专利名称：充气安全轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有子午线胎体增强层的轮胎，更具体而言，涉及一种轮胎的胎侧结构。其还涉及一种由轮胎与轮辋形成的组件。
背景技术：
在轮胎工业中有两个提供用于轮胎充气不足工作情况下的基本系统。第一系统使用嵌于轮辋中的插件，当轮胎在充气不足的状态下进行工作时其用于支承胎面的下侧；专利US5,785,781公开了一个这种系统。第二系统使用自撑式轮胎，其中胎侧被加强以便使得在充气不足的工作期间，轮胎能够自我支承以便进行工作；专利US Patent4,365,659、5,518,627、5,368,082和6,453,961中公开了这种自撑式轮胎。
由于每个系统均有其局限性，这就使得每个系统均比另一个系统更适合于特定用途。使用车轮插件的系统对于低胎侧轮胎与较小轮胎可能引起胶浆渗漏，并且由于车轮安装有支承件所以使得装配更加复杂；而对于大胎侧轮胎与较大轮胎，自撑式轮胎的质量较大，从而引起滚动阻力与舒适性降低。
在先发明使得两种不同的解决方案能够配合使用以便形成较简单的安全解决方案。本发明适用于中型应用并且结合了两种类型系统的最佳特征。
发明内容
本发明目的在于一种安全轮胎系统和一种安全轮胎。这种轮胎具有子午线胎体增强帘布层、带束层结构以及一对相对的胎圈区。每个胎圈区具有胎圈钢丝、胎趾和胎跟，其中胎趾位于胎跟的轴向外侧与径向内侧。每个胎圈区的径向外侧为胎侧。从胎圈区的径向外侧至带束层结构的端头的每个胎侧的截面宽度大致恒定。为了产生大致恒定的宽度，第一橡胶插件位于胎体增强帘布层的轴向内侧，而第二橡胶插件位于胎圈钢丝的径向外侧与胎体增强帘布层的轴向外侧。
在本发明的一个方面中，胎侧截面宽度的变化不超过最小截面宽度的30％。另一方面，处于轮胎高度下侧50％部分的胎侧具有变化不超过胎侧最小截面宽度20％的截面宽度。优选地，胎侧截面宽度的任何变化均发生于胎侧的径向外部部分以便使得胎侧的径向内部部分保持大致恒定的宽度。
在轮胎的另一个方面中，第一橡胶与第二橡胶插件可能由相同的材料形成，也可能由不同的材料形成。至少第一橡胶插件所用的橡胶的肖氏A级硬度为在100℃时处于575至大约90的范围中。
在轮胎的另一个方面中，第一橡胶插件的径向最内部端头与第二橡胶插件沿径向搭接，搭接距离为在第二橡胶插件的径向长度的90至65％的范围内。每个胎侧中的第二橡胶插件的径向外部端头优选地位于轮胎高度的25％至80％的径向高度处。
在轮胎的另一个方面中，第一橡胶插件可以由多个不同的橡胶元件所形成。当其由两种橡胶元件形成时，其中一个橡胶元件的肖氏A级硬度可以大于另一个元件。橡胶元件的位置可以是径向上彼此邻接或者轴向上彼此邻接。当元件的位置在径向上彼此邻接时，优选地两个橡胶元件中的径向外部元件的肖氏A级硬度低于径向内侧橡胶元件的肖氏A级硬度。
在轮胎的另一个方面中，胎圈区的橡胶楔形件位于胎圈钢丝的轴向外侧。橡胶楔形件的肖氏A级硬度大于第一橡胶插件或第二橡胶插件的肖氏A级硬度。
在轮胎的另一个方面中，轮胎可以带有附加胎侧增强帘布层。在一个实施例中，至少一个短长度的平行帘线的增强帘布层从胎圈部分向轮胎的上部胎侧延伸。短长度增强帘布层可以与胎体增强帘布层直接邻接，也可以不如此。
在轮胎的另一个方面中，胎体增强帘布层包括一对增强帘线层。轮胎还可以具有位于胎侧中的另一个第三插件。这个第三插件优选地夹入两个胎体增强帘线层之间。
在轮胎的另一个方面中，每个胎圈区的胎圈环具有不同的胎圈直径。胎圈直径可以根据胎圈钢丝环的内径进行测量。这就产生了非对称的轮胎。这种非对称的轮胎可能具有不同的胎侧构造。在一个这样的构造中，较大直径胎圈环的径向外侧的胎侧截面宽度大于较小直径胎圈环的径向外侧的胎侧截面宽度。在另一种构造中，位于较大直径胎圈环的径向外侧胎侧中的第一橡胶插件的肖氏A级硬度小于位于较小直径胎圈环的径向外侧胎侧中的第一橡胶插件。
将通过实例并参看附图对本发明进行描述，附图中图1为根据本发明的轮胎的剖视图；图2为轮胎的另一个剖视图；图3a和3b为带有可变高度轴向外部插件的轮胎的剖视图；图4a和4b为包括胎侧帘布层的轮胎的替代视图；图5为包括两个胎体增强帘布层的轮胎的剖视图；图6为包括多个相邻胎侧插件的轮胎；图7为用于带有多个胎侧插件的轮胎的替代构造；以及图8为带有不同胎圈和胎侧直径的本发明的轮胎。
具体实施例方式
下述语言为实现本发明的最佳当前预期模式。各种实施例中的相同零件均用共用参考符号来表示。下述描述目的在于示出本发明的一般原理而不应被理解为限制意义。本发明的范围通过参照所附权利要求得到最佳地确定。
图1示出了根据本发明的自撑式轮胎；虽然只示出了轮胎剖视图的一半，但是本发明所属领域的普通技术人员应当理解未示出的相对的那半轮胎可以与所示的那半轮胎相同，也可能是本文中可以公开的所示轮胎的变型。充气轮胎10所具有的胎体结构包括胎体增强帘布层12，该帘布层12从一个胎圈部分14向相对的胎圈部分14延伸。胎体增强帘布层12由平行增强帘线形成；这些帘线相对于轮胎中心平面倾斜角度在65°至90°之间。这些帘线可以由任何常规型胎体帘线材料形成，这些材料包括但是并不限于尼龙、人造纤维、聚酯、芳族聚酰胺、pen、玻璃纤维、钢或者其任意组合。
胎体增强帘布层12的主要部分16在轮胎10的主环形部分周围延伸。胎体增强帘布层12的反包部分18为胎体增强帘布层12的外部端头，并且在胎圈环20下面径向延伸而后在胎圈环20下面向后折叠。胎圈环20的直径DB根据胎圈环的径向内部点进行测量。胎体增强帘布层12的每个端头均被夹入胎圈环20与胎体增强帘布层12的主要部分16之间。为了在帘布层12在胎圈环20下面向后折叠时保持反包部分18的轮廓，所以反包部分18绕着位于胎圈环20轴向外侧的橡胶楔形件22折叠。
胎圈部分具有外部横断面轮廓，其中当轮廓从胎圈部分的轴向外侧向轴向内侧运动时，胎圈轮廓沿径向向上倾斜。在这个轮胎中，胎趾24位于胎跟26的轴向外侧与径向内侧。胎趾24上方为花纹条28，其有助于将轮胎锁定于轮辋上，如下所述。这种胎圈轮廓与常规型轮胎相反，其中胎趾位于胎跟的径向与轴向内侧，胎跟适合于轮辋的弯曲部分，轮辋安装于该弯曲部分上并在此与车轮凸缘接合。
当轮胎10安装于车轮(未示出)上时，对于在轮胎10的胎圈部分14中的胎体增强帘布层及与胎圈部分14的外部构型相应的轮辋按照下述方式进行操作。当所放置的胎体增强帘布层12通过轮胎10内部的空气压力而受到拉伸时，增强帘布层的主要部分16沿径向向外扩展。当主要部分16扩展时，就继续拉伸反包部分18，从而拉动胎趾24沿径向向内进入轮辋与凸缘，这对于将轮胎10的胎圈部分14锁定于车轮上起到有效作用。
所述的胎圈环20带有总体为圆形的构型。胎圈环20是由多个钢绕组形成的不可伸展的钢箍。胎圈环20还可以具有其它总体构型，如六边形或正方形，或者是圆形、六边形与正方形的任意组合。
胎体增强帘布层的主要部分16的径向外侧为带束层结构30。带束层结构30包括一至四个平行帘线的增强帘布层32。增强帘布层32的帘线可以被编织或未经编织，并且其相对于轮胎10的中心平面EP倾斜角度17°至35°。优选地，任何相邻带束层32的帘线相对于轮胎10的中心平面EP反向倾斜。带束层32的帘线可以由任何常规带束层帘线材料形成，这些材料包括但是并不限于钢、芳族聚酰胺、尼龙、人造纤维、玻璃纤维、聚酯、pen或者其任意组合。根据轮胎工程师所需的成品轮胎的特征情况，常规零角度帘布层(未示出)也可以位于带束层结构30之内。
带束层结构30的径向外侧为胎面36。所示的胎面36具有多个圆周槽38。胎面36可以具有任意数量或花纹的圆周和/或侧向槽或者这些槽的组合。轮胎工程师所选用的胎面花纹根据轮胎的计划用途而定；即小客车、中型客车、小到中型的客用卡车等等。
胎侧40位于胎面36与带束层结构30的轴向外缘和胎圈部分14的径向外侧。根据本发明，在胎圈部分14径向外侧，胎侧40的截面宽度W大致恒定。当从胎圈基线B处测量时，大致恒定的宽度W的起点位于轮胎10的径向高度H的15至25％的径向高度处，其中胎圈基线B绘制在胎趾24的径向最内部点处，并且距胎圈环20的径向外表面处不超过轮胎10的径向高度H的5％。宽度W根据轮胎的外表面与轮胎10的最内部表面之间的最大距离进行测量，并且是垂直于沿着胎侧40的弯曲部分C的点进行测量。
在轮胎高度H的下侧50％部分中的胎侧40宽度W的变化不超过最小宽度的20％。由于胎肩42处的厚度增加，所以在轮胎高度H的径向外侧50％部分中的胎侧40的宽度变化可能较大。轮胎10的大致恒定宽度的径向最外部点位于带束层结构30的轴向最外缘。在轮胎高度H的径向外侧50％部分中的宽度W变化不超过在轮胎高度H中的径向外侧50％部分的最小宽度的30％。
通过形成带有起始于胎圈区14中的大致恒定宽度的轮胎10，就可以在轮胎10中产生支柱效应。当轮胎10处于内部压力减少的情况下时，该支柱就为轮胎10提供了继续工作所必须的支承。通过形成带有恒定厚度的下部胎侧区，胎圈区14就提供了对支柱的固定或者不可动的基座。在压力减少的工作期间，支柱效应还保证了胎体增强帘布层12保持一直受到拉伸，并且不会使得胎体的锁定胎圈效应与胎侧支柱的自撑特性分开。
与图1中的轮胎相比，在图2的轮胎中，胎肩42或上部胎测区中的轮胎厚度减少。胎肩42中轮胎厚度减少就使得上部胎侧更具柔性并且改善了整个轮胎行驶舒适性。这样，对于图2中的轮胎，当垂直于沿着胎侧40的弯曲部分C的点进行测量时，其宽度的变化不大于15％。上部胎侧厚度的这种减少可以通过减少胎体增强帘布层12的轴向外侧的胎肩橡胶尺寸或位于胎体增强帘布层12的轴向内侧的任何橡胶尺寸来实现。
大致恒定的胎侧厚度可以通过至少一个插件44来生成。插件44为透镜状构型，其中中间第三插件44具有大致恒定的厚度并且插件44的端头为锥形。插件4 4从胎圈部分14向带束层结构30的径向内侧延伸。当插件44延伸通过整个胎侧40时，它具有位于胎圈环20轴向内侧和胎圈环20的径向最外部表面径向内侧的起点46，从而在插件44的内端头与胎圈环20之间产生径向搭接。所示的插件44夹入胎体增强帘布层12与轮胎内衬层48之间。
插件44由硬质橡胶形成，该硬质橡胶的肖氏A级硬度在100℃处于大约55至大约90的范围中，优选地处于60至70的范围中。关于插件44的其它特性，专利US Patent 6,230,773中所公开的那些特性均适用于本发明的插件44。这些特性可以通过供参考的美国专利中公开的化合物来实现，或者可以选择具有所公开特性的其它化合物。形成插件44的橡胶还可以装有纤维屑或者与增强纤维混合。所用的纤维可以是天然或人造纤维，其特征在于长度至少为其直径或宽度的100倍。纤维屑为比纤维小的颗粒。其可以由棉、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯、PET、PEN、碳化纤维、钢、玻璃纤维或者其任意组合而形成。橡胶中纤维或纤维屑的装入量为每100份橡胶中5至35份。
插件的透镜状构型使得胎体主要部分保持于所需构型中。位于轮胎高度下侧50％部分中的胎体增强帘布层主要部分16的大多数部分保持相对于轮胎的中心平面成角度α，其中α从15°至最大角度30°(参看图1)。从轮胎内部观察时，使得胎体帘布层保持于这种构型中，就简化了凹面帘布层路径，这样就使得帘布层能够在负载下处于较好的拉伸状态。
第二插件50位于胎圈环20的径向外侧和主胎体反包部分18的轴向外侧。这个插件50通常为三角形，类似于常规的三角胶芯。当第一插件44的宽度增加时，第二插件50的宽度就减少；从而保持轮胎10下部胎侧区中的成形支柱构型的厚度大致恒定。第一插件44与第二插件5 0的径向搭接处于第二插件50径向长度的90％至65％的范围内。
第二插件50在高度H2处具有径向外部终点，高度H2可以从轮胎高度H的25％变动至80％，仍参看图3a和3b。在图2中，第二插件50的终止高度H2约为40％，而图3a和3b中的终止高度H2分别约为59％、70％。当第二或轴向外部插件50的高度H2增加时，则轴向内部的第一插件44的尺寸就减少。优选地，由于两个插件44、50尺寸的相应增加/减少，插件44、50的整个截面尺寸从胎圈环20的径向外表面至带束层结构30的轴向外部端头大致恒定。
优选地，第二插件50的肖氏A级硬度等于第一插件44的肖氏A级硬度。然而，为了变动轮胎的性能特征，第二插件50的肖氏A级硬度可以大于或小于第一插件44。
图4a中示出了另一种轮胎变化。在轮胎成型期间，在将胎侧插件44铺放于成型鼓上并准备好胎体增强帘布层12之后，将至少一个纤维或钢的帘布层52铺放于胎体增强帘布层的主要部分16附近。纤维或钢帘布层52包括平行帘线，其涂敷橡胶。对帘布层52进行切割与铺放，以便使得平行帘线相对于轮胎的圆周方向倾斜角度成30°至50°。如果使用两个或多个这种纤维或钢帘布层52，那么就将相邻帘布层52的帘线铺放成反向倾斜。帘线可以由钢、芳族聚酰胺、聚酯、尼龙、或者人造纤维形成。由于一部分轮胎负载可以通过帘布层52来支撑，所以帘布层52的存在就使得胎侧40增强并减少了胎侧40的截面面积。
图4b是类似于图4a中轮胎的一种轮胎；然而，附加帘布层52放置于三角形插件50的轴向外侧，以便增强轮胎的胎侧40。当放置于这个位置中时，所放置的帘布层52处于压缩状态，而不是如图4a的轮胎中处于拉伸状态那样。
为了增加轮胎的承重能力，胎体可以包括第二增强帘布层54，参看图5。在应用第一增强帘布层12的同时应用第二增强帘布层54，并且沿着与第一增强帘布层12相同的通用路径。然而，第二增强帘布层5 4并未完全转向硬质橡胶楔形件22。形成第二帘布层54中帘线的材料优选地与形成主要帘布层12中帘线的材料相同，但是可以根据所需的轮胎特性而不同。如果第一胎体增强帘布层12中的帘线相对于中心平面倾斜角度小于90°，则第二帘布层54的帘线就优选地沿相反方向倾斜同样角度。
为了更好地调整轮胎以便优选轮胎特征，轮胎可以带有多个透镜状插件以便产生所需支柱胎侧强度，参看图6。轮胎的第一长插件56应用于轮胎内衬层48的外侧并且先于胎体增强帘布层12的应用。在将第一胎体增强帘布层12缠绕在成型鼓上但是尚未转向橡胶楔形件22之后，就对第二长插件58进行应用。短长度胎体增强帘布层60铺放于第二长插件58外侧。随后将橡胶楔形件22铺放于增强帘布层12、60的端头上，然后将第一胎体增强帘布层12的反包部分18绕着橡胶楔形件22进行缠绕，并应用胎圈环20以便锁定反包部分18的端头。按照这种方式，将短胎体增强帘布层60的端头与轴向外部长插件58的径向内端头紧固于第一胎体增强帘布层12的主要部分16与反包部分18之间。
两个长插件56、58的物理特性可以相同，也可以不同。优选地，径向内部第一插件56的肖氏A级硬度小于径向外部第二插件58的肖氏A级硬度。另外，两个插件56、58的相对宽度可以相同，也可以不同。不管两个插件56、58所选择的相对宽度如何，都可以保持胎侧40的宽度大致恒定。
在图7的轮胎中，两个透镜状插件62.64的组合再次组合以便形成作为胎侧40部分支柱结构的总体透镜状支承，然而，在以前的轮胎中两个插件62、64主要是径向相邻而非轴向相邻。将两个插件62、64放置于胎体增强帘布层12的轴向内侧，胎体增强层可以是一个或多个帘布层。径向外部插件62的肖氏A级硬度小于径向内部插件64的肖氏A级硬度。轮胎的胎肩区中的较软插件62使得轮胎的安全性能最大化，并使得对行驶舒适性的降低最小化。
对于以上所示出与讨论的每个轮胎，相对的胎圈环20和胎侧40可以分别具有同一直径和高度；即轮胎未示出部分与示出部分互为镜像。然而，为形成任何所讨论的轮胎从而使得相对胎圈20的直径不同仍在本发明的范围之内，参看图8。
图8的轮胎具有带有较大直径DBS的胎圈环68的短胎侧66和带有较小直径DBNS的胎圈环72的长胎侧70。当安装于车辆上时，较短胎侧66面向内侧安装并将其称作未标记胎侧，而由于胎侧70带有常规型轮胎的胎侧标识，所以反向胎侧70被称作标记胎侧。将轮胎安装于轮辋上，该轮辋具有相应偏置轮辋直径以便于容纳不同的胎圈直径。
不管每个胎侧66、70的长度如何，其从胎圈部分12至带束层结构30的轴向边缘均具有大致恒定的宽度。当以轮胎高度为基准时，胎侧插件74、74’、76、76’的相对高度根据插件74、74’、76、76’所在的胎侧66、70的高度进行测量。这样，三角形插件74的高度以胎侧高度HS为基准，而三角形插件74’的高度以胎侧高度HNS为基准。插件74、74’的相对高度基本类似。同样应用于透镜状插件76、76’。先前所示的插件与增强帘布层的各种实施例中的任一个均可以应用于图8的非对称轮胎上。
为了简化制造过程，在反向胎侧66、70中插件74、74’、76、76’的相对肖氏A级硬度均相同，而插件74、74’、76、76’之间的唯一差别在于径向长度不同。然而，对于较大尺寸的轮胎或者胎侧高度HS、HNS变化较大的轮胎，胎侧的性能可能需要不同，以便平衡轮胎的性能与两个胎侧66、70的弹性系数。一个平衡方法的实例是具有较小胎圈直径DBS的较长胎侧70中的插件74’、76’的肖氏A级硬度小于具有较大胎圈直径DBNS的较短胎侧66中的插件74、76的肖氏A级硬度。在另一种变化中，具有较大胎圈直径DBNS的较短胎侧66的截面宽度W大于具有较小胎圈直径DBS的较长胎侧70的截面宽度W。
本发明代表了安全轮胎技术中的一个进步。在已知的自撑式轮胎中，由于常规型轮辋的使用和已知轮辋的制造公差，所以自撑式轮胎必须制造成非常紧密的公差和极其紧密的胎圈区以便防止轮胎的胎圈脱离。在轮胎的扩展期间使用将胎圈区锁紧于轮辋上的胎体轮廓就使得轮胎设计者能够创造出一种自撑式轮胎，这种轮胎转向更好地调整了安全性能，包括承载能力的增加。
权利要求
1.一种充气轮胎，这种轮胎包括子午线胎体增强帘布层、带束层结构、一对相对的胎圈区以及位于每个胎圈区径向外侧的胎侧，每个胎圈区具有胎趾和胎跟，其中胎趾位于胎跟的轴向外侧与径向内侧，每个胎圈区具有胎圈钢丝，轮胎的特征在于从胎圈区的径向外侧至带束层结构端头的胎侧的截面宽度大致恒定；以及第一橡胶插件位于胎体增强帘布层的轴向内侧，第一橡胶插件通常为透镜状截面构型，而第二橡胶插件位于胎圈钢丝的径向外侧与胎体增强帘布层的轴向外侧。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中胎侧截面宽度的变化不超过最小截面宽度的30％。
3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中处于轮胎高度下侧50％部分中的胎侧的截面宽度变化不超过胎侧截面宽度的最小宽度的20％。
4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中胎侧径向外部部分的胎侧截面宽度的任何变化均大于径向内部胎侧部分的变化。
5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中第一橡胶与第二橡胶插件由同一材料形成。
6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中橡胶插件的总截面尺寸从胎圈钢丝的径向外表面至带束层结构的轴向外部端头大致恒定。
7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中胎圈区还包括位于胎圈钢丝轴向外侧的橡胶楔形件，其中橡胶楔形件的肖氏A级硬度大于第一橡胶插件或第二橡胶插件的肖氏A级硬度。
8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中第一插件的肖氏A级硬度为在100℃时处于大约55至大约90的范围中。
9.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中第一橡胶插件具有与第二橡胶插件沿径向搭接的径向最内部端头，搭接距离为在第二橡胶插件的径向长度的90至65％的范围内。
10.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中每个胎侧中的第二橡胶插件的径向外部端头位于轮胎高度的25％至80％的径向高度处。
11.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中轮胎还包括至少一个短长度平行帘线的增强帘布层，其从胎圈部分向轮胎的上部胎侧延伸。
12.根据权利要求11所述的充气轮胎，其中至少一个短长度增强帘布层至少与胎体增强帘布层部分邻接。
13.根据权利要求11所述的充气轮胎，其中至少一个短长度增强帘布层并未在轮胎的胎圈部分中与胎体增强帘布层接触。
14.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中第一插件包括至少两个不同的橡胶插件，其中一个插件的肖氏A级硬度大于另一个插件的肖氏A级硬度。
15.根据权利要求14所述的充气轮胎，其中形成第一插件的两个不同橡胶插件之一位于另一个不同橡胶插件的径向外侧，并且其肖氏A级硬度低于径向内侧不同橡胶插件的肖氏A级硬度。
16.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中胎体增强帘布层包括一对增强帘线层，第二帘布层终止于胎圈环的径向内侧。
17.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中胎体增强帘布层包括一对增强帘线层，轮胎还包括位于胎侧中的第三插件，这个第三插件夹入两个胎体增强帘线层之间。
18.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中每个胎圈区的胎圈环具有不同的胎圈直径。
19.根据权利要求18所述的充气轮胎，其中较大直径胎圈环的径向外侧的胎侧截面宽度大于较小直径胎圈环的径向外侧的胎侧截面宽度。
20.根据权利要求18所述的充气轮胎，其中位于较大直径胎圈环的径向外侧胎侧中的第一橡胶插件的肖氏A级硬度小于位于较小直径胎圈环的径向外侧胎侧中的第一橡胶插件。
全文摘要
一种充气安全轮胎具有胎圈构型，其中胎圈的轴向内部端头位于轴向外部端头的径向内侧。从胎圈区至上部胎侧，轮胎的胎侧受到加强以便在胎侧中形成支柱支承。胎圈构型与支柱增强装置使得轮胎在低压力工作期间能够自锁于轮毂上并且实现自支撑。
文档编号B60C9/09GK1689847SQ20051006760
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月21日 优先权日2004年4月22日
发明者M·S·马哥夫, D·C·珀宁, S·P·兰德斯 申请人:固特异轮胎和橡胶公司