ШИНА С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ МЕТАЛЛА
TIRE WITH LOW METAL CONTENT

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее описание относится к области конструирования шин. Более конкретно, раскрытие относится к шинам, изготовленным без больших количеств стали или другого металла. Еще более конкретно, в раскрытии описаны шины, изготовленные со сниженными количествами стали или другого металла в брекерах, армирующих элементах, экранирующих слоях брекера, протекторах, плечевых зонах и боковинах.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В существующих конструкциях шин используются слои корпуса с армирующими кордами, которые проходят поперечно от борта к борту. Такие шины называют радиальными шинами, поскольку армирующие корды находятся в по существу радиальной ориентации. В радиальной шине используется нерастяжимый кольцевой брекер, который содержит стальные армирующие корды. Брекер размещен поверх слоев корпуса, под протектором. Специалистам в данной области было очевидно, что в радиальных шинах для предотвращения нежелательного расширения шины необходимо использовать стальной брекер, что может приводить к плохой управляемости при повороте. Кроме того, предшествующие конструкции шин без стали обычно легко деформируются и быстрее изнашиваются. Предшествующие конструкции шин без стали также неспособны к движению с высокими скоростями. Учитывая эти проблемы, предшествующие конструкции без стали не были конкурентоспособными альтернативами шинам со стальными брекерами.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления шина включает в себя первый кольцевой борт, второй кольцевой борт и слой корпуса, проходящий между первым кольцевым бортом и вторым кольцевым бортом. Шина дополнительно включает в себя кольцевой брекер, размещенный радиально за пределами слоя корпуса и проходящий аксиально по участку слоя корпуса. Шина также имеет первый армирующий слой, размещенный радиально за пределами кольцевого брекера и проходящий аксиально по участку слоя корпуса. Кольцевой протектор размещен радиально за пределами первого армирующего слоя и проходит аксиально по участку слоя корпуса. Первая боковина проходит между первым кольцевым бортом и первой плечевой зоной. Первая плечевая зона связана с кольцевым протектором. Вторая боковина проходит между вторым кольцевым бортом и второй плечевой зоной. Вторая плечевая зона связана с кольцевым протектором. Коэффициент сопротивления боковому уводу шины на 1 градус составляет от 0,09 до 0,40, при этом металл содержится только в первом и втором кольцевых бортах.
В другом варианте осуществления шина включает в себя слой каркаса и по меньшей мере одну кольцевую структуру, связанную со слоем каркаса. Шина дополнительно включает в себя область безметаллового кольцевого брекера, содержащую первый безметалловый слой брекера и второй безметалловый слой брекера. Шина также имеет безметалловый экранирующий слой брекера, размещенный радиально за пределами первого безметаллового слоя брекера и второго безметаллового слоя брекера. Шина также включает в себя безметалловый кольцевой протектор, который контактирует с дорогой, и пару боковин, связанных с по меньшей мере одной кольцевой структурой и безметалловым кольцевым протектором.
В еще одном варианте осуществления шина включает в себя пару кольцевых бортов, выполненных с возможностью крепления шины на колесе транспортного средства, и неметаллический слой корпуса, связанный с кольцевыми бортами. Неметаллический слой корпуса образует радиально расположенный внутренний участок шины. Шина дополнительно включает в себя неметаллический кольцевой брекер, размещенный радиально за пределами неметаллического слоя корпуса. Неметаллический кольцевой брекер образует радиально расположенный промежуточный участок шины. Первый неметаллический армирующий элемент дополнительно образует радиально расположенный промежуточный участок шины. Второй неметаллический армирующий элемент дополнительно образует радиально расположенный промежуточный участок шины. Протектор размещен радиально за пределами первого и второго неметаллических армирующих элементов и образует радиально расположенный внешний участок шины. Пара боковин образует аксиально расположенные внешние участки шины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
На сопроводительных рисунках представлены структуры, которые вместе с представленным ниже подробным описанием описывают примеры осуществления заявленного изобретения. Аналогичные элементы обозначены с помощью одинаковых номеров позиций. Следует понимать, что элементы, показанные в виде единственного компонента, можно заменить множеством компонентов, а элементы, показанные в виде множества компонентов, можно заменить единственным компонентом. Рисунки показаны не в масштабе, а пропорции некоторых элементов могут быть увеличены в целях иллюстрации.
На Фиг. 1 представлен вид в перспективе в поперечном сечении с частично снятыми слоями варианта осуществления шины.
На Фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении второго варианта осуществления шины.
На Фиг. 3 представлен схематический рисунок вида в поперечном сечении типичного варианта осуществления радиальной шины.
На Фиг. 4 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении типичного варианта осуществления радиальной шины, показанной на Фиг. 3.
На Фиг. 5 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении слоев и армирующих кордов, размещенных в типичном варианте осуществления радиальной шины, показанной на Фиг. 3.
На Фиг. 6 представлен схематический рисунок вида в поперечном сечении типичного варианта осуществления диагональной шины.
На Фиг. 7 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении типичного варианта осуществления диагональной шины, показанной на Фиг. 6.
На Фиг. 8 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении слоев и армирующих кордов, размещенных в типичном варианте осуществления диагональной шины, показанной на Фиг. 6.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже приведены определения выбранных терминов, используемых в настоящем документе. Определения включают в себя различные примеры и/или формы компонентов, которые подпадают под определение термина и могут использоваться при реализации. Предполагается, что примеры не имеют ограничительного характера. В определения могут входить термины как в форме единственного числа, так и в форме множественного числа.
«Аксиальный» и «аксиально» относятся к направлению, которое параллельно оси вращения шины.
«Кольцевой» и «по кольцу» относятся к направлению, проходящему вдоль периметра поверхности протектора, которое перпендикулярно аксиальному направлению.
«Экваториальная плоскость» относится к плоскости, которая перпендикулярна оси вращения шины и проходит через центр протектора шины.
«Радиальный» и «радиально» относятся к направлению, которое перпендикулярно оси вращения шины.
«Боковина» в настоящем документе относится к участку шины между протектором и бортом.
«Протектор» в настоящем документе относится к тому участку шины, который входит в контакт с дорогой при нормальном внутреннем давлении и нагрузке.
Хотя в приведенных ниже описаниях для описания типовых компонентов шины используются аналогичные термины, следует понимать, что, поскольку термины несколько различаются по дополнительным оттенкам значения, средний специалист в данной области не будет рассматривать любой из следующих терминов как полностью взаимозаменяемый с другим термином, который используется для описания типового компонента шины.
На Фиг. 1 представлен вид в перспективе в поперечном сечении с частично снятыми слоями шины 100. Шина 100 включает в себя первый кольцевой борт 105а и второй кольцевой борт 105b. В конструкции, показанной на Фиг. 1, кольцевые борта 105а и 105b содержат металлические корды (не обозначены). Кольцевые борта выполнены с возможностью крепления шины на колесе транспортного средства.
Слой 110 корпуса проходит между первым и вторым кольцевыми бортами 105а, b. Как будет понятно среднему специалисту в данной области, слой 110 корпуса может проходить между парой кольцевых бортов 105а, b и вокруг них различным образом. В альтернативных вариантах осуществления слой 110 корпуса, также известный как слой каркаса, связан с кольцевой структурой, такой как кольцевой борт, посредством физически близкого расположения, непосредственного физического контакта, промышленного процесса смешивания или химического взаимодействия. Хотя это не показано, слой 110 корпуса может иметь множество неметаллических армирующих кордов.
Показанный вариант осуществления включает в себя внутренний вкладыш 115, который является самым внутренним элементом шины и смежным со слоем 110 корпуса. В альтернативном варианте осуществления (не показан) армирующие слои или другие слои могут быть размещены между внутренним вкладышем и слоем корпуса. В другом альтернативном варианте осуществления (не показан) внутренний вкладыш отсутствует и самым внутренним элементом шины является слой корпуса.
В дополнительных вариантах осуществления слой 110 корпуса образует радиально расположенный внутренний участок шины. В общем случае радиально расположенный внутренний участок шины образует область между внутренним вкладышем и кольцевым брекером. Радиально расположенный внутренний участок шины может включать в себя, помимо прочего, слой корпуса, внутренний вкладыш или другие связующие и герметизирующие слои, шумоподавитель, электронные и/или сенсорные компоненты, текучие среды, используемые для предотвращения утечки воздуха, и другие элементы или компоненты, конкретно не указанные в настоящем документе.
Первый кольцевой брекер 120 размещен радиально за пределами слоя 110 корпуса. Первый кольцевой брекер 120 включает в себя первое множество неметаллических армирующих кордов 125. Второй кольцевой брекер 130 размещен радиально за пределами первого кольцевого брекера 120. Второй кольцевой брекер 130 включает в себя второе множество неметаллических армирующих кордов 135. В альтернативном варианте осуществления область брекера (т.е. область, содержащая кольцевой брекер и армирующие элементы, такие как экранирующие слои брекера и армирующие слои) содержит дополнительные слои, в которых также отсутствует металл и другие жесткие медленно разлагающиеся материалы.
В дополнительных альтернативных вариантах осуществления, не показанных в настоящем документе, кольцевой брекер образует радиально расположенный промежуточный участок шины. В общем случае радиально расположенный промежуточный участок шины представляет собой область между слоем корпуса и базовым слоем протектора (не показан). Радиально расположенный промежуточный участок может включать в себя, помимо прочего, брекер (-ы), армирующий (-ие) элемент (-ы), каучук и альтернативы каучука, адгезивные или связующие слои, электронные и/или сенсорные компоненты и другие элементы или компоненты, конкретно не указанные в настоящем документе. Таким образом, в этих дополнительных альтернативных вариантах осуществления кольцевой брекер необязательно должен быть единственным промежуточным элементом шины, хотя и может быть таковым.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, шина 100 дополнительно содержит первый армирующий слой 140 с первыми армирующими кордами 145, или первый заменитель корда (не показан), и второй армирующий слой 150 со вторыми армирующими кордами 155, или второй заменитель корда (не показан). Первый армирующий слой 140 размещен радиально за пределами слоя 110 корпуса, первого кольцевого брекера 120 и второго кольцевого брекера 130. Второй армирующий слой 150 размещен радиально за пределами первого армирующего слоя 140. Первый и второй армирующие слои 140 и 150 проходят аксиально по участку слоя 110 корпуса. В первом армирующем слое 140 и втором армирующем слое 150 отсутствует металл и другие жесткие медленно разлагающиеся материалы. Как будет понятно среднему специалисту в данной области, жесткие медленно разлагающиеся материалы могут представлять угрозу безопасности во время восстановления или переработки шины. В альтернативном варианте осуществления, не показанном на Фиг. 1, шина 100 не содержит армирующих слоев.
В одном альтернативном варианте осуществления, который не показан, шина 100 содержит только первый армирующий слой 140, размещенный между кольцевым протектором 160 и слоем 110 корпуса.
Кольцевой протектор 160 размещен радиально за пределами первого и второго армирующих слоев 140, 150. Кольцевой протектор 160 проходит аксиально по участку слоя 110 корпуса. Как показано, кольцевой протектор 160 проходит между плечевыми зонами, хотя в некоторых конструкциях, таких как те, которые используются для мотоциклетных шин, протектор, как понятно, может содержать часть плечевой зоны или выходить за пределы плечевой зоны. Кольцевой протектор 160 не содержит крупных включений металла, цельнометаллических элементов или иных металлических армирующих элементов. Крупные включения металла включают в себя металлические частицы, близкие по размеру к илу, очень мелкому песку, песку средней фракции, крупному песку, очень крупному песку и очень мелкому гравию.
В альтернативных вариантах осуществления (не показаны) кольцевой брекер образует радиально расположенный внешний участок шины. В общем случае радиально расположенный внешний участок шины представляет собой область между базовым слоем протектора (не показан) и участком шины, который входит в контакт с дорогой. Радиально расположенный внешний участок может включать в себя, помимо прочего, базовый слой протектора, слой протектора, литники, безметалловые шипы или аналогичные улучшители сцепления, электронные и/или сенсорные компоненты, жидкие среды, используемые для предотвращения утечки воздуха, адгезивные или связывающие слои и другие элементы или компоненты, конкретно не указанные в настоящем документе. Таким образом, в этих дополнительных альтернативных вариантах осуществления кольцевой протектор необязательно должен быть единственным радиально расположенным внешним элементом шины, хотя и может быть таковым.
Как показано на Фиг. 1, первая боковина 165а проходит между первым кольцевым бортом 105а и первой плечевой зоной 170а. Вторая боковина 165b проходит между вторым кольцевым бортом 105b и второй плечевой зоной 170b. Боковины, плечевые зоны и протектор связаны посредством физически близкого расположения, непосредственного физического контакта, промышленного процесса смешивания или химического взаимодействия. Как будет понятно среднему специалисту в данной области, боковины 165а и 165b могут быть изготовлены из каучука, отличного от каучука, используемого для протектора или других частей шины. Боковины 165а и 165b могут также иметь различные вставки, фрагменты, крылья, ребра охлаждения, армирующие элементы, протекторы, электронные и/или сенсорные компоненты и/или другие функциональные или орнаментальные элементы, конкретно не показанные на Фиг. 1. В дополнительных вариантах осуществления, в которых могут использоваться или не использоваться элементы боковин, описанные выше, боковины 165а и 165b образуют аксиально расположенный внешний участок шины. Таким образом, в этих дополнительных альтернативных вариантах осуществления боковины 165а и 165b необязательно должны быть единственными аксиально расположенными внешними элементами шины, хотя и могут быть таковыми. Независимо от того, используются ли в данной конструкции дополнительные элементы боковин, первая боковина 165а и вторая боковина 165b, показанные на Фиг. 1, представляют собой безметалловые боковины. Боковины представляют собой безметалловые боковины, поскольку они не содержат крупных включений металла, цельнометаллических элементов или иных металлических армирующих элементов.
Поскольку только первый и второй кольцевые борта 105а и 105b шины 100 содержат металл, шина 100 по существу не содержит металла.
На Фиг. 2 показан вид в поперечном сечении части второго варианта осуществления шины 200. Шина 200 содержит борта 205. Борта, которые имеют структуру кольцевого типа, выполнены с возможностью крепления шины на колесе транспортного средства. Следует понимать, что вместо бортов можно использовать другие кольцевые структуры.
Слой 210 каркаса, который иногда называют слоем корпуса, связан с бортами 205 посредством физически близкого расположения, непосредственного физического контакта, промышленного процесса смешивания или химического взаимодействия. Борта 205 и слой 210 каркаса придают шине тороидальную форму. В альтернативном варианте осуществления, конкретно не показанном на Фиг. 2, внутренний вкладыш или другой компонент соединяется с бортами 205 таким образом, чтобы компоненты образовывали единую кольцевую структуру. В таком варианте осуществления шина будет иметь по меньшей мере одну кольцевую структуру. Дополнительно, хотя это и не показано, внутренний вкладыш или другое внутреннее покрытие можно использовать в дополнение к слою 210 каркаса или единой кольцевой структуре.
Безметалловый кольцевой брекер 215 занимает область 220 брекера. В одном варианте осуществления область 220 брекера дополнительно содержит первый безметалловый слой 225 брекера и второй безметалловый слой 230 брекера. В одном альтернативном варианте осуществления, который не показан, безметалловый кольцевой брекер 215 дополнительно содержит второй безметалловый базовый слой. В дополнительных альтернативных вариантах осуществления, которые также не показаны, шина 200 содержит дополнительные безметалловые слои брекера.
Первый экранирующий безметалловый слой 235 брекера размещен радиально за пределами безметаллового кольцевого брекера 215. Шина 200 дополнительно содержит второй безметалловый экранирующий слой 240 брекера, размещенный между кольцевым протектором и слоем каркаса. В другом альтернативном варианте осуществления второй безметалловый экранирующий слой размещен между различными другими слоями. В дополнительных альтернативных вариантах осуществления два или более экранирующих безметалловых слоя распределены радиально по всей шине 200.
Безметалловый кольцевой протектор 245 размещен радиально за пределами безметаллового экранирующего слоя 235 корпуса. Безметалловый кольцевой протектор 245 также проходит аксиально по поверхности шины 200. Как показано, безметалловый кольцевой протектор 245 является радиально самым внешним элементом шины. Таким образом, безметалловый кольцевой протектор 245 представляет собой участок шины 200, который контактирует с дорогой.
В дополнение к безметалловому кольцевому протектору 245 боковины 250 образуют дополнительные поверхности шины 200. Боковины 250 проходят от краев безметаллового кольцевого протектора 245 к бортам 205. Боковины 250 связаны с краями безметаллового кольцевого протектора 245 посредством физически близкого расположения, непосредственного физического контакта, промышленного процесса смешивания или химического взаимодействия. В случае единой кольцевой структуры боковины 250 проходят от краев безметаллового кольцевого протектора 245 к единой кольцевой структуре. Боковины 250 связаны с бортами 205 или единой кольцевой структурой посредством физически близкого расположения, непосредственного физического контакта, промышленного процесса смешивания или химического взаимодействия.
В одном варианте осуществления боковины 250 представляют собой безметалловые боковины. Боковины представляют собой безметалловые боковины, поскольку они не содержат крупных включений металла, цельнометаллических элементов или иных металлических армирующих элементов. Во втором варианте осуществления боковины 250 содержат неметаллические армирующие элементы.
На Фиг. 3 представлен схематический рисунок вида в поперечном сечении варианта осуществления радиальной шины 300. На Фиг. 4 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении варианта осуществления радиальной шины 300, показанной на Фиг. 3. На Фиг. 5 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении кордов, размещенных в радиальной шине 300, показанной на Фиг. 3. Шина 300 описана со ссылкой на Фиг. 3-5.
Шина 300 по существу такая же, как и шина 100, описанная выше со ссылкой на Фиг. 1, за исключением отличий, описанных в настоящем документе. Слой 305 корпуса размещен радиально внутри первого армирующего слоя 315. Первый армирующий слой 315 размещен радиально внутри второго армирующего слоя 325. Экранирующий слой 335 брекера размещен радиально за пределами второго армирующего слоя 325. Экранирующий слой 335 брекера содержит волокна 340 экранирующего слоя брекера, которые проходят параллельно экваториальной плоскости шины Е. Кольцевой протектор 345 размещен радиально за пределами экранирующего слоя 335 брекера.
Слой 305 корпуса содержит корды 310 слоя корпуса, которые проходят радиально от области бортов радиальной шины 300 к кольцевому протектору 345. Первый армирующий слой 315 содержит первые армирующие корды 320, а второй армирующий слой 325 содержит вторые армирующие корды 330.
Как лучше всего показано на Фиг. 5, корды 310 слоя корпуса обычно пересекают экваториальную плоскость шины Е под прямым углом. Однако, как будет понятно среднему специалисту в данной области, корды 310 слоя корпуса могут также пересекать экваториальную плоскость Е под углом, который несколько меньше или больше 90 градусов, так чтобы шина 300 еще считалась радиальной шиной. Таким образом, как будет понятно среднему специалисту в данной области, корды 310 слоя корпуса в радиальной шине пересекают экваториальную плоскость Е под по существу прямым углом.
Как также показано на Фиг. 5, первые армирующие корды 320 пересекают экваториальную плоскость Е под первым углом 350, а вторые армирующие корды 330 пересекают экваториальную плоскость Е под вторым углом 355. В первом варианте осуществления первый угол больше второго угла. Во втором варианте осуществления первый угол составляет от 45 до 74 градусов и второй угол составляет от 45 до 74 градусов. В альтернативном варианте осуществления первый угол больше второго угла, и первый угол составляет от 45 до 74 градусов, и второй угол составляет от 45 до 74 градусов. В дополнительном варианте осуществления первый угол составляет от 60 до 74 градусов и второй угол составляет от 60 до 74 градусов. В другом варианте осуществления первый угол больше второго угла, и первый угол составляет от 60 до 74 градусов, и второй угол составляет от 60 до 74 градусов.
На Фиг. 3 представлен схематический рисунок вида в поперечном сечении варианта осуществления радиальной шины 300. На Фиг. 4 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении варианта осуществления радиальной шины 300, показанной на Фиг. 3. На Фиг. 5 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении кордов, размещенных в радиальной шине 300, показанной на Фиг. 3. Шина 300 описана со ссылкой на Фиг. 3-5.
На Фиг. 6 представлен схематический рисунок вида в поперечном сечении варианта осуществления диагональной шины 400. На Фиг. 7 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении варианта осуществления радиальной шины 400, показанной на Фиг. 6. На Фиг. 8 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении кордов, размещенных в радиальной шине 400, показанной на Фиг. 6. Шина 400 описана со ссылкой на Фиг. 6-8. Шина 400 по существу такая же, как шина 300, описанная выше со ссылкой на Фиг. 3-5, за исключением отличий, описанных в настоящем документе. Слой 405 корпуса размещен радиально внутри первого армирующего слоя 415. Первый армирующий слой 415 размещен радиально внутри второго армирующего слоя 425. Экранирующий слой 435 брекера размещен радиально за пределами второго армирующего слоя 425. Экранирующий слой 435 брекера содержит волокна 440 экранирующего слоя брекера, которые проходят параллельно экваториальной плоскости шины Е. Кольцевой протектор 445 размещен радиально за пределами экранирующего слоя 435 брекера.
На Фиг. 7 представлен схематический рисунок вида сбоку в поперечном сечении варианта осуществления диагональной шины, показанной на Фиг. 6. Слой 405 корпуса содержит корды 410 слоя корпуса, которые проходят под углом от кольцевой области борта (не показана) к кольцевому протектору 445. Первый армирующий слой 415 содержит первые армирующие корды 420, а второй армирующий слой 425 содержит вторые армирующие корды 430.
На Фиг. 8 представлен схематический рисунок вида сверху в поперечном сечении кордов, размещенных в радиальной шине, показанной на Фиг. 6. Как показано на Фиг. 8, корды 410 слоя корпуса пересекают экваториальную плоскость шины Е под острым углом. В одном варианте осуществления корды 410 слоя корпуса пересекают экваториальную плоскость Е под углом от 1 до 10 градусов. В другом варианте осуществления корды 410 слоя корпуса пересекают экваториальную плоскость Е под углом от 1,5 до 5 градусов. В другом варианте осуществления корды 410 слоя корпуса пересекают экваториальную плоскость Е под углом приблизительно 2 градуса.
Как также показано на Фиг. 8, первые армирующие корды 420 пересекают экваториальную плоскость Е под первым углом 450, а вторые армирующие корды 430 пересекают экваториальную плоскость Е под вторым углом 455. В первом варианте осуществления первый угол больше второго угла. Во втором варианте осуществления первый угол составляет от 45 до 74 градусов и второй угол составляет от 45 до 74 градусов. В альтернативном варианте осуществления первый угол больше второго угла, и первый угол составляет от 45 до 74 градусов, и второй угол составляет от 45 до 74 градусов. В дополнительном варианте осуществления первый угол составляет от 60 до 74 градусов и второй угол составляет от 60 до 74 градусов. В другом варианте осуществления первый угол больше второго угла, и первый угол составляет от 60 до 74 градусов, и второй угол составляет от 60 до 74 градусов.
Хотя армирующие слои, показанные на Фиг. 3-8, имеют армирующие корды (320, 330, 420, 430), как будет понятно среднему специалисту в данной области, армирующий слой на основе корда можно заменить безметалловыми армирующими волокнами высокой плотности в виде слоя из тканого полотна, в виде слоя из сетки, в виде слоя в форме пчелиных сот и/или в виде других слоев и их вариантов. Кроме того, армирующие элементы, описанные выше, могут быть изготовлены из разных материалов. Таким образом, второй армирующий элемент может быть изготовлен из материала, отличного от материала первого армирующего элемента. Когда армирующие элементы изготовлены из разных материалов, армирующие элементы могут быть размещены под разными углами или под одним и тем же углом.
Неметаллические материалы, подходящие для применения в описанных выше вариантах осуществления, включают в себя, без ограничений, синтетические материалы, такие как нейлон, гидратцеллюлозное волокно, арамид, параарамид, сложный полиэфир, полиэтиленнафталат (ПЭН), полиэтилентерефталат (ПЭТ), поливиниловый спирт (PVOH или ПВС), полибензобисоксазол (ПБО или Zylon), сополимер этилена и монооксида углерода (ПОК), углеродное волокно и стекловолокно. Также для применения в описанных выше вариантах осуществления могут подходить аналогичные синтетические материалы, известные в данной области. Как также будет понятно среднему специалисту в данной области, в описанных выше вариантах осуществления могут также применяться альтернативные неметаллические материалы, конкретно не указанные в настоящем документе. В одном варианте осуществления такие альтернативные материалы также могут быть обработаны в процессе переработки или восстановления шины.
Для демонстрации нескольких вариантов осуществления настоящего раскрытия были получены и испытаны следующие примеры. Однако эти примеры не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Объем изобретения определяется формулой.
ПРИМЕРЫ
Были изготовлены примеры шин с шестью следующими конструкциями: шина 1 (ранее доступная контрольная шина) имела два стальных брекера и два экранирующих слоя брекера; шина 2 имела два нейлоновых брекера, пересекающихся под малым углом 45 градусов (ориентированных в противоположных направлениях), и два нейлоновых экранирующих слоя брекера; шина 3 имела два нейлоновых брекера (ориентированных в одном направлении) и два нейлоновых экранирующих слоя брекера; шина 4 имела один нейлоновый брекер и два нейлоновых экранирующих слоя брекера; шина 5 не имела брекеров и имела два нейлоновых экранирующих слоя брекера; шина 6 имела один нейлоновый брекер и четыре нейлоновых экранирующих слоя брекера. Затем примеры шин подвергали эксплуатационным испытаниям, описанным ниже.
Шины без колеса взвешивали на весах, и во время взвешивания было продемонстрировано, что масса снижена на величину от - 0,9 кг (т.е. на - 6,1%) до - 2,3 кг (т.е. - 12,5%) относительно контрольной шины с конструкцией номер 1.
Гидравлические испытания на разрыв проводили путем закачивания в полость шины воды до достижения давления, при котором один или более компонентов шины выходил из строя, и конструкция более не могла выдерживать давление. Для эталонной традиционной шины с конструкцией 1 максимальное внутреннее давление, указанное на боковине, составляло 0,35 МПа (51 фунт/кв. дюйм). Этот показатель для конструкций 2-6 находился в диапазоне от 1,4 МПа (210 фунтов/кв. дюйм) (412% максимального внутреннего давления) до 2,03 МПа (295 фунтов/кв. дюйм) (578% максимального внутреннего давления, указанного на боковине). Таким образом, для всех конструкций 2-6 был достигнут по меньшей мере 4-кратный запас прочности по внутреннему давлению.
Коэффициент сопротивления качению, или RRC, определяли в соответствии с процедурой испытания шин по стандарту 28580 Международной организации по стандартизации (ISO). Полученное значение представляет собой силу сопротивления шины, поделенную на вертикальную нагрузку на шину. Внутреннее давление, нагрузку и скорость устанавливали в соответствии со стандартом. Более низкое значение указывает на сниженные силы сопротивления, действующие на шину, и, таким образом, на уменьшение энергии, необходимой для преодоления этой силы сопротивления при использовании на транспортном средстве. Для этих конструкций показатель RRC продемонстрировал снижение силы сопротивления от 3% до 9% относительно эталонной шины с конструкцией 1.
Шины испытывали на коэффициент статической жесткости путем установки шин на колесо с шириной, рекомендованной на основании справочного руководства Ассоциации по шинам и дискам, накачки шины до 0,18 МПа (26 фунтов/кв. дюйм) и нагружения шины до 100% величины, рекомендованной на основании справочного руководства Ассоциации по шинам и дискам при внутреннем давлении 0,18 МПа (26 фунтов/кв. дюйм). Во время нагружения регистрировали смещения для соответствующих нагрузок. Наклон этой кривой в условиях полной нагрузки определяли как коэффициент вертикальной жесткости и показатель жесткости каркаса. В таблице 1 коэффициент вертикальной жесткости приведен в Н/мм. В конструкциях 2-6 коэффициент вертикальной жесткости был снижен на 4-6% относительно эталонной конструкции номер 1.
После нагружения шины ее отклоняли в боковом направлении (в направлении, перпендикулярном оси вращения) и регистрировали боковое усилие и смещение. Расчетный наклон кривой жесткости при боковой нагрузке, равной нулю, известен как коэффициент боковой жесткости. Боковую нагрузку убирали и нагружали шину в продольном направлении (перпендикулярном боковому направлению и в направлении перемещения шины).
Коэффициент продольной жесткости рассчитывали тем же способом, что и коэффициент боковой жесткости, а единицы измерения обоих параметров были такими же, как и у коэффициента вертикальной жесткости. Коэффициент боковой жесткости является показателем способности шин создавать боковое усилие по мере задания угла поворота для управления транспортным средством. Коэффициент боковой жесткости уменьшается на 24-45%. Коэффициент продольной жесткости является показателем способности шины создавать усилия ускорения или торможения, когда водитель транспортного средства хочет ускориться или остановиться. Коэффициент продольной жесткости уменьшается в большей степени, чем коэффициент вертикальной жесткости, но не так сильно, как коэффициент боковой жесткости. Коэффициент продольной жесткости уменьшается на 7-11% относительно эталонной конструкции 1. На основании результатов, представленных в таблицах 1 и 2, в конструкциях 2 и 3, в которых только заменены стальные брекеры из контрольной шины на нейлоновые брекеры, пересекающиеся под малым углом, масса уменьшилась на 9%, а сопротивление качению - на 6-7% при небольшом снижении коэффициентов вертикальной и продольной жесткости. Однако в конструкциях 2 и 3 боковая жесткость уменьшилась на 24%, что может повлиять на способность транспортного средства создавать усилие сопротивления боковому уводу. Чтобы в полной мере определить влияние на способность шины сопротивляться боковому уводу, были проведены дополнительные испытания.
В таблицах 3 и 4 представлен результат испытания шин на динамическую устойчивость к боковому уводу. Для приведения в движение шин, установленных на колесах, которые указаны в описанных выше испытаниях, и нагруженных той же нагрузкой, которая указана в испытании для определения деформации под нагрузкой, использовали установку MTS Flat-Trac. Для этого испытания внутреннее давление в шине изменяли с низкого уровня, составляющего 0,10 МПа (15 фунтов/кв. дюйм), до уровня среднего диапазона, составляющего 0,2 МПа (30 фунтов/кв. дюйм), который типичен для многих доступных в продаже пассажирских транспортных средств. Уровень внутреннего давления в шине также изменяли на повышенный уровень внутреннего давления, составляющий 0,31 МПа (45 фунтов/кв. дюйм). При закреплении в испытательной установке шину вращали с постоянной скоростью 5 миль в час. Установка задавала для шины угол бокового увода, медленно поворачивая ее вокруг оси центра поля зацепления шины, проходящей через центр колеса, равный 1 градусу. При этом угле шина создавала боковое усилие, обусловленное внеплоскостным изгибом каркаса шины. Затем этот уровень усилия регистрировали. После этого шину поворачивали в противоположном направлении на угол 1 градус относительно вращения в нейтральном положении и повторно регистрировали усилие.
Затем рассчитывали коэффициент сопротивления боковому уводу шины, или СС, путем усреднения двух уровней усилий при положительном и отрицательном угле поворота на 1 градус и деления полученного значения на вертикальную нагрузку шины. Например, если показатель СС для шины составлял 0,30, и шина была нагружена до 4448 Н (1000 фунтов) при использовании угла бокового увода 1 градус, то созданное шиной боковое усилие составляло в среднем 1334 Н (300 фунтов).
В большинстве маневров, используемых при повседневном вождении, шины эксплуатируются при угле бокового увода в диапазоне от 0 до 2 градусов. В этом диапазоне существует линейная зависимость между углом бокового увода, заданным водителем при повороте колеса, и боковым усилием, создаваемым шиной для поворота автомобиля. Для шин для доступных в продаже пассажирских автомобилей показатель, как правило, находится в диапазоне от 0,25 до 0,45, где значение 0,25 характерно для шины общего назначения, а значение 0,45 характерно для сверхвысокотехнологичной шины. Аналогично описанному ранее коэффициенту боковой жесткости, для шин с конструкциями 2-6 при низких внутренних давлениях, составляющих 0,10 МПа (15 фунтов/кв. дюйм), отмечали значимое снижение СС, но при более высоких внутренних давлениях (которые в большей степени характерны для современных доступных в продаже пассажирских автомобилей) различие между эталонной шиной с конструкцией 1 и шинами с конструкциями 2-6 уменьшилось.
Если конкретно рассматривать конструкции 2 и 3 при 0,2 МПа (30 фунтов/кв. дюйм), то заметно снижение с 23 до 31% соответственно, но уровни СС для этих шин при этом условии составляют 0,30 и 0,28 соответственно, что хорошо укладывается в рабочие диапазоны шин для доступных в продаже пассажирских автомобилей. Даже при 0,10 МПа (15 фунтов/кв. дюйм), что заведомо ниже любых известных рекомендованных значений внутреннего давления в шинах для пассажирских автомобилей, конструкции 2 и 3 давали уровни СС 0,21 и 0,19, которые лишь несколько ниже, чем для некоторых шин для доступных в продаже пассажирских автомобилей.
Как будет понятно среднему специалисту в данной области, варианты осуществления шин, описанные в настоящем раскрытии, могут быть выполнены с возможностью применения на транспортном средстве, которое выбирают из группы, состоящей из мотоциклов, тракторов, транспортных средств сельскохозяйственного назначения, газонокосилок, машин для гольфа, скутеров, самолетов, военных транспортных средств, пассажирских транспортных средств, гибридных транспортных средств, мощных транспортных средств, спортивно-утилитарных транспортных средств, легких грузовиков, тяжелых грузовиков, большегрузных автомобилей и автобусов. Как также будет понятно среднему специалисту в данной области, варианты осуществления, описанные в настоящем раскрытии, можно использовать с различными рисунками протектора, включая, без ограничений, симметричные, асимметричные, направленные, шипованные и нешипованные рисунки протектора. Как также будет понятно среднему специалисту в данной области, варианты осуществления, описанные в настоящем раскрытии, можно использовать при восстановлении рисунков протектора.
Если в спецификации или формуле изобретения используется термин «включает в себя» или «включающий», то считается, что он имеет включающий смысл, аналогичный интерпретации термина «содержащий» при его использовании в качестве переходного слова в формуле изобретения. Более того, если используется термин «или» (например, А или В), то считается, что он означает «А, или В, или оба». Когда заявители хотят указать «только А или В, но не оба», то используется термин «только А или В, но не оба». Таким образом, использование термина «или» в настоящем документе имеет включающий, а не исключающий смысл. См. Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d. Ed. 1995). Кроме того, если в спецификации или формуле изобретения используется термин «в», то считается, что он дополнительно означает «на». Более того, если в настоящем описании или формуле изобретения используется термин «соединять», то считается, что он означает не только «непосредственно соединенный с», но и «опосредованно соединенный с», как, например, соединенный через другой компонент или компоненты.
Хотя настоящее раскрытие проиллюстрировано путем описания его вариантов осуществления, и они описаны в значительных подробностях, заявители не имеют намерения сократить или иным образом ограничить объем формулы изобретения таким подробным описанием. Дополнительные преимущества и модификации сразу будут понятны специалистам в данной области. Следовательно, раскрытие в своих более широких аспектах не ограничено конкретными деталями, типичным устройством и способом, а также показанными и описанными иллюстративными примерами. Соответственно, возможны отступления от таких деталей без отступления от сущности или объема общей идеи заявителя, обладающей признаками изобретения.