改进的轮胎

技术领域

本发明涉及一种设置有胎面的封闭花纹设计的改进的轮胎，特别是涉及一种卡车或公共汽车轮胎。

背景技术

设置有“封闭花纹技术”的轮胎在本领域中是公知的。

常规的卡车或公共汽车轮胎花纹的特征在于具有一个或多个纵向槽的几何形状，该纵向槽的宽度范围为6毫米到15毫米。“封闭花纹技术”提供了减小一个或多个胎面槽的宽度的技术，导致槽宽度通常在0.5毫米到4毫米的范围内，目的是改善轮胎滚动损失。

根据以下已知的关系(其中，RRc是滚动阻力系数)，轮胎滚动损失是由于轮胎在滚动条件下的周期性变形所致，并且取决于橡胶应变、材料粘弹性和橡胶体积：

RRc＝tanδ·体积·应变

根据标准实践，胎面的封闭花纹设计允许通过增加胎面压缩刚度并减少加载/滚动下的肋/块变形来减小滚动阻力。作为示例，在图2中示出了曲线图，其中曲线图的在由I、II或III编号(分别对应于小槽、中槽和大槽)的槽图像下方的每个部分是指具体类型的槽的空隙率。在本说明书中，如果槽的宽度等于约2mm，则其被定义为“小”，如果槽的宽度等于约6mm，则其被定义为“中”，如果槽的宽度等于约10mm，则其被定义为“大”。在曲线图中，从小槽到大槽(槽图像I至III)的滚动阻力的增长由线A示出，其中虚线B表示刚度从小槽到大槽降低。

为了评估如何实现这种技术效果，应当考虑到，肋在轮胎滚动期间经受竖直压力。由于橡胶泊松效应，肋的变形形状将在垂直于压缩方向的方向上膨胀，从而有助于轮胎的整体滚动阻力。

在封闭花纹中，通过减小槽壁的距离(这导致槽的相对两面在轮胎滚动期间互锁变形(图3A至图3C))来增大轮胎压缩刚度。

封闭花纹设计的折衷之一是帘布层转向效应的增加，这对轮胎磨损和不规则磨损具有负面影响。特别地，与封闭花纹轮胎相关联的滚动阻力系数RRc比标准花纹轮胎的滚动阻力系数低约2％。

通常，轮胎胎冠结构由结合在一起的多层帘布层制成，以实现多帘布层系统，其在经受简单的拉伸载荷时扭曲和弯曲。结果是层合体的弯曲、剪切和拉伸的组合。

此外，当轮胎在自由滚动条件下时，轮胎的环形形状在接地处变平，因此在接触区域(胎面块)中产生横向和纵向剪切应力。此外，在平面中，由于接地处的带束张力的变化，也会发生剪切。施加到独立胎面块的此类剪切应力引起耦合的反作用力，导致回正扭矩。

因此，轮胎在直线滚动条件下产生可测量的侧向力和自回正力矩。帘布层转向侧向力(其是零滑移角时的非零侧向力)是带束子午线轮胎的固有性质。

在充气阶段产生拉伸带束包装件的拉力(引起帘布层转向)，于是轮胎加载/弯曲使带束张力松弛。轮胎越弯曲，带束就越松弛，因此帘布层转向力越小。封闭的花纹加强了轮胎胎冠并限制了轮胎弯曲，从而导致较小的带束松弛和较大的帘布层转向力。

为了评价胎面几何形状对帘布层转向效应的影响，已经使用了胎面的两种不同的花纹几何形状(标准花纹和封闭花纹)进行了FEM模拟。这种模拟的结果在附图4和附图5中示出，并且清楚地示出封闭花纹几何形状导致帘布层转向效应的负增量。

发明内容

因此，本发明提出并解决的技术问题是提供一种轮胎，其允许克服以上参考现有技术提及的缺点。

该问题通过根据技术方案1的轮胎来解决。本发明的优选特征是从属技术方案的客体。

根据本发明的第一方面，提供了一种轮胎，其包括胎体、设置有封闭花纹设计的外胎面部分和至少一个高伸长率(HE)带束，该高伸长率(HE)带束以单帘线的方式或以多帘线的条的方式施加、特别是配置在斜交工作带束(bias working belt)之间。

在本申请中，术语“高伸长率带束”是指如下的带束：其特征在于刚度模量作为应变的函数而变化。特别地，刚度模量与应变成正比，这意味着刚度模量对于小应变较低，并且对于较大应变较高。

这允许帘线(或多帘线)在硫化过程期间膨胀并确保在操作期间的高刚度模量。由于股线的几何形状，钢帘线(或多帘线)保证了这种技术效果。

为了更清楚起见，高伸长率带束是嵌有帘线的带束，该帘线设置有在约3,000MPa(低模量，从0到约2％的应变或伸长率)到125,000MPa(高模量，对于大于约2％的应变)之间变化的刚度模量，所述帘线具有在2.5％到3.5％之间的断裂伸长率，该断裂伸长率在从硫化轮胎提取的样品上测量。

目前可得到多种已知类型的高伸长率带束。

根据本发明，至少一个高伸长率带束可以以单帘线的方式或以多帘线(例如六个或九个帘线)的条的方式施加。

为此，以上刚度性质并不是由于带束本身，而是由于构成带束的单帘线构造(即，彼此平行配置的多个单帘线或同样彼此平行配置的六个或九个帘线的条)。

至少一个高伸长率带束(优选为包括一个或至多两个高伸长率带束的系统)的施加提供了相对于传统带束构造很大的优点。

后一种传统类型的构造(参考小型卡车轮胎或公共汽车轮胎)通常提供一条或两条纵向的“波纹带束”(也称为“波浪带束”)的摆位，其被施加为具有一定的“摆位角”或“带束帘线角”θ的多个压延帘线(优选九个帘线)的条。此外，这种条的边缘需要利用带束条的额外重叠来保护，以避免耐久性问题。

此外，在常规(波纹)轮胎的构造期间，在缠绕九个帘线条之后，为了避免自由帘线的持续存在，在缠绕的起始和结束处添加额外的一整圈条：以这种方式，实现了折返边缘。

带束条施加角度和折返边缘的存在影响了帘布层转向力(使它们增大)，因为交叉带束(折返边缘)之间的厚度增加并且还提供了残余带束帘线角θ。

相反，所要求保护的本发明的至少一个高伸长率带束以单帘线条的方式施加。从多帘线的条切换到单帘线极大地减小了带束帘线角θ，并且还避免了对折返边缘的需要(无自由边缘)。

特别地，至少一个高伸长率带束以0°施加(作为纵向带束)。有利地，由于HE施加的小带束帘线角θ，带束包装件的较低的不对称性将导致较小的帘布层转向力。

以下提供的对比表1示出了在现有技术的带束系统和设置有一个高伸长率带束的根据所要求保护的本发明的带束系统的优选实施方式之间关于诸如轴向宽度A和带束帘线角θ(包括在图1和图2中所示的帘线和纵向L之间的角度)的参数的主要差异，两个所对比的带束系统都具有相同的封闭花纹且包括四个带束(编号为1到4)：

表1

表1中在带束帘线角度值附近报告的字母L和R分别对应于从周向开始测量相关带束帘线角的幅度所依据的左方向或右方向。R对应于从周向开始顺时针测量的角度，而L对应于从周向开始逆时针测量的角度。

在附图6中，报告了实验数据(在几个轮胎花纹点中的磨损能)，示出了从上述现有技术的带束系统(特别是波纹轮胎)和根据所要求保护的发明的带束系统的优选实施方式(高伸长率轮胎)，帘布层转向力是如何变化的(参考表1)。

在图6中，横坐标轴的范围从约-125mm到125mm的部分是指所考虑的点在胎面上的横向位置。图6清楚地示出，对于固定的横向力(Fy＝0)，现有技术的波纹轮胎的平均滑移角较高，这意味着现有技术的轮胎在滑移角等于0°时与较高的帘布层转向力相关联。

因此，封闭花纹技术与根据所要求保护的轮胎构造的至少一个高伸长率带束的组合允许获得较低的帘布层转向力，并且因此获得轮胎的较低的磨损和不规则磨损性能。

也就是说，将至少一个高伸长率带束施加到封闭花纹轮胎允许抵消由封闭花纹提供的负面效果，并且仅享有其正面效果。

采用本发明的其他优点、特征和模式将从以下以示例而非限制的方式呈现的一些实施方式的详细描述变得显而易见。

附图说明

将参考附图，其中：

图1示出了根据本发明的轮胎的优选实施方式的示意性截面图，为了更清楚起见，仅示出了一个区段，其中的一些部分被举例说明；

图1A是包括在图1所示的轮胎中的四个带束的俯视图的简化表示；

图2是示出作为体积空隙率％的函数的滚动阻力趋势的图；

图3A示出了设置有封闭花纹胎面的现有技术轮胎的示意性截面图；

图3B示出了图3A的放大细节，特别是涉及在加载条件下该后面的图3A的轮胎胎面花纹的标准槽；

图3C示出了图3A的放大细节，特别是涉及经受竖直载荷的该后面的图3A的轮胎胎面花纹封闭花纹槽；

图4是分别示出对于标准花纹和封闭花纹胎面设计的作为滑移角的函数的残余力Fy趋势的图；

图5示出了参考根据现有技术的标准花纹轮胎和根据现有技术的封闭花纹轮胎的帘布层转向效应的示例值；

图6示出了参考根据现有技术的标准波纹轮胎和根据本发明的优选实施方式的设置有高伸长率带束和封闭花纹胎面的轮胎的磨损能的示例值。

以上介绍的附图中所示的尺寸以及厚度和曲率应被理解为纯粹是示例性的，并且不一定按比例示出。此外，如上所述，在所述附图中，为了更清楚地示出本发明的各方面，可能已经省略了轮胎的一些层/部件。

具体实施方式

在下文中，将参考以上介绍的附图描述本发明的若干实施方式和变型例。

此外，当以下描述的不同实施方式和变型兼容时，可以组合使用它们。

根据本发明的改进的轮胎提供了一种与胎面的封闭花纹设计组合的新带束构造，以便平衡帘布层转向折衷并增强滚动阻力RRc和磨损性能，从而避免具有封闭花纹设计的现有技术轮胎的缺点。

如上所述，根据本发明的轮胎包括外胎面部分，其设置有设计成实现封闭花纹的两个或更多个槽。参考图1，轮胎10的优选实施方式包括设置有两个或更多个槽7的胎面部分6，槽7围绕所述胎面部分6根据周向L延伸。

根据平行于轮胎10的转动轴线R且正交于所述周向L的轴向A测量的所述槽7中的至少一者的轴向宽度Wg在0.5毫米到4毫米的范围内、特别地小于或至少等于2毫米。

所述槽7的轴向宽度Wg在槽的整个深度上基本恒定。“基本”是指，槽壁在它们与胎面滚动表面相交的点处相对于正交面可以具有2度到5度之间的略微倾斜。

根据轮胎10的径向测量的所述槽7中的至少一者的径向深度Dg在7毫米到14毫米的范围内、优选地在8毫米到13毫米的范围内、更优选地在9毫米到12毫米的范围内。

在优选实施方式中，所述槽7中的至少一者是在轮胎轴向上最靠近轮胎赤道面CL(或中心线CL)的槽。

轮胎赤道面CL是将胎面部分6分成两个等宽部分的平面。

在另一优选实施方式中，所述槽7中的两个槽是在轮胎轴向上最靠近轮胎赤道面CL(或中心线CL)的槽。

在另一优选实施方式中，所述槽7中的两个槽是在轮胎轴向上最靠近轮胎赤道面CL(或中心线CL)的槽，其中，两个槽7在轮胎轴向上布置在轮胎赤道面CL(或中心线CL)的两侧(每一侧布置一个)。

在另一优选实施方式中，所述槽7中的一个、两个或三个槽在轮胎轴向上布置在轮胎赤道面CL(或中心线CL)的两侧。

所述槽7位于花纹的中心区域(即位于靠近赤道面CL的区域)的优点在于，胎面花纹的刚度由此增加，导致改善的滚动阻力。

在优选实施方式中，所述槽7定位在距赤道面CL的最大轴向距离内，该最大轴向距离对应于最宽胎面带束1、2、3、4的轴向宽度W

根据本发明的轮胎10还包括胎体5(其可以包括一个或多个内体帘布层)和至少一个高伸长率带束。至少一个高伸长率带束以单帘线条的方式径向地施加到胎体5的外部。

根据本发明的特定实施方式，至少一个高伸长率带束施加到轮胎的内体帘布层的径向最外侧。根据本发明的优选实施方式，提供了一种包括彼此径向叠置的多个带束的轮胎，该轮胎包括一个对应于从胎体开始向胎面部分去的第二带束的高伸长率带束。

根据图1所示的优选实施方式，轮胎10包括四个带束，特别是从胎体5开始向胎面部分8去的第一带束、第二带束、第三带束和第四带束(分别由附图标记1、2、3、4表示)。

优选地，四个带束1、2、3、4中的每一者都以限定相应的带束帘线角(在图1A中分别用附图标记θ

所述第一带束1、第二带束2、第三带束3和第四带束4中的至少一者是高伸长率带束，其以单帘线条的方式施加并且具有等于0°的带束帘线角。也就是说，高伸长率带束被构造为纵向带束。

特别地，单帘线条以螺旋方式施加，并且由于这种施加，有利于获得等于0°的带束帘线角。

优选地，相对于周向轴线L测量的每个带束帘线角θ

更具体地，带束帘线角是包括在周向轴线L和帘线主延伸轴线之间的最小角度(具有正或负的幅度值，其中，正幅度是根据顺时针方向测量的，负幅度是根据逆时针方向测量的)。作为示例，在图1A中，示出了根据逆时针方向具有等于约45°的幅度的带束帘线角θ

根据图1和图1A中所示的本发明的优选实施方式，第二带束2设置为高伸长率带束，其以单帘线条的方式施加并且构造成限定等于0°的第二带束帘线角θ

特别地，轮胎10包括：第一带束1，其限定范围为35°到60°的第一带束帘线角θ

根据本发明的优选实施方式，各带束的角度相对于第一带束帘线角θ

-第二带束帘线角θ

-第三带束帘线角θ

-第四带束帘线角θ

根据本发明的更优选的实施方式，第一带束1限定等于40°的第一带束帘线角θ

相反，根据本发明的替选实施方式，仅第一带束1是高伸长率带束，其以单帘线条的方式施加，并且根据该实施方式限定等于0°的第一带束帘线角θ

根据本发明的又一实施方式，第一带束1和第二带束2都是高伸长率带束，其以单帘线条的方式施加并且分别限定等于0°的第一带束帘线角θ

再次参考图1和图1A中所示的轮胎10的优选实施方式，所述第一带束1、第二带束2、第三带束3和第四带束4中的每一者都具有根据所述轴向A测量的范围为100毫米到300毫米的相应宽度W

根据本发明的优选实施方式，第二带束2、第三带束3和第四带束4的所述宽度W

-第二带束2的宽度W

-第三带束的宽度W

-第四带束4的宽度W

特别地，第一带束1具有等于230毫米的第一宽度W

如图1中可见，四个带束1、2、3、4以实现夹层结构或带束系统的方式彼此径向叠置。特别地，相对于其他带束2、3，第一带束1在最内侧位置处，第四带束4在最外侧位置处。根据这样的实施方式，第二带束2介于第一带束1和第三带束3之间，而第三带束3介于第二带束2和第四带束4之间。

根据以上公开的实施方式的轮胎特别适用于卡车或公共汽车轮胎。

在此已经参考优选实施方式描述了本发明。在由所附权利要求的保护范围限定的相同发明核心内，其他实施方式也是可能的。