CN204236143U - 车辆充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个多层带(2)及一个胎面(1)，该胎面沿径向由两个由不同橡胶混合物构成的层、一个胎面冠部(7)及一个胎面基部(8)组成，其中，该胎面冠部(7)沿轴向看具有一个中央区段(7a)和两个侧区段(7b)。这两个侧区段(7b)由一种橡胶混合物构成，与该胎面冠部(7)的中央区段(7a)相比，该橡胶混合物在55℃下依照DIN53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量(E')更低，且在70℃下依照DIN53512时的回弹弹性更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个多层带及一个胎面，该胎面沿径向由两个由不同橡胶混合物构成的层、一个胎面冠部及一个胎面基部组成，其中，该胎面冠部沿轴向看具有一个中央区段和两个侧区段。
背景技术
无论客车还是商用车辆的车辆充气轮胎通常均设有由两部分组成的胎面，其由胎面冠部与胎面基部构成，胎面冠部在轮胎滚动时与地面发生接触。胎面冠部通常用在磨损及防滑方面经过优化的橡胶混合物制成，胎面基部用在滞后方面经过优化的橡胶混合物制成。
US 4,385,653公开一种车辆充气轮胎，其胎面具有三个沿周向环绕的周边区域、一个中央区段及两个侧区段。该中央区段由滞后损耗较小的橡胶混合物构成，侧区段由滞后损耗较大的橡胶混合物构成。因此，中央区段中的橡胶混合物有助于克服滚动阻力，侧区段中的橡胶混合物有助于防滑。AT 376 401B公开一种车辆充气轮胎，其胎面基部的横截面呈槽形，且胎面冠部近乎插入胎面基部。因此，胎面基部的肩部延伸至胎面的表面。在此情况下，胎面基部可分配有滚动面的相当大一部分体积，这样就能使得胎面基部的橡胶混合物的品质性能对胎面施加最大程度的作用。
胎面混合物的研发工作的首要任务是，在良好的防滑性能和较高的抗偏斜强度()的同时达到较低的滚动阻力。滚动阻力与胎面橡胶混合物在70℃时的回弹弹性(依照DIN53512)相关，其中，回弹弹性越高，滚动阻力越小。抗偏斜强度随着胎面混合物在55℃时的动态刚度E'(依照DIN 53513)而变化，其中，数值相对较高时，抗偏斜强度也较高。高E'值的橡胶混合物 的回弹弹性通常较低。如果在胎面冠部中仅采用单独一种橡胶混合物，则只能对这些性能进行相互推移，从而出现更佳或更差的滚动阻力及更低或更高的抗偏斜强度。
实用新型内容
本实用新型的目的是就本文开篇所述类型的轮胎而言尽可能圆满地解决各种性能间的这种目标冲突，在较高的抗偏斜强度的同时达到较低的滚动阻力。
本实用新型用以达成上述目的的解决方案为，这两个侧区段由某种橡胶混合物构成，与该胎面冠部的中央区段相比，该橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性更高，而在55℃下依照DIN 53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'更低。
本实用新型基于以下认识：轮胎胎面的约三分之二的滚动阻力产生于轮胎肩部区域，仅有约三分之一产生于轮胎中心，且大部分抗偏斜强度是在轮胎中心传递的。因此，本实用新型优选在轮胎中心、在胎面的中央区段采用一种具有高E'即高抗偏斜强度的橡胶混合物，且在侧区段采用一种具有高回弹弹性即低滚动阻力的橡胶混合物。采用本实用新型的实施方案的轮胎具有高抗偏斜强度和低滚动阻力，前者主要在该胎面的中央区段产生，后者因该胎面的侧区段中的橡胶的高回弹弹性而产生。
为在低滚动阻力和高抗偏斜强度方面获得调和的、良好的结果，该中央区段的宽度可为接地面宽度的20％至80％之间，视具体轮胎宽度而定。采用宽轮胎时，该中央区段的宽度大于采用窄轮胎时，这两个侧区段的宽度基本与轮胎宽度无关，且优选在采用宽轮胎与窄轮胎的情况下大体相等。
为在低滚动阻力和高抗偏斜强度方面获得最大效果，而不致对耐磨性等其他胎面性能造成负面影响，优选对用于该中央区段和这两个侧区段的橡胶混合物在该混合物的动态弹性模量E'和在回弹弹性方面进行相应设计。
根据本实用新型的一种相关的有利改进方案，这两个侧区段的 橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'为该胎面冠部的中央区段的橡胶混合物在55℃下依照DIN53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'的30％与90％之间，特别是40％与80％之间。
特定而言，本实用新型中这两个侧区段的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'应为2.0N/mm2与6.4N/mm2之间，特别是3.0N/mm2与5.6N/mm2之间。
该中央区段的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'优选应为3.9N/mm2与8.1N/mm2之间，特别是5.2N/mm2与7.7N/mm2之间。正好在这个范围内可实现车辆充气轮胎的高抗偏斜强度。
根据本实用新型，为尽可能降低滚动阻力，这两个侧区段中的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性优选为40％与90％之间，特别是50％与80％之间。该中央区段的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性应比该胎面冠部的这两个侧区段在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性低20％与90％之间。
该中央区段的在轮胎抗偏斜强度方面经过优化的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性为15％与70％之间，特别是20％与60％之间。
附图说明
下面结合示出若干实施例的附图以及相应图表对本实用新型的其他特征、优点和细节进行详细说明。其中
图1和图2示意性示出穿过本实用新型的车辆充气轮胎的胎面区域的横截面图；以及
图3为本实用新型对滚动阻力与抗偏斜强度所能实现的改进的简图。
附图标记说明
1 胎面
2 带子
3 径向胎壳
4 内层
5 带束箍带
6 侧壁
7 胎面冠部
7a 中央区段
7b 侧区段
8 胎面基部
9 周边槽
BA接地面宽度
具体实施方式
采用本实用新型实施方案的车辆充气轮胎既可以是客车轮胎，又可以是商用车辆轮胎。图1和图2示出客车轮胎的常见部件：胎面1、带子2，该带子包括特别是两个由强化体构成的带束层且这些强化体嵌入橡胶且优选由钢丝帘布构成、一个同样经强化体强化的径向胎壳3及一个气密式内层4。带子2被一个由涂有橡胶的纺织强化体构成的所谓“带束箍带”5覆盖。就侧壁6而言仅示出其轴向外部的端部区段。设有胎圈芯、芯体型材及其他强化层的胎圈区域未绘示于图中。
胎面1由径向外部的橡胶层、胎面冠部7、径向内部的橡胶层和胎面基部8构成。胎面基部8下方可装有一个未予绘示的底板。该胎面基部8的厚度大体恒定且约为2mm。胎面冠部7沿轴向分为三部分，使其由一个中央区段7a和两个侧区段7b构成。中央区段7a以恒定的轴向宽度延伸，以优选相对轮胎中心居中的方式分布于胎面在接地面内的宽度BA的20％至80％，以上数值系基于安装在轮辋上并置于额定压力和额定负荷下的轮胎(依照ETRTO标准)而测定。采用宽轮胎时，中央区段7a相对较大且最大80％，采用窄轮胎时则相对较小。两个侧区段7b的宽度基本与轮胎宽度无关，本实施方式中的侧区段 7b宽度相等且关于轮胎中心对称布置。中央区段7a也可以相对轮胎中心有所横向偏移，使得这两个侧区段7b宽度不等，其中宽度较小的侧区段7b的宽度应至少为接地面宽度BA的10％。此外如图1和图2所示，该胎面呈条纹状，图中绘有四个沿周向环绕的周边槽9，其将胎面划分成若干沿周向环绕的胎面条带或者花纹。图1所示实施方式中，侧区段7b与中央区段7a的边界沿轴向最外面的周边槽9的外沿延伸。但也可以为侧区段7b与中央区段7a设置其他过渡区域，举例而言，设置中央区段7a的和侧区段7b的沿轴向重叠的区域。其中，侧区段7b优选与中央区段7a重叠，参阅图2。在此情况下，此前所提及的中央区段7a和侧区段7b的宽度针对的是在重叠区域内这两区段7a、7b具有相等厚度的位置。
根据本实用新型，胎面冠部7的这两个侧区段7b由某种橡胶混合物构成，其在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性高于中央区段7a的橡胶混合物的回弹弹性。此外，该侧区段7b的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513(8％膨胀度时)的动态弹性模量E'低于中央区段7a的橡胶混合物。
表1为针对胎面冠部7的区段7a和7b中的相同混合物A、B、C、D、E进行FEM(有限元法)计算的结果。将混合物C的结果设定为100％。百分数表明经计算的轮胎性能，百分值越高，性能越好。滚动阻力较低的轮胎的百分值较高。进行计算时采用这些混合物的实验室测试的材料数据。表2包含表1所示混合物的实验室测得值，回弹弹性以％计，弹性模量E'以N/mm2计。
表1
| 区段7a的混合物 | 区段7b的混合物 | 滚动阻力 | 抗偏斜强度 |
| A | A | 73.7％ | 105.4％ |
| B | B | 80.0％ | 102.7％ |
| C | C | 100.0％ | 100.0％ |
| D | D | 110.8％ | 97.8％ |
| E | E | 114.9％ | 79.7％ |
表2
| 混合物 | 70℃时的回弹弹性[％] | 55℃下8％膨胀度时的E'[N/mm2] |
| A | 27 | 7.3 |
| B | 35 | 6.4 |
| C | 50 | 5.8 |
| D | 57 | 5.4 |
| E | 69 | 3.2 |
表3为对侧区段7b和中央区段7a中不同的混合物进行FEM计算的结果，其中，这里将前述混合物A、B、C、D、E进行不同组合。
表3
| 区段7a的混合物 | 区段7b的混合物 | 滚动阻力 | 抗偏斜强度 |
| B | E | 114.8％ | 96.0％ |
| A | D | 98.8％ | 103.4％ |
| C | E | 121.7％ | 93.9％ |
表1和表3中的结果显示在图3中。图3中的字母表示配属于表1和表3中的结果的点。举例而言，“A”表示对区段7a和7b的混合物A进行计算，“AD”表示对区段7a中的混合物A与区段7b中的混合物D进行计算。图中还绘有组合A与D、B与E以及C与E的连接线。如果区段7a与7b的混合物的体积含量大体相等，则表明存在轮胎性能的线性平均。算出表3中的这三个组合的平均值并以叉号的形式标注在图3中，这些叉号因而处于相应连接线的中点。本实用新型为区段7a与7b采用不同的混合物，可获得远优于采用纯平均法(参见从平均值的位置朝向组合的位置的箭头)所获得的结果。在所有情形下，滚动阻力以及抗偏斜强度均得到显著改进。
根据特别优选的方案，这些侧区段中的橡胶混合物在55℃下(依照DIN 53513，8％膨胀度时)的弹性模量E'为2.0N/mm2至6.4N/mm2，特别是3.0N/mm2至5.6N/mm2。该中央区段中的橡胶混合物的弹性模量E'为3.9N/mm2至8.1N/mm2，特别是5.2N/mm2至7.7N/mm2。这些侧区段中的橡胶混合物在70℃下(依照DIN 53512)时 的回弹弹性为40％至90％，特别是50％至80％，该中央区段的橡胶混合物的回弹弹性为15％至70％，特别是20％至60％。
表4为用于胎面冠部的中央区段7a和侧区段7b的常用橡胶混合物的实例。各混合物成分的比例以phr为单位。SSBR 1是玻璃化转变温度Tg介于-25℃与-30℃之间的一种橡胶，SSBR 2是玻璃化转变温度Tg介于-17℃与-24℃之间的一种橡胶。
表4
| 成分 | 混合物B | 混合物E | 混合物C |
| 天然橡胶 | 15 | 15 | 15 |
| SSBR1 | 85 | ||
| SSBR2 | 85 | 85 | |
| 炭黑 | 14 | 14 | 14 |
| 硅酸 | 96 | 40 | 95 |
| 硅烷 | 8 | 3 | 7 |
| 粘合树脂 | 14 | 7 | 12 |
| DPG促进剂 | 2 | 1.5 | 2 |
| CBS促进剂 | 2 | 2 | 2 |
| 硫 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
Claims (14)
1.一种车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个多层带(2)及一个胎面(1)，该胎面沿径向由两个由不同橡胶混合物构成的层、一个胎面冠部(7)及一个胎面基部(8)组成，其中，该胎面冠部(7)沿轴向看具有一个中央区段(7a)和两个侧区段(7b)，
其特征在于，
这两个侧区段(7b)由一种橡胶混合物构成，与该胎面冠部(7)的中央区段(7a)相比，该橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'更低，且在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性更高，其中这两个侧区段(7b)间的宽度彼此相差不超过50％。
2.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的宽度为该胎面的接地面宽度的20％与80％之间。
3.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的宽度至少大体一致。
4.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为该胎面冠部(7)的中央区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'的30％与90％之间。
5.根据权利要求4所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为该胎面冠部(7)的中央区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'的40％与80％之间。
6.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为2.0N/mm2与6.4N/mm2之间。
7.根据权利要求6所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为3.0N/mm2与5.6N/mm2之间。
8.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为3.9N/mm2与8.1N/mm2之间。
9.根据权利要求8所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的橡胶混合物在55℃下依照DIN 53513，8％膨胀度时的动态弹性模量E'为5.2N/mm2与7.7N/mm2之间。
10.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性比该胎面冠部(7)的这些侧区段(7b)在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性低20％与90％之间。
11.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性为40％与90％之间。
12.根据权利要求11所述的车辆充气轮胎，其特征在于，这两个侧区段(7b)的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性为50％与80％之间。
13.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性为15％与70％之间。
14.根据权利要求13所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该中央区段(7a)的橡胶混合物在70℃下依照DIN 53512时的回弹弹性为20％与60％之间。
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