包括免充气轮胎和优化轮辋的特别用于地外车辆的车轮的制作方法

本发明涉及包括免充气轮胎（特别是旨在安装至地外探测车辆的免充气轮胎）的车轮的领域，所述地外探测车辆特别地旨在在月球或火星上在例如经受非常大的温度变化并且可能达到低至-243°c的极低温度和高达+130°c的极高温度的环境中移动。这种热梯度特别在月球的南极处测得。更具体地，本发明涉及这种免充气轮胎的轮辋。

背景技术：

1、常规轮胎（其经受充气气体（通常为空气）的内部压力）或者常规免充气轮胎或实心轮胎（其未经受充气气体的内部压力）不适用于这种用途，因为制造它们的常见的橡胶基材料的机械性质与在可能达到极低温度（也称为极冷温度）的环境中使用不相容。

2、作为常规轮胎的替代技术方案，已知的做法是使用免充气轮胎（或更通常地不具有充气气体的轮胎），所述免充气轮胎通过结构组件承载负载，并且具有与常规轮胎相当的性能。安装在轮毂或轮辋上的免充气轮胎有时被称为“非充气弹性车轮”。

3、在本说明书的剩余部分中，周向方向或纵向方向表示轮胎的旋转方向，轴向方向或横向方向表示平行于轮胎的旋转轴线的方向，并且径向方向表示垂直于轮胎的旋转轴线的方向。

4、“内”元件理解为意指相对于“外”元件更靠近轮胎的旋转轴线的部件。

5、免充气轮胎沿径向从内侧至外侧通常包括：

6、- 胎体，所述胎体由结构元件构成，并旨在与轮辋或轮毂相配合；和

7、- 胎面，所述胎面刚性地连接至胎体，并旨在将行驶力传递至所述胎体，被磨损并确保轮胎在地面上的抓地力。

8、胎体沿径向从内侧至外侧包括：

9、- 支撑结构，所述支撑结构旨在在结构上支撑施加至轮胎的负载的至少一部分，并刚性地连接至轮辋或轮毂；和

10、- 剪切带，所述剪切带旨在通过剪切将行驶力传递至支撑结构，并至少部分地有助于承载负载。

11、支撑结构沿径向从内侧至外侧包括用于连接至轮辋或轮毂的装置、径向元件或轮辐以及用于连接至剪切带的装置。

12、然而，支撑结构通常不会像常规轮胎那样限定旨在包含加压气体的密封内腔。因此，免充气轮胎不需要相对于轮辋或轮毂密封连接。

13、剪切带沿径向从内侧至外侧包括：

14、- 第一径向内膜；

15、- 剪切层，所述剪切层由一个或多个剪切元件构成；以及

16、- 第二径向外膜，所述第二径向外膜旨在接收胎面，并通过剪切层连接至径向内膜。

17、通常，第一膜和第二膜的周向拉伸弹性模量通常基本上大于由聚合物材料制成的剪切层的剪切弹性模量，使得在所施加的负载下，当轮胎在行驶时变得扁平时，膜几乎不会伸长。在剪切层中通过剪切发生膜相对于彼此的相对移动。例如，内膜和外膜分别包括涂覆有聚合物材料的增强件层或增强件层的叠加。

18、作为示例，由聚合物材料制成的剪切层由聚合物材料（例如天然橡胶或合成橡胶或聚氨酯）组成。通常，剪切层的材料的剪切模量至少等于3 mpa且至多等于20 mpa，这允许剪切带在负载下更容易变得扁平。

19、最后，胎面（其为轮胎的径向外组件）通常由聚合物材料（例如天然橡胶或合成橡胶）制成。

20、多年来，米其林北美公司一直在以名称michelin® tweel®销售由上述免充气轮胎和车轮组成的安装组件。该技术方案主要包括胎面、剪切带、支撑结构和轮毂，所述支撑结构由非常坚固的由聚树脂制成的轮辐组成，所述轮毂由两个加强钢部件组成。

21、然而，提高这些免充气轮胎的承载能力需要：

22、- 增加胎体的结构元件的厚度，这会导致这些结构元件中的应力的增加。实际上，增加旨在通过弯曲起作用的结构元件（例如支撑结构的轮辐）的厚度例如将导致弯曲应力的增加。

23、- 或者增加胎体围绕轮辋分布的结构元件的数量。然而，在较重负载下，可能发生结构元件之间的接触。

24、当免充气轮胎经受较重的竖直负载时，支撑结构的轮辐在与轮辋的接合处会发生相互穿插，即支撑结构的轮辐在初始空载状态下重叠，这是不可接受的。

25、因此，不可能将轮辐的数量增加到一定量以上而不改变结构的其余部分，同时确保适当的机械操作。

26、因此，需要克服上述缺点。

技术实现思路

1、本发明人旨在涉及一种免充气轮胎，所述免充气轮胎能够承受范围在5 dan/车轮和200 dan/车轮之间的负载，特别是通过选择适当的轮辋。

2、另一个目的是设计一种免充气轮胎，所述免充气轮胎可以在地外环境中在极低温度下（通常在[-243°c；+130°c]的范围内）行驶。根据本发明的轮胎还可以适用于在陆地环境中在各种类型的地面上（其可以为沙地或石质地面）行驶。

3、本发明的目的为一种用于车辆的安装组件或车轮，所述安装组件或车轮包括轮辋和安装在所述轮辋上的免充气轮胎，所述免充气轮胎沿径向从内侧至外侧包括支撑结构、剪切带和胎面，所述支撑结构刚性地连接至轮辋的外表面，所述剪切带刚性地连接至支撑结构，所述胎面刚性地连接至剪切带，所述支撑结构包括沿周向均匀分布的多个轮辐。

4、轮辋的外表面包括在轮辋外表面的外缘上沿周向分布的多个连续花纹。

5、不同于现有车轮的轮辋的圆柱形外表面，轮辋的外表面是波状的，因此其不是圆柱形的。

6、这种花纹能够增加支撑结构的轮辐的数量（即使其更密集），而不会产生使轮辐在初始空载状态下彼此重叠的任何风险（从而承受范围在5 dan/车轮和200 dan/车轮之间的较重负载），并且不会使整体结构（即胎体）的最大应力增加到超过阈值（取决于材料）。

7、术语“连续花纹”理解为意指沿着轮辋外表面的外缘的一系列花纹。

8、术语“轮辋”理解为意指用于与车辆连接并在中心支撑轮胎的结构。轮辋以已知的方式包括旨在紧固至车辆的紧固轮毂和限定轮辋的外表面的至少一个外环。紧固轮毂通过连接结构（例如一个或两个径向凸缘）连接至外环。

9、多个花纹的每个花纹沿周向依次包括凸面形状、凹面形状和基本上平坦的锚固部段。

10、术语“凹面”理解为意指朝向轮胎内侧弯曲的形状。

11、与凹面相反，术语“凸面”理解为意指朝向轮胎外侧弯曲的形状。

12、有利地，多个花纹的花纹彼此相同，并均匀地分布在轮辋外表面的外缘上。

13、例如，每个花纹在角度范围为5°和15°之间的角扇区上延伸。

14、有利地，轮辋外表面的花纹的锚固部段与支撑结构的轮辐的第一内端部相配合。

15、以非限制性的方式，在这种情况下，轮辐各自包括内端部、凹面部分和外端部，所述内端部例如通过紧固装置（例如螺钉/螺母装置）或通过铆钉刚性地连接至轮辋，所述外端部通过螺钉或铆钉刚性地连接至剪切带。

16、优选地，支撑结构的每个轮辐的第一内端部与轮辋外表面的相应花纹的锚固部段相切。

17、例如，轮辋外表面上的花纹的锚固部段在其每个端部处相切地连接至相邻花纹的直线部段。

18、例如，轮辋外表面的花纹的锚固部段与穿过每个花纹的两个端部的圆柱形几何形状形成范围在5°和30°之间，优选地等于10°的角度。

19、作为变体，凸面形状可以位于锚固部段和凹面形状之间。

20、例如，轮辋外表面上的花纹的数量等于支撑结构的轮辐的数量。

21、换言之，花纹的数量对应于锚固部段的数量。

22、优选地，支撑结构的轮辐以均匀的间距沿周向分布，并在轮辋的外表面和剪切带之间沿径向延伸。

23、例如，剪切带沿径向从内侧至外侧包括内剪切膜、剪切结构和外剪切膜，所述剪切结构由多个沿周向分布的剪切元件构成。

24、有利地，剪切结构的剪切元件以规则间距沿周向分布，并在内剪切膜和外剪切膜之间沿径向延伸。

25、以非限制性的方式，每个剪切元件包括两个相反的曲率。

26、例如，以非限制性的方式，剪切带的内剪切膜和外剪切膜是圆柱形的。

27、作为变体，可以规定剪切带的径向内膜和/或径向外膜包括在相应的剪切膜的周向外缘上沿周向分布的多个连续花纹。

28、每个花纹包括至少一个凹面形状、至少一个凸面形状和与剪切元件相配合的锚固部段。

29、优选地，支撑结构、剪切带和胎面各自由至少一种材料（优选热塑性材料）制成，所述材料具有根据astm（美国材料与试验协会）发布的国际标准astm d638测量的以下机械特征：

30、- 在等于20°c的温度下测得的杨氏模量e至少等于1 gpa且至多等于6 gpa，并且在等于-196°c的温度下测得的杨氏模量e至少等于1.2 gpa且至多等于9 gpa；和

31、- 在等于20°c的温度下测得的最大拉伸应力sm至少等于25 mpa且至多等于150mpa，并且在等于-196°c的温度下测得的最大拉伸应力sm至少等于40 mpa且至多等于260mpa。

32、这种免充气轮胎旨在安装至地外车辆，并且能够承受范围为-243°c至+130°c的较大温度梯度。

33、为了使免充气轮胎能够在可能在极低温度和极高温度（通常在区间[-243°c；130°c]内）之间变化的地外环境中在各种类型的地面（其可以为沙地或石质地面）上行驶，本技术人已经选择了在环境温度（等于20°c）和极低温度（等于-196°c）下的杨氏模量e和最大拉伸应力sm基本上在特定范围内的材料。

34、杨氏模量e和最大拉伸应力sm在从根据国际标准astm d638（“塑料拉伸性质的标准测试方法”：由astm（美国材料与试验协会）开发）对标准化试样进行的拉伸测试建立的“应力-伸长率”拉伸曲线上测量。标准化试样具有等于84 mm的长度和等于2 mm的厚度，并且包括具有等于25 mm的长度和等于4 mm的宽度的窄部。施加至试样的拉伸速度等于500mm/min。杨氏模量e为在低变形下测量的切线模量。

35、杨氏模量e决定了免充气轮胎在预期工作温度下的刚度和负载能力。最大拉伸应力sm决定了免充气轮胎在预期工作温度下的耐久性。

36、因此，本发明人已经选择了包括上述机械特征的材料，其确保了在免充气轮胎在预期工作条件下所需的负载能力和耐久性之间实现令人满意的折衷。免充气轮胎必须能够承载通常在5 dan和200 dan之间的负载，并且旨在安装至可以通常以等于20 km/h的最大速度移动的车辆。

37、在本发明的上下文中，本发明人已经出乎意料地证明，如在-196°c下进行的测量所显示的，这种高性能热塑性聚合物材料还能够在极低极冷温度下在免充气轮胎的高结构刚性、高耐久性和低质量之间实现令人满意的折衷。

38、根据一个优选的实施方案，支撑结构、剪切带和胎面各自由相同的材料组成。免充气轮胎的所有组成元件的相同材料简化了制造，并促进了各个组成元件之间的粘合。