Колесо с шиной для транспортных средств - RU2230672C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к колесу с шиной, предназначенному для транспортных средств, то есть к узлу, содержащему монтажный обод, предназначенный для соединения со ступицей самого транспортного средства, шину, установленную на обод, и камеру, вставленную внутрь шины и предназначенную для ее накачивания воздухом под давлением посредством специального накачивающего устройства.

В частности, но не исключительно, изобретение относится к колесу с шиной для использования на самоходных транспортных средствах с весьма высокими эксплуатационными качествами, то есть на транспортных средствах, которые способны создавать высокий приводной крутящий момент и развивать высокие скорости как на прямых участках дороги, так и на поворотах.

Описанные колеса с шинами должны полностью удовлетворять различным требованиям, в том числе частично противоречащим друг другу, которые связаны с эксплуатационными качествами, требуемыми на современном рынке.

В частности, они должны обеспечивать транспортное средство эксплуатационными качествами, касающимися маневрирования, особенно в отношении устойчивости в направлении движения и поперечной устойчивости, способности "держать дорогу" и сцепления с любым видом грунта, стойкости к глиссированию, комфорта, а также способности продолжать движение на умеренном расстоянии в случае частичной или полной потери воздуха (состояние езды на спущенной шине) без риска "отхода от седла", то есть в состоянии, когда один или оба борта шины отходят от связанного с ними седла, образованного на ободе.

Заявителями замечено, что до сих пор эти требования обычно удовлетворялись по отдельности посредством отдельных компонентов, образующих колесо; так, маневрирование относится к эксплуатационным качествам шины, в то время как стойкости к "отходу от седла" добиваются посредством придания соответствующей формы седлам для бортов. Что касается так называемого "состояния езды на спущенных шинах", согласно первому способу это достигается за счет модификации структуры каркаса и упрочнения боковых стенок шины, чтобы придать ей способность самоудерживания; как вариант, в бескамерных шинах эта способность обеспечивается посредством надлежащих опор, устанавливаемых на ободе и вставляемых внутрь шины, в то время как в шинах с камерами используется воздушная емкость или камера, разделенная на большое количество идущих по окружности или поперечных отделений, независимых друг от друга.

Наличие нескольких независимых отделений позволяет обеспечить шину достаточным внутренним давлением, а следовательно способностью в крайней необходимости продолжить движение, даже если одно из этих отделений прокололось.

Установлено, что все эти решения, хотя и обеспечивают определенные преимущества, также имеют ряд недостатков, так что получаемый общий результат невыгоден.

В частности, заявители заметили, что:

повышение конструктивной жесткости боковых стенок приводит к повышению веса шины, а также к повышению ее жесткости во всех направлениях - продольном, поперечном и вертикальном, что неблагоприятно влияет на эксплуатационные качества при движении в нормальных условиях, а также на комфорт;

использование опоры внутри шины повышает ее вес и не дает каких-либо гарантий в отношении длительной стойкости при езде в спущенном состоянии, когда вес автомобиля передается на опору при фрикционном контакте между радиальной внутренней поверхностью шины и радиальной наружной поверхностью опоры;

решение с камерой непрактично в случае так называемых низкопрофильных шин, то есть таких шин, которые имеют эллиптическое поперечное сечение, удлиненное по оси вращения, поскольку в этом случае приходится сталкиваться с трудностями как при ее вставке, так и при использовании.

Фактически заявители установили, что вставка камеры между шиной и ободом тем труднее, чем меньше поперечное сечение шины. Помимо этого, традиционные камеры в течение их накачивания принимают профиль, который фактически имеет круглое поперечное сечение и не сочетается надлежащим образом с эллиптическим профилем низкопрофильной шины, что приводит к складкам, которые образуются поверх друг друга и препятствуют правильному и полному расширению стенок камеры на внутренней поверхности тороидальной полости, в частности, вдоль боковых стенок шины. При этом не происходит надлежащее заполнение тороидальной полости и возникает состояние внутренних напряжений в стенке камеры, оказывающее неблагоприятное воздействие, что вредно влияет на ее долговечность.

Кроме того, как полагают заявители, дополнительные проблемы связаны с тем, что традиционные камеры оснащены клапаном для их никачивания, содержащим шток, который проходит через обод для связи с внешней средой снаружи колеса. При определенных условиях движения шины это обстоятельство создает опасность, которая в настоящее время не исключена; установлено, что в случае внезапного ускорения или замедления транспортного средства, например таких, которые создают транспортные средства с высокими эксплуатационными качествами, передающие на грунт весьма значительные величины крутящего момента, может произойти проскальзывание шины относительно обода с последующим разрывом камеры у основания клапана или со срезкой штока клапана. В этом случае происходят немедленный спуск шины и связанная с этим потеря устойчивости транспортного средства, причем с серьезной опасностью для жизни водителя и пассажиров транспортного средства.

Даже самые последние предложения по улучшению поведения вышеупомянутых колес с шинами в отношении их способности продолжать движение в спущенном состоянии и сопротивления отходу от седла не расходятся с известным уровнем техники, предусматривая целиковую вставку внутри полости, образуемой узлом из обода и шины.

Для удобства описания здесь следует указать, что этот узел имеет монтажный обод, обеспеченный коническими седлами для бортов шины, при этом внешний в осевом направлении конец седел имеет диаметр, меньший диаметра внутреннего в осевом направлении конца, и взаимосвязан с шиной, имеющей радиальный каркас, борта которой сопрягаются с соответствующими седлами на ободе, при этом каркас имеет меридиональный профиль в поперечном сечении с постоянным направлением кривизны, касательная к которой вблизи от сердечников бортов фактически параллельна экваториальной плоскости.

В предложенном варианте осуществления конструкции обод содержит седла для бортов шины, имеющие разный диаметр, при этом седло большего диаметра ограничено в осевом внутреннем положении посредством плеча, которое имеет значительную высоту, чтобы препятствовать отходу от седла с этой стороны, и которое трудно перейти. Колесо укомплектовано опорным кольцом протектора, проходящим в радиальном направлении приблизительно на половине высоты поперечного сечения шины; кольцо устанавливают на обод в непосредственной близости от седла борта, которое имеет меньший диаметр и в случае спуска шины блокирует в определенном положении смежный борт, предотвращая сход шины с седла на соответствующей стороне. Это колесо подробно описано, например, в патенте США №5634993.

Заявители считают, что это решение также не в полной мере удовлетворяет высоким стандартам качества и эксплуатационных свойств, которые в настоящее время требуются на рынке, то есть изготовителям транспортных средств, розничным торговцам и самим потребителям. В частности, они полагают, что вариант без опоры протектора приводит к возврату к шинам с усиленными самоудерживающимися боковыми стенками, в то время как внутреннее сплошное опорное кольцо уменьшает объем накачиваемого воздуха, который уже невелик в низкопрофильных шинах, а тем самым снижает комфорт, ограничивает способность шины деформироваться по вертикали, оказывает вредное влияние на эксплуатационные качества, касающиеся вождения, повышает термальную массу, формирующую неблагоприятно действующий барьер, препятствующий диссипации тепла, создаваемого в течение работы шины, и требует определенной конструктивной формы обода, что приводит к необходимости применения в ободе седел под борт шины, имеющих разный диаметр, а это затрудняет монтаж и демонтаж, в частности, кольца и в целом колесного узла.

На основании изложенного заявители считают, что эксплуатационные характеристики колеса с шиной для транспортного средства могут быть дополнительно улучшены посредством использования узла с частично известными и частично новыми элементами, который формирует шину, способную обеспечивать улучшение взаимодействия между ними, что приводит к созданию нового колеса с шиной для транспортного средства, которое в то же время оптимальным образом удовлетворяет эксплуатационным характеристикам, требуемым современными транспортными средствами.

Вышеупомянутое колесо по существу содержит обод с седлами для бортов шины, наклоненными к оси вращения с продолжением в осевом направлении наружу от экваториальной плоскости; шина выполнена с бортами, образованными снаружи соответственно седлам на ободе, с профилем каркаса, видимым в поперечном сечении, который имеет максимальную ширину в осевом направлении в зоне упомянутых бортов, которые предпочтительно образованы с новой структурой для крепления слоя каркаса к усиливающему сердечнику борта, и камеру, которая предпочтительно имеет эллиптическое поперечное сечение и которая может быть накачана посредством накачивающего устройства, которое не имеет какого-либо элемента для связи со средой снаружи колеса, в частности, проходящего через стенку обода.

Поэтому согласно своему первому аспекту изобретение относится к колесу с шиной, предназначенному для транспортных средств, содержащему монтажный обод, который может быть взаимосвязан со ступицей транспортного средства, при этом шину устанавливают на обод и она содержит тороидальный каркас, обеспеченный корончатой частью, соединенной с парой обращенных в осевом направлении боковых стенок, заканчивающихся бортами для их зацепления с соответствующими седлами, образованными на монтажном ободе, при этом упомянутый каркас обеспечен по меньшей мере одним усиливающим слоем, проходящим от борта к борту, причем его концы крепят к усиливающим сердечникам бортов, которые вставляют в борта, при этом узел из шины и обода образует тороидальную полость, которая может быть изолирована от окружающей среды, находящейся под атмосферным давлением, и камеру, которую вставляют в упомянутую полость и которая может быть эластично расширена посредством введения текучей среды под давлением во внутренний объем, причем она снабжена устройством для накачивания и спуска, которое вставляют в стенку камеры, при этом колесо отличается тем, что:

- обод содержит фактически цилиндрический корпус, ось которого образует ось вращения колеса, при этом радиально-наружная поверхность корпуса имеет боковые части, предназначенные для формирования седел для зацепления с соответствующими бортами шины, причем каждая из них выполнена в виде конической поверхности с ее вершиной на оси вращения, находящейся аксиально снаружи от седла по отношению к ободу, и радиально более внутреннюю центральную часть с максимальным диаметром, меньшим чем минимальный диаметр конических боковых частей;

- ширина шины в зоне бортов по меньшей мере равна ее максимальной ширине в зоне боковых стенок;

- устройство не содержит какой-либо системы для соединения с ободом, предназначенной для фиксации окружного положения камеры по отношению к ободу.

Вышеупомянутое колесо с шиной обеспечено находящимся на ободе средством соответственно для введения текучей среды под давлением в тороидальную полость, образованную между шиной и ободом, и удаления текучей среды из этой полости.

Предпочтительно, чтобы угол у вершины конических поверхностей седел бортов находился между 8-60°. Каждое из седел бортов ограничено в осевом направлении к наружной стороне посредством фланца, отклоняющегося в направлении радиально наружу от обода и наклоненного по отношению к экваториальной плоскости под углом 40-50°, в то время как к внутренней стороне каждое из них ограничено в осевом направлении плечом, аксиальная наружная поверхность которого сходится к экваториальной плоскости в направлении радиально наружу от обода и наклонена к упомянутой плоскости под углом 0-30°.

Еще более предпочтительно, чтобы разность между максимальным диаметром упомянутой центральной части на радиально-наружной поверхности вышеупомянутого цилиндрического корпуса и минимальным диаметром упомянутых седел для бортов составляла 10-20% упомянутого минимального диаметра; разность между наружным диаметром упомянутого фланца и минимальным диаметром соответствующего седла для борта составляет 1-5% величины упомянутого минимального диаметра.

Согласно второму аспекту изобретение также относится к описанному колесу с шиной, в котором седла бортов имеют разное расстояние от оси вращения колеса, при этом разность между минимальным диаметром седла под борт, имеющего больший диаметр, и максимальным диаметром седла под борт, имеющего меньший диаметр, которое противоположно в осевом направлении, составляет 3-6% величины упомянутого максимального диаметра.

Предпочтительно, чтобы в этом случае обод предназначался для установки на транспортное средство так, чтобы седло под борт, имеющее больший диаметр, было обращено к самому транспортному средству.

Согласно различным аспектам изобретения оно относится к колесу описанного типа, собираемому с шиной, в которой сердечник, усиливающий борт шины, содержит по меньшей мере два радиально налагаемых друг на друга слоя из металлической проволоки, которые навивают витками, располагаемыми в осевом направлении рядом друг с другом и проходящими фактически по всему аксиальному продолжению соответствующего седла для борта, и которые располагаются фактически параллельно поверхности седла для борта шины, причем минимальный диаметр слоя, наиболее удаленного радиально внутрь, не меньше диаметра смежного фланца, а его максимальный диаметр не больше диаметра смежного плеча.

Слои предпочтительно образуют из стальной проволоки с высоким содержанием углерода, при этом они могут состоять из спирали, образуемой одиночной металлической проволокой, диаметр которой составляет 0,9-1,5 мм, либо из спирали в виде многожильного металлического корда, в котором основная нить упомянутых жил имеет диаметр предпочтительно 0,22-0,38 мм.

Сердцевина борта шины может содержать любые слои, включающие в себя основные нити, или слои корда, либо сочетание упомянутых слоев.

В случае этого типа сердцевины борта шины предпочтительно, чтобы конец каркасного слоя вставлялся аксиально с внутренней стороны наружу между упомянутыми слоями.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции конец каркасного слоя содержит две аксиально отдельных части ткани, первая часть ткани располагается в положении радиально внутрь от самого внутреннего в радиальном направлении слоя металлической проволоки, в то время как вторую часть ткани вставляют в положение радиально внутрь от самого наружного в радиальном направлении слоя проволоки, причем с отделением от самого внутреннего в радиальном направлении слоя посредством вставки из эластомерного материала, которая проходит в радиальном направлении за аксиально-внутренний конец слоев металлической проволоки по направлению к боковой стенке шины и которая имеет твердость, составляющую не менее чем 70° по А.Шору.

Согласно еще одному аспекту изобретения оно относится к описанному колесу с шиной, в котором камеру формуют и вулканизируют с приданием ей тороидальной формы, имеющей внутренний объем, который составляет не менее одной трети окончательно используемого объема, а предпочтительно формуют и вулканизируют с приданием ей эллиптической формы.

Более предпочтительно, чтобы камера содержала по меньшей мере два идущих по окружности объема, которые отделены и независимы друг от друга, причем их отделяют посредством продольной стенки, проходящей в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса, при этом каждый объем обеспечен устройством для накачивания. Еще предпочтительнее, чтобы эта стенка имела жесткость, которая больше жесткости самой наружной части в осевом направлении, то есть боковых стенок камеры. Кроме того, либо как вариант, эта стенка содержит по меньшей мере один канал, который проходит внутри на всем радиальном протяжении стенки, выходя как на внешней, так и на внутренней поверхностях камеры.

Согласно еще одному аспекту изобретения оно относится к описанному колесу с шиной, в котором устройство для накачивания и спуска содержит жесткий корпус, включающий в себя по меньшей мере один клапан для накачивания, один поверочный клапан и один выпускной клапан.

В любом случае настоящее изобретение далее можно будет лучше понять, если обратиться к нижеследующему описанию и к прилагаемым фигурам, которые носят лишь разъяснительный характер и не предназначены для наложения каких-либо ограничений и на которых:

на фиг.1 представлен частичный вид в поперечном сечении колеса согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, включающему в себя новую конструкцию борта для взаимосвязанной с ним шины;

на фиг.2 представлено колесо согласно фиг.1 без камеры со вторым вариантом осуществления обода и бортов шины;

на фиг.3 вновь в поперечном сечении представлен пример предпочтительного варианта осуществления камеры согласно изобретению;

на фиг.4 представлено колесо согласно изобретению после сборки элементов, но до накачивания камеры;

на фиг.5-7 представлены три разных вида, соответственно осевой вид в поперечном сечении и два отдельных сечения, перпендикулярных оси, предпочтительного варианта осуществления конструкции устройства для накачивания камеры.

Если обратиться к фиг.1, то колесо согласно изобретению содержит монтажный обод 1, на котором установлена шина 2; тороидальная полость, образованная между внутренней поверхностью шины и радиально-наружной поверхностью обода, содержит камеру 3, оснащенную по меньшей мере одним накачивающим устройством 4, которая может быть накачана посредством введения воздуха снаружи от обода через специальный клапан 5. Вышеупомянутая камера, которая расширяется под действием давления накачивания, занимает всю полость и опирается на вышеупомянутые поверхности шины и обода.

Обод 1 содержит фактически цилиндрический корпус 12, ось которого (не показана) формирует ось вращения колеса и который подсоединен к диску 13, лежащему в плоскости, перпендикулярной оси вращения, функция которого заключается в креплении обода, а следовательно, и колеса к ступице транспортного средства.

Радиально-наружная поверхность вышеупомянутого корпуса имеет две боковые части 11, которые предназначены для формирования седел, входящих в зацепление с соответствующими бортами шины, причем каждое из них выполнено в виде конической поверхности с ее вершиной, находящейся на оси вращения в положении аксиально снаружи от седла по отношению к ободу, и радиально более внутреннюю центральную часть с максимальным диаметром, меньшим минимального диаметра седел для бортов шины.

Точнее, радиально-наружный диаметр D_С аксиально-наружного конца седла 11 для борта шины определяет монтажный диаметр шины и берется в качестве номинального диаметра обода; радиально-наружная поверхность вышеупомянутой центральной части обода имеет диаметр d_С, значение которого предпочтительно составляет от 80 до 90% D_С.

Предпочтительно, чтобы угол у вершины конических поверхностей седел для бортов шины находился между 8 и 60°, то есть угол w конических поверхностей по отношению к оси вращения находится между 4 и 30°; в представленном варианте он равен 15°, будучи одним и тем же для обоих седел. Кроме того, угол одного седла также может отличаться от угла другого седла, если это оказывается более выгодным, хотя это всегда предпочтительно в диапазоне указанных выше величин.

Каждое из седел для борта шины ограничено в осевом наружном направлении фланцем 14, предпочтительно отклоняющимся в направлении радиально наружу от обода и наклоненным по отношению к экваториальной плоскости под углом х, который предпочтительно находится между 40 и 50°, а в представленном примере равен 45°, будучи одним и тем же для обоих фланцев. Кроме того, угол одного фланца также может отличаться от угла другого фланца, если это более выгодно, хотя это всегда предпочтительно в диапазоне указанных выше величин.

Радиально-наружный диаметр d_F фланцев превышает номинальный диаметр обода на величину, предпочтительно составляющую 1-5% номинального диаметра.

Каждое из седел для бортов шины ограничено в осевом внутреннем направлении посредством плеча 15 с аксиально-наружной поверхностью, предпочтительно сходящейся к экваториальной плоскости в радиально-наружном направлении от обода и наклоненной по отношению к упомянутой плоскости под углом у, который предпочтительно находится между 0 и 30° и который в представленном примере равен 15°, будучи одним и тем же для обоих плеч. Кроме того, угол одного плеча также может отличаться от угла противоположного плеча, если это более выгодно, хотя это всегда предпочтительно в диапазоне вышеуказанных величин.

Величина радиально-наружного диаметра d_Р плеч предпочтительно составляет 106-108% значения номинального диаметра.

Радиально более внутренняя центральная часть обода подсоединена к седлам для бортов шины посредством двух стенок 10, которые предпочтительно расходятся и вытянуты радиально наружу и которые совместно образуют канал, используемый для облегчения монтажа шины и камеры на ободе: в стенке канала предпочтительно образовано отверстие, в которое устанавливают клапан 5, служащий для накачивания, причем такого типа, который обычно используется в бескамерных шинах.

Максимальное расстояние в осевом направлении между фланцами 14 определяет ширину L обода.

Шина 2 содержит тороидальный каркас, имеющий периферийную часть 21 и две аксиально-противоположные боковые стенки 22, заканчивающиеся в паре бортов 23 шины, каждый из которых обеспечен по меньшей мере одним усиливающим сердечником 24 для крепления шины к соответствующему монтажному ободу 1.

Протекторная зона 26 располагается на периферии каркаса и формируется с получением рельефа конструкции, содержащего канавки 27 и разрезы 28, причем хорошо известным самим по себе способом, которые разнообразно располагаются в зависимости от предполагаемого вида использования шины.

Каркас оснащен по меньшей мере одним усиливающим слоем 29, проходящим от борта к борту, с его концами, прикрепленными к сердечникам бортов.

Если шина представляет собой шину радиального типа, то усиливающий корд вышеупомянутого слоя фактически лежит в плоскостях, содержащих ось вращения шины; кроме того, между каркасом и протекторной полосой вставлена ленточная конструкция, предпочтительно содержащая по меньшей мере два радиально налагаемых друг на друга слоя 201 и 202 металлического корда, которые параллельны друг другу в каждом слое и пересекаются с кордом смежного слоя, при этом они наклонены предпочтительно симметричным образом по отношению к экваториальной плоскости шины. Более предпочтительно, чтобы вышеупомянутая структура в радиально-наружном положении также содержала дополнительный слой текстильного корда 203, который предпочтительно изготавливают из материала, дающего усадку при нагревании и который расположен параллельно экваториальной плоскости.

Угол наклона корда при пересечении ленточных слоев по отношению к экваториальной плоскости предпочтительно находится между 5 и 30°; применительно к определенным вариантам осуществления ленточной структуры и/или шины вышеупомянутый угол также может иметь в двух слоях разную величину.

Вышеупомянутая шина имеет максимальную ширину L_Р в том месте, которое соответствует максимальной аксиальной протяженности бортов шины, причем эта ширина по меньшей мер равна, а предпочтительно больше максимальной ширины L_С, измеренной по боковым стенкам шины.

Другими словами, наружный профиль поперечного сечения шины не проходит в осевом направлении за наружный край фланца 14 монтажного обода.

Борту шины придана такая внешняя конфигурация, чтобы он сопрягался по крайней мере с профилем седла, а также со смежными стенками фланца и плеча, однако предпочтительно, чтобы он проходил в осевом направлении наружу так, чтобы покрывал также и радиально-наружную поверхность фланца 14.

Внутренняя конструкция борта шины может содержать усиливающий сердечник 24, выполненный в виде одной из известных структур, например, пучкового типа или скрученного типа; в любом случае радиально-внутренний диаметр d_В сердечника борта должен иметь величину, не меньшую D_F и не большую d_R.

На левосторонней половине фиг.1 представлен особенно предпочтительный вариант осуществления конструкции борта шины согласно изобретению.

В этом варианте осуществления сердечник борта шины содержит по меньшей мере два радиально налагаемых друг на друга слоя 241 и 242 из металлической проволоки, которые навиты витками, расположенными аксиально вблизи друг от друга и проходят фактически по всему аксиальному протяжению соответствующего седла для борта шины, при этом конец каркасного слоя вставляют в осевом направлении с внутренней стороны к наружной стороне между вышеупомянутыми слоями.

Слои расположены параллельно оси вращения или, что более предпочтительно, фактически параллельно седлу для борта шины. Для радиально самого внутреннего слоя также применимо условие, уже описанное для традиционной проволоки борта шины: по существу его минимальный диаметр должен быть не менее d_F, а его максимальный диаметр должен быть не более d_R.

Слои формируют из проволоки, изготовленной из стали с высоким содержанием углерода (типа НТ, то есть с содержанием углерода, составляющим более 0,8%). Каждый слой может быть образован из спирали, которую составляет одна металлическая проволока с диаметром 0,9-1, 5 мм. Предпочтительно, чтобы слой был образован спиралью из многожильного металлического корда, предпочтительно содержащего семь жил, каждая из которых состоит из трех основных нитей. Основная нить жил предпочтительно имеет диаметр 0,22-0,38 мм, причем более предпочтительно, чтобы он был равен 0,28 мм или, как вариант, 0,36 мм. Другими словами, предпочтительный корд для формирования упомянутых слоев согласно принятому способу обозначения в этой части представляет собой корд 7×3×0,28 и 7×3×0,36. Сердечник борта шины может содержать слои из одиночной проволоки, или слои корда, либо сочетание упомянутых слоев.

Вариант осуществления с металлическим кордом предпочтителен для получения сердечника борта шины с необходимой гибкостью для монтажа или демонтажа шины на обод/с обода, так чтобы можно было миновать фланец 14 обода без повреждения конструкции.

На фиг.2 представлен второй предпочтительный вариант конструкции колеса согласно изобретению, который отличается от того, что уже описан, тем, что седла для бортов шины имеют разный диаметр. В частности, разница между диаметром D_min седла большего диаметра и диаметром D_max седла меньшего диаметра, которое противоположно в осевом направлении, предпочтительно составляет 3-6% величины номинального диаметра.

В этом варианте осуществления конструкции минимальный диаметр седла под борт шины, имеющего меньший диаметр, берется в качестве номинального диаметра обода, и колесо предпочтительно устанавливают на транспортное средство так, чтобы седло борта шины, имеющее больший диаметр, располагалось со стороны транспортного средства.

На фиг.2 также показан иной вариант осуществления конструкции борта шины, отличающийся тем, что усиливающий каркас содержит два слоя, либо в любом случае конец слоя разделен на две отдельные в осевом направлении части ткани; в этом случае первая часть ткани находится в положении радиально внутрь от самого внутреннего в радиальном направлении слоя металлической проволоки, в то время как вторую часть ткани вставляют так, чтобы она находилась в положении радиально внутрь от самого наружного в радиальном направлении слоя проволоки, причем с отделением от самого внутреннего в радиальном направлении слоя посредством вставки из эластомерного материала с высоким коэффициентом твердости, которая проходит в радиальном направлении за аксиально-внутренний конец слоев металлической проволоки по направлению к боковой стороне шины. Твердость вставки предпочтительно равна 70° по А.Шору, но более предпочтительно, если она больше этой величины.

Что касается диаметров слоя, самого внутреннего в радиальном направлении, то применимы те же самые условия, которые уже упомянуты при рассмотрении варианта конструкции согласно фиг.1. Камера 3, показанная на фиг.1 и 3, предпочтительно представляет собой камеру, которую изготавливают из эластомерного материала и делят по меньшей мере на две части, отделенные друг от друга, то есть на центральную сердцевину, содержащую стенку 31, и на пару боковых стенок 32.

Другими словами, камера содержит два идущих по окружности объема 3а и 3b, которые отделены друг от друга и независимы, причем они отделены продольной стенкой 31, проходящей в плоскости, предпочтительно перпендикулярной оси вращения колеса, а более предпочтительно проходящей в экваториальной плоскости.

Предпочтительно, чтобы эта стенка, а также зоны, непосредственно окружающие ее, имели жесткость,

жесткости аксиально самой наружной части, то есть боковых стенок 32 камеры, так чтобы в течение накачивания камеры внутри шины расширение камеры в осевом направлении было больше, чем в радиальном направлении. При этом центральная часть камеры входит в соприкосновение с зоной протектора в то же время, когда ее боковые стенки полностью опираются на боковые стенки шины, за счет чего предотвращается наличие каких-либо ненормальных напряжений внутри стенок самой камеры.

Дополнительные отличительные признаки камеры, способ и устройство для ее изготовления, а также ее использование с шинами определенного вида полностью описаны в одновременно поданной, еще не опубликованной заявке на патент на имя заявителей настоящего патента, поэтому здесь представлен предпочтительный вариант осуществления ее конструкции.

Кроме того, следует указать, что в объеме настоящего изобретения нет необходимости в придании камере эллиптической формы и создании независимых объемов. Другими словами, колесо согласно изобретению в равной степени также может содержать камеру с фактически круглым и/или однообъемным поперечным сечением.

Точнее, представленная камера особенно приемлема для шин с эллиптическим поперечным сечением, в котором размер меньшей оси, параллельной экваториальной плоскости, меньше, чем размер большей оси, параллельной оси вращения, то есть для так называемых "низкопрофильных шин", в которых соотношение между высотой поперечного сечения, измеренной между основанием бортов шины и верхней частью протектора, и минимальной шириной шины равно или меньше 0,7.

В определенном варианте осуществления конструкции шины, описанном ранее и представленном на фиг.2, условие, выраженное этим соотношением, должно быть подтверждено вдоль центральной линии шины, обеспеченной боковой стенкой, имеющей большее протяжение в радиальном направлении.

Более предпочтительно, чтобы центральный сердечник заключался в стенке 31, от концов которой два фланца, соответственно радиально-наружный фланец 33 (внешний фланец) и радиально-внутренний фланец 34 (внутренний фланец), проходят перпендикулярно по отношению к ней в аксиально противоположных направлениях на участке заданной ширины.

Смежные концы боковых стенок и фланцев соединены друг с другом, одни в радиально наружном положении вдоль идущих по окружности соединительных линий 35 и другие в радиально-внутреннем положении вдоль идущих по окружности соединительных линий 36. Соединение предпочтительно реализуется посредством химического сцепления в виде вулканизации.

Согласно одному из аспектов изобретения предполагается изготовление камеры с разной жесткостью ее отдельных частей, а точнее с сердцевиной, имеющей жесткость, которая больше жесткости боковых сторон. В предпочтительном варианте осуществления конструкции, представленной на фиг.3, где различные части камеры изготовлены из одного и того же эластомерного материала,

жесткость сердцевины по сравнению с боковыми стенками достигается посредством приемлемо увеличивающегося поперечного сечения (толщины) сердцевины по отношению к поперечному сечению боковых стенок. Соотношение среднего значения толщины сердцевины и боковых стенок в предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению может изменяться между 1 и 4.

Точнее, в примере согласно фиг.3 камера имеет постоянную толщину порядка 5 мм вдоль стенки 31, которая больше в соединительной зоне между стенкой и фланцами, а затем уменьшается, пока не достигнет величины порядка 2 мм в зоне соединения с боковыми стенками, а после этого остается постоянной в боковых стенках.

В решении, альтернативном по отношению к упомянутому решению,

жесткость сердцевины по отношению с жесткостью боковых стенок достигается с помощью материалов, которые отличаются друг от друга, с использованием для сердцевины эластомерного материала, модуль которого больше, чем у материала боковых стенок; в этом случае толщина сердцевины может быть равна толщине боковых стенок или отличаться от нее.

В предпочтительных альтернативных вариантах осуществления конструкции, выполненных согласно изобретению, отношение между модулем материалов соответственно сердцевины и боковых стенок может находиться в диапазоне величин между 1 и 10, а более предпочтительно между 1 и 5.

Величина модуля материала сердцевины предпочтительно находится между 1,5 и 10 Н/мм².

Следует указать, что в данном случае термин "модуль" следует понимать как номинальное значение силы, соответствующее деформации удлинения порядка 100%. Измерение величины модуля осуществляется в соответствии со стандартом ISO 37 (кольцо типа А).

Предпочтительно, чтобы боковые стенки камеры были изготовлены на основе бутиловой резины или бутилогалогенной резины, а центральная сердцевина была бы выполнена на основе диеновых эластомеров, например, наряду с другими, из стиролбутадиеновой, полибутадиеновой или натуральной резины.

В случае других решений

жесткость сердцевины по сравнению с боковыми стенками может быть достигнута за счет материалов с одной и той же или разной композицией, имеющих одну и ту же или разную толщину, путем введения в упомянутые материалы приемлемых усиливающих наполнителей; в предпочтительном решении эти наполнители содержат короткие волокна (с размером, равным или меньшим 7 мм), в частности, получаемые посредством измельчения арамидных волокон (с размерами, равными или меньшими 1 м), известных как "арамидная паста" (например, Kevlar^®-Pulp или Twaron^®-Pulp, где Kevlar и Twaron представляют собой зарегистрированные

товарные знаки компаний соответственно Du Pont и AKZO).

Предпочтительно, чтобы количество коротких волокон составляло 1-5 ч./с (частей на сто частей резины); в особенно предпочтительном варианте конструкции только эластомерный материал сердцевины содержит такие волоконные усиливающие наполнители.

Также предпочтительно, чтобы разным частям центральной сердцевины придавалась разная жесткость, причем в одном случае на внутреннем фланце обеспечивается максимальная жесткость по сравнению с жесткостью стенки и наружного фланца, с тем чтобы оптимальным образом управлять расширением стенок камеры в течение ее накачивания, тем самым обеспечивая полное прилегание этих стенок к внутренней поверхности шины.

С этой целью предпочтительно, чтобы камеру формовали и вулканизировали с приданием ей тороидальной конфигурации, имеющей внутренний объем, который не меньше одной трети окончательно используемого объема, причем даже более предпочтительно, чтобы камеру формовали и вулканизировали с приданием ей эллиптической формы. Еще более предпочтительно, чтобы стенка 31 содержала по меньшей мере один канал 37, который проходит внутрь по всему радиальному протяжению стенки и выходит как на внешней, так и на внутренней поверхности камеры. Предпочтительно, чтобы камера содержала большое количество этих каналов, которые отстоят друг от друга в окружном направлении на равном расстоянии, то есть чтобы они располагались по отношению друг к другу зигзагообразно при одном и том же значении угла.

Предпочтительно, чтобы количество этих каналов по меньшей мере было равно трем, но предпочтительнее большее их количество, а еще более предпочтительно, чтобы их количество было равно шести, при этом предпочтительно, чтобы их диаметр был равен 3-15 мм, а более предпочтительно, чтобы он был равен 12 мм.

Благодаря наличию этих каналов, в течение накачивания камеры воздух, который остается захваченным между радиально-наружной поверхностью (наружная поверхность) камеры и радиально-внутренней поверхностью периферийной части шины, способен вытекать по направлению к пространству, находящемуся между радиально-внутренней поверхностью (внутренняя поверхность) камеры и лицевой поверхностью обода, а отсюда к внешней среде с помощью клапана 5, предназначенного для накачивания и находящегося в открытом положении.

Согласно изобретению описанная здесь камера снабжена устройством 4, предназначенным для накачивания и вставленным в ее стенку, предпочтительно внутреннюю стенку, причем без какого-либо элемента для соединения с внешней средой, проходящего через обод.

Различные отличительные признаки и варианты осуществления конструкции устройства этого типа, а также их использование в сочетании с характерным типом колеса с шиной более подробно описаны и представлены в еще не опубликованной одновременно поданной заявке на патент на имя заявителей настоящего патента, при этом здесь представлен их предпочтительный пример.

Вышеупомянутое устройство, предназначенное для накачивания и спуска, в общем содержит жесткий корпус 41, предпочтительно изготовленный из пластика и оснащенный группой клапанов, каждый из которых ограничен своим корпусом, находящимся внутри упомянутого корпуса, взаимосвязанный приводной механизм, то есть часть клапана, действующую соответственно между открытым положением и закрытым положением, с тем чтобы обеспечивать или предотвращать поток воздуха под давлением в любом из двух направлений через корпус.

В частности, группа содержит три клапана, соответственно для накачивания, поверки и спуска, и обеспечивает возможность выполнения по меньшей мере трех операций, важных для обеспечения шины надлежащим рабочим давлением, а именно: быстрого накачивания до избыточного давления, достижения (поверка) желаемого значения давления и быстрого спуска камеры.

Жесткий корпус 41, который имеет предпочтительно цилиндрическую конфигурацию, устанавливают внутри специальной втулки 42, определяющей круглое сквозное отверстие, образованное в стенке камеры, причем предпочтительно на радиально-внутренней (внутренней) поверхности.

Предпочтительно, чтобы жесткий корпус содержал кольцевую часть его наружной поверхности, которая выполнена с резьбовой нарезкой для возможности ее ввинчивания внутрь втулки 42, и нижний фланец 40, который обеспечивает возможность фиксации положения корпуса относительно втулки.

Как ясно видно на фиг.1 и 4, жесткий корпус 41 и группа клапанов, которая в нем содержится, полностью изолированы от окружающей среды и поэтому не имеется какого-либо элемента для соединения со средой снаружи колеса, проходящего через стенку обода. Кроме того, камера, оснащенная таким устройством, свободно перемещается в любое положение внутри полости, ограниченной шиной и поверхностью обода.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно изобретению предполагается выполнение одним клапаном всех трех функций, а именно: накачивания, поверки и спуска, что приводит к получению устройства, имеющего малый вес, компактного и занимающего ограниченное пространство.

Этот клапан (фиг.5) предпочтительно содержит цилиндрический корпус 60 с фланцем на конце, выступающим снаружи камеры, и обеспечен наружной резьбовой нарезкой 61 или какой-либо иной эквивалентной формой крепления (быстрое соединение и т.д.) в непосредственной близости от фланцевого конца для монтажа внутри уже описанной втулки 42.

Внутри фланцевого конца посредством завинчивания или некоторым иным способом устанавливают кольцо 62, которое обеспечивают по меньшей мере двумя, а предпочтительно тремя или более выступами 63 (фиг.6), проходящими радиально внутрь.

Аксиально-противоположный конец цилиндрического корпуса 60 закрыт круглой короной 64 (фиг.7), выполненной за одно целое с каналом 65, приваренным к аксиально внутренней поверхности короны и обеспеченным двумя отверстиями, соответственно 66 на боковой поверхности цилиндрического корпуса и 67 на боковой поверхности канала, которое направлено к фланцевому концу корпуса и предпочтительно соосно с ним.

Куполообразный колпачок 68 навинчен или иным образом закреплен в соосном положении на круглой короне 64, а линзообразный элемент 69 с его вогнутостью, направленной к цилиндрическому корпусу, имеет возможность перемещения внутри купола и опирается на круглую корону.

Внутри цилиндрического корпуса 60 расположен соосный шток 70, имеющий возможность скольжения в аксиальном направлении, в частности, ему придается направление между выступами 63 кольца 62; осевая поверхность штока, направленная к круглой короне, выполнена за одно целое с диском 71, диаметр которого предпочтительно больше диаметра штока 70 и который, что даже более предпочтительно, обеспечен выступами 72, отходящими в радиальном направлении от периферии диска по типу кронштейна. Вышеупомянутый шток 70 предпочтительно представляет собой постоянный магнит, изготовленный из спеченного сплава, предпочтительно содержащего ферромагнитный материал.

Наконец, шток 70 окружает работающая на сжатие пружина 73, опирающаяся на кольцо 62 одним концом и на выступающий край диска 71 и/или на выступы 72 другим концом.

Осевое усилие пружины выбирают на основе рабочего давления шины, а следовательно, и камеры.

В течение стадии накачивания воздух под давлением, действующим снаружи камеры, течет в цилиндрический корпус, проходит между боковой поверхностью штока 70 и кольцом 62, отсюда, минуя диск 71, течет через круглую корону 64, смещает линзообразный элемент 69 из его положения покоя на ободе и входит в камеру, проходя через колпачок 68, который лишь выполняет функцию удержания линзообразного элемента внутри заданного пространства.

Как только давление, действующее внутри камеры, превышает значение внешнего давления, линзообразный элемент прижимается к круглой короне, закрывая ее центральное отверстие, с тем чтобы предотвратить прохождение воздуха изнутри камеры наружу.

Если значение внутреннего давления превышает выбранное значение усилия пружины, воздух под давлением, который находится внутри канала, сообщающегося с камерой через отверстие 66, сжимает пружину, смещая диск 71 и взаимосвязанный с ним шток 70 в сторону от канала, тем самым обеспечивая вытекание воздуха через отверстие 67 к фланцевому концу цилиндрического корпуса, а отсюда во внешнюю среду.

Как только внутреннее давление, величина которого уменьшается, становится меньше выбранного значения усилия пружины, последняя удлиняется, вызывая немедленный возврат диска 71 к каналу 65, чтобы закрыть отверстие 67.

Если желательно выполнить быстрый спуск камеры, достаточно наложить магнитное поле, которое действует на шток 70, оттягивая его к фланцевому концу цилиндрического корпуса, с тем чтобы сместить диск 71 и открыть отверстие 67, как уже описано.

Магнитное поле будет удерживать шток в положении открытия отверстия в течение всего периода, требуемого оператором.

Теперь, поняв суть изобретения, квалифицированные специалисты в этой отрасли смогут сконструировать и изготовить другие типы клапанов согласно изобретению, которые не имеют элементов для соединения с внешней средой и которые способны выполнять по меньшей мере три описанные здесь функции.

Например, можно заменить простой магнитный исполнительный механизм спускного клапана на приводное устройство, например на миниатюрный соленоидный клапан и радиоволновой или ультразвуковой приемник, предназначенный для приведения в действие соленоидного клапана после приема соответствующего закодированного сигнала.

Соленоидный клапан может представлять собой клапан электромагнитного типа или содержать исполнительные механизмы с изменением по фазе, плавкие диафрагмы, компоненты, изготовленные из материала, сохраняющего конфигурацию, электрические микродвигатели, пьезоэлектрические исполнительные механизмы и другие подобные устройства.

Теперь можно легко понять способ работы колесного узла и многие преимущества, достигаемые посредством него.

Во-первых, при нормальных условиях движения определенный профиль каркаса, обеспечиваемый максимальной шириной в зоне бортов шины, позволяет довести до максимума тягу при буксовании, что выгодно влияет на качество характеристик вождения.

Что касается способности предотвращения отхода от седла, то прежде всего следует запомнить, что в течение езды на спущенной шине, особенно по криволинейной траектории, весьма высокое осевое усилие, направленное внутрь шины, действует на борт шины с наружной стороны изгиба, в то время как осевое усилие, направленное наружу, но имеющее более ограниченную величину, действует на борт шины с внутренней стороны изгиба дороги.

В колесе согласно изобретению осевое усилие к внутренней стороне встречает эффективное сопротивление со стороны плеча 15, которое борт шины не может миновать, поскольку минимальный диаметр усиливающего сердечника борта шины меньше диаметра плеча. С другой стороны, радиально-наружный диаметр фланца 14 фактически равен минимальному диаметру сердечника борта шины или меньше него, однако в этом направлении, то есть аксиально наружу, ограниченное значение осевого усилия, прилагаемого к борту шины, недостаточно для того, чтобы вызвать смещение борта шины с его седла и его прохождение мимо фланца 14 ввиду жесткости, а следовательно, недеформируемости конструкции борта в целом.

Однако такие размеры плеча и фланца у седел для бортов шины не являются препятствием для монтажа и демонтажа шины, которые, напротив, можно выполнять гораздо легче по сравнению с известными колесами.

Способ монтажа и накачивания шины 2 на ободе 1 предполагает первоначальную стадию установки первого борта шины на обод, пока он не расположится на соответствующем седле.

Первый борт шины изготавливают так, чтобы он проходил мимо двух плеч за счет придания сердечнику борта овальной конфигурации и использования центрального канала на ободе для смещения оси шины относительно обода.

Затем камеру, уже обеспеченную устройством для ее накачивания, вводят в пока еще не замкнутое пространство, ограниченное шиной и ободом, а затем на обод устанавливают второй борт посредством его вставки в предназначенное для него седло.

Прохождению второго борта шины поверх фланца способствует величина отношения между взаимосвязанными диаметрами.

Вариант осуществления конструкции, представленный на фиг.2, дополнительно способствует сборке колеса с низкопрофильной шиной; вставка камеры внутрь шины с ее прохождением через пространство, ограниченное бортом шины и фланцем соответствующего седла для борта, может вызвать затруднения в случае симметричного обода. Вместо этого в случае асимметричного колеса согласно изобретению при установке шины на обод вначале борт шины, имеющий максимальный диаметр, вставляют в седло, имеющее минимальный диаметр, и это увеличенное пространство между седлом в ободе и бортом шины обеспечивает возможность более легкой вставки камеры в полость колеса.

Выгодно то, что более легкая вставка камеры в вышеупомянутую полость приводит к существенной экономии времени и к получению изделия, более привлекательного для персонала, который осуществляет выполнение операций по техническому обслуживанию и замене.

В колесе согласно изобретению средства для введения и удаления воздуха содержат обычный клапан для накачивания бескамерных шин, фактически состоящий из трубчатого элемента, содержащего исполнительный механизм для выполнения операций по накачиванию и спуску, при этом один его конец встроен в резиновую пробку, вставленную с обеспечением воздухонепроницаемости в соответствующее отверстие в стенке обода, а противоположный конец обеспечен специальным закрывающим колпачком.

Для того чтобы накачать колесо согласно изобретению, колпачок снимают с трубчатого элемента и, используя инструмент, например обычный пистолет для подачи сжатого воздуха, оснащенный манометром для замера давления, воздух под давлением вводят в пространство между шиной и ободом.

Величину давления вводимого воздуха выбирают таким образом, чтобы оно было достаточно высоким, предпочтительно составляя от 150 до 200% рабочего давления. Как только достигается установленное значение давления, которое легко может быть определено посредством использования известного устройства (манометра), введение воздуха под давлением прекращается.

Первоначально воздух под высоким давлением деформирует камеру, главным образом путем ее надавливания самой на себя, однако камера, предпочтительно формируемая в виде тора, запоминает эту форму и реагирует на деформацию, создающую внутренние напряжения, которые обеспечивают ее возврат к тороидальной конфигурации.

Этой реакции на надавливание дополнительно способствует наличие центрального сердечника, который имеет

жесткость, чем боковые стенки.

В этих условиях в камере создается давление, которое ниже, чем внешнее давление полости, с последующим течением воздуха внутрь камеры через устройство для накачивания, выполненное согласно изобретению. Когда внутренний объем камеры постепенно заполняется воздухом под давлением, камера постепенно расширяется, возвращаясь к своей отформированной конфигурации до тех пор, пока она через определенный период времени не достигнет давления равновесия между внутренней частью камеры и внешней полостью, находящейся между шиной и ободом.

Теперь инструмент для подвода воздуха снимают с трубчатого элемента, так что через последний выпускается весь воздух под давлением, содержащийся в полости, при этом в полости устанавливается атмосферное давление.

Разность давления между внутренней частью камеры и полостью приводит к завершению расширения камеры 3, пока внутренняя поверхность последней не прижмется к нижней поверхности обода.

Поскольку давление, достигаемое внутри камеры, больше заданного рабочего давления, открывается поверочный клапан, о чем описано выше, а затем он вновь закрывается, изолируя внутреннюю часть камеры от внешней среды, когда разность между давлением внутри камеры и давлением снаружи, соответствующем атмосферному давлению, поскольку колпачок клапана 5 снят, равно рабочему давлению, на основе которого была проведена настройка накачивающего устройства.

Как только выполнена работа по накачиванию камеры и настройке давления до заданного значения, закрывающий колпачок надевают на трубчатый элемент, при этом изолируя полость колеса от внешней среды.

Если давление внутри камеры должно быть увеличено, например для восстановления величины рабочего давления, описанный выше процесс накачивания повторяют сначала.

Быстрый спуск камеры, как уже видно, выполняют посредством смещения затычки устройства из ее закрывающего положения.

Устройство для накачивания и спуска, выполненное согласно изобретению, обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с клапанами, взаимосвязанными с камерой, что имеет место в известном уровне техники.

Это возможно благодаря отсутствию элементов, соединяющих камеру и среду, находящуюся снаружи колеса, причем упомянутое устройство всегда остается неповрежденным и безупречно функционирующим и исключает спуск, вызываемый скольжением шины на ободе или иными случайными факторами, например ударами части, выступающей из обода с обычными клапанами, о препятствие на дороге, либо вызываемый иными проблемами, например потерей закрывающего колпачка.

Кроме того, надлежащее накачивание камеры предпочтительно обеспечивается за счет того, что функция настройки более не выполняется вручную оператором, поскольку для этого предназначено автоматическое устройство, которое точно обеспечивает заданные значения рабочего давления, которые всегда одни и те же при каждой операции по накачиванию камеры.

Помимо указанного, накачивающее устройство согласно изобретению, которое не имеет частей, взаимосвязанных с камерой и выступающих из обода, обеспечивает возможность быстрого размещения камеры, причем без ее искривления внутри полости между шиной и ободом.

Представленный характерный вариант конструкции клапана для накачивания исключает сложные, вызывающие затруднения операции, которые требуется выполнять в случае обычных клапанов согласно известному уровню техники для введения штока клапана камеры изнутри полости между шиной и ободом наружу через соответствующее отверстие, выполненное на ободе.

Камера по меньшей мере с двумя независимыми отделениями формирует безопасное устройство, которое способно придавать шине свойства, касающиеся устойчивости и удержания, даже когда одно из отделений частично или полностью спущено вследствие прокола. Наличие нескольких независимых камер позволяет шине сохранять адекватное давление накачивания, приемлемое для обеспечения хороших характеристик движения (скорость, расстояние и комфорт) даже при аварийных условиях движения.

Предпочтительно, чтобы в этом случае каждое отделение было обеспечено своим собственным устройством, как описано и представлено выше.

Выгодно то, что благодаря отличительным признакам изобретения достигается быстрое и легкое извлечение камеры из колеса, когда требуется заменить шину, камеру или устройство для накачивания, которое установлено в стенке камеры с возможностью легкого отделения от нее.

Реферат

Обод колеса выполнен с двумя седлами, формирующими конус для зацепления с соответствующими бортами шины, причем с его вершиной на оси вращения в положении аксиально снаружи обода. При этом шина содержит тороидальный каркас и камеру. Шина имеет максимальную ширину в зоне бортов. Камера снабжена устройством для накачивания и спуска, вставленным в стенку камеры, причем без какого-либо элемента для соединения со средой снаружи колеса, в частности, проходящего через стенку обода. В результате повышается надежность и прочность колеса. 25 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула