充气轮胎及其制造方法
【专利说明】充气轮胎及其制造方法
[0001]本公开的主题广义地涉及充气轮胎的领域，并且更具体地讲，涉及包括至少部分地由碳纤维形成的胎圈加强元件的充气轮胎以及使用此类胎圈加强元件制造充气轮胎的方法。
【背景技术】
[0002]充气轮胎通常包括具有从胎冠部分向内径向延伸并且终止在胎圈区域的侧壁的外胎。在充气轮胎的已安装状态下，胎圈区域定位在相关联的车轮的对应胎圈座上或沿着该胎圈座定位。胎圈区域的尺寸被设计成与胎圈座紧密地相互接合。通过这种方式，可在充气轮胎和相关联的车轮之间形成基本上气密性的组件。因此，可形成充气轮胎和车轮的组件，其能够在延长的时间段内在升高的压力水平下保持一定量的空气。
[0003]此外，充气轮胎的胎圈区域与相关联的车轮的对应胎圈座之间的相互接合应当足够稳固以传递作用于充气轮胎上的全部扭矩而不允许充气轮胎与相关联的车轮之间的相对运动。一般来讲，由于相关联的车轮与路面之间的力的传递，在车辆使用期间会产生作用于充气轮胎上的扭矩。应当理解，这种扭矩可在车辆加速和减速期间产生。
[0004]在许多情况下，车轮被制造成工业标准尺寸并且包括具有确定构型和/或构造的胎圈座。要确保充气轮胎和相关联的车轮之间可形成稳固的互连，充气轮胎的胎圈区域的尺寸被设计成使得形成胎圈区域的橡胶的一部分在安装时沿着胎圈座径向压缩。基本上不可延伸的加强元件通常被嵌入胎圈区域内，使得橡胶的沿着胎圈座压缩的部分向加强元件内侧径向设置。此类不可延伸的加强元件通常采取在本领域中通常被称为胎圈芯的无端环形抗拉构件的形式。
[0005]在充气轮胎的已安装状态下，胎圈芯被设置为受拉，这至少部分地由于橡胶的向胎圈芯内侧径向设置且接合对应车轮的胎圈座的部分发生压缩。为了建立和保持充气轮胎与相关联的车轮之间的稳固的相互接合，胎圈芯被构造成在安装和使用期间产生的拉伸负载下基本上不可延伸。
[0006]通常，胎圈芯由例如以环形构型(诸如以圆箍形状)布置的一条或多条钢丝组成，而且可具有各种已知横截面形状中的任一种，诸如圆形、正方形、矩形、梯形、六边形，或它们的变型形式。在一些情况下，胎圈芯由具有相对端部的相对较短长度的线或杆形成，所述相对端部被焊接或以其他方式接合在一起以形成实心环。在其他情况下，胎圈芯由包裹和卷绕成环形圈的一条或多条伸长长度的较小直径的线形成。
[0007]虽然已知的充气轮胎构造通常能够令人满意地工作，但仍然需要提高充气轮胎性能，以及在已知的构造基础上减少充气轮胎的重量和/或制造成本。因此，本公开的主题力求在已知的充气轮胎构造上提供这些和/或其他益处和/或改善。
【发明内容】
[0008]根据本公开主题的充气轮胎的一个例子可包括围绕旋转轴在周边延伸的弹性体外胎。弹性体外胎可包括沿大致轴向方向延伸的胎冠部分。相对的侧壁可相对于彼此轴向隔开地设置，并且可沿着胎冠部分向内径向延伸到各自的胎圈区域。多个胎圈加强元件可设置有嵌入胎圈区域中的每个内的胎圈加强元件中的至少一个。胎圈加强元件可至少部分地由碳纤维形成。
[0009]根据本公开主题的尺寸被设计成用于形成相关联的充气轮胎的胎圈区域的胎圈加强元件的一个例子可包括具有外表面且围绕旋转轴在周边延伸的环形主体。环形主体可至少部分地由多根碳纤维和一定数量的基质材料形成。
[0010]根据本公开主题的制造充气轮胎的方法的一个例子可包括将至少一个由橡胶组成的材料层沿着相关联的轮胎成型鼓取向。该方法还可包括提供由多根碳纤维组成的胎圈加强元件，以及将胎圈加强元件沿着至少一个材料层定位。该方法还可包括将至少一个材料层锚固到胎圈加强元件。该方法还可包括将带式包装件和胎面沿着至少一个材料层定位以形成未固化的轮胎组件。该方法还可包括固化该组件以形成充气轮胎。
【附图说明】
[0011]图1是根据本公开主题的包括充气轮胎的轮胎和车轮组件的一个例子的示意性侧视图。
[0012]图2是图1中的组件沿着其线2-2截取的示意性剖视图。
[0013]图3是图1和图2中的组件在图2中示为细节3的部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的一个例子。
[0014]图4是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0015]图5是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的又一个例子。
[0016]图6是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0017]图7是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0018]图8是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0019]图9是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的又一个例子。
[0020]图10是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的又一个例子。
[0021]图11是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0022]图12是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0023]图13是图1至3中的组件部分的放大视图，示出了根据本公开主题的包括胎圈加强元件的胎圈区域的另一个例子。
[0024]图14是根据本公开主题的示例性胎圈加强元件的节段的透视图，其中表面处理沿着其外部表不。
[0025]图15是根据本公开主题的制造充气轮胎的方法的一个例子的图形表示。
【具体实施方式】
[0026]如本文所用，诸如“纤维”、“细丝”等的术语对于具有小横截面尺寸(诸如在大约I μ m至大约25 μ m范围内的横截面尺寸)和不确定伸长长度的材料可互换使用。在优选的布置中，纤维材料可具有在从大约4 μπι至大约10 μm范围内的横截面尺寸。
[0027]如本文所用，诸如“碳纤维”、“碳丝”等的术语对于通过使前体纤维碳化而形成的具有上述横截面尺寸和长度的材料可互换使用。在一些情况下，适于根据本公开的主题使用的碳纤维可具有在大约50GPa至大约350GPa范围内的拉伸模量，可具有在大约4μπι至大约10 μm范围内的横截面尺寸，并且/或者可具有2.5%或更小的拉伸伸长率。
[0028]此外，如本文所用，诸如“纤维”、“细丝”、“碳纤维”、“碳丝”等的术语可以是指材料的两个或更多个单独的长度。在一些情况下，此类术语可以是指大量的材料(例如，数以千计的纤维、数以十万计的纤维、数以百万计的纤维，数以千万计的纤维)，其为有取向的(例如，大致对齐或以其他方式松散地组织)或无取向的(例如，沿许多方向随机定位)。
[0029]如本文所用，诸如“纱线”、“纤维束”等的术语参考大量纤维(诸如一千或更多个纤维)使用，所述纤维沿不确定长度的连续伸长股线放置、扭曲和/或以其他方式捆绑在一起。作为一个例子，纱线可包括一定量的纤维，其在从大约1000个纤维至大约500，000个纤维的范围内。
[0030]如本文所用，诸如“帘线”等的术语参考一种或多种纱线的产物使用，该产物可沿不确定长度的连续伸长股线放置、扭曲和/或以其他方式捆绑在一起。在一些情况下，一种或多种纱线可用粘结剂、粘合剂和/或基质材料处理。
[0031]现在转到附图，其中提供图示是为了阐明本公开主题的示例性实施例，并且附图并非旨在限制，图1示出轮胎和车轮组件100，其包括安装在常规车轮104上的充气轮胎102，所述常规车轮允许充气轮胎在充气状态下工作和使用。在图1和图2中的示例性布置中，可为任何合适类型、种类、构造和/或构型的车轮104被示为包括安装轮毂106，该安装轮毂具有形成合适的孔图案的多个安装孔108。车轮104还示为包括相对的轮缘壁110和112 (图2)，所述轮缘壁终止在对应凸缘114和116处。如图2所示，胎圈座118和120分别沿着与凸缘114和116相邻的轮缘壁110和112形成。
[0032]轮胎102围绕轴AX (图1)周向延伸并且包括弹性体外胎122 (图2)，该弹性体外胎具有胎冠部分124以及沿着胎冠部分124向内径向延伸的轴向间隔开的侧壁126和128。胎冠部分包括外表面130和至少部分地限定轮胎腔体134的内表面132。凹槽136可沿着胎冠部分124的外表面130以任何所需图案或构型提供以形成轮胎胎面，如本领域中所熟知的。
[0033]在图1和图2中示出的示例性布置中，充气轮胎102包括胎圈区域138 (在一些情况下，其可另选地称为“安装胎圈”或“安装胎圈区域”)，该胎圈区域形成侧壁126和128的径向向内长度。胎圈区域的尺寸可被设计成或者以其他方式适于在车轮104上安装充气轮胎102的状态下沿着胎圈座118和120形成气密关系。因此，当安装在车轮上时，充气轮胎102可通过传统阀(未示出)充气，该传统阀例如通过车轮104的轮缘壁110和112中的一个与轮胎腔体134可操作地连接。此外，应当理解，具有形状、大小、特征结构和元件的各种组合的胎圈区域已被开发并且可包括在充气轮胎102上。此类特征结构和元件的非限制性例子包括胎趾特征结构、胎踵特征结构、胎圈包布、胎圈錾、和干扰条。
[0034]不管可包括在根据本公开主题的充气轮胎的胎圈区域上或沿着该胎圈区域包括的一种或多种其他特征结构和/或元件为何，充气轮胎的胎圈区域还包括至少一个胎圈加强元件(例如，胎圈芯和/或胎圈填料)，其包括碳纤维或以其他方式至少部分地由碳纤维形成。在图1至图3中的示例性布置中，例如，充气轮胎102的胎圈区域138各自示为包括胎圈芯140和胎圈填料142形式的胎圈加强元件。
[0035]如本领域所熟知的，充气轮胎(诸如充气轮胎102)例如还包括含有多个紧密隔开的径向加强帘线或线的一个或多个帘布层，所述帘布层跨过外胎的胎冠部分并沿着外胎的侧壁向内径向延伸。在图1和图2中的示例性布置中，外胎122(图2)示为被无玮径向帘布层144加强，该帘布层跨过胎冠部分124并沿着侧壁126和128朝向胎圈区域138延伸。轮胎的进一步加强可由一个或多个环形带提供，所述环形带诸如沿着例如胎冠部分124周向延伸的带146。径向帘布层144和带146可由例如任何合适的材料或材料的组合(诸如钢丝或合适的纺织纤维)制成，如本领域所熟知的。
[0036]胎圈芯140采取嵌入胎圈区域138内的基本上不可延伸的无端环的形式。胎圈加强元件(例如，胎圈芯140)的一个功能是建立和保持胎圈区域138的横截面尺寸以及由其形成的开口，使得充气轮胎可沿着相关联的车轮的对应胎圈座(例如，车轮104的胎圈座118和120)安装，诸如可通过工业标准和惯例建立的。
[0037]胎圈加强元件(例如，胎圈芯140)的另一个功能是例如锚固径向帘布层(诸如径向帘布层144)，同时延伸跨过相对胎圈区域之间的轮胎胎体。应当理解，此类径向帘布层可通过胎圈芯140以任何合适的方式锚固。例如，径向帘布层144在图2和图3中示为沿着侧壁126和128朝向胎圈区域138延伸。径向帘布层144在径向向内方向沿着胎圈芯140的轴向向内侧面延伸并且穿过由胎圈芯形成的开口。径向帘布层144的外端148沿着胎圈芯140的轴向向外侧面上翻并且在径向向外方向沿着侧壁126和128返回。胎圈填料142被示为在径向帘布层144与外端148之间的区域中与胎圈芯140相邻设置，并且可操作以至少部分地填充径向帘布层144