CN111491806A - 轮胎元件 - Google Patents

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CN111491806A CN201880081982.8A CN201880081982A CN111491806A CN 111491806 A CN111491806 A CN 111491806A CN 201880081982 A CN201880081982 A CN 201880081982A CN 111491806 A CN111491806 A CN 111491806A
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Abstract

一种轮胎元件(1)，其适用于卷绕在车轮轮辋上，以形成用于轻型车辆的非充气轮胎，轮胎元件(1)包括至少局部不连接在一起的两个加强部分(6)，并且每个加强部分(6)在开口的主内部空腔(5)中从胎圈(4)与胎侧(3)之间的过渡区域延伸到胎冠(2)的中间，并且以轮胎元件的面向所述加强部分(6)的部分(7)来限定封闭的次级内部空腔(8)。

Description

轮胎元件
技术领域
本发明涉及一种非充气轮胎，所述非充气轮胎用于安装在轮辋上并装配至轻型车辆，更具体地，本发明的主题是一种轮胎元件，其能够卷绕到轮辋上，以构成用于轻型车辆的非充气轮胎。
背景技术
轻型车辆是指具有较低质量(例如，满载重量最多等于200kg)、以较低速度行驶(例如，最大等于50km/h)的车辆。自行车、婴儿车、残疾人轮椅是轻型车辆的示例。尽管不限于此应用，但是将针对用于安装到自行车类型的轻型两轮车辆上的非充气轮胎来更具体地描述本发明。
例如，如欧洲轮胎和轮辋技术组织(European Tyre and Rim TechnicalOrganization，ETRTO)的标准所定义的，在已知的方式中，充气轮胎是经受确定的充气压力的由至少一种弹性体材料制成的开口的中空环面体，所述确定的充气压力取决于轮胎的尺寸特性以及在负载和速度方面施加在轮胎上的要求。轮胎通常包括胎面，所述胎面用于经由胎面表面与地面接触，并且通过两个胎侧连接至用于与轮辋配合的两个胎圈。
同样已知的是，充气到确定的初始压力的充气轮胎具有随着时间的推移其压力逐渐降低的缺点，因此需要连续地监测压力并可能进行压力调节。在轮辋处的密封受到损坏或胎面被刺破的情况下，这种压力损失可能是局部的，或者在轮胎爆裂的情况下，这种压力损失可能是整体的。
根据定义，非充气轮胎是用于执行轮胎的功能但不经受充气压力的由至少一种聚合物材料制成的环面体。非充气轮胎可以是实心的或空心的。空心的非充气轮胎可以包含空气(但是，是在大气压下)，也就是说，它没有充气气体在高于大气压的压力下所提供的气动刚度。
有益地，非充气轮胎能够消除监视和调节压力的约束以及充气轮胎的压力的局部或整体损失的风险。
用于在其上安装非充气轮胎的轮辋包括通过轮辋基部连接的两个轮辋凸缘。轮辋通常包括能够安装充气阀的轮辋孔。轮辋可以由金属材料或聚合物材料或复合材料制成。
现有技术中已经提出了各种设计的非充气轮胎。在提出的非充气轮胎中，一些已设计为能够有效夹持在轮辋上。例如，专利申请US 20120318421 A1公开了一种非充气轮胎，所述非充气轮胎由通过弹性体材料制成的封闭中空体构成，该中空体通过夹持元件固定在轮辋上，该夹持元件周向地定位在非充气轮胎的内侧。这种绳索类型的夹持元件包括分别具有锁定端和锯齿端的两个端部，该两个端部在通向非充气轮胎的外表面的孔部处接合在一起，以提供夹持。这种设计的缺点是具有可能难以插入非充气轮胎中的轮辋夹持元件。此外，这种给定尺寸的非充气轮胎需要安装在合适尺寸的轮辋上。
为了克服上述缺点，文献WO 2017067869提出了一种安装组件，其包括安装在轮辋上的非充气轮胎，其具有更容易安装和轮辋夹持的特点并且具有灵活的可安装性，即具有能够安装在具有轴向宽度不同但相似(相对差异最大等于20％)的轮辋上的特点。在该文献中描述的安装组件包括：非充气轮胎，其安装在轮辋上；以及丝状夹持插入件，其施加到非充气轮胎的封闭环面空腔的整个径向内周面上。夹持插入件包括施加预载荷的夹持装置，该预载荷通过将非充气轮胎的径向内部压缩到轮辋上来确保夹持。根据本发明，非充气轮胎包括至少一个周向贯通不连续部，非充气轮胎的径向内部部分包括两个可变形的胎圈，这些可变形的胎圈在压缩夹持的作用下与轮辋几何上适配，并且夹持插入件连续地径向向内穿过非充气轮胎的径向内部部分，并且穿过轮辋中的孔，从而将夹持装置径向地定位在轮辋的内部。然而，这种非充气轮胎具有这样的缺点：当安装在其轮辋上并承受例如由ETRTO标准定义的额定载荷时，径向变形或挠度过大。具体地，过度的径向挠度会导致胎面表面与地面接触的接地面中胎面表面的中央部分起泡(即，局部脱离)。这种起泡导致胎面的运行受损，特别是在磨耗和抓地力方面。因此，这种非充气轮胎的承载能力不足以用于非充气轮胎的最优运行。此外，文献WO 2017067869中描述的非充气轮胎具有能够通过将轮胎元件卷绕到轮辋上而获得的特定特征，该轮胎元件被切割成基本上等于轮辋的周长的长度。
发明内容
发明人已经自行设定了提出一种轮胎元件的目标，该轮胎元件能够卷绕到轮辋上，以构成用于轻型车辆的非充气轮胎，使得与现有技术的中空非充气轮胎相比，如此获得的非充气轮胎具有增加的承载能力。
该目标已经通过能够卷绕至轮辋上以构成用于轻型车辆的非充气轮胎的轮胎元件而实现：
-所述轮胎元件为中空管状体，所述中空管状体具有长度L的纵向中线，并且所述轮胎元件包括至少一种聚合物材料；
-所述轮胎元件包括用于与地面接触的胎冠，并且胎冠通过两个胎侧连接至用于与轮辋配合的两个胎圈；
-包括胎冠、两个胎侧以及两个胎圈的组件限定开口的主内部空腔；
-轮胎元件包括两个加强部分，两个加强部分至少局部地不接合在一起，即，相对于彼此局部地不接合，具体地，在开口的主内部空腔中，从而具有大体上独立的机械性能，
-并且，每个加强部分在开口的主内部空腔中从胎圈与胎侧之间的过渡区域一直延伸到胎冠的中间附近，并且以轮胎元件的面向所述加强部分的部分来限定封闭的次级内部空腔，使得主内部空腔由此划分成两个封闭的次级空腔，两个封闭的次级空腔通过在胎圈处开口的第三个次级空腔而彼此分离。
本发明的主题是一种轮胎元件，其能够通过将轮胎元件卷绕到轮辋上来实现非充气轮胎。换句话说，通过对通常切割成大体上等于安装轮辋的周长的长度的轮胎元件进行卷绕，并且通过将这样切割的轮胎元件的端面抵接在一起，从而直接在轮辋上制造非充气轮胎。因此，这不是预先制造然后安装在轮辋上的环面非充气轮胎。
轮胎元件是中空管状体，中空管状体具有长度L的纵向中线。通过限定，轮胎元件的纵向中线是垂直于所述纵向中线的部段的重心的轨迹，并且位于穿过胎冠中间的纵向中分平面XZ中。按照惯例，方向XX'是与纵向中线相切的纵向方向，方向ZZ'是垂直于纵向中线并位于纵向中分平面XZ中的方向，方向YY'是垂直于纵向中分平面XZ的横向方向。
轮胎元件包括至少一种聚合物材料，该聚合物材料是非充气轮胎领域中常用的材料类型。
由胎冠、两个胎侧和两个胎圈构成的组件限定了开口的主内部空腔，该空腔在胎圈处开口。换句话说，胎圈不通过轮胎元件部分连接在一起。但是，该开口的主内部空腔可以包含至少一个封闭的子空腔或次级空腔。
根据本发明的第一特征，轮胎元件包括至少局部不连接在一起的两个加强部分，这能够提高轮胎元件相对于压缩的刚度。这两个加强部分相对于彼此局部分离，具体地，在开口的主内部空腔中局部分离，从而具有大体上独立的机械性能。因此，例如，它们不构成格式加强结构，并且大体上通过其固有形状和通过其制造材料而提供刚性。
根据本发明的第二特征，每个加强部分在开口的主内部空腔中从每个胎圈延伸直至胎冠，并且以轮胎元件的面向所述加强部分的部分限定封闭的次级内部空腔。因此，每个加强部分的几何形状在轮胎元件的纵向中分平面的任意一侧上为轮胎元件提供支撑。因此，主内部空腔划分成两个封闭的次级空腔，这两个次级空腔通过在胎圈处开口的第三个次级空腔彼此分离。通常，每个加强部分都在开口的主内部空腔中从胎圈与胎侧之间的过渡区域一直延伸到胎冠的中间附近：这会在胎冠的中间与胎圈之间产生支撑，而没有与胎侧的相互作用。
因此，相比于不具有加强部分的参考中空非充气轮胎，上文所描述的本发明能够提高非充气轮胎的承载能力。非充气轮胎的强化使胎冠径向变形或挠度的减小，这样就能够保证胎面表面与地面之间的完全接触，从而消除了起泡(即，胎面表面在其中间部分的局部脱落)的任何风险。
优选地，两个加强部分相对于纵向中分平面对称，所述纵向中分平面穿过胎冠的中间并且包含轮胎元件的纵向中线。因为轮胎元件本身相对于其纵向中分平面大体上对称，所以增强部分的对称性保证了非充气轮胎在压缩到地面上时的对称行为。
同样优选地，轮胎元件的面向加强部分的每个部分均具有在垂直于轮胎元件的纵向中线的任意横向平面中的横向曲率C0，每个加强部分具有在任意横向平面中的横向曲率C1，横向曲率C1具有与轮胎元件的面向加强部分的部分的横向曲率C0相反的定向。更具体地，因为轮胎元件的所述部分的横向曲率C0是凹的，所以加强部分的横向曲率C1是凸的。因此，非充气轮胎的压缩程度达到一定水平，两个变形的加强部分易于相互接触，并且通过它们各自的外表面相互抵靠，从而进一步提高非充气轮胎的压缩刚度。
有益地，轮胎元件由单一聚合物材料制成。从设计和制造的角度来看，这是最简单的实施方案。
在单一聚合物材料的情况下，优选地，制成轮胎元件的聚合物材料具有至少等于70的邵氏硬度。低于该邵氏硬度，则刚度不足。以已知的方式，具体地，弹性体配混物的机械性能可以通过其邵氏硬度来表征，该邵氏硬度根据标准DIN 53505或ASTM 2240测量。
根据具有至少等于70的邵氏硬度的聚合物材料的两个具体实施方案，有益地，制成轮胎元件的聚合物材料是热塑性弹性体材料或硫化的热塑性材料。这些类型的材料通常用于非充气轮胎领域。它们的优点是具有介于120℃至250℃之间的适中的固化温度。
根据一个有益的实施方案，轮胎元件具有弯曲的纵向中线，所述纵向中线具有单调曲率半径R。从数学意义上讲，单调曲率半径R是始终具有相同变化方向的半径。换句话说，轮胎元件的这种弯曲的纵向中线不呈现出曲率反转。具有单调曲率半径R的益处是：首先，使轮胎元件更加容易地卷绕到储备线轴上；其次，借助这种预先形成的初始几何形状，通过将其卷绕到轮辋上，它更易于放置。具体而言，在直线式的轮胎元件(即，具有无限曲率半径的轮胎元件)的情况下，在将所述元件放置在轮辋上时，由于中空管状体的对应于胎冠的部分的较大延伸并且由于对应于胎圈的部分的较大的压缩，所以中空管状体可能经受屈曲。相反，在具有适合于轮辋的半径的曲率半径的弯曲的轮胎元件的情况下，对应于胎冠和胎圈的部分的相应变形是有限的，并且不易于造成中空管状体屈曲。轮胎元件的曲率半径R通常是大体上恒定的，并且需要与轮辋(轮胎元件要装配在其上)的半径兼容。对于常规的自行车，曲率半径R通常可以在200mm至500mm之间。
根据本发明的另一个有益的实施方案，每个胎圈包括在胎圈的内表面上开口的纵向凹槽，纵向凹槽面向开口的主内部空腔，并且沿轮胎元件的整体长度L延伸；每个胎圈中都存在这样的纵向凹槽：具体地，能够容纳可能存在的夹持插入件的端部，将胎圈接合在一起，并且确保将非充气轮胎更好地夹持到其轮辋上。
本发明的另一主题是一种用于制造如前所述的轮胎元件的方法。
如前所述的用于制造轮胎元件的方法包括热挤出构成轮胎元件的中空管状体的步骤。这种方法能够同时创建轮胎元件所需的几何形状并固化制造轮胎元件的聚合物材料。因此，挤出和固化这两个步骤是同时的。典型地，给定通常使用的聚合物材料(例如，热塑性弹性体或硫化的热塑性塑料)的挤出温度在120℃至250℃之间。
关于制造具有单调曲率半径R的弯曲的纵向中线的轮胎元件的特殊情况，用于制造这种轮胎元件的方法包括利用挤出嘴热挤出构成轮胎元件的中空管状体的步骤，所述挤出嘴具有带有单调曲率半径R的纵向中线。该热挤出方法的特定实施方案能够借助于挤出嘴的弯曲形状来直接获得轮胎元件，该轮胎元件具有以单调曲率半径R弯曲的纵向中线。
附图说明
在下面参考的附图中示出了本发明，这些附图不是按比例绘制的，并在下面进行描述：
-图1A：根据本发明的轮胎元件的截面。
-图1B：根据本发明的轮胎元件的立体图。
-图1C：根据本发明的轮胎元件的侧视图。
-图2：通过卷绕根据本发明的轮胎元件而获得的非充气轮胎在压缩状态下的截面。
-图3A：通过将根据本发明的轮胎元件卷绕到轮辋上的制造过程中的非充气轮胎的局部立体图。
-图3B：通过将根据本发明的轮胎元件卷绕到轮辋上而获得的非充气轮胎的局部立体图。
-图4：根据本发明的优选实施方案的用于热挤出弯曲的轮胎元件的方法的示意图。
具体实施方式
图1A示出了根据本发明的轮胎元件在横向平面YZ上的截面。轮胎元件1是包括至少一种聚合物材料的中空管状体。它包括用于与地面接触的胎冠2，并且胎冠2通过两个胎侧3连接至用于与轮辋(未示出)配合的两个胎圈4。包括胎冠2、两个胎侧3以及两个胎圈4的组件限定开口的主内部空腔5。根据本发明，轮胎元件1包括至少局部不连接在一起的两个加强部分6，每个加强部分6在开口的主内部空腔5中从每个胎圈4延伸直至胎冠2，并且以轮胎元件的面向所述加强部分6的部分7来限定封闭的次级内部空腔8。在示出的优选的实施方案中，两个加强部分6相对于纵向中分平面XZ对称，所述纵向中分平面XZ穿过胎冠2的中间并且包含轮胎元件1的纵向中线Lm(在图1C中示出)。此外，每个加强部分6具有在横向平面YZ中的横向曲率C1，横向曲率C1具有与轮胎元件的面向加强部分6的部分7的横向曲率C0的定向相反的定向。最后，每个胎圈4包括纵向凹槽41，纵向凹槽41在胎圈的内表面42上开口，从而面向开口的主内部空腔5，并且纵向凹槽41沿着轮胎元件1的整体长度L延伸。图1B为根据本发明的轮胎元件的立体图，其截面在图1A中示出。最后，图1C为在轮胎元件1具有弯曲的纵向中线Lm的特定情况下的根据本发明的轮胎元件的侧视图，弯曲的纵向中线Lm具有单调曲率半径R。
图2为通过卷绕根据本发明的轮胎元件而获得的非充气轮胎在压缩状态下在横向平面YZ中的截面。除了图1A所示的元件之外，还有轮辋10和夹持插入件9，轮胎元件在轮辋10上包裹，以形成非充气轮胎，并且夹持插入件9的端部定位在每个胎圈4的纵向凹槽41中，以确保胎圈4至轮辋5的最优夹持。在示出的情况下，夹持插入件9具有在非充气轮胎的整个外周上沿XX'方向周向延伸的带状形式。当安装在其轮辋10上的非充气轮胎被压缩到地面上时，加强部分6彼此接触，并且，通过经由它们各自的外表面彼此抵靠，可以提高非充气轮胎相对于压缩的刚度。
图3A为通过将根据本发明的轮胎元件卷绕到轮辋10上而在制造过程中的非充气轮胎的局部立体图。在胎圈抵靠轮辋凸缘进行装配的同时，轮胎元件1逐渐施加到轮辋10上，轮胎元件1切割成大体上等于轮辋10的周长的长度L，并且设置有带状形式的夹持插入件9。图3B为通过将根据本发明的轮胎元件卷绕到轮辋上而获得的非充气轮胎的局部立体图，并且示出了由此实现的安装的最终状态。
最后，图4为根据本发明的优选实施方案的用于热挤出弯曲的轮胎元件1的方法的示意图。图4示意性地描述了用于执行以下步骤的装置，即，利用挤出嘴(11)热挤出构成轮胎元件(1)的中空管状体的步骤，所述挤出嘴(11)具有带有单调曲率半径R的弯曲的纵向中线(L'm)。由此获得的弯曲轮胎元件1具有纵向中线Lm，所述纵向中线Lm以单调曲率半径R弯曲，并且易于在等待制造非充气轮胎的同时卷绕到储存卷筒上。
根据ETRTO标准的命名，已经针对37-622型号的自行车的非充气轮胎的情况更具体地研究了本发明。
这种非充气自行车轮胎具有在YY'方向上的等于37mm的截面宽度，并且具有在ZZ'方向上的等于39mm的截面高度。它用于安装在具有等于622mm的直径的轮辋上。轮胎元件的每个加强部分具有等于3mm的厚度和等于22mm的曲线长度，曲线长度包含在加强部分与胎圈的界面和加强部分与胎冠的界面之间。此外，轮胎元件的每个加强部分具有与胎圈的界面，该界面定位于在ZZ'方向上距胎圈的端部等于3mm的距离处，并且轮胎元件的每个加强部分具有与胎冠的界面，该界面定位于在YY'方向上相对于纵向中分平面XZ等于2mm的距离处。制成轮胎元件的聚合物材料是硫化热塑性材料，其在23℃下测得的邵氏A硬度等于86，其固化温度在175℃至230℃之间。最后，轮胎元件具有弯曲的纵向中线，所述纵向中线具有等于约300mm的单调曲率半径R。
发明人已经说明的是，非充气轮胎的刚度使胎冠的径向变形或挠度显著减小。挠度从15毫米(不具有加强部分的参考非充气轮胎)变化到5毫米的挠度的(具有根据本发明的两个加强部分的非充气轮胎)，即，对于相同的施加载荷，挠度减小到原来的三分之一。

Claims (10)

1.一种轮胎元件(1)，其能够卷绕至轮辋(10)上，以构成用于轻型车辆的非充气轮胎：
-所述轮胎元件(1)为中空管状体，所述中空管状体具有长度L的纵向中线(Lm)，并且所述轮胎元件(1)包括至少一种聚合物材料；
-所述轮胎元件(1)包括用于与地面接触的胎冠(2)，并且胎冠(2)通过两个胎侧(3)连接至用于与轮辋配合的两个胎圈(4)；
-包括胎冠(2)、两个胎侧(3)以及两个胎圈(4)的组件限定开口的主内部空腔(5)；
其特征在于，轮胎元件(1)包括两个加强部分(6)，两个加强部分(6)至少局部地不接合在一起，即，相对于彼此局部地不接合，具体地，在开口的主内部空腔(5)中，从而具有大体上独立的机械性能，并且，每个加强部分(6)在开口的主内部空腔(5)中从胎圈(4)与胎侧(3)之间的过渡区域一直延伸到胎冠(2)的中间附近，并且以轮胎元件的面向所述加强部分(6)的部分(7)来限定封闭的次级内部空腔(8)，使得主内部空腔(5)由此划分成两个封闭的次级空腔(8)，两个封闭的次级空腔(8)通过在胎圈(4)处开口的第三个次级空腔而彼此分离。
2.根据权利要求1所述的轮胎元件(1)，其中，两个加强部分(6)相对于纵向中分平面(XZ)对称，纵向中分平面(XZ)穿过胎冠(2)的中间并且包含轮胎元件(1)的纵向中线(Lm)。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎元件(1)，轮胎元件的面向加强部分(6)的每个部分(7)均具有在垂直于轮胎元件(1)的纵向中线(Lm)的任意横向平面(YZ)中的横向曲率C0，其中，每个加强部分(6)具有在任意横向平面(YZ)中的横向曲率C1，横向曲率C1具有与轮胎元件的面向加强部分(6)的部分(7)的横向曲率C0相反的定向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎元件(1)，其中，所述轮胎元件(1)由单一聚合物材料制成。
5.根据权利要求4所述的轮胎元件(1)，其中，制成所述轮胎元件(1)的聚合物材料具有至少等于70的邵氏硬度。
6.根据权利要求5所述的轮胎元件(1)，其中，制成所述轮胎元件(1)的聚合物材料是热塑性弹性体材料或硫化热塑性材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎元件(1)，其中，所述轮胎元件(1)具有弯曲的纵向中线(Lm)，所述弯曲的纵向中线(Lm)具有单调曲率半径R。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轮胎元件(1)，其中，每个胎圈(4)包括纵向凹槽(41)，所述纵向凹槽(41)在胎圈的内表面(42)上开口，从而面向开口的主内部空腔(5)，并且所述纵向凹槽(41)沿着轮胎元件(1)的整体长度L延伸。
9.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的轮胎元件(1)的方法，其包括热挤出构成轮胎元件(1)的中空管状体的步骤。
10.根据权利要求9所述的用于制造根据权利要求7所述的轮胎元件(1)的方法，其包括利用挤出嘴(11)热挤出构成轮胎元件(1)的中空管状体的步骤，所述挤出嘴(11)具有带有单调曲率半径R的弯曲的纵向中线(L'm)。
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