Беговая дорожка протектора, имеющая зигзагообразные надрезы, и пластина для формирования таких надрезов
Изобретение относится к протекторам шин для автомобилей. Беговая дорожка протектора для пневматической шины содержит рельефный рисунок, состоящий из множества рельефных элементов в виде блоков и/или выступающих ребер, ограниченных канавками. Множество этих рельефных элементов снабжены по меньшей мере одним надрезом, ориентированным вдоль некоторого среднего направления, определяемого как угол между прямой, проходящей через концы данного надреза на поверхности качения и поперечным направлением беговой дорожки протектора. Каждый надрез ограничен стенками из каучуковой смеси и содержит по меньшей мере два участка, средняя ориентация которых, измеренная по отношению к поперечному направлению, отличается от средней ориентации этого надреза. По меньшей мере на некоторых из упомянутых участков, имеющих ориентацию, отличную от среднего направления данного надреза, сформирован по меньшей мере один выступ, локально уменьшающий ширину этого надреза по меньшей мере на 50% от его наибольшей ширины. В результате улучшается сцепление протектора шин с поверхностью дороги. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Предлагаемое изобретение относится к беговым дорожкам протектора пневматической шины и, в частности, к надрезам, которыми снабжены беговые дорожки протектора.
Пневматическая шина содержит беговую дорожку протектора, наружная в радиальном направлении поверхность которой или так называемая поверхность качения соответствует той поверхности пневматической шины, которая предназначена для вхождения в непосредственный контакт с дорогой в процессе качения данной пневматической шины. Беговая дорожка протектора содержит на своей поверхности качения объемный рисунок, образованный элементами рельефа, выступающими ребрами и/или блоками, отделенными друг от друга в поперечном направлении и/или в окружном направлении при помощи вырезов, выполненных в виде канавок, имеющих в целом поперечную и/или окружную ориентацию.
Для движения по дороге, которая является скользкой, например, в результате наличия на ней воды известно использование рельефных элементов рисунка беговой дорожки протектора, содержащих большее или меньшее количество надрезов, то есть вырезов относительно небольшой ширины по сравнению с шириной упомянутых канавок (в данном случае под канавкой следует понимать вырез, имеющий среднюю ширину, составляющую не менее 2 мм). Надрез соответствует пространству, ограниченному поверхностями каучукового материала, располагающимися друг против друга и отстоящими друг от друга на среднее расстояние, которое может изменяться в функции положения данного надреза в пневматической шине в том случае, когда она катится по дороге.
Преимущество большого количества надрезов заключается в формировании большого количества кромок взаимного пересечения поверхностей, ограничивающих каждый надрез, с поверхностью качения беговой дорожки протектора.
В общем случае наличие надреза, открывающегося на поверхность качения беговой дорожки протектора, причем этот надрез имеет среднее направление, определяемое как прямолинейное направление, проходящее своими концами по поверхности качения, имеет следствием уменьшение жесткости элемента объемного рисунка, в котором сформирован упомянутый надрез.
Вследствие этого, и принимая во внимание необходимость наличия большого количества кромок каучуковой смеси, образованных пересечением стенок, ограничивающих надрезы, беговая дорожка протектора, снабженная множеством надрезов, обеспечивает существенное снижение жесткости в направлении, параллельном среднему направлению надрезов, а также в направлении, перпендикулярном этому среднему направлению (уменьшение упругости на сдвиг под действием усилия, касательного к поверхности рельефных элементов при переходе в контакт с дорогой). На практике беговая дорожка протектора может содержать множество надрезов, имеющих по существу одну и ту же ориентацию. В направлении, перпендикулярном этому направлению, необходимо восстановить надлежащий уровень жесткости.
Известно выполнение надрезов, форма которых является волнистой или зигзагообразной, по меньшей мере, в каком-то одном направлении (либо в направлении глубины, либо в направлении длины надреза, либо в обоих этих направлениях). Этот тип надреза никак не влияет на изменение жесткости в направлении, перпендикулярном к среднему направлению надреза.
Объектом предлагаемого изобретения является беговая дорожка протектора, снабженная множеством надрезов, создающих значительную длину ребер, обеспечивая при этом ограничение снижения жесткости, в частности, в направлении, перпендикулярном среднему направлению этих надрезов.
Для решения поставленной задачи беговая дорожка протектора в соответствии с предлагаемым изобретением содержит рельефный рисунок, наружная часть которого образует поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой в процессе качения пневматической шины, оборудованной упомянутой беговой дорожкой, причем этот рельефный рисунок состоит из множества рельефных элементов, выполненных в виде блоков и/или выступающих ребер, которые отделены друг от друга канавками. В то же время, множество рельефных элементов снабжены по меньшей мере одним надрезом, ширина которого меньше ширины упомянутых канавок, причем каждый такой надрез ориентирован в соответствии с некоторым средним направлением (под углом от 0 до 90°), определяемым как угол между прямой, проходящей через концы данного надреза на поверхности качения, и поперечным направлением беговой дорожки протектора (это направление соответствует осевому направлению, ориентированному вдоль оси вращения пневматической шины, оборудованной беговой дорожкой в соответствии с предлагаемым изобретением). При этом каждый надрез ограничен стенками из каучуковой смеси и содержит по меньшей мере два участка, средняя ориентация которых, измеренная по отношению в поперечному направлению, отличается от средней ориентации надреза. Беговая дорожка протектора отличается тем, что по меньшей мере на некоторых из упомянутых участков надреза, имеющих направление, отличное от среднего направления этого надреза, сформирован, по меньшей мере, на одной из стенок, ограничивающих данный надрез, по меньшей мере один выступ, локально уменьшающий ширину этого надреза по меньшей мере на 50% от его наибольшей ширины с возможностью создания в результате сближения стенок контакта, ограничивающего деформацию в направлении, перпендикулярном среднему направлению данного надреза.
Предпочтительно, чтобы полная площадь поверхности упомянутого выступа на одной стенке не превышала 60% от полной площади поверхности этой стенки.
Благодаря такой геометрии надреза имеется возможность существенно уменьшить относительные перемещения стенок надреза по отношению к стенкам, располагающимся друг против друга: при переходе в зону контакта с дорогой закрытие надреза делается еще более эффективным в результате локального уменьшения его ширины при сохранении достаточной длины ребер на участках этого надреза, не закрывающихся полностью.
В данном случае под полной площадью поверхности выступа на одной стороне следует понимать сумму площадей поверхностей всех выступов, имеющихся на той же стороне. Площадь поверхности выступа соответствует площади поверхности на рассматриваемой стороне, ограниченной контуром этого выступа.
Предпочтительно, чтобы один или несколько выступов на одной и той же стенке были распределены между поверхностью качения и глубиной, составляющей 60% от глубины данного надреза, измеренной на этой стенке от наружной поверхности пневматической шины.
Предпочтительно также, чтобы угол наклона стенок, снабженных упомянутыми выступами, составлял, по меньшей мере, 15° по отношению к среднему направлению данного надреза. Под углом наклона стенки в данном случае следует понимать угол, который образует след рассматриваемой стенки на поверхности качения.
Целесообразно, чтобы были предусмотрены располагающиеся друг против друга стенки одного и того же участка надреза с располагающимися друг против друга выступами. Целесообразно также, в случае уменьшения ширины надреза по отношению к максимальной ширине этого надреза, формировать на стенке, располагающейся против стенки, содержащей по меньшей мере один выступ, некоторую полость, в которой упомянутый выступ будет размещаться при переходе в контакт с дорогой для того, чтобы в еще большей степени снизить изменение жесткости вследствие наличия данного надреза.
Целесообразно предусматривать по меньшей мере на некоторых из стенок шероховатость, которая усиливает эффект ограничения относительных движений между стенками в том случае, когда эти элементы закрываются, переходя в зону контакта с дорогой. Шероховатость может иметь, например, форму множества канавок и/или выступающих ребер, ориентированных, в частности, в направлении глубины надреза (то есть в направлении, образующем угол в 90° со следом надреза на наружной поверхности пневматической шины) или в любом другом направлении. Эти канавки могут быть выполнены только на некоторой части поверхности стенок, ограничивающих надрез, или на всей упомянутой поверхности.
Одно из преимуществ изобретения состоит в том, что при его использовании имеется возможность спроектировать рельефный рисунок беговой дорожки протектора, снабженный множеством надрезов, имеющих наклонную среднюю ориентацию (то есть направление, заключенное в диапазоне от 15 до 50° по отношению к осевому или поперечному направлению на пневматической шине), но без слишком сильно выраженного снижения жесткости, в определенных случаях нежелательного с точки зрения некоторых ожидаемых характеристик пневматической шины, в частности пневматической шины для легкового автомобиля.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере некоторые из надрезов были ограничены гранями с предусмотренными в направлении толщины беговой дорожки протектора другими наклонами; на виде в разрезе по плоскости, перпендикулярной среднему направлению надреза, упомянутые грани представляют зигзагообразные или волнистые следы. Предпочтительно, чтобы эти грани частично были снабжены по меньшей мере одним выступом, локально уменьшающим ширину надреза по меньшей мере на 50% от его ширины, причем полная площадь поверхности выступа на одной грани должна составлять не более 60% от полной площади поверхности этой грани. Эта форма реализации является особенно предпочтительной с точки зрения реализации пластины, предназначенной для формования надреза, а также с точки зрения устойчивости этой пластины к усилиям формования. Действительно, представляется важным сохранить геометрию пластины, несмотря на большое число циклов формования, особенно в случае пластины небольшой толщины (составляющей менее 0,6 мм).
В данном изобретении также предлагается пластина средней толщины, предназначенная для формования надреза, причем эта пластина содержит множество частей, образующих волнистость или зигзаги в некотором первом направлении XX' и волнистость или зигзаги в некотором втором направлении УУ', причем это второе направление является перпендикулярным первому направлению XX', и эта пластина содержит полые части, снижающие толщину надреза по меньшей мере на 50%.
Способ получения такого надреза состоит, например, в формовании пластины и в удалении с нее соответствующего количества металла для создания полостей, предназначенных для формования выступов на беговой дорожке протектора, а затем в придании этой пластине при помощи штамповки общей зигзагообразной формы. Сформированные таким образом полости закрываются тонкой пленкой, предусмотренной для формования частей надреза, имеющих малую ширину.
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров и форм реализации объекта изобретения, сопровождаемого ссылками на приведенные фигуры, в числе которых:
фиг.1 представляет собой вид поверхности элемента рельефного рисунка беговой дорожки протектора, содержащего надрез в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.2 представляет собой тот же вид, что и на фиг.1, но в положении контакта пневматической шины с дорогой;
фиг.3 представляет собой вид варианта реализации пластины, предназначенной для формования надреза в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.4 представляет собой вид в разрезе по линии IV-IV, показанной на фиг.3;
фиг.5 представляет собой вид варианта реализации надреза в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.6 представляет собой вид выступающего ребра, содержащего множество надрезов в соответствии с другим вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.1 представлен вид сверху поверхности контакта 2 элемента рельефа (блока рельефного рисунка) беговой дорожки протектора в соответствии с предлагаемым изобретением. Эта поверхность контакта 2 образует часть поверхности качения упомянутой беговой дорожки. Здесь можно видеть след 3 надреза 4, имеющего среднее направление XX', образующее нулевой угол с поперечным направлением беговой дорожки (это направление совпадает с направлением оси вращения в том случае, когда беговая дорожка протектора установлена на пневматической шине).
В данном случае под термином "след" надо понимать среднюю условную линию, проведенную на поверхности качения по существу на одинаковых расстояниях от ребер 41, 42 стенок из каучуковой смеси, ограничивающих данный надрез и рассекающих эту поверхность контакта 2.
След 3 остается неизменным в толще беговой дорожки протектора; это означает, что данный след будет оставаться таким же при любой степени износа беговой дорожки (новая или изношенная наполовину беговая дорожка).
След 3 содержит концевые части 5, 6, имеющие то же направление, что и среднее направление XX' данного надреза, и промежуточные части 7, 8, 9, образующие углы, составляющие 45°, с упомянутым средним направлением XX'.
На каждой из стенок, ограничивающих надрез 4 и следы которых образуют промежуточные части 7, 8, 9 на поверхности качения, предусмотрен выступ 10, предназначенный для уменьшения ширины (или, соответственно, толщины) надреза примерно на 70%. Максимальная ширина Е надреза в рассматриваемом случае составляет 0,6 мм, тогда как минимальная ширина е надреза в его узкой части составляет 0,2 мм.
На фиг.2 представлен тот же надрез 4 при его прохождении в зоне контакта с дорогой: здесь можно видеть, что на стенках, содержащих по меньшей мере один выступ 10, устанавливается контакт между располагающимися друг против друга стенками, что позволяет, вследствие усилий трения, возникающих при этом между упомянутыми стенками, повысить жесткость на сдвиг в направлениях, отличных от среднего направления надреза, и тем самым восстановить жесткость в направлении, перпендикулярном упомянутому среднему направлению XX' надреза.
На фиг.3 схематически представлена пластина 100, предназначенная для формования надреза в соответствии с предлагаемым изобретением. Эта пластина 100 изготовлена из металла и имеет максимальную среднюю толщину Е, составляющую 0,6 мм (эта толщина по существу равна ширине надреза, отформованного с использованием этой пластины). Эта пластина 100 имеет в целом зигзагообразную геометрию в двух основных направлениях. Первое из этих направлений XX' соответствует направлению следа надреза, отформованного с использованием этой пластины, на поверхности качения; второе направление УУ' соответствует направлению, перпендикулярному направлению XX', и эквивалентно направлению толщины беговой дорожки протектора, внутри которой формуется надрез с использованием пластины 100. Надрез, отформованный с использованием этой пластины 100, образует след на беговой дорожке протектора, который имеет зигзагообразную форму и имеет, кроме того, зигзагообразную форму по глубине этой беговой дорожки.
Пластина 100 содержит в направлении XX' последовательность из шести частей, обозначенных позициями с 101 по 106. Каждая из этих частей пластины сама в свою очередь образована в направлении УУ' последовательностью граней, образующих между собой угол, отличный от 180°.
В примере реализации, представленном схематично, первые грани каждой из частей 101, 102, 103, 104, 105, 106 предназначены для того, чтобы быть зафиксированными в форме, а другие грани предназначены для формования надреза в беговой дорожке протектора. На гранях центральных частей 103 и 104 механической обработкой выполняется вырез или полая зона 110 таким образом, чтобы тонкая пленка металла 111 небольшой толщины была сохранена для формования узкой части надреза. Толщина этой металлической пленки 111 составляет менее 0,1 мм и даже может быть менее 0,05 мм. Предпочтительно, чтобы площадь поверхности этой выемки не превышала 50% от площади поверхности той части пластины, на которой эта выемка реализована (в рассматриваемом здесь случае она составляет примерно 30%).
На фиг.4 представлен вид пластины 100 в разрезе по линии IV-IV, показанной на фиг.3. Выбранная плоскость разреза проходит через выемку 110. Преимущество пластины такого типа состоит, таким образом, в том, что имеется возможность получить локально очень малую толщину (менее 0,1 мм), сохраняя при этом жесткость пластины 100 в целом, достаточную для того, чтобы обеспечить возможность выполнения большого числа циклов формования надрезов в беговой дорожке протектора из каучукового материала с использованием этой пластины. Это преимущество оказывается особенно выгодным в случае пластины, имеющей волнистость или зигзаги в направлении УУ' (то есть в направлении толщины беговой дорожки протектора) и которая вследствие этого является особенно чувствительной к воздействию усилий формования.
Для того чтобы изготовить такую пластину, используются следующие этапы:
- при помощи механической обработки в металлической заготовке, имеющей требуемую среднюю толщину пластины, выполняют в предусмотренных местах по меньшей мере одну полую часть, сохраняя при этом пленку металла толщиной менее 50% от максимальной средней толщины упомянутой заготовки;
- придают металлической заготовке, снабженной по меньшей мере одной полой частью, форму, соответствующую общей форме данной пластины, содержащей множество волн или зигзагов в двух различных направления (например, в двух перпендикулярных друг другу направлениях).
На фиг.5 представлен вид сверху на поверхность качения беговой дорожки протектора, где можно видеть след 20 надреза, имеющего среднее направление XX' и цилиндрическую в целом геометрию (ось этого цилиндра является по существу перпендикулярной к поверхности качения). Направление XX' образует нулевой угол с поперечным направлением беговой дорожки. В направлении толщины этой беговой дорожки протектора (то есть в направлении, перпендикулярном плоскости данной фигуры) надрез представляет волнистость, ограничивающую относительные движения располагающихся друг против друга поверхностей.
Этот след надреза в виде дуги окружности содержит две промежуточные части 22, 24, имеющие на соответствующих участках надреза ширину, уменьшенную по сравнению со средней шириной других частей этого надреза (концевые части 21, 25, средняя часть 23). Эти промежуточные части 22, 24 имеют следы на поверхности качения, которые имеют направление, образующее угол в диапазоне от 10 до 30° (под направлением здесь следует понимать угол, который образует касательная в произвольной точке рассматриваемой части). В варианте, иллюстрируемом на фиг.6, этот надрез содержит две цилиндрические части, располагающиеся так, чтобы одна часть продолжала другую с тем, чтобы сформировать на поверхности качения беговой дорожки протектора след 20' в форме буквы S. Средняя ориентация этого надреза соответствует прямой XX', проходящей через концевые точки следа данного надреза. След 20' содержит три области 21', 23' и 25', имеющие уменьшенную ширину по сравнению с шириной двух других областей 22' и 24', определяемых как области, для которых касательные прямые в любой точке их следа образуют со средним направлением XX' надреза небольшие или даже нулевые углы (под небольшим углом в данном случае следует понимать угол, величина которого меньше 10°). Среднее направление XX' совпадает с поперечным направлением беговой дорожки (то есть с направлением, перпендикулярным продольному направлению беговой дорожки).
Предлагаемое изобретение не ограничивается описанными выше примерами, в которые могут быть внесены различные модификации, не выходящие за рамки изобретения.
1. Беговая дорожка протектора для пневматической шины, содержащая рельефный рисунок, наружная часть которого образует поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой в процессе качения пневматической шины, оборудованной упомянутой беговой дорожкой, причем рельефный рисунок состоит из множества рельефных элементов в виде блоков и/или выступающих ребер, ограниченных канавками, имеющими некоторую ширину, причем множество этих рельефных элементов (1) снабжено по меньшей мере одним надрезом (4), максимальная ширина которого (Е) меньше ширины упомянутых канавок, и каждый надрез (4) ориентирован вдоль некоторого среднего направления XX', определяемого как угол между прямой, проходящей через концы данного надреза на поверхности качения, и поперечным направлением беговой дорожки протектора, причем каждый надрез (4) ограничен стенками из каучуковой смеси и содержит по меньшей мере два участка, среднее направление которых, измеренное по отношению к поперечному направлению, отличается от среднего направления этого надреза, отличающаяся тем, что по меньшей мере на некоторых из упомянутых участков, имеющих направление, отличное от среднего направления данного надреза, сформирован по меньшей мере один выступ (10), локально уменьшающий ширину этого надреза по меньшей мере на 50% от его наибольшей ширины (Е) для обеспечения возможности контакта трения между располагающимися друг против друга стенками по меньшей мере в зоне контакта беговой дорожки протектора с дорогой.
2. Беговая дорожка протектора по п.1, отличающаяся тем, что полная площадь поверхности упомянутого выступа на одной стенке не превышает 60% от полной площади поверхности этой стенки надреза.
3. Беговая дорожка протектора по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что угол, образованный стенками, снабженными упомянутыми выступами, со средним направлением данного надреза составляет по меньшей мере 15°.
4. Беговая дорожка протектора по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере некоторые из стенок, ограничивающих надрез, снабжены шероховатостью, усиливающей эффект ограничения относительных движений между упомянутыми стенками.
5. Беговая дорожка протектора по п.4, отличающаяся тем, что упомянутая шероховатость содержит множество выступающих ребер, ориентированных по существу под углом 90° по отношению к следу надреза на поверхности качения по меньшей мере на одной стенке, ограничивающей надрез.
6. Беговая дорожка протектора по п.1, отличающаяся тем, что она содержит множество надрезов, среднее направление XX' которых образует с поперечным направлением угол, имеющий величину в диапазоне от 15° до 50°.
7. Беговая дорожка протектора по п.1, отличающаяся тем, что надрезы, в которых по меньшей мере одна стенка снабжена выступом, имеют зигзагообразную форму на виде в разрезе по плоскости, перпендикулярной среднему направлению данного надреза.
8. Пластина (100), имеющая среднюю толщину (Е) и предназначенная для формования надреза, по одному из пп.1-7, причем пластина (100) содержит множество частей, образующих волнистость или зигзаги в некотором первом направлении XX' и волнистость или зигзаги в некотором втором направлении YY', причем второе направление YY' является перпендикулярным первому направлению XX', при этом пластина (100) содержит полые части, уменьшающие толщину надреза по меньшей мере на 50%.
9. Способ изготовления пластины (100), предназначенной для формования надреза в беговой дорожке протектора в соответствии с пп.1-7, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:
при помощи механической обработки в металлической заготовке выполняют в предусмотренных для этого местах по меньшей мере одну полую часть, сохраняя при этом пленку металла толщиной менее 50% от максимальной средней толщины упомянутой заготовки;
придают металлической заготовке, снабженной по меньшей мере одной полой частью, форму, соответствующую общей форме пластины (100), содержащей множество волн или зигзагов в двух различных направлениях.
