CN104411518B - 用于工地类型的重型货物车辆的轮胎的胎圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于工地类型的重型货物车辆的子午线轮胎的胎圈的耐久性改进。所述轮胎包括：旨在与轮辋(2)接触的两个胎圈(1)；包括至少一个胎体层(3)的胎体增强件，所述胎体层(3)包括主要部分(31)，所述主要部分(31)在每个胎圈(1)中从轮胎的内部向外部围绕胎圈线(4)缠绕从而形成卷边(32)，卷边(32)和主要部分(31)之间的距离(d)在径向上从胎圈线(4)朝向外部连续减小并且经过最小值(d1)，胎体层(3)由覆盖在涂层复合物(33)中的互相平行的增强体制成；在轴向上在卷边(32)和主要部分(31)之间延伸并且在径向上从胎圈线(4)朝向外部延伸的填充元件(5)，所述填充元件(5)包括至少两种填充复合物(51、52)：第一填充复合物(51)，所述第一填充复合物(51)在径向上从胎圈线(4)向外延伸，第一填充复合物(51)在10％伸长下的弹性模量至少等于第二填充复合物(52)在10％伸长下的弹性模量。根据本发明，第二填充复合物(52)在径向上从胎圈线(4)沿着卷边(32)向外延伸直至卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)，并且在轴向上至少部分地从第一填充复合物(51)向外延伸，并且第二填充复合物(52)在10％伸长下的弹性模量等于涂层复合物(33)在10％伸长下的弹性模量。

Description

用于工地类型的重型货物车辆的轮胎的胎圈
技术领域
本发明涉及一种旨在装配至工地类型的重型车辆的子午线轮胎。
背景技术
尽管不限于这种类型的应用，将更具体地参考大尺寸的子午线轮胎描述本发明，所述子午线轮胎旨在例如安装至自卸车(自卸车为用于运输从采石场或从露天矿场开采的材料的车辆)。在欧洲轮胎和轮辋技术组织(ETRTO)标准的含义内，这种轮胎的轮辋的公称直径至少等于25英寸。
轮胎包括两个胎圈，所述胎圈提供轮胎和轮胎安装在其上的轮辋之间的机械连接，胎圈分别通过两个胎侧结合至胎面，所述胎面旨在经由胎面表面与路面接触。
在下文中，周向、轴向和径向方向分别表示在轮胎的旋转方向上与胎面表面正切的方向，平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。“在径向上位于内部或在径向上位于外部”意指“更接近轮胎的旋转轴线或更远离轮胎的旋转轴线”。“在轴向上位于内部或在轴向上位于外部”意指“更接近轮胎的赤道平面或更远离轮胎的赤道平面”，轮胎的赤道平面为经过轮胎的胎面表面的中间并且垂直于轮胎的旋转轴线的平面。
子午线轮胎更特别地包括增强件，所述增强件包括在径向上位于胎面内部的胎冠增强件，和在径向上位于胎冠增强件的内部的胎体增强件。
用于工地类型的重型车辆的子午线轮胎的胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层通常由覆盖在涂层复合物中的金属增强体制成。胎体层包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈结合在一起并且在每个胎圈中从轮胎的内部至外部围绕胎圈线缠绕从而形成卷边。金属增强体基本上彼此平行并且在主要部分的情况下与周向方向形成在85°和95°之间的角度，在卷边的情况下与周向方向形成在75°和105°之间的角度。
胎圈线通常由金属周向增强元件制成，所述金属周向增强元件被至少一种材料包围，所述材料可以(不排他地)由聚合物或织物制成。胎圈线与胎体增强件接触的部分有助于在充气时通过与胎体增强件联接从而抵抗胎体增强件中的拉伸力。该抵抗拉伸力的贡献取决于胎圈线的抗扭刚度和卷边的长度。在胎圈线具有高抗扭刚度的通常情况下，基本上通过胎圈线抵抗充气时的拉伸力，卷边起次要贡献。
每个胎圈中的卷边允许胎体层锚固至胎圈的胎圈线。在用于工地类型的重型车辆的轮胎的情况下，卷边通常较长，这意味着相比于胎圈线的轴向最外点，卷边的自由端部在径向上更接近轮胎的胎侧中的胎体增强件的轴向最外点。
每个胎圈还包括填充元件，所述填充元件使胎圈线在径向上向外延伸并且具有基本上三角形形状。填充元件由至少一种填充复合物制成，并且通常由至少两种具有不同化学组成的填充复合物在径向方向上的堆叠制成。在轮胎领域中，“复合物”为赋予通常通过复合材料组分而获得的聚合物材料的名称。此外，填充元件在轴向上分离主要部分与卷边。
复合物在固化之后通过拉伸应力变形特征进行机械表征，所述拉伸应力变形特征通过拉伸测试确定。这些拉伸测试由本领域技术人员在测试试样上根据已知的方法进行，例如根据国际标准ISO 37，并在由国际标准ISO 471限定的标准温度(23+或–2℃)和湿度(50+或-5％相对湿度)下进行。对于复合物，在10％伸长下的以兆帕(MPa)表示的弹性模量为测试试样在10％伸长下测得的拉伸应力。
复合物在固化之后还通过其硬度进行机械表征。硬度特别通过根据标准ASTM D 2240-86确定的肖氏A硬度而限定。
当车辆行驶时，安装在其轮辋上、充气并且在车辆负荷下压缩的轮胎经受弯曲周期，特别是在其胎圈及其胎侧处。
由于轮辋凸缘上的胎圈的弯曲，弯曲周期特别造成填充材料复合物中的应力和变形，主要是剪切和压缩。
文献EP 2216189描述了一种轮胎胎圈，当在使用时胎圈在轮辋上弯曲时通过减少卷边中的压缩变形来改进所述轮胎胎圈的耐久性。通过如下卷边实现所述目的，所述卷边使得卷边和主要部分之间的距离在径向上从胎圈线朝向外部连续减小直至最小距离然后连续增加直至最大距离。卷边在卷边的对应于卷边和主要部分之间的最大距离的点的外部在径向上延伸。
文献JP 2010274862还描述了在如文献EP 2216189中描述的胎圈的情况下，当在使用时胎圈在轮辋上弯曲时具有改进耐久性的轮胎胎圈，所述轮胎胎圈具有卷边使得卷边和主要部分之间的距离在径向上从胎圈线朝向外部连续减小直至最小距离然后连续增加直至最大距离。通过主要部分和卷边之间的填充元件的存在而实现该目的，所述填充元件包括第一硬质复合物和第二填充复合物，所述第一硬质复合物在径向上从胎圈线向外延伸，所述第二填充复合物在径向上从第一硬质复合物向外延伸。第二填充复合物至少部分存在于主要部分和卷边之间的距离最小的区域中。该设计使得有可能减少该区域中的剪切力，并且因此进一步改进胎圈的耐久性。
发明内容
本发明人为其自身设定的目的是进一步改进用于工地类型的重型车辆的子午线轮胎的胎圈的耐久性。
根据本发明，通过用于工地类型的重型车辆的轮胎实现该目的，所述轮胎包括：
-两个胎圈，所述胎圈旨在与轮辋接触，
-胎体增强件，所述胎体增强件包括至少一个胎体层，所述胎体层包括主要部分，所述主要部分在每个胎圈中从轮胎的内部向外部围绕胎圈线缠绕从而形成卷边，所述胎圈线具有直径为D的大致圆形的子午线截面，
-卷边和主要部分之间的距离在径向上从胎圈线朝向外部连续减小并且经过最小值，
-胎体层由覆盖在涂层复合物中的互相平行的增强体制成，
-填充元件，所述填充元件在轴向上在卷边和主要部分之间延伸并且在径向上从胎圈线朝向外部延伸，
-填充元件包括至少两种填充复合物，
-第一填充复合物，所述第一填充复合物在径向上从胎圈线向外延伸，
-第一填充复合物在10％伸长下的弹性模量至少等于第二填充复合物在10％伸长下的弹性模量，
-第二填充复合物在径向上从胎圈线沿着卷边向外延伸至少直至卷边的位于离主要部分最小距离处的点，并且在轴向上至少部分地从第一填充复合物向外延伸，
-并且第二填充复合物在10％伸长下的弹性模量等于涂层复合物在10％伸长下的弹性模量。
根据本发明，第二填充复合物在径向上从胎圈线沿着卷边向外延伸，并且在轴向上至少部分地从第一填充复合物向外延伸：其必然至少部分地在轴向上在卷边和第一填充复合物之间压缩。换言之，第二填充复合物至少部分地介于用于卷边的增强体的涂层复合物和第一填充复合物之间。此外，第二填充复合物在径向上延伸至少直至卷边的位于离主要部分最小距离处的点。这意味着第二填充复合物存在于卷边和主要部分之间的狭窄区域中。
除了沿着卷边从胎圈线至卷边和主要部分之间的狭窄区域存在第二填充复合物之外，本发明的另一个基本特征在于，第二填充复合物在10％伸长下的弹性模量等于涂层复合物在10％伸长下的弹性模量。
卷边(或更具体地用于卷边的增强体的涂层复合物)和接近胎圈线的径向最外点的填充元件之间的接触区域对分层敏感，所述分层是由于胎圈在轮辋凸缘上的周期性弯曲通过该区域中的高机械应力而引起。
由于第二填充复合物的弹性模量等于与其接触的涂层复合物的弹性模量，在第二填充复合物和涂层复合物之间的界面处不存在刚度梯度：因此对该接触区域中的分层不敏感。
此外，考虑到第一填充复合物在10％伸长下的弹性模量至少等于第二填充复合物在10％伸长下的弹性模量，材料的弹性模量和刚度从主要部分至卷边减小。这有助于主要部分和卷边之间的应力的逐渐变化。
优选地，第二填充复合物具有与涂层复合物相同的化学组成。由于它们的化学组成相同，进一步改进了两种材料之间的界面的内聚力。
有利的是，第一填充复合物和卷边之间的沿着穿过胎圈线的径向最外点的轴向直线测得的轴向距离至少等于胎圈线的直径D的0.15倍。换言之，第二填充复合物在胎圈线的径向最外点处的厚度必须具有最小值。所述最小厚度的必要性通过制造过程强加，所述制造过程具有最小复合物厚度作为技术限制。此外，所述最小厚度值是必要的从而获得主要部分和卷边之间的明显的刚度梯度。
根据另一个实施方案，与主要部分接触的第一填充复合物的径向最外点在径向上位于卷边的位于离主要部分最小距离处的点的内部。该构造意味着具有高弹性模量的第一填充复合物不存在于卷边和主要部分之间的最小距离的区域中或填充元件的最小厚度的区域中。换言之，填充元件的最小厚度的区域整个填充有第二填充复合物，所述第二填充复合物具有接近涂层复合物的更低的弹性模量。在该经受高剪切应力的最小厚度的区域中，所得的低刚度梯度改进了所述区域的机械完整性。
有利的是，卷边的位于离主要部分最小距离处的点和胎圈线的径向最内点之间的径向距离至少等于胎圈线的直径的1.5倍。该特征意味着填充元件的最小厚度的区域必须在离胎圈线足够的径向距离处从而避免在该区域的起点处卷边的增强体的过度弯曲：这可能损害所述增强体的疲劳强度并且因此可能不利于胎圈的耐久性。
还有利地，卷边的位于离主要部分最小距离处的点和胎圈线的径向最内点之间的径向距离至多等于胎圈线的直径D的4倍。该特征意味着填充元件的最小厚度的区域必须在离胎圈线的不过大的径向距离处从而避免卷边的增强体被压缩：这可能损害所述增强体的疲劳强度，并且因此可能不利于胎圈的耐久性。
根据一个优选的实施方案，卷边和主要部分之间的距离在径向上从卷边的位于离主要部分最小距离处的点朝向外部连续增加，并且经过卷边和主要部分之间的最大距离。一旦达到最小值，卷边和主要部分之间的距离在径向上朝向外部连续增加直至达到最大值，在卷边的端部处不必达到所述最大值。通常但非必要地，在径向上在卷边的达到该最大距离的点的外部，卷边和主要部分之间的距离再次减小直至卷边的端部。该最大值的存在造成填充元件变宽，因此当胎圈在轮辋凸缘上弯曲时允许卷边的增强体被拉伸。该拉伸因此减少了卷边的增强体被压缩的风险，这有利于所述增强体的疲劳强度，并且因此有利于胎圈的耐久性。
根据另一个优选的实施方案，卷边和主要部分之间的距离在径向上从卷边的位于离主要部分最小距离处的点朝向外部在卷边的至少一部分上基本上等于恒定值。“基本上恒定”意指该距离基本上在最小距离的0.9倍和1.1倍之间变化。卷边的卷边和主要部分之间的距离基本上等于恒定值的部分对应于胎圈的围绕轮辋凸缘(并且更具体地当轮胎运行时围绕轮辋凸缘的基本上圆形和径向外部部分)缠绕的部分。在胎圈的该部分(其在弯曲中的行为类似于梁)中，可以被比作梁的外部轴线的主要部分伸展，而可以被比作梁的内部轴线的卷边压缩。减小卷边和主要部分之间的距离等同于减小梁的外部轴线和内部轴线之间的距离，这使得有可能减小内部轴线(即卷边)处于压缩的程度。如上可见，卷边的增强体的压缩的最小化或不存在卷边的增强体的压缩有利于胎圈的耐久性。
最后，有利的是，卷边的径向最外点和胎圈线的径向最内点之间的径向距离至少等于主要部分的轴向最外点和胎圈线的径向最内点之间的径向距离的0.8倍。换言之，卷边的端部的径向位置接近主要部分的轴向最外点的径向位置，该点(在所述点处与主要部分的切线是径向的)限定轮胎侧壁处的宽度。卷边的端部的该径向位置是所谓的长卷边的特征。长卷边有助于抵抗充气时胎体增强件层中的拉伸力，前提是胎圈线的抗扭刚度足够低。根据卷边的端部在径向上设置在胎体增强件的轴向最外点的内部还是在径向上设置在胎体增强件的轴向最外点的外部，当胎侧在行驶条件下挠曲时，卷边的端部可能在径向上朝向外部拉动并且被拉伸，或者另一方面在径向上向内推动并且被压缩。卷边的端部的径向位置因此控制卷边是否被压缩。
附图说明
借助于附图1和2的描述将更好地理解本发明的特征，所述附图1和2为未按比例显示的简化图：
-图1为根据本发明的用于工地类型的重型车辆的轮胎在子午线平面上的半截面图。
-图2为根据本发明的用于工地类型的重型车辆的轮胎的胎圈在子午线平面上的截面图。
具体实施方式
图1显示了用于工地类型的重型车辆的轮胎，所述轮胎包括两个胎圈1(仅显示其中一个)，所述胎圈1旨在与轮辋2接触。轮胎包括胎体增强件，所述胎体增强件包括单个胎体层3，所述胎体层3包括主要部分31，所述主要部分31在胎圈1中从轮胎的内部至外部围绕胎圈线4缠绕从而形成卷边32，所述胎圈线4具有内切于直径为D的圆的六边形子午线截面。卷边32和主要部分31之间的垂直于卷边32测得的距离d在径向上从胎圈线4朝向外部连续减小并且经过最小值d1。胎体层3由覆盖在涂层复合物中的互相平行的增强体(未示出)制成。填充元件5在轴向上在卷边32和主要部分31之间延伸并且在径向上从胎圈线4向外延伸。填充元件5包括两种填充复合物51、52。第一填充复合物51在径向上从胎圈线4向外延伸。第二填充复合物52在径向上从胎圈线4沿着卷边32向外延伸超过卷边32的位于离主要部分31最小距离d1处的点A，并且在轴向上至少部分地从第一填充复合物51向外延伸。图1中也显示了卷边32的径向最外点E和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HE，以及主要部分31的轴向最外点F和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HF。比例HE/HF表征卷边32的相对长度。在本情况下，显示所谓的长卷边32。
图2显示了根据本发明的胎圈1的详细截面图。除了图1中已经描述的元件之外，胎体层3不再以线条形式显示而是以厚度形式显示，展现了覆盖胎体层的增强体(未示出)的涂层复合物33。在胎圈线4的顶部部分附近的第二填充复合物52的厚度通过第一填充复合物51和卷边32之间的轴向距离a表征，所述轴向距离a沿着穿过胎圈线4的径向最外点S的轴向直线D1测得。图2还显示了一个优选的实施方案，其中与主要部分31接触的第一填充复合物51的径向最外点B在径向上位于卷边32的位于离主要部分31最小距离d1处的点A的内部。换言之，卷边32的位于离主要部分31最小距离d1处的点A和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HA大于与主要部分31接触的第一填充复合物51的径向最外点B和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HB。
本发明特别在用于大型自卸车的尺寸为59/80R63的轮胎的情况下进行研究，所述轮胎具有长卷边并且特征在于与等于60cm的径向距离HF相比的等于57cm的径向距离HE。轮胎的胎圈线4具有等于9cm的直径D。填充元件5包含第一和第二填充复合物51、52，所述第一和第二填充复合物51、52各自在10％伸长下的弹性模量等于9.5MPa和6MPa，第二填充复合物52和涂层复合物33具有相同的化学组成。当考虑第二填充复合物52的厚度时，第一填充复合物51和卷边32之间的沿着穿过胎圈线4的径向最外点S的轴向直线D1测得的轴向距离a等于2cm，因此大于胎圈线的直径D的0.15倍并小于胎圈线的直径D的0.3倍。与主要部分31接触的第一填充复合物51的径向最外点B和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HB等于19cm。卷边32的位于离主要部分31最小距离d1(等于1.5cm)处的点A和胎圈线4的径向最内点I之间的径向距离HA等于20cm。在径向上在点A的外部，在卷边的长度为5cm的部分上，距离d保持基本上恒定于最小值d1(等于1.5cm)，然后再次增加经过等于2.5cm的最大值。
在根据本发明的轮胎上进行的有限元计算模拟显示，在胎圈线的顶部部分的附近在涂层复合物和第二填充复合物之间的界面处的分层相比于参考轮胎得以推迟。
本发明可以延伸至其它胎圈构造，所述胎圈例如(不排他地)包括：
-第二填充复合物，所述第二填充复合物在10％伸长下的弹性模量不严格地等于涂层复合物在10％伸长下的弹性模量，但是接近涂层复合物在10％伸长下的弹性模量，例如至少等于涂层复合物在10％伸长下的弹性模量的0.75倍和至多等于涂层复合物在10％伸长下的弹性模量的1.25倍，
-一种或多种填充复合物，所述一种或多种填充复合物在轴向上介于第一和第二填充复合物之间，
-多于两种填充复合物的径向堆叠。

Claims (11)

1.用于工地类型的重型车辆的轮胎，包括：
-两个胎圈(1)，所述胎圈(1)旨在与轮辋(2)接触，
-胎体增强件，所述胎体增强件包括至少一个胎体层(3)，所述胎体层(3)包括主要部分(31)，所述主要部分(31)在每个胎圈(1)中从轮胎的内部向外部围绕胎圈线(4)缠绕从而形成卷边，所述胎圈线(4)具有直径为D的大致圆形的子午线截面，
-卷边(32)和主要部分(31)之间的距离(d)在径向上从胎圈线(4)朝向外部连续减小并且经过最小距离(d1)，
-胎体层(3)由覆盖在涂层复合物(33)中的互相平行的增强体制成，
-填充元件(5)，所述填充元件(5)在轴向上在卷边(32)和主要部分(31)之间延伸并且在径向上从胎圈线(4)向外延伸，
-填充元件(5)包括至少两种填充复合物(51、52)，
-第一填充复合物(51)，所述第一填充复合物(51)在径向上从胎圈线(4)向外延伸，
-第一填充复合物(51)在10％伸长下的弹性模量至少等于第二填充复合物(52)在10％伸长下的弹性模量，
其特征在于，所述第二填充复合物(52)在径向上从胎圈线(4)沿着卷边(32)向外延伸直至卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)，并且在轴向上至少部分地从第一填充复合物(51)向外延伸，并且所述第二填充复合物(52)在10％伸长下的弹性模量等于涂层复合物(33)在10％伸长下的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，所述第二填充复合物(52)具有与所述涂层复合物(33)相同的化学组成。
3.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，第一填充复合物(51)和卷边(32)之间的沿着穿过胎圈线(4)的径向最外点(S)的轴向直线(D1)测得的轴向距离(a)至少等于胎圈线(4)的直径D的0.15倍。
4.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，第一填充复合物(51)和卷边(32)之间的沿着穿过胎圈线(4)的径向最外点(S)的轴向直线(D1)测得的轴向距离(a)至多等于胎圈线(4)的直径D的0.5倍。
5.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，与主要部分(31)接触的第一填充复合物(51)的径向最外点(B)在径向上位于卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)的内部。
6.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)和胎圈线(4)的径向最内点(I)之间的径向距离(HA)至少等于胎圈线(4)的直径D的1.5倍。
7.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)和胎圈线(4)的径向最内点(I)之间的径向距离(HA)至多等于胎圈线(4)的直径D的4倍。
8.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，卷边(32)和主要部分(31)之间的距离(d)在径向上从卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)朝向外部连续增加，并且经过卷边(32)和主要部分(31)之间的最大距离。
9.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，卷边(32)和主要部分(31)之间的距离(d)在径向上从卷边(32)的位于离主要部分(31)最小距离(d1)处的点(A)朝向外部在卷边(32)的至少一部分上等于恒定值。
10.根据权利要求1和2任一项所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，卷边(32)的径向最外点(E)和胎圈线的径向最内点(I)之间的径向距离(HE)至少等于主要部分(31)的轴向最外点(F)和胎圈线(4)的径向最内点(I)之间的径向距离(HF)的0.8倍。
11.根据权利要求4所述的用于工地类型的重型车辆的轮胎，其特征在于，第一填充复合物(51)和卷边(32)之间的沿着穿过胎圈线(4)的径向最外点(S)的轴向直线(D1)测得的轴向距离(a)至多等于胎圈线(4)的直径D的0.3倍。
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