用于重型土木工程车辆的轮胎的环箍增强件的制作方法

本发明的主题是旨在装配至工地类型的重型车辆的子午线轮胎，本发明更具体地涉及这种轮胎的胎冠增强件。

背景技术：

通常，用于欧洲轮胎和轮辋技术组织或etrto标准意义上的工地类型的重型车辆的子午线轮胎旨在安装在直径至少等于25英寸的轮辋上。尽管不限于这种类型的应用，但本发明描述大型子午线轮胎，所述轮胎旨在通过轮辋安装在自卸车(用于运输从采石场或露天矿场中采掘的材料的车辆)上，所述轮辋的直径至少等于49英寸，可能多达57英寸，甚至63英寸。

由于轮胎的几何形状显示出围绕旋转轴线的旋转对称性，通常在包括轮胎旋转轴线的子午平面中描述轮胎的几何形状。对于给定的子午平面，径向、轴向和周向方向分别表示垂直于轮胎旋转轴线、平行于轮胎旋转轴线和垂直于子午平面的方向。周向方向与轮胎的圆周相切。

在下文中，表述“径向内侧”和“径向外侧”分别意指“更接近”和“更远离轮胎的旋转轴线”。“轴向内侧”和“轴向外侧”分别意指“更接近”和“更远离轮胎的赤道平面”，轮胎的赤道平面为经过胎面表面的中间并且垂直于旋转轴线的平面。

通常地，轮胎包括胎面，所述胎面旨在经由胎面表面与地面接触，其两个轴向端部通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎圈提供轮胎和旨在于其上安装轮胎的轮辋之间的机械连接。

子午线轮胎还包括增强件，所述增强件由在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件以及在径向上位于胎冠增强件内侧的胎体增强件组成。

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，该胎体层通常包括涂覆有弹性体或弹性体类型的聚合物材料(称为涂覆层化合物)的金属增强件。胎体层包括将两个胎圈连接在一起的主要部分，并且通常在每个胎圈中围绕通常金属的周向增强元件(称为胎圈金属丝)从轮胎内侧卷绕到外侧，以形成卷边。胎体层的金属增强件基本上彼此平行并且与周向方向形成85°至95°之间的角度。

用于工地类型的重型车辆的子午线轮胎的胎冠增强件包括沿周向延伸的胎冠层的叠加，所述胎冠层在径向上位于胎体增强件的外侧。每个胎冠层由通常为金属增强件构成，这些金属增强件相互平行并涂覆有弹性体或涂覆层化合物类型的聚合物材料。

在胎冠层中，通常在保护层与工作层之间进行区分，所述保护层构成保护增强件并且位于径向最外侧，所述工作层构成工作增强件并且径向地被包括在保护增强件与胎体增强件之间。

包括至少一个保护层的保护增强件主要保护工作层免受可能通过胎面径向朝向轮胎内侧传递的机械或物理化学攻击。

保护增强件通常包括两个保护层，它们径向叠置，由弹性金属增强件形成，在每层中相互平行并从一层到下一层交叉，与周向方向形成至少等于10°的角度。

包括至少两个工作层的工作增强件具有约束轮胎的功能并赋予轮胎刚度和抓地力。其吸收由轮胎充气压力产生并由胎体增强件传递的充气机械应力，以及由轮胎在地面上行驶时产生并由胎面传递的行驶引起的机械应力。其还旨在通过其固有设计的优势和保护增强件的优势来承受氧化、冲击和刺穿。

工作增强件通常包括两个工作层，它们径向叠置，由不可延伸的金属增强件形成，在每层中相互平行并从一层到下一层交叉，与周向方向形成至少等于15°并且至多等于60°的角度，优选地与周向方向形成至少等于15°并且至多等于45°的角度。

为了减小传递到工作增强件的充气机械应力，已知将环箍增强件设置成在径向上位于工作增强件内侧并在径向上位于胎体增强件外侧。环箍增强件的功能是至少部分地吸收充气机械应力，其通过使胎冠增强件变硬来改善胎冠增强件的耐久性。环箍增强件也可以设置成在径向上位于工作增强件的两个工作层之间，或者在径向上位于工作增强件外侧。

环箍增强件包括至少一个环箍层，通常包括两个环箍层，它们径向叠置，由金属增强件形成，相互平行，并且与周向方向形成至多等于2.5°、优选约0°的角度。

关于金属增强件，金属增强件的机械特征在于这样的曲线，该曲线表示施加到金属增强件上的拉力(以n计)作为其相对伸长率(以％表示)的函数，称为力-伸长率曲线。根据该力-伸长率曲线得出金属增强件的机械拉伸特性，例如结构伸长率as(％)、总断裂伸长率at(％)、断裂力fm(以n计的最大载荷)和断裂强度rm(以mpa计)，这些特性根据1984年的标准iso6892测量。

根据定义，金属增强件的总断裂伸长率at是其结构伸长率、弹性伸长率和塑性伸长率的总和(at＝as+ae+ap)。结构伸长率as由构成金属增强件的金属丝在低拉力下的相对定位产生。弹性伸长率ae由构成金属增强件的金属丝的金属各自单独考虑时的实际弹性产生，金属的行为遵循胡克定律。塑性伸长率ap由这些金属线的金属各自单独考虑时的塑性(即超过屈服点的不可逆变形)产生。例如在文献us5843583、wo2005/014925和wo2007/090603中描述了本领域技术人员公知的这些不同伸长率及其相应含义。

在金属增强件的力-伸长率曲线上的任何点处还定义拉伸模量，以gpa表示，其表示在该点处与力-伸长率曲线相切的直线的倾斜度。特别地，力-伸长率曲线的弹性线性部分的拉伸模量被称为弹性拉伸模量或杨氏模量。

在金属增强件中，通常区分弹性金属增强件(例如保护层中使用的弹性金属增强件)和不可延伸的金属增强件(例如工作层中使用的不可延伸的金属增强件)。

弹性金属增强件的特征在于结构伸长率as至少等于1％，总断裂伸长率at至少等于4％。此外，弹性金属增强件的弹性拉伸模量至多等于150gpa，通常在40gpa至150gpa之间。

不可伸长的金属增强件的特征在于，在等于断裂力fm的10％的拉伸力下，总伸长率at最多等于0.2％。此外，不可伸长的金属增强件的弹性拉伸模量通常在150gpa至200gpa之间。

文献wo2016139348描述了一种如上所述的轮胎的结构，其用于工地类型的重型车辆，并且包括由帘布层的周向卷绕形成的环箍增强件，所述帘布层包括周向弹性金属增强件，所述周向弹性金属增强件与周向方向形成的角度最多等于2.5°，所述帘布层的所述周向卷绕从第一周向端部延伸到在径向上位于第一周向端部的外侧的第二周向端部，以形成至少两个环箍层的径向叠层，所述环箍增强件在径向上位于工作增强件的两个工作层之间。

该文献中描述的环箍增强件的特征还在于具有至少等于800dan的断裂力的增强件。其轴向宽度小于轮胎轴向宽度的一半。

在如文献wo2016139348中所述的轮胎制造期间，旨在形成环箍增强件的包括弹性金属增强件的帘布层(称为金属增强件帘布层)最初存储在辊子上。然后，将其展开并通过周向卷绕在已经径向叠层的轮胎层的径向外侧而被铺设。金属增强件帘布层卷绕至少两圈，以便产生径向叠置的至少两个环箍层，在卷绕开始时的端部与卷绕结束时的端部之间具有周向偏移，从而使得，在有限的周向距离或覆盖长度上，环箍增强件包括三个环箍层。使用单层金属增强件帘布层连续进行卷绕。因此，环箍增强件不包含任何间断。结果，在初始存储辊子上可能存在一部分金属增强件帘布层，其因为不足以产生一件环箍增强件而不可用。金属增强件帘布层的这样的剩余部分由于不够长而不能用于制造，也称为层废料。这种层废料的存在导致材料的损失，对轮胎的制造成本具有负面影响。

技术实现要素：

发明人为自身设定的目标是，降低用于工地类型的重型车辆的轮胎的制造成本，特别是其环箍增强件的制造成本，同时确保其胎冠的相同耐久性能水平。

通过用于工地类型的重型车辆的轮胎实现所述目的，所述轮胎包括：

-胎冠增强件，所述胎冠增强件在径向位于胎面的内侧并且在径向位于胎体增强件的外侧；

-所述胎冠增强件包括保护增强件、工作增强件和环箍增强件；

-所述保护增强件位于胎冠增强件的径向最外侧，并且包括至少一个保护层，保护层包括金属增强件，所述金属增强件与周向方向形成至少等于10°的角度，所述周向方向与轮胎圆周相切；

-所述工作增强件包括至少两个工作层，每个工作层包括金属增强件，所述金属增强件与周向方向形成至少等于15°而至多等于45°的角度，并且一个工作层与下一个工作层交叉；

-所述环箍增强件由金属增强件帘布层沿周向方向的周向卷绕形成，所述金属增强件帘布层从径向内侧起始端部延伸到径向外侧终止端部而形成螺旋形，从而使得环箍增强件在整个圆周上包括至少两个环箍层并且在角扇区a上包括至少三个环箍层，环箍层通过环箍增强件的各个起始端部和终止端部限定，所述环箍增强件的金属增强件与周向方向形成至多等于2.5°的角度；

-所述环箍增强件包括周向位于各个起始端部与终止端部之间的至少一个间断，

-并且任一间断设置成相对于起始端部或终止端部周向形成至少等于90°的角度。

根据本发明，所述环箍增强件包括周向位于各个起始端部与终止端部之间的至少一个间断。

在铺设金属增强件帘布层的第一个完整的圈之后，可以使用层废料来完成环箍增强件的制造。通过使待结合的两个部分的端部靠近来附接这些层废料。这两个端部之间的空间是间断，其中填充有弹性体粘合化合物，其使得金属增强件帘布层的两个部分通过焊接成为一体。这被称为对头焊接，因为在帘布层的两个部分之间没有重叠。在现有技术中，已知的做法是沿着平行于金属增强件的切口焊接金属增强件帘布层而不切断增强件。在本发明的情况下，用于周向铺设的金属增强件被切断，为此目的，必须具有能够切断具有通常约3.8mm的大直径的金属增强件的合适的切割方法。该切口应该足够清洁以避免构成增强件的金属丝线的任何收缩(défoisonnement)，也就是说丝线的端部彼此分隔开。这种收缩会在弹性体涂覆层化合物中产生裂缝，无论是在子午平面或在圆周平面中，都可能导致轮胎损坏。

同样根据本发明，任一间断设置成相对于起始端部或终止端部周向形成至少等于90°的角度。

为了避免轮胎在耐久性方面的任何削弱，并且为了控制其均匀性，任一间断应该足够远离起始端部和终止端部。在环箍增强件的铺设半径等于1648mm的情况下，这对应于等于2590mm的最小周向距离。

根据本发明的一个实施方案变体，所述环箍增强件包括至少两个间断，所述间断周向地位于各个起始端部与终止端部之间，并且所述间断之间形成至少等于90°的角度。

同样为了避免轮胎在耐久性方面的削弱，并且为了控制其均匀性，间断应该足够相互远离。两个间断之间的最小角度偏移至少等于90°，例如，对于等于1648mm的环箍增强件的铺设半径，这对应于间断之间的最小周向距离等于2590mm。

可以使用的层废料的最大数量取决于轮胎的周长和周向方向上的间断之间的距离约束。

有利地，任何间断的直线等分线与周向方向形成的角度d严格小于90°，优选地至少等于15°而至多等于45°，甚至更优选地至少等于25°而至多等于40°。

间断相对于周向方向的倾斜定向满足避免将切断的金属增强件的端部集中在同一个子午面内的需要。在金属增强件的端部，弹性体涂覆层化合物的变形的幅度最大，并且可能在子午平面中引起断裂，导致工作层在轴向方向上分离，并且还可能在周向方向上沿着金属增强件的方向引起断裂。例如，间断被定向成相对于周向方向形成30°的角度。

在几何学上，任何间断的宽度有利地至少等于10mm而至多等于90mm，优选地至多等于70mm。

通过使待结合的两个端部靠近到一定距离来结合帘布层的部分，所述距离代表焊接宽度。该宽度应当在10mm至90mm之间，目标值为70mm。超过等于90mm的宽度，在制造期间，焊接处可能在成形阶段的过程中开口，这导致环箍增强件的铺设直径的显著增加。

关于材料，任一间断由弹性体填充材料形成，所述弹性体填充材料的动态剪切模量gr*至少等于环箍增强件的金属增强件的弹性体涂覆层材料的动态剪切模量ge*。

可以使用任何弹性体填充材料，只要其刚度至少与弹性体涂覆层材料一样。此外，弹性体填充材料应该与涂覆层功能相容，例如在未固化状态下具有与金属增强件粘合的合适性能。

在材料的优选实施方案中，任一间断由弹性体填充材料形成，所述弹性体填充材料的组成与环箍增强件的金属增强件的弹性体涂覆层材料相同。

为了优化实现焊接的成本，使帘布层部分的两个端部成为一体的弹性体填充材料可以是弹性体涂覆层材料。

关于环箍增强件的周向分布，由环箍增强件的各个起始端部与终止端部所限定的角扇区a的长度有利地至少等于0.6m。

这里定义最后一个环箍层的最小重叠长度。该最小长度是从角扇区的最小值乘以最后一层的铺设半径来推导出的。具体地，环箍增强件的起始周向端部与终止周向端部不包含在同一个的子午平面中，而在轮胎外周的圆周部分上重叠，以确保环箍增强件围绕轮胎的整个外周存在。环箍增强件的两个周向端部之间的周向距离称为重叠长度。重叠长度被理解为在赤道平面(穿过胎面的中央的圆周平面)中测量的环箍增强件的周向端部之间的最小周向距离。首先，重叠长度大于0.6m能够在轮胎的任何区域中避免工作层之间的周向增强件在固化期间受到直径变化的影响而比需要使用的层数少一层；其次，增强件的每个端部都是周围弹性体材料潜在的断裂区域，重叠长度大于0.6m能够使这些潜在的开裂区域不会集中在相同子午线平面中(即便半径不同)。

仍然关于环箍增强件的周向分布，由环箍增强件的各个起始端部与终止端部所限定的角扇区a的长度至多等于1.2m。

将该长度限制在1.2m可以将金属帘布层的使用限制在最低限度，从而限制材料成本而不影响耐久性。

在环箍增强件的另一周向分布中，由环箍增强件的各个起始端部与终止端部所限定的角扇区a的长度为零。这是极端情况，其中各个起始端部和终止端部位于同一个子午平面中，即没有重叠。

关于胎冠增强件的结构，所述环箍增强件有利地径向地包括在所述工作增强件的两个工作层之间。

具体地，得益于使用位于胎冠的中央轴线附近的周向增强件，这种结构能够限制胎冠到胎肩的变形。因此，得益于胎冠在中央处的柔性，能够承受由于车辆在障碍物上行驶时的冲击引起的变形，可以获得关于胎冠解理的期望的耐久性能以及预期的抗冲击性能。具体地，当越过障碍物时，轮胎的胎冠起到梁的作用，其中央轴线根据所施加的变形类型位于工作层之间。胎冠增强件的中央弯曲轴线位于刚性最大的胎冠层之间，即位于工作层之间。通过将周向增强件设置在所述工作层之间，该解决方案使周向增强件要承受的与该负载相关联的应力和弯曲变形最小化。

所述环箍增强件的金属增强件优选地是弹性的。

环箍增强件的给定点处的形状因子等于成形硫化轮胎上的所述点的半径r与未成形轮胎上的相同点的半径r0的比率，r和r0相对于轮胎的旋转轴而测量。通过定位在与赤道平面的交叉点处的环箍增强件上，半径的相对变化率(r-r0)/r0表示金属增强件由于制造方法而经历的最大周向延长。在轮胎成形期间，弹性增强件根据所施加的形状因子而延长，然后在成形结束时占据其平衡位置，而没有任何焊接开口。如果形状因子从0.5％到1％的范围内变化，则焊接很坚固并且不会开口。

甚至更优选地，所述环箍增强件的金属增强件是1xn结构的多股线绳，其包括螺旋地卷绕的n股的单层，每股包括螺旋地卷绕的m个内部丝线的内层以及在内层周围螺旋地卷绕的p个外部丝线的外层。

在多股线绳的第一个实施方案中，n＝3或n＝4，优选地n＝4。优选地，增强件限定为4股，但具有3股的选项同样适合。

在多股线绳的第二个实施方案中，m＝3、4或5，优选地m＝3。

在多股线绳的第三个实施方案中，其中p＝7、8、9、10或11，优选地p＝8。

这些增强件设计成在低拉伸载荷下获得显著的伸长。优选的选择是以下类型的增强件：4x(3+8)x0.35，即具有44个丝线的线绳，每个丝线的单个直径为35个百分之一毫米。通过增加在越过障碍物时对拉伸应力的抵抗力，这种增强件的使用改善轮胎的耐久性。

其使用可以延伸到保护层，使得可以承受在障碍物上行驶时施加的局部变形。作为示例，4x(3+8)x0.35类型的多线股绳，即具有44个丝线的线绳，每个丝线的单个直径为35个百分之一毫米。这些增强件的直径至少等于3mm，断裂力至少等于800dan。直径的值较高，使得可以在更大的厚度上吸收保护层的剪切变形，这产生更低的剪切应力。断裂力的值较高，使得增强件可以承受更高的断裂应力，从而改善胎冠在对于冲击的耐久性方面的性能。最后，这些增强件在制造阶段的弹性有利于由于轮胎在模具中固化而产生的铺设直径的扩大。

环箍增强件和保护增强件使用相同的增强件，这涉及使轮胎的构成标准化的理念，其有利于降低制造成本而不损害产品的性能和方法的性能。

关于保护增强件，所述保护层的金属增强件与周向方向形成至少等于15°且至多等于40°的角度。

保护增强件通常包括两个保护层，其各自的金属增强件从一个保护层交叉到下一个保护层。

本发明的另一主题是制造如上所述的轮胎的方法，更具体地，是制造其环箍增强件的步骤。

根据本发明的制造用于工地类型的重型车辆的轮胎的方法包括制造环箍增强件的步骤，其中，通过螺旋地周向卷绕金属增强件帘布层的至少两个部分并且对头焊接两个相继的帘布层部分的相邻端部而获得环箍增强件；金属增强件帘布层通过以弹性体涂覆层材料涂覆的相互平行的金属增强件制成，每个对头焊接处形成由弹性体填充材料构成的间断。

附图说明

在图1至图7中示出了本发明，所述附图未按比例显示，以使其更容易理解。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的轮胎的胎冠1的剖视立体图，所述轮胎的胎冠1具有：

-胎面2，其在径向上位于胎体增强件4外侧，

-胎冠增强件3，其包括保护增强件5、工作增强件6和环箍增强件7，

-所述保护增强件5位于胎冠增强件3的径向最外侧，并且包括两个保护层(51、52)，每个保护层(51、52)包括金属增强件，所述金属增强件与周向方向(xx')形成至少等于10°的角度，所述周向方向(xx')与轮胎圆周相切，

-所述工作增强件6包括两个工作层(61、62)，每个工作层(61、62)包括金属增强件，所述金属增强件与周向方向(xx')形成至少等于15°而至多等于45°的角度，并且一个工作层与下一个工作层交叉，

-所述环箍增强件7由金属增强件帘布层8沿周向方向(xx')的周向卷绕形成，所述金属增强件帘布层8从径向内侧起始端部81延伸到径向外侧终止端部82而形成螺旋形，从而使得环箍增强件7包括至少两个环箍层(71、72)。

图2示出了根据本发明的轮胎的胎冠1的子午截面，所述轮胎的胎冠1具有：

-胎面2；

-胎体增强件4；

-胎冠增强件3，其包括工作增强件5、环箍增强件7和保护增强件6，所述工作增强件5包括两个工作层51和52，所述环箍增强件7包括周向增强件71和72的两圈卷绕，所述保护增强件6包括两个保护层61和62。

图3示出了环箍层72的间断9，所述环箍层72的间断9的等分线与周向方向xx'形成角度d。环箍层72在径向上位于工作层61外侧，工作层61本身在径向上位于胎体增强件4外侧。

图4示出了金属增强件帘布层8的两部分之间的间断9的连接。通过弹性体涂覆层材料实现的这种连接的特征在于，其宽度ld至少等于10mm且至多等于90mm，并且其厚度e至少等于金属增强件帘布层的厚度e。

图5示出了通过以螺旋形卷绕金属增强件帘布层8来制造环箍增强件的示意图，所述金属增强件帘布层8从端部81开始，继续通过第二圈，然后在角扇区a上叠置三个环箍层(71、72、73)。卷绕终止于端部82。

图6示出了具有第二环箍层的本发明，该第二环箍层包括在第二卷绕圈中加入金属增强件的层废料而产生的间断9。间断9与起始端部81形成角度b1，并与终止端部82形成角度b2。

图7与图6的不同之处在于，消除了重叠并且在第二卷绕圈中加入了金属增强件的两个层废料。产生的两个间断91和92相互形成至少等于90°的角度c。

本发明在尺寸为40.00r57的用于工地类型的重型车辆的轮胎上实施。根据本发明的轮胎与现有技术的轮胎的不同之处在于环箍增强件的实施。通过将环箍连续卷绕两圈而获得现有技术的轮胎，而对于本发明，通过卷绕对头连接在一起的层的相继部分来进行箍圈。

下表1中显示的结果对应于两种轮胎变型的环箍增强件的成本差异：

表1

通过消除环箍层的重叠，在对头焊接的生产过程中，材料成本的节省估计为5％。