Протектор шины, имеющий улучшенное устройство снижения шума

Изобретение относится к конструкции протектора автомобильной шины, в которой предусмотрено гибкое устройство, уменьшающее шумы, связанные с резонансом воздуха, проникающего вдоль канавок в направлении всей окружности шины. Протектор (1) для шины изготовлен из резинового материала с твердостью по Шору А, по меньшей мере, 65. Протектор имеет, по меньшей мере, одну канавку (2) с общим направлением по окружности, имеющую ширину W и глубину D. Канавка (2) ограничена двумя противоположными частями протектора, соединенными вместе дном (21) канавки. Протектор содержит множество закрывающих мембран (4), сформированных в, по меньшей мере, одной канавке (2) с общим направлением по окружности. Каждая закрывающая мембрана (4) закрывает канавку (2) на, по меньшей мере, 50% поперечного сечения упомянутой канавки, при этом каждая закрывающая мембрана (7) имеет среднюю толщину не более 2 мм и выполнена с возможностью изгибания при прохождении жидкости. Закрывающие мембраны (4) сформированы из материала с твердостью по Шору А не более 62, причем эта твердость по Шору А меньше твердости по Шору А протектора. Технический результат - уменьшение резонансных шумов при сохранении хороших характеристик удаления воды в дождливую погоду. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к протектору шины, в котором предусмотрено гибкое устройство, уменьшающее шумы, связанные с резонансом воздуха, протекающего вдоль канавок в направлении всей окружности шины.

Уровень техники

Известно, что, когда шина катится по поверхности дороги и пятно контакта этой шины входит в соприкосновение с поверхностью дороги, воздух начинает циркулировать в трубке, образованной канавкой в направлении всей окружности и поверхностью самой дороги и открытой на обоих концах. Воздух в этой трубке формирует вибрирующий столбик воздуха, резонансная частота которого зависит от длины между двумя концами трубки и, поэтому, от длины канавки, находящейся в контакте с поверхностью дороги.

Резонанс воздуха в канавках имеет эффект генерирования шума внутри автомобиля, на котором установлены эти шины, и шума снаружи автомобиля.

Внутренние и внешние шумы обычно соответствуют частоте приблизительно 1 кГц, которая представляет собой частоту, к которой ухо человека является особенно чувствительным. Для уменьшения таких резонансных шумов известна практика использования множества относительно тонких закрывающих мембран, изготовленных из резинового материала, который устанавливают в каждой канавке в направлении вдоль внешней окружности или, в общем, в направлении внешней окружности, и каждая из закрывающих мембран занимает полное поперечное сечение канавки или, по меньшей мере, большую часть ее поперечного сечения. Каждая закрывающая мембрана может проходить от нижней части канавки или может быть закреплена на, по меньшей мере, одной из стенок, которые отграничивают упомянутую канавку. Относительно тонкая означает, что каждая закрывающая мембрана может изгибаться для того, чтобы открывать поперечное сечение канавки под действием потока жидкости, в частности, при движении в дождливую погоду.

Благодаря таким закрывающим мембранам длина столбика воздуха в каждой канавке, продолжающейся вдоль внешней окружности, уменьшается по сравнению с общей длиной канавки в пятне контакта, и в результате этого происходит изменение резонансной частоты. Частота сдвигается в направлении значения резонансной частоты, к которой ухо человека менее чувствительно.

Конечно, для поддержания функции удаления воды при движении по влажной поверхности дороги необходимо, чтобы эта мембрана могла существенно отгибаться под действием давления воды и, таким образом, открывать поперечное сечение канавки. Были предложены различные решения такого типа для уменьшения резонанса столбика воздуха, вибрирующего в канавках.

Такой подход, например, описан в патентном документе EP 0908330 B1, и, в частности, на фиг. 4a этого патента.

Однако в некоторых шинах, протектор которых изготовлен из резинового материала с очень высокой твердостью по Шору А, использование такого решения предшествующего уровня техники приводит к ряду недостатков.

Один из этих недостатков связан с тем фактом, что для получения очень гибкой мембраны, которая поддерживает хорошие свойства потока воды в дождливую погоду, толщина такой мембраны должна была быть уменьшена с учетом очень высокой твердости по Шору А материала, из которого изготовлен протектор.

Другой недостаток, который также комбинируется с предыдущим недостатком, связан с тем фактом, что формование такой очень тонкой мембраны становится более трудным. В частности, заполнение сырым материалом полостей, сформированных с этой целью в форме для формования каждой мембраны, является трудным, а может быть абсолютно невозможным. Фактически, этот материал становится блокированным и вулканизируется даже до того, как он полностью заполнит промежуток, предусмотренный для формования такой мембраны, такая вулканизация становится следствием очень малой толщины мембраны. В результате, при использовании материала с очень высокой твердостью по Шору А полученная закрывающая мембрана только частично блокирует поперечное сечение канавки, в которой сформирована такая закрывающая мембрана. Это приводит к дефекту формования, в результате чего возникает резонансный шум, который не полностью уменьшен, когда шина новая.

Определения

Канавка представляет собой объем в пространстве, ограниченный противоположными стенками материала, соединенными дном канавки. Канавка имеет ширину, соответствующую среднему расстоянию, разделяющему две противоположные стенки материала, и глубину, которая, по существу, составляет высоту стенок. Противоположные стенки канавки не входят в контакт друг с другом при нормальных условиях использования шины.

Пятно контакта шины: когда шина катится с ее номинальным монтажным ободом, условиями давления и нагрузки использования (в соответствии с определением в таких стандартах, как E.T.R.T.O. и J.A.T.M.A. или стандартов T.R.A.), формируется площадь контакта (или пятно контакта), представляющая контакт между шиной и поверхностью дороги.

Твердость по Шору А резиновых составов после отверждения измеряется в соответствии со стандартом 1997 ASTM D2240.

В настоящей заявке считается, что материал имеет высокое значение твердости по Шору А, если его твердость по Шору А, по меньшей мере, равна 65.

Задачей изобретения является создание протектора шины, изготовленного из материала с высоким значением твердости по Шору А и, в котором в канавках во всем направлении окружности предусмотрены закрывающие мембраны, которые уменьшают резонансные шумы, в то время как одновременно поддерживают хорошие характеристики удаления воды в дождливую погоду. Такие закрывающие мембраны выполняют с возможностью их формования без возникновения недостатков закрывающих мембран предшествующего уровня техники.

Сущность изобретения

Для решения этой задачи согласно изобретению предложен протектор для шины, изготовленный из резинового материала с твердостью по Шору А, по меньшей мере, 65, при этом протектор имеет, по меньшей мере, одну канавку с общим направлением по окружности, имеющую ширину W и глубину D, причем канавка ограничена двумя противоположными частями протектора, соединенными вместе дном канавки, при этом протектор содержит множество закрывающих мембран, сформированных в, по меньшей мере, одной канавке с общим направлением по окружности, причем каждая закрывающая мембрана закрывает канавку на, по меньшей мере, 50% поперечного сечения упомянутой канавки, при этом каждая закрывающая мембрана имеет среднюю толщину не более 2 мм и выполнена с возможностью изгибания при прохождении жидкости. Закрывающие мембраны сформированы из материала с твердостью по Шору А не более 62, причем эта твердость по Шору А меньше твердости по Шору А протектора.

Способ формования такой структуры был описан в заявке на патент, поданной в 2009 году и относящийся к съемному устройству для формования гибкой стенки в канавке протектора шины. В этой заявке (опубликована 23.12.2010 под номером WO 2010/146180) описана форма такого типа, которая содержит расположенные вдоль окружности элементы облицовки, предназначенные для формирования структуры протектора для протектора шины, и эти элементы облицовки содержат борта, предназначенные для формирования углублений в канавках структуры протектора. Такая форма дополнительно содержит одну или более вставок, каждая из которых содержит корпус, закрепленный на облицовке, и головку. Вставки имеют прорезь или один или более резервных участков, выполненных на одной или другой из сторон вставки, причем прорези или резервные участки предназначены для того, чтобы упростить формование тонкой гибкой мембраны, которая сочленена с, по меньшей мере, одной из стенок канала. Вставки расположены на, по меньшей мере, одном из бортов так, что прорезь или резервные участки располагаются по существу перпендикулярно продольному направлению канала.

Предпочтительно, разница между твердостью по Шору А материала, из которого изготовлена покрышка, и материала, из которого формируют закрывающие мембраны, составляет, по меньшей мере, 10 единиц.

Предпочтительно, каждая закрывающая мембрана закрывает канавку на, по меньшей мере, 90% ее поперечного сечения.

Такая комбинация материалов с определенной твердостью по Шору А означает, что в результате формования могут быть получены тонкие мембраны (не более 2 мм толщиной), которые занимают все требуемое поперечное сечение канавки и которые после вулканизации могут легко изгибаться под действием давления жидкости, протекающей вдоль канавок.

Предпочтительно, закрывающие мембраны соединены с дном канавки, это означает, что они интегрированы в материал, который, по меньшей мере, частично формирует дно канавки. Предпочтительно, материал, из которого изготовлено дно канавки, то есть материал, который продолжается на глубину, по меньшей мере, 1 мм от дна канавки, отличается от материала, из которого изготовлен протектор и имеет твердость по Шору А меньше, чем твердость по Шору А материала протектора, и составляющую не более 62.

Под материалом, который, по меньшей мере, частично формирует дно канавки, понимают материал, который может продолжаться в направлении вдоль внешней окружности всей длины окружности этой канавки или, в качестве альтернативы, только на каждой стороне каждой закрывающей мембраны, по более короткой длине, чем расстояние, отделяющее две закрывающие мембраны в упомянутой канавке.

Этот материал на дне канавки может быть идентичен материалу, из которого изготовлены закрывающие мембраны или, в качестве альтернативы, может иметь твердость по Шору А, которая находится между твердостью материала, из которого изготовлен протектор, и твердостью материала, из которого изготовлены закрывающие мембраны, с тем, чтобы исключить любую концентрацию нагрузки в месте, где закрывающие мембраны соединяются с дном канавок.

Толщина каждой закрывающей мембраны равна, по меньшей мере, 0,2 мм, и самое большее равна 2,0 мм для шины, установленной на пассажирском транспортном средстве. Предпочтительно, каждая канавка закрыта, по меньшей мере, более чем на 50% ее поперечного сечения и, более предпочтительно, все еще, по меньшей мере, на 70%.

Другие особенности и преимущества изобретения будут понятны из описания, представленного ниже со ссылкой на приложенные чертежи, которые, в качестве неограничительных примеров, представляют некоторые варианты осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 - вид сверху части протектора в соответствии с изобретением, формирующей пятно контакта с поверхностью дороги;

фиг. 2 - локальное поперечное сечение через протектор по линии II-II с фиг. 1;

фиг. 3 - то же самое поперечное сечение, как и на фиг. 2, в конфигурации движения по поверхности дороги, которая покрыта водой;

фиг. 4 - частичный вид сверху альтернативной формы протектора согласно изобретению, в соответствии с которой материал, который формирует дно канавки и каждую сторону каждой закрывающей мембраны, отличается от материала протектора;

фиг. 5 - поперечное сечение по линии V-V с фиг. 4;

фиг. 6 - вид в поперечном сечении другой альтернативной формы протектора в соответствии с изобретением; и

фиг. 7 - другая альтернативная форма изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан вид в плане протектора 1, который установлен на шине с размером 225/55R16. В показанном протекторе 1 предусмотрены две основные прямые канавки 2 в направлении вдоль окружности (это направление обозначено на чертеже осью XX'). Канавки вдоль окружности имеют среднюю ширину W, равную 10 мм, и глубину D (показана на фиг. 2), составляющую 8 мм. Протектор содержит множество элементов, внешние поверхности которых формируют поверхность 3 протектора, предназначенную для контакта с поверхностью дороги во время движения.

Внутри области, отмеченной пунктирными линиями на фиг. 1, представлен контур 5 пятна контакта, который находится в контакте с поверхностью дороги, когда такая шина подвергается ее номинальным условиям использования, а именно когда она накачана до давления 2,5 бара и на нее воздействует нагрузка 677 деканютонов. В этом примере средняя длина L пятна контакта, находящаяся в контакте с поверхностью дороги, равна 143 мм.

Столбик воздуха формируется в каждой основной канавке 2, проходящей через контакт с поверхностью дороги во время движения, и он начинает вибрировать и входит в резонанс на частоте, которая составляет функцию длины столбика воздуха. Для того чтобы модифицировать резонансную частоту каждого столбика воздуха, эту длину уменьшают. По этой причине, каждая канавка 2 по внешней окружности имеет множество закрывающих мембран 5, которые закрывают каждую канавку. Среднее расстояние P между закрывающими мембранами меньше длины L пятна контакта, так что всегда, по меньшей мере, одна из закрывающих мембран присутствует в пятне контакта для каждой канавки. В представленном случае каждая закрывающая мембрана 4 продолжается от нижней части канавки 2 и на высоту 7,5 мм. Толщина этих закрывающих мембран 4, в данном случае, равна 0,8 мм.

В этом случае закрывающие мембраны 4 канавки сформированы из материала, который имеет твердость по Шору А, равную 35. Материал, из которого сформирован протектор, имеет твердость по Шору А 67.

На фиг. 2 показано локальное поперечное сечение протектора с фиг. 1, и это поперечное сечение показано по линии II-II.

На фиг. 2 показаны закрывающие мембраны 4, которые находятся в неотогнутом положении и закрывают поперечное сечение канавок 2 на, по меньшей мере, 80% поперечного сечения упомянутых канавок. На фиг. 2 показано, что закрывающие мембраны 4 имеют основание 41, соединенное с нижней частью 21 канавки 2 вплоть до высоты H, которая, в данном конкретном случае, равна 93% глубины D канавки 2. Кроме того, закрывающая мембрана 4 занимает фактически всю ширину канавки 2, хотя она действительно оставляет соответствующий зазор, который обеспечивает легкий изгиб закрывающей мембраны 4, когда поток жидкости протекает вдоль канавки.

В конфигурации движения по сухой поверхности дороги потока одного воздуха недостаточно для отгибания закрывающих мембран 4, и последние, поэтому, закрывают канавки для уменьшения длины столбика воздуха при вибрации, как показано на фиг. 2.

На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении в той же точке, что и поперечное сечение, показанное на фиг. 2, когда шина катится по поверхности дороги, покрытой водой. На фиг. 3 показано, что закрывающая мембрана 4 отклоняется, когда она находится в пятне контакта, обеспечивая, таким образом, возможность протекания воды. Благодаря большей упругости и большей гибкости материала, из которого изготовлены закрывающие мембраны 4 по сравнению с основным материалом протектора, можно выполнить закрывающие мембраны достаточно гибкими, что обеспечивает возможность протекания воды и, таким образом, ограничивает риск аквапланирования. После отклонения каждая мембрана принимает высоту H*, измеряемую от дна 21 канавки, и высота H* вся становится тем меньше, чем меньше толщина закрывающей мембраны (в данном случае эта толщина равна 0,8 мм). Чем ниже твердость по Шору А материала, из которого сформирована закрывающая мембрана, тем меньше высота H*.

На фиг. 4 показан частичный вид в плане альтернативной формы протектора в соответствии с изобретением таким образом, что материал, из которого сформировано дно 21 канавки с обеих сторон каждой закрывающей мембраны 4, отличается от материала, из которого изготовлен протектор.

В этой альтернативной форме каждая закрывающая мембрана 4 содержит основание 41 (см. фиг. 5), которое соединено с дном 21 канавок 2. На фиг. 4 показано, что вдоль окружности с обеих сторон закрывающей мембраны 4 дно 41 канавки изготовлено из материала, который идентичен материалу, из которого выполнена закрывающая мембрана 4. Преимущество такой структуры состоит в том, что она позволяет проще формовать мембрану, обеспечивая то, что основание мембраны будет правильно сформовано из материала с малой твердостью по Шору А. Другое преимущество составляет лучшая гибкость мембран, изгибающихся вокруг своего основания.

На фиг. 5 показан вид в поперечном сечении по линии V-V с фиг. 4. На фиг. 5 показано, что по толщине протектора от дна 41 канавки 4 продолжается материал, из которого изготовлена закрывающая мембрана 4, который представляет собой тот же материал 11 с толщиной (U), по меньшей мере, 1 мм, и эта толщина измеряется относительно дна 21 канавки.

В другой альтернативной форме, показанной на фиг. 6, протектор 1 изготовлен из материала с твердостью по Шору А, равной 70, и этот материал формирует поверхность 3 качения протектора. Каждая закрывающая мембрана изготовлена из материала с твердостью по Шору А, равной 50, и соединена на своем основании 41 с дном 21 канавки 2. Для улучшения соединения между каждой закрывающей мембраной 4 и протектором 1 часть 11, расположенная ниже дна 41 канавки и толщины U, состоит из материала с твердостью по Шору А, которая находится где-то между твердостью материала протектора и твердостью материала закрывающих мембран. В этом конкретном случае твердость по Шору А дна 41 канавки равна 60.

На фиг. 7 показана другая альтернативная форма изобретения, в которой все закрывающие мембраны 4 изготовлены из материала, имеющего твердость по Шору А, не превышающую твердость по Шору А материала, из которого изготовлен протектор, и, кроме того, по меньшей мере, на 10 единиц ниже, чем твердость по Шору А материала, из которого изготовлен протектор. Кроме того, для того, чтобы закрывающие мембраны 4 еще легче отклонялись под действием потока жидкости, они наклонены под углом J относительно перпендикуляра T к поверхности 3 протектора. Направление закрывающих мембран 4 установлено таким образом, чтобы каждая закрывающая мембрана в своем исходном состоянии (что означает состояние, в котором она выходит из производственной формы) находится в квадранте, в котором закрывающая мембрана 4 будет отклоняться под действием потока жидкости, и этот поток направлен в направлении F, противоположном направлению М движения шины. Такая конфигурация, конечно, накладывает предпочтительное направление движения шины, в которой предусмотрен упомянутый протектор, при этом можно обозначить такое предпочтительное направление движения с помощью видимого устройства, закрепленного на шине. Угол J наклона, измеряемый относительно перпендикуляра T к поверхности протектора на протекторе, предпочтительно выбирают так, чтобы он составлял не более 30 градусов.

Изобретение не ограничено описанными и представленными примерами, и различные модификации могут быть выполнены для него без выхода за пределы его объема. В частности, одни и те же закрывающие мембраны можно использовать для закрывания канавок, которые направлены поперечно или под наклоном.

1. Протектор (1) для шины, изготовленный из резинового материала с твердостью по Шору А, по меньшей мере, 65, при этом протектор имеет, по меньшей мере, одну канавку (2) с общим направлением по окружности, имеющую ширину W и глубину D, причем канавка (2) ограничена двумя противоположными частями протектора, соединенными вместе дном (21) канавки, при этом протектор содержит множество закрывающих мембран (4), сформированных в, по меньшей мере, одной канавке (2) с общим направлением по окружности, причем каждая закрывающая мембрана (4) закрывает канавку (2) на, по меньшей мере, 50% поперечного сечения упомянутой канавки, при этом каждая закрывающая мембрана (7) имеет среднюю толщину не более 2 мм и выполнена с возможностью изгибания при прохождении жидкости, отличающийся тем, что закрывающие мембраны (4) сформированы из материала с твердостью по Шору А не более 62, причем эта твердость по Шору А меньше твердости по Шору А протектора.

2. Протектор (1) по п.1, отличающийся тем, что разность твердости по Шору А материала, из которого сформирован протектор, и твердости по Шору А материала, из которого сформированы закрывающие мембраны (4), составляет, по меньшей мере, 10 единиц.

3. Протектор по п.1, отличающийся тем, что закрывающие мембраны (4) проходят в каждой канавке (2) от дна (21) канавки.

4. Протектор по п.2, отличающийся тем, что закрывающие мембраны (4) проходят в каждой канавке (2) от дна (21) канавки.

5. Протектор по п.3, отличающийся тем, что каждая закрывающая мембрана (4) закрывает канавку (2) на, по меньшей мере, 90% поперечного сечения канавки.

6. Протектор по п.3, отличающийся тем, что материал, из которого изготовлено дно (21) канавки, то есть материал, который проходит на глубину, по меньшей мере, 1 мм от дна канавки, отличается от материала, из которого изготовлен протектор, имеет твердость по Шору А, которая меньше твердости по Шору А материала протектора, и составляет не более 62.

7. Протектор по п.6, отличающийся тем, что материал на дне (21) канавки имеет твердость по Шору А, которая находится между твердостью материала, из которого изготовлен протектор, и твердостью по Шору А материала, из которого изготовлены закрывающие мембраны (4).

8. Протектор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что все закрывающие мембраны (4) наклонены на один и тот же угол (J), измеряемый относительно перпендикуляра поверхности качения протектора и составляющий не более 30 градусов.