Шина с усовершенствованным бортом - RU2527873C2
Код документа: RU2527873C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для пассажирских автомобилей и, в особенности, к бортам данных шин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Уменьшение выбросов парниковых газов от транспортных средств представляет собой одну из основных проблем, с которой производители транспортных средств вынуждены сталкиваться в настоящее время. Шина образует существенный источник прогресса за счет уменьшения сопротивления качению, поскольку это оказывает прямое влияние на потребление топлива транспортным средством. Были достигнуты некоторые заметные усовершенствования, как свидетельствует, например, большой успех шины Energy™ Saver, введенной в коммерческий оборот/промышленно-изготавливаемой компанией Michelin. Используемая технология обеспечивает возможность экономии, близкой к 0,2 л топлива на 100 км при смешанном цикле, что соответствует уменьшению, близкому к 4 г СО2 на км, или приблизительно одной тонне СО2, которая не будет выделяться в атмосферу во время жизненного цикла транспортного средства.
Тем не менее, с учетом предвидимого увеличения цены нефти и все возрастающей осведомленности потребителей в отношении экологии, необходимо продолжать попытки, которые направлены на уменьшение сопротивления шин качению.
Узел, образуемый бортом и внутренней в радиальном направлении частью боковины шины, представляет собой один из компонентов шины, конструкция которых оказывает очень заметное влияние на сопротивление шины качению. Он играет многофакторную роль: он воспринимает напряжения каркасного усилителя и передает нагрузки, воздействию которых подвергается шина, от боковины на обод. Его влияние на держание дороги шиной является значительным, особенно в том случае, когда шина сильно нагружена. Выполнение всех данных функций обычно обеспечивается за счет комбинации усилителя (включающего в себя бортовую проволоку и часть каркасного усилителя, загнутую вверх вокруг нее) и «наполнителя борта», образованного из резиновой смеси. Компромиссное сочетание жесткости, которая должна быть обеспечена, в частности, для направления коронной зоны, и ожидаемой долговечности, как правило, приводит к выбору определенной траектории каркасного усилителя и к использованию объемного (имеющего большую высоту и/или толщину) и жесткого наполнителя борта. К сожалению, данные геометрические характеристики приводят к большим гистерезисным потерям, особенно в наполнителе борта. В зоне, наружной в радиальном направлении и удаленной от бортовой проволоки, эффект придания жесткости, обеспечиваемый бортовой проволокой и загнутой вверх частью каркасного усилителя, уменьшается. Для обеспечения придания достаточной жесткости в данной зоне наполнитель борта должен быть еще более объемным, что приводит к даже большим гистерезисным потерям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач настоящего изобретения состоит в разработке шины для пассажирских автомобилей, которая имеет очень низкое сопротивление качению. Данная задача решается посредством как можно большего уменьшения объема наполнителя борта и посредством создания усилителя с очень низким гистерезисом, который пригоден для выполнения функции придания жесткости, обычно выполняемой наполнителем борта.
Более точно, данная задача решается посредством шины, содержащей:
два борта, предназначенные для входа в контакт с монтажным ободом, при этом каждый борт содержит по меньшей мере один кольцевой усилительный конструктивный элемент;
две боковины, проходящие от бортов в радиальном направлении наружу, при этом две боковины соединяются в
коронной зоне, содержащей усилитель коронной зоны, поверх которой расположен протектор;
по меньшей мере один каркасный усилитель, проходящий от бортов через боковины к коронной зоне, при этом каркасный усилитель включает в себя множество каркасных усилительных элементов и закреплен в двух бортах посредством части, загнутой вверх вокруг кольцевого усилительного конструктивного элемента таким образом, чтобы обеспечить образование в каждом борту основной части и охватывающей части, при этом каждая охватывающая часть проходит в радиальном направлении наружу до конца, расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRE больше или равно 5% и меньше или равно 20% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении и предпочтительно больше или равно 7% и меньше или равно 18% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Каждый борт содержит наполнитель борта, образованный из резиновой смеси, которая предпочтительно имеет модуль упругости, который больше или равен 40 МПа и меньше или равен 60 МПа, при этом наполнитель борта расположен, по меньшей мере частично, в радиальном направлении снаружи от кольцевого усилительного конструктивного элемента и, по меньшей мере частично, между основной частью и охватывающей частью каркасного усилителя, при этом наполнитель борта проходит в радиальном направлении на расстоянии DBE в радиальном направлении от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом расстояние DBE в радиальном направлении меньше или равно 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
По меньшей мере одна боковина и предпочтительно обе боковины шины также содержит/содержат придающий жесткость усилитель, образованный из множества металлических усилительных элементов, ориентированных под углом, который меньше или равен 10 градусам (и предпочтительно меньше или равен 5 градусам), относительно направления вдоль окружности, при этом данный придающий жесткость усилитель расположен так, что расстояние DAE между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и наружным в радиальном направлении концом придающего жесткость усилителя больше или равно 20% и меньше или равно 40% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении - и предпочтительно больше или равно 25% и меньше или равно 35% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, - и так, что расстояние DAI между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой кольцевого усилительного конструктивного элемента и внутренним в радиальном направлении концом придающего жесткость усилителя меньше или равно 20% высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Уменьшение сопротивления качению обусловлено главным образом уменьшением объема наполнителя борта. Действительно, наполнитель борта обычно образован из резиновой смеси с высоким гистерезисом. Когда наполнитель борта деформируется, он, следовательно, обеспечивает рассеяние большого количества энергии. Уменьшение объема наполнителя борта приводит к уменьшению боковой жесткости шины (жесткости шины при движении на повороте). Предусмотрено, что в шине согласно изобретению жесткость при повороте/боковая жесткость поддерживается за счет наличия металлического придающего жесткость усилителя.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления наполнитель борта имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, при этом данная толщина в аксиальном направлении соответствует длине зоны пересечения наполнителя борта с прямой линией, параллельной оси вращения шины и пересекающейся с наполнителем борта на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, при этом толщина Е(r) в аксиальном направлении такова, что в диапазоне расстояний r, находящихся между 0% и 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины в аксиальном направлении меньше или равно -0,5 мм/мм на по меньшей мере 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Хорошие результаты также были получены с шиной, в которой наполнитель борта имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, при этом данная толщина в аксиальном направлении соответствует длине зоны пересечения наполнителя борта с прямой линией, параллельной оси вращения шины и пересекающейся с наполнителем борта на определяемом в радиальном направлении расстоянии r от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента, при этом значение толщины Е(r) в аксиальном направлении таково, что в диапазоне расстояний r, находящихся между 0% и 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, изменение толщины в аксиальном направлении меньше или равно -1 мм/мм на по меньшей мере 1,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Неожиданно было отмечено то, что уменьшение сопротивления качению является особенно существенным, когда придающий жесткость усилитель «разделен на части», то есть состоит из множества прерывистых усилительных элементов, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей, концентрических относительно оси вращения шины. Данный эффект осмыслен еще не полностью: по-видимому, он связан с регулируемым уменьшением продольной жесткости придающего жесткость усилителя, при этом возможность данного уменьшения обеспечивается за счет разделения на части.
Неожиданно то, что отличные результаты получают, когда разделение на части придающего жесткость усилителя соответствует разделению на части, которое выполнено в определенных комплементарных усилителях шин транспортных средств для гражданского строительства с целью повышения их долговечности, как раскрыто в патенте США № 6935394 B2 (также опубликованном как WO 03/103990 А1), который включен в данную заявку путем ссылки. В шине, соответствующей данному предпочтительному варианту осуществления, придающий жесткость усилитель состоит из множества прерывистых усилительных элементов с длиной L0, при этом данные усилительные элементы размещены по множеству окружностей (С, С1, С2), концентрических относительно оси вращения шины, смонтированной на предназначенном для нее ободе, при этом каждая окружность определяется средним радиусом (R, R1, R2), измеренным относительно указанной оси вращения, при этом каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0 размещен по окружности С с радиусом R, при этом он механически соединен на длинах L11 и L12 соединения соответственно с двумя прерывистыми усилительными элементами, размещенными по окружности С1 с радиусом R1, который меньше радиуса R, при этом указанная окружность находится непосредственно рядом с окружностью С, при этом длины L11 и L12 соединения, такие что длина L11 больше или равна длине L12, обеспечивают поддержание следующего соотношения: 1,5≤К≤4 при К=(1- L12/L0)/(1- L11/L0).
При соблюдении данного соотношения для всех прерывистых усилительных элементов из всех окружностей получается оптимальное распределение концов прерывистых усилительных элементов.
Оптимальное распределение может быть достигнуто посредством размещения придающего жесткость усилителя на заготовке шины, имеющей форму тора, или же на сборочном барабане перед приданием формы указанному придающему жесткость усилителю.
Данное соотношение применяется независимо от того, является ли длина L0 идентичной для всех кордов или нет.
Еще более предпочтительно, если значение К таково, что 2≤К≤2,5.
Само собой разумеется, в том случае, когда утверждается, что усилительные элементы размещены по концентрическим окружностями, следует понимать, что данные усилительные элементы могут быть размещены по спиралям и что каждый усилительный элемент размещен по кривой, аналогичной дуге окружности.
В соответствии с одним особо предпочтительным вариантом осуществления каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0, расположенный по окружности С, имеющей радиус R, механически соединен на длинах L11 и L12 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами, расположенными по окружности С1 с радиусом R1, то есть по окружности, непосредственно соседней с окружностью С, при этом длина L11 соединения больше или равна 55% от L0 и меньше или равна 75% от L0, и длина L12 соединения больше или равна 10% от L0 и меньше или равна 30% от L0, и каждый прерывистый усилительный элемент с длиной L0, расположенный по окружности С, имеющей радиус R, механически соединен на длинах L21 и L22 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами, расположенными по окружности С2 с радиусом R2, то есть по окружности, непосредственно соседней с окружностью С1, при этом длина L21 соединения больше или равна 20% от L0 и меньше или равна 40% от L0, и длина L22 соединения больше или равна 45% от L0 и меньше или равна 65% от L0.
Отличные результаты получают, когда монтажный обод содержит часть, которая образует седло обода, содержащее борт обода, имеющий по существу круглый профиль, и когда наружный в радиальном направлении конец придающего жесткость усилителя расположен по прямой линии J2, которая проходит через центр J профиля борта обода и образует угол α (альфа), который открыт в аксиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу, при этом угол α (альфа) больше или равен 90° и меньше или равен 120° и предпочтительно больше или равен 100° и меньше или равен 115°.
Само собой разумеется, возможно и даже желательно скомбинировать два или более из описанных вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает шину в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.2 показывает частичный вид в перспективе шины в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.3 показывает в радиальном сечении четверть шины в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.4 иллюстрирует, как определяется высота Н профиля шины.
Фиг.5-8 показывают в радиальном сечении часть шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.9 иллюстрирует, как определяется толщина наполнителя борта в аксиальном направлении.
Фиг.10 показывает расположение усилительных элементов слоя придающего жесткость усилителя, используемого в бортах шин, показанных на фиг.5 и 6.
Фиг.11 и 12 показывают толщину наполнителя борта шины, показанной на фиг.5, и ее изменение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
При использовании термина «радиальный» важно провести различие между несколькими разными значениями, в которых специалисты в данной области техники используют данное слово. Во-первых, термин относится к радиусу шины. В соответствии с данным значением утверждается, что точка Р1 является «внутренней в радиальном направлении» по отношению к точке Р2, если она расположена ближе к оси вращения шины, чем точка Р2. Напротив, утверждается, что точка Р3 является «наружной в радиальном направлении» по отношению к точке Р4 (или находится «в радиальном направлении снаружи по отношению к» точке Р4), если она расположена дальше от оси вращения шины, чем точка Р4. Утверждается, что «продвигаются» «в радиальном направлении внутрь (или наружу)», когда «продвигаются» в направлении меньших (или больших) радиусов. Данное значение термина также применяется, когда речь идет о расстояниях в радиальном направлении.
Тем не менее, утверждается, что нить или усилитель является «радиальной»/«радиальным», когда нить или усилительные элементы усилителя образует/образуют угол, больший или равный 80° и меньший или равный 90°, относительно направления вдоль окружности. Следует отметить, что в данном документе термин «нить» следует понимать в самом широком смысле и что он охватывает нити в виде элементарных нитей, комплексных нитей, корда, пряди или эквивалентного комплекта, и это имеет место независимо от материала, из которого изготовлена нить, или от покрытия, нанесенного на нее для упрочнения ее соединения с резиной.
В завершение, в данном описании под «радиальным сечением» понимается сечение, выполненное в плоскости, содержащей ось вращения шины.
«Аксиальное» направление представляет собой направление, параллельное оси вращения шины. Утверждается, что точка Р5 является «внутренней в аксиальном направлении» по отношению к точке Р6, если она расположена ближе к средней плоскости шины, чем точка Р6. Напротив, утверждается, что точка Р7 является «наружной в аксиальном направлении» по отношению к точке Р8 (или находится «в аксиальном направлении снаружи по отношению к» точке Р8), если она расположена дальше от средней плоскости шины, чем точка Р8. «Средняя плоскость» шины представляет собой ту плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и которая находится на одинаковом расстоянии от кольцевых усилительных конструктивных элементов каждого борта.
Направление «вдоль окружности» представляет собой направление, которое перпендикулярно как к радиусу шины, так и к аксиальному направлению. «Сечение в направлении вдоль окружности» представляет собой сечение, выполненное в плоскости, перпендикулярной к оси вращения шины.
В данном документе утверждается, что два усилительных элемента являются параллельными, когда угол, образованный между двумя элементами, меньше или равен 20°.
В настоящем описании термин «поверхность качения» понимается как обозначающий все точки протектора шины, которые входят в контакт с грунтом при качении шины.
Термин «резиновая смесь» обозначает резиновую смесь, содержащую по меньшей мере один эластомер и по меньшей мере один наполнитель.
Термин «модуль упругости» резиновой смеси понимается как обозначающий секущий модуль упругости при растяжении, полученный при растяжении в соответствии со стандартом ASTM D 412 (ASTM- Американское общество по испытанию материалов) от 1998 г. (испытательный образец «С»): кажущиеся секущие модули при относительном удлинении 10%, обозначенные «МА10» и выраженные в МПа, измеряют при втором удлинении (то есть после цикла приспосабливания) (при нормальных условиях с точки зрения температуры и влажности в соответствии со стандартом ASTM D 1349 от 1999 г.). Данный модуль упругости следует отличать от модулей упругости, полученных при сжатии, значения которых, как правило, значительно отличаются от модулей, полученных при растяжении.
Для облегчения чтения описания вариантов, показанных посредством фигур, одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения идентичных конструктивных элементов.
Фиг.1 схематически показывает шину 10 в соответствии с предшествующим уровнем техники. Шина 10 имеет коронную зону, содержащую усилитель коронной зоны (не видимый на фиг.1), поверх которой размещен протектор 40, две боковины 30, проходящие от коронной зоны в радиальном направлении внутрь, и два борта 20, расположенные в радиальном направлении внутри по отношению к боковинам 30.
Фиг.2 схематически показывает частичный вид в перспективе шины 10 в соответствии с предшествующим уровнем техники и показывает различные компоненты шины. Шина 10 содержит каркасный усилитель 60, состоящий из нитей 61, покрытых резиновой смесью, и два борта 20, каждый из которых содержит кольцевые усилительные конструктивные элементы 70, которые обеспечивают удерживание шины 10 на ободе колеса (непоказанном). Каркасный усилитель 60 прикреплен к каждому из бортов 20. Шина 10 также имеет усилитель коронной зоны, содержащий два слоя 80 и 90. Каждый слой 80, 90 усилен/армирован филаментными усилительными элементами 81 и 91, которые параллельны в каждом слое и перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому, образуя углы, находящиеся в интервале между 10° и 70°, относительно направления вдоль окружности. Шина также содержит окружной усилитель 100, который предусмотрен в радиальном направлении снаружи усилителя коронной зоны. Данный окружной усилитель образован из усилительных элементов 101, ориентированных в направлении вдоль окружности и намотанных по спирали. Протектор 40 наложен на окружной усилитель; именно данный протектор 40 обеспечивает контакт между шиной 10 и дорогой. Проиллюстрированная шина 10 представляет собой «бескамерную» шину: она содержит «внутренний герметизирующий слой» 50, образованный из резиновой смеси, не проницаемой по отношению к газу для накачивания, и закрывающий внутреннюю поверхность шины.
Фиг.3 схематически показывает в радиальном сечении четверть контрольной шины 10 типа Energy™ Saver, введенной в коммерческий оборот/промышленно изготавливаемой компанией Michelin. Шина 10 имеет два борта 20, предназначенные для контактирования с монтажным ободом (непоказанным), при этом каждый борт 20 содержит бортовую проволоку 70. Две боковины 30 проходят от бортов 20 в радиальном направлении наружу и соединяются в коронной зоне 25, содержащей усилитель коронной зоны, образованный из первого слоя усилительных элементов 80 и второго слоя усилительных элементов 90, при этом протектор 40 размещен поверх них в радиальном направлении. Каждый слой содержит филаментные усилительные элементы, покрытые связующим, образованным из резиновой смеси. Усилительные элементы каждого слоя приблизительно параллельны друг другу, в то время как усилительные элементы двух слоев перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому под углом, составляющим приблизительно 20°, как хорошо известно специалистам в области так называемых радиальных шин. Средняя плоскость шины обозначена ссылочной позицией 130.
Шина 10 также имеет каркасный усилитель 60, который проходит от бортов 20 вдоль боковин 30 к коронной зоне 25. Данный каркасный усилитель 60 в данном случае содержит филаментные усилительные элементы, ориентированные приблизительно в радиальном направлении, что означает, что они образуют угол относительно направления вдоль окружности, который больше или равен 80° и меньше или равен 90°.
Каркасный усилитель 60 содержит множество каркасных усилительных элементов, закрепленных в двух бортах 20 посредством части, загнутой вверх вокруг бортовой проволоки 70 таким образом, чтобы образовать в каждом борту основную часть 62 и охватывающую часть 63. Охватывающая часть 63 проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, который находится на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом определяемое в радиальном направлении расстояние DRE в данном случае равно 19% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
«Высота Н профиля шины в радиальном направлении» определяется как определяемое в радиальном направлении расстояние от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 кольцевого усилительного конструктивного элемента 70 борта 20 до самой дальней от центра в радиальном направлении точки 41 (фиг.4) протектора 40, когда шина 10 смонтирована на монтажном ободе 5 (как показано на фиг.4) и накачана до ее рабочего давления.
Каждый борт содержит наполнитель 110 борта, при этом наполнитель борта расположен главным образом в радиальном направлении снаружи бортовой проволоки 70 и между основной частью 62 и охватывающей частью 63 каркасного усилителя 60.
В данном случае используемая резиновая смесь имеет модуль упругости, составляющий 56 МПа.
Каждый борт также содержит наружную ленту или слой 120, расположенную/расположенный в аксиальном направлении снаружи каркасного усилителя и наполнителя борта. Наружная лента 120 проходит в радиальном направлении наружу от конца 121, внутреннего в радиальном направлении и находящегося на расстоянии DEI от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 бортовой проволоки 70, до конца 122, наружного в радиальном направлении и находящегося на расстоянии DEE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 бортовой проволоки 70. В данном случае расстояние DEI равно 6,5% и расстояние DEE равно 41,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Фиг.5 и 6 показывают в радиальном сечении часть шины в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.5 схематически показывает шину 10, содержащую два борта 20 (только один из которых показан), предназначенных для контактирования с монтажным ободом (непоказанным), при этом каждый борт содержит бортовую проволоку 70. Две боковины 30 проходят от бортов 20 в радиальном направлении наружу. Две боковины соединяются в коронной зоне 25, содержащей усилитель коронной зоны, образованный из двух слоев 80 и 90, поверх которых расположен протектор 40. Каркасный усилитель 60 проходит от бортов 20 через боковины 30 до коронной зоны 25. Каркасный усилитель 60 включает в себя множество каркасных усилительных элементов; он закреплен в двух бортах 20 посредством части, загнутой вверх вокруг бортовой проволоки 70 таким образом, чтобы образовать в каждом борту основную часть 62 и охватывающую часть 63. Охватывающая часть 63 проходит в радиальном направлении наружу до конца 64, находящегося на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 бортовой проволоки 70. Расстояние DRE, определяемое в радиальном направлении, в данном случае равно 16% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Борт 20 содержит наполнитель 110 борта, образованный из резиновой смеси, имеющей модуль упругости, который больше или равен 40 МПа и меньше или равен 60 МПа.
В Таблице I приведен в качестве примера состав резиновой смеси, которая может быть использована в качестве наполнителя борта. Состав приведен в phr, то есть в весовых частях на 100 весовых частей каучука. Также указан соответствующий модуль МА10 упругости.
Наполнитель борта предпочтительно образован на основе по меньшей мере одного диенового эластомера, активного наполнителя и сшивающей системы.
Термин «диеновый» эластомер (или равным образом каучук) понимается как означающий, известным образом, эластомер, полученный, по меньшей мере частично (то есть гомополимер или сополимер), из диеновых мономеров, то есть из мономеров, несущих две сопряженные или несопряженные углерод-углеродные двойные связи.
Используемый диеновый эластомер предпочтительно выбран из группы, состоящей из полибутадиенов (бутилкаучуков - BR), природного (натурального) каучука (NR), синтетических полиизопренов (изопреновых каучуков - IR), сополимеров бутадиена и стирола (бутадиенстирольных каучуков - SBR), сополимеров изопрена и бутадиена(бутадиенизопреновых каучуков - BIR), сополимеров изопрена и стирола (изопренстирольных каучуков - SIR), сополимеров бутадиена, стирола и изопрена (SBIR) и смесей данных эластомеров.
В одном предпочтительном варианте осуществления используется «изопреновый» эластомер, то есть изопреновый гомополимер или сополимер, другими словами, диеновый эластомер, выбранный из группы, состоящей из натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), различных сополимеров изопрена и смесей данных эластомеров.
Изопреновый эластомер предпочтительно представляет собой натуральный каучук или синтетический полиизопрен типа цис-1,4. Среди данных синтетических полиизопренов предпочтительно используются полиизопрены, имеющие содержание цис-1,4-связей (в мольных процентах), превышающее 90% и даже более предпочтительно превышающее 98%. В соответствии с другими предпочтительными вариантами осуществления диеновый эластомер может состоять полностью или частично из одного другого диенового эластомера, например, такого как эластомер в виде бутадиенстирольного каучука (SBR) (бутадиенстирольного каучука эмульсионной полимеризации (E-SBR) или растворного бутадиенстирольного каучука (S-SBR)), используемого в виде смеси с другим эластомером, например, типа бутадиенового каучука (BR) или не в виде смеси.
Резиновая смесь также может включать в себя все или некоторые из добавок, обычно используемых в непрерывных фазах (матрицах) каучуков, предназначенных для производства шин, например, такие как активные наполнители, такие как углеродная сажа или неорганические наполнители, такие как кремнезем, связующие вещества для связывания неорганического наполнителя, противостарители, антиоксиданты, пластификаторы или масла для наполнения независимо от того, являются ли масла для наполнения маслами ароматического или неароматического характера (в частности, масла, которые представляют собой масла с очень слабой ароматичностью или являются неароматичными, например типа нафтенового или парафинового, имеющие высокую или предпочтительно низкую вязкость, масла MES (на основе среднеэкструдированных сольватов) или TDAE (на основе обработанных дистиллятных ароматических экстрактов), пластифицирующие смолы, имеющие высокую температуру Tg стеклования, превышающую 30°С), вещества, которые облегчают обработку (улучшают обрабатываемость) композиций в невулканизованном состоянии, смолы, повышающие клейкость, сшивающая группа на основе или серы или пероксида и/или доноров серы, ускорители, активаторы или замедлители вулканизации, вещества, препятствующие перевулканизации, акцепторы и доноры метилена, например, такие как НМТ (гексаметилентетрамин) или Н3М (гексаметоксиметилмеламин), смоляные усиливающие наполнители (такие как резорцин или бисмалеимид), известные усилители адгезии, например, типа солей металлов, в особенности соли кобальта или никеля.
Смеси изготавливают в соответствующих смесителях посредством использования двух последовательных фаз приготовления, хорошо известных специалистам в данной области техники: первой фазы термомеханической обработки или термомеханического замешивания (известна как «непроизводящая» фаза) при высокой температуре, максимальные значения которой находятся в интервале между 110°С и 190°С, предпочтительно в интервале между 130°С и 180°С, за которой следует вторая фаза механической обработки (известна как «производящая» фаза) при более низкой температуре, как правило, составляющей менее 110°С, при этом во время указанной финишной фазы вводится сшивающая группа.
В качестве примера непроизводящую фазу выполняют на одной термомеханической стадии с продолжительностью несколько минут (например, с продолжительностью в интервале между 2 и 10 минутами), в течение которой все необходимые основные компоненты и другие добавки за исключением сшивающей или вулканизующей группы вводят в соответствующий смеситель, такой как стандартный закрытый резиносмеситель. После охлаждения смеси, полученной таким образом, вулканизующую группу вводят затем в открытый резиносмеситель, такой как мельница открытого типа, в котором поддерживают низкую температуру (например, в интервале между 30°С и 100°С). После этого все ингредиенты смешивают (во время производящей фазы) в течение нескольких минут (например, в интервале между 5 и 15 мин).
Конечную композицию, полученную таким образом, затем подвергают каландрованию, например, в виде пленки или листа для определения характеристик или же подвергают экструзии для образования слоя или слоев резиновой смеси, используемых в шине в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Затем вулканизация (или отверждение) может быть выполнена известным образом при температуре, как правило, находящейся в интервале между 130°С и 200°С, предпочтительно под давлением в течение достаточного промежутка времени, который может варьироваться, например, в интервале между 5 и 90 мин в зависимости, в частности, от температуры вулканизации, от используемой вулканизующей группы и от кинетики вулканизации рассматриваемой смеси.
Наполнитель 110 борта расположен главным образом в радиальном направлении снаружи бортовой проволоки, между основной частью 62 и охватывающей частью 63 каркасного усилителя 60. Он проходит в радиальном направлении на определяемом в радиальном направлении расстоянии DBE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 бортовой проволоки 70. В данном случае определяемое в радиальном направлении расстояние DBE равно 8% от высоты профиля Н шины 10 в радиальном направлении. Данная малая высота наполнителя борта в радиальном направлении представляет собой один из основных признаков шины в соответствии с изобретением. Наполнитель борта со значительно уменьшенным объемом может сохраняться, в особенности, для облегчения изготовления борта в целом, и при этом это не приводит к значительным потерям на гистерезис. Действительно, в зоне, непосредственно окружающей бортовую проволоку и седло обода, которая является чрезвычайно жесткой, деформации, которым она подвергается во время качения, являются очень малыми. С другой стороны, для поддержания хорошего «управления» шиной, в особенности при высоких нагрузках, общее уменьшение объема наполнителя борта предпочтительно компенсируется наличием дополнительного придающего жесткость усилителя, который сам генерирует только малые потери на гистерезис.
Действительно, боковина 30 также содержит придающий жесткость усилитель 140, образованный из множества металлических усилительных элементов, направленных под нулевым или малым углом, то есть под углом, который меньше или равен 10 градусам, относительно направления вдоль окружности. Расстояние DAE между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой 71 бортовой проволоки 70 и наружным в радиальном направлении концом 142 придающего жесткость усилителя 140 равно 35% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении, и расстояние DAI между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой 71 бортовой проволоки 70 и внутренним в радиальном направлении концом 141 придающего жесткость усилителя 140 равно 4% от высоты Н профиля шины 10 в радиальном направлении.
«Разделяющая смесь» 150 предусмотрена в аксиальном направлении между придающим жесткость усилителем 140 и основной частью 62 каркасного усилителя 60. При подвергании воздействию сдвигающей нагрузки данная разделяющая смесь 150 передает меридиональное растягивающее напряжение от каркасного усилителя 60 придающему жесткость усилителю 140. Следовательно, это обеспечивает ограничение напряжений, передаваемых между придающим жесткость усилителем 140 и каркасным усилителем 60, и в то же время регулирование толщины, на которой действуют данные напряжения, что способствует лучшему распределению данных напряжений.
Наполнитель 110 борта имеет толщину Е(r) в аксиальном направлении, которая определяется, как проиллюстрировано на фиг.9. Толщина Е(r) в аксиальном направлении соответствует длине зоны пересечения наполнителя борта с прямой линией 200, которая параллельна оси вращения шины (показанной ссылочной позицией 3 на фиг.4) и которая пересекается с наполнителем 110 борта на расстоянии r в радиальном направлении от самой близкой к центру в радиальном направлении точки 71 бортовой проволоки 70.
Значение определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) наполнителя 110 борта шины, показанной на фиг.5, показано на фиг.11 (кривая В) и сравнивается со значением определяемой в аксиальном направлении толщины Е(r) наполнителя 110 борта контрольной шины, показанной на фиг.3 (кривая А). Фиг.12 демонстрирует сравнение изменения толщины для двух наполнителей бортов. Видно, что наполнитель борта, показанный на фиг.5, соответствует одному конкретному варианту осуществления, в соответствии с которым значение толщины Е(r) в аксиальном направлении таково, что в диапазоне расстояний r между 0% и 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении изменение толщины меньше или равно -0,5 мм/мм на длине, незначительно превышающей 3% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении. В данном случае изменение толщины в аксиальном направлении фактически меньше или равно -1 мм/мм на 1,5% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Придающий жесткость усилитель 140 шины 10, показанной на фиг.5, состоит из множества прерывистых усилительных элементов, при этом данные усилительные элементы расположены по множеству окружностей (С, С1, С2), которые являются концентрическими относительно оси вращения шины, при этом каждая окружность определяется средним радиусом R, R1, R2, измеренным относительно оси вращения, как проиллюстрировано на фиг.10. Само собой разумеется, это представляет собой упрощенное схематическое изображение, ограниченное тремя витками, предназначенное для разъяснения принципа размещения усилительных элементов. Само собой разумеется, придающий жесткий усилитель может содержать дополнительные витки.
Фиг.10 показывает схему размещения усилительных элементов придающего жесткость усилителя 140 шины 10 по трем соседним окружностям С, С1 и С2, при этом каждая окружность имеет центр на оси вращения комплекта, образованного шиной и монтажным ободом. Все усилительные элементы являются металлическими и имеют по существу одну и ту же одинаковую длину L0, в данном случае составляющую 125 мм. Тем не менее, следует отметить, что длина L0 усилительного элемента необязательно должна быть одинаковой для всех усилительных элементов. Шаг между соседними окружностями С, С1 и С2, по которым расположены прерывистые усилительные элементы, равен диаметру усилительных элементов, увеличенному по меньшей мере на 0,2 мм и предпочтительно по меньшей мере на 0,5 мм.
На фиг.10 частично показан усилитель 140 (см. фиг.5), при этом ось вращения шины перпендикулярна плоскости фигуры. Можно видеть, что усилительный элемент 145 с длиной L0, расположенный по окружности С, имеющей радиус R, механически соединен на длинах L11 и L12 дуг, где он перекрывается, с двумя усилительными элементами 146, расположенными по окружности С1 с радиусом R1 (при этом R1 меньше R), соседней с окружностью С. Тот же усилительный элемент 145 соединен на длинах L21 и L22 дуг, где он перекрывается, с двумя усилительными элементами 147, расположенными по окружности С2 с радиусом R2 (при этом R2 меньше R1), соседней с окружностью С1. В представленном случае длины соединений следующие: L11=87,9 мм (то есть 70% от L0); L12 =37,7 мм (то есть 30% от L0); L21=50,2 мм (то есть 40% от L0); L22=75,3 мм (то есть 60% от L0). Данные длины соединений обеспечивают поддержание соотношения 1,5≤К≤4 при К=(1- L12/L0)/(1- L11/L0). Действительно, значение, принимаемое К, составляет 2,3 при рассмотрении значений длин соединений между усилительным элементом 145 с длиной L0, расположенным по окружности С, и усилительными элементами 146, расположенными по окружности С1 с радиусом R1 (при этом R1 меньше R), соседней с окружностью С.
Среднему специалисту в данной области техники будет понятно то, как «встроить» усилительные элементы в шину. Например, усилительные элементы могут быть наложены по одному друг за другом на шину, которой придана определенная форма, или на материал шины перед приданием формы.
Фиг.6 показывает в радиальном сечении протектор и часть боковины шины в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. В отличие от шины 10, показанной на фиг.5, шина содержит придающий жесткость усилитель 140, который не проходит вниз до бортовой проволоки 70. Действительно, внутренний в радиальном направлении конец 141 придающего жесткость усилителя 140 находится на такой высоте в радиальном направлении, что расстояние DAI между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой 71 бортовой проволоки 70 и внутренним в радиальном направлении концом 141 придающего жесткость усилителя 140 равно 16% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
Шина смонтирована на монтажном ободе 5, который содержит часть, которая образует седло обода и которая имеет расположенный в радиальном направлении снаружи борт 6 обода, имеющий по существу круглый профиль. Центр окружности (который определяет «центр борта 6 обода») показан с помощью ссылочной позиции J. Наружный в радиальном направлении конец 142 придающего жесткость усилителя 140 находится на прямой линии J2, которая проходит через центр J центра борта обода и образует угол α (альфа), который открыт в аксиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу, при этом угол α (альфа) в данном случае равен 114°.
Фиг.7 и 8 показывают в радиальном сечении борт и часть боковины шины в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения. Фиг.7 иллюстрирует то, что в шине в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения придающий жесткость усилитель 140 может проходить в аксиальном направлении снаружи от загнутой вверх части каркасного усилителя 60. Фиг.8 показывает, что придающий жесткость усилитель 140 необязательно находится снаружи от каркасного усилителя 60, но может быть расположен в аксиальном направлении внутри по отношению к последнему.
Шину в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, соответствующую шине, показанной на фиг.5, и контрольную шину, соответствующую шине, показанной на фиг.3, сравнивали при качении (размер при исследовании: 205/55 R16). Шина, показанная на фиг.5, обеспечивала улучшение сопротивления качению, соответствующее 0,4 кг на тонну, по отношению к контрольной шине при одновременном наличии такой же боковой жесткости, при той же нагрузке и том же внутреннем давлении в шине. В Таблице II показан данный тот же результат относительно сопротивления контрольной шины качению.
Реферат
Изобретение относится к шинам для пассажирских автомобилей и к бортам данных шин. Каждый борт содержит наполнитель (110) борта, образованный из резиновой смеси, при этом наполнитель борта проходит в радиальном направлении на расстоянии DBE в радиальном направлении от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта. Расстояние DBE в радиальном направлении меньше или равно 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении. По меньшей мере одна боковина шины также содержит придающий жесткость усилитель (140), образованный из множества металлических усилительных элементов (145, 146, 147), ориентированных под углом, который меньше или равен 10 градусам, относительно направления вдоль окружности шины. Технический результат - снижение сопротивлению качения. 9 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.
Формула
два борта (20), предназначенные для входа в контакт с монтажным ободом (5), при этом каждый борт содержит по меньшей мере один кольцевой усилительный конструктивный элемент (70);
две боковины (30), проходящие от бортов в радиальном направлении наружу, при этом две боковины соединяются в коронной зоне (25), содержащей усилитель (80, 90) коронной зоны, поверх которой расположен протектор (40);
по меньшей мере один каркасный усилитель (60), проходящий от бортов через боковины к коронной зоне, причем каркасный усилитель включает в себя множество каркасных усилительных элементов (61) и закреплен в двух бортах посредством части, загнутой вверх вокруг кольцевого усилительного конструктивного элемента таким образом, чтобы обеспечить образование в каждом борту основной части (62) и охватывающей части (63), при этом каждая охватывающая часть проходит в радиальном направлении наружу до конца (64), расположенного на определяемом в радиальном направлении расстоянии DRE от самой близкой к центру в радиальном направлении точки (71) кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, причем определяемое в радиальном направлении расстояние DRE больше или равно 5% и меньше или равно 20% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении;
при этом каждый борт содержит наполнитель (110) борта, образованный из резиновой смеси, причем наполнитель борта расположен, по меньшей мере частично, в радиальном направлении снаружи от кольцевого усилительного конструктивного элемента и, по меньшей мере частично, между основной частью и охватывающей частью каркасного усилителя, при этом наполнитель борта проходит в радиальном направлении на расстоянии DBE в радиальном направлении от самой близкой к центру в радиальном направлении точки кольцевого усилительного конструктивного элемента борта, при этом расстояние DBE в радиальном направлении меньше или равно 10% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении,
причем по меньшей мере одна боковина шины также содержит придающий жесткость усилитель (140), образованный из множества металлических усилительных элементов (145, 146, 147), ориентированных под углом, который меньше или равен 10 градусам, относительно направления вдоль окружности шины, при этом придающий жесткость усилитель расположен так, что расстояние DAE между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой (71) кольцевого усилительного конструктивного элемента и наружным в радиальном направлении концом (142) придающего жесткость усилителя больше или равно 20% и меньше или равно 40% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении, и так, что расстояние DAI между самой близкой к центру в радиальном направлении точкой (71) кольцевого усилительного конструктивного элемента и внутренним в радиальном направлении концом (141) придающего жесткость усилителя меньше или равно 20% от высоты Н профиля шины в радиальном направлении.
(а) каждый прерывистый усилительный элемент (145) с длиной L0, расположенный по окружности С, имеющей радиус R, механически соединен на длинах L11 и L12 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами (146), расположенными по окружности С1 с радиусом R1, то есть окружности, непосредственно соседней с окружностью С, при этом длина L11 соединения больше или равна 55% от L0 и меньше или равна 75% от L0 и длина L12 соединения больше или равна 10% от L0 и меньше или равна 30% от L0; и
(b) каждый прерывистый усилительный элемент (145) с длиной L0, расположенный по окружности С, имеющей радиус R, механически соединен на длинах L21 и L22 соединений с двумя прерывистыми усилительными элементами (147), расположенными по окружности С2 с радиусом R2, то есть окружности, непосредственно соседней с окружностью С1, при этом длина L21 соединения больше или равна 20% от L0 и меньше или равна 40% от L0 и длина L22 соединения больше или равна 45% от L0 и меньше или равна 65% от L0.
