脂。
环形座增强件可以由相继地交替放置的至少两个组分不同的层构成。交替放置意指第一层然后第二层的连续配置，重复数次。
环形座增强件可以具有大于或等于轮胎的胎圈宽度的30％并小于该宽度的150％的整体轴向长度，更优选具有在轮胎的胎圈宽度的40％和110％之间的轴向长度。
取决于轮胎的尺寸和用途，环形座增强件可具有大于或等于0.3毫米且小于或等于20毫米的平均径向厚度。因此，对于乘用车轮胎，厚度优选为在0.5和10毫米之间。
环形座增强件优选包括至少一个选自金属、复合材料、热塑性化合物以及它们的混合物的成分。该芯或该多层优选包含在两层基体之间，所述基体包括上述选择的弹性体、树脂或它们的混合物。
环形座增强件优选包括具有相同或不同化学性质的弹性体化合物的不同层的堆叠。
当其为层的堆叠的形式时，增强件优选具有大于5毫米且小于25毫米的轴向长度和大于或等于0.1毫米且小于或等于4毫米的径向厚度。
构成增强件的叠堆的每一个单独的元件可具有大于1毫米且小于25毫米的轴向长度和大于或等于0.1毫米且小于或等于2毫米的相同或不同的径向厚度。
环形座增强件也可为在基体的层之间的单个线的堆叠的形式，所述基体包括选择的弹性体、热塑性化合物、树脂或它们的混合物。单个线可为常规使用的线，如织物线(聚酯，尼龙，PET，芳纶，人造丝，天然纤维(棉，亚麻，大麻))，金属线，复合材料线(碳，玻璃增强的塑料)或这些成分的混合物。
环形座增强件也可为一个或多个帘布层的形式，帘布层的增强件被定位为相对于轮胎的周向成0至90°之间的角度。
优选地，环形增强件可径向定位在接合器的主体的外侧上或内侧上，径向定位在所述主体的任一侧上，或径向定位在接合器的主体的增强元件的帘布层之间。
外增强元件可由金属(钢)、尼龙、PET或芳纶构成。其可包括树脂和/或增强纤维的基体，所述增强纤维如人造丝，芳纶，PET，尼龙，玻璃纤维，碳纤维，玄武岩纤维，聚(2,6-萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)，聚乙烯醇(PVA)。
所述主体的主增强件可具有大于或等于4GPa的模量；其可由金属(钢)组成，可由织物帘线(人造丝，芳纶，PET，尼龙，玻璃纤维，碳纤维，玄武岩纤维，聚(2,6-萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)或聚乙烯醇(PVA))组成。
优选地，接合器可被定位轮辋的仅一侧上，优选在车辆的外侧上。在这种情况下，轮辋具有非对称的几何形状，以便适应接合器仅在一侧上的存在。
当经安装的组件包括两个接合器时，所述接合器可以是对称的或非对称的。接合器的对称或不对称的概念由接合器的主体的轴向长度定义。当两个接合器中的一个的主体的轴向长度大于另一个的主体的轴向长度时，两个接合器是不对称的。
优选地，根据本发明的滚动组件包括第一和第二接合器，每一个接合器都具有长度不同或相同的主体。
接合器包括至少一个位于所述接合器的周向边缘的全部或部分上并位于从接合器支承面延伸至的轮辋J的完整路径上的可移动的或其他形式的导电条。导电条的存在还使得能够确保地面与车轮之间的导电，由此确保地面与车辆之间的导电，尤其是当弹性体组合物的导电率不足时，这是更加重要的，因为轮胎不是直接停留在车轮上而是靠在接合器上。
优选，当导电条可移动或不可移动时，使其完全位于主体的径向外表面。
优选，当导电条不可移动时，使其部分埋入主体的径向外表面下。
优选，导电条具有小于或等于108Ohm.cm，优选小于或等于107Ohm.cm的电阻率。
优选，导电条如所需的由金属叶片或由含有大于或等于15％的量的炭黑的弹性体组合物制成。
优选，在弹性组合物中的炭黑具有大于或等于500m2/g的比表面积。
优选，当导电条不可移动时，使其粘结或交联至主体的弹性体组合物。
附图说明
现以如下实施例和附图辅助说明本发明，所述实施例和附图纯粹以说明的方式给出，其中：
-图1在径向截面中示意性地示出根据本发明的滚动组件，其包括安装在两个接合器上的轮胎，所述两个接合器以可移动的方式安装在轮辋上；和
-图2在径向截面中示出根据本发明的非安装的接合器的示意图。
具体实施方案
图1示出滚动组件，其包括轮胎P(部分示出)，接合器A和轮辋J。
轮胎(其设计本身在本发明中未改变)包括由在赤道平面XX’的任一侧通过两个胎侧1连接到两个胎圈B的胎冠增强件增强的胎面。在“编织”类型3的这种情况下，主要增强胎侧1的胎体增强件2在每个胎圈B中锚固至至少一个胎圈线，以便形成通过具有准三角形形状的型材元件5从胎体增强件的主要部分分离的卷边4。
重要的是需注意到本发明可使用非常大量的类型的轮胎来实现，其可为子午线轮胎或斜交帘布层轮胎，或甚至使用具有自支撑侧壁的类型的轮胎来实现。
由碳/环氧树脂复合材料制得的轮辋J，包括被称为安装孔的孔6，所述孔6在赤道平面的任一侧连接两个轮辋座7，所述轮辋座7由轮辋凸缘8沿轴向延伸，轮辋凸缘8的径向外边缘是卷曲的。
接合器A主要包括轴向外端9、轴向内端10和将所述端9连接至所述端10的主体11。
轴向外端9包括由连接至第二部分20b的第一部分20a组成的外增强元件20，在第一部分20a与第二部分20b之间形成基本垂直的角度。在轮胎的安装过程中，胎圈B的胎圈座被安装在由该外增强元件20形成的空间中。
该图1的接合器可从轮辋J和轮胎的胎圈B移除。
位于轮胎的每个胎圈B的接合器A可以是对称的或非对称的。对称意味着在两个接合器上主体11的总长度相同。当安装组件(轮胎、轮辋和接合器)时，将轮胎的胎圈B定位在接合器座14上，并使其轴向抵靠支承面21。
图2示出了根据本发明的未安装在轮辋上的接合器。该接合器一方面包括具有外增强件15的轴向外端9，所述外增强件15的截面为基本上球形的几何形状，由复合材料如玻璃纤维增强的塑料构成；该接合器另一方面包括具有金属增强件16的轴向内端10，最后包括由包括织物帘线的两个帘布层17制得的主体11。每个帘布层的帘线是相互平行的。在一方面，所述帘布层17被轴向附接在增强件15的壁的内侧上并径向附接在增强件15的壁的外侧上，在另一方面，它们在端10中被锚固至金属增强件16，如在每一端形成卷边的胎圈线。
主体11包括大致圆柱形的接合器座18，其旨在接收位于主体11的轴向外端的轮胎(见图2)的胎圈。
主体11还包括接合器支承面21，所述接合器支承面21基本上包含于与旋转轴垂直的平面中，位于轴向外端的轴向内面上，并且旨在胎圈外壳中保持胎圈在位。该接合器座18包括具有等于100GPa的压缩模量的环形座增强件19。根据该图2中的描绘，增强件19的整体位于主体11的表面的径向外表面。
环形座增强件19不固定至外增强件15。这两个增强件19，15是完全相互独立的。
增强件19由包括金属线形式的金属增强件的三层制得，所述金属线形式的金属增强件与橡胶-树脂型的弹性体交替。增强件19具有约1.5毫米的径向厚度和约15毫米的轴向长度。
增强件19的弹性体层具有约0.3毫米的径向厚度和约15毫米的轴向长度。
弹性体的层20覆盖所有构成接合器的元件，即增强件15，增强件16，主体11和增强件19的径向外表面。
以下的实施例示出了使用根据本发明的接合器所获得的结果。
实施例：路缘石敲击试验
该试验包括使得经安装的组件以30°的迎角爬上路缘石。该角度的选择基于其产生对轮胎非常有害的应力的事实。试验是用两种不同的路缘石高度(90毫米和110毫米)进行的，并且过程如下：以不同的速度进行车轮的数次通行直至轮胎被刺破。起始速度为20公里/小时，然后在每个新的通行将速度提高5公里/小时。
将不具有接合器并具有常规钢轮辋的常规组件(对照1)与根据文件WO 00/78565的配备有接合器的组件(对照2)和根据本发明的配备有接合器和根据本发明的由复合材料制得的轮辋的组件(本发明)比较。这些组件尺寸均为205/55R16，包括6.5J16轮辋。结果整理在下表Ⅰ中并以百分数给出：
表I
大于100的结果显示当受到横向敲击时行为的改进。
在90毫米的路缘石高度下进行的试验导致在30公里/小时的速度下对照轮胎的刺穿，而以相同的速度或甚至以50公里/小时的速度运行的根据本发明的组件并未受到任何损伤。
在110毫米的路缘石高度下进行的试验导致在20公里/小时的速度下对照轮胎的刺穿，而以相同的速度或甚至以50公里/小时的速度运行的根据本发明的组件并未受到任何损伤。
Claims (16)
1.一种滚动组件，所述滚动组件具有旋转轴并包括：
-具有两个胎圈(B)的轮胎，
-轮辋(J)，
-提供胎圈之一和轮辋之间的连接的接合器，
所述轮辋具有两个轮辋座，
所述接合器具有：
-待安装在轮辋座上并包括内增强元件(16)的轴向内端(10)，
-包括外增强元件(20)的轴向外端(9)，
-主体(11)，其连接所述外端至所述内端从而形成一个单件，并包括至少一个提供所述外增强元件和所述内增强元件之间的连接的主增强件，
-待接收所述胎圈中的一个的大致圆柱状的接合器座(18)，所述接合器座(18)位于所述主体的轴向外端，
-基本包含于垂直于旋转轴的平面中的接合器支承面(21)，所述支承面位于轴向外端的轴向内面之上，
其特征在于，所述轴向外端(9)的外增强元件(20)沿轴向完全位于支承面(21)的外侧，特征在于主体(11)包括面向接合器座(18)的环形座增强件，并且特征在于轮辋是由选自如下的材料制得：铝和/或镁的合金，基于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维的复合材料，所述纤维包含于基于热固性化合物或热塑性化合物的基体中；或者由复杂复合物制得，所述复杂复合物包含弹性体和基于树脂与选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维或这些材料的任意组合的纤维的复合体。
2.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，基于纤维的复合材料包括长度大于或等于5毫米的纤维。
3.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，基于热固性化合物的基体选自环氧树脂、乙烯基酯、不饱和聚酯、氰酸酯、双马来酰亚胺、丙烯酸类树脂、酚醛树脂，聚氨酯以及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于基于热塑性化合物的基体选自：聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酰胺（PAS）、半芳族聚酰胺、聚酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚砜（PSU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚苯硫醚（PPS）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）。
5.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，轴向外端（9）的外增强元件（20）径向地位于接合器座（18）的外侧。
6. 根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件（19）具有大于或等于1GPa的压缩模量。
7. 根据权利要求6所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件（19）具有大于4 GPa的压缩模量。
8. 根据权利要求6所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件（19）具有大于10 GPa的压缩模量。
9.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，所述环形座增强件（19）是由弹性体包围的芯构成的。
10.根据权利要求1和9中任一项所述的滚动组件，其特征在于，弹性体选自可交联橡胶、热塑性弹性体、非热塑性弹性体。
11.根据权利要求9所述的滚动组件，其特征在于，所述芯包括至少一个选自金属、复合材料、热塑性化合物以及它们的混合物的成分。
12.根据权利要求1、6和9中任一项所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件（19）由交替放置的至少两个组分不同的层构成。
13.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于所述复合材料基于嵌入树脂材料中的玻璃纤维。
14.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件(19)具有大于或等于轮胎的胎圈宽度的30%并小于该宽度的150%的整体轴向长度。
15.根据权利要求14所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件(19)具有在轮胎的胎圈宽度的40%和110%之间的轴向长度。
16.根据权利要求1所述的滚动组件，其特征在于，环形座增强件(19)具有大于或等于0.3毫米且小于或等于20毫米的平均径向厚度。
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