ШИПОВАННАЯ ШИНА
STUD TIRE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для езды по льду, содержащим шипы («шипованные шины»).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шипованные шины имеют неоспоримые преимущества в терминах того, как они ведут себя в зимних условиях езды, например, при езде по заледенелой поверхности дороги. Контакт со льдом, и более конкретно, способ, которым шип закапывается в лед, компенсирует уменьшение в сцеплении, наблюдаемом в области рисунка протектора шины. Шипы царапают лед и формируют дополнительные силы на льду.
Одна из сложностей при использовании шипованных шин состоит в том, что значения сцепления достигают своего верхнего предела при значениях, которые являются меньшими, чем значения, которые можно было бы ожидать.
Чтобы преодолеть эту сложность, было предложено (см., например, публикации WO 2009/147046 и WO 2009/147047) обеспечивать канавки или полости в протекторе рядом с шипом, чтобы любая стружка или частицы льда, которые формируются, когда шип царапает лед, могли удаляться быстрее. Так как эта стружка удаляется быстрее, толщина границы раздела между поверхностью протектора шины и поверхностью льда снижается, что, в свою очередь, увеличивает эффективный выступ (или глубину, до которой царапается лед) и приводит к более сильному закреплению на льду, и ощутимо улучшает поведение в терминах сцепления со льдом.
В то время как этот подход обеспечил существенное улучшение в сцеплении шины, содержащей шипы, для езды по льду, все еще имеется место для улучшения компромисса между уровнем сцепления со льдом и сохранением шипа, когда шина используется на асфальте.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной из задач настоящего изобретения является улучшение компромисса между уровнем сцепления, достигаемого шипами, со льдом и сохранением шипа, когда шина используется на асфальте.
Эта задача решается посредством создания шины, сконструированной, чтобы катиться по земле, которая может быть покрыта льдом, содержащую:
протектор, изготовленный из по меньшей мере одной резиновой смеси и имеющий поверхность протектора, множество гнезд, открытых на поверхности протектора через отверстие и содержащих шип, причем отверстия имеют максимальный размер D0 на поверхности протектора, когда шип находится в гнезде;
при этом шип содержит: основание, сконструированное, чтобы закреплять шип в протекторе; кончик, сконструированный, чтобы выступать из протектора, чтобы приходить в контакт со льдом; корпус, соединяющий основание и кончик и имеющий ось симметрии; и продольную ось, проходящую через ось симметрии корпуса;
при этом протектор, окружающий шип, формирует закрепляющую платформу для шипа, и эта платформа, в свою очередь, окруженная полостью, открытой на поверхности протектора, так, что:
3
объем углубления, открытого на поверхности протектора, в радиусе, большем или равном D0/2 и меньшем или равном D0/2 + 2 мм, вокруг продольной оси шипа, меньше или равен 20 мм; и
3
3
объем углубления, открытого на поверхности протектора, в радиусе, большем или равном D0/2 + 2 мм и меньшем или равном D0/2 + 4 мм, вокруг продольной оси шипа, больше или равен 60 мм и меньше или равен 100 мм.
Согласно первому преимущественному варианту осуществления, максимальная глубина полости меньше или равна HA/2, где HA - это глубина гнезда, содержащего шип. Глубины, большие, чем HA/2, фактически приводят к ухудшенной сохранности шипа.
Согласно второму преимущественному варианту осуществления, через полость проходит по меньшей мере один мостик из резиновой смеси, соединяющий закрепляющую платформу для шипа с оставшейся частью протектора. Этот мостик полости может быть описан, как являющийся таким, чтобы локально уменьшать глубину полости. Наличие такого мостика улучшает сохранность шипов на земле, которая имеет щебенчатое покрытие, является мокрой, мокрой, покрытой снегом и/или льдом.
Предпочтительно, количество мостиков из резиновой смеси, проходящих через полость, больше 1, что позволяет улучшить закрепление шипа в нескольких направлениях, перпендикулярных радиальному направлению.
Предпочтительно количество таких мостиков из резиновой смеси больше или равно 3, и мостики равномерно распределены вокруг шипа.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления, количество мостиков, равномерно распределенных вокруг шипа, равняется 6. Это количество достаточно высокое, чтобы обеспечить хорошую сохранность шипа даже в случае, когда один из мостиков разрывается.
Мостики из резиновой смеси могут пересекаться с поверхностью протектора шины в условиях начала эксплуатации (неизношенных условиях) или они могут не иметь пересечений с поверхностью протектора шины в условиях начала эксплуатации (неизношенных условиях).
Предпочтительно, мостики из резиновой смеси имеют закругленную геометрию, что снижает риск распространения трещин внутрь протектора.
Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления, полость, окружающая закрепляющую платформу для шипа, сужается с ростом глубины.
Специалист в данной области техники поймет, что возможно, и часто желательно, объединять несколько, или даже все варианты осуществления, упомянутые выше в материалах настоящей заявки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - шина согласно предшествующему уровню техники, оборудованная шипами;
Фиг. 2 - шип согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 3 - гнездо для шипа согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 4 - шип, вставленный в гнездо для шипа согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 5 и 6 - иллюстрации работы шипованных шин согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 7 и 8 - участок протектора шины согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 9-11 - участок протектора шины согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 12-15 - участок протектора шины согласно варианту осуществления изобретения, перед вставкой шипа и после нее;
Фиг. 16 - элемент литейной формы для отливки участка протектора шины согласно варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 17 - вид сверху резинового блока 40 протектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При использовании термина «радиальный» необходимо делать различие между многими различными использованиями этого слова специалистом в данной области техники. Во-первых, это выражение указывает на радиус шины. В этом смысле говорят, что точка P1 находится «радиально внутри от» точки P2 (или «радиально внутри относительно» точки P2), если она расположена ближе к оси вращения шины, чем точка P2. Напротив, говорят, что точка P3 находится «радиально снаружи от» точки P4 (или «радиально снаружи относительно» точки P4), если она расположена дальше от оси вращения шины, чем точка P4. Говорят, что движение направлено «радиально внутрь (или наружу)», когда оно имеет направление уменьшения (или увеличения) радиусов. Это значение термина также применяется, когда рассматриваются радиальные расстояния.
Напротив, говорят, что нить или усиление является «радиальным», когда нить или усиливающие элементы усиления составляют с круговым направлением угол, который больше или равен 80° и меньше или равен 90°. Стоит особо отметить, что в данном документе термин «нить» должен пониматься в совершенно общем смысле, и покрывает нити в форме одноволоконных нитей, многоволоконных нитей, корда, трощеной нити или эквивалентной сборки, и независимо от материала, из которого изготовлена нить, или от поверхностной обработки, которой она могла быть подвергнута, чтобы улучшить ее связывание с резиной.
Наконец, «радиальное сечение» или «радиальное поперечное сечение» здесь обозначает сечение или поперечное сечение в плоскости, которая содержит ось вращения шины.
«Осевое» направление - это направление, параллельное оси вращения шины. Говорят, что точка P5 находится «внутри вдоль оси от» точки P6 (или «внутри вдоль оси относительно» точки P6), если она расположена ближе к средней плоскости шины, чем точка P6. Напротив, говорят, что точка P7 находится «снаружи вдоль оси от» точки P8 (или «снаружи вдоль оси относительно» точки P8), если она расположена дальше от средней плоскости шины, чем точка P8. «Средняя плоскость» шины - это плоскость, перпендикулярная оси вращения шины, которая лежит на одинаковых расстояниях между кольцеобразными усиливающими конструкциями каждого борта. Когда говорят, что в любом радиальном поперечном сечении средняя плоскость разделяет шину на две «половины» шины, это не означает, что средняя плоскость обязательно составляет плоскость симметрии шины. Выражение «половина шины» здесь имеет более широкое значение, и обозначает часть шины, которая по осевой ширине близка к половине осевой ширины шины.
«Круговое» направление - это направление, которое перпендикулярно как радиусу шины, так и осевому направлению.
«Поверхность протектора» здесь обозначает все точки протектора, которые приходят в контакт с землей, когда шина, накачанная до своего рабочего давления, и без шипов, катится по земле.
В контексте данного документа, выражение «резиновая смесь» обозначает смесь резины, содержащую по меньшей мере один эластомер и заполнитель.
Фиг. 1 схематически изображает шину 10 согласно предшествующему уровню техники, содержащую протектор 20, имеющий поверхность протектора, контактирующую с землей, когда шина катится. Протектор 20 содержит множество поперечных канавок 25 и круговых канавок 26, и множество шипов 30. Шипы 30 расположены по всей ширине поверхности протектора в резиновых блоках 40 протектора 20; «резиновые блоки» обозначают элемент протектора, изготовленный из вулканизированной резиновой смеси и ограниченный канавками. Центральное ребро 50 протектора также может обеспечиваться шипами 30. Шипы 30 расположены в разных положениях вокруг периферии шины, чтобы в любой момент имелись шипы в контакте с землей, по которой катится шина.
Фиг. 2 схематически изображает шип 30 согласно предшествующему уровню техники. Шип 30 имеет продольную ось 33. Профиль шипа 30 является цилиндрическим и имеет центр на оси 33. Шип 30 имеет два осевых конца: один из осевых концов определяет первую часть, здесь осуществленную в виде кончика 60, контактирующего с землей (льдом, снегом или голой поверхностью дороги), когда шип 30 установлен на шину 10, и шина 10 катится по земле. Кончик может преимущественно изготавливаться из материала, отличного от материала остального шипа. Это позволяет более прочному материалу использоваться для этой части, которая подвергается очень высоким механическим нагрузкам. Это также позволяет, для некоторых семейств продуктов, иметь отлитый или произведенный посредством литья под давлением корпус, к которому прикрепляется кончик. Очевидно, также возможно использовать шипы, которые полностью изготовлены из одного материала.
Другой конец шипа 30 сформирован из основания 70, которое сконструировано, чтобы закреплять шип 30 в протекторе 20 шины 10.
Корпус 80 соединяет первую часть 60 и основание 70 шипа 30. Средний диаметр DC корпуса меньше, чем средний диаметр DT основания 70 шипа 30, диаметры, измеряемые перпендикулярно оси 33 шипа. Корпус 80 отделяется от основания 70 частью 85, диаметр которой меньше диаметров основания и корпуса.
Фиг. 3 схематически изображает часть протектора 20 шины 10. Этот протектор обеспечен гнездом 90. Каждое гнездо содержит цилиндрический участок, открытый для наружной части протектора 20 шины 10, и сконструированный, чтобы взаимодействовать с шипом 30.
Фиг. 4 схематически изображает ту же часть протектора 20 после того, как шип 30 был вставлен. Благодаря упругости резиновой смеси, из которой сформирован протектор, протектор 20 идеально охватывает шип 30 и прочно закрепляет его в шине.
Фиг. 5 иллюстрирует, как работает первая шипованная шина согласно предшествующему уровню техники. Она изображает часть шипа 30 и протектор 20, изготовленный из резиновой смеси, который окружает эту часть шипа. Шип изображен в момент, когда он приходит в контакт со льдом 100. Направление вращения R шины показано, используя стрелку R. Первая часть 60 шипа 30 закапывается в лед 100 на среднюю глубину P. Посредством закапывания в лед 100 и царапания его, шип 30 локально ломает лед и формирует большое количество ледяной стружки 110, которая накапливается на границе раздела между протектором 20 и льдом 100, и, в конечном счете, предотвращает первую часть 60 шипа 30 от глубокого закапывания в лед 100, и это, следовательно, оказывает отрицательное влияние на сцепление шины.
Фиг. 6 иллюстрирует, как работает улучшенная шина согласно предшествующему уровню техники (см. WO 2009/147047), которая может уменьшать это отрицательное влияние. В частности, эта шина содержит полость 200, в которой собирается стружка 110, формируемая, когда шип 30 закапывается в лед 100. Стружка 110, следовательно, не накапливается между поверхностью протектора 20 и льдом 100. Таким образом, шип 30 может закапываться глубже в лед 100, так что достигается большая средняя глубина D проникновения, и шина имеет лучшее сцепление со льдом.
Фиг. 7 и 8 изображают участок протектора такой шины согласно предшествующему уровню техники. Эти чертежи схематически изображают резиновый блок 40 протектора 20 шины в виде из положения, находящегося радиально снаружи протектора (фиг. 7) и в перспективе (фиг. 8). Как показывает фиг. 7, этот резиновый блок 40 окружен множеством других блоков и отделен от этих других блоков поперечными и круговыми канавками 25 и 26.
3
Резиновый блок 40 содержит шип, имеющий продольную ось 33 (см. фиг. 8), с кончиком 60, выступающим из участка поверхности протектора, сформированным резиновым блоком 40. Шип вытянут в направлении внутренней части протектора в виде корпуса 80 (см. фиг. 8), лишь участок которого показан пунктирной линией. Более того, резиновый блок 40 содержит три полости с 201 по 203, связанные с шипом 30, каждая из которых имеет объем 60 мм.
В то время как этот тип шипованной шины обеспечил существенное улучшение в сцеплении со льдом, все еще имеется место для улучшения компромисса между уровнем сцепления со льдом и сохранностью шипа, когда шина используется на асфальте. Такое улучшение достигается, используя шину согласно варианту осуществления изобретения, участок протектора которой изображен на фиг. 9-11. Здесь, протектор, окружающий шип (кончик 60 которого выступает из протектора), формирует закрепляющую платформу 120 для шипа, эта платформа, в свою очередь, окруженная полостью 130, которая открыта на поверхности протектора, так что удовлетворяются два условия.
3
3
Во-первых, объем углубления, открытого на поверхности протектора, в радиусе, большем или равном D0/2 (что здесь соответствует контуру шипа 30 на протекторе) и меньшем или равном D0/2 + 2 мм (обозначено, используя круг 142), вокруг продольной оси шипа, меньше или равен 20 мм. (Для показанного шипа D0 равняется 6,5 мм). Это условие соответствует достаточности закрепляющей платформы для прочного закрепления шипа в шине. В этой части могут иметься небольшие полости, но чтобы не ухудшать закрепление существенно, они не должны иметь большой объем. Заявитель обнаружил, что объем в 20 мм является величиной, которую не стоит превышать. Небольшие полости изображены на поверхности, видимой на фиг. 12-15, и обозначены позицией 150 на фиг. 13.
3
3
3
Во-вторых, объем углубления, открытого на поверхности протектора, в радиусе, большем или равном D0/2 + 2 мм (обозначено, используя круг 142) и меньшем или равном D0/2 + 4 мм (обозначено, используя круг 144), вокруг продольной оси шипа, больше или равен 60 мм и меньше или равен 100 мм (в этом конкретном примере, этот объем составляет 80 мм). Это условие соответствует способности полости удерживать определенное количество ледяной стружки на достаточно небольшом расстоянии от оси шипа.
Предпочтительно, максимальная глубина H полости меньше или равна HA/2, где HA - это глубина гнезда, содержащего шип (см. фиг. 10). В данном конкретном варианте осуществления, полость, окружающая закрепляющую платформу для шипа, сужается с ростом глубины.
Согласно одному преимущественному варианту осуществления, по меньшей мере один мостик из резиновой смеси, соединяющий закрепляющую платформу для шипа с оставшейся частью протектора, проходит через полость. Фиг. 12-14 показывают участок протектора шины в точке, в которой закрепляющая платформа соединяется с оставшейся частью протектора посредством 6 мостиков 140, перед (фиг. 12-14) вставкой шипа и после (фиг. 15) вставки.
В данном конкретном примере, мостики не пересекаются с поверхностью протектора шины в условиях начала эксплуатации, но также возможно обеспечивать мостики, которые пересекаются с поверхностью протектора шины в условиях начала эксплуатации. Полость, окружающая закрепляющую платформу, фактически может быть сформирована из множества полостей, каждая из которых открыта на поверхности протектора. Это изображено на фиг. 17 в виде полостей 160.
Мостики, видимые на фиг. 12-15, имеют закругленную геометрию в терминах формы мостиков и/или соединений со стенками полостей. Это снижает риск распространения трещин внутрь протектора. Если, по другим причинам, этот риск неизбежен, тогда, конечно, возможно обеспечить мостики, геометрия которых содержит острые углы. Форма мостиков может являться в целом цилиндрической.
Фиг. 16 изображает элемент литейной формы для отливки участка протектора, как показано на фиг. 14. Можно видеть участок 290, сконструированный, чтобы отливать гнездо 90 (см. фиг. 3), и кольцо, составленное из зубцов 300, сконструированное, чтобы отливать мостики, которые соединяют закрепляющую платформу с оставшейся частью протектора.
Таблица 1 сравнивает результаты, полученные с шипованной шиной, которая не имеет резервуара для льда («A»), используемой в качестве ориентира, шипованной шиной согласно WO 2009/147047 («B») и шиной согласно варианту осуществления изобретения («C»). Архитектура шины и используемые материалы были одинаковы для всех трех шин.
Таблица 1
«A»
«B»
«C»
Сцепление со льдом
100
110
105
Сохранность шипа
100
90
115
Компромисс
100
100
110
Можно видеть, что, в то время как решение «B» улучшает сцепление со льдом за счет сохранности шипа, решение «C» улучшает как сцепление со льдом (хоть и не так сильно, как решение «B»), так и в особенности улучшает сохранность шипа; следовательно, оно делает существенное улучшение общего компромисса сцепления/сохранности.