ШИНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE TIRE AND METHOD FOR PRODUCING VEHICLE TIRES

[001] Изобретение относится к шине транспортного средства, содержащей протектор, предназначенный для контакта качения с поверхностью, при этом указанный протектор выполнен с отверстиями, по меньшей мере в некоторые из которых установлены вставки.
[002] Изобретение относится также к способу получения шины транспортного средства, причем указанный способ включает следующие стадии:
- формирование изготавливаемой шины транспортного средства, которая содержит протектор, предназначенный для контакта качения с поверхностью, и формирование указанного протектора с отверстиями в процессе получения, и
- установку вставок по меньшей мере в некоторые из отверстий.
[003] Шина транспортного средства снабжена протектором, назначением которого является установление контакта качения с поверхностью, например дорожным полотном. На протекторе выполняют рисунок путем использования расходящихся желобков для обеспечения протектора с блоками протектора или блоками рисунка, следовательно, протектор содержит блоки протектора (или блоки рисунка) и желобки. Назначением желобков является перенос воды, возможно содержащейся на поверхности, путем стекания с целью установить, насколько возможно, надежный и плотный контакт между протектором, точнее блоком протектора и дорогой. Между некоторыми смежными блоками протектора в желобках также присутствуют опорные ребра в качестве элементов усиления или жесткости, которые выступают выше, чем дно желобка, но все же ниже, чем блоки протектора.
[004] Уровень техники раскрыт в публикации патента США №6263934, в котором описан протектор шины, содержащий конический элемент типа шипа, вырезанный в составе резины протектора и граничащий со структурой шины по своему основанию и частично по сторонам. Элемент типа шипа выполнен в виде части исходной поверхности протектора шины.
[005] В публикации международной заявки WO 2010063753 описан протектор шины, содержащий множество элементов типа шипа, врезанных в резину протектора, и граничащих по своему основанию, и элемент типа шипа имеет стороны, вырезанные в виде зигзага. Согласно данной публикации такой рисунок, врезанный в поверхность шины, обеспечивает улучшенное сцепление в условиях влажности и меньший и более равномерный износ шины. Элемент типа шипа имеет стенки, выполненные в виде зигзага для зубчатого рисунка. Было раскрыто решение для обеспечения опорной конструкции блока протектора, не ослабевающего при нормальном напряжении, т.е. в контакте с поверхностью дороги, и, кроме того, для уменьшения сопротивления качению, поскольку циклическая деформация уменьшается.
[006] В японской публикации JP №200198323 описан резиновый шип, содержащий волокнистую полоску и улучшенные свойства сцепления благодаря выступающим частям волокна без оболочки, приподнятым над поверхностью шипа и благодаря их контакту с поверхностью дороги.
[007] В японской публикации JP №2001047818 описана шина транспортного средства, в которую установлены резиновые штыри, твердость материала которых меньше, чем твердость смеси протектора, и которые могут содержать короткие волокна и пузырьки.
[008] Решения для резиновых шипов в соответствии с уровнем техники не соответствуют по качеству сцепления шинам, снабженным твердыми металлическими шипами, даже в тех случаях, когда резиновая смесь шипа для улучшения сцепления содержит волокна, встроенные в него.
[009] Ранее было известно, что шины с твердыми металлическими шипами обеспечивают очень высокие свойства сцепления, но существующие нормативы для шин о различных странах не позволяют использовать их повсюду. Твердые металлические шипы могут приводить абразивному износу поверхности дороги, производя шум и пыль. Для работы в соответствующем режиме для твердых металлических шипов требуется, чтобы резиновая смесь протектора имела соответствующую жесткость, которая достигается благодаря твердости резиновой смеси. Причиной этого является то, что шип должен оставаться закрепленным в протекторе во всех дорожных ситуациях, включая различные напряженные состояния, например ситуации торможения. Более твердые резиновые смеси имеют худшие свойства сцепления и характеристики управляемости у шин транспортного средства. Это относится к ранее известным решениям, предусматривающим шины транспортного средства, снабженные резиновыми шипами, поскольку они также требуют использования более твердых резиновых смесей.
[010] С другой стороны, фрикционные шины, которые изготавливают из более мягких резиновых смесей, не подходят для использования в более теплых условиях вследствие их мягкости. В теплых условиях мягкие резиновые смеси становятся мягче, в результате чего блоки протектора могут легко проваливаться или терять устойчивость в напряженных состояниях, например при торможении. Кроме того, такие резиновые смеси в теплых условиях больше страдают от циклических напряжений.
[011] Задачей изобретения является улучшение характеристик управляемости и свойств сцепления шины, особенно в отношении усиления ощущения поверхности. Второй задачей изобретения является обеспечение возможности использования очень мягких резиновых смесей в протекторе шин транспортного средства, для улучшения свойств сцепления. Дополнительной задачей изобретения является придание жесткости шине транспортного средства. Еще одной задачей изобретения является поддержка блоков протектора и их усиление. Еще одной задачей изобретения является увеличение, при необходимости, жесткости в различных участках рисунка протектора. Еще одной задачей изобретения является обеспечение возможности корректирования необходимых рабочих характеристик шины иными способами, чем изменение структуры шины. Задачей изобретения также является обеспечение шины, которая является лучшей как по свойствам управляемости, так и по сцеплению.
[012] Описанные выше цели могут быть достигнуты с помощью решения согласно настоящему изобретению, согласно которому шина транспортного средства характеризуется тем, что в направлении вдоль окружности шины установленные вставки значительно больше по диаметру, чем диаметр отверстия, и что вставки установлены таким образом, что часть вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне, который ниже плоскости поверхности протектора шины или блока протектора.
[013] Способ в соответствии с изобретением характеризуется:
- установкой по меньшей мере в некоторые отверстия вставки, которая в направлении вдоль окружности шины больше по диаметру, чем диаметр указанного отверстия, и
- установкой вставки таким образом, что часть указанной вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне, который ниже плоскости протектора шины блока протектора.
[014] Таким образом, одним из решений согласно настоящему изобретению является шина транспортного средства, содержащая протектор, который предназначен для контакта качения с поверхностью, и указанный протектор выполнен с отверстиями, по меньшей мере в часть которых вставки установлены таким образом, что в направлении вдоль окружности шины установленные вставки значительно больше по диаметру, чем диаметр отверстия, и что вставки установлены таким образом, что часть вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне ниже плоскости протектора шины или блока протектора. Указанная вставка может быть установлена в блок протектора шины или в опорное ребро между блоками протектора.
[015] Вставка, установленная в протектор шины транспортного средства, позволяет поточечно увеличивать жесткость протектора. Следовательно, вставка предназначена для локального придания жесткости структуре вокруг вставки. Придание жесткости протектору посредством вставок позволяет улучшить, в частности, характеристики управляемости и до некоторой степени свойства сцепления шины, позволяя использовать в протекторе шины очень мягкие резиновые смеси. Очень мягкие резиновые смеси обеспечивают улучшенные свойства сцепления в большинстве условий и на большинстве поверхностей, что также относится, в частности, к свойствам управляемости на обледенелой поверхности. Таким образом, уменьшение жесткости, вызванное более мягким материалом, будет восполнено локальной жесткостью протектора с помощью отдельной вставки.
[016] В таком решении вставки большие, чем суженное отверстие, запрессовывают в окружающий их материал вокруг, создавая небольшую область, т.е. локальное поле натяжения в окружающем материале, таким образом придавая жесткость окружающей структуре. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации, поскольку вставка в направлении вдоль окружности шины значительно больше по диаметру, чем диаметр отверстия, вставка с точки зрения ее диаметра или эффективного диаметра на 350-700% больше, предпочтительно на 400-600% больше, чем диаметр отверстия, в зависимости от свойств используемого протектора. Кроме того, вставка поддерживает положение и форму блока протектора. Это помогает блоку протектора сохранять форму лучше, чем раньше, и оставаться в правильном положении. Вставка помогает блоку протектора оставаться в вертикальном положении, предотвращая его провал или разрыв под напряжением, и, с другой стороны, она может удерживать блок протектора от сплющивания (таким образом, скорее не за счет сжатия, а за счет предотвращения смещения материала в желобки протектора) или от потери формы при нормальном напряжении. Кроме того, вставка уменьшает сопротивление качению, так как циклическая деформация уменьшается. Кроме того, при сжатии вставка также удерживает свое фиксированное положение лучше. Например, описанные выше результаты изобретения не обнаружены, например, в решении согласно публикации международной заявки WO 2010063753, поскольку в последней резиновый шип не приводит к сжатию в окружающем материале, тем самым не обеспечивая, например, соответствующую поддержку от провала блока протектора, особенно при использовании более мягких резиновых смесей. Таким образом, в решении согласно настоящему изобретению вставки не функционируют таким же образом, как традиционные шипы, поскольку последние предназначены для приведения их концов в контакт с поверхностью/дорожным полотном, и, таким образом, усиливают свойства сцепления на скользких поверхностях при вождении. Предложенное в настоящем изобретении использование вставок основано на придании жесткости протектору, что позволяет использовать очень мягкую резиновую смесь в протекторе шины, таким образом, достигая улучшения в характеристиках управляемости и сцепления.
[017] Установка вставок таким образом, что часть вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне, который ниже уровня поверхности протектора шины или блока протектора. Согласно одному варианту реализации в радиальном направлении шины вставка установлена на уровне, который на 0,2-2 мм ниже уровня поверхности блока протектора. Таким образом, вставка не только функционирует соответствующим образом, но и не находится в постоянном контакте под нагрузкой с поверхностью.
[018] Особенным преимуществом является то, что решение согласно настоящему изобретению или придание жесткости блоку протектора можно использовать для улучшения свойств управляемости и сцепления шины при основной нагрузке или во внезапно возникающих ситуациях, например в ситуации торможения или прохождения поворотов, поскольку вставка препятствует потере устойчивости или проваливанию блока протектора, или даже его возможному разрыву. Кроме того, придание жесткости блоку протектора позволяет стабилизировать блок протектора, т.е. характеристики шины при вождении. В качестве дополнительного преимущества следует отметить, что посредством вставки жесткость блока протектора может быть увеличена раздельно на различных участках рисунка протектора, и, таким образом, необходимые рабочие характеристики шины могут быть улучшены/скорректированы по необходимости. Протектор шины может иметь рисунок, выполненный на нем, для улучшения шины в отношении ее характеристик управляемости и свойств сцепления, в результате чего отверстия в рисунке будут расположены с усилением необходимого свойства, например путем расположения отверстий с различными плотностями в поперечном направлении шины. Некоторые варианты применения включают, например, рисунки, выполненные отличающимися друг от друга, в соответствии с весовым классом или типом транспортного средства для легковых автомобилей, транспортных средств средней и большой грузоподъемности, а также варианты применения, возможно, выполненные для их различных осей.
[019] Решение согласно изобретению касается также способа получения шины транспортного средства, причем указанный способ включает следующие стадии:
- формирование изготавливаемой шины транспортного средства, содержащей протектор, предназначенный для контакта качения с поверхностью, и формирование в указанном протекторе отверстий в процессе получения,
- установку по меньшей мере в некоторые отверстия вставки, которая в направлении вдоль окружности шины значительно больше по диаметру, чем диаметр отверстия, и
установку вставки таким образом, что часть вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне ниже плоскости протектора шины или блока протектора.
[020] Вставка может быть установлена в отверстие с помощью традиционных средств, таких как, например, забивания с помощью пневматического устройства. Вставка выполнена с возможностью закрепления в отверстии, присутствующем в шине либо с помощью механического соединения, либо клеевого соединения, или их комбинации. С точки зрения формы отверстие соответствует по существу различным участкам вставки, устанавливаемой в нем, и с точки зрения размера,отверстие значительно меньше, чем вставка, устанавливаемая в нем, в результате чего вставка будет оставаться прочно закрепленной и будет придавать жесткость протектору вокруг нее. В отношении поперечного сечения в направлении вдоль окружности шины вставка может быть, например, круглой, эллиптической, ромбовидной, треугольной, прямоугольной, многоугольной, в форме капли, в форме звезды, овальной или т.п. Вставка может иметь диаметр или эффективный диаметр 5-20 мм. В контексте настоящей заявки эффективный диаметр относится к диаметру площади поперечного сечения не круглого тела, такого как эллиптического, ромбовидного, треугольного, прямоугольного, многоугольного, в форме капли, в форме звезды, овального тела или тела аналогичной формы, сведенного к круглой форме, таким образом, эффективный диаметр  где A - площадь поперечного сечения.
[021] Отверстие имеет размер 2-6 мм в диаметре и 5-13 мм по глубине. В радиальном направлении шины отверстие имеет, как правило, грушевидную форму для улучшения крепления, имея, например, диаметр входа 2 мм и расширения 3-5 мм. Грушевидная форма отверстия относится к суженному участку на входе отверстия, в котором, возможно, расположена стержневая часть вставки, и к расширению глубже в протекторе, в нижней части отверстия, в котором должна располагаться нижняя увеличенная часть или вставка в полном объеме.
[022] С точки зрения формы вставка может быть такой же, как ранее известный шип, включающий стержневую часть определенной длины, которая оканчивается в головке, а также нижнюю часть увеличенного участка, как правило, нижний фланец, который используется для механической фиксации вставки на месте. В контексте настоящего изобретения вставка может также относиться к телу сферической, цилиндрической, эллипсоидальной или грушевидной формы без отдельной стержневой части. С точки зрения материала вставка может быть выполнена из резины, например резины, соответствующей протектору шины или более твердой, чем соединение резины протектора. Другими возможными материалами вставки являются сплавы металлов, легкие металлы и керамика, используемые в традиционных твердых металлических шипах. Материал вставки может быть также иным, чем известный резиновый, пластмассовый или другой полимерный материал, или он может быть композиционным с ингредиентами, указанными выше. Используемый материал может также обладать дополнительными функциональными качествами в отношении свойств пробега и управляемости шины. Материал или конструкция вставки может также быть такой, чтобы вставка изменяла свои характеристики, реагируя на внешнее воздействие или на изменение внешнего фактора, такого как условия температуры, влажности, давления или освещения. Такие изменения характеристик могут применяться, чтобы создать разницу в достигнутых свойствах шины, или чтобы сообщить информацию о состоянии дорожного покрытия.
[023] Механическую фиксацию осуществляют с помощью расширения, имеющегося внизу или в нижней части вставки, которое может быть фланцем или сферической частью расширения. В случае клеевого соединения нижняя часть вставки может иметь коническую головку для обеспечения лучшего соединения при склеивании. Независимо от конической нижней части нижняя часть вставки также может быть снабжена фланцем или другим расширением, необходимым для механической фиксации/крепления. В этом контексте расширение относится не только к круглой форме, но также, например, к эллипсоидальной форме или уплощенной сферической форме в пределах точности, обеспечиваемой технологией в этой области. Соответственно фланец, предназначенный для механической фиксации, может иметь круглую, эллиптическую, прямоугольную или многоугольную форму поперечного сечения.
[024] В протекторе шины вставки могут быть установлены в блок протектора или в опорные ребра между блоками протектора, или в них обоих. Вставка делает протектор локально более жестким и в то же время обеспечивает опору для окружающего протектора, особенно для блоков протектора. Выбор места установки может быть использован для корректирования по раздельности свойств протектора, например жесткости и способа усиления блоков протектора со вставками. Кроме того, на свойства шины можно влиять, например, посредством плотности установки вставок в протектор. Чтобы корректировать характеристики шины, вставки могут также устанавливаться в протектор таким образом, чтобы составить по окружности непрерывный рисунок вокруг протектора. Рисунки могут варьироваться в зависимости от того, что необходимо при эксплуатации, и требуемых свойств. В этом случае протектор шины выполнен с рисунком для улучшения шины с точки зрения ее свойств управляемости и сцепления, рисунком, имеющим отверстия, расположенные с упором на требуемые свойства. Он также может быть усилен благодаря различным расположениям, например, за счет расположения с различной плотностью в поперечном направлении шины. Кроме того, путем изменения диаметра вставки или разницы размера между вставкой и отверстием характеристики могут быть скорректированы для работы по необходимости.
[025] Свойства шины также могут быть скорректированы в соответствии с рабочими требованиями и типом транспортного средства, яркий пример включает легковые автомобили, транспортные средства средней и большой грузоподъемности. Вставки, установленные в шины, предназначены для износа при эксплуатации таким же образом, как остальная шина, чтобы поддерживать согласованные характеристики управляемости.
[026] В исключительном необязательном варианте реализации возможно, чтобы сферическая, эллипсоидальная или грушевидная вставка одновременно использовалась в решении согласно изобретению также в качестве датчика износа шины, таким образом, чтобы после определенной степени износа вставка могла извлекаться или могла быть установлена для извлечения, когда блок рисунка изношен до такой степени, что жесткость блока увеличилась до совпадения с исходной.
[027] Различные варианты реализации изобретения будут теперь описаны подробнее со ссылками на чертежи, на которых:
На фиг. 1 показан протектор шины в соответствии с одним вариантом реализации, который выполнен с блоками протектора и желобками, а также отверстиями для установки вставок.
На фиг. 2 показан подробный пример установки вставки в отверстие блока протектора.
На фиг. 3 показан подробный пример поля натяжения, которое возникает при использовании вставки, установленной в отверстие блока рисунка, и которое увеличивает жесткость блока рисунка.
На фиг. 4a показаны различные возможные поперечные сечения вставки.
На рис. 4b показаны различные возможные формы на виде сбоку.
На фиг. 5a показано поперечное сечение для блока рисунка протектора с отверстием.
На фиг. 5b показано поперечное сечение по фиг. 5a после установки вставки.
[028] На фиг. 1 (фиг. 1) показан один пример шины транспортного средства 1, снабженной вставками 5 (на фигуре показана только часть шины и только часть вставок, обозначенных ссылочным номером 5). Шина транспортного средства 1 имеет протектор 2, который создает контакт качения с поверхностью, например дорожным полотном. Протектор 2 выполнен с рисунком протектора посредством расходящихся желобков 21, так чтобы составлять блоки 22 протектора. Соответственно протектор 2 содержит блоки 22 протектора (или блоки рисунка) и желобки 21. Согласно одному варианту реализации (не показан на фиг. 1) между некоторыми смежными блоками 22 протектора, в желобках 21 также присутствуют опорные ребра 23 в качестве элементов усиления или жесткости, которые поднимаются выше, чем дно канавки 21, но находятся ниже, чем блоки 22 протектора. Указанные опорные ребра 23 могут также иметь установленные вставки. В процессе получения протектор 2 выполнен с отверстиями 4 для установки вставок 5. На фиг. 2 показано, что вставки 5, устанавливаемые в направлении CD вдоль окружности шины 1, значительно больше в диаметре, чем диаметр отверстия 4, так что устанавливаемая вставка 5 отжимает материал вокруг отверстия 4 наружу (и до некоторой степени в поперечных направлениях) и, таким образом, придает жесткость протектору локально. Вставки 5 установлены таким образом, что часть вставки 5, наиболее удаленная в радиальном направлении RD шины, установлена на уровне, находящемся ниже плоскости протектора шины или блока протектора. Будучи больше, чем отверстие 4, вставки 5 также лучше удерживаются на месте при эксплуатации, так как материал вокруг отверстия 4 оказывает давление на вставку 5. На фиг. 2 показана установка вставки 5 в отверстии 4, имеющемся в блоке рисунка 22. Находясь на месте, вставка 5 отжимает окружающий материал и придает жесткость структуре блока протектора, как указано круговыми линиями 225 на фиг. 3, изображающими вытесненный материал 225.
[029] В одном варианте реализации вставки 5 могут устанавливаться в опорные ребра 23 (не показано), расположенные с промежутками между блоками 22 протектора, что приводит к получению прочной опоры, например, на участках плечевой зоны шины. Кроме того, существует еще один вариант установки вставок 5 как в блоках 22 протектора, так и в промежуточных опорных ребрах 23.
[030] На фиг. 4a показаны альтернативные формы поперечного сечения для вставки 5. Таким образом, в контексте настоящего описания направление поперечного сечения относится к направлению, которое более или менее параллельно плоскости поверхности блока протектора, что также делает его параллельным направлению CD вдоль окружности шины. Альтернативно вставка 5 имеет поперечное сечение в направлении CD вдоль окружности шины, которое может быть круглым, эллиптическим, ромбовидным, треугольным, прямоугольным, многоугольным, в форме капли, в форме звезды, овальным или другим. Соответственно на фиг. 4b показаны в качестве примера различные возможные формы для вставки 5 на виде сбоку. Материалом вставки 5 может быть резина, пластмассы или другие полимеры, керамика, легкий металл или композиционный материал, содержащий указанные ингредиенты.
[031] На фиг. 5a показан упрощенный вид состояния того, как может выглядеть блок 22 рисунка между желобками 21, если он выполнен с отверстием 4, но со вставкой 5, еще не установленной в заданное положение. Отверстие 4 имеет стенки, выполненные со слегка конической формой. Поскольку вставка 5 имеет диаметр D или эффективный диаметр, который в направлении CD вдоль окружности шины значительно больше, чем диаметр d отверстия 4, вставка 5 на 350-700%, предпочтительно на 400-650% больше в диаметре, чем диаметр отверстия 4. Согласно некоторым вариантам реализации диаметр D вставки 5 в направлении CD вдоль окружности шины составляет 5-20 мм. В этом случае отверстие 4, выполненное в шине 1, может быть 2-6 мм в диаметре d и 5-13 мм в глубину. Вставки 5 могут быть выполнены в радиальном направлении способом, способствующим удержанию на месте, как традиционные шипы, при этом вставка 5 предпочтительно содержит корпусную часть 50, стержневую часть 51, и увеличенную часть 52 в своем нижнем участке для механической фиксации, предпочтительно нижний фланец 520 (как изображено на примере, дальнем справа на фиг. 4b). На фиг. 5b показан один вариант реализации, в котором вставка 5 расположена в радиальном направлении RD шины на уровне ниже плоскости 220 поверхности блока 22 протектора на глубине h 0,2-2 мм.
[032] На фиг. 5c показан один вариант реализации, в котором блок 22 протектора имеет поверхность 220, выполненную с углублением 224 вокруг отверстия 4, таким образом, когда вставка 5 находится в установленном положении, указанное углубление 224 в его основных частях заполнено материалом, вытесненным вставкой 5, и поверхность 220 блока 22 протектора становится заподлицо с остальной поверхностью 220 блока протектора. Для наглядности схема поверхности контура/отверстия, существующая перед установкой вставки 5, показана на фиг. 5c пунктирной линией, а состояние после установки вставки сплошной линией.
[033] В решении согласно изобретению вставку можно также одновременно использовать в качестве датчика износа шины, так чтобы после определенной степени износа вставка могла извлекаться, или она может быть предназначена для извлечения, когда блок рисунка изношен до такой степени, что жесткость блока рисунка увеличилась до совпадения с исходной.
[034] Одним из примеров возможного решения согласно изобретению является способ получения шины транспортного средства, включающий следующие стадии:
- изготовление шины транспортного средства, которая содержит протектор, предназначенный для контакта качения с поверхностью, и указанный протектор выполнен с отверстиями в процессе получения, и
- установку вставок по меньшей мере в некоторые из отверстий так, что в радиальном направлении шины вставка значительно больше по диаметру, чем диаметр отверстия, и часть вставки, наиболее удаленная в радиальном направлении шины, установлена на уровне ниже плоскости протектора шины или блока протектора.
[035] Настоящее изобретение и различные варианты реализации не ограничены указанными вариантами реализации. Представленные отдельные признаки могут появиться в решении изобретения независимо от других, представленных отдельных признаков. Выражения, включенные в формулу, и описание существующих отличительных признаков не ограничено таким образом, что представление отличительных признаков не исключает из решения тех отличительных признаков, которые не представлены в независимых или зависимых пунктах формулы.
Ссылочные номера, представленные на чертежах:
1 шина транспортного средства
2 протектор
21 желобок
22 блок протектора
220 плоскость поверхности блока протектора
224 углубление
225 вытесненный материал
23 опорное ребро
4 отверстие
6 диаметр отверстия
5 вставка
D диаметр вставки
50 корпусная часть
51 стержневая часть
52 увеличенная часть
520 нижний фланец
CD направление вдоль окружности
RD радиальное направление
WD направление по ширине
h глубина размещения вставки относительно плоскости поверхности