ШИНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE TIRES

Область техники
Настоящее изобретение относится к шине для транспортного средства, содержащей протектор, предназначенный для контакта с поверхностью земли при качении, причем упомянутый протектор сформирован с протекторным рисунком, содержащим кольцевые канавки и поперечные канавки для удаления воды из пятна контакта шины с поверхностью земли, а ширина поперечной канавки увеличивается по мере продвижения в продольном направлении прохождения поперечной канавки от боковины шины к центральной линии шины и по мере продвижения в радиальном направлении наружу от основания поперечной канавки.
Уровень техники
Шина транспортного средства имеет протектор, предназначенный для осуществления контакта качения с поверхностью земли, например, с проезжей частью дороги. Протектор снабжен протекторным рисунком, отличающимся расходящимися канавками, создающими протектор с протекторными блоками, т.е. протектор содержит блоки и канавки. Канавки предназначены для отведения воды, возможно присутствующей на поверхности земли, с целью установления настолько хорошего и плотного контакта между протектором, конкретнее протекторным блоком, и проезжей частью дороги, насколько это возможно. Вода, присутствующая на поверхности земли, вытесняется с помощью канавок из-под протекторных блоков, в первую очередь, вбок от шины. Какая-то часть воды остается внутри канавок, вследствие чего шина катится по воде таким образом, что в зоне качения вода бежит по канавкам вдоль протекторных блоков из зоны качения. Шины транспортных средств, участвующих в дорожном движении, по нормам должны иметь достаточно глубокие канавки для безопасной эксплуатации транспортного средства в меняющихся погодных условиях.
Расход воды при течении в канавке, естественно, сильно зависит от скорости движения транспортного средства. Влияние канавок на расход и объемный расход воды это важный фактор в плане контакта воды и шины. Если канавки не способны вытеснить достаточное количество воды из зоны качения, т.е. из пятна контакта, шина всплывет на верх водяной подушки, присутствующей на поверхности земли, и возникнет так называемое аквапланирование, вследствие чего трение между шиной и поверхностью земли почти полностью исчезнет. Следовательно, задача заключается в предложении такой конструкции канавок, чтобы течение воды в канавке было максимально эффективно.
Известно решение, опубликованное в документе US 4641696, раскрывающем протекторный рисунок, который имеет определенное направление вращения, разделен частыми канавками на протекторные блоки и содержит косо расположенные поперечные канавки, отводящие воду к боковине шины. В этой публикации также предложено сделать каждый из блоков наклонным, во избежание преждевременного изнашивания, разрыва и выкрашивания блоков.
Из уровня техники известен также документ WO 2013/092206 А1, который предлагает поперечную канавку, начинающуюся от середины протекторного блока и имеющую в начале наклоны в двух направлениях.
Из уровня техники, далее, известен документ ЕР 2316666 А2, который также предлагает один вариант осуществления поперечной канавки, наклонной в двух направлениях от середины профильного блока.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании водопроводящих характеристик канавки для улучшения течения воды в канавке. Одна из задач заключается в усовершенствовании водопроводящих характеристик канавки в так называемом "асимметричном" типе шины, которая, соответственно, предназначена для монтажа на транспортное средство конкретной боковиной всегда наружу/внутрь, но для которой направление вращения заранее не определено. Если и ориентация монтажа, и направление вращения определенны, те же шины приходится изготавливать в двух вариантах: для левого борта и для правого борта транспортного средства, что требует удвоенного количества, например, технологических форм. Если определено только направление вращения, форма канавок может быть оптимизирована с точки зрения течения воды, но может потребоваться компромиссное решение, учитывающее другие свойства шины. Еще одна задача настоящего изобретения заключается в достижении вышеуказанных характеристик таким образом, чтобы производство было максимально экологично и эффективно и чтобы издержки производства оставались минимально возможными для шин высшего качества.
Отличительный признак изобретения заключается в том, что самое широкое место поперечной канавки расположено на пересечении поперечной канавки и кольцевой канавки.
Представленная здесь конструкция решает поставленные задачи. Как было обнаружено в исследованиях, уширение, образованное в начале - если смотреть в направлении течения воды - поперечной канавки, явно усиливает поперечный поток воды и снижает склонность шины к аквапланированию. Таким образом, поперечная канавка получает уширение для входа воды, образуя тем самым нечто вроде воронки, раскрытой на вход, вследствие чего вода с большей вероятностью будет "выдавлена" в поперечную канавку и не сможет продолжать свое движение по кольцевой канавке или по поверхности протекторного блока. Особенно хорошо представленное решение работает в шине "асимметричной" геометрии с неопределенным направлением вращения. Изготовитель шины транспортного средства определяет, является ли данная модель шины асимметричной; в этом случае шина маркируется для монтажа на транспортное средство определенной боковиной наружу.
В одном из вариантов осуществления упомянутое увеличение ширины поперечной канавки в продольном и радиальном направлениях выполнено с помощью скошенных поверхностей. Одна из функций поперечных канавок состоит в отводе воды из кольцевой канавки в поперечную канавку и, далее, за край пятна контакта. Разработанная форма поперечной канавки увеличивает объемный расход воды в поперечной канавке по сравнению с поперечной канавкой, которая в остальном аналогична разработанной, но не имеет упомянутой формы. Упомянутое увеличение объемного расхода прямо связано с понижением склонности к аквапланированию, т.е. с тем, что шина транспортного средства не так легко всплывает на верх водяной подушки, присутствующей на поверхности земли. Благодаря такой форме канавки течение воды на пересечении поперечной и кольцевой канавок улучшено, и вода быстрее вытесняется из пространства между блоком и поверхностью земли в канавки и, далее, по канавкам вбок из пятна контакта.
В упомянутой асимметричной шине поперечная канавка идет обычно в осевом направлении, чтобы обеспечить желательное течение воды независимо от направления вращения шины. В исследованиях протекторных рисунков заявитель обнаружил, что в поперечных канавках вода течет достаточно эффективно. Тем не менее желательно, чтобы в поперечной канавке вышеупомянутого типа водопроводящая способность канавки использовалась особенно эффективно и течение было улучшено еще больше. Исследования показали, что, благодаря разработанной в настоящее время двусторонне открытой форме поперечной канавки, вода в начальной стадии процесса течения имеет возможность течь с особенно высокой скоростью, как в действительном направлении течения, так и обратно, в противоположном направлении, создавая, таким образом, максимально возможный для канавки объемный расход (который может быть рассчитан умножением расхода на площадь поперечного сечения канавки). Поскольку увеличение площади поперечного сечения поперечной канавки приводит к снижению площади грузонесущей поверхности шины и тем самым снижению грузоподъемности шины, соотношение между площадями поверхности канавок и соответствующих протекторных блоков должно быть сбалансировано с учетом предполагаемого использования. При работе в пределах указанного ниже размерного диапазона расширяющихся форм и в пределах диапазона традиционных размеров шин легковых автомобилей, например с ободом размерами от 13" до 22" (33-56 см), успешно достигнуто высокоэффективное течение воды, и влияние на пороговую скорость аквапланирования может составлять несколько процентных пунктов.
В контексте описания настоящего изобретения канавкой называется вытянутое открытое пространство, созданное в протекторе шины. Соответственно, протекторным рисунком называется рисунок, образованный формой, созданной канавками и оставшимися между ними протекторными блоками. В контексте настоящего описания кольцевой канавкой называется такая обегающая колесо канавка, которая идет преимущественно в направлении качения шины, т.е. в плоскости, перпендикулярной (90°) оси вращения. Однако в данном контексте термин "кольцевая канавка" охватывает также канавки, идущие преимущественно в направлении качения шины и образующие замкнутый зигзагообразный рисунок, вследствие чего при полном цикле поворота шины вокруг своей оси вращения траектория канавки возвращается к исходной точке. В контексте настоящего описания поперечной канавкой называется такая канавка, которая идет в боковом направлении шины, т.е. под углом около α=0°, но α≤±15°, относительно осевого направления шины. Часто шина содержит канавки с разными размерами поперечного сечения и, в контексте описания настоящего изобретения, канавки наибольшего поперечного сечения могут быть названы главными водоотводными канавками. В контексте настоящего описания направлением в глубину, или радиальным направлением, называется направление от наружной поверхности протекторного слоя в радиальном направлении к оси вращения шины или от оси вращения в радиальном направлении наружу.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на ФИГ. 1 показан один пример поверхности шины и возможные расширяющиеся формы поперечных канавок,
на ФИГ. 2а и 2b показана расширяющаяся канавка в одном из вариантов осуществления,
на ФИГ. 3a и 3b показан другой вариант осуществления,
на ФИГ. 3c показана поперечная канавка в продольном разрезе,
на ФИГ. 4, 5 и 6 показана поперечная канавка в различных вариантах осуществления, и
на ФИГ. 7 показана поперечная канавка в поперечном сечении.
Осуществление изобретения
На ФИГ. 1 показан общий вид поверхности шины 1 транспортного средства; шина содержит протектор 2, предназначенный для контакта качения с поверхностью земли, причем упомянутый протектор 2 снабжен протекторным рисунком 20, который образуют кольцевые канавки 25 и поперечные канавки 26 для удаления воды из пятна контакта между поверхностью земли и шиной 1. Ширина поперечной канавки 26 увеличивается по мере продвижения в продольном направлении прохождения поперечной канавки 26 от боковины 41, 42 шины 1 к центральной линии CL шины и по мере продвижения в радиальном направлении R наружу от дна 263 поперечной канавки. Тем самым концу 260 поперечной канавки 26, ближнему к центральной линии CL шины транспортного средства, придана клиновидная форма частичной воронки, причем таким образом, что форма сходится к вершине в направлении поперечной канавки 26 в сторону к боковине 41, 42 шины, при этом упомянутая форма имеет дополнительное раскрытие наружу в радиальном направлении R. Поэтому такая форма дает расширение поперечной канавки 26 в направлении к входу воды и сужение канавки в направлении выхода воды. Соответственно, поперечная канавка может, таким образом, иметь стенки 261, наклонные в двух направлениях, в отличие от традиционной прямой канавки постоянной ширины. На ФИГ. 1 вертикальное направление представляет периферическое направление С шины, горизонтальное направление представляет осевое направление А шины, а радиальное направление R шины идет перпендикулярно плоскости чертежа.
На ФИГ. 1 показан вариант осуществления, представляющий собой один случай применения асимметричной шины. Справа на ФИГ. 1 предполагается внешняя боковина, а слева предполагается внутренняя боковина шины. Поэтому поперечные канавки 26 справа от центральной линии CL и вершины их форм направлены к внешней боковине 41. Соответственно, поперечные канавки 26 слева от центральной линии CL и вершины их форм направлены к внутренней боковине 42. Относительно осевого направления А поперечные канавки 26 (или их средние линии 262) идут под углом α=0°, т.е. поперечные канавки параллельны осевому направлению. В проиллюстрированном варианте осуществления на стороне внешнего заплечика шины (боковина 41) самое широкое место поперечной канавки 26 - то, в котором поперечная канавка 26 начинается от ребра, стенки или блока 22. На стороне внутреннего заплечика шины (боковина 42) поперечные канавки 26 начинаются от кольцевой канавки 25. На пересечении поперечной канавки 26 и кольцевой канавки имеется дополнительный скос, образующий угол Δb величиной 15-90 градусов между стенками 261 в продольном направлении прохождения поперечной канавки 26. Целью этого дополнительного скоса является дальнейшее увеличение эффективности удаления воды расширенной поперечной канавкой.
На ФИГ. 2а и 2b показана в плане (ФИГ. 2а) и на виде сверху под небольшим углом (ФИГ. 2b) деталь одного варианта осуществления поперечной канавки 26, которая начинается от середины протекторного блока 22. В этом варианте осуществления сформирована расширенная форма, идущая в осевом направлении на всю длину канавки 26. Угол Δa расширения в направлении поперечной канавки функционален в пределах диапазона 3-60 градусов, причем на ФИГ. 2а и 2b показан угол Δa около 3 градусов. Из ФИГ. 2а и 2b особенно ясно видно, как образована расширенная форма в обоих направлениях, и в осевом, и в радиальном. Тем самым, именно из зазора, существующего между протекторным блоком 22 и поверхностью земли и смыкающегося при движении транспортного средства, вода втекает в концевую зону поперечной канавки 26 и продвигается в поперечной канавке, при этом вода в поперечной канавке 26 быстро достигает весьма высокой скорости течения и эффективно отводится к боковине 41, 42 шины. Следует также заметить, что вариант осуществления, показанный на ФИГ. 2а и 2b, применим как для внешней, так и для внутренней боковины шины.
На ФИГ. 3а и 3b показана в плане (ФИГ. 3а) и на виде сверху под небольшим углом (ФИГ. 3b) деталь одного варианта осуществления поперечной канавки 26, которая начинается от кольцевой канавки 25. В этом варианте осуществления также создана расширенная часть, идущая в осевом направлении на всю длину канавки 26. Расширенная часть образует угол Δa в направлении поперечной канавки в пределах диапазона 3-90 градусов, причем на ФИГ. 2а и 2b показан угол Δa около 3 градусов. Из ФИГ. 3а и 3b особенно ясно видно, как образована форма, расширенная в обоих направлениях, и в осевом, и в радиальном. Тем самым, именно из зазора, существующего между протекторным блоком 22 и поверхностью земли и смыкающегося при движении транспортного средства, вода через концевую зону поперечной канавки 26 втекает в поперечную канавку, при этом вода в канавке 26 быстро достигает весьма высокой скорости течения и эффективно отводится к боковине 41, 42 шины. Следует также заметить, что вариант осуществления, показанный на ФИГ. 3a и 3b, применим как для внешней, так и для внутренней боковины шины. На месте слияния поперечной канавки 26 и кольцевой канавки имеется дополнительный скос, образующий угол Δb величиной 15-90 градусов между стенками 261 в продольном направлении прохождения поперечной канавки 26. Далее, имеется направляющая поверхность 264, которая видна на ФИГ. 3b. Направляющая поверхность 264, находящаяся на месте слияния поперечной канавки 26 и кольцевой канавки 25, образует угол Δc величиной 30-75 градусов относительно нормали к протектору.
На ФИГ. 3c еще раз показана поперечная канавка в продольном разрезе через среднюю линию 262 поперечной канавки - по G-G на ФИГ. 3a. На этой фигуре можно видеть форму поперечной канавки 26 и наклон направляющей поверхности 264 относительно основания 263 поперечной канавки. Угол Δc между направляющей поверхностью 264 и радиальным направлением шины, или нормалью к протектору, составляет 30-75 градусов. Направляющая поверхность призвана участвовать в направлении течения воды таким образом, чтобы вода соответствующим образом заполняла поперечную канавку 26 также и в радиальном направлении R, обеспечивая тем самым улучшение начальной стадии течения.
В вариантах осуществления, показанных на вышеописанных фигурах, реализована форма, ширина которой непрерывно меняется по всей длине поперечной канавки. Следует заметить, однако, что обсуждаемая форма может также иметь место лишь в концевой зоне 260 поперечной канавки 26, например, на расстоянии L=3-25 мм от кольцевой канавки 25 или от какого-то другого начала отсчета. Этот упомянутый выше случай применения, касающийся только концевой зоны 260, приложим к уширению поперечной канавки, как в продольном, так и в радиальном направлении. Концевой зоне с помощью дополнительного скоса может также быть придана другая форма уширения, вследствие чего количество последовательных форм уширения составит две или более. Таким способом также достигается хорошее начало течения. В вариантах осуществления, в которых уширенная часть не распространяется на всю поперечную канавку, эта часть может иметь вышеуказанную длину, считая от начала поперечной канавки. Далее, расширение поперечной канавки 26 наружу в радиальном направлении R может приводить к отклонению от воображаемого продолжения формы стенки 261 поперечной канавки 26, увеличивая тем самым наклон стенки 261 поперечной канавки относительно нормали к протектору. Эта характерная черта особенно очевидна из ФИГ. 2b и 3b, на которых ясно видно изменение наклона.
В вышеуказанных вариантах осуществления с "коротким" клином упомянутое слияние с поперечной канавкой 26 заканчивает уменьшение поперечного сечения поперечной канавки 26 в направлении течения воды по мере продвижения к боковине шины. В предпочтительных вариантах осуществления угол Δa в направлении поперечной канавки составляет 3-60 градусов. Аналогично, угол Δr раскрытия в радиальном направлении составляет 20-90 градусов, наиболее предпочтительно Δr≤60°. Из чего следует, что раскрытие Δa в направлении поперечной канавки чаще всего не равно углу раскрытия Δr в радиальном направлении.
На ФИГ. 4, 5 и 6 со значительными упрощениями показана в плане форма конца поперечной канавки 26. На ФИГ. 4 эта форма включает два последовательных, идущих под углом друг к другу участка стенок 261 поперечной канавки, которые и образуют поперечную канавку 26. Более широкоугольная часть поперечной канавки расположена у конца 260, ближнего к центральной линии.
Форма, показанная на ФИГ. 5, включает идущие под углом друг к другу участки стенок 261 поперечной канавки, которые образуют поперечную канавку 26. Более широкая часть поперечной канавки расположена у конца 260, ближнего к центральной линии CL. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 5, часть поперечной канавки, ближняя to боковине 41, 42, имеет постоянную ширину, т.е. угол Δa между стенками 261 составляет 0 градусов.
В вариантах осуществления, показанных на ФИГ. 4 и 5, ширина поперечной канавки 26 растет по мере продвижения в продольном направлении прохождения поперечной канавки 26 от боковины 41, 42 шины 1 к центральной линии CL шины на части длины канавки, особенно у ее конца 260, ближнего к центральной линии CL, вследствие чего конец поперечной канавки 26, ближний к боковине 41, 42, имеет постоянную ширину или расширяется слабее, чем конец 260, ближний к центральной линии CL. Таким образом, угол Δa между стенками поперечной канавки 26 в направлении поперечной канавки составляет 0-15 градусов у боковины и 15-90 градусов у конца 260, ближнего к центральной линии CL. В вариантах осуществления, показанных на ФИГ. 4 и 5, Δa имеет особое значение в том смысле, что, благодаря форме канавки, вода имеет возможность течь на начальных стадиях течения с особенно высокой скоростью, как в действительном направлении течения, так и обратно, в противоположном направлении.
В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 6, ширина поперечной канавки 26 увеличивается по мере продвижения в продольном направлении прохождения поперечной канавки 26 от боковины 41, 42 шины к центральной линии CL шины по всей длине поперечной канавки 26. Таким образом, угол Δa между стенками поперечной канавки 26 в направлении поперечной канавки составляет 3-15 градусов.
На ФИГ. 7 показан один вариант осуществления поперечного сечения поперечной канавки 26, лежащего в продольной плоскости. Поперечная канавка 26 имеет угол Δr раскрытия в радиальном направлении, составляющий 20-90 градусов, наиболее предпочтительно Δr≤60°. Следует также заметить, что канавки шины транспортного средства обычно - отводного типа, вследствие чего эти канавки, в частности по технологическим причинам, расширяются с углом вытекания Δp, обычно составляющим около 5 градусов, чаще всего в диапазоне 0,5-7°, но это, с точки зрения гидродинамики, отличается от представленного в настоящем документе скоса, сформированного на пересечении протектора 2 с поперечной канавкой 26 и сконструированного на основе гидродинамических соотношений, а также от раскрытия поперечной канавки с углом Δr в радиальном направлении.
Вышеупомянутая расширенная форма наиболее предпочтительно конструируется таким образом, чтобы каждая боковая стенка 261 поперечной канавки 26 выполнялась с наклонной поверхностью скоса. Однако в некоторых особых случаях форма поперечной канавки может быть сконструирована асимметричной в осевом или радиальном направлении.
Специалисту понятно, что изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными примерами. Терминологические выражения, включенные в формулу изобретения и описывающие существенные признаки (например, выражение "шина содержит протектор"), имеют открытый характер в том смысле, что они не исключают наличия других существенных признаков, не представленных в независимых или зависимых пунктах формулы.
Перечень номеров позиций для ссылок
1
шина
2
протектор
20
протекторный рисунок
22
протекторный блок
25
кольцевая канавка
251
стенка кольцевой канавки
26
поперечная канавка
260
концевая зона поперечной канавки
261
стенка поперечной канавки
262
средняя линия поперечной канавки
263
основание поперечной канавки
264
направляющая поверхность
41
боковина (внешняя боковина)
42
боковина (внутренняя боковина)
α
угол поперечной канавки относительно осевого направления шины
CL
центральная линия
Δa
угол раскрытия в направлении поперечной канавки
Δb
угол раскрытия, созданный дополнительным скосом
Δc
угол направляющей поверхности 264 относительно нормали к протектору
Δr
угол раскрытия формы в радиальном направлении
Δp
угол вытекания
C
периферическое направление
A
осевое направление
R
радиальное направление
G-G
линия разреза