ШИНА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ БОРТОМ
TYRE WITH PERFECTED BEAD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для пассажирских транспортных средств и, в частности, к бортам таких шин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
2
Уменьшение выбросов парниковых газов от транспортных средств представляет собой одну из основных проблем, с которой производители транспортных средств сталкиваются в настоящее время. Шины представляют собой значительную сферу, в которой прогресс может быть достигнут за счет уменьшения сопротивления качению, поскольку это оказывает прямое влияние на потребление топлива транспортным средством. Был достигнут заметный прогресс, о котором свидетельствует, например, большой успех, который имеет шина Energy Saver, поставляемая на рынок в последнее время компанией Michelin. Используемая технология обеспечивает возможность экономии, составляющей приблизительно 0,2 л топлива на 100 км при смешанном цикле, что соответствует уменьшению, составляющему почти 4 г СО на км. Это соответствует приблизительно одной тонне СО, которая не будет выделена в атмосферу за время жизненного цикла транспортного средства.
Тем не менее, с учетом прогнозируемого увеличения цены сырой нефти и все возрастающей осведомленности потребителей об экологических проблемах, необходимо продолжать работу, направленную на уменьшение сопротивления шин качению.
Узел, образуемый бортом и внутренней в радиальном направлении частью боковины шины, представляет собой один из компонентов шины, конструкция которых оказывает очень заметное влияние на сопротивление шины качению. Он имеет многочисленные функции: воспринимает напряжение в каркасном усилителе и передает нагрузку, воздействию которой подвергается шина, от боковины на обод. Следовательно, он обеспечивает направление коронной зоны шины от обода. Его влияние на управляемость шины является значительным, особенно в том случае, когда шина сильно нагружена. Выполнение всех данных функций обычно обеспечивается за счет комбинации усилителя (содержащего бортовое проволочное кольцо и заворот каркасного усилителя вокруг данного бортового проволочного кольца) и «наполнительного шнура», образованного из резиновой смеси. Компромиссное сочетание жесткости, которая должна быть обеспечена, в частности, для направления коронной зоны, и ожидаемой долговечности, как правило, приводит к тому, что конструктор шины будет создавать каркасный усилитель, повторяющий определенную траекторию, и использовать наполнительный шнур, который является объемным (имеет большую высоту и/или толщину) и жестким. Недостатком, обусловленным данными геометрическими характеристиками, являются большие гистерезисные потери, особенно в наполнительном шнуре. Воздействие наполнительного шнура, проявляющееся в придании жесткости, особенно существенно в зоне, удаленной от борта, и, следовательно, требует наполнительного шнура, который является еще более объемным, и, таким образом, к еще большим гистерезисным потерям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач настоящего изобретения состоит в разработке шины для пассажирских транспортных средств, которая имеет очень низкое сопротивление качению и в то же время обладает удовлетворительной жесткостью при движении на повороте.
Эта задача решается посредством выполнения борта шины с особыми геометрическими характеристиками и посредством искусного размещения металлических усилительных элементов.
Более точно, данная задача решается посредством шины, содержащей:
два борта, предназначенные для входа в контакт с монтажным ободом, при этом каждый борт содержит, по меньшей мере, один кольцевой усилительный конструктивный элемент, имеющий точку, самую внутреннюю в радиальном направлении;
две боковины, проходящие от бортов в радиальном направлении наружу, при этом две боковины соединяются в коронной зоне, содержащей усилитель коронной зоны, поверх которого расположен протектор;
по меньшей мере, один радиальный каркасный усилитель, проходящий от бортов через боковины до коронной зоны, при этом каркасный усилитель содержит множество каркасных усилительных элементов, заделанных в, по меньшей мере, одну первую резиновую смесь, при этом каркасный усилитель закреплен в двух бортах посредством его заворота вокруг кольцевого усилительного конструктивного элемента таким образом, чтобы образовать в каждом борту основную часть и обертывающую часть, при этом каждая обертывающая часть проходит в радиальном направлении наружу до конца, расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, самой внутренней в радиальном направлении, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRE больше или равно 5% и меньше или равно 20% (и предпочтительно больше или равно 7% и меньше или равно 18%) от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
при этом, по меньшей мере, один (и предпочтительно каждый) борт содержит наполнительный шнур, образованный из, по меньшей мере, одной второй резиновой смеси, имеющей модуль упругости, который больше или равен 40 и меньше или равен 60 МПа, при этом наполнительный шнур расположен, по меньшей мере частично, в радиальном направлении снаружи от кольцевого усилительного конструктивного элемента и, по меньшей мере частично, между основной частью и обертывающей частью каркасного усилителя, при этом наполнительный шнур проходит в радиальном направлении на определяемом в радиальном направлении расстоянии DBE от точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, самой внутренней в радиальном направлении, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DBE меньше или равно 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>E(r)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>r</mtext></mrow></mfrac></mrow>
при этом указанный наполнительный шнур имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, при этом данная толщина соответствует длине пересечения наполнительного шнура с прямой линией, параллельной к оси вращения шины и пересекающейся с наполнительным шнуром на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, самой внутренней в радиальном направлении, при этом толщина Е(r) изменяется так, что в диапазоне расстояний r, составляющих от 0% до 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины
является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,5 мм/мм на, по меньшей мере, 3% (и предпочтительно больше или равна 1 мм/мм на, по меньшей мере, 1,5%) от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
при этом боковина, проходящая от указанного, по меньшей мере, одного борта шины, дополнительно содержит придающий жесткость усилитель, образованный из множества металлических усилительных элементов, заделанных в, по меньшей мере, одну третью резиновую смесь и ориентированных под углом, который меньше 10 градусов или равен 10 градусам, относительно направления вдоль окружности, при этом придающий жесткость усилитель имеет в каждом радиальном сечении конец, внутренний в радиальном направлении, и конец, наружный в радиальном направлении, так что:
(i) определяемое в радиальном направлении расстояние DAI между точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента, самой внутренней в радиальном направлении, и внутренним в радиальном направлении концом придающего жесткость усилителя больше или равно 5% и меньше или равно 15% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
(ii) определяемое в радиальном направлении расстояние DAE между точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента, самой внутренней в радиальном направлении, и наружным в радиальном направлении концом придающего жесткость усилителя больше или равно 20% и меньше или равно 40% (и предпочтительно больше или равно 25% и меньше или равно 35%) от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
при этом указанный, по меньшей мере, один борт дополнительно содержит наружную ленту, расположенную в аксиальном направлении снаружи от каркасного усилителя и от наполнительного шнура, при этом каждая наружная лента, проходящая от конца наружной ленты, внутреннего в радиальном направлении и расположенного на расстоянии DRI от точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, самой внутренней в радиальном направлении, при этом расстояние DRI меньше или равно 20% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, до конца, наружного в радиальном направлении, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRL между концом наружной ленты, наружным в радиальном направлении, и концом наружной ленты, внутренним в радиальном направлении, больше или равно 25% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, и наружная лента образована из, по меньшей мере, одной четвертой резиновой смеси, имеющей модуль G′ упругости, который меньше или равен 15 МПа, и модуль G′′ вязкости, такой что:
G′′[МПа]≤0,2·G′[МПа]-0,2 МПа,
при этом модули упругости и вязкости измерены при 23°С;
при этом узел, образуемый придающим жесткость усилителем и наружной лентой, имеет толщину ЕВ(R), при этом данная толщина соответствует длине пересечения направления, перпендикулярного к основной части каркасного усилителя, с указанным узлом, при этом R обозначает расстояние, отделяющее точку пересечения указанного направления, перпендикулярного к основной части каркасного усилителя, с каркасным усилителем от точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, самой внутренней в радиальном направлении, при этом толщина ЕВ(R) изменяется так, что:
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EB(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
(i) в диапазоне расстояний R, составляющих от 10 до 20% от высоты Н профиля шины, изменение толщины
является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,0 мм/мм и меньше или равна 0,1 мм/мм на, по меньшей мере, 5% от высоты Н профиля шины;
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EB(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
(ii) в диапазоне расстояний R, составляющих от 15 до 25% от высоты Н профиля шины, изменение толщины
является положительным, и его абсолютная величина больше или равна 0,20 мм/мм на, по меньшей мере, 2% от высоты Н профиля шины;
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EB(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
(iii) в диапазоне расстояний R, составляющих от 25 до 45% от высоты Н профиля шины, изменение толщины
является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,25 мм/мм (и предпочтительно больше или равна 0,30 мм/мм) на, по меньшей мере, 4% от высоты Н профиля шины;
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EE(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
и при этом защитный слой, образованный из, по меньшей мере, одной пятой резиновой смеси, расположен в аксиальном направлении снаружи от наружной ленты, при этом данный защитный слой имеет толщину ЕЕ(R), при этом данная толщина соответствует длине пересечения направления, перпендикулярного к контуру наружной ленты, наружному в аксиальном направлении, с указанным защитным слоем, при этом толщина ЕЕ(R) изменяется так, что изменение толщины
больше или равно -0,20 мм/мм и меньше или равно 0,20 мм/мм для значений R, составляющих от R=RI+0,20·(RE-RI) до R=RI+0,885·(RE-RI), где “RI” обозначает значение, соответствующее концу наружной ленты, внутреннему в радиальном направлении, и “RE” обозначает значение, соответствующее концу наружной ленты, наружному в радиальном направлении.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления в любом радиальном сечении конец наружной ленты, наружный в радиальном направлении, расположен в радиальном направлении снаружи от наружного в радиальном направлении конца придающего жесткость усилителя так, что определяемое в радиальном направлении расстояние DD, разделяющее данные концы, меньше или равно 8 мм (и предпочтительно меньше или равно 5 мм). Определяемое в радиальном направлении расстояние DD, значительно превышающее величину, составляющую 8 мм, в действительности оказывает отрицательное влияние на сопротивление качению.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления в любом радиальном сечении толщина резиновой смеси, разделяющей каркасные усилительные элементы и металлические усилительные элементы усилителя, придающего жесткость, во всех точках больше или равна 0,8 мм. Подобная толщина гарантирует хорошее сопротивление сдвигу, вызываемому передачей растягивающего усилия между каркасным усилителем и придающим жесткость усилителем при качении шины.
В соответствии с одним особым вариантом осуществления шина предназначена для установки на монтажном ободе, содержащем часть, образующую посадочную полку обода, и расположенный в радиальном направлении снаружи от посадочной полки обода борт обода, имеющий по существу круглый профиль, и шина выполнена с такой конфигурацией, что, когда шина установлена на предназначенном для нее монтажном ободе, наружный в радиальном направлении конец усилителя, придающего жесткость, расположен на прямой линии, проходящей через центр профиля борта обода и образующей с аксиальным направлении угол α (альфа), открытый в аксиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу, при этом угол α (альфа) больше или равен 90° и меньше или равен 120° (и предпочтительно больше или равен 100° и меньше или равен 115°). Как описано в заявке на патент WO 2011/067211, такой угол дает отличные результаты с точки зрения сопротивления качению.
В том же самом документе также раскрыты другие признаки, которые могут быть предпочтительно скомбинированы с шиной в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Таким образом, предпочтительно предусмотреть образование усилителя, придающего жесткость, из множества прерывистых усилительных элементов, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей (С, С1, С2), концентрических относительно оси вращения шины.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления придающий жесткость усилитель образован из множества прерывистых усилительных элементов с длиной L0, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей, концентрических относительно оси вращения шины, смонтированной на предназначенном для нее ободе, при этом каждая окружность определяется средним радиусом, измеренным относительно указанной оси вращения, при этом каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0, размещенный по окружности С с радиусом R, механически соединен на длинах L11 и L12 соединений соответственно с двумя прерывистыми усилительными элементами, размещенными по окружности С1 с радиусом R1, который меньше радиуса R, при этом указанная окружность находится непосредственно рядом с окружностью С, при этом длины L11 и L12 соединений, такие что длина L11 рассматривается как превышающая длину L12 или равная длине L12, удовлетворяют следующему соотношению: 1,5≤К≤4, где К=(1-L12/L0)/(1-L11/L0).
Еще более предпочтительно, если каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0, расположенный по окружности С с радиусом R, механически соединен на длинах L11 и L12 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами, расположенными по окружности С1 с радиусом R1, при этом указанная окружность находится непосредственно рядом с окружностью С, при этом длина L11 соединения больше или равна 55% от L0 и меньше или равна 75% от L0, и длина L12 соединения больше или равна 10% от L0 и меньше или равна 30% от L0, и каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0, расположенный по окружности С с радиусом R, механически соединен на длинах L21 и L22 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами, расположенными по окружности С2 с радиусом R2, при этом указанная окружность находится непосредственно рядом с окружностью С1, при этом длина L21 соединения больше или равна 20% от L0 и меньше или равна 40% от L0, и длина L22 соединения больше или равна 45% от L0 и меньше или равна 65% от L0.
Само собой разумеется, возможно и даже желательно скомбинировать два или более из описанных вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.  1 показывает обычную шину.
Фиг.  2 показывает частичный вид в перспективе обычной шины.
Фиг.  3 показывает в радиальном сечении часть шины в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.  4 иллюстрирует, как определяется высота Н профиля шины.
Фиг.  5 показывает в радиальном сечении часть контрольной шины.
Фиг.  6 и 7 показывают в радиальном сечении часть шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.  8 иллюстрирует, как определяются некоторые толщины шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.  9 показывает расположение усилительных элементов одного слоя придающего жесткость усилителя, используемого в борту шины по фиг.  6.
Фиг.  10-15 показывают определенные толщины шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения и их изменение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Что касается использования термина «радиальный», то целесообразно провести различие между разными значениями, в которых специалист в данной области техники использует данное слово. Во-первых, термин относится к радиусу шины. Именно в данном смысле утверждается, что точка Р1 является «внутренней в радиальном направлении» по отношению к точке Р2 (или находится «в радиальном направлении внутри по отношению к» точке Р2), если она находится ближе к оси вращения шины, чем точка Р2. Напротив, утверждается, что точка Р3 является «наружной в радиальном направлении» по отношению к точке Р4 (или находится «в радиальном направлении снаружи по отношению к» точке Р4), если она находится дальше от оси вращения шины, чем точка Р4. Утверждается, что «продвигаются» «в радиальном направлении внутрь (или наружу)», когда «продвигаются» в направлении меньших (или больших) радиусов. Именно данное значение термина также применяется для расстояний в радиальном направлении.
Напротив, утверждается, что нить или усилитель является «радиальной»/«радиальным», когда нить или усилительные элементы усилителя образует/образуют угол, больший или равный 80° и меньший или равный 90°, относительно направления вдоль окружности. Следует подчеркнуть, что в данном документе термин «нить» следует понимать в очень широком смысле и что он охватывает нити в виде элементарных нитей, комплексных нитей, кордов, крученых/трощеных нитей или эквивалентных узлов и независимо от материала, из которого изготовлена нить, или от поверхностной обработки, которой она могла быть подвергнута для того, чтобы способствовать ее сцеплению с резиной.
В завершение, в данном документе под «радиальным сечением» или «радиальным поперечным сечением» понимается сечение или поперечное сечение, выполненное в плоскости, содержащей ось вращения шины.
«Аксиальное» направление представляет собой направление, параллельное оси вращения шины. Утверждается, что точка Р5 является «внутренней в аксиальном направлении» по отношению к точке Р6 (или находится «в аксиальном направлении внутри по отношению к» точке Р6), если она находится ближе к средней плоскости шины, чем точка Р6. Напротив, утверждается, что точка Р7 является «наружной в аксиальном направлении» по отношению к точке Р8 (или находится «в аксиальном направлении снаружи по отношению к» точке Р8), если она находится дальше от средней плоскости шины, чем точка Р8. «Средняя плоскость» шины представляет собой плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и которая расположена на одинаковых расстояниях от кольцевых усилительных конструктивных элементов каждого борта.
Направление «вдоль окружности» представляет собой направление, которое перпендикулярно как к радиусу шины, так и к аксиальному направлению. «Круговое поперечное сечение» представляет собой сечение по плоскости, перпендикулярной к оси вращения шины.
В данном документе термин «поверхность протектора» означает совокупность точек на протекторе шины, которые будут входить в контакт с грунтом, когда шина, которая была установлена на соответствующем монтажном ободе и накачана до ее рабочего давления, катится по грунту.
Термин «резиновая смесь» обозначает резиновую смесь, содержащую, по меньшей мере, один эластомер и наполнитель.
Термин «модуль упругости» резиновой смеси означает секущий модуль упругости при растяжении, полученный при испытаниях на растяжение в соответствии со стандартом ASTM D 412 (Американское общество по испытанию материалов) от 1998 г. (испытательный образец «С»): кажущиеся секущие модули при относительном удлинении 10%, обозначенные «МА10» и выраженные в МПа, измеряют при втором удлинении (то есть после цикла приспосабливания) (при стандартных условиях в отношении температуры и относительной влажности в соответствии со стандартом ASTM D 1349 от 1999 г.).
2
В данном документе термины «модуль G′ упругости» и «модуль G′′ вязкости» обозначают динамические характеристики, хорошо известные специалистам в данной области техники. Данные характеристики измеряются на анализаторе вязкости типа Metravib VA4000 на образцах для испытаний, которые были отформованы из невулканизованных резиновых смесей, или на образцах для испытаний, которые были соединены вместе из вулканизованных резиновых смесей. Используются образцы для испытаний, такие как описанные в стандарте ASTM D 5992-96 (версия, опубликованная в сентябре 2006 г., исходно утвержденная в 1996 г.) на фиг. Х2.1 (круглый вариант осуществления). Диаметр “d” образца для испытаний составляет 10 мм (следовательно, он имеет круглое поперечное сечение площадью 78,5 мм), толщина “L” каждой из частей из резиновой смеси составляет 2 мм, что дает отношение “d/L”, равное 5 (в отличие от стандарта ISO 2856 (Международная организация по стандартизации), упомянутого в абзаце Х2.4 стандарта ASTM, который рекомендует значение d/L, равное 2).
Регистрируют реакцию образца для испытаний, образованного из вулканизованной резиновой смеси и подвергнутого воздействию простого знакопеременного синусоидального нагружения при сдвиге с частотой 10 Гц и при стабилизированной температуре, составляющей 23°С. Образец для испытаний нагружают симметрично относительно его положения равновесия. Развертка охватывает амплитуды деформации от 0,1% до 50% (при размахе амплитуды; в «исходящем» цикле; 12 точек измерения), затем от 50% до 0,1% (при размахе амплитуды; в цикле возврата; 11 точек измерения). Результат, который используется, - это динамический модуль (G′) упругости при сдвиге и модуль (G′′) вязкости при сдвиге при 10%-й деформации в цикле возврата.
Чтобы способствовать пониманию описания альтернативных вариантов, показанных на фигурах, одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения элементов, которые имеют идентичные конструкции.
Фиг.  1 схематически показывает обычную шину 10. Шина 10 содержит коронную зону, содержащую усилитель коронной зоны (не видимый на фиг.  1), поверх которого размещен протектор 40, две боковины 30, проходящие от коронной зоны в радиальном направлении внутрь, и два борта 20, расположенные в радиальном направлении внутри по отношению к боковинам 30.
Фиг.  2 схематически показывает частичный вид в перспективе обычной шины 10 и иллюстрирует различные компоненты шины. Шина 10 содержит каркасный усилитель 60, образованный из нитей 61, покрытых резиновой смесью, и два борта 20, каждый из которых содержит бортовое проволочное кольцо 70, которое обеспечивает удерживание шины 10 на ободе (непоказанном). Каркасный усилитель 60 закреплен в каждом из бортов 20 посредством заворота. Шина 10 дополнительно содержит усилитель коронной зоны, содержащий два слоя 80 и 90. Каждый из слоев 80 и 90 армирован нитевидными усилительными элементами 81 и 91, которые параллельны в каждом слое и перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому, образуя углы, составляющие от 10° до 70°, относительно направления вдоль окружности. Шина дополнительно содержит окружной усилитель 100, расположенный в радиальном направлении снаружи усилителя коронной зоны, при этом данный окружной усилитель образован из усилительных элементов 101, ориентированных в направлении вдоль окружности и намотанных по спирали. Протектор 40 размещен на окружном усилителе; именно данный протектор 40 обеспечивает контакт между шиной 10 и дорогой. Показанная шина 10 представляет собой «бескамерную» шину; она содержит «внутренний герметизирующий слой» 50, образованный из резиновой смеси, которая является непроницаемой по отношению к газу для накачивания, и закрывающий внутреннюю поверхность шины.
Фиг.  3 схематически показывает в радиальном сечении часть шины 10 по предшествующему уровню техники типа Energy™ Saver, поставляемой на рынок компанией Michelin. Шина 10 содержит два борта 20, предназначенные для входа в контакт с монтажным ободом (непоказанным), при этом каждый борт 20 содержит бортовое проволочное кольцо 70. Две боковины 30 проходят от бортов 20 в радиальном направлении наружу и соединяются в коронной зоне 25, содержащей усилитель коронной зоны, образованный из первого слоя усилительных элементов 80 и второго слоя усилительных элементов 90, при этом протектор 40 размещен поверх усилителя коронной зоны в радиальном направлении. Каждый слой содержит нитевидные усилительные элементы, покрытые связующим, образованным из резиновой смеси. Усилительные элементы каждого слоя по существу параллельны друг другу; усилительные элементы двух слоев перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому под углом, составляющим приблизительно 20°, как хорошо известно специалистам в области шин, широко известных как «радиальные шины». Средняя плоскость шины обозначена ссылочной позицией 130.
Шина 10 дополнительно содержит каркасный усилитель 60, который проходит от бортов 20 через боковины 30 до коронной зоны 25. Данный каркасный усилитель 60 в данном случае содержит нитевидные усилительные элементы, ориентированные по существу в радиальном направлении, то есть образующие угол относительно направления вдоль окружности, который больше или равен 80° и меньше или равен 90°.
Каркасный усилитель 60 содержит множество каркасных усилительных элементов и закреплен в двух бортах 20 посредством заворота вокруг бортового проволочного кольца 70 таким образом, чтобы образовать в каждом борту основную часть 62 и обертывающую часть 63. Обертывающая часть проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRE в данном случае равно 19% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
«Высота Н профиля шины в радиальном направлении» определяется как определяемое в радиальном направлении расстояние между самой внутренней в радиальном направлении точкой 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента 70 борта 20 и самой дальней от центра в радиальном направлении точкой 41 (фиг. 4) протектора 40, когда шина 10 установлена на монтажном ободе 5 (как показано на фиг. 4) и накачана до ее рабочего давления.
Каждый борт содержит наполнительный шнур 110, при этом наполнительный шнур расположен в основном в радиальном направлении снаружи от бортового проволочного кольца 70 и между основной частью 62 и обертывающей частью 63 каркасного усилителя 60. В данном случае используемая резиновая смесь имеет модуль упругости, составляющий 56 МПа.
Каждый борт дополнительно содержит наружный слой или наружную ленту 170, расположенный/расположенную в аксиальном направлении снаружи от каркасного усилителя и от наполнительного шнура. Наружная лента 170 проходит в радиальном направлении наружу от конца 171 наружной ленты 170, внутреннего в радиальном направлении и расположенного на расстоянии DEI от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70, до конца 172, наружного в радиальном направлении и расположенного на расстоянии DEE от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70. В данном случае расстояние DEI равно 6,5% и расстояние DEE равно 41,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Фиг. 5 показывает в радиальном сечении часть шины 10, раскрытой в документе WO 2011/067211 и содержащей два борта 20 (только один из которых был показан), предназначенных для входа в контакт с монтажным ободом (непоказанным), при этом каждый борт содержит бортовое проволочное кольцо 70. Бортовое проволочное кольцо 70 имеет точку 71, самую внутреннюю в радиальном направлении. Два кольцевых усилительных конструктивных элемента 70 (только один из которых был показан) определяют среднюю плоскость 130 шины, перпендикулярную к (непоказанной) оси вращения шины и расположенную на одинаковых расстояниях от кольцевых усилительных конструктивных элементов 70 каждого борта. Две боковины 30 (только одна из которых была показана) проходят от бортов 20 в радиальном направлении наружу. Две боковины 30 соединяются в коронной зоне 25, содержащей усилитель коронной зоны, образованный двумя слоями 80 и 90, поверх которых расположен протектор 40.
Радиальный каркасный усилитель 60 проходит от бортов 20 через боковины 30 до коронной зоны 25. Каркасный усилитель 60 содержит множество каркасных усилительных элементов, заделанных в, по меньшей мере, одну первую резиновую смесь, которая сама по себе известна специалистам в данной области техники; он закреплен в двух бортах 20 посредством охватывания им бортового проволочного кольца 70 таким образом, чтобы образовать в каждом борту основную часть 62 и обертывающую часть 63. Обертывающая часть 63 проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70. Расстояние DRE, определяемое в радиальном направлении, в данном случае равно 16% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Борт 20 содержит наполнительный шнур 110, образованный из второй резиновой смеси, имеющей модуль упругости, который больше или равен 40 МПа и меньше или равен 60 МПа. Подобные резиновые смеси сами по себе хорошо известны специалистам в данной области техники. В документе WO 2011/067211 приводится в качестве примера состав резиновой смеси, которая может быть использована.
Наполнительный шнур 110 расположен большей частью в радиальном направлении снаружи от бортового проволочного кольца 70, между основной частью 62 и обертывающей частью 63 каркасного усилителя 60. Он проходит в радиальном направлении на определяемом в радиальном направлении расстоянии DBE от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70. В данном случае определяемое в радиальном направлении расстояние DBE равно 8% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении. Данная малая высота наполнительного шнура в радиальном направлении способствует низкому сопротивлению шины качению. Наполнительный шнур с малым объемом может сохраняться, в частности, для облегчения изготовления борта в целом, поскольку его присутствие не будет приводить к значительным потерям на гистерезис. Это обусловлено тем, что в зоне, непосредственно окружающей бортовое проволочное кольцо и седло обода, которые оба являются чрезвычайно жесткими, деформации, которым она подвергается при качении шины, являются очень малыми. Напротив, для того чтобы поддерживалась хорошая управляемость шиной, в особенности при больших нагрузках, общее уменьшение объема наполнительного шнура предпочтительно компенсируется наличием дополнительного придающего жесткость усилителя 140, который сам вызывает только малые потери на гистерезис.
Наполнительный шнур 110 имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, которая определяется способом, проиллюстрированным на фиг. 8. Толщина Е(r) в аксиальном направлении соответствует длине зоны пересечения наполнительного шнура с прямой линией 200, параллельной к оси вращения шины (которая обозначена с использованием ссылочной позиции 3 на фиг. 4) и имеющей зону пересечения с наполнительным шнуром 110, находящуюся на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от точки 71 бортового проволочного кольца 70, самой внутренней в радиальном направлении.
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>E(r)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>r</mtext></mrow></mfrac></mrow>
Определяемая в аксиальном направлении толщина Е(r) наполнительного шнура 110 шины, показанной на фиг. 5, показана на фиг. 10 (кривая А в виде пунктирной линии; кривая В соответствует шине согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 6). Определяемая в аксиальном направлении толщина Е(r) наполнительного шнура 110 шины, показанной на фиг. 5, изменяется так, что в диапазоне расстояний r, составляющих от 0% до 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины VEr=
является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,5 мм/мм на приблизительно 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении (см. фиг. 11, кривая А; кривая В соответствует шине согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 6). В данном случае абсолютная величина изменения толщины VEr даже превышает 1 мм/мм на приблизительно 1,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Боковина 30 содержит придающий жесткость усилитель 140, образованный из множества металлических усилительных элементов, заделанных в, по меньшей мере, одну третью резиновую смесь (которая может быть, например, идентична одной из резиновых смесей, используемых для каркасного усилителя, которые хорошо известны специалистам в данной области техники) и ориентированных под нулевым или малым углом, - что означает угол, который меньше 10 градусов или равен 10 градусам, - относительно направления вдоль окружности. Данный придающий жесткость усилитель 140 расположен таким образом, что расстояние DAE между самой внутренней в радиальном направлении точкой 71 бортового проволочного кольца 70 и наружным в радиальном направлении концом 142 придающего жесткость усилителя 140 равно 35% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении. Расстояние DAI между самой внутренней в радиальном направлении точкой 71 бортового проволочного кольца 70 и внутренним в радиальном направлении концом 141 придающего жесткость усилителя 140 в данном случае равно 5% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении.
«Разъединяющий слой» 150, образованный из резиновой смеси, расположен в аксиальном направлении между придающим жесткость усилителем 140 и основной частью 62 каркасного усилителя 60. Разъединяющий слой имеет конец 151, внутренний в радиальном направлении, и конец 152, наружный в радиальном направлении. При воздействии сдвигающей нагрузки данный разъединяющий слой 150 обеспечивает возможность передачи меридионального растягивающего напряжения от каркасного усилителя 60, придающему жесткость усилителю 140. Следовательно, он ограничивает передачу напряжений между придающим жесткость усилителем 140 и каркасным усилителем 60 и в то же время обеспечивает выравнивание толщины, на которой действуют данные напряжения, что способствует лучшему распределению данных напряжений.
Придающий жесткость усилитель 140 шины 10, показанной на фиг. 5, образован из множества прерывистых усилительных элементов, при этом данные усилительные элементы расположены по множеству окружностей (С, С1, С2), концентрических относительно оси вращения шины, при этом каждая окружность определяется средним радиусом R, R1, R2, измеренным относительно оси вращения так, как проиллюстрировано на фиг. 9. Само собой разумеется, это представляет собой упрощенное схематическое изображение, ограниченное тремя витками, предназначенное для разъяснения принципа размещения усилительных элементов. Разумеется, придающий жесткость усилитель может содержать большее число витков.
Фиг. 9 показывает схему размещения усилительных элементов придающего жесткость усилителя 140 шины 10 по трем соседним окружностям С, С1 и С2, при этом каждая окружность имеет центр на оси вращения узла, образованного шиной и монтажным ободом. Все усилительные элементы выполнены из металла и имеют по существу одну и ту же длину, равную L0, в данном случае составляющую 125 мм. Расстояние между соседними окружностями С, С1 и С2, по которым расположены прерывистые усилительные элементы, равно толщине усилительных элементов, увеличенной, по меньшей мере, на 0,2 мм и предпочтительно, по меньшей мере, на 0,5 мм.
На фиг. 9 частично показан придающий жесткость усилитель 140, при этом ось вращения шины перпендикулярна плоскости фигуры. Можно видеть, что усилительный элемент 145 с длиной L0, расположенный по окружности С с радиусом R, механически соединен на длинах L11 и L12 дуг с двумя усилительными элементами 146, расположенными по окружности С1 с радиусом R1 (при этом R1 меньше R), соседней с окружностью С. Тот же самый усилительный элемент 145 соединен на длинах L21 и L22 дуг с двумя усилительными элементами 147. В примере, который был показан, длины соединений следующие: L11=87,9 мм (то есть близка к 70% от L0); L12=37,7 мм (то есть близка к 30% от L0); L21=50,2 мм (то есть близка к 40% от L0); L22=75,3 мм (то есть близка к 60% от L0). Данные длины соединений удовлетворяют соотношению 1,5≤К≤4, где К=(1-L12/L0)/(1-L11/L0). В частности, значение, принимаемое К, составляет 2,3 при рассмотрении значений длин соединений между усилительным элементом 145 с длиной L0, расположенным по окружности С, и усилительными элементами 146, расположенными по окружности С1 с радиусом R1 (при этом R1 меньше R), соседней с окружностью С.
Фиг. 6 показывает в радиальном сечении часть шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Данная шина обладает характеристиками шины по предшествующему уровню техники, описанной выше, и обеспечивает их улучшение для повышения ее долговечности. Для краткости будут подчеркнуты только отличительные особенности данной шины с помощью сравнения с шиной согласно предшествующему уровню техники, показанной на фиг. 5.
Борт 20 содержит наружную ленту 170, расположенную в аксиальном направлении снаружи от каркасного усилителя 60 и от наполнительного шнура 110, которая проходит в радиальном направлении снаружи от конца 171 наружной ленты 170, внутреннего в радиальном направлении и расположенного на расстоянии DRI от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента 70 борта. В данном случае расстояние DRI равно 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении. Наружная лента 170 проходит до конца 172, наружного в радиальном направлении. Определяемое в радиальном направлении расстояние DRL между концом наружной ленты, наружным в радиальном направлении, и концом наружной ленты, внутренним в радиальном направлении, в данном случае равно 30% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении. Наружная лента образована из, по меньшей мере, одной четвертой резиновой смеси, имеющей модуль G′ упругости, который меньше или равен 15 МПа, и модуль G′′ вязкости, такой что:
G′′[МПа]≤0,2·G′[МПа]-0,2 МПа,
при этом модули упругости и вязкости измерены при 23°С. Примеры подобных смесей были раскрыты в заявке на патент WO 2010/072736.
Слой 180 резиновой смеси предусмотрен между придающим жесткость усилителем 140 и наружной лентой 170.
Узел, образуемый придающим жесткость усилителем 140 и наружной лентой 170, имеет толщину ЕВ(R). Само собой разумеется, когда слой резиновой смеси предусмотрен между придающим жесткость усилителем 140 и наружной лентой 170 подобно слою 180 в данном примере, при определении толщины ЕВ(R) также учитывается толщина данного слоя. Как проиллюстрировано на фиг. 8, толщина ЕВ(R) соответствует длине пересечения направления, перпендикулярного к основной части 62 каркасного усилителя, с указанным узлом, при этом R обозначает расстояние, отделяющее точку пересечения указанного направления, перпендикулярного к основной части 62 каркасного усилителя, с каркасным усилителем 60 от точки 71 бортового проволочного кольца 70, самой внутренней в радиальном направлении.
Фиг. 8 показывает значение ЕВ(R) для R=R1.
Фиг. 12 показывает толщину ЕВ(R) шины по фиг. 6 в зависимости от отношения R/H.
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EB(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
Фиг. 13 показывает соответствующие значения VEBR=
.
Можно отметить, что толщина ЕВ(R) изменяется так, что:
(i) в диапазоне расстояний R, составляющих от 10 до 20% от высоты Н профиля шины, изменение толщины VEBR является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,0 мм/мм и меньше или равна 0,1 мм/мм на более 5% от высоты Н профиля шины;
(ii) в диапазоне расстояний R, составляющих от 15 до 25% от высоты Н профиля шины, изменение толщины VEBR является положительным, и его абсолютная величина больше или равна 0,20 мм/мм на более 2% от высоты Н профиля шины;
(iii) в диапазоне расстояний R, составляющих от 25 до 45% от высоты Н профиля шины, изменение толщины VEBR является отрицательным, и его абсолютная величина больше или равна 0,3 мм/мм на более 4% от высоты Н профиля шины.
Шина в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения также содержит защитный слой 160, образованный из, по меньшей мере, одной пятой резиновой смеси (примеры которой известны специалистам в данной области техники) и расположенный в аксиальном направлении снаружи от наружной ленты 170, при этом данный защитный слой имеет толщину ЕЕ(R). Как было показано на фиг. 8, данная толщина соответствует длине пересечения направления, перпендикулярного к контуру 175 наружной ленты 170, наружному в аксиальном направлении, с указанным защитным слоем. Фиг. 8 показывает значение EE(R) для R=R2.
Фиг. 14 показывает толщину ЕЕ(R) шины по фиг. 6 в зависимости от отношения R/H.
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mtext>EE(R)</mtext></mrow><mrow><mo>∂</mo><mtext>R</mtext></mrow></mfrac></mrow>
Фиг. 15 показывает соответствующие значения VEER=
.
Можно видеть, что толщина ЕЕ(R) изменяется так, что изменение толщины VEER больше или равно -0,20 мм/мм и меньше или равно 0,20 мм/мм для значений R, составляющих от R=RI+0,20·(RE-RI) до R=RI+0,885·(RE-RI), где “RI” обозначает значение, соответствующее концу наружной ленты, внутреннему в радиальном направлении, и “RE” обозначает значение, соответствующее концу наружной ленты, наружному в радиальном направлении.
Кроме того, конец 172 наружной ленты 170, наружный в радиальном направлении, расположен в радиальном направлении снаружи от наружного в радиальном направлении конца 142 придающего жесткость усилителя 140, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DD, разделяющее данные концы, равно 4,5 мм.
Толщина ЕХ резиновой смеси, разделяющей усилительные элементы каркаса и металлические усилительные элементы усилителя, придающего жесткость, измеренная между поверхностями усилительных элементов, во всех точках больше или равна 0,8 мм. Данная толщина показана на фиг. 8 для R=R1.
Фиг. 7 показывает борт шины по фиг. 6 после того, как она была установлена на монтажном ободе 5 и накачана. Монтажный обод 5 содержит часть, образующую посадочную полку обода, и расположенный в радиальном направлении снаружи от посадочной полки обода борт 6 обода, имеющий по существу круглый профиль. Центр окружности (который определяет «центр борта 6 обода») обозначен с использованием ссылочной позиции J. Наружный в радиальном направлении конец 142 усилителя 140, придающего жесткость, расположен на прямой линии J2, проходящей через центр J центра профиля борта обода и образующей с аксиальным направлении угол α (альфа), открытый в аксиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу, при этом угол α (альфа) в данном случае равен 112°.
Было выполнено сравнение шины согласно одному варианту осуществления изобретения, которая соответствует шине, показанной на фиг. 6, и контрольной шины (шины, показанной на фиг. 5) в условиях качения (размер исследуемых шин: 205/55 R16). Было установлено, что шина в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения имела такое же сопротивление качению, как и контрольная шина, но ее жесткость при движении на повороте была значительно повышена при той же нагрузке и таком же внутреннем давлении в шине (см. табл.1).
Таблица 1
Вариант
Фигура
Сопротивление качению (базовый показатель 100)
Жесткость при движении на повороте (базовый показатель 100)
Предшествующий уровень техники
5
100
100
Изобретение
8
100
110
Можно было бы ожидать, что добавление наружной ленты, - которая способствует повышению жесткости при движении на повороте, - также привело бы к увеличению «вклада» борта в повышение сопротивления качению. Однако, как ни удивительно, этого не происходило, а Заявитель объясняет данный поразительный факт, установленный в результате наблюдения, тем, что металлические усилительные элементы фактически ограничивают изгибную деформацию наружной ленты.