Пневматическая шина с усовершенствованной каркасной арматурой - RU2225298C2

Чертежи

Описание

Изобретение касается боковин и закраин пневматических шин, в частности подушечной резины, соприкасающейся с усилительными нитями каркаса или каркасов, закрепленными в закраинах.

Закраины пневматических шин включают очень жесткую часть, обеспечивающую им выполнение функций контакта с ободом и крепления каркасов. Контакт, в частности, с крючками обода должен осуществляться на ходу с минимальным скольжением для ограничения проблем истираемости об обод. Боковины напротив очень гибкие. Важно избегать любого резкого изменения жесткости между закраинами и боковинами, особенно для обеспечения высокого срока службы пневматических шин. Можно поэтому считать, что закраины состоят из двух частей, а именно, зоны крепления, стенки которой предназначаются для приведения в контакт с опорной поверхностью и крючком обода, и радиально снаружи, зоны перехода, прилегающей к боковинам. В зоне крепления закраины располагаются также средства крепления каркасов.

В патенте ЕР 0582196 описывается пневматическая шина, включающая протектор, удлиняемый двумя боковинами и двумя закраинами, а также каркас, закрепленный в двух закраинах с кольцевым усилением. Каркас образован нитями, прилегающими друг к другу, выравненными по окружности и соприкасающимися по меньшей мере с одним слоем подушечной резины с очень высоким модулем упругости в зоне крепления закраины, имеющей кольцевое усиление. В этой пневматической шине кольцевое усиление зоны крепления закраины состоит из кольцевых пучков нитей с прокладкой между усилительными нитями каркаса и этими пучками слоя подушечной резины с высоким модулем упругости.

Преимущество способа крепления каркаса этой пневматической шины в том, что он позволяет предотвратить резкое изменение жесткости на конце переворота каркаса. Изменение жесткости между зоной крепления каркаса и боковинами может таким образом быть менее резким.

Предметом изобретения является пневматическая шина с более усовершенствованной структурой закраин и боковин для повышения ее качества и характеристик без усложнения ее изготовления.

В последующем описании под словом "нить" понимают как одноволоконную нить, так и многоволоконную нить, или ерошенные, как корды, крученые нити или же любой тип подобной сборки, при этом независимо от материала и обработки этих нитей, например, поверхностной обработки или покрытия оболочкой или предварительного покрытия клеем для облегчения прилипания к резине.

Под "слоем подушечной резины" для заданного усилительного слоя понимают смесь резины, находящуюся в контакте с усилительными нитями слоя, прилипающую к ним и заполняющую промежутки между смежными нитями. В обычной промышленной практике для заданного каркасного слоя используют одну и ту же подушечную резину для различных участков пневматической шины.

Под "контактом" между нитью и слоем подушечной резины подразумевают, что, по меньшей мере, одна часть наружной окружности нити находится в тесном контакте с резиновой смесью, образующей подушечную резину.

"Боковинами" называют части пневматической шины с низким сопротивлением изгибу, расположенные между вершиной и закраинами. "Смесями боковин" называют резиновые смеси, размещаемые по оси снаружи относительно усилительных нитей каркаса и их подушечной резины. Эти смеси имеют низкий модуль упругости. Обычно кроме каркаса, боковины не имеют усиления.

"Закраиной" называют часть пневматической шины, прилегающую к боковине радиально изнутри. В закраине различают две части: "зону крепления", радиально внутренняя и по оси наружная, стенки которой предназначаются для приведения в контакт с опорной поверхностью и крючком обода при использовании пневматической шины, и радиально снаружи "зону перехода", прилегающую к боковине. В зоне крепления располагаются средства крепления каркасов. Эти средства обычно являются кольцевым усилением, которое может быть бортом, пучком нитей, свернутых по кругу, или любым другим средством.

Зона перехода закраины образует промежуточную часть между зоной крепления и боковиной, сопротивление изгибу которой постепенно снижается по мере приближения к боковине. Эта часть включает, в частности, резиновые смеси для заполнения, называемые "уплотнениями". Традиционно, в этой зоне перехода закраины боковинная смесь создает крайнюю наружную защиту от механических и атмосферных воздействий. Условимся, что граница между зоной перехода закраины и боковины соответствует радиально наружной границе уплотнений. Предел между зонами перехода и крепления закраины соответствует в радиальном направлении радиальной высоте крючка обода, на котором должна быть установлена пневматическая шина. Однако, когда элементы кольцевого усиления выходят за эту радиальную границу, будем считать, что граница между зонами перехода и крепления закраины соответствует радиально наружной границе кольцевого усиления крепления каркасов.

Под "модулем упругости" резиновой смеси понимают модуль растяжения, получаемый при одноосной деформации растяжения порядка 10% при температуре окружающей среды.

Пневматическая шина согласно изобретению содержит протектор, удлиненный двумя боковинами и двумя закраинами, причем каждая закраина имеет зону крепления и зону перехода, а также каркас, закрепленный в обеих закраинах, причем указанный каркас образован нитями. Эта пневматическая шина отличается тем, что, по меньшей мере, в одной части указанной зоны перехода закраин усилительные нити каркаса, расположенные по оси более всего по направлению наружу от пневматической шины, находятся в контакте, со стороны указанных нитей в наружном направлении от пневматической шины, со слоем подушечной резины с высоким модулем упругости, а усилительные нити каркаса, расположенные по оси более всего по направлению внутрь пневматической шины, находятся в контакте, со стороны по направлению внутрь пневматической шины, со слоем подушечной резины с низким модулем упругости, и тем, что, по меньшей мере, в части указанных боковин усилительные нити каркаса, расположенные по оси более всего по направлению наружу от пневматической шины, находятся в контакте, со стороны указанных нитей в направлении наружу от пневматической шины, со слоем подушечной резины с модулем упругости ниже модуля упругости указанного слоя подушечной резины с высоким модулем упругости, а усилительные нити каркаса, расположенные по оси более всего по направлению внутрь пневматической шины, находятся в контакте, со стороны по направлению внутрь пневматической шины, со слоем подушечной резины с модулем упругости ниже модуля упругости указанного слоя подушечной резины с высоким модулем упругости.

Предпочтительно, слой подушечной резины с высоким модулем упругости может иметь модуль упругости от среднего до очень высокого.

Слой подушечной резины с высоким модулем упругости, находящийся в зоне перехода закраин с осевой наружной стороны пневматической шины относительно усилительных нитей каркаса может взаимодействовать с этими усилительными нитями для получения высокой круговой жесткости всей системы. Эта высокая жесткость позволяет ограничить сдвиги между наружной стенкой закраины и крючком обода при езде, не сказываясь на прочности закраины, с внутренней стороны усилительных нитей каркаса, где слои подушечной резины подвергаются значительным напряжениям от радиального растяжения. Из этого следует таким образом явное увеличение прочности пневматической шины.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, в одной части зоны перехода закраины слои подушечной резины в контакте с усилительными нитями каркаса, расположенными по оси более всего в направлении наружу от пневматической шины, со стороны указанных нитей в направлении наружу от пневматической шины, образованы, по меньшей мере, одной уплотнительной смесью, прилегающей по оси снаружи указанных усилительных нитей.

Такое решение придает данным уплотнительным смесям дополнительную роль, роль подушечной резины с усилительными нитями каркаса. Снижение разнообразия смесей упрощает изготовление пневматической шины, не ухудшая характеристики, благодаря предлагаемой архитектуре.

Преимущественно, слои подушечной резины в контакте с усилительными нитями каркаса со стороны указанных нитей в направлении наружу от пневматической шины состоят, по меньшей мере, из двух уплотнительных смесей с различными модулями упругости, прилегающих к указанным усилительным нитям, причем зона контакта между уплотнительной смесью с более низким модулем упругости и усилительными нитями смещена по оси наружу относительно зоны контакта между уплотнительной смесью с более высоким модулем упругости и усилительными нитями.

Уплотнительная смесь с более низким модулем упругости, прилегающая снаружи к усилительным нитям каркаса, может иметь средний или высокий модуль упругости. А уплотнительная смесь с более высоким модулем упругости, прилегающая снаружи к усилительным нитям каркаса, может иметь высокий или очень высокий модуль упругости.

Изобретение теперь будет описано с помощью чертежей, среди которых:
- фиг.1 представляет собой частичный поперечный разрез закраины и боковины пневматической шины по изобретению;
- фиг.2 представляет собой вариант пневматической шины фиг.1;
- фиг. 3 представляет собой второй способ осуществления пневматической шины по изобретению;
- фиг.4 представляет собой вариант пневматической шины фиг.3;
- фиг.5 представляет собой второй вариант пневматической шины фиг.3;
- фиг.6 представляет собой третий вариант пневматической шины фиг.3;
- фиг.7 представляет собой четвертый вариант пневматической шины фиг.3.

На фиг.1 представлены в частичном поперечном разрезе закраина и боковина пневматической шины согласно изобретению. Эта пневматическая шина имеет боковину 1, прилегающую к закраине 2. Закраина 2 имеет зону крепления 3 и зону перехода 4, прилегающую к боковине 1. Зона крепления включает борт 5, вокруг которого крепится каркас 6. Усилительные нити каркаса 6 образуют петли, которые окружают борт 5, что устраняет необходимость наличия обычного переворачивания каркаса в закраине. Такой каркас может, в частности, быть выполнен с помощью устройств, описанных в патенте ЕР 0243851. Граница, указанная между зоной крепления 3 и зоной перехода 4, почти соответствует радиальной высоте крючка обода, на котором должна устанавливаться пневматическая шина. Ссылка 7 соответствует совокупности смесей, расположенной на всей внутренней стенке пневматической шины, среди них находится обычно газонепроницаемая смесь, называемая "внутренняя подушечная резина". Затем располагается первый слой подушечной резины 8 усилительных нитей каркаса 6. Этот слой 8 располагается по оси внутри по отношению к каркасу 6 и тянется по всей боковине 1 и зоне перехода 4 до точки А, расположенной радиально над бортом 5, в зоне крепления и почти на границе между этой зоной крепления и зоной перехода. Этот слой 8 имеет низкий модуль упругости. Усилительные нити каркаса 6 находятся затем в контакте по оси внутри с резиновой смесью 9 с высоким модулем упругости. Точка А контакта между слоями 8 и 9 подушечной резины всегда располагается в некоторой зоне, в которой амплитуда радиальных растяжений при различных напряжениях при езде остается очень низкой. Предпочтительно, радиальное расстояние между точкой А и нижней стенкой зоны крепления 3 закраины 2 ниже радиальной высоты крючка обода, на котором должна устанавливаться пневматическая шина.

По оси с наружной стороны каркаса 6 располагается слой 10 подушечной резины с низким модулем упругости. Этот слой 10 тянется по всей боковине 1. Затем располагается слой 11 подушечной резины с высоким модулем упругости, который тянется по всей зоне перехода 4 закраины 2. По оси снаружи относительно слоя 10 имеется боковинная смесь 12 с низким модулем упругости. По оси снаружи относительно слоя 11 располагается уплотнительная смесь 13 с высоким модулем упругости. Точка В, разделяющая боковину и зону перехода 4 закраины 2, почти соответствует точке, в которой радиально останавливается смесь 13. Боковинная смесь 12 тянется радиально по зоне перехода 4 закраины 2 по оси снаружи относительно уплотнительной смеси 13. Такая структура позволяет иметь плавный переход жесткости между закраиной и боковиной, что обеспечивает высокую прочность этой части пневматической шины. В радиально нижней части зоны перехода 4 и зоны крепления 3 закраины 2 располагается, наконец, смесь 14 со средним модулем упругости, предназначенная для приведения в контакт с крючком и опорной поверхностью обода. Эта смесь обычно готовится специально для обеспечения высокой стойкости износу, обусловленному этим контактом с крючком и опорной поверхностью обода.

На фиг.2 представлен вариант осуществления пневматической шины согласно фиг. 1. В этом варианте отмечается, что слои подушечной резины усилительных нитей каркаса 6 образованы внутренней по оси стенкой боковиной 12 и уплотнительной 13 смесей. Следовательно, нет особого слоя подушечной резины с наружной по оси стороны каркаса 6. Такая структура позволяет иметь высокую пропитку усилительных нитей каркаса 6 смесями 12 и 13 при вулканизации пневматической шины с сохранением высоких жесткостных характеристик в продольном направлении в зоне перехода 4 закраины 2. Преимуществом такой структуры является также снижение числа укладок резиновых слоев при изготовлении пневматической шины, что очень важно для снижения издержек производства.

В этом первом способе осуществления, проиллюстрированном фиг. 1 и 2, смеси с низким модулем упругости имеют модуль упругости ниже 6 МПа и предпочтительно от 2 до 5 МПа. Смеси с высоким модулем упругости имеют модуль от 12 до 25 МПа. Слои 9 и 11 также могут иметь очень высокий модуль упругости, выше 25 МПа, даже выше 30 МПа.

На фиг.3 представлен другой способ осуществления пневматической шины по изобретению, структура которой близка к структуре, описанной в патенте ЕР 0582196. В этой пневматической шине каркас 26 закреплен в зоне крепления 23 закраины 22 пучками 27, 28 круговых нитей с прокладкой между этими пучками и усилительными нитями каркаса 26 слоя подушечной резины 29 с очень высоким модулем упругости, т.е. модулем упругости выше 25 МПа и предпочтительно выше 30 МПа. Такой каркас может, в частности, быть выполнен с помощью устройств, описанных в патенте ЕР 0580055. Слои подушечной резины усилительных нитей каркаса 26 в зоне крепления 23 закраины 22 образованы этой смесью 29 с очень высоким модулем упругости. В радиально внутренней части зоны перехода 24 и зоны крепления 23 закраины 22 имеется смесь 35 со средним модулем упругости, предназначенная для приведения в контакт с крючком и опорной поверхностью обода. Эта смесь обычно специально готовится для обеспечения высокой износостойкости.

С внутренней по оси стороны, от точки А, радиальной наружной границы слоя подушечной резины с очень высоким модулем упругости 29, располагается, как и раньше, слой 30 подушечной резины с низким модулем упругости, который тянется радиально практически по всей зоне перехода 24 закраины 22 и по всей боковине 21.

С радиально наружной стороны, от точки С, радиально наружной границы слоя подушечной резины с очень высоким модулем упругости 29, располагается, как и раньше, слой 31 подушечной резины с высоким или средним модулем упругости, который тянется в радиальном направлении практически по всей зоне перехода 24 закраины 22 почти до точки В, где начинается боковина 21. Граница между слоем 31 и слоем 32 со средним или низким модулем упругости располагается предпочтительно в точке В, но может также быть смещена в обе стороны на несколько миллиметров. В других способах осуществления изобретения эта граница может также располагаться значительно ниже. В боковине 21 слой 32 подушечной резины образован смесью со средним или низким модулем упругости. В этом примере слой 31 с высоким модулем упругости имеет модуль упругости от 12 до 25 МПа. Слой 32 имеет модуль ниже 6 МПа и предпочтительно от 2 до 5 МПа (низкий модуль упругости) или от 6 до 12 МПа (средний модуль упругости). Когда слой 31 имеет средний модуль упругости, слой 32 имеет низкий модуль упругости, а когда слой 31 имеет высокий модуль упругости, слой 32 может иметь средний или низкий модуль упругости, в зависимости от конкретного случая.

В представленном примере осуществления точки А и С располагаются в зоне перехода 24 закраины 22. В зависимости от случая они могут также располагаться на границе между зоной крепления 23 и зоной перехода 24 или в зоне крепления 23 закраины 22.

На фиг.4 представлен вариант осуществления пневматической шины по фиг.3, в которой слои подушечной резины, расположенные по оси снаружи от усилительных нитей каркаса 26, образованы боковиной 33 с низким модулем упругости и уплотнительной 34 с высоким модулем упругости смесями. Как и раньше, этот вариант позволяет значительно облегчить изготовление этой пневматической шины.

Испытания пневматических шин 185/65•14 показали, что замена в зоне перехода закраин со стороны усилительных нитей каркаса по оси в наружном направлении от пневматической шины, подушечной резины с низким модулем упругости подушечной резиной с высоким модулем упругости, образованной как на примерах, проиллюстрированных на фиг.1-4, позволила увеличить более чем на 10% прочность пневматической шины в продольном и поперечном направлениях.

На фиг. 5 представлен второй вариант осуществления пневматической шины фиг. 4. Усилительные нити каркаса 26 находятся в контакте последовательно с зоной крепления до боковин, со стороны в наружном направлении от пневматической шины, с первой смесью 29 с очень высоким модулем упругости, затем с первым уплотнением 56 с очень высоким модулем упругости (от С до D), затем со вторым уплотнением 55 со средним модулем упругости (от D до В) и, наконец, в зоне боковин со смесью боковины 33 с низким модулем упругости. Зоны контакта между усилительными нитями и обоими уплотнениями с разными модулями упругости смещены в радиальном направлении таким образом, что зона контакта между уплотнением с высоким модулем упругости (от С до D) была бы ближе всего к зоне крепления. Преимущество этого варианта заключается в постепенном снижении жесткости при изгибе зоны перехода пневматической шины при одновременном, как и раньше, облегчении ее изготовления в связи с низким числом ее составляющих.

На фиг.6 представлен вариант пневматической шины по изобретению, близкий к варианту, представленному на фиг.5. Закраина этой пневматической шины почти такая же, как на фиг.5. Различие этих двух пневматических шин связано с тем, что в боковинах располагается слой 32 подушечной резины со средним или низким модулем упругости, расположенный в контакте с усилительными нитями каркаса 26, со стороны этих нитей в направлении наружу от пневматической шины. Этот слой подушечной резины 32 покрывает радиально наружный конец В второго уплотнения 55, который служит подушечной резиной в зоне перехода, прилегающей к боковине.

Этот способ осуществления кажется отступлением по сравнению с предыдущим с точки зрения облегчения изготовления пневматической шины, однако, может оказаться полезным включение этого подушечного слоя на уровне боковин с наружной стороны усилительных нитей каркаса в связи с высокой стоимостью всех защитных средств от озона и кислорода, обычно присутствующих в смесях боковин. Такое решение может также позволить оптимизировать прилипание к усилительным нитям каркаса в случае необходимости.

Испытания на выносливость закраин - тест на руление по прямой линии при высокой нагрузке и высоком давлении воздуха в шине были проведены для пневматических шин 185/65•14, соответствующих вариантам осуществления, представленным на фиг.5 и 6. Сравнивали эти пневматические шины с контрольными образцами, имеющими слой подушечной резины с низким модулем упругости с наружной по оси стороны каркасных нитей по всем зонам перехода закраин и боковин. Было отмечено увеличение срока службы с коэффициентом 3-4 для пневматических шин, соответствующих вариантам фиг.5 и 6.

На фиг.7 представлен альтернативный способ осуществления пневматической шины, изображенной на фиг.6. В этом способе осуществления именно радиально наружный конец уплотнения 55 покрывает радиально внутренний конец слоя подушечной резины 32 со средним или низким модулем упругости, расположенного в контакте с усилительными нитями каркаса 26 в боковинах и со стороны в направлении наружу от пневматической шины. В связи с этим, в этом способе осуществления радиально внутренняя граница слоя подушечной резины с низким модулем упругости располагается в точке Е в зоне перехода закраины вместо того, чтобы быть практически на границе между боковиной и зоной перехода закраины. В других способах осуществления эта граница Е может также располагаться до точки D, даже внизу до середины между D и С.

Для осуществления различных пневматических шин по изобретению целесообразно изготавливать их на жестком сердечнике, задающем форму ее внутренней полости. Наносят на этот сердечник в порядке, определяемом архитектурой, все составляющие пневматической шины, которые размещаются непосредственно на своем конечном месте, не подвергаясь формированию ни в какой момент изготовления. Для такого изготовления можно, в частности, использовать устройства, описанные в патенте ЕР 0264600 для укладки резиновых слоев. Пневматическая шина может формироваться и вулканизироваться так, как изложено в патенте US 4895692.

Пневматические шины согласно изобретению могут иметь каркас, состоящий из одного расположенного по окружности ряда усилительных нитей, закрепленных в обеих закраинах пневматической шины, в этом случае усилительные нити каркаса находятся в контакте в радиальном направлении снаружи со слоями подушечной резины, такими как описанные ранее. Эти пневматические шины могут также включать каркас, состоящий из нескольких кольцевых рядов усилительных нитей, закрепленных в обеих закраинах. В этом случае, естественно, лишь усилительные нити, принадлежащие кольцевому ряду, расположенному радиально более всего снаружи от пневматической шины или более всего внутри пневматической шины, находятся в контакте со слоями подушечной резины, такими как описанные ранее.

Реферат

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Усилительные нити каркаса пневматической шины находятся в части, расположенной в зоне крепления каркаса и боковины, в контакте, по меньшей мере, с одним слоем подушечной резины с высоким модулем упругости с внутренней по оси стороны и в боковине. В результате улучшается качество шины. 9 з.п.ф-лы, 7 ил.

Формула