具有多层轮辐的非充气轮胎的制作方法

1.本公开涉及具有多层支撑结构的非充气轮胎。更具体地，本公开涉及具有多层轮辐的非充气轮胎。


背景技术：

2.虽然各种轮胎构造使得轮胎能够在未充气或充气不足的条件下运行，但非充气轮胎不需要充气。相反，非充气轮胎包括多个轮辐、腹板、小室或将内圈连接到外圈的其他侧开式支撑结构。一些非充气轮胎包括安装到外圈的胎面和安装到内圈的轮辋。
3.非充气轮胎的侧开式支撑结构在操作中经受各种载荷条件。此外，灰尘、水、雪、沙子、泥浆或其他碎屑可接触或积聚在侧开式支撑结构上。虽然支撑结构由被选择用于提供期望的结构特性的材料构成，但是某些材料在暴露于环境因素时会退化。因此，需要一种用于非充气轮胎的轮辐，该轮辐能够承受轮胎的各种载荷条件，同时还能承受暴露于有害的环境因素。


技术实现要素：

4.在一个实施方案中，非充气轮胎包括环形内圈、环形外圈和从环形内圈延伸到环形外圈的支撑结构。支撑结构包括多层结构。多层结构包括胶清层、嵌入胶清层中的多根帘线和覆盖胶清层的表面的至少一部分的外保护层。
5.在另一个实施方案中，非充气轮胎包括环形内圈、环形外圈和从环形内圈延伸到环形外圈的支撑结构。支撑结构包括第一支撑元件，该第一支撑元件包括第一胶清层、嵌入第一胶清层中的多根第一帘线以及覆盖第一胶清层的表面的至少一部分的第一外保护层；和第二支撑元件，该第二支撑元件包括第二胶清层、嵌入第二胶清层中的多根第二帘线以及覆盖第二胶清层的表面的至少一部分的第二外保护层。第一支撑元件和第二支撑元件在界面处耦接。
6.在又一实施方案中，制造非充气轮胎的方法包括以下步骤：形成多层结构，将多层结构结合到支撑结构中，以及将支撑结构定位成从环形内圈延伸到环形外圈。形成多层结构的步骤包括将外保护层施加到胶清层的表面的至少一部分上，该胶清层具有嵌入该胶清层中的多根帘线。外保护层比胶清层具有更强的抗臭氧暴露性。
附图说明
7.在附图中，示出了结构，该结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。
8.图1是现有技术中已知的未变形的非充气轮胎的前视图；
9.图2是图1的非充气轮胎在承受载荷时变形的前视图；
10.图3是现有技术中已知的包括轮辋总成的非充气轮胎的前视图；
11.图4是包括多层波状轮辐的非充气轮胎的一个实施方案的前视图；
12.图5是包括多层线性轮辐的非充气轮胎的另一个实施方案的前视图；
13.图6是包括多层非线性轮辐的非充气轮胎的又一实施方案的前视图；
14.图7是包括多层轮辐的非充气轮胎的又另一实施方案的前视图，该轮辐包括界面；
15.图8是沿着示出了多层波状轮辐的剖视图的图4的线8-8截取的图4的轮辐的局部剖视图，其也代表了沿着示出了多层线性轮辐的剖视图的图5的线8-8截取的图5的轮辐的局部剖视图；
16.图9是沿着示出了多层非线性轮辐的剖视图的图6的线9-9截取的图6的轮辐的局部剖视图；
17.图10是沿着示出了具有连续界面的多层轮辐的剖视图的图7的线10-10截取的图7的轮辐的一个实施方案的局部剖视图；并且
18.图11是沿着示出了具有不连续界面的多层轮辐的剖视图的图7的线10-10截取的图7的轮辐的另一个实施方案的局部剖视图。
具体实施方式
19.图1和图2示出了现有技术中已知的非充气轮胎10的一个实施方案。非充气轮胎10仅仅是可以与轮辋总成、胎面和多层轮辐中的一者或多者一起使用的轮胎的示例性说明。其并非旨在进行限制。
20.在所示实施方案中，非充气轮胎10包括具有内表面23和外表面24的大致环形内圈20，以及具有内表面33和外表面34的大致环形外圈30。大致环形内圈20和大致环形外圈30中的一者或两者可以由交联或未交联的聚合物制成。在本公开中，术语“聚合物”是指交联或未交联的聚合物。在一些实施方案中，大致环形内圈20和大致环形外圈30中的一者或多者可以由金属(例如，钢、铝等)制成。
21.非充气轮胎10还包括互连腹板40，该互连腹板连接大致环形内圈20和大致环形外圈30。互连腹板40是从大致环形内圈20的外表面24径向延伸到大致环形外圈30的内表面33的支撑结构。
22.在所示的实施方案中，互连腹板40具有限定了多个大致多边形开口50的腹板元件42、44的至少两个径向相邻的层56、58。在另选的实施方案中，多个轮辐或其他开孔支撑结构可以将内圈20连接到外圈30。
23.在一个实施方案中，大致环形内圈20和大致环形外圈30由与互连腹板40相同的材料制成。大致环形内圈20、大致环形外圈30和互连腹板40可以通过注塑或压缩成型、可浇注聚合物、增材制造或本领域公知的任何其他方法制成，并且可以同时形成，使得它们的附接通过包括内圈20、外圈30和互连腹板40的材料冷却和凝固而形成。
24.大致环形内圈20的内表面23被构造成接合轮辋总成(未示出)，轮胎10安装到该轮辋总成。胎面层70附接到大致环形外圈30的外表面34上。可以通过粘合或使用本领域中通常可用的其他方法完成附接。
25.如图2所示，外圈30可以被构造成在围绕并包括胎面层70的印迹区32的区域48中变形，这减小了振动并增加了轮胎10的乘坐舒适性。
26.图3示出了现有技术中已知的轮胎100的实施方案的前视图，该轮胎具有大致环形内圈110、大致环形外圈120和内部支撑结构，该内部支撑结构以在内圈110和外圈120之间延伸的柔性互连腹板130的形式呈现。柔性互连腹板130由限定多边形开口140的多个腹板元件135形成。在该特定实施方案中，腹板元件135形成多个六边形和基本上梯形的形状，包括外部一系列交替的六边形和梯形开口以及内部一系列交替的六边形和梯形开口。应理解，图1至图3所示的几何形状仅是示例性的，并且可以采用任何几何形状。类似地，轮辐或其他支撑结构可以用来提供互连腹板。
27.图3还示出了安装在轮辋总成150上的轮胎100，该轮辋总成位于大致环形内圈110处。轮辋总成150可以围绕旋转轴155旋转(如箭头a所示)。旋转可以由车辆的车轴或其他装置来传递，以旋转轮胎100。胎面170附接到大致环形外圈120上。胎面170可以由橡胶或其他弹性材料制成。
28.图4至图7示出了不同类型的非充气轮胎200的示例实施方案。为了简单起见，图4至图7的非充气轮胎200被示出为没有胎面和轮辋总成，这两者可以与针对图3的轮胎100描述的轮辋总成150和胎面170基本相同。类似的附图标号用于类似的部件。
29.图4示出了非充气轮胎200的示例，该非充气轮胎具有大致环形内圈210、大致环形外圈220以及在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间延伸的波状轮辐230a。如箭头240所示，波状轮辐230a可以通过在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间以波状图案来回弯曲轮辐材料片或轮辐材料带250来形成。
30.图5示出了非充气轮胎200的示例，该非充气轮胎具有大致环形内圈210、大致环形外圈220以及在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间延伸的多个线性轮辐230b。在所示的实施方案中，多个线性轮辐230b基本上沿径向方向延伸。在另选的实施方案中(未示出)，多个线性轮辐相对于径向方向成一角度延伸。在一个此类实施方案中，多个线性轮辐通常彼此平行。在另选的实施方案中，多个线性轮辐以发散的角度延伸。
31.多个线性轮辐230b可以通过将线性轮辐202固定在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间来制造。另选地，多个线性轮辐230b可以被形成、模制或制造成，以将每个线性轮辐202提供为多个线性轮辐230b的整体部件。
32.图6示出了非充气轮胎200的示例，该非充气轮胎具有大致环形内圈210、大致环形外圈220以及在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间延伸的多个非线性轮辐230c。每个非线性轮辐203被示出为椭圆形环，尽管其他形状的轮辐(例如，圆形、矩形、梯形、多边形、弯曲形、波浪形、不规则形等)可以在进一步的实施方案中采用。虽然非线性轮辐203被示出为连续的环，但是也可以采用不连续的结构(例如，u形、v形、s形、弧形等)。在所示的实施方案中，每个非线性轮辐203与相邻轮辐径向间隔开，使得相邻轮辐之间存在空间。多个非线性轮辐230c可以通过将每个非线性轮辐203固定在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间来制造。
33.图7示出了非充气轮胎200的示例，该非充气轮胎具有大致环形内圈210、大致环形外圈220以及在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间延伸的多个轮辐230d。每个轮辐204、205形成为至少两个相邻空隙206、208之间的结构。在所示实施方案中，每个轮辐204，205是相邻圆形空隙206、208之间的结构，尽管其他形状的空隙(例如，椭圆形、矩形、梯形、多边形等)可以在进一步的实施方案中采用。空隙206、208可以形成、模制或制造到多个轮
辐230d中，以提供作为整体部件的多个轮辐230d。另选地，多个轮辐230d可以通过在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间固定多个连续结构(例如，圆形、矩形、梯形、多边形等)或不连续结构(例如u形、v形、s形、弧形等)来制造。
34.例如，如图7中的虚线所示，多个轮辐230d可以通过将第一圆环207和第二圆环209固定在大致环形内圈210和大致环形外圈220之间而形成，其中第一圆环207在界面221、222处接触第二圆环209。第一圆环207和第二圆环209在界面221、222处通过机械紧固件(例如，螺栓、夹具、支架)、粘合剂(例如，胶水、焊接、钎焊或可包括加热化学粘合工艺，或其他耦接方法)中的一者或多者耦接在一起。
35.在一些实施方案中，耦接第一圆环207和第二圆环209的方法可以将第一圆环207的材料与第二圆环209的材料熔合，以形成作为连续边界的界面221。另选地，在一些实施方案中，耦接第一圆环207和第二圆环209的方法可以将界面222形成为不连续的边界。不管多层轮辐204，205的界面221、222是连续的还是不连续的，附加材料215可以可选地添加在第一圆环207和第二圆环209之间，以填充间隙并为多层轮辐204，205提供附加支撑。
36.虽然图4至图7示出了具有轮辐的非充气轮胎，但是应理解，非充气轮胎可以具有其他支撑结构，诸如互连腹板。例如，互连腹板可以由一组下轮辐和一组上轮辐形成，每组轮辐类似于上文所示出或所描述的实施方案中的一个实施方案。
37.图8示出了沿示出了多层波状轮辐230a的图4的线8-8截取的非充气轮胎200的一部分的剖视图。多层波状轮辐230a包括嵌入胶清层355中的多根帘线300。多根帘线300中的每根帘线301、302、303、304、305可以由金属(例如，钢、黄铜、镀黄铜钢)构成，以向多层波状轮辐230a提供结构支撑和加强。可以构成多根帘线300中的一根或多根帘线的材料的其他示例包括聚合材料、热塑性聚合树脂(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet))、尼龙、人造纤维、天然棉或其他轮胎增强材料。胶清层355可以是配制成粘附到帘线301-305的橡胶化合物。例如，胶清层355可以是包括钴的橡胶化合物，该橡胶化合物被配制成粘附到镀黄铜钢帘线301-305。在聚合增强材料的情况下，可构成胶清层355的配制成粘附到多根帘线300的橡胶化合物的其他示例包括间苯二酚甲醛胶乳化学物质。多层波状腹板轮辐230a还包括外保护层325。外保护层325邻接胶清层355，并为多层波状轮辐201提供改善的耐臭氧退降性。也就是说，相对于胶清层355，外保护层325被配制成具有比胶清层355更能承受暴露于臭氧的材料特性。外保护层325可以包括轮胎侧壁化合物、贴面化合物、合成橡胶(诸如三元乙丙橡胶(epdm)、氯丁橡胶、丁基橡胶、氢化二烯橡胶)或配制成承受暴露于臭氧的其他化合物。
38.非充气轮胎200的侧开式支撑结构(即，波状轮辐230a)在操作中经受各种载荷条件，并且因此被构造成经受这种载荷。例如，嵌入胶清层355中的多根帘线300可以被构造成经受这种载荷。此外，空气、道路灰尘、水、雪、沙子、泥浆或其他碎屑会接触或积聚在波状轮辐230a上。虽然包括多根帘线300和胶清层355的波状轮辐230a由选择来提供期望的结构特性的材料构成，但是某些材料在暴露于环境因素(例如，臭氧)时会退化。特别地，胶清层355可能不适合暴露于臭氧。如所指出的，胶清层355被配制成粘附到帘线301-305上。这种配方虽然提供了良好的对帘线301-305的粘附性，但可能使胶清层355容易因暴露于臭氧而退化。不受理论的约束，据信将胶清层355重新配制成更耐臭氧会降低胶清层355相对于多根帘线300的粘附特性。因此，在有比胶清层355更耐臭氧的外保护层325的情况下，胶清层355适当地粘附到多根帘线300上，并且外保护层325适当地保护胶清层355和帘线300免于暴露
于臭氧和其他环境因素。
39.参照图8至图11描述了非充气轮胎200的多层轮辐201-205的附加特征，应当理解，一个或多个轮辐201-205的一个或多个特征可以单独或组合提供，以在不脱离本公开范围的情况下提供非充气轮胎200的多层轮辐。因此，一个或多个轮辐201-205的一个或多个特征可以单独或组合提供，以提供参照图3至图7讨论的一个或多个轮辐结构130、230a、230b、230c、230d。类似的附图标号用于类似的特征。因此，本公开的非充气轮胎200的多层轮辐201-205能够经受各种轮胎载荷条件，同时还能承受暴露于有害环境因素。
40.参照图8，多层波状轮辐230a包括外保护层325，该外保护层外接胶清层355，将胶清层355完全包围，从而覆盖胶清层355相对于环境的任何外表面。图8的剖视图示出了沿着图4的线8-8截取的多层波状轮辐230a的一部分201的剖视图，该剖视图也示出了沿着图5的线5-5截取的多层线性轮辐202的剖视图。为了简化而非限制，图4和图5中的多层轮辐230a、230b的特征将在图8中相对于图4的多层波状轮辐230a的部分201进行描述，应理解这些特征以相同或相似的方式应用于图5的多层线性轮辐202。此外，应理解，参考图8所示或描述的横截面可以应用于上文所示或描述的非充气轮胎的任何支撑结构。
41.如图8所示，外保护层325包括第一外保护层310、第二外保护层320、第三外保护层330和第四外保护层340，该第一外保护层邻接轮辐201第一侧上的胶清层355并具有暴露于环境的外表面311，该第二外保护层邻接轮辐201第二侧上的胶清层355并具有暴露于环境的外表面321，该第三外保护层邻接轮辐201第三侧上的胶清层355并具有暴露于环境的外表面331，该第四外保护层邻接轮辐201第四侧上的胶清层355并具有暴露于环境的外表面341。尽管示出为独立的保护层310、320、330、340，但是外保护层325可以作为外接围绕胶清层355的外表面311、321、331、341的单一连续保护层来提供。
42.尽管图示为其中胶清层355具有四条边的矩形横截面，但是多层轮辐201可以限定其他形状的横截面(例如，三角形、正方形、梯形、多边形、圆形、椭圆形等)使得胶清层355包括一条或多条边。外保护层325设置在胶清层355的一条或多条边的至少一部分上，以保护胶清层355免受环境影响。例如，在一些实施方案中，外保护层330和340可以可选地省略，在这种情况下，胶清层355的一部分可以暴露于环境中。在这种情况下，不受理论的约束，据信将胶清层355的相对较小的表面积暴露于环境中，同时用外保护层310、320保护胶清层355的相对较大的表面积免受环境影响，可以提供能够经受各种轮胎载荷条件同时还能承受暴露于有害环境因素的轮辐结构230a。因此，除非另有说明，应理解的是，在不脱离本公开范围的情况下，在一些实施方案中，外保护层325可以覆盖胶清层355的至少一部分，在其他实施方案中，该外保护层可以覆盖整个胶清层355。
43.多根帘线300嵌入胶清层355的方式不是限制性的，可以用各种制造技术来实现。同样，除非另有说明，外保护层325可以以多种方式施加到胶清层355上。例如，多根帘线300、胶清层355和外保护层325可以通过压延工艺制造，其中轧辊将胶清层355和多根帘线300压缩在一起，以将多根帘线300嵌入胶清层355内。在将多根帘线300嵌入胶清层355之前、之时或之后，轧辊可以压缩外保护层325和胶清层355，以在胶清层355的外表面上提供外保护层325。另选地，胶清层355、多根帘线300和外保护层325中的一者或多者可以被共挤出以制造其中嵌入有多根帘线300的胶清层325以及覆盖胶清层325的外表面的外保护层325。
44.在其他示例中，在制造嵌入有帘线301-305的胶清层355期间，外保护层325可通过以下一种或多种方式施加到胶清层355上：将胶清层355浸入液态的外保护层325中，利用直接涂覆(例如涂抹或喷涂)将液态的外保护层325施加到胶清层355上，或者将外保护层325(固态或液态)粘附到胶清层355上。此外，尽管示出了五根帘线301-305，但是应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，多层轮辐201可以包括任意数量的多根帘线300。
45.在一些实施方案中，多根帘线300可以布置在多个层中。图9示出了沿着示出了具有布置在两层中的多根帘线300的多层非线性轮辐203的图6的线9-9截取的非线性轮辐203的剖视图。第一层包括帘线301a-305a，第二层包括帘线301b-305b。第一层帘线301a-305a与第二层帘线301b-305b对齐，尽管在其他实施方案中，帘线301a-305a和301b-305b可以相对于彼此偏移。此外，在不脱离本公开范围的情况下，多根帘线300中的一根或多根帘线可以接触(例如，被缠绕、编织、重叠或以其他方式交织)。此外，应理解，参照图9所示和描述的横截面可以应用于上文所示或描述的非充气轮胎的任何支撑结构。
46.在所示实施方案中，多根帘线300沿径向方向延伸。在另选的实施方案中，在不脱离本公开范围的情况下，多根帘线300可在其他方向上延伸，例如轴向方向、周向方向，或者相对于径向方向以一定角度偏置。多根帘线300可以在与多层轮辐201-205相同的方向上延伸，或者可以在与多层轮辐201-205延伸的一个或多个方向不同的方向上延伸。
47.多根帘线300旨在为胶清层355提供结构增强，因此可以预期嵌入胶清层355内的帘线301a-305a、301b-305b的任何组合、取向或构造都在本公开的范围内，多层轮辐201-205的任何组合、取向或构造也是如此。
48.图10示出了沿图7的线10-10截取的包括连续界面221的多层轮辐204的剖视图。应理解，参照图10所示和描述的横截面可以应用于上文所示或描述的非充气轮胎的任何支撑结构。在一个示例中，第一圆环207和第二圆环209(见图7)可以耦接在一起，以形成具有连续界面221的多层轮辐204。连续界面221意味着相邻的第一圆环207和第二圆环209的胶清层355彼此邻接，并根据参照图7所描述的耦接方法中的任何一种或多种耦接在一起。
49.例如，当第一圆环207和第二圆环209在它们各自的内径上包括外保护层325并且在它们各自的外径上没有外保护层时，出现这种构造。如图10所示，第一圆环207在其内径上包括具有外表面351的外保护层350，在其外径上没有外保护层。同样，第二圆环209在其内径上包括具有外表面381的外保护层380，在其外径上没有外保护层。因此，当耦接在一起时，第一圆环207(其胶清层355暴露)的外径邻接第二圆环209(其胶清层355暴露)的外径。各圆环207、209的相应邻接胶清层355限定了连续界面221，并且具有外表面351、381的相应外保护层350、380保护胶清层355免于暴露于环境。
50.图11示出了沿着图7的线10-10截取的包括不连续界面222的多层轮辐205的另选剖视图。应理解，参照图11所示和描述的横截面可以应用于上文所示或描述的非充气轮胎的任何支撑结构。第一圆环207和第二圆环209(见图7)耦接在一起，以形成具有不连续界面222的多层轮辐205。不连续界面222意味着当第一圆环207和第二圆环209根据参照图7所描述的耦接方法中的任何一种或多种耦接在一起时，相邻的第一圆环207和第二圆环209的胶清层355不相互邻接。
51.例如，当第一圆环207和第二圆环209在其各自的内径和外径上包括外保护层325时，出现这种构造。如图11所示，第一圆环207在其内径上包括具有外表面351的外保护层
350，并且在其外径上包括具有表面361的外保护层360。同样，第二圆环209在其内径上包括具有外表面381的外保护层380，并且在其外径上包括具有表面371的外保护层370。因此，当耦接在一起时，第一圆环207的外保护层360的表面361邻接第二圆环209的外保护层370的表面371。因此，各圆环207、209的相应胶清层355被邻接的外保护层360、370分开，从而限定了不连续界面222。具有外表面351、381的相应外保护层350、380保护胶清层355免于暴露于环境。
52.至少出于本文公开的原因，本公开的非充气轮胎200的多层轮辐201-205能够经受各种轮胎载荷条件，同时还能承受暴露于有害环境因素。
53.就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，a或b)而言，该术语旨在表示“a或b或两者”。当申请人旨在指示“仅a或b但不是两者”时，则将采用术语“仅a或b但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性用途。参见bryan a.garner，《现代法律用语词典》第624页(第二版，1995年)(bryan a.garner,a dictionary of modern legal usage 624(2d.ed.1995)。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在
…
中”或“到
…
中”而言，该术语旨在另外表示“在
…
上”或“到
…
上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，该术语旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个或多个部件进行连接。
54.虽然本技术已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本技术并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。