Радиальная покрышка пневматической шины без сердечника борта покрышки и способ ее изготовления - RU2138402C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к покрышкам пневматических шин и к способам их изготовления.

В патенте FR-A-1169474 описана покрышка пневматической шины без сердечника борта, содержащая в месте зацепления с ободом небольшие слои из корда или нитей, которые параллельны друг другу в каждом слое и очень сильно наклонены к параллели зацепления, причем различные слои корда пересекаются друг с другом.

Целью этого патента является облегчение способа производства покрышки, благодаря устранению сердечника борта, так как в этом случае устраняется необходимость изготавливать сердечник борта. Однако, при изготовлении этой покрышки возникают трудности, так как трудно гарантировать удовлетворительное удержание ее элементов во время этапов сборки, формования и вулканизации, а готовая покрышка не обеспечивает достаточный срок службы при движении.

Предметом настоящего изобретения является создание покрышки пневматической шины без сердечника борта, которая обеспечивала бы удовлетворительный срок службы при движении.

Другим предметом изобретения является создание способа изготовления этой покрышки, причем этот способ должен быть простым и экономически выгодным, обеспечивать установку и точное удержание элементов покрышки во время этапов ее изготовления.

Радиальная покрышка пневматической шины, согласно изобретению содержащая верхнюю часть, два борта и по крайней мере один радиальный слой каркаса, расположенный между одним и другим бортом, отличается тем, что каждый борт характеризуется следующими признаками:
а) в нем не предусмотрен сердечник борта покрышки и он содержит кольцеобразный элемент, прочность на разрыв при растяжении которого в продольном направлении значительно ниже прочности на разрыв при растяжении, которое необходимо было бы обеспечить для бортового сердечника в известной покрышке с такими же размерами, причем ось кольцеобразного элемента является осью вращения покрышки;
b) по крайней мере, два смежных слоя корда, которые называются "слоями усиления", расположены так, что они касаются кольцеобразного элемента или расположены рядом с кольцеобразным элементом, причем эти усиливающие слои корда содержат усиливающие нити, которые параллельны друг другу; нити одного слоя пересекаются с нитями другого слоя; в каждом усиливающем слое корда угол α является острым углом, образованным в какой-либо точке нити направлением этой нити и касательной к окружности, осью которой является ось вращения покрышки, и которая проходит через эту точку нити, причем α соответствуют отношению 0 ≤ α < 10^°, при этом измерение осуществляется в зоне, где усиливающие слои корда практически параллельны друг другу;
с) комплект усиливающих слоев корда имеет прочность на разрыв при растяжении, при ее измерении в продольном направлении, которая по крайней мере равна прочности на разрыв при растяжении, которая была бы необходима для бортового сердечника в известной покрышке с такими же размерами;
d) слой корда каркаса наматывается вокруг кольцеобразного элемента;
е) верхние концы усиливающих слоев корда расположены в борте покрышки, причем эти концы расположены на разных высотах.

Способ по изобретению для изготовления покрышки пневматической шины без сердечника борта покрышки отличается тем, что:
а/ на барабан для сборки шины помещают:
- кольцеобразный элемент, прочность на разрыв которого при растяжении в продольном направлении значительно ниже прочности на разрыв при растяжении, которая была бы необходима для сердечника борта известной пневматической шины тех же размеров, причем осью этого элемента является ось вращения барабана;
- по меньшей мере два смежных слоя корда, называемых "усиливающими слоями", в контакте с кольцеобразным элементом или рядом с ним, причем каждый из усиливающих слоев содержит усиливающие нити, параллельные между собой в каждом слое и перекрещивающиеся с нитями другого слоя;
- по меньшей мере один каркасный слой, содержащий усиливающие нити, расположенные строго вдоль образующих барабана сборки;
b/ покрышку собирают таким образом, чтобы после сборки в каждом усиливающем слое угол α удовлетворял соотношению 0 < α ≤ 10^°, причем этот угол α представляет собой острый угол, образованный в произвольной точке нити слоя направлением этой нити и касательной к окружности, осью которой является ось вращения покрышки и которая проходит через эту точку нити, причем измерение осуществляется в зоне, где усиливающие слои практически параллельны друг другу;
с/ осуществляют вулканизацию покрышки.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров (вариантов) его выполнения со ссылками на схематично представленные фигуры, на которых:
фиг. 1 - изображает радиальный разрез покрышки пневматической шины, выполненной согласно изобретению с двумя бортами,
фиг. 2 - изображает более подробно в радиальном разрезе борт покрышки, изображенной на фиг. 1;
фиг. 3 - вид сбоку части борта, изображенного на фиг. 2;
фиг. 4 - радиальный разрез борта другой покрышки, выполненной согласно изобретению.

На фиг. 1 изображена покрышка 1 пневматической шины, выполненной согласно изобретению. На фиг. 1 представлен радиальный разрез, т.е. разрез, выполненный по плоскости, проходящей через ось вращения покрышки 1, эта ось на фиг. 1 не показана, но она параллельна прямой D. Эта покрышка 1 содержит верхнюю часть 2, которая усилена известным способом двумя слоями 21, 22 корда в верхней части 2 покрышки 1, две боковины 3 и два борта 4 покрышки 1. Каждый борт 4 содержит усиливающий комплект 40, который будет подробно описан ниже.

Радиальный слой корда каркаса 5 располагается между одним и другим бортом 4 и проходит через верхнюю часть 2 и боковыми 3 покрышки.

Покрышка 1 устанавливается на обод 6, при этом ее экваториальная плоскость схематически обозначена линией XX'. Под экваториальной плоскостью мы понимаем плоскость, проходящую через середину верхней части 2 покрышки 1 и перпендикулярную оси вращения покрышки.

На фиг. 2 изображен более подробно борт 4 покрышки 1. Этот борт 4 содержит кольцеобразный элемент 7, представляющий собой, например, кольцеобразную нить, причем ось кольцеобразного элемента совпадает с осью вращения покрышки.

Два усиливающие смежные слоя 8, 9 корда касаются своими нижними концами 8i, 9i соответственно кольцеобразного элемента 7, т.е. слои 8, 9 располагаются над этим элементом 7, и они расположены ближе к верхней части покрышки, чем кольцеобразный элемент. Каждый из этих слоев представляет собой слои 80, 90 резины, в которых расположены усиливающие нити 81, 91.

Усиливающий слой 10 охватывает элемент 7 и слои 8, 9, образуя таким образом два элементарных слоя 10А, 10В, прижатые к слоям 8, 9, которые наложены друг на друга между элементарными слоями 10А, 10В, при этом соприкасающиеся друг с другом слои 10А, 8, 9, 10В, которые называются далее "усиливающими слоями", практически параллельны друг другу.

Слой 10 содержит слой 100 резины, в котором расположены нити 101 усиления. Комплект, состоящий из элемента 7 и слоев 10А, 8, 9, 10В, обозначен позицией 40, а комплект этих слоев без элемента 7 обозначен позицией 40А.

В любом указанном усиливающем слое 8, 9, 10А, 10В нити этого слоя параллельны друг другу и образуют острый угол α (фиг. 3), образованный в какой-либо точке нити между направлением этой нити и касательной к окружности, ось которой совпадает с осью вращения покрышки и которая проходит через эту точку.

На фиг. 3 изображен вид сбоку на часть элементарного слоя 10В в направлении, параллельном оси вращения покрышки 1. На этой фигуре представлен практически прямолинейный участок 101 нити, представленный сегментом 101а прямой, и часть окружности, проходящей через точку Р этой части нити, при этом осью окружности С является ось вращения покрышки 1, касательная к окружности С в точке Р обозначена буквой Т.

Угол α является острым углом, который ограничен прямой, обозначенной буквой Т, и прямой, обозначенной позицией 101а. Измерение угла осуществляется в месте, где слои 10А, 8, 9, 10В практически параллельны друг другу.

Для каждого слоя 10А, 8, 9, 10В угол α изменяется в зависимости от положения точки Р, но угол всегда больше 0 и максимально равен 10^o.

Нити одного усиливающего слоя пересекаются с нитями одного или нескольких усиливающих смежных слоев корда, т. е. таким образом, что нити двух смежных слоев не параллельны друг другу. Например, нити 81 слоя 8 пересекаются с нитями 101 смежного слоя 10А и с нитями 91 смежного слоя 9, нити 101 слоя 10А пересекаются с нитями 101 слоя 10В так, как эти слои 10А, 10В образуются в результате наматывания слоя 10 вокруг элемента 7.

Для элемента 7 и нитей 81, 91, 101 термин нить означает очень общее понятие, в этом случае такая нить может состоять из одной моноволоконной нити или же многоволоконной нити, или же из комплекта таких свитых нитей, образующих корды или же крученую пряжу. Для этих нитей можно использовать различные материалы, например, металлические нити, в частности, из стали, можно также использовать органические полимеры, например, материалы из целлюлозы, из полиэфирных волокон или из ароматических или не ароматических полиамидов, в частности, из арамидных нитей, можно также использовать минеральные материалы, например материалы из стекла, из углерода, причем каждая нить может включать несколько таких материалов.

Прочность на разрыв при растяжении кольцеобразного элемента 7 при измерении в продольном направлении значительно ниже прочности на разрыв при растяжении, которое было бы необходимо для бортового сердечника в известной покрышке с такими же размерами, и комплект 40А усиливающих слоев имеет прочность на разрыв при растяжении при измерении в продольном направлении по меньшей мере равно прочности на разрыв при растяжении, которое было бы необходимо для сердечника борта в известной покрышке с такими же размерами.

Термин продольное направление обозначает в данном случае направление окружности, ось которой является осью вращения покрышки и которое проходит через сердечник борта в случае известной покрышки и через комплект усиливающих слоев корда в случае покрышки, выполненной согласно изобретению.

Механическая прочность этих усиливающих слоев обеспечивается, в основном, за счет механической прочности усиливающего комплекта 40, состоящего из элемента 7 и слоев 8, 9, 10, причем этот комплект позволяет заменить, таким образом, сердечник борта обычной покрышки.

Слои корда каркаса 5 наматываются вокруг комплекта 40 и, следовательно, вокруг элемента 7. В известном варианте выполнения этот слой корда каркаса 5 содержит слой 50 каучуковой резины, в котором располагаются усиливающие нити 51, термин "нить" соответствует вышеприведенному общему термину. Для облегчения понимания чертежа на фиг. 2 изображена только одна часть нити 51. Предпочтительно, чтобы модуль слоя 50 резины был бы значительно ниже модуля элементов 80, 90, 100 из резины.

Два элемента 11, 12 из каучуковой резины, называемые разделяющими элементы из резины, расположены между слоями корда каркаса 5 и комплектом 40А. Предпочтительно, чтобы величины М10 элементов 11, 12 из резины были в пределах от величины М10 слоя 50 резины, с одной стороны, до величины М10 элементов 80, 90, 100 из резины, с другой стороны.

В нижеследующем описании величина М10 обозначает для данной резины напряжение, возникающее в резине при ее растяжении с удлинением на 10%. Это напряжение определялось в соответствии с нормой AFNOR-NF-T-46-002 от сентября 1988 г., в нормальных температурных или гигрометрических условиях согласно норме AFNOR-NF-T40-101 от декабря 1979. Величины М10 элементов 80, 90, 100 из резины могут быть одинаковыми или различными, и величины М10 элементов 11, 12 из резины могут также быть одинаковыми или же отличаться.

На фиг. 2 показано, что противоположные элементу 7 концы слоев 8, 9 обозначены позициями 8а, 9а соответственно. Аналогичным образом, концы элементарных слоев 10А, 10В, не контактирующие с элементом 7, обозначены 10а, 10b, соответственно. Все концы 8а, 9а, 10а, 10b, называемые верхними концами, располагаются в борте 4.

Элемент 11, выполненный из резины, располагается снаружи комплекта 40 напротив верхней части слоя 10А и простирается над комплектом 40 в боковину 3, а элемент 12, выполненный из резины, помещен между концами 10а и 10b и соприкасается с четырьмя слоями 10А, 8, 9, 10В.

Как это видно на фиг. 2, все верхние концы расположены на различной высоте. При перемещении в направлении к верхней части, указанном вертикальной стрелкой F, параллельной экваториальной плоскости, которая считается вертикальной, располагают в зависимости от увеличения высоты концы 10b, 9а, 8а, 10а, т. е. согласно этой последовательности толщина и, следовательно, жесткость комплекта 40 уменьшается в направлении от нижней части к верхней части по стрелке F.

Увеличивающиеся высоты Н10b, Н9а, Н8а, Н10а, соответствующие концам 10b, 9а, 8а, 10а, определяются по вертикальной прямой Δ, начиная от горизонтальной прямой β, которая проходит через нижний конец 41 борта 4.

Покрышка 1 может быть изготовлена следующим образом на барабане для сборки.

Сперва укладывают слой корда каркаса 5, затем разделяющий элемент 11 из резины, затем слой 10. После этого на слой 10 помещают кольцеобразный элемент 7, например, наматывая один или несколько витков нити, покрытой каучуковой резиной, образующей этот элемент. После этого, на слой 10 накладывают, вводят в контакт с элементом 7, друг на друга два слоя 8, 9, концы 8а, 9а которых располагаются в направлении к середине барабана.

Затем поправляют слой корда каркаса 5 и слой 10 вокруг элемента 7 и слои 8, 9. В конечной стадии изготовления осуществляют сбоку, формовку и вулканизацию согласно обычному способу. Витки кольцеобразного элемента 7 обладают хорошей связью между собой и с остальными элементами покрышки без устройства для крепления благодаря клеящей способности резины, покрывающей нить, образующую элемент 7.

Прочность на разрыв при растяжении кольцеобразного элемента 7 при измерении в продольном направлении должна быть предпочтительно ниже 500 даН и рациональнее ниже 300 даН, т.е. механическая прочность значительно ниже механической прочности, которая необходима для сердечника борта. Таким образом, покрышка изготавливается без обычного сердечника борта. Однако, следует отметить, что такая прочность на разрыв при растяжении выбирается для того, чтобы обеспечить возможность осуществления операции сборки, корректировки положения, формовки и вулканизации, которые были описаны ранее, т.е. величина механической прочности элемента 7 значительно ниже величины обычного сердечника борта, при этом элемент 7 не выполняет роль сердечника борта, а служит только элементом, который позволяет устанавливать слои 10А, 8, 9, 10В корда относительно друг друга.

Прочность на разрыв при растяжении комплекта 40А усиливающих слоев, измеренное в продольном направлении, превышает 800 даН, а в рациональном варианте оно превышает 10000 даН.

В качестве примера, покрышка 1 имеет следующие характеристики:
- Размеры 175/70-13
- Слои 21, 22 верхней части: в качестве этих слоев использованы известные слои корда, содержащие усиливающие стальные корды, которые образуют угол 21^o с экваториальной плоскостью, при этом эти корды усиления в одном слое пересекаются с кордами усиления в другом слое.

- В качестве слоя корда каркаса 5 используется обычный слой, содержащий нити 51 из полиэфирного волокна. Величина М10 слоя 50 резины равна 0,3 МПа.

- Кольцеобразный элемент 7 образован двумя витками нити, состоящей из арамидной пряжи, прочность на разрыв при растяжении нити равна 100 даН, а общая прочность на разрыв при растяжении при измерении в продольном направлении элемента 7 составляет 200 даН.

- Слои 10А, 8, 9, 10В выполнены аналогично из нитей арамида. Прочность на разрыв при растяжении, измеренное для каждого слоя в направлении нитей этого слоя, составляет 5000 даН/дм ширины слоя, прочность на разрыв при растяжении при измерении в продольном направлении комплекта 40А равно приблизительно 4500 даН.

Величина М10 элементов 80, 90, 100 (одинаковые) из резины равна 2, 4 МПа.

- элементы 11, 12 разделения из резины (одинаковые);
- величина М10 равна 0,6 МПа.

Эти элементы 11, 12 из резины имеют, например, гистерезисную потерю при измерении при 60^oC, которая меньше гистерезисной потери элементов 80, 90, 10, 50 из резины.

Вес покрышки равен 6,3 кг.

Эта покрышка подвергалась испытанию при скорости, равной 215 км/час до разрушения. После разрушения было отмечено, что оно является следствием разрушения верхней части 2, а не комплекта 40.

Кроме этого, была изготовлена известная покрышка с теми же размерами 175/70-13, аналогичная покрышке, выполненной согласно изобретению, но в ней усиливающий комплект 40 был заменен обычным сердечником борта из металла, прочность на разрыв при растяжении которого при измерении в продольном направлении равно 2000 даН.

Вес контрольного образца этой покрышки составляет 6,8 кг, т.е. применение изобретения позволяет обеспечить снижение веса более, чем на 7%.

Этот контрольный образец покрышки подвергался скоростным испытаниям в таких же условиях, как и покрышка, выполненная согласно изобретению, и было отмечено, что его технические характеристики аналогичны характеристикам покрышки, выполненной согласно изобретению.

Изобретение обеспечивает получение следующих преимуществ:
- простое и более экономически выгодное изготовление покрышки благодаря тому, что комплект 40 формуется непосредственно на барабане для сборки и нет предварительной операции изготовления сердечника борта;
- наличие элемента 7 позволяет обеспечивать точную и воспроизводимую установку слоев 10А, 8, 9, 10В без использования другого элемента для удержания;
- с другой стороны, наличие элементов 11, 12 разделения из резины, а также расположение верхних концов слоев в бортах покрышки позволяет обеспечить достижение эффекта среза между радиальным слоем каркаса и жестким комплектом 40 в продольном направлении, а также постепенный переход от жесткости бортов 4 к эластичности боковин 3;
- при использовании неметаллических материалов для изготовления комплекта 40 значительное уменьшение веса по сравнению с обычными покрышками, которые изготовлены с металлическим сердечником;
- несмотря на простоту изготовления, покрышка без сердечника борта позволяет обеспечить срок службы, равный сроку службы обычных покрышек с сердечниками борта.

Конечно, изобретение не ограничивается ранее приведенными примерами.

Так, например, комплект 40 может содержать только два усиливающих слоя корда, например, 8, 9 или слои 10А, 10В.

С другой стороны, слои 8, 9 могут располагаться рядом с элементом 7, например, так что они будут отделены от этого элемента элементом из каучуковой резины с небольшой толщиной, например, с толщиной менее 5 мм, а слои 8, 9, 10 могут отличаться друг от друга, например, можно изготовить покрышку с элементами разделения из резины с различными модулями и можно использовать только один элемент разделения из резины.

С другой стороны, слои 8, 9 могут быть выполнены посредством складывания одного слоя.

Можно также рассмотреть вариант, когда слой корда каркаса располагается между усиливающими слоями, как это изображено на фиг. 4, где слой корда каркаса 5-1 наматывается непосредственно вокруг кольцеобразного элемента 7-1, два усиливающие слоя 8-1 и 9-1 наматываются вокруг слоя корда каркаса 5-1 и элемента 7-1. В этом случае при изготовлении покрышки укладывают на барабан для сборки согласно следующей последовательности:
слои 9-1, 8-1, элемент разделения из резины 11-1,
слой корда каркаса 5-1 и элемент 7-1.

Реферат

Изобретение предназначено для использования в автомобильном транспорте. Каждый борт покрышки характеризуется следующими признаками: в нем не предусмотрен сердечник борта покрышки и он включает кольцеобразный элемент, прочность на разрыв которого при растяжении значительно меньше величины, которая необходима для сердечника борта. По крайней мере два усиливающих слоя корда расположены так, что они касаются кольцеобразного элемента или расположены рядом с ним. Прочность на разрыв при растяжении комплекта усиливающих слоев по крайней мере равна прочности на разрыв при растяжении, которое было бы необходимо для бортового сердечника. Слой корда каркаса намотан на кольцеобразный элемент. Верхние концы усиливающих слоев расположены на различных высотах в борте покрышки. В результате использования этого способа и данной конструкции облегчается способ изготовления покрышки. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

Формула