ШИНА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ БОРТОМ
TIRE WITH IMPROVED BEAD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для пассажирских автомобилей и, в частности, к бортам данных 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. Существенный прогресс был достигнут посредством шин за счет уменьшения сопротивления качению, поскольку это оказывает прямое влияние на потребление топлива транспортным средством. Был достигнут заметный прогресс, и об этом свидетельствует, например, большой успех шины Energy™ Saver, поставляемой 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. За время жизненного цикла транспортного средства это соответствует приблизительно одной тонне СО, которая не будет выделяться в атмосферу.
Тем не менее, с учетом прогнозируемого увеличения цены сырой нефти и все возрастающей осведомленности потребителей в отношении экологии, необходимо продолжать борьбу за 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: он воспринимает напряжение в каркасном усилителе и передает нагрузки, приложенные к шине, от боковины на обод. Следовательно, он обеспечивает направление коронной зоны шины от обода. Его влияние на держание дороги шиной является значительным, особенно в том случае, когда шина сильно нагружена. Выполнение всех данных функций обычно обеспечивается за счет комбинации усилителя (включающего в себя бортовое проволочное кольцо и заворот каркасного усилителя вокруг данного бортового проволочного кольца) и «наполнителя», образованного из резиновой смеси. Компромиссное сочетание жесткости, которая должна быть обеспечена, в частности, для направления коронной зоны, и ожидаемой долговечности, как правило, означает, что будет запланирована определенная траектория каркасного усилителя и будет использован наполнитель, который является объемным (имеет большую высоту и/или толщину) и жестким. Недостатком, обусловленным данными геометрическими характеристиками, являются большие гистерезисные потери, особенно в наполнителе. Воздействие наполнителя, проявляющееся в придании жесткости, особенно существенно в зоне, удаленной от борта, и, следовательно, это приводит к использованию наполнителя, который является еще более объемным, и, таким образом, к еще бóльшим гистерезисным потерям.
Проводя исследования с целью получения шины с очень низким сопротивлением качению, предназначенной для пассажирских автомобилей, компания-заявитель предложила шину, в которой объем наполнителя был уменьшен в как можно большей степени и в которой функция придания жесткости обеспечивается усилителем, который имеет очень малый гистерезис. Подобная шина раскрыта в документе WO 2011/067211.
Несмотря на то, что эта шина обеспечивает возможность достижения отличного компромисса между сопротивлением качению и жесткостью при движении на поворотах, она не оправдала ожиданий с точки зрения долговечности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач настоящего изобретения состоит в разработке шины для пассажирских автомобилей, которая имеет очень низкое сопротивление качению в сочетании с хорошей долговечностью.
Эта задача решается посредством как можно большего уменьшения сжатия, которому подвергаются металлические усилительные элементы, и сдвига, которому подвергается резиновая смесь, расположенная рядом с данными усилительными элементами.
Более точно, эта задача решается посредством узла, содержащего шину и соответствующий монтажный обод, при этом шина содержит:
два борта, предназначенные для входа в контакт с монтажным ободом, при этом каждый борт содержит, по меньшей мере, один кольцевой усилительный конструктивный элемент, каждый кольцевой усилительный конструктивный элемент имеет точку, самую внутреннюю в аксиальном направлении, при этом два кольцевых усилительных конструктивных элемента определяют среднюю плоскость шины, перпендикулярную к оси вращения шины и расположенную на одинаковых расстояниях от кольцевых усилительных конструктивных элементов каждого борта;
две боковины, проходящие от бортов в радиальном направлении наружу, при этом две боковины соединяются в коронной зоне, содержащей усилитель коронной зоны, содержащий два слоя, каждый из которых содержит усилительные элементы и которые находятся в контакте друг с другом, по меньшей мере, на части ширины коронной зоны между двумя концами зоны контакта, при этом данная часть проходит с каждой стороны средней плоскости шины, при этом поверх усилителя коронной зоны расположен протектор;
по меньшей мере, один каркасный усилитель, проходящий от бортов через боковины до коронной зоны, при этом каркасный усилитель содержит множество каркасных усилительных элементов и закреплен в двух бортах посредством заворота вокруг кольцевого усилительного конструктивного элемента таким образом, чтобы обеспечить образование в каждом борту основного участка (main strand) и заворота, при этом каждый заворот проходит в радиальном направлении наружу до конца, расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой внутренней в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRE больше или равно 5% и меньше или равно 20% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Каждый борт содержит наполнитель, образованный из резиновой смеси, при этом наполнитель расположен, по меньшей мере частично, в радиальном направлении снаружи от кольцевого усилительного конструктивного элемента и, по меньшей мере частично, между основным участком и заворотом каркасного усилителя, при этом наполнитель проходит в радиальном направлении на определяемом в радиальном направлении расстоянии DBE от самой внутренней в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DBE меньше или равно 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
По меньшей мере, одна боковина шины дополнительно содержит придающий жесткость усилитель, имеющий конец, внутренний в радиальном направлении, и конец, наружный в радиальном направлении, при этом придающий жесткость усилитель образован из множества металлических усилительных элементов, ориентированных под углом, который меньше или равен 10 градусам, относительно направления вдоль окружности, при этом данный придающий жесткость усилитель расположен так, что расстояние DAE между самой внутренней в радиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и наружным в радиальном направлении концом придающего жесткость усилителя больше или равно 20% и меньше или равно 40% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, и так, что расстояние DAI между самой внутренней в радиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента 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.
Часть резиновой смеси расположена в аксиальном направлении снаружи от придающего жесткость усилителя, при этом толщина Е2 данной части резиновой смеси, измеренная в направлении, перпендикулярном к придающему жесткость усилителю, больше или равна 1,2 мм во всех точках.
В шине из узла согласно изобретению отношение D2/D1 больше или равно 1, при этом D1 обозначает расстояние в аксиальном направлении между каждым концом зоны контакта и средней плоскостью шины, и D2 представляет собой расстояние в аксиальном направлении между самой внутренней в аксиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и средней плоскостью шины, при этом расстояния D1 и D2 измеряют, когда шина установлена на монтажном ободе и накачана до рабочего давления. «Концы зоны контакта» определяются следующим образом. Начинаясь у средней плоскости шины, усилитель коронной зоны продолжается в направлении от данной плоскости с каждой стороны средней плоскости. Концами зоны контакта являются те точки на усилителе коронной зоны, в которых определяемое в радиальном направлении расстояние между двумя слоями усилителя коронной зоны достигает или превышает в первый раз 1,30×ЕС, где ЕС обозначает расстояние между двумя слоями в средней плоскости. Следует подчеркнуть, что расстояния между слоями измеряются между центрами усилительных элементов данных слоев.
Шина дополнительно содержит разъединяющий слой, образованный из резиновой смеси и расположенный в аксиальном направлении между каркасным усилителем и придающим жесткость усилителем, при этом разъединяющий слой имеет конец, внутренний в радиальном направлении, и конец, наружный в радиальном направлении, при этом разъединяющий слой имеет толщину Е1, которая больше или равна 0,8 мм, при этом эта толщина измеряется в направлении, перпендикулярном придающему жесткость усилителю.
Внутренний в радиальном направлении конец придающего жесткость усилителя находится в радиальном направлении снаружи по отношению к внутреннему в радиальном направлении концу разъединяющего слоя, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DB между данными двумя концами меньше 10 мм (и предпочтительно меньше или равно 8 мм), и наружный в радиальном направлении конец придающего жесткость усилителя находится в радиальном направлении внутри по отношению к наружному в радиальном направлении концу разъединяющего слоя, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DC между данными двумя концами меньше 10 мм (и предпочтительно меньше или равно 8 мм).
Следует подчеркнуть, что выбор монтажного обода, пригодного для шины, представляет собой операцию, находящуюся в пределах компетенции специалиста в данной области техники, который обычно будет следовать рекомендациям организаций по стандартизации, таких как ETRTO (Европейская техническая организация по шинам и ободьям).
Уменьшение сопротивления качению обусловлено главным образом уменьшением объема наполнителя. Действительно, наполнитель традиционно образуют из резиновой смеси с высоким гистерезисом. Когда наполнитель деформируется, он, следовательно, обеспечивает рассеяние большого количества энергии. Уменьшение объема наполнителя приводит к уменьшению жесткости шины при движении на повороте. В шине из узла согласно изобретению жесткость при движении на повороте поддерживается тщательным образом за счет наличия металлического придающего жесткость усилителя, и повышение долговечности достигается за счет использования разъединяющего слоя.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления отношение D2’/D1 больше или равно 0,9 (и предпочтительно больше или равно 0,95) и меньше или равно 0,97, при этом D2ʹ обозначает определяемое в аксиальном направлении расстояние между самой внутренней в аксиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и средней плоскостью шины, измеренное, когда шина находится в свободном состоянии, не установлена на ободе и не накачана, и размещена на грунте таким образом, что ее ось вращения параллельна грунту.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления наполнитель имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, при этом данная толщина в аксиальном направлении соответствует длине пересечения наполнителя с прямой линией, параллельной оси вращения шины и пересекающейся с наполнителем на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от самой внутренней в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, при этом тенденция изменения определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) такова, что в диапазоне расстояний r, находящихся между 0% и 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины  в аксиальном направлении меньше или равно -0,5 мм/мм на, по меньшей мере, 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Хорошие результаты также были получены с шиной, в которой наполнитель имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, при этом данная толщина в аксиальном направлении соответствует длине пересечения наполнителя с прямой линией, параллельной оси вращения шины и пересекающейся с наполнителем на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от самой внутренней в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, при этом тенденция изменения определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) такова, что в диапазоне расстояний r, находящихся между 0% и 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины  в аксиальном направлении меньше или равно -1 мм/мм на, по меньшей мере, 1,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Как указано в документе WO 2011/067211, уменьшение сопротивления качению является особенно существенным, когда придающий жесткость усилитель «разделен на части», а именно образован из множества прерывистых усилительных элементов, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей, концентрических относительно оси вращения шины. Данный эффект осмыслен еще не полностью; по-видимому, он связан с регулируемым уменьшением продольной жесткости придающего жесткость усилителя, при этом возможность данного уменьшения обеспечивается за счет разделения на части.
Отличные результаты получают, когда придающий жесткость усилитель разделен на части так, как принято для определенных дополнительных усилителей, предназначенных для шин транспортных средств для гражданского строительства, с целью повышения их долговечности, как раскрыто в документе US 6935394 B2 (также опубликованном как WO 03/103990 А1). В шине в соответствии с данным предпочтительным вариантом осуществления придающий жесткость усилитель образован из множества прерывистых усилительных элементов с длиной L0, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей (С, С1, С2), концентрических относительно оси вращения шины, смонтированной на предназначенном для нее ободе, при этом каждая окружность определяется средним радиусом (R, R1, R2), 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 больше или равна длине L12, удовлетворяют следующему соотношению: 1,5≤К≤4 при К=(1-L12/L0)/(1-L11/L0).
При соблюдении данного соотношения для всех прерывистых усилительных элементов из всех окружностей получается оптимальное распределение концов прерывистых усилительных элементов.
Данное оптимальное распределение может быть достигнуто посредством размещения придающего жесткость усилителя на невулканизованной шине, собранной с формой тора, или в альтернативном варианте на барабане для сборки шин перед приданием формы указанному придающему жесткость усилителю.
Данное соотношение применяется независимо от того, является ли длина L0 одинаковой для всех кордов или нет.
Еще более предпочтительно, если значение К таково, что 2≤К≤2,5.
Само собой разумеется, в том случае, когда утверждается, что усилительные элементы размещены по концентрическим окружностями, это следует понимать как означающее то, что данные усилительные элементы могут быть размещены по виткам и что каждый усилительный элемент размещен по кривой, которая может быть уподоблена дуге окружности.
В соответствии с одним особо предпочтительным вариантом осуществления 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.
Отличные результаты получают, когда монтажный обод содержит часть, образующую седло обода, содержащее в радиальном направлении снаружи борт обода, имеющий по существу круглый профиль, и когда наружный в радиальном направлении конец придающего жесткость усилителя расположен по прямой линии J2, проходящей через центр J профиля борта обода и образующей угол α (альфа), который открыт 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°.
Само собой разумеется, возможно и даже желательно скомбинировать два или более из описанных вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - шина согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 2 - частичный вид в перспективе шины в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 3 - вид в радиальном сечении одной четверти шины в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 4 - иллюстрация определения высоты Н профиля шины;
Фиг. 5 - вид в радиальном сечении части шины в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 6 иллюстрирует, как определяется толщина борта в аксиальном направлении;
Фиг. 7 - иллюстрация измерения толщины определенных компонентов шины из узла в соответствии с изобретением;
Фиг. 8 - вид в радиальном сечении части шины из узла в соответствии с изобретением;
Фиг. 9 - расположение усилительных элементов слоя придающего жесткость усилителя, используемого в бортах шин с фиг. 5 и 8; и
Фиг. 10 и 11 - тенденция изменения толщины борта шины, показанной на фиг. 5 и 8, и то, как данная толщина изменяется.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
При использовании термина «радиальный» целесообразно провести различие между несколькими разными значениями, в которых специалисты в данной области техники используют 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 расположена 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 расположена дальше от оси вращения шины, чем точка Р4. Утверждается, что «продвигаются» «в радиальном направлении внутрь (или наружу)», когда «продвигаются» в направлении меньших (или бóльших) радиусов. Именно в данном значении термин также применяется, когда рассматриваются вопросы, связанные с расстоянием 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 указать, что в данном документе термин «нить» следует понимать в самом широком смысле и что он охватывает нити в виде элементарных нитей, комплексных нитей, кордов, крученых/трощеных нитей или эквивалентных узлов, независимо от материала, из которого изготовлена нить, или от поверхностной обработки, которой она была подвергнута для того, чтобы способствовать ее соединению 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 расположена 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 расположена дальше от средней плоскости шины, чем точка Р8. «Средняя плоскость» шины представляет собой плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и которая находится 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 сечение» представляет собой сечение по плоскости, перпендикулярной к оси вращения шины.
В данном документе термин «поверхность протектора» понимается как обозначающий все точки протектора шины, которые могут входить в контакт с грунтом при приведении шины в движение.
Термин «резиновая смесь» обозначает резиновую смесь, содержащую, по меньшей мере, эластомер и наполнитель.
Термин «модуль упругости» резиновой смеси понимается как обозначающий секущий модуль упругости при растяжении, полученный при растяжении 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 (при стандартных условиях с точки зрения температуры и влажности в соответствии со стандартом ASTM D 1349 от 1999 г.), измеряют при втором удлинении (то есть после цикла приспосабливания). Следует отличать данный модуль упругости от модулей упругости, полученных при сжатии, значения которых, как правило, очень сильно отличаются от модулей, полученных при растяжении.
Для облегчения понимания описания вариантов, показанных на чертежах, одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения элементов идентичной конструкции.
Фиг. 1 схематически показывает шину 10 в соответствии с предшествующим уровнем техники. Шина 10 содержит коронную зону, содержащую усилитель коронной зоны (не видимый на фиг. 1), поверх которой 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 шины 10 в соответствии с предшествующим уровнем техники 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 кольцевые усилительные конструктивные элементы 70, которые обеспечивают удерживание шины 10 на ободе (обод не показан). Каркасный усилитель 60 закреплен в каждом из бортов 20 посредством заворота вокруг кольцевых усилительных конструктивных элементов 70. Шина 10 дополнительно содержит усилитель коронной зоны, содержащий два слоя 80 и 90. Каждый из слоев 80, 90 армирован филаментными 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, не проницаемой по отношению к газу для накачивания, и закрывающий внутреннюю поверхность шины.
Фиг. 3 схематически показывает в радиальном сечении одну четверть контрольной шины 10 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 них в радиальном направлении. Каждый слой содержит филаментные 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, называемых радиальными шинами. 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. Каркасный усилитель 60 в данном случае содержит филаментные 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 основной участок 62 и заворот 63. Заворот проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, который находится 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 от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента 70 борта 20 до самой дальней от центра в радиальном направлении точки 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 наполнитель 110, при этом наполнитель расположен большей частью в радиальном направлении снаружи бортового проволочного кольца 70 и между основным участком 62 и заворотом 63 каркасного усилителя 60. В данном случае используемая резиновая смесь имеет модуль упругости, составляющий 56 МПа.
Каждый борт дополнительно содержит наружный слой или ленту 120, расположенный/расположенную в аксиальном направлении снаружи каркасного усилителя и наполнителя. Наружная лента 120 проходит в радиальном направлении наружу от конца 121, внутреннего в радиальном направлении и находящегося на расстоянии DEI от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70, до конца 122, наружного в радиальном направлении и находящегося на расстоянии DEE от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70. В данном конкретном 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, и точку 72, самую внутреннюю в аксиальном 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. Два слоя 80 и 90 находятся в контакте друг с другом на значительной части ширины шины с каждой стороны средней плоскости 130, между двумя концами зоны контакта, из которых показан только один, обозначенный ссылочной позицией 85.
Каркасный усилитель 60 проходит от бортов 20 через боковины 30 до коронной зоны 25. Каркасный усилитель 60 содержит множество каркасных усилительных элементов; он закреплен в двух бортах 20 посредством его загибания вверх вокруг бортового проволочного кольца 70 таким образом, чтобы образовать в каждом борту основной участок 62 и заворот 63. Заворот 63 проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, находящегося 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 наполнитель 110, образованный из резиновой смеси, имеющей модуль упругости, который больше или равен 40 МПа и меньше или равен 60 МПа.
В Таблице 1 приведен в качестве примера состав резиновой смеси, которая может быть использована в качестве наполнителя. Состав приведен в phr, то есть в весовых частях на 100 весовых частей каучука. Также указан соответствующий модуль МА10 упругости.
Таблица 1
Весовые части в phr
NR [1]
100
N 330 [2]
75
фенолоформальдегидная смола
18
антиоксидант (6PPD) [3]
1
нафтенат кобальта
6
стеариновая кислота
0,5
ZnO
9
НМТ3Н [4]
2
сера
9
ускоритель (TBBS) [5]
1
МА10
52±2
Примечания к Таблице 1:
[1] натуральный каучук
[2] углеродная сажа серии 330 (ASTM)
[3] N-(1,3-диметилбутил)-N’-фенил-р-фенилендиамин
[4] гексаметилентетрамин
[5] N-трет-бутил-2-бензотиазилсульфенамид
Наполнитель предпочтительно образован на основе, по меньшей мере, диенового эластомера, активного наполнителя и сшивающей системы.
Термин «диеновый» эластомер (или как взаимозаменяемый термин - каучук) понимается как означающий, известным образом, эластомер, полученный, по меньшей мере, частично (то есть гомополимер или сополимер) из диеновых мономеров, то есть из мономеров, несущих две сопряженные или несопряженные углерод-углеродные двойные связи. Используемый диеновый эластомер предпочтительно выбран из группы, состоящей из полибутадиенов (бутилкаучуков - BR), натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (изопреновых каучуков - IR), сополимеров бутадиена и стирола (бутадиенстирольных каучуков - SBR), сополимеров изопрена и бутадиена (бутадиенизопреновых каучуков - BIR), сополимеров изопрена и стирола (изопренстирольных каучуков - SIR), сополимеров бутадиена, стирола и изопрена (SBIR) и смесей данных эластомеров.
В одном предпочтительном варианте осуществления используется «изопреновый» эластомер, то есть гомополимер или сополимер изопрена, или, другими словами, диеновый эластомер, выбранный из группы, состоящей из натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), различных сополимеров изопрена и смесей подобных эластомеров.
Изопреновый эластомер предпочтительно представляет собой натуральный каучук или синтетический полиизопрен типа цис-1,4. Из данных синтетических полиизопренов предпочтительно используются полиизопрены, которые имеют уровень содержания цис-1,4-связей (в мольных процентах), превышающий 90%, даже более предпочтительно - превышающий 98%. В соответствии с другими предпочтительными вариантами осуществления диеновый эластомер может состоять полностью или частично из другого диенового эластомера, например, такого как эластомер в виде бутадиенстирольного каучука (SBR) (бутадиенстирольного каучука эмульсионной полимеризации (E-SBR) или растворного бутадиенстирольного каучука (S-SBR)), который может быть использован в виде смеси или не в виде смеси с другим эластомером, например, типа бутадиенового каучука (BR).
Резиновая смесь также может включать в себя все или некоторые из добавок, обычно используемых в непрерывных фазах (матрицах) каучуков, предназначенных для производства шин, например, такие как активные наполнители, такие как углеродная сажа или неорганические наполнители, такие как кремнезем, связующие вещества для неорганических наполнителей, противостарители, антиоксиданты, пластификаторы или масла для наполнения независимо от того, являются ли масла для наполнения маслами ароматического или неароматического характера (в частности, масла, которые представляют собой масла с очень слабой ароматичностью, если вообще они ароматичные, например типа нафтенового или парафинового масла, имеющие высокую или предпочтительно низкую вязкость, масла MES (на основесреднеэкструдированных сольватов) или TDAE (на основе обработанных дистиллятных ароматических экстрактов), пластифицирующие смолы, имеющие высокую температуру Tg стеклования, превышающую 30°С), вещества, которые улучшают обрабатываемость композиций в невулканизованном состоянии, смолы, повышающие клейкость, сшивающая группа на основе или серы, или доноров серы и/или пероксида, ускорители, активаторы или замедлители вулканизации, вещества, препятствующие перевулканизации, акцепторы и доноры метилена, например, такие как НМТ (гексаметилентетрамин) или Н3М (гексаметоксиметилмеламин), смоляные усиливающие наполнители (такие как резорцин или бисмалеимид), известные усилители адгезии, например, типа солей металлов, в особенности соли кобальта или никеля.
Смеси изготавливают в соответствующих смесителях посредством использования двух последовательных фаз приготовления, хорошо известных специалистам в данной области техники: первой фазы термомеханического замешивания или термомеханической обработки (фазы, называемой «непроизводящей») при высокой температуре, максимальные значения которой находятся в интервале между 110°С и 190°С, предпочтительно в интервале между 130°С и 180°С, за которой следует вторая фаза механической обработки (фазы, называемой «производящей») при более низкой температуре, как правило, составляющей менее 110°С, при этом данная фаза является финишной, в течение которой вводится сшивающая группа.
В качестве примера непроизводящую фазу выполняют в течение одной термомеханической стадии с продолжительностью несколько минут (например, с продолжительностью от 2 до 10 минут), в течение которой все необходимые основные ингредиенты и другие добавки за исключением сшивающей или вулканизующей группы вводят в соответствующий смеситель, такой как стандартный закрытый резиносмеситель. После охлаждения смеси, полученной таким образом, вулканизующую группу вводят затем в открытый резиносмеситель, такой как мельница открытого типа, в котором поддерживают низкую температуру (например, от 30°С до 100°С). После этого всю смесь перемешивают (во время производящей фазы) в течение нескольких минут (например, от 5 до 15 мин).
Конечную композицию, полученную таким образом, затем подвергают каландрованию, например, с образованием листа или пластины, для определения характеристик или в альтернативном варианте подвергают экструзии для образования слоя или слоев резиновой смеси с очень высоким модулем упругости, используемых в шине из узла в соответствии с изобретением.
Затем вулканизация (или отверждение) может происходить известным образом при температуре, как правило, находящейся в интервале между 130°С и 200°С, предпочтительно под давлением в течение достаточного промежутка времени, который может варьироваться, например, от 5 до 90 мин и, в частности, зависит от температуры вулканизации, от используемой вулканизующей группы и от кинетики вулканизации рассматриваемой смеси.
Наполнитель 110 расположен большей частью в радиальном направлении снаружи бортового проволочного кольца, между основным участком 62 и заворотом 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 наполнителя в радиальном направлении способствует низкому сопротивлению шины качению. Наполнитель с почти остаточным объемом может сохраняться, в частности, для облегчения изготовления борта в целом, и при этом это не приводит 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 во время движения, являются очень малыми. Напротив, для того чтобы поддерживалось хорошее держание дороги шиной, в особенности при больших нагрузках, общее уменьшение объема наполнителя предпочтительно компенсируется наличием дополнительного придающего жесткость усилителя, который сам генерирует только малые потери на гистерезис.
Следовательно, боковина 30 содержит придающий жесткость усилитель 140, образованный из множества металлических усилительных элементов, ориентированных под нулевым или малым углом, то есть под углом, который меньше 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 4% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении.
Имеется «разъединяющий слой» 150, расположенный в аксиальном направлении между придающим жесткость усилителем 140 и основным участком 62 каркасного усилителя 60. Разъединяющий слой имеет конец 151, внутренний в радиальном направлении, и конец 152, наружный в радиальном направлении. Когда данный разъединяющий слой 150 подвергается воздействию сдвигающей нагрузки, он 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 регулирование толщины, на которой действуют данные напряжения, что способствует лучшему распределению данных напряжений.
Наполнитель 110 имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, которая определяется так, как проиллюстрировано на фиг. 6. Толщина Е(r) в аксиальном направлении соответствует длине зоны пересечения наполнителя с прямой линией 200, которая параллельна оси вращения шины (указанная ось показана ссылочной позицией 3 на фиг. 4) и которая пересекается с наполнителем 110 на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от самой внутренней в радиальном направлении точки 71 бортового проволочного кольца 70.
Тенденция изменения определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) наполнителя 110 борта шины, показанной на фиг. 5, была графически показана на фиг. 10 (кривая В) и сравнивается со тенденцией изменения определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) наполнителя 110 борта контрольной шины, показанной на фиг. 3. Фиг. 11 демонстрирует сравнение изменения толщины V= для двух наполнителей. Можно видеть, что наполнитель, показанный на фиг. 5, соответствует конкретному варианту осуществления, в соответствии с которым тенденция изменения определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) такова, что в диапазоне расстояний r, составляющих от 0% до 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины  меньше или равно -0,5 мм/мм на длине, незначительно превышающей 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении. В данном конкретном случае изменение определяемой в аксиальном направлении толщины  даже меньше или равно -1 мм/мм на 1,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
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. Само собой разумеется, придающий толщину усилитель может содержать больше 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 являются металлическими и имеют по существу одну и ту же длину, равную L0, в данном случае составляющую 125 мм. Шаг между соседними окружностями С, С1 и С2, по которым расположены прерывистые усилительные элементы, равен диаметру усилительных элементов, увеличенному, по меньшей мере, на 0,2 мм и предпочтительно, по меньшей мере, на 0,5 мм.
На фиг. 9 частично показан 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 усилительный элемент 145 соединен на длинах L21 и L22 дуг с двумя усилительными элементами 147. В данном конкретном случае длины соединений следующие: L11=87,9 мм (то есть 70% от L0); L12=37,7 мм (то есть 30% от L0); L21=50,2 мм (то есть 40% от L0); L22=75,3 мм (то есть 60% от L0). Данные длины соединений удовлетворяют соотношению 1,5≤К≤4 при К=(1-L12/L0)/(1-L11/L0). В частности, значение, принимаемое К, составляет 2,3 при рассмотрении значений длин соединений для 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. 8 показывает в радиальном сечении часть шины из узла в соответствии с изобретением. Данная шина повторяет характеристики шины по предшествующему уровню техники, описанной выше, и обеспечивает их улучшение для повышения долговечности шины. Для краткости будут подчеркнуты только отличительные особенности, посредством которых данная шина отличается от шины согласно предшествующему уровню техники, показанной на фиг. 5.
Как и в шине, показанной на фиг. 5, часть 160 резиновой смеси расположена в аксиальном направлении снаружи от придающего жесткость усилителя. Толщина Е2 данной части резиновой смеси, измеренная в направлении, перпендикулярном к придающему жесткость усилителю (так, как показано на фиг. 7), больше или равна 1,2 мм во всех точках. В шине по фиг. 5 данная толщина Е2 равна 1 мм.
Аналогичным образом, разъединяющий слой 150 имеет толщину Е1, которая больше или равна 0,8 мм, при этом данная толщина измеряется в направлении, перпендикулярном к придающему жесткость усилителю (см. фиг. 7). В шине по фиг. 5 данная толщина Е1 равна 0,6 мм.
Отношение D2/D1 равно 1,05, если D1 обозначает расстояние в аксиальном направлении между каждым концом 85 зоны контакта и средней плоскостью 130 шины 10, и D2 представляет собой расстояние в аксиальном направлении между самой внутренней в аксиальном направлении точкой 72 кольцевого усилительного конструктивного элемента 70 и средней плоскостью 130 шины. Расстояния D1 и D2 измеряют, когда шина 10 установлена на монтажном ободе и накачана до ее рабочего давления.
Кроме того, отношение D2ʹ/D1 равно 0,96, если D2ʹ обозначает определяемое в аксиальном направлении расстояние между самой внутренней в аксиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и средней плоскостью шины, измеренное, когда шина находится в свободном состоянии, не установлена на ободе или не накачана, и размещена на грунте таким образом, что ее ось вращения параллельна грунту. В этом отношении шина отличается от контрольной шины по фиг. 3, в которой отношение D2ʹ/D1 равно 1,23.
Внутренний в радиальном направлении конец 141 придающего жесткость усилителя 140 находится в радиальном направлении снаружи по отношению к внутреннему в радиальном направлении концу 151 разъединяющего слоя 150: определяемое в радиальном направлении расстояние DB между данными двумя концами равно 2,2 мм.
Наружный в радиальном направлении конец 142 придающего жесткость усилителя 140 находится в радиальном направлении внутри по отношению к наружному в радиальном направлении концу 152 разъединяющего слоя, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DC между данными двумя концами равно 5 мм, в то время как расстояние DC равно 10 мм для шины с фиг. 5.
Узел в соответствии с изобретением, соответствующий шине, показанной на фиг. 8, узел по предшествующему уровню техники (с шиной, показанной на фиг. 5, установленной на таком же монтажном ободе) и контрольный узел, соответствующий шине, показанной на фиг. 3, установленной на таком же монтажном ободе, сравнивали в условиях эксплуатации (размер при исследовании: 205/55 R16). Узел в соответствии с изобретением обеспечил снижение, обусловленное сопротивлением качению, составляющее 0,4 кг на тонну по сравнению с контрольной шиной при той же жесткости при движении на повороте, той же нагрузке и том же внутреннем давлении в шине; его долговечность заметно повысилась по сравнению с шиной, показанной на фиг. 5. В Таблице II показан данный тот же результат относительно сопротивления контрольного узла качению.
Таблица II
Вариант
Фиг.
Сопротивление качению(базовое значение 100)
Покрываемое расстояние, обусловленное долговечностью(базовое значение 100)
Контрольный
3
100
100
Согласно уровню техники
5
95
74
Согласно изобретению
8
95
100
Можно отметить, что узел в соответствии с изобретением обеспечивает возможность очень заметного повышения долговечности по сравнению с узлом согласно предшествующему уровню техники.
Компания-заявитель объясняет данные поразительные различия в эксплуатационных характеристиках, которые были получены, несмотря на довольно ограниченные конструктивные различия, тем, что значения толщины резиновой смеси, окружающей металлические усилительные элементы придающего жесткость усилителя, были увеличены. Даже сравнительно малое (в данном случае от 1 до 1,2 мм) увеличение позволяет боковине лучше «поглощать» сдвигающую нагрузку, что приводит к явно выраженному повышению долговечности шины.