防爆轮胎系统及其支撑环的制作方法

专利名称：防爆轮胎系统及其支撑环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防爆(Runflat)轮胎系统，具体地说，涉及一种设置在充气轮胎内部、用于支撑放气轮胎的胎面背侧以增加漏气行驶距离的支撑环。
背景技术：
近些年来，已经提出一种防爆轮胎系统，即使轮胎跑气，通过这种系统也可能以高达约80km/小时的较高速度行驶很长的距离，如数百公里。这种技术公开在日本专利申请公开号为8-504389(WO94/13498 A1)，10-6721(US 5891279 A)和2001-354002(US 6415839 B1)的文献中。
图11示出一种充气轮胎2、轮辋3和上述公开文献中公开的支撑环的组件。在该组件中，即使轮胎泄气，也可能以正常速度运行较长的距离。但是，在漏气行驶模式下的驾驶稳定性不太好。这在高速运行期间轮胎跑了气时特别明显。因此，有改进的空间。
因此，本发明者研究了漏气行驶的驾驶稳定性和支撑环的参数之间的相互关系，发现可以通过如下方式提高稳定性增加支撑环和胎面部分内侧的接触面积；增加支撑环的侧向刚度；和增加支撑环围绕垂直轴线的扭转刚度。因为对支撑环有基本要求，这些必须在不增加支撑环的重量和不损失径向刚度及耐用性的情况下实现。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于防爆轮胎系统的支撑环，通过它可以提高漏气行驶的驾驶稳定性，而且因此在漏气行驶模式下可以实现安全、长距离运行。
根据本发明的一方面，支撑环包括一由弹性材料制成的环形本体，其具有一径向内周表面和一径向外周表面，其中外周表面的轴向宽度比内周表面的宽，而且在包含支撑环的旋转轴线的横截面中，环形本体的轮廓基本为梯形，其两个平行的长边和短边分别为外、内周表面，剩余的两侧边相对于长边成锐角地倾斜。


现在将参照附图详细地描述本发明的实施例。
图1(a)和图1(b)为轮胎、轮辋和根据本发明的支撑环的组件的截面图，分别示出一种通常充气的状态和一种在一小块触地区域中的放气状态。
图2为支撑环的示意透视图。
图3为其局部侧视图。
图4为沿图3中A-A线的展开剖面图。
图5为沿图3中B-B线的截面图。
图6、7和8为分别表示图5中支撑环的一种变型的截面图。
图9(a)、9(b)和9(c)为示意性截面图，表示在轮辋上安装轮胎和支撑环的过程。
图10(a)、10(b)和10(c)为用在下述对比测试中的支撑环的截面图。
图11为现有技术的支撑环的截面图。
具体实施例方式
在附图中，根据本发明的防爆轮胎系统1包括一充气轮胎2、一轮辋3和一设置在轮胎2内部的支撑环4。
充气轮胎2具有低的纵横比，并包括一胎面部分2a；一对轴向隔开的胎圈部分(2do和2di)，它们各自具有一胎圈填充芯2e；一对侧壁部分(2bo和2bi)；一经过胎面部分和侧壁部分在胎圈部分之间延伸的胎体2f；和一设置在胎面部分2a中的胎面加强带2g。
为了使用没有内胎的轮胎2，该轮胎的内表面覆以不透气的橡胶，其被作为所谓的内衬或胎体顶层橡胶。
胎圈填充芯2e通过缠绕不可延伸的金属丝如钢丝形成。
胎体2f包括一径向帘线层。该层在胎圈填充芯2e之外的胎圈部分(2do和2di)之间延伸并经胎圈填充芯2e径向内侧延伸到各胎圈部分中的相应轴向外侧，然后该层径向向外折回胎圈填充芯2e的轴向内侧，经过胎体主层2f1和胎圈填充芯2e之间，如图1(a)所示，从而形成一充满橡胶的环体2f2。折回部分沿胎体主层2f1径向向外延伸，然后终止在胎圈部分中，从而边缘位于胎圈填充芯径向外端略微径向向外侧的一径向位置处。因此，当给胎体主层部分2f1施加张力时，环体2f2被轴向向内拉伸。由于环体2f2内具有橡胶，所以它用作打入胎圈填充芯和胎圈座之间狭窄空间中的楔子。因此，将胎体层牢牢锁定。
带2g包括至少两个具高模数轮胎帘线的轮胎交叉帘线层，如设置在胎面部分2a中的胎体2f径向向外侧的钢丝帘线。
轮辋3包括用于胎圈部分2di的第一胎圈座3a和凸缘3af；用于胎圈部分2do的第二胎圈座3b和凸缘3bf；邻近第二胎圈座3b设置的轮辋鞍边3d，其在安装轮胎时使用；设置在轮辋鞍边3d和第一胎圈座3a之间用于支撑环4的安装部3g；沿安装部3g的轴向边缘形成在轮辋鞍边侧上的隆起3f；和邻近安装部3g的另一轴向边缘设置在安装部3g中的槽3h。
第一和第二胎圈座3a和3b轴向向外逐渐变细，这和传统的轮辋相反，传统轮辋的胎圈座朝向轴向中央(轮胎赤道圆)逐渐变细。
第一和第二凸缘3af和3bf轴向向外倾斜，这和几乎与轴向方向垂直的传统凸缘(接触胎圈的主要部分)相反。
在该实施例中，由于胎圈部分2di的内径比胎圈部分2do的小，所以第一胎圈座3a相应地作得直径比第二胎圈座3b的小。
安装部3g基本居中设置在轮辋轴向宽度方向上的中央处或轮胎胎面宽度方向上的轴向中央处。
安装部3g的直径Dg比第一胎圈座3a的凸缘3af的直径Db1大。
隆起3f形成在支撑环安装部3g和轮辋鞍边3d之间，并沿周向连续地延伸，从而用作一限位件，用于防止支撑环4朝向轮辋鞍边的轴向位移并使支撑环定位。
另外，在各胎圈座3a和3b的轴向内端处形成一周向连续延伸的隆起。
槽3h沿周向连续地延伸。
另外，为了在安装操作中易于滑动支撑环，在安装部3g和第一胎圈座3a之间，即在槽3h的同侧，形成一和槽3h一样深的宽槽3j，该槽从安装部3g轴向延伸到第一胎圈座3a边缘处的隆起。
支撑环4包括一环形本体，该环形本体由弹性材料制成并包括一固定到轮辋3上的径向内环形部分6；一径向外环形部分5，其在轮胎跑气时(如图1(b)所示)，与胎面部分的内侧相接触；和一支撑壁部分7，该部分跨接在内和外环形部分6和5之间，并以Z字形的形式，特别是以该实施例中的双Z字形的形式周向延伸。
对于耐用性，优选的是所述弹性材料具有30～70的硬度，30～150Mpa的10％模数，0.01～0.10的损耗角正切(tanδ)。此处，硬度指的是在23±2℃下根据日本工业标准JIS-K6253测量的硬度计D型硬度。10％模数为在和上述温度相同的温度下根据JIS-K6251测量的。损耗角正切在下述条件下用粘弹性分光计测量频率10Hz；温度100℃；原始伸长率10％；及动应变幅度±0.25％。
例如，聚氨酯、橡胶、EPDM等可以被用作所述弹性材料。在该实施例中，支撑环4形成为一种聚氨酯铸件。
在包含中央轴线或旋转轴线的横截面(这样，与轮胎的子午线截面对应)中，外环形部分5和内环形部分6各自具有一在轴向方向上的矩形横截面形状。
环形部分5和6的厚度(ta和tb)分别被设定为沿径向不少于2mm，优选大于4mm，但不超过10mm，优选少于6mm，以便提供必需的刚度。
内环形部分6的径向内周表面4b设有一与轮辋3的上述槽3h配合的突起4c。除突起4c之外，径向内周表面4b具有一内径值为恒定的内径，该值比轮辋3的安装部3g的外径Dg稍小。换句话说，支撑环4的内径比轮辋3的安装部3g的外径Dg稍小。因此，当安装时，支撑环4能由于支撑环4的弹性变形而牢固地装配到安装部3g上。
关于支撑环4的外径，另一方面，如图1(a)所示，支撑环4的径向高度H被设定为如下的范围，即不少于胎腔径向高度Ht的30％，优选大于40％，但不超过70％，优选少于60％。这里，高度H和Ht在这样一种条件，即支撑环4和轮胎2被安装在轮辋3上，而且轮胎被充气到正常压力(设计压力)并未被加载轮胎负载的条件下进行如下定义沿径向从安装部3g到支撑环4的径向最靠外点测量支撑环的径向高度H；而且沿径向从安装部3g到胎面部分的内表面上的径向最靠外点测量胎腔的径向高度Ht。
如果径向高度H太高，则在正常运行期间，支撑环非常易于与胎面部分2a的内侧接触，不仅乘坐舒适性而且驾驶稳定性等变差。因此，径向高度H应该至多为70％。如果径向高度H太低，则在漏气行驶模式下，侧壁部分2b与路面接触并磨损，从而降低了耐用性和漏气行驶距离。因此，径向高度H应该至少为30％。
支撑壁部7作为径向支撑，从内环形部分6径向向外延伸到外环形部分5，同时以Z字形的形式沿周向连续延伸，从而如图4所示，支撑壁部7由交替的横壁7c和7d与较短的周向壁7a和7b组成。
支撑壁部7的厚度优选为5～15mm的范围。
横壁7c和7d各自完全穿过支撑环的轴向宽度从支撑环4的一侧延伸到另一侧。周向壁7a和7b各自在周向相邻横壁7c和7d的轴向端部之间延伸。结果，支撑环4具有开口在两侧面上的凹部4，如图3所示，而且所述开口交错，如图2所示。
在支撑环4的一侧上，在开口中央(形心)之间限定的开口的周向间距优选为约15～55mm范围。
在该实施例中，横壁7c和7d均相对于轴向倾斜，如图4所示。所有的交替横壁7c沿同一方向倾斜。剩余的另一组横壁7d也沿相同的方向倾斜，但该方向与横壁7c的倾斜方向相反。因此，从凹部9的开口到底部，当从支撑环4的一侧看去时，通过在逐渐减少周向宽度的同时将径向高度保持在基本恒定的值下，该凹部的截面积逐渐减小。
另外，在该实施例中，交替横壁7c和7d各自以Z字形的形式形成，以在不增加材料重量的情况下提高刚度。因此，所述支撑壁部分作为整体为一种双Z字形壁。
在如图4所示的例子中，各横壁7c和7d由轴向部10a、10b和10c及它们之间的倾斜部11a和11b组成。轴向部10a、10b和10c基本与轴向平行。倾斜部11a和11b朝向和横壁的整体倾斜方向相同的方向倾斜。轴向部的数量为3个或更多，优选为最多5个。倾斜部的数量为轴向部的数量减1。例如，倾斜部11a和11b的倾斜角(θ1)被设定为相对于轴向约为40°～50°，而且横壁整个倾斜方向上的角度(θ0)被设定为相对于轴向约为10°～15°。这里，整体倾斜方向由在横壁的轴向端部之间绘制的直线的倾斜方向表示。(θ0)＞(θ1)由于这种双Z字形结构，支撑壁部分相对于径向负载的抗压刚度和相对于横向负载的抗弯刚度有效地增大。因此，在不增加材料重量的情况下可以有效地增加横向刚度、扭转刚度和径向刚度。
外环形部分5的轴向宽度比内环形部分6的宽。
周向壁7a和7b从狭窄的内环形部分6的轴向边缘延伸到宽的外环形部分5的相应轴向边缘，同时轴向向外倾斜，如图5所示。
如图5所示，在未安装到轮辋3上的处于自然状态下的支撑环4中，外周表面4a的轴向宽度Wo被优选地设定在下述范围中，即不少于带2g轴向宽度BW的20％，优选大于30％，但不超过80％，优选少于60％。
内周表面4b的轴向宽度Wi由下述的角α和β确定。
在包含旋转轴线的支撑环4的横截面中，角α和β均被设定在下述范围中，即少于90°，优选少于89°，更优选地少于85°，但不少于50°，优选大于65°。
这里，角α位于外周表面4a和第一直线K1之间，所述直线为在表面4a和4b的轴向边缘EU1和ED1之间绘制的直线。角β位于外周表面4a和第二直线K2之间，所述直线为在表面4a和4b的轴向边缘EU2和ED2之间绘制的直线。
如果角α和β之间的差大而且/或者一个角为90°或更大，那么当轮胎跑气时，支撑环4受到垂直负载，并且围绕垂直轴线产生一动量M，使支撑环4旋转，而且在支撑环4的一侧上易于出现应力集中。
因此，角α和β之间的差应该少于20°，优选少于10°，更优选的是不超过5°，最优选的是不超过2°，即基本上为0°。换句话说，优选的是，环形体的整个横截面形状或轮廓为梯形，特别优选的是为等腰梯形。
上述倾斜部11a和11b可以垂直于表面4a形成，如图5所示。但是，如图6所示，倾斜部可以轴向向外倾斜分别与角(α)和(β)相同或比其小的角(α′)(β′)，以进一步增加横向刚度。
在图5中，共同形成支撑环侧面的周向壁7a和7b的轴向外表面被笔直地成形在包括旋转轴线的横截面中。另外，周向壁7a和7b具有基本恒定的厚度(例如8mm)。
图7和8表示支撑环4的变型，其中周向壁7a和7b的轴向外表面分别为凹面和凸面。在图7中，由于轴向内表面几乎平行于轴向外表面，所以壁厚几乎恒定。在图8中，由于轴向内表面几乎是笔直的，所以壁厚在中央高度处减小。
图9(A)至(C)示出将轮胎2和支撑环4安装在轮辋3上的过程。
首先，支撑环4被放在轮胎2内部，而且被放入其中央孔中，轮辋3从第一胎圈座3a插入。由于第一胎圈座3a的外径小，所以第一胎圈座3a可以没有困难地越过支撑环4。另外，第二胎圈部分2do可以没有困难地延伸到轮辋鞍边3d。通过朝向第二胎圈座3b滑动支撑环4，可以将支撑环4设置在安装部3g。通过力使第一胎圈部分2di越过第一胎圈座3a的凸缘3af，并使它座靠在第一胎圈座3a上。通过施加轮胎气压，使第二胎圈部分2do座靠在第二胎圈座3b上，同时将第二胎圈部分2do部分地设置在轮辋鞍边3d中，以越过第二胎圈座3b轴向内端处的隆起。
为了防止磨损和发热，并因此增加漏气行驶距离，优选的是，给支撑环4的表面4a和/或胎面部分2a的内表面施加润滑剂。
对比测试制造具有表1中规格的支撑环并将它们与相同的轮胎和轮辋装配。充气轮胎具有尺寸225-680R460A99W和图1(a)所示的结构。轮辋具有尺寸225×460A和图1(a)所示的结构。支撑环的材料为聚氨酯。
进行下面的耐久性测试和驾驶稳定性测试。
耐久性测试支撑环和轮胎被安装在轮辋上，而且轮胎气门芯被取下，以将胎压降低到0Kpa。然后，使用直径1700mm的测试转鼓，使具有放气轮胎的车轮组件在4.9KN的轮胎负载下以100Km/H的速度行驶，直到支撑环断裂。所得到的漏气行驶距离在表1中示出(以公里计)。
漏气行驶的驾驶稳定性测试具有放气轮胎的车轮组件被安装到一日本客车(4000cc发动机，车重2吨)上，作为其右后车轮。然后，在测试过程中使该测试车辆以80Km/Hr的速度行驶，而且测试司机评价的驾驶稳定性被分成10个等级，其中等级数越大，驾驶稳定性越好。
根据测试结果，可以确定，漏气行驶的驾驶稳定性和耐久性可以在基本不增加重量的情况下被提高。
表1

尽管上述例子没有进行加强，但支撑环4可以用嵌入其中的帘线和/或纤维加强。例如，为了防止支撑环的错位，内环形部分6可以用一帘线层加强，所述帘线沿轴向并排设置并沿周向延伸。另外，为了防止外环形部分5断裂或撕裂，外环形部分5可以用一类似上述的加强帘线层，或织物或短纤维等加强。
至于支撑壁部分7，横壁能以由光滑曲线构成的波状结构形成，而不是采用由直线段构成的Z字形结构。另外，也可以采用直线结构，尽管这种结构的刚性比Z字形和波状结构的差。
在上述实施例中，支撑环的内周表面4b仅设有突起4c。但是，支撑环也可以设有其它的突起或槽，以装配到轮辋的表面。
在上述实施例中，支撑环与具有不同胎缘直径的非传统轮胎和轮辋组合。但是，这不总是必须的。支撑环可以与传统的轮胎和轮辋组合件组合，只要支撑环能装配到轮辋上就可以。
权利要求
1.一种用于防爆轮胎系统的支撑环，包括一由弹性材料制成的环形本体，其具有一径向内周表面和一径向外周表面，所述内周表面在安装到轮辋上时，配合到轮辋的安装部上；当轮胎被放气并加载时，所述外周表面与安装到轮辋上的充气轮胎的胎面部分的内侧接触，其特征在于所述外周表面的轴向宽度比所述内周表面的宽，而且在包含支撑环的中央轴线的横截面中，环形本体的轮廓基本为梯形，其两个平行的长边和短边分别为外和内周表面，剩余的两侧边相对于长边成锐角地倾斜。
2.根据权利要求1所述的支撑环，其特征在于所述环形本体在其两侧设有若干凹部，所述凹部在一侧的开口和另一侧上的开口交错设置。
3.根据权利要求2所述的支撑环，其特征在于所述每个凹部从凹部开口到底部截面积逐渐减小。
4.根据权利要求2所述的支撑环，其特征在于所述每个凹部的周向宽度从凹部开口到底部逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的支撑环，其特征在于所述环形本体包括一径向外环形部分，其径向外表面限定所述外周表面；一径向内环形部分，其径向内表面限定所述内周表面；和一个位于所述径向外和内环形部分之间的支撑壁部分，而且所述支撑壁部分包括周向壁，这些周向壁从径向内环形部分延伸到径向外环形部分，同时轴向向外倾斜以限定所述梯形轮廓。
6.根据权利要求5所述的支撑环，其特征在于所述支撑壁部分还包括各个从环形本体一侧延伸到另一侧的横壁，而且所述周向壁各自在相邻横壁的轴向端部之间延伸，从而支撑壁部分沿周向以Z字形的形式连续延伸。
7.根据权利要求6所述的支撑环，其特征在于所述横壁沿相同方向交替倾斜。
8.根据权利要求6所述的支撑环，其特征在于各横壁以Z字形的形式延伸。
9.根据权利要求6所述的支撑环，其特征在于各横壁包括基本与轴向平行的轴向部和朝一个方向倾斜的倾斜部。
10.一种防爆轮胎，包括一个充气轮胎、一个轮辋和一个如权利要求1至9中任一项所述的支撑环。
全文摘要
一种用于防爆轮胎系统的支撑环，其包括一由弹性材料制成的环形本体，该本体具有一径向内周表面和一径向外周表面，所述内周表面在安装到轮辋上时，配合到轮辋的安装部上；当轮胎被放气并加载时，所述外周表面与安装到轮辋上的充气轮胎的胎面部分的内侧接触，其中外周表面的轴向宽度比内周表面的宽，而且在包含支撑环的中央轴线的横截面中，环形本体的轮廓基本为梯形，其两个平行的长边和短边分别为外和内周表面，剩余的两侧边相对于长边成锐角地倾斜。
文档编号B60C17/06GK1572546SQ20041004651
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月8日 优先权日2003年6月9日
发明者石田孝明, 田中正俊, 田波由里江 申请人:住友橡胶工业株式会社