具有三维刀槽的冬季轮胎的胎面带.pdf

一种冬季轮胎的胎面带(1)，其具有：多个纵向槽(3)和多个横向槽(4)，该多个纵向槽(3)和多个横向槽(4)限定了多个花纹块(5)，各多个花纹块(5)均从胎面带(1)的基面(2)径向向上突出；以及多个刀槽(9)，其形成于多个花纹块(5)中的至少一些花纹块，并且多个刀槽(9)中的每一个刀槽均从形成胎面带(1)的滚动面的顶面(8)向对应花纹块(5)的径向内侧延伸；当由纵向轴线(x)、横向轴线(y)和径向轴线(z)限定的、沿彼此垂直的三个平面(XY，ZX，YZ)中的任一平面观察对应的花纹块(5)时，各刀槽(9)均具有波形花纹(W1，W2，W3)。

权利要求书
1.  一种冬季轮胎的胎面带(1)，所述胎面带(1)包括：
多个纵向槽(3)和多个横向槽(4)，所述多个纵向槽(3)和所述多个横向槽(4)限定了多个花纹块(5)，各所述花纹块(5)均从所述胎面带(1)的基面(2)径向向上突出；以及
多个刀槽(9)，所述多个刀槽(9)形成于所述多个花纹块(5)中的至少一些花纹块，并且所述多个刀槽(9)中的每一个刀槽均从形成所述胎面带(1)的滚动面的顶面(8)向对应花纹块(5)的径向内侧延伸；
其中，在沿着由纵向轴线(x)和横向轴线(y)限定的第一平面(XY)截取所述花纹块(5)的情况下，在截面中，各刀槽(9)均具有第一波形花纹(W1)，所述第一波形花纹(W1)是不变的；并且
沿着径向轴线(z)，各刀槽(9)的所述第一波形花纹(W1)沿着所述纵向轴线(x)转变成第二波形花纹(W2)；
所述胎面带(1)的特征在于，沿着所述径向轴线(z)，除了沿着纵向轴线(x)转变成所述第二波形花纹(W2)之外，各刀槽(9)的所述第一波形花纹(W1)还沿着所述横向轴线(y)转变成第三波形花纹(W3)。

2.  根据权利要求1所述的胎面带(1)，其特征在于，所述刀槽(9)的第一波形花纹(W1)、第二波形花纹(W2)和第三波形花纹(W3)的形状和/或尺寸不同。

3.  根据权利要求1或2所述的胎面带(1)，其特征在于，所述刀槽(9)的第一波形花纹(W1)为分段线。

4.  根据权利要求1、2或3所述的胎面带(1)，其特征在于，所述刀槽(9)的第二波形花纹(W2)为分段线。

5.  根据权利要求4所述的胎面带(1)，其特征在于，所述刀槽(9)的第二波形花纹(W2)包括：半波(A)，所述半波(A)起始于所述对应花纹块(5)的顶面(8)；以及跟随所述半波(A)的两个连续的全波(B，C)。

6.  根据权利要求5所述的胎面带(1)，其特征在于，所述半波(A)的振幅(H2)比所述全波(B，C)的振幅(H2)小。

7.  根据权利要求5或6所述的胎面带(1)，其特征在于，所述半波(A)的节距(P2)比两个所述全波(B，C)的节距(P2)小。

8.  根据权利要求5、6或7所述的胎面带(1)，其特征在于，所述半波(A)以与两个所述全波(B，C)相同的方式取向。

9.  根据权利要求5、6或7所述的胎面带(1)，其特征在于，所述半波(A)以与两个所述全波(B，C)相反的方式取向。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的胎面带(1)，其特征在于，所述刀槽(9)的第三波形花纹(W3)为分段线。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的胎面带(1)，其特征在于，中央花纹块(5)的所述刀槽(9)与侧花纹块(5)的所述刀槽(9)不同。

12.  根据权利要求11所述的胎面带(1)，其特征在于，所述中央花纹块(5)的刀槽(9)与所述侧花纹块(5)的刀槽(9)仅在所述第二波形花纹(W2)的形状方面不同。

13.  根据权利要求12所述的胎面带(1)，其特征在于：
所述刀槽(9)的第二波形花纹(W2)包括：半波(A)，所述半波(A)起始于所述对应花纹块(5)的顶面(8)；以及跟随所述半波(A)的两个连续的全波(B，C)；并且
在所述中央花纹块(5)中，所述刀槽(9)的第二波形花纹(W2)的半波(A)与所述侧花纹块(5)中的半波(A)的取向不同。

14.  根据权利要求1至13中任一项所述的胎面带(1)，其特征在于，各刀槽(9)均以如下方式形成：以所述纵向轴线(x)和所述横向轴线(y)限定的第一平面(XY)中的所述第一波形花纹(W1)起始、使所述第一波形花纹(W1)沿着所述径向轴线(z)以平行于所述第一波形花纹(W1)自 身的方式移动、同时使所述第一波形花纹(W1)沿着所述纵向轴线(x)移动成所述第二波形花纹(W2)并且沿着所述横向轴线(y)移动成所述第三波形花纹(W3)。

15.  一种冬季轮胎的胎面带(1)，所述胎面带(1)包括：
多个纵向槽(3)和多个横向槽(4)，所述多个纵向槽(3)和所述多个横向槽(4)限定了多个花纹块(5)，各所述花纹块(5)均从所述胎面带(1)的基面(2)径向向上突出；以及
多个刀槽(9)，所述多个刀槽(9)形成于所述多个花纹块(5)中的至少一些花纹块，并且所述多个刀槽(9)中的每一个刀槽均从形成所述胎面带(1)的滚动面的顶面(8)向对应花纹块(5)的径向内侧延伸；
其中，各刀槽(9)均以如下方式形成：以纵向轴线(x)和横向轴线(y)限定的平面(XY)中的第一波形花纹(W1)起始、使所述第一波形花纹(W1)沿着径向轴线(z)以平行于所述第一波形花纹(W1)自身的方式移动、同时使所述第一波形花纹(W1)沿着所述纵向轴线(x)移动成第二波形花纹(W2)；
所述胎面带(1)的特征在于，各刀槽(9)均以如下方式形成：以所述纵向轴线(x)和所述横向轴线(y)限定的所述平面(XY)中的所述第一波形花纹(W1)起始、使所述第一波形花纹(W1)沿着所述径向轴线(z)以平行于所述第一波形花纹(W1)自身的方式移动、同时使所述第一波形花纹(W1)不仅沿着所述纵向轴线(x)移动成所述第二波形花纹(W2)并且还沿着所述横向轴线(y)移动成第三波形花纹(W3)。

16.  一种在冬季轮胎的胎面带(1)的花纹块(5)中的刀槽(9)的形成方法，所述胎面带(1)包括：
多个纵向槽(3)和多个横向槽(4)，所述多个纵向槽(3)和所述多个横向槽(4)限定了多个花纹块(5)，各所述花纹块(5)均从所述胎面带(1) 的基面(2)径向向上突出；以及
多个刀槽(9)，所述多个刀槽(9)形成于所述多个花纹块(5)中的至少一些花纹块，并且所述多个刀槽(9)中的每一个刀槽均从形成所述胎面带(1)的滚动面的顶面(8)向对应花纹块(5)的径向内侧延伸；并且
所述方法包括形成各刀槽(9)的如下的步骤：以纵向轴线(x)和横向轴线(y)限定的平面(XY)中的第一波形花纹(W1)起始、使所述第一波形花纹(W1)沿着径向轴线(z)以平行于所述第一波形花纹(W1)自身的方式移动、同时使所述第一波形花纹(W1)沿着所述纵向轴线(x)移动成第二波形花纹(W2)；
所述方法的特征在于，所述方法还包括形成各刀槽(9)的如下的步骤：以所述纵向轴线(x)和所述横向轴线(y)限定的所述平面(XY)中的所述第一波形花纹(W1)起始、使所述第一波形花纹(W1)沿着所述径向轴线(z)以平行于所述第一波形花纹(W1)自身的方式移动、同时使所述第一波形花纹(W1)不仅沿着所述纵向轴线(x)移动成所述第二波形花纹(W2)并且还沿着所述横向轴线(y)移动成第三波形花纹(W3)。

说明书具有三维刀槽的冬季轮胎的胎面带
技术领域
本发明涉及一种冬季轮胎的胎面带。该胎面带具有形成于胎面花纹块且从滚动面朝向花纹块径向内侧延伸的刀槽。
背景技术
冬季轮胎的最重要的特征之一是其雪上的抓地性能(即覆盖有雪的路面)，因此冬季轮胎能够随着其在覆盖有雪的路面上滚动时产生足够的摩擦力。轮胎和覆盖有雪的路面之间产生的总摩擦力是由陷入雪中的轮胎胎面产生的挖掘力与由被轮胎胎面困住的雪(特别地，被困在胎面槽中的雪)和覆盖有雪的路面上的雪之间产生的剪切力之和。为了增大剪切力，必须增大被轮胎胎面困住(抓住)的雪量，所以胎面具有通常为锯齿花纹的且从滚动面向花纹块的径向内侧延伸的多个刀槽。
然而，刀槽的存在还具有负面作用，即虽然改善了雪上或冰上性能，但却也损害了干路面的性能或(损害了较小的程度)湿路面的性能。更具体地，刀槽的存在大大提高了胎面花纹块的横向(即，轴向，即与轮胎的滚动轴线平行)的柔韧性和纵向(即，周向，即与轮胎周向相切)的柔韧性，所以大大增加了胎面花纹块在受到横向力(当转弯时)或纵向力(当制动或加速时)时的变形。胎面花纹块的由横向力或纵向力所导致的剧烈变形总是起负面作用的，会减小滚动面(即，胎面花纹块的外表面)和路面之间的接触面积，因而会减小轮胎能够向路面传递的总力。
专利申请EP1669217A1描述了一种冬季轮胎的胎面带，该胎面带包括：多个纵向槽和多个横向槽，该多个纵向槽和多个横向槽限定了多个花纹块，各花纹块均从胎面带的基面径向向上突出；多个刀槽，其形成于该多个花纹 块中的至少一些花纹块，并且各刀槽均从形成胎面带的滚动面的顶面向对应花纹块径向内侧延伸。在专利申请EP1669217A1中，各刀槽采用如下的方式形成：以在由纵向轴线Tc和横向轴线Tw限定的平面中的波形花纹起始，沿着径向轴线Tr移动该波形花纹的同时、仅沿着纵向轴线Tc以波浪的方式移动该波形花纹。
专利申请EP1669217A1中描述的刀槽通过在由纵向轴线Tc和横向轴线Tw限定的平面和由纵向轴线Tc和径向轴线Tr限定的平面两者中具有双波形花纹，而提高了花纹块沿着纵向轴线Tc和横向轴线Tw的刚性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冬季轮胎的胎面带，该胎面带被设计成消除了上述缺点并且因此具有沿着纵向轴线和横向轴线两者的刚性高的花纹块，同时该胎面带便宜且易于制造。
根据本发明提供一种如所附方案所述的冬季轮胎的胎面带。
附图说明
将参照附图借助于示例的形式来描述本发明的非限制性实施方式，在附图中：
图1示出根据本发明的冬季轮胎的胎面带的一部分的示意图；
图2示出图1中的胎面带的具有径向刀槽的花纹块的放大立体示意图；
图3示出图2中的花纹块的俯视平面图(即，在XY平面中)，其示出了刀槽的在XY平面中的波形花纹；
图4示出图2中的花纹块的侧视图(即，在ZX平面中)，其示出了刀槽的在ZX平面中的波形花纹；
图5示出图2中的花纹块的刀槽的在YZ平面中的波形花纹；
图6示出图2中的花纹块的不同实施方式的侧视图(即，在ZX平面中)，其示出了刀槽的在ZX平面中的波形花纹；
图7示出图1中的胎面带的花纹块中的刀槽的立体图；
图8示出显示出通过本发明能够实现的刚性的改善的图。
具体实施方式
图1中的数字1表示冬季轮胎的整个胎面带。该胎面带1具有绕着转动中心轴线延伸的环形的基面2。
胎面带1具有隆起的花纹，该隆起的花纹从基面2径向向上突出并且由多个纵向(或周向)槽3(即，沿着胎面的圆周与转动轴线交叉地延伸的槽)和多个横向(或轴向)槽4(即，与转动轴线平行且与纵向槽3垂直的槽)划分。纵向槽3和横向槽4限定了从胎面带1的基面2径向向上突出的多个花纹块5。各花纹块5均为具有矩形截面的大致平行六面体状，并且包括：两个纵向侧面6，其与基面2垂直且在内侧花纹块5上限定两个对应的纵向槽3的边界；两个横向侧面7，其与基面2垂直且限定两个对应的横向槽4的边界；以及顶面8，其与基面2平行且限定滚动面，该滚动面在使用时直接地抵靠于轮胎滚动所在的路面上。
如图2所示，各花纹块5均具有经由花纹块5的顶面8径向地形成的锯齿状的(zig-zag-shaped)径向刀槽9。换言之，各刀槽9均从顶面8(即，从滚动面)朝向对应的花纹块5径向内侧(即，沿径向向内)延伸。
如图3至图5所示，各刀槽9均具有位于三个平面XY、ZX和YZ中的任一平面中的波形花纹W1、W2和W3，该三个平面XY、ZX和YZ彼此垂直且由纵向(即，周向)轴线x(即，与轮胎圆周相切的轴线)、横向(即，轴向)轴线y(即，与轮胎的滚动轴线平行且因此与纵向轴线x垂直的轴线)和径向轴线z(即，与纵向轴线x和横向轴线y垂直的轴线)限定。换言之，当在由 纵向轴线x和横向轴线y限定的平面XY中观察花纹块5(如图3)时(即，当从上方观察时)，各刀槽9均具有波形花纹W1；当在由径向轴线z和纵向轴线x限定的平面ZX中观察花纹块5(如图4)时(即，当从侧方观察时)，各刀槽9均具有波形花纹W2；当在由横向轴线y和径向轴线z限定的平面YZ中观察花纹块5(如图5)时，各刀槽9均具有波形花纹W3。
换言之，在平面XY中，各刀槽9均具有波形花纹W1，即使沿着与平面XY平行的任意平面、即在花纹块5的任意径向点z处截取花纹块5的截面，该波形花纹W1都是相同的。在不同的径向点z处，平面XY中的波形花纹W1保持相同(即，该波形花纹W1的形状均相同、即保持不变形)，而波形花纹W1沿着纵向轴线x转变(转换)成波形花纹W2，并且沿着横向轴线y转变成波形花纹W3。换言之，各刀槽9均是这样形成的：以在平面XY中的波形花纹W1开始，并且沿着径向轴线z使波形花纹W1以平行于波形花纹W1自身的方式移动(即，在形状或取向未改变的情况下移动)、同时沿着横向轴线y移动成波形花纹W2、沿着纵向轴线x移动成波形花纹W3(在波形花纹W1的形状中没有变化)。
在优选实施方式中，该三个波形花纹W1、W2和W3的形状和/或尺寸是不同的。
如图3所示，刀槽9的在平面XY中的波形花纹W1为包括一系列彼此成角度的直线段的分段线(piecewise-linear)(即，锯齿线)。优选地，波形花纹W1的节距(周期)P1的范围在3mm至4mm之间，波形花纹W1的振幅H1的范围在1.2mm至2.0mm之间。
如图4所示，刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2为具有均上下倾斜地接合的曲线的分段线(可选地，该波形花纹W2可以为具有锐角、即不具有连接曲线的分段线，这会改善性能，但制造会更加复杂)。优选地，波形花纹W2的节距(周期)P2的范围在2mm至3mm之间，波形花纹W2的振幅H2的范 围在0.6mm至1.0mm之间。
如图5所示，刀槽9的在平面YZ中的波形花纹W3为具有均上下倾斜地接合的曲线的分段线(可选地，该波形花纹W3可以为具有锐角、即不具有连接曲线的分段线，这会改善性能，但制造会更加复杂)。优选地，波形花纹W3的节距(周期)P3的范围在1.5mm至2.0mm之间，波形花纹W3的振幅H3的范围在0.5mm至0.9mm之间。
如图4所示，刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2包括半波A(即，全波的一半)以及跟随该半波A的两个连续的全波B和C，该半波A起始于花纹块5的顶面(即，滚动面)8处。半波A的振幅H2比两个全波B和C的振幅H2小(优选地，大约是一半)。半波A的节距(周期)P2与两个全波B和C的节距(周期)P2不同。借助于示例，半波A具有大约1.8mm的节距(周期)P2(当然，指的是在全波的情况下)；全波B具有大约2.7mm的节距(周期)P2；并且全波C具有大约3.1mm的节距(周期)P2。
当花纹块5受到纵向力(即，沿着纵向轴线x纵向地施加的力，加速力或制动力)时，刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2在各刀槽9的两个相对面之间产生彼此锁定的相互作用(interlocking interaction)，在各刀槽9的两个相对面之间相互作用的彼此锁定的力具有如下两个积极的效果：
1.在各刀槽9的两个相对面之间相互作用的的彼此锁定的力的纵向分量(与路面平行)直接地提高了花纹块5的纵向刚性。
2.在各刀槽9的两个相对面之间相互作用的彼此锁定的力的径向分量(与路面垂直)产生了反作用力矩，该反作用力矩消除或至少减少会使花纹块5径向变形(花纹块5的径向变形由于会减小花纹块5的顶面8与路面之间的接触面积而具有消极的效果)的变形力矩。
通常在刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2中设计两个全波B和C以使上述两个效果最优化。
刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2中的半波A的主要目的在于增加抵消变形力矩的反作用力矩，这是通过增大在各刀槽9的两个相对面之间相互作用的彼此锁定的力的施加距离(“力臂”)来实现的。重要的是要注意，在刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2中的半波A的增加反作用力矩的上述功能是根据半波A的取向而具有方向性的，即上述功能仅在产生纵向应力或横向应力的情况下才起作用。换言之，如果半波A如图4所示地取向，则增加反作用力矩的上述功能仅当加速时产生纵向应力的情况下才起作用；而如果半波A如图6所示地取向，则增加反作用力矩的上述功能仅当制动时产生纵向应力的情况下才起作用。重要的是要注意，图4中的半波A相对于图6中的半波A是镜像的。两个全波B和C可以独立于半波A，并且必须根据如下设定的目标来取向：如果刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2被设计成仅使纵向上(即，仅在加速或制动时)的性能最大化，则两个全波B和C以及半波A始终以相同的方式取向；而如果采用折中方案设计刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2，则两个全波B和C与半波A以相反的方式取向(即，使两个全波B和C取向成使制动或干路牵引最大化，而半波A被取向为相反的方向以使雪上牵引或制动最大化)。
考虑到刀槽9的在平面ZX内的波形花纹W2中的半波A的效果具有定向性，中央花纹块5(即，沿着或靠近胎面带1的中线定位的花纹块)可以与侧花纹块5(即，沿着或靠近胎面带1的肩部定位的花纹块)在如下方面不同：受到更大的纵向加速力的中央花纹块5具有如图4所示的刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2(以使牵引最优化)；而受到更大的纵向制动力的侧花纹块5具有如图6所示的刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2(以使制动最优化)。
还发现，刀槽9的波形花纹W2的半波A在雪中(显然地，在覆盖有雪的路面上)用作微型挖掘器(micro-digger)，因而增加了困在刀槽9中的雪量，并且还(略微地)改善了雪上或冰上性能。
在图4的实施方式中，在各花纹块5中，刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2刚好在离基面2不远处(即，在花纹块5的底部处)停止，并且刀槽9的在平面ZX中的最后一段(即，在到达基面2之前的最后0.3mm-0.5mm)是直的(即，不具有波形)。在未示出的不同实施方式中，从顶面8(即，花纹块5的顶部)至基面2(即，花纹块5的底部)不间断(seamlessly)地保持刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2。换言之，在各花纹块5中，刀槽9的在平面ZX中的波形花纹W2延伸跨过花纹块5的整个径向深度。
在图5的实施方式中，在各花纹块5中，从顶面8(即，花纹块5的顶部)至基面2(即，花纹块5的底部)不间断地保持刀槽9的在平面YZ中的波形花纹W3。换言之，在各花纹块5中，刀槽9的在平面YZ中的波形花纹W3延伸跨过花纹块5的整个径向深度。在未示出的不同实施方式中，刀槽9的在平面YZ中的波形花纹W3刚好在离基面2不远处(即，在花纹块5的底部处)停止，并且刀槽9的在平面YZ中的最后一段(即，沿达到基面2之前的最后0.3mm-0.5mm)是直的(即，不具有波形)。
图7示出了刀槽9的三维图。
上述冬季轮胎的胎面带1具有如下多个优点。
首先，与类似的传统胎面带相比，上述胎面带1在湿路和干路上表现更好的同时由于刀槽9而在雪上或冰上也表现良好。这是通过刀槽9的如下设计而实现的：当沿三个垂直平面XY、ZX和YZ中的任一平面观察花纹块5时，该刀槽9具有波形花纹W1、W2和W3。
在平面XY中的波形花纹W1纯粹是传统的，并且仅用于在覆盖有雪的路面上困住更多的雪。而分别位于平面ZX和YZ中的波形花纹W2和W3仅用于通过增加各刀槽9的两个相对面之间的彼此锁定来提高花纹块5的沿着横向轴线y的刚性(以改善转弯时的性能)且提高花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性(以改善加速和制动时的性能)。重要的是要注意，在平面ZX中的波形花 纹W2主要用于提高花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性，但是通过与在平面YZ中的波形花纹W3的协同作用，还帮助提高了花纹块5的沿着横向轴线y的刚性。类似地，在平面YZ中的波形花纹W3用于提高花纹块5的沿着横向轴线y的刚性，但是通过与平面ZX中的波形花纹W2的协同作用，还帮助提高了花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性。
多个模拟和试验已经显示：分别位于平面ZX和YZ中的波形花纹W2和W3具有协同效果、即当结合在一起时波形花纹W2和W3的协同效果远超过波形花纹W2和W3的效果的代数之和。换言之，使用分别位于平面ZX和YZ中的波形花纹W2和W3两者，能够实现使各花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性远大于仅使用平面ZX中的波形花纹W2的各花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性，并且能够实现使各花纹块5的沿着横向轴线y的刚性远大于仅使用平面YZ中的波形花纹W3的各花纹块5的沿着横向轴线y的刚性。这在图8的图中进行了总结，其清楚地显示出使用所有的三个波形花纹W1、W2和W3能够实现使花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性Sx和花纹块5的沿着横向轴线y的刚性Sy如何远大于仅使用花纹块W1和W2或仅使用花纹块W1和W3的花纹块5的沿着纵向轴线x的刚性Sx及花纹块5的沿着横向轴线y的刚性Sy。
重要的是要注意，通过调整分别位于平面ZX和YZ中的波形花纹W2和W3的形状和/或尺寸，能够调整花纹块5的沿着纵向轴线x和横向轴线y的刚性以实现冬季轮胎的指定性能(即，以赋予雪上和冰上的抓地性能、以赋予湿路上的抓地性能、以赋予干路上的抓地性能或以实现良好平衡的权衡性)。换言之，通过两个不同的参数(波形花纹W2和W3)起作用能够调整花纹块5的刚性Sx和Sy，因而具有足够的能力(freedom)来精确地实现给定目标的刚性Sx和Sy。
试验显示了：与具有传统胎面带的类似的冬季轮胎相比，具有上述胎面带1的冬季轮胎显示出在干路或湿路上的纵向/横向抓地性能方面提高了大于 10％，却未明显损害雪上或冰上的抓地性能。
此外，与传统的胎面带相比，由于不涉及可预见的额外的成本，所以上述冬季轮胎的胎面带1是便宜且易于制造的。事实上，单纯要求刀槽9的设计为如下的板(该板是由金属片材压模的并且即使是复杂的形状也易于制造)的配合设计：该板嵌入硫化模具的内部并且以阴模的方式再现刀槽9的形状。