ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА, ОСНАЩЕННАЯ ТРАНСПОНДЕРОМ
PNEUMATIC TIRE EQUIPPED WITH A TRANSPONDER

Эта патентная заявка испрашивает приоритет в соответствии с патентной заявкой Италии № 102019000001565, зарегистрированной 4/02/2019, содержание которой включено в эту заявку посредством ссылки во всей своей полноте.
Область техники
Изобретение относится к пневматической шине, оснащенной транспондером.
Уровень техники
В последние годы появились так называемые «умные» пневматические шины, которые способны составлять активную часть современных транспортных средств, предоставляя информацию о типе установленных пневматических шин, информацию о состоянии пневматических шин, а также информацию об условиях окружающей среды.
«Умная» пневматическая шина обычно оснащена транспондером (т.е. электронным устройством, пригодным для связи на радиочастоте), который позволяет осуществлять дистанционную связь (т.е. связь как с транспортными средством, на котором установлена пневматическая шина, так и с оператором, который должен произвести проверку состояния или замену пневматической шины) для идентификации, получения информации о характеристиках и истории эксплуатации пневматической шины.
Недавно было предложено объединить технологию RFID («технология радиочастотной идентификации»), основанной на использовании транспондеров, с технологией TPMS («систем контроля давления в шинах»), которые измеряют эффективное давление накачки шин для запоминания значений эффективного давления накачки в транспондерах с последующей дистанционной передачей информации об эффективном давлении накачки с помощью самих транспондеров.
Изначально предлагалось приклеивать транспондер на внутреннюю или внешнюю поверхность боковой стенки пневматической шины; такое решение является чрезвычайно простым в плане конструкции и применимым к существующим пневматическим шинам; однако, оно не гарантирует, что транспондер не отсоединится от пневматической шины (особенно при приклеивании транспондера к внешней поверхности) в результате циклических деформаций, которым подвергается боковая стенка пневматической шины во время работы.
После этого было предложено интегрировать транспондер в конструкцию пневматической шины, т.е. разместить его внутри различных слоев, составляющих пневматическую шину.
В патентном документе US20080289736A1 раскрывается пневматическая шина, в которой транспондер встроен в конструкцию пневматической шины у борта; в частности, транспондер расположен между боковой стенкой и наполнителем борта над отворотом слоя каркаса.
В патентном документе EP2186658A1 описана пневматическая шина, транспондер в которой встроен в конструкцию борта шины; в частности, транспондер расположен между боковой стенкой и наполнителем борта над отворотом каркасного слоя, или же транспондер расположен между наполнителем борта и каркасным слоем (т.е. внутри отворота каркасного слоя).
В патентном документе EP1366931A2 описана пневматическая шина, транспондер в которой встроен в конструкцию борта шины; в частности, транспондер погружен в наполнитель борта и расположен внутри отворота каркасного слоя, или же транспондер погружен в резину, расположенную более внутри относительно бортового сердечника (иными словами, он расположен снаружи отворота каркасного слоя).
В патентных документах KR20100082464A1 и KR20130067944A1 раскрывается пневматическая шина, транспондер в которых встроен в конструкцию пневматической шины над наполнителем борта; в частности, транспондер заделан в каркасный слой и расположен по меньшей мере частично внутри отворота каркасного слоя.
Тем не менее, описанные выше способы расположения транспондера в пневматической шине не являются идеальными, поскольку они не позволяют минимизировать напряжения и деформации, которым подвергается транспондер (как в процессе производства пневматической шины, так и во время её эксплуатации), и одновременно свести к минимуму помехи и нарушения радиочастотной связи транспондера.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в создании пневматической шины, оснащенной транспондером, в которой были бы устранены вышеописанные недостатки, при этом была бы простой и недорогой в производстве.
Поставленная задача решается пневматической шиной, оснащенной транспондером, согласно приложенной формуле изобретения.
В формуле изобретения описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, являющиеся неотъемлемой частью описания.
Ниже приводится подробное описание нескольких неограничивающих вариантов выполнения со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показана в разрезе пневматическая шина согласно изобретению (некоторые части не показаны для ясности), вид в разрезе;
на фиг. 2 – транспондер пневматической шины по фиг. 1;
на фиг. 3 и 4 – транспондер, виды в разрезе по плоскостям III-III и IV-IV на фиг. 2, соответственно;
на фиг. 5 – участки шины в увеличенном масштабе; и
на фиг. 6 – схема, демонстрирующая принцип размещения транспондера по фиг. 2, относительно края каркасного слоя пневматической шины и относительно наполнителя бортовой зоны пневматической шины по фиг. 1.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана пневматическая шина 1, содержащая тороидальный каркас 2, который содержит одинарный каркасный слой 3, согнутый на себя и содержащий, таким образом, два боковых отворота (т.е. два слоя, наложенные друг на друга и вместе образующие так называемый «заворот»). В каждом отвороте каркасного слоя 3 край (т.е. конец) каркасного слоя 3 опирается на промежуточную часть каркасного слоя 3.
На противоположных сторонах каркаса 2 расположены два кольцевых борта 4, каждый из которых окружен каркасным слоем 3 (т.е. отворотом каркасного слоя 3), и содержит бортовой сердечник 5, усиленный множеством витков металлической проволоки и наполнителем 6 борта.
Каркас 2 служит опорой для кольцевого протектора 7; между каркасом 2 и протектором 7 расположен брекер 8 протектора, содержащий два подпротекторных слоя 9. Каждый подпротекторный слой 9 содержит несколько кордов (не показаны), встроенных в резиновую ленту, и проходящих параллельно друг другу на определенном расстоянии друг от друга, и образующих угол наклона относительно экваториальной плоскости пневматической шины 1.
Внутри каркасного слоя 3 расположен герметизирующий слой 10 каркаса, который является герметичным, образует внутреннюю оболочку и служит для удержания воздуха внутри пневматической шины 1 для сохранения давления накачки пневматической шины 1 в течение длительного времени.
Каркасный слой 3 служит опорой для пары боковых стенок 11, расположенных снаружи каркасного слоя 3 между протектором 7 и бортовыми зонами 4 шины.
И, наконец, каркасный слой 3 служит опорой для пары изнашиваемых резиновых лент 12, расположенных снаружи бортов 4 шины под боковыми стенками 11.
Пневматическая шина 1 изготавливается в соответствии с принципом конструкции, называемым «оболочкой», при которой каждый отворот каркасного слоя 3 заканчивается ниже подпротекторного слоя 9 (т.е. ниже протектора 7, контактирующего с крайним внутренним подпротекторным слоем 9); иными словами, в каждом отвороте край (т.е. конец) каркасного слоя 3, опирающийся на промежуточную часть каркасного слоя 3, расположен радиально ниже попротекторного слоя 9 (и, таким образом, ниже протектора 7, контактирующего с крайним внутренним подпротекторным слоем 9).
Как показано на фиг. 1, пневматическая шина 1 в поперечном сечении имеет общую высоту H (иными словами, толщину, т.е. радиальное расстояние до оси вращения пневматической шины в направлении перпендикулярно оси вращения); на фиг. 1 показана также медиальная плоскость M по высоте H поперечного сечения пневматической шины 1 (т.е. плоскость M делит высоту H поперечного сечения пневматической шины 1 на две равные части H/2).
Транспондер 13, т.е. электронное устройство (обычно пассивное, т.е. без источника электропитания), способное запоминать информацию и осуществлять радиочастотную связь, интегрировано (встроено) в пневматическую шину 1, в частности, в боковую стенку 11 (например, во внешнюю боковую стенку 11, т.е. на боковую стенку, обращенную наружу относительно транспортного средства, когда пневматическая шина 1 установлена на ободе). Иными словами, транспондер 13 представляет собой "умную метку" небольшого размера, интегрированную внутрь пневматической шины 1 и способную отвечать на дистанционный опрос с помощью определенных стационарных или портативных устройств, называемых считывающими устройствами или устройствами опроса; считывающее устройство может считывать и/или изменять информацию, содержащуюся в транспондере 13, т.е. осуществлять опрос во время связи с транспондером 13 на радиочастоте. Таким образом, транспондер 13 является частью беспроводной считывающей и/или записывающей системы, работающей по так называемой RFID-технологии ("технологии радиочастотной идентификации").
Как показано на фиг. 2, транспондер 13 содержит электронную схему 14 (т.е. микрочип) с энергонезависимой памятью (как правило, ЭППЗУ (электронно-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство) или ФМОЗУ (ферромагнитное оперативное запоминающее устройство), причем последнее является более дорогим, но технологически более совершенным), антенну 15, соединенную с электронной схемой 14, и опору 16, несущую на себе как электронную схему 14, так и антенну 15 и часто называемую «подложкой» (обычно изготавливается из тонкого слоя майлара, пластика типа ПЭТ или ПВХ, или других аналогичных материалов). В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, антенна 15 представляет собой дипольную антенну (или просто диполь), содержащую два открытых равных плеча, выполненных из линейного электропроводника, по которому протекают электрические токи, которые дистанционно излучают электромагнитное поле.
При использовании антенна 15 воспринимает электромагнитный сигнал, который за счет электромагнитной индукции создает разность электрических потенциалов в антенне 15, что вызывает циркуляцию электрического тока в электронной схеме 14 и обеспечивает питание для электронной схемы 14; активированная таким образом электронная схема 14 передает содержащиеся в её памяти данные с помощью антенны 15 и, при необходимости, модифицирует данные, содержащиеся в её памяти.
Как показано на фиг. 2, 3 и 4, транспондер 13 вставлен в оболочку 17, состоящую из двух полосок 18 необработанного каучука, наложенных друг на друга и прижатых друг к другу (очевидно, что каучук двух полосок 18 сначала является сырым, и его вулканизация происходит одновременно с вулканизацией остальных частей пневматической шины 1 в ходе вулканизации пневматической шины 1); как правило, вышеупомянутые две полоски 18 из необработанного каучука оболочки 17 на 1-2 мм длиннее/шире транспондера 13 (т.е. электронной схемы 14 с антенной 15). Две полоски 18 из необработанного каучука сначала имеют форму параллелепипеда, а затем, когда их прижимают друг к другу, деформируются, плотно окружая компоненты транспондера 13.
Согласно альтернативному варианту выполнения, две полоски 18 оболочки 17 изначально изготовляются из вулканизированного каучука (т.е. каучук двух полосок 18 вулканизируется сразу).
Согласно еще одному возможному варианту выполнения (не показан), опора 16 отсутствует, и её функцию выполняют две каучуковые полоски 18 оболочки 17.
В предпочтительном варианте выполнения толщина T оболочки 17 (с транспондером 13 внутри) составляет от 0,6 до 2 мм, ширина оболочки 17 составляет приблизительно 8-12 мм, и длина L обоймы 17 составляет приблизительно 60-80 мм.
Транспондер 13 расположен по окружности, говоря точнее, по окружности с центром на оси вращения пневматической шины; важно подчеркнуть, что транспондер 13 (находящийся внутри обоймы 17) имеет форму прямоугольного параллелепипеда, и, следовательно, внутри пневматической шины он не проходит по круговой траектории, по которой располагаются все остальные компоненты пневматической шины 1 (как схематично показано на фиг. 6).
Как показано на фиг. 5, транспондер 13 (расположенный внутри оболочки 17) расположен на радиальном расстоянии D1 (величина которого не равна нуля) от края (т.е. конца) 19 каркасного слоя 3 (расположенного ниже подпротекторных слоев 9, и, следовательно, ниже протектора 7, контактирующего с крайним внутренним подпротекторным слоем 9, и опирается на промежуточную часть каркасного слоя 3); т.е. радиально внешний верхний край (конец) транспондера 13 находится на радиальном расстоянии D1 от края 19 каркасного слоя 3. Кроме того, транспондер 13 (расположенный внутри обоймы 17) находится на радиальном расстоянии D2 (величина которого больше нуля) от края 20 (т.е. конца) борта 4 (в частности, от края наполнителя 6 борта, где заканчивается наполнитель 6 борта), т.е. радиально внутренний край (конец) транспондера 13 расположен на радиальном расстоянии D2 от края 20 наполнителя 6 борта.
В целом, транспондер 13 (вставленный в оболочку 17) полностью закрыт лентой 21, расположенной на радиальном расстоянии D3 от края 19 каркасного слоя 3, и расположенной на радиальном расстоянии D4 от края 20 борта 4. Радиальное расстояние D3 между транспондером 13 и краем 19 каркасного слоя 3 больше 7 мм (10 мм в предпочтительном варианте выполнения); аналогично, радиальное расстояние D4 между транспондером 13 и краем 20 борта 4 больше 7 мм (10 мм в предпочтительном варианте выполнения). Следовательно, радиальное расстояние D1 между радиально внешним краем (концом) транспондера 13 и краем 19 каркасного слоя 3 больше 7 мм (10 мм в предпочтительном варианте выполнения), и радиальное расстояние D2 между радиально внутренним краем (концом) транспондера 13 и краем 20 борта 4 (в частности, наполнителем 6 борта) больше 7 мм (10 мм в предпочтительном варианте выполнения). Важно отметить, что, как правило (но не обязательно), радиальное расстояние D1 отличается от радиального расстояния D2 (как показано, например, на фиг. 5) и, таким образом, транспондер 13 находится не точно посередине между краем 19 каркасного слоя 3 и краем 20 бортовой зоны 4.
Транспондер 13 (расположенный внутри оболочки 17) расположен между каркасным слоем 3 и герметизирующим слоем 10 каркаса, и, следовательно, транспондер 13 в боковом направлении (т.е. аксиально, или параллельно оси вращения пневматической шины 1) с внешней стороны граничит (в непосредственном контакте) с каркасным слоем 3, а с внутренней стороны в боковом направлении граничит (в непосредственном контакте) с герметизирующим слоем 10 каркаса. Иными словами, внешняя поверхность транспондера 13 непосредственно упирается (или касается) каркасного слоя 3, а внутренняя поверхность транспондера 13 непосредственно упирается (или касается) герметизирующего слоя 10 каркаса. Транспондер 13 (расположенный внутри оболочки 17) расположен ближе к отвороту каркасного слоя 3, и, таким образом, в боковом направлении (т.е. аксиально, или параллельно оси вращения пневматической шины 1) граничит с каркасным слоем 3 с одной стороны (снаружи), и с герметизирующим слоем 10 каркаса с противоположной стороны (изнутри); иными словами, транспондер 13 снаружи контактирует с соответствующей частью каркасного слоя 3, а изнутри находится в контакте с соответствующей частью герметизирующего слоя 10 каркаса.
Транспондер 13 расположен на отвороте каркасного слоя 3; иными словами, рядом с транспондером каркасный слой 3 «сдвоен», т.е. загнут на себя, образуя двойной слой.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, транспондер 13 расположен в области, где имеется боковая стенка 11, и где отсутствует изнашиваемая резиновая лента 12, т.е. сбоку от транспондера 13 (снаружи от транспондера 13) находится боковая стенка 11, а изнашиваемая резиновая лента 12 отсутствует.
Как уже было указано выше, транспондер 13 расположен в направлении по окружности и имеет форму прямоугольного параллелепипеда, и внутри пневматической шины 1 он не проходит по круговой траектории, по которой располагаются все остальные компоненты пневматической шины 1; в результате, как показано на фиг. 6, радиальное расстояние D1 или D2 между каждым из краев транспондера 13 и соответствующим краем 19 или 20 постоянно изменяется (даже если только максимум на 1-3 мм) по всей длине транспондера 13, поскольку транспондер 13 имеет прямоугольную форму, а соответствующий край 19 или 20 имеет круговую траекторию. В связи с этим, следует отметить, что максимальное (т.е. максимально возможное) радиальное расстояние D1 или D2 между каждым из краев транспондера 13 и соответствующим краем 19 или 20 всегда больше 7 мм (равно 10 мм в предпочтительном варианте выполнения).
Важно подчеркнуть, что каркасный слой 3 может содержать локальные армирующие элементы, расположенные на ограниченных участках каркасного слоя 3; например, каркасный слой 3 может содержать тканевый усиливающий элемент, расположенный рядом с бортами 4 шины, и/или каландрированную «прослойку», также расположенную рядом с бортами 4. В таком случае, указанные армирующие элементы становятся составной частью каркасного слоя 3 и, следовательно, транспондер 13 может быть расположен в контакте с каркасным слоем 3 также на таких армирующих элементах.
Пневматическая шина 1 может быть шиной «стандартного» или «нестандартного» типа; например, пневматическая шина 1 может быть шиной типа «run-flat» (шиной, остающаяся безопасной после прокола), шиной «губчатого» типа (т.е. шиной, внутри которой находится губчатое тело, обеспечивающее акустический эффект), или шиной «уплотнительного» типа (т.е. шиной, содержащей герметизирующее вещество, способное герметизировать любые отверстия).
Все описанные варианты выполнения могут объединяться друг с другом без выхода за рамки объема охраны изобретения.
Вышеописанная пневматическая шина 1 имеет много преимуществ.
Прежде всего, и главным образом, в вышеописанной пневматической шине 1 положение транспондера 13 дает возможность минимизировать напряжения и деформации, которым подвергается транспондер 13 (как в процессе производства, так и во время использования пневматической шины 1) и, в то же время, позволяет минимизировать помехи и нарушения радиочастотной связи транспондера 13 (таким образом, информация с транспондера 13 может считываться на расстоянии более 3 м, если шина не установлена на металлическом ободе, и на расстоянии более 2 м, если шина установлена на металлическом ободе).
Кроме того, в вышеописанной пневматической шине 1 наличие транспондера 13 (который все-таки является «посторонним объектом», внедренным в пневматическую шину 1) не оказывает негативного влияния на рабочие характеристики и срок службы (или ресурс) пневматической шины 1.
Транспондер 13 очень хорошо защищен снаружи, поскольку он расположен в большей степени внутри относительно каркасного слоя 3. Кроме того, исключаются местные деформации каркасного слоя 3, и полностью исключается риск захвата воздуха в каркасном слое 3 в месте расположения транспондера 13, поскольку место расположения транспондера 13 расположено снаружи относительно каркасного слоя 3 за счет выпуклости в сторону внутренней поверхности герметизирующего слоя 10 каркаса.
И, наконец, конструкция вышеописанной пневматической шины 1 является простой, поскольку транспондер 1 может быть легко прикреплен к каркасному слою 3, когда каркасный слой 3 еще абсолютно плоский (т.е. до наматывания каркасного слоя 3 на формовочный барабан), или же транспондер 1 можно легко приклеить к герметизирующему слою 10 каркаса перед установкой самого герметизирующего слоя 10).
Ссылочные позиции
1 пневматическая шина
2 каркас
3 каркасный слой
4 борта шины
5 бортовой сердечник
6 наполнитель борта
7 протектор
8 брекер протектора
9 подпротекторные слои
10 герметизирующий слой каркаса
11 боковые стенки
12 изнашиваемые резиновые ленты
13 транспондер
14 электронная схема
15 антенна
16 опора
17 оболочка
18 полоски
19 край
20 край
21 лента
H высота
L длина
W ширина
T толщина
A амплитуда
D1 расстояние
D2 расстояние
D3 расстояние
D4 расстояние.