CN1132491A - 低噪音车轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车轮的降噪设计，特别是装有轮胎的车轮。本发明还涉及一种改进传统车轮的方法。按照本发明，轮胎(10)与轮辋(1)所构成的空腔(6，6a，6b)中充满一种颗粒状的、不变形的和热稳定的填料。填料可阻尼空腔的共振特性，从而大大地降低车辆发出的噪音。按照本发明，空腔可以完全充满填料。除了填料之外，某种气体，比如压缩气体也以共知方式用于充填空腔。这种充灌处理不会显著影响车胎的静态和动态特性。此外，也可以为这种填料配置专门的充灌腔室(6b)。第二腔室(6a)以共知方式充以充填气体，而此气体的压力可以经由一隔膜(8)传向填料，因而传向轮胎(10)的壁部。
Description
本发明涉及一种车轮，与传统的车轮相比，产生显著减少的行驶噪音。本发明还涉及一种工艺方法，用于填充轮胎的内部空间，以便按照本发明进一步改进传统的车轮。
在目前技术状况下有许多具有不同结构和外形的车轮为人所知。在汽车上使用无内胎轮胎是极为平常的。在这种情况下，无内胎轮胎用专用工具安放在轮辋上，方式是，轮胎的沿径向延伸的卷边压靠设置在轮辋周边上的轮辋边圈的内侧，从而形成一个由轮胎和轮辋封裹住的环形轮胎内部空间。轮胎内部空间可以通过设置在轮辋上的阀件充灌某种充填气体，一般是压缩空气。在这种情况下，充填压力对于车轮的行驶特性是一项重要的参数。
从欧洲专利申请EP 92,103,501可知，车轮的轮胎是汽车的一个重大的噪声源。车轮行驶噪音的生成一是由于，轮胎胎冠的各个齿形拱肋(profile rib)周期性地冲击路面，从而引起轮胎的周期性变形。行驶噪音生成的另一机理在于，轮胎接触表面在行驶方向上靠前区域中轮胎橡胶的压缩以及轮胎接触表面在靠后区域中的相应减压。在上面提及的欧洲专利申请中提议，为了减少汽车轮胎的行驶噪音，要安排胎冠剖面的各个肋条如此地沿轴向偏移，使得分别沿轴向偏移的侧面区域的肋条以相位偏离方式冲击路面，从而实现对于由各个侧面区域所构成的噪音源的一种破坏性干扰。不过，用这种手段并不能达到显著减少行驶噪音的效果。
本发明的目的是，进一步改进符合权利要求1前叙部分的一种车轮，使得其行驶噪音显著减少，并提供一种工艺方法，使用这种方法，符合本发明的进一步改进可以针对传统的车轮以简易方式予以实现。
就车轮而言，此目的是通过权利要求1的各种特定特征而实现的。
本发明基于这样一种认识，即车轮的轮胎内部空间代表一共振腔，它显著地放大了行驶噪音，这种噪音实质上是由可以局限在胎冠上的噪音源引起的。本发明还基于以下认识，即当轮胎内部空间的共振效应通过填充一种噪音吸收填料而消除或至少显著减少时，行驶噪音是可以显著减少的。为了不改变轮胎的静态和动态特性，与填料一起，轮胎内部以已知方式充灌一种加压充填气体，特别是压缩空气。填料必须具有适应轮胎变形的颗粒一致性，而且必须不是带尖棱的，以免损害轮胎的内皮。为了确保填料长期耐久性，填料必须在轮胎的挠曲动作下能保持其形状，并且还必须能抵挡高速行驶时所出现的温升。
权利要求2至14涉及按照本发明车轮的各种有利改进之处。
按照权利要求2，填料可以基本上完全充满轮胎内部空间。为了同时用填料和充填气体充灌轮胎内部，可以配置按照权利要求4至6制成的阀门***。其次，按照权利要求7，可以在轮胎内部空间内配置两个分立的充灌腔室，用于颗粒填料和充填气体。
颗粒填料的各种良好特性在权利要求8至13中有所陈述。为此，最好是，填料在具有很高的噪音吸收力的同时具有大体上均匀的小直径颗粒尺寸，并且可燃性不良。作为填料，各种可发泡塑料，特别是聚苯乙烯，尤其适合。
就工艺方法而言，目的是借助于权利要求14的各种特性来实现的。
在混合轮胎充填气体与颗粒填料之后，适当时压缩充填气体并把填料与充填气体的混合物吹进到轮胎内部空间中去。
权利要求15和16涉及本发明工艺方法的各种有利的改进之处。
按照权利要求15，最好是，在充灌轮胎内部空间期间，配置一减压阀以去除多余的充填气体。如果采用一种可发泡的塑料作为填料，按照权利要求16，一相应的塑料发泡工序可以居于权利要求14的工艺方法之先。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为剖面图，表示本发明的车轮的周缘剖面的第一示范实施例；
图2为剖面图，表示本发明车轮的周缘剖面的第二示范实施例；
图3为细部图，表示图1和图2局部区域的放大；
图4A和4B是按照本发明的、用于充灌轮胎内部空间的一种阀门装置的示意图。
图1表明本发明车轮的第一示范实施例。轮辋1在其周缘区域中具有一轮辋边圈2，基本上沿轴线方向延伸，经由各辐状连接件3与车轮轮轴(未画出)连接。在其端部区域，轮辋边圈2具有沿径向延伸的轮辋压圈4和5，在该处轮辋连接于轮胎10的卷边11、12。为提高稳定性，轮胎10的卷边11、12可以具有卷边芯件13、14形式的加强件。在胎冠15处，轮胎的橡胶涂层具有齿形槽16。
轮辋边圈2和轮胎10界定一轮胎内部空间6，以气密方式封闭，可以经由轮辋1上的阀件7充灌某种充填气体，特别是压缩空气。内部空间6之中的通常充气压力是一种轮胎特定参数，对确定轮胎行驶特性具有很大影响。
按照本发明，对应于示于图1的本发明第一实施例，轮胎内部空间6基本上完全充满一种颗粒状的、可保持形状的和耐温度的填料。这种填料，相对于按照当前技术用于充灌的压缩空气来说，具有大得多的吸音能力，以致轮胎内部空间6受到声学阻尼，而其共振效应得以消除或者至少得以显著减少。与这种填料一起，轮胎内部空间6充有一种充填气体，特别是压缩空气，以致相对于传统的只充注压缩空气的轮胎来说，轮胎的静态和动态特性不会改变或者改变不大。乘坐的舒适性因而决不会因填料而受到限制。借助于填料的颗粒一致性(granular concistency)，这对本发明来说是很重要的，确保了填料可适应在轮胎转动的各阶段轮胎的变形。相对于用一种弹性或大或小的材料进行轮胎内部空间的海绵橡胶充填来说，按照本发明用一种颗粒状填料充填轮胎内部空间具有的优点是，填料不会被轮胎的挠曲能量破坏或分解，而轮胎的挠曲能量最多只会造成填料的重新分布。
与颗粒一致性一起，还要求所采用的填料是可保持形状的和耐温度的，即使在长时期内也需要如此。形状保持可以具体地通过采用一种可弹性变形的材料而实现。由于在高速行驶时温度升高，所以能耐高温是很重要的。当然，同样可取的是，填料具有很高的吸音能力，以致轮胎内部空间的共振阻尼特别有效。为了确保填料对轮胎的变形具有良好的动态适应性，最好是，所采用的填料具有大体上均匀的小直径颗粒尺寸。填料具体地可以是球形的，直径小于1毫米。不过，应当考虑到，充填气体应该能够使自己均匀地分布在轮胎内部空间6之中，并因而对轮胎壁部施加均匀压力。因此，填料必须不会由于挠曲动作所造成的轮胎变形而妨碍充填气体的流动。于是，填料的颗粒尺寸不应该太小。在按照图1的示范实施例中，填料基本上完全充满轮胎内部空间6。填料的体积百分比因而最好是达到90％以上。
图2表明本发明车轮的第二示范实施例。轮胎的细节已经参照图1在上面作了说明。有别于示于图1中的示范实施例，示于图2中的示范实施例在轮胎内部空间具有两个环形的充灌腔室6a和6b。其中之一，在此情况下为朝向接触表面15的充灌腔室6b，基本上完全充满业已说明的颗粒状填料，而另一充灌腔室6a，设置得朝向轮轴，只充满一种充填气体，特别是压缩空气。两个充灌腔室6a和6b借助于一膜片状分隔壁板8分隔开来。膜片状分隔壁板8可确保两个充灌腔室6a和6b之间的压力均衡。从而可以实现充灌腔室6b的填料受到充灌腔室6a的充填气体的压力的压迫，以形状拟合方式靠紧轮胎壁部。图2中所示实施例形状改进了在轮胎挠曲运动期间轮胎的可变形性。其次，填料可以在轮胎刚一造好时填进腔室6b，即使在轮胎更换时也留在那里。
不过，充满填料的腔室也可以设置在朝向轮辋的一侧。
在图3中，以放大的细部显示轮胎内部空间6或者充灌腔室6b的区域9。在细部9中，可以识别颗粒状填料的各个颗粒20。最好是，填料颗粒以高密度布置，以致轮胎内部空间6或者充灌腔室6b几乎完全充满颗粒。充填气体可以流过填料颗粒20之间所形成的孔隙21。
为了不致显著地增大车轮的质量和惯性矩，一种低密度的可弹性变形的塑料特别适用作填料。一种可发泡塑料(foamable plasti-cs material)，比如聚苯乙烯，尤其可以商品名斯代罗波(Styrop-or)(注册商标)购得，经证实特别有效。适当时，可以与聚苯乙烯一起补充使用其他塑料组分。作为驱动轮用料(driver material)，戊烷、或其他烃气均可使用。使用聚苯乙烯作为填料，可以达到从20到40公斤/米3的颗粒密度。可发泡塑料的优点是，填料的颗粒尺寸可以在很大的范围内受发泡工艺方法的影响，并且可产生相对均匀的颗粒尺寸。
对于示于图2的本发明车轮的示范实施例，用充填气体充灌腔室6a是以共知方式通过设置在轮辋1上的阀门7实现的。示于图1的车轮的有待与填料一起充进轮胎内部空间6的充填气体的压力调节可以同样地经由传统的阀门7实现。最好是，轮胎内部空间6可以同时地充以填料和充填气体。为此所需的阀门装置的基本原理简略示于图4A和4B。
充灌阀30和压力调节阀31嵌进轮辋1。充灌阀30在静置位置上借助于弹簧32关闭起来。同时，轮胎内部空间6的充灌压力作用在封盖件33上。压力调节阀31同样借助于封盖件35关闭起来，在静置位置上此件借助于弹簧34压靠轮辋1的壁部。轮胎内部空间6的压力也作用在封盖件35上。为了放空轮胎内部空间，或为了降低其压力，可以借助于销柱36打开封盖件35。充灌阀30设计成填料的颗粒20能够通过其横截面进入轮胎内部空间，而压力调节阀31设计成只用于充灌或放空轮胎内部空间的充填气体。填料的颗粒借助于滤网装置37使之离开压力调节阀31。
图4B表明参照图4A所述的阀门装置处于用填料颗粒20与充填气体的混合物充灌轮胎内部空间6的过程期间。在轮胎充填气体与颗粒状填料混合之后，混合物经由供输软管38抵达充灌阀30。由于充填气体的压力作用，充灌阀30的封盖件33被打开，充填气体与填料颗粒20一起进入轮胎内部空间6。不过，此时会出现一种问题，即为了输送填料颗粒，填料必须呈现出较低的密度，从而充填气体在被输送的混合物中占据较大的体积比较。尽管如此，为了在轮胎内部空间中填料颗粒能达到所希望的紧密装填，多余的充填气体必须能够逸出。压力调节阀31就是为此目的服务的。对销柱36施加压力就可打开压力调节阀31的封盖件35而放出多余的充填气体。滤网装置37可防止填料颗粒20选出。在充灌过程中，填料颗粒的密度会因而在轮胎内部空间6中逐渐加大。一旦达到预定的填料颗粒密度，就可以结束充灌过程。所需要的充填气体压力可经由压力调节阀31予以调定。不过，压力调节阀的操作方式也可以是，在预定的充填气体的充灌压力被超过时它首先打开。
应当强调的是，示于图4A和4B中的阀门装置的图例应当理解为只是示意性的，实际的技术结构会与图例大不相同。尤其是，充灌阀30和压力调节阀31可以配置在一个结构单元之中，具体地说，共轴或轴线平行。
在某种可发泡的塑料用作填料时，轮胎内部空腔的充灌工艺过程之前可以是一种共知的塑料发泡过程。在充灌之前，宜于除去(比如通过烘干)可能随发泡出现的副产物(比如水分)。
要注意以下事实，即通过使用按照本发明填料不会产生任何可能损害环境的弃置问题。填料可以简易方式循环使用，或者可以在适当清洗之后重新使用。按照本发明而提出的解决方案不仅适用于带轮胎的车轮，而且也适于显著地降低任何种类的车辆的行驶噪音，特别是在轨道上行驶的车辆的噪音。在车辆行驶在轨道上的情况，充灌车轮的同时，也要考虑充灌轨身和枕身问题。
权利要求书
按照条约第19条的修改
新的权利要求1包含有原权利要求1和权利要求2的特征，并为说明书所阐明，特别是第4页第3段、第5页11至13行、第6页第2行、第7页11至22行特别是14/15行。新的权利要求1有别于可根据国际检索报告中提及的出版物所领会的现有技术。
新的权利要求2包含有原权利要求2的其余特征，权利要求3至17未变。
修改后的权利要求书
按PC119条的修改
1、一种车轮，具有围绕轮辋(1)周缘的轮胎(10)，从而形成一个由轮胎(10)和轮辋(1)界定的气密性轮胎内部空间(6)，此轮胎内部空间可以充灌某种充填气体，特别是压缩空气，
一种可保持形状的且耐温的填料被充进轮胎内部空间(6)，而充填气体在预定的充灌压力下充满未被填料占据的余下空间，
其特征在于，
为了降低车轮的行驶噪音，颗粒状但不带尖棱的填料被密实地装填到轮胎内部空间(6)里面并不带附加物质，而充填气体充满填料的孔隙。
2、按照权利要求1所述的车轮，
其特征在于，
轮胎内部空间(6)基本上完全充满颗粒状填料。
3、按照权利要求2所述的车轮，
其特征在于，
充填气体与填料的体积比小于1∶10，特别是在1∶20左右。
4、按照权利要求2或3所述的车轮，
其特征在于，
配置一充灌阀(30)，允许同时用颗粒状填料和充填气体充灌轮胎内部空间(6)。
5、按照权利要求2至4中任一项所述的车轮，
其特征在于，
还配置一排气阀(31)，允许在同时用颗粒状填料和充填气体充灌轮胎内部空间(6)期间多余的充填气体逸出。
6、按照权利要求5所述的车轮，
其特征在于，
排气阀(31)可进行充填气体的压力调节。
7、按照权利要求1所述的车轮，
其特征在于，
轮胎内部空间具有一用于颗粒状填料的环形充灌腔室(6b)和另一用于充填气体的环形充灌腔室(6a)，这两个充灌腔室借助于一膜片状分隔壁板(8)分离开来。
8、按照权利要求1至7中任一项所述的车轮，
其特征在于，
所用的填料具有很高的吸音能力。
9、按照权利要求1至8中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料具有大体上均匀的颗粒尺寸，直径小于1毫米。
10、按照权利要求1至9中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料的颗粒密度在从20到40公斤/米3的范围内。
11、按照权利要求1至10中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料是一种可燃性不良的材料。
12、按照权利要求1至7中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料是一种可发泡的塑料。
13、按照权利要求12所述的车轮，
其特征在于，
塑料是聚苯乙烯或一种含有聚苯乙烯的塑料。
14、一种用于充灌由车轮的轮胎(10)和轮辋(1)形成的轮胎内部空间(6)的工艺方法，具有以下各工序：
使轮胎充填气体与填料相混合，填料是颗粒状的但不带尖棱并且是可保持形状的和耐温的，
适当时，压缩充填气体，
通过经由一充灌孔口(30)吹进填料与已压缩的充填气体的混合物来充灌轮胎内部空间(6)。
15、按照权利要求14所述的工艺方法，
其特征在于，
在充灌轮胎内部空间(6)期间，借助于一排气阀(31)以如下方式使空间泄压，即只是充填气体而非颗粒状填料可以经由排气阀(31)逸出，而且可以建立一预定的恒定充灌压力。
16、按照权利要求14或15所述的车轮，
其特征在于，
轮胎充填气体与填料混合工序之前有一使可发泡塑料发泡的工序以提供一种具有颗粒一致性的填料。
17、使用具有颗粒一致性的已发泡聚苯乙烯或一种含有聚苯乙烯的已发泡塑料作为车轮轮胎内部空间(6)的填料。
Claims (17)
1、一种车轮，具有围绕轮辋(1)周缘的轮胎(10)，从而构成了由轮胎(10)和轮辋(1)界定的一个气密性轮胎内部空间(6)，可以充灌某种充填气体，特别是压缩空气，
其特征在于，
轮胎内部空间(6)充注有一种填料，所述填料是颗粒状但不带尖棱而且是可保持形状和耐温度的，而充填气体在预定的充灌压力下充满未被填料占据的余下空间。
2、按照权利要求1所述的车轮，
其特征在于，
轮胎内部空间(6)基本上完全充满颗粒状填料而充填气体充满填料的孔隙。
3、按照权利要求2所述的车轮，
其特征在于，
充填气体与填料的体积比小于1∶10，特别是在1∶20左右。
4、按照权利要求2或3所述的车轮，
其特征在于，
配置一充灌阀(30)，允许同时用颗粒状填料和充填气体充灌轮胎内部空间(6)。
5、按照权利要求2至4中任一项所述的车轮，
其特征在于，
还配置一排气阀(31)，允许在同时用颗粒状填料和充填气体充灌轮胎内部空间期间多余的充填气体逸出。
6、按照权利要求5所述的车轮，
其特征在于，
排气阀(31)可进行充填气体的压力调节。
7、按照权利要求1所述的车轮，
其特征在于，
轮胎内部空间(6)具有一用于颗粒状填料的环形充灌腔室(6B)和另一用于充填气体的环形充灌腔室(6a)，这两个充灌腔室借助于一膜片状分隔壁板(8)分离开来。
8、按照权利要求1至7中任一项所述的车轮，
其特征在于，
所用的填料具有很高的吸音能力。
9、按照权利要求1至8中的任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料具有大体上均匀的颗粒尺寸，直径小于1毫米。
10、按照权利要求1至9中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料的颗粒密度在从20到40公斤/米3的范围内。
11、按照权利要求1至10中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料是一种可燃性不良的材料。
12、按照权利要求1至7中任一项所述的车轮，
其特征在于，
填料是一种可发泡的塑料。
13、按照权利要求12所述的车轮，
其特征在于，
塑料是聚苯乙烯或一种含有聚苯乙烯的塑料。
14、一种用于充灌由车轮的轮胎(10)和轮辋(1)形成的轮胎内部空间(6)的工艺方法，具有以下各工序：
使轮胎充填气体与填料相混合，填料是颗粒状的但不带尖棱并且是可保持形状的和耐温的，
适当时，压缩充填气体，
通过经由一充灌孔口(30)吹进填料与压缩的充填气体的混合物来充灌轮胎内部空间(6)。
15、按照权利要求14所述的工艺方法，
其特征在于，
在充灌轮胎内部空间(6)期间，借助于一排气阀(31)以如下方式使空间泄压，即只是充填气体而非颗粒状填料可以经由排气阀(31)逸出，而且可以建立一预定的恒定充灌压力。
16、按照权利要求14或15所述的工艺方法，
其特征在于，
轮胎充填气体与填料混合工序之前有一使可发泡塑料发泡的工序以提供一种具有颗粒一致性的填料。
17、使用具有颗粒一致性的已发泡聚苯乙烯或一种含有聚苯乙烯的已发泡塑料作为车轮轮胎内部空间(6)的填料。
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