CN107848336A - 包括三个工作层的轮胎 - Google Patents

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Abstract

轮胎(1)包括三个工作层；根据本发明，两个径向最外工作层(42、43)的增强元件从一层到另一层交叉，使得与周向方向的角度在20和45°之间，径向最内工作层的增强元件与周向方向形成的角度在15和20°之间，两个径向最内工作层(41)的增强元件相对于周向方向定向于相同的方向上，径向最内工作层的增强元件的角度之间的差值大于10°，两个径向最外工作层(42、43)的宽度(L42、L43)大于0.7倍的胎面的宽度(L5)；并且径向最内工作层(41)的宽度(L41)严格地小于0.7倍的胎面的宽度(L)。

Description

包括三个工作层的轮胎
技术领域
本发明涉及具有径向胎体增强件的轮胎，并且更具体地涉及旨在装配至运载重负荷的车辆例如卡车、牵引车、拖车或大客车的轮胎。
背景技术
在重型负荷类型轮胎中，胎体增强件通常锚固在胎圈区域中的任一侧上，并且在径向上被由至少两个层构成的胎冠增强件覆盖，所述至少两个层重叠并且由丝线或帘线形成，所述丝线或帘线在每个层中平行并且从一个层至下一个层交叉，与周向方向形成在10°和45°之间的角度。形成工作增强件的所述工作层可以进一步覆盖有至少一个由增强元件形成的被称为保护层的层，所述增强元件有利地为金属且可伸展，并被称为弹性增强元件。其还可以包括具有低伸展性的金属丝线或帘线的层，所述金属丝线或帘线与周向方向形成在45°和90°之间的角度，该帘布层被称为三角帘布层，其在径向上位于胎体增强件与第一胎冠帘布层(被称为工作帘布层)之间，它们由绝对值不超过45°的角度铺设的平行丝线或帘线形成。三角帘布层与至少所述工作帘布层形成三角形的增强件，该增强件在其所经受的各种应力下表现出很小的变形，该三角帘布层基本上用于反作用于在轮胎胎冠区域中的所有增强元件都要经受的横向压缩力。
当所述帘线在等于断裂力的10％的拉伸力下显示出至多等于0.2％的相对伸长时，该帘线被称为是不可伸展的。
当所述帘线在等于断裂负荷的拉伸力下显示出至少等于3％的相对伸长以及小于150GPa的最大切线模量时，该帘线被称为是弹性的。
周向增强元件为与周向方向形成在约0°±2.5°的范围内的角度的增强元件。
轮胎的周向方向或纵向方向为对应于轮胎的外周并由轮胎行驶的方向限定的方向。
轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。
径向方向为与轮胎的旋转轴线相交并与其垂直的方向。
轮胎的旋转轴线为轮胎在正常使用中围绕其转动的轴线。
径向平面或子午平面为包含轮胎的旋转轴线的平面。
周向中平面或赤道平面为垂直于轮胎的旋转轴线并且将轮胎分成两半的平面。
对于金属丝或帘线，根据1984年的标准ISO 6892在拉力下测量断裂力(以N计的最大负荷)、断裂强度(以MPa计)和断裂伸长(以％计的总伸长)。
由于全球公路网络的改进和高速公路网络的增长，被称为“公路轮胎”的某些当今的轮胎旨在以高的平均速度和越来越长的路程行驶。由于轮胎磨损较低，所以要求这样的轮胎行驶的组合条件无疑能够增加所覆盖的距离。就所覆盖的距离而言的该使用期增加，加上这样的使用条件在重负荷下可能导致相对较高的胎冠温度的事实，表明轮胎胎冠增强件的耐久性需要至少成比例的增加。
这是因为在胎冠增强件中存在应力；更具体地，在轴向最短的胎冠层的端部处的工作温度过度升高的情况中，在胎冠层之间存在剪切应力，导致在所述端部处的橡胶中的裂纹的出现和扩散。相同的问题存在于两个增强元件层的边缘的情况中，所述另一层不必与第一层径向相邻。
为了改进轮胎胎冠增强件的耐久性，法国申请FR 2 728 510提出：一方面，在胎体增强件与在径向上最靠近旋转轴线的胎冠增强件工作帘布层之间设置轴向连续的帘布层，所述轴向连续的帘布层由与周向方向形成至少等于60°的角度的不可伸展的金属帘线形成，并且所述轴向连续的帘布层的轴向宽度至少等于最短的工作胎冠帘布层的轴向宽度；另一方面，在两个工作胎冠帘布层之间设置附加帘布层，所述附加帘布层由基本与周向方向平行地定向的金属元件形成。
此外，法国申请WO 99/24269特别提出，在赤道平面的每一侧上以及在基本上平行于周向方向的增强元件的直接轴向连续的附加帘布层中，两个工作胎冠帘布层(由从一个帘布层到下一帘布层交叉的增强元件形成)在一定轴向距离上联接，然后使用橡胶配混物的成型元件至少在所述两个工作帘布层公共的剩余宽度上脱离联接。
周向增强元件层通常由至少一根金属帘线组成，所述金属帘线经缠绕以形成相对于周向方向的铺设角度小于8°的圈。最初制得的帘线在铺设之前用橡胶配混物包覆。然后，该橡胶配混物将在轮胎固化过程中在压力和温度的作用下渗入帘线。
由此在公路上长时间高速行驶的情况中在耐久性和磨损方面获得的结果通常是令人满意的。但是，似乎在某些行驶条件下，某些轮胎有时在其胎面的一部分上显示出更明显的磨损。当胎面的宽度增加时，这种现象加剧。
而且，无论如上所述的那些设想的解决方案如何，附加增强元件层的存在导致更大的轮胎质量和更高的轮胎制造成本。
文献WO 10/069676提出以可变间距分布的周向增强元件层。取决于所选定的间距，在周向增强元件层的中央和中间部分间隔更宽，可以制造以下轮胎，所述轮胎在耐久性方面具有令人满意的性能并且在磨损方面具有改进的性能。此外，与包括以恒定间距分布的周向增强元件层的轮胎相比，即使需要通过使用大量的聚合物来补偿缺失的增强元件，也可以减少这样的轮胎的质量和成本。
此外，轮胎在“工地供应”类型的重型车辆上的使用意味着轮胎在驶过多石地面时受到冲击。这些冲击对于性能而言，尤其是耐久性而言当然是有害的。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于“工地供应”类型的“重型货物”车辆的轮胎，其中在磨损方面的性能得以保持并且在耐久性方面的性能得以改进，尤其是对于驶过多石地面时经受的冲击而言。
根据本发明，该目的通过具有径向胎体增强件的用于重型负荷类型车辆的轮胎来实现，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件包括三个具有增强元件的工作胎冠层，所述胎冠增强件本身被胎面径向覆盖，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，两个径向最外工作层的增强元件从一层到另一层交叉，使得与周向方向的角度在20°和45°之间，径向最内工作层的增强元件与周向方向形成的角度在15°和20°之间，两个径向最内工作层的增强元件相对于周向方向定向在相同的方向上，径向最内工作层的增强元件的角度之间的差值大于10°，两个径向最外工作层的宽度大于0.7倍的胎面的宽度，并且径向最内工作层的宽度严格小于0.7倍的胎面的宽度。
根据本发明，优选地，径向最外工作层的增强元件的角度的绝对值之间的差值大于45°。
增强元件层的轴向宽度是在轮胎的横截面上测得的，因此轮胎处于未充气状态。
当轮胎安装在其使用轮辋上并且充气至其公称压力时，胎面的轴向宽度在两个胎肩端部之间测得。
在轮胎的胎肩区域中，胎肩端部由在一侧上的胎面的轴向外端(胎面花纹的顶部)表面的切线与另一侧上的胎侧的径向外端表面的切线的相交部分在轮胎外表面上的正交投影限定。
根据本发明，角度是在周向中平面处测得的。
随着根据本发明的轮胎所获得的结果已经有效地证明了关于在驶过多石地面时所观察到的结果，在耐久性方面的性能得以改进。
发明人已经能够证明，根据本发明的组合三个工作帘布层能够使胎冠变得更加柔性，因此特别是在“工地供应”类型的行驶过程中促进耐久性能的改进。具体地，通过与该类轮胎的更常规的结构相比，径向最内工作层中的增强元件在与沿径向与其接触的工作层的增强元件相同的方向上定向，并具有与周向方向形成的较小的角度，该径向最内工作层的存在能够显著减小由径向最外工作层所经受的应力。此外，该径向最内工作层的宽度小于其它两层的宽度，能够避免在其端部裂开的任何风险。
发明人由此提出两个径向最外工作层，在所述两个径向最外工作层中在增强元件与周向方向之间形成的角度能够比通常用于该类轮胎的工作层的角度更大。就两个径向最外工作层而言，相对于周向方向的角度的这种扩大引起轮胎胎冠的柔性增加。与具有更常规设计的轮胎相比，这种轮胎胎冠柔性的增加，加上两个径向最外层所经受的应力的降低，使得耐久性能得以改进。
根据本发明的一个有利的替代形式，至少一个工作层中的增强元件为包括如下的帘线：具有M根内部丝线的内层以及具有N根外部丝线的外层；外层围绕内层缠绕。
优选地，根据本发明的这种有利的替代形式，M＝1或2且N＝5、6、7、8或9，优选M＝1且N＝5或6，或M＝2且N＝7、8或9。
根据本发明的这种替代形式，还有利地，至少一个工作层中的每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根内部丝线和外部丝线为至少UHT级。
在本发明的含义内，“至少UHT级的丝线”为表现出的断裂机械强度R(以MPa表示)使得R≥4180-2130×D(D为丝线的直径，以mm表示)的丝线。
换言之，根据本发明的这种替代形式，有利地，至少一个工作层中的每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4180-2130×D，D为丝线的直径，以mm表示。
根据本发明，还优选地，至少一个工作层中的每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4400-2000×D，D为丝线的直径，以mm表示。
根据本发明，还优选地，三个工作层的增强元件为包括如下的帘线：具有M根内部丝线的内层以及具有N根外部丝线的外层；外层围绕内层缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根帘线中的每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4180-2130×D，D为丝线的直径，以mm表示。
根据本发明，甚至更加优选地，三个工作层的增强元件为包括如下的帘线：具有M根内部丝线的内层以及具有N根外部丝线的外层；外层围绕内层缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根帘线中的每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4400-2000×D，D为丝线的直径，以mm表示。
根据本发明的这些替代形式，能够制造与增强元件具有更大直径的更常规的轮胎相比轻质化的轮胎。
本发明人已经能够证明，轮胎的这种轻质化与由工作层的增强元件的直径减小而引起的胎冠增强件的厚度减小相关。增强元件直径的这种减小还可以与相比于常规轮胎而言减小的聚合物配混物的厚度相关，并且因此与相比于常规轮胎而言甚至进一步减小的胎冠增强件的总质量相关。
此外，发明人已经能够证明，与更常规的设计相比，能够减小同一个工作胎冠层内的增强元件之间的距离，而不会不利地影响轮胎的耐久性能。具体而言，维持同一个工作层的增强元件之间的最小距离是常见的，用以限制裂纹从一个元件扩散到另一个元件的现象。
发明人认为，由于在经受裂开效果的工作层之间的应力分布，所以三个工作层的存在降低了在工作层端部出现裂纹的风险。这种初始裂纹的减少由此引起减小加强元件之间的距离的可能性。
此外，同一个工作层的加强元件之间的距离的这种减小还有助于降低刺穿轮胎胎冠的风险。
根据本发明，优选地，沿着与丝线的中线方向垂直的方向测得的增强元件之间的距离小于0.80mm。
根据本发明，在工作层的增强元件之间的距离是在周向中平面处测得的。
根据本发明的工作层的特征的组合，尤其是增强元件之间的距离与它们的直径的组合意味着尽管与具有更常规设计的轮胎的工作层的刚度性能相比较低，工作层仍然能够保持足够的刚度性能，用以促进轮胎胎冠的柔性增加。
根据本发明，还有利地，每个工作胎冠层的每单位宽度的刚度介于50daN/mm和80daN/mm之间。
增强元件层的每单位宽度的刚度由对增强元件进行的测量以及层中增强元件的密度来确定，所述密度本身被定义为每单位宽度的增强元件数量。
通过对存在于具有10cm宽度的未变形织物样品上的丝线数量进行目测计数来进行密度测量。经计数的丝线数量直接给出以丝线/dm计的织物密度值。
根据本发明的一个有利的实施方案，橡胶配混物层设置在两个径向最外工作胎冠层的至少端部之间。
橡胶配混物层能够获得所述工作胎冠层的脱离联接，从而将剪切应力分布到更大的厚度。这些剪切应力尤其因接地面积中的周向张力而出现。
在本发明的含义内，联接层是这样的层：其中各个增强元件在径向上以至多1.5mm分开，所述橡胶厚度在所述增强元件各自的上下母线之间沿径向测得。
这种橡胶配混物层的存在能够特别地有助于限制在工作胎冠层的端部之间的剪切应力，所述工作胎冠层在其端部处没有周向刚度。
本发明的一个优选实施方案还对胎冠增强件提供通过至少一个具有增强元件的附加层在径向外侧增补胎冠增强件，所述附加层被称为保护层，所述增强元件相对于周向方向以在20°和45°之间的角度定向并且在与如下角度相同的方向上定向，所述角度由与保护层径向相邻的工作层的元件形成。
根据本发明的一个实施方案，保护层的增强元件为弹性帘线。
附图说明
本发明进一步的细节和有利的特征将在下文中通过参考附图给出的对本发明的一些示例性实施方案的描述而变得明显，所述附图1描绘出根据本发明的一个实施方案的轮胎设计的子午视图。
为了便于理解，附图不是按比例绘制的。该图仅示出轮胎的一半视图，该轮胎围绕代表轮胎的周向中平面或赤道平面的轴线XX'对称地延伸。
具体实施方式
在附图中，尺寸为315/80R 22.5Y的轮胎1具有等于0.80的纵横比H/S，H是轮胎1在其安装轮辋上的高度，S是其最大轴向宽度。所述轮胎1包括锚固在两个胎圈中的径向胎体增强件2，未在图中示出。胎体增强件2由单个金属帘线层形成。它们进一步包括胎面5。
在附图中，胎体增强件2根据本发明由胎冠增强件4环箍起来，所述胎冠增强件4在径向上从内到外由以下形成：
-由以等于18°的角度定向的金属帘线形成的第一工作层41，
-由以等于30°的角度定向的金属帘线形成的第二工作层42，
-由以等于-22°的角度定向的金属帘线形成的第三工作层43，
-由与工作层43的金属丝线平行的E18.23弹性金属帘线形成的保护层44。
构成三个工作层的增强元件的金属帘线是直径为1.23mm的UHT型规格9.30的帘线。也可以使用SHT型的丝线。它们以增强元件之间的距离分布在每个工作层内，所述距离是沿着与丝线的中线方向垂直的方向测得的，等于0.80mm。
第一工作层41的轴向宽度L41等于85mm。
第二工作层42的轴向宽度L42等于119mm。
第三工作层43的轴向宽度L43等于109mm。
保护层44的轴向宽度L44等于88mm。
胎面的轴向宽度L5等于130mm。
三个工作层41、42、43和保护层44的组合质量(包括金属帘线和表层配混物的质量)由此总计5.8kg。
将根据本发明的轮胎与具有相同尺寸的参比轮胎进行比较，所述参比轮胎与从根据本发明的轮胎的不同在于其胎冠增强件，该胎冠增强件在径向上从内到外由以下形成：
-由非包封的不可伸展的9.28金属帘线形成的三角层，所述金属帘线在帘布层的整个宽度上连续并且以等于65°的角度定向，
-由非包封的不可伸展的11.35金属帘线形成的第一工作层，所述金属帘线在帘布层的整个宽度上连续并且以26°的角度定向，
-由非包封的不可伸展的11.35金属帘线形成的第二工作层，所述金属帘线在帘布层的整个宽度上连续，以18°的角度定向并与第一工作层的金属帘线交叉，
-由弹性18.23金属帘线形成的保护层。
参比轮胎中工作层的不可伸展的11.35金属帘线以增强元件之间的距离分布在每个工作层内，所述距离是沿着与丝线的中线方向垂直的方向测得的，等于1mm。
参比轮胎的工作层、保护层和三角层的组合质量(包括金属帘线和表层配混物的质量)总计6.6kg。
已经用如在图1中所示的根据本发明制得的轮胎以及参比轮胎进行了试验。
在以下试验机上进行第一次耐久性试验，所述试验机迫使每个轮胎在初始负荷为4000kg下以等于对所述轮胎指定的最大速度等级(速度指数)的速度沿着直线行驶，使初始负荷逐步增加以减少试验的持续时间。
其它耐久性试验在以下试验机上进行，所述试验机在轮胎上周期性施加横向负荷和动态超负荷。在与施加于参比轮胎的条件相同的条件下对根据本发明的轮胎进行试验。
由此进行的试验显示，在这些试验的每个试验的过程，根据本发明的轮胎和参比轮胎所覆盖的距离基本上相同。因此显而易见的是，根据本发明的轮胎在耐久性方面表现出基本上等同于在沥青表面上行驶时的参比轮胎的性能。
还进行了旨在再现工地类型的使用的三个试验。对于这些试验的每个试验，所显示的测量值参考参比轮胎的基数100。
第一个试验包括驶过障碍物以模拟石头的存在。测得的值对应于以mm表示的障碍物的高度，该障碍物的高度导致轮胎的胎冠胎面花纹块的破损。
参比 100
本发明 >140
对于根据本发明的轮胎，试验停止而没有观察到压力的丝毫损失。
第二个试验包括在轮胎的胎面上挤压圆柱形锥体。这些值表示引起胎冠胎面花纹块破裂所需的能量。参考基数100来表示结果，所述基数100对应于参比轮胎的测量值。
参比 100
本发明 128
第三个试验是通过驶过模拟钉子的存在的障碍物来刺穿胎冠的试验。这些值表示相对于具有刺穿风险的地面平面而言的钉子取向的角度范围。范围越小，刺穿的可能性越低。
参比 100
本发明 80
关于该第三个试验，与参比轮胎相比，根据本发明的轮胎的优越性能够被解释为是由于同一个层的增强元件之间的距离彼此更近的事实。

Claims (9)

1.用于重型负荷类型车辆的具有径向胎体增强件的轮胎，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件包括三个具有增强元件的工作胎冠层，所述胎冠增强件本身被胎面径向覆盖，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，其特征在于，两个径向最外工作层的增强元件从一层到另一层交叉，使得与周向方向的角度在20°和45°之间；径向最内工作层的增强元件与周向方向形成的角度在15°和20°之间；两个径向最内工作层的增强元件相对于周向方向定向在相同的方向上；径向最内工作层的增强元件的角度之间的差值大于10°；两个径向最外工作层的宽度大于0.7倍的胎面的宽度；并且径向最内工作层的宽度严格地小于0.7倍的胎面的宽度小。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，径向最外工作层的增强元件的角度的绝对值之间的差值大于45°。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少一个工作层的增强元件为包括如下的帘线：具有M根内部丝线的内层以及具有N根外部丝线的外层；外层围绕内层缠绕。
4.根据权利要求3所述的轮胎，其特征在于，M＝1或2且N＝5、6、7、8或9，优选M＝1且N＝5或6，或M＝2且N＝7、8或9。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的轮胎，其特征在于，每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根帘线中的每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4180-2130×D，D为丝线的直径，以mm表示。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，三个工作层的增强元件为包括如下的帘线：具有M根内部丝线的内层以及具有N根外部丝线的外层；外层围绕内层缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8；每根帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根，优选每根帘线中的每根内部丝线和外部丝线表现出如下以MPa表示的断裂机械强度R，所述断裂机械强度R使得R≥4180-2130×D，D为丝线的直径，以mm表示。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，每个工作胎冠层的每单位宽度的刚度介于50daN/mm和80daN/mm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，橡胶配混物层设置在两个径向最外工作胎冠层的至少端部之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件在外侧通过至少一个附加帘布层被径向增补；所述附加帘布层被称为保护帘布层，其增强元件相对于周向方向以在20°和45°之间的角度并且在与以下角度相同的方向上定向，所述角度由与保护帘布层径向相邻的工作胎冠层的增强元件形成。
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