Пневматическая шина с кольцеобразной вогнутостью боковины
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Пневматическая шина имеет нерастяжимый протектор (30), по бокам которого располагаются две плечевые области (34) и две нерастяжимые бортовые области (36) для установки шины на колесо, причем каждая бортовая область соединяется через боковину с соответствующей бортовой областью. Каждая боковина содержит первый участок (38), проходящий внутрь по ширине шины от одной из бортовых областей (36) к области (40) изгиба, и второй участок (42), проходящий наружу по ширине шины от области (40) изгиба к соответствующей одной из плечевых областей (34). Нерастяжимая конфигурация (44, 46, 56) для ограничения периметра и радиальная усиливающая конструкция (48, 50, 52) связаны с первым участком (38) каждой из боковин и, таким образом, ограничивают радиальный изгиб первого участка (38) и сохраняют кольцеобразную вогнутость между бортовой областью (36) и плечевой областью (34). Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик шины. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к пневматической шине, и в частности к пневматической шине с кольцеобразной вогнутостью боковины.
Как показано на фигуре 1A, традиционная пневматическая шина 200, как правило имеет протектор 202 для взаимодействия с опорной поверхностью, два борта 204 для установки шины на колесо 206 и две боковины 208, каждая из которых проходит от одного из бортов к соответствующей стороне протектора. Обычно боковины имеют немного выпуклую форму и работают в основном как "мембрана", растягиваясь под действием внутреннего давления и воспринимая нагрузку преимущественно посредством растяжения в плоскости. Как правило, боковины имеют небольшую способность выдерживать сжатие в плоскости и в случае уменьшения вертикальной высоты (например, из-за повышения нагрузки или уменьшения давления воздуха) они стремятся сплющиться наружу, как показано на фигуре 1B. В этом состоянии шина значительно теряет устойчивость к воздействию боковых сил, легко деформируясь при вращении с получением формы, показанной на фигуре 1C, с боковым смещением 210.
Конструкция пневматической шины, предложенная в международной заявке на изобретение WO 2013/014676 A1 (далее именуемой как «публикация 676»), предусматривает шину, частично показанную на фигуре 2 (соответствующей фигуре 6A «публикации 676», ссылочные обозначения указаны в скобках), в которой боковины имеют V-образный поперечный профиль, задающий кольцевую канавку между радиально-внутренней конической поверхностью (150) и радиально-внешней конической поверхностью (130). Предложенная V-образная геометрическая форма боковины обеспечивает различные преимущества, например поддержание контакта протектора с опорной поверхностью при высоких нагрузках и/или низких рабочих давлениях с сохранением в то же время боковой устойчивости.
Для поддержания V-образной геометрической формы под действием внутреннего давления воздуха, выталкивающего V-образный каркас боковины наружу, в публикации 676 предусмотрены жесткие в радиальном направлении внутренняя и наружная конические поверхности (130, 150), между которыми возникает эффект клина (“блокировки клапана”). Чтобы обеспечить радиальную жесткость на максимальной площади боковины, используется конструкция с большой толщиной и весом, поскольку для получения эффекта клина ("блокировки клапана") требуется высокая жесткость по внутреннему и наружному конусам. Более того, в относительно ограниченной переходной области между жесткими в радиальном направлении внутренним и внешним конусами образуется изгиб, концентрируя относительно большую величину отклонения на ограниченном узком участке резины, таким образом вырабатывая тепло и/или вызывая усталостный износ резины.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к пневматической шине с кольцеобразной вогнутостью боковины.
Согласно идее варианта осуществления настоящего изобретения предлагается пневматическая шина, содержащая: (a) по существу нерастяжимый протектор, окружающий ось шины и проходящий между двух плечевых областей; (b) две нерастяжимые бортовые области для установки шины на колесо; (c) две боковины, каждая из которых содержит первый участок, проходящий внутрь по ширине шины от одной из указанных бортовых областей к области изгиба, и второй участок, проходящий наружу по ширине шины от указанной области изгиба к соответствующей одной из плечевых областей; (d) по существу нерастяжимую конфигурацию для ограничения периметра, связанную с первым участком каждой из боковин и окружающую ось шины; и (e) радиальную усиливающую конструкцию, связанную с указанным первым участком каждой из указанных боковин и выполненную с возможностью ограничения радиального изгиба первого указанного участка указанной боковины, причем указанная конфигурация для ограничения периметра и указанная радиальная усиливающая конструкция выполнены так, что при установке на колесо и накачивании пневматической шины, каждая из указанных боковин сохраняет кольцеобразную вогнутость между бортовой областью и плечевой областью.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения конфигурация для ограничения периметра содержит конструкцию из по меньшей мере одной нити, встроенной в указанную боковину.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения радиальная усиливающая конструкция содержит конструкцию из усиливающих элементов, встроенных в указанную боковину.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения, радиальная усиливающая конструкция содержит множество слоев стальных нитей (проволоки), выровненных (ориентированных) в радиальном направлении и зафиксированных в матрице из резины.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения, радиальная усиливающая конструкция содержит конструкцию из внешних усиливающих элементов, размещенных в контакте с внешней поверхностью указанного первого участка боковины.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения конфигурация для ограничения периметра содержит конструкцию из по меньшей мере одной нити, встроенной в радиальную усиливающую конструкцию.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере часть, а предпочтительно бóльшая часть области указанного второго участка боковины имеет конструкцию стенки в виде мембраны.
Согласно другой особенности варианта осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере часть, а предпочтительно бóльшая часть области указанного второго участка боковины содержит диагональные слои, включающие нити, ориентированные под острыми углами к радиальному направлению.
Несмотря на то, что шина согласно настоящему изобретению не соответствует традиционным определениям «радиальной» шины или «шины с диагональной линией корда» (также известной как «диагональная шина»), необходимо отметить, что в большинстве наиболее предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения радиальный слой проходит от одной стороны к другой вдоль поперечного сечения шины, т.е. от борта до борта. Радиальный слой может быть непрерывным или включать несколько слоев, расположенных внахлест друг на друга. Также необходимо понимать, что при ссылке на термин «радиальный», он может относиться как к точному радиальному направлению, например 90°, относительно окружного направления, однако и направления слоев, отличающиеся от радиального примерно на 5%, а в некоторых случаях - до 10°, также считаются радиальными.
Различные компоненты шины по настоящему изобретению называются «по существу нерастяжимыми». Данная фраза используется далее в описании и формуле изобретения и относится к элементам, у которых в нормальном рабочем диапазоне давления и нагрузки, любое растяжение материала ограничено величиной не более 5%, а предпочтительно - не более 3% и, как правило, не учитывается. Указанные качества в виде по существу нерастяжимости являются распространенными требованиями для различных известных компонентов шины, например большинства протекторов и бортов шины, и используются аналогичным образом в настоящем документе. Бóльшие отклонения могут возникать вне нормальных рабочих диапазонов, например при начальном натяжении материала.
В общих случаях термин «нить» используется в настоящем документе для обозначения любого гибкого волокна, нитевидного волокна, проволоки или провода, размещенных для выдерживания натяжения. Таким образом, под определение нити могут попадать элементы от отдельных металлических проводов до тонких нитей, размещенных в матрице из резины, в виде части различных слоев или конструкции брекера.
Термин «впадина» или «вогнутость», используемый в настоящем документе, относится к любой геометрии поверхности, в которой прямая линия, проведенная из одной области поверхности к другой области поверхности, проходит через свободное пространство, являющееся внешним относительно указанной поверхности. Таким образом, определенные термины не указывают на конкретную форму или симметрию вогнутости. Определение «кольцеобразная вогнутость» означает, что вогнутость проходит непрерывно вокруг оси, но не требует круговой симметрии. (Как правило, шина приближается к круговой симметрии при отсутствии нагрузки, но будет иметь отклонения от симметричности под нагрузкой.)
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение описывается далее только в виде примера со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых:
на фигурах 1A-1C, описанных выше, показаны схематичные виды в разрезе традиционной радиальной шины в нормальном накачанном состоянии, с частично уменьшенным давлением и частично уменьшенным давлением под действием поперечной нагрузки соответственно;
на фигуре 2, описанной выше, показано воспроизведение фигуры 6A международной заявки WO 2013/014676 A1 и использованы оригинальные ссылочные обозначения;
на Фигуре 3 показан изометрический вид шины, изготовленной и работающей согласно идеям варианта осуществления настоящего изобретения и установленной на обод колеса;
на фигуре 4A показан вид сбоку шины и обода, показанных на фигуре 3;
на фигуре 4B показан вид в разрезе шины и обода, показанных на фигуре 3, выполненном вдоль вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса;
на фигурах 5A и 5B показаны частичные изометрические виды, сопоставляющие принципы работы шины согласно известному уровню техники, показанной на фигуре 2, и шины, изображенной на фигуре 3 согласно идее настоящего изобретения, соответственно;
на фигуре 6 показан вид шины и обода, показанных на фигуре 3, в изометрии с частичным разрезом;
на фигуре 7 показан увеличенный вид области фигуры 4B, обозначенной VII;
на фигурах 8A и 8B показаны виды сбоку шины, показанной на фигуре 3, установленной на колесо и контактирующей с опорной поверхностью. Показанное колесо накачано полностью и частично (или находится под большой нагрузкой) соответственно;
на фигурах 9A-9C показаны схематичные виды в разрезе нижней части шины и обода, показанных на фигуре 3, в вертикальной плоскости, параллельной оси шины в обычном накачанном состоянии, частично спущенном состоянии и частично спущенном состоянии под действием поперечной нагрузки соответственно;
на фигуре 10A показан вид в изометрии с частичным разрезом шины согласно варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий элемент жесткости в виде пружины;
на фигуре 10B показан увеличенный вид области фигуры 10A, обозначенной X;
На фигуре 11 показан вид в изометрии с частичным разрезом шины согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий использование внешней радиальной усиливающей конструкции (конструкция для увеличения жесткости);
На фигуре 12 показан вид в разрезе, выполненном через одну сторону шины на фигуре 11;
На фигуре 13A показан вид в разрезе, выполненном через одну сторону шины и колеса согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, в котором шина разделяется на два отдельно изготавливаемые компонента;
на фигуре 13B показан увеличенный вид области фигуры 13А, обозначенной XIII; и
На фигурах 14A и 4B схематично показаны геометрические построения, иллюстрирующие многоугольные формы, которые могут образовываться шестью сторонами формы поперечного сечения, соответственно, с механическим ограничением выворачивания наружу геометрической формы и без него.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к пневматической шине с кольцеобразной вогнутостью боковины.
Принципы и работу шин согласно настоящему изобретению можно лучше понять, обращаясь к чертежам и соответствующему описанию.
Обращаясь к чертежам, на фигурах 3 - 13B показан ряд вариантов реализации пневматической шины, конструкция и принцип работы которой соответствуют различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к этим вариантам в общих случаях, пневматическая шина согласно настоящему изобретению включает по существу нерастяжимый протектор 30, обеспечивающий профиль, контактирующий с опорной поверхностью и проходящий вокруг оси 32 шины. С каждой боковой стороны протекторов 30 выполнена плечевая зона 34. Данная шина также отличается двумя нерастяжимыми бортовыми областями 36 для установки шины на колесо. Две боковины проходят между бортовыми областями 36 и соответствующей плечевой областью 34. Каждая боковина содержит первый участок 38, проходящий внутрь по ширине шины от одной из бортовых областей 36 к области 40 изгиба, и второй участок 42, проходящий наружу по ширине шины от области 40 изгиба к соответствующих одной из плечевых областей 34. Таким образом, каждая боковина принимает общую форму кольцеобразной вогнутости между бортовой областью 36 и плечевой областью 34.
В данном случае, необходимо отметить, что термин «ось» используется для указания центральной оси шины в недеформированном состоянии, соответствующей оси вращения колеса, на которое установлена шина. Он также используется для наглядного обозначения контрольной линии, относительно которой шина деформируется и теряет круговую симметрию. Аналогичным образом считается, что протектор и другие элементы шины считаются окружающими ось, если они образуют замкнутый контур вокруг оси без требования наличия круговой симметрии. Как правило, такие элементы приближаются к круговой симметрии при отсутствии деформации шины (если не принимать во внимание различные повторяющиеся структуры, например, рисунок протектора, усиливающие элементы и т.д.), но отклоняются от симметрии во время деформации шины.
Форма шин с кольцеобразной вогнутостью боковин согласно настоящему изобретению обеспечивает один и более из ряда преимуществ по сравнению с традиционной пневматической шиной без аналогичной кольцеобразной вогнутости боковины (например, показанной на фигурах 1A-1C, указанных выше). В частности, как показано на фигурах 1A-1B, в процессе деформации стандартной шины всю деформацию вызывает вертикальное смещение ΔV (вследствие высокой нагрузки или уменьшения внутреннего давления), приложенное под одним углом α, при котором боковина сама начинает складываться, что приводит к максимальной деформации из "нормального" накачанного состояния. В противоположность этому, эквивалентное вертикальное смещение ΔV шины согласно настоящему изобретению, как показано на фигурах 9A-9B, распределяется между тремя предварительно сформированными углами, которые эффективно образуют гофрированную структуру, вызывающую менее резкие изменения формы. Иными словами, это может быть сравнением изгиба или деформации плоской поверхности с изгибом или деформации поверхности, форма которой похожа на "гармошку".
Разница в форме также обеспечивает заявленные преимущества в отношении боковой нагрузки. Поскольку нагрузка приложена к шине в поперечном направлении (вдоль оси 32 на фигуре 3), обод колеса передает силу на первый участок («внутренний конус») 38 благодаря сжатию (первый участок усилен в радиальном направлении согласно описанию ниже), которая далее передается вдоль второго участка («внешнего конуса») 42 посредством растяжения. Поскольку протектор 30 сжимается при контакте с опорной поверхностью, усилен с помощью усиливающих слоев и имеет относительно толстые резиновые элементы протектора, то он фактически зацепляется за опорную поверхность посредством трения, в том числе плечевой областью 34. Таким образом, внешний конус 42 растягивается между областью 40 изгиба в конце внутреннего конуса 38 и плечевой областью 34, таким образом ограничивая внутренний конус 38, а следовательно обод с колесом и автомобиль от дальнейшего бокового смещения, как показано на фигуре 9C. Боковое смещение ΔL далее сдерживается давлением воздуха, поскольку боковая деформация шины обычно уменьшает объем каркаса, а так как количество воздуха остается постоянным, то при боковой деформации его давление увеличится, выталкивая каркас шины обратно в исходную симметричную форму. Однако, особенно в случаях уменьшения давления воздуха боковым силам противодействует боковина шины, а именно - сжатие внутреннего конуса 34 и растяжение внешнего конуса 42, обеспечивая значительную боковую жесткость шины независимо от давления воздуха внутри нее.
В этом заключается отличие от стандартной шины, в которой боковая устойчивость в основном зависит от давления воздуха, и в результате, шина будет деформироваться значительно сильнее по сравнению с шиной по настоящему изобретению под действием одинаковой боковой силы, как показано на фигуре 1C.
Чтобы обеспечить указанную выше кольцеобразную вогнутость боковин, оболочка каркаса шины согласно настоящему изобретению задает объем, который теоретически меньше величины, охватываемой каркасом. Иными словами, внутренний объем накачанной шины ограничивается механическими ограничениями, помимо эластичной деформации резины каркаса шины.
Для схематичной иллюстрации данного определения на фигурах 14A и 14B показаны примеры двух геометрических построений, которые приблизительно соответствуют поперечным сечениям двух аналогичных оболочек со значительно различающимися объемами. В частности, на обоих фигурах 14A и 14B показана «6 сторонняя форма» (2 стороны «A» и 4 стороны «B»), где фигура 14B задает площадь поперечного сечения, которая значительно превышает площадь поперечного сечения по сравнению с фигурой 14A. Если стороны 6-сторонней фигуры не растягиваются, то в нормальных условиях гибкая оболочка, как на фигуре 14A, будет стремиться к деформации для задания большего объема, как на фигуре 14B, в накачанном состоянии, поскольку сжатый газ прикладывает усилие наружу для увеличения объема из состояния высокого давления в состояние низкого давления.
Согласно идее настоящего изобретения, желательно поддерживать форму, соответствующую ограниченному объему накачанной шины с кольцеобразной вогнутостью боковин, примерно соответствующей V-образной форме боковин для улучшения радиальной подвижности (как сжатия, так и небольшого растяжения от среднего радиуса) для обеспечения радиальной деформации, соответствующей вертикальной нагрузке, и в то же время - относительной жесткости против боковой деформации.
Один вариант решения по поддержанию формы с V-образным вырезом вокруг боковых стенок описан в вышеупомянутой заявке WO 2013/014676 A1, как было показано на фигуре FIG. 2. Фигура 5A иллюстрирует рабочий принцип, используемый для сохранения геометрической формы более подробно. В данном случае геометрическая форма поддерживается благодаря использованию радиально жестких и расположенных под противоположными углами конических поверхностей. Внутренний (150) и внешний (130) конусы предотвращают выворачивание наружу V-образной формы вследствие эффекта клина между двумя усиленными в радиальном направлении сходящимися поверхностями. (Необходимо отметить, что фигура 5A была выполнена заново для иллюстрации указанного принципа работы. Содержимое указанного чертежа является новым. Ни одна из частей чертежа не считается известным уровнем техники за исключением того, что содержание в явном виде следует из публикации 676.) Зависимость от указанного выше эффекта клина требует, чтобы и внутренний и внешний конусы обладали значительной жесткостью к радиальному изгибу, а изгиб под нагрузкой возникал на ограниченных участках в вершинах и соединениях конусов.
Согласно идее настоящего изобретения, было обнаружено, что в некоторых случаях дополнительные преимущества могут обеспечиваться благодаря образованию по меньшей мере части радиально внешней части выреза в боковой стенке, т.е. внешнего конуса 42, от гибкого материала, который в принципе имеет достаточную жесткость для обеспечения упомянутого выше эффекта клина, как показано на фигуре 5B. Это позволяет использовать относительно тонкий и гибкий материал для компенсации больших вертикальных деформаций.
Отсутствие внутренней жесткости во внешнем конусе 42 для предотвращения радиального изгиба согласно указанному аспекту настоящего изобретения требует альтернативного подхода по ограничению оболочки шины от выворачивания наружу или растяжения до большего объема т.е. «раздутия», как показано на фигуре 14B.
Таким образом, согласно некоторым конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения, выворачивание наружу первого участка (“внутреннего конуса”) 38 боковины достигается сочетанием:
• по существу нерастяжимой конфигурации для ограничения периметра, связанной с первым участком 38 каждой боковины; и
• радиальной усиливающей конструкции, связанной с первым участком 38 каждой боковины, причем радиальная усиливающая конструкция выполнена с возможностью ограничения радиального изгиба первого участка 38 боковины.
Сочетание конфигурации для ограничения периметра и радиальной усиливающей конструкции предотвращает выворачивание наружу первого участка 38, таким образом поддерживая желаемую форму шины с кольцеобразной вогнутостью между бортовой областью и плечевой областью у накачанной и установленной на колесо шины.
Первый не ограничивающий, но особенно предпочтительный вариант реализации конфигурации для ограничения периметра и радиальной усиливающей структуры, которые выполнены в виде конструкций, встроенных в боковину шины, наилучшим образом показан на фигурах 5B-9C.
Таким образом, конкретные особенно предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения включают конфигурацию для ограничения периметра в виде конструкции из по меньшей мере одной нити, встроенной в боковину. Нить может включать гибкий, нерастяжимый круговой провод или ремень 44 (наилучшим образом показанный на фигурах 5B, 6 и 7), охватывающий внутренний конус 42 и расширяющийся для того, чтобы ограничить величину возможного увеличения угла α1. Кроме того, или в качестве альтернативы конфигурация для ограничения периметра может включать матрицу из более тонких нитей 46, встроенных в материал боковины в виде усиливающих слоев. Свойства ограничения периметра могут придаваться с помощью использования поверхностно-ориентированного слоя с нулевым углом. Более предпочтительным является сочетание диагонально ориентированных слоев в последовательных слоях для противодействия угловым смещениям. Крепление таких слоев в жесткой матрице из резины является эффективной мерой для обеспечения свойств нерастяжимости, требуемых для конфигурации для ограничения периметра, как известно из области проектирования шин, где такие конструкции часто называют брекерами по аналогии с протекторами традиционных шин.
Кольцевой ремень 44 и/или брекеры не налагают особых ограничений на угол α1, но скорее ограничивают общую окружность в области внутреннего конуса 42. В результате, если один участок внутреннего конуса отклоняется в радиальном направлении внутрь, то другие области внутреннего конуса, как правило, расширяются за пределы среднего радиуса ремня 44. Это, в свою очередь, позволяет частям протектора шины разжиматься наружу за пределы недеформированного (или среднего) радиального положения таким образом увеличивая способность протектора по сохранению контакта с опорной поверхностью по протяженной области. Для упрощения представления на фигуре 8B показан пример, области вокруг шины обозначаются по аналогии с движением стрелок часов. Если смотреть с лицевой стороны, то 12 часов указывают на верхнюю часть шины, а ее нижняя расположенная ниже оси часть обозначается как 6 часов. Как показано на фигуре 8B, область протектора 30 на 6 часов, работающая на вертикальное сжатие имеет уменьшение расстояния от оси со среднего радиуса R0 до уменьшенного расстояния D1, а соседние области, прилегающие к крайним точкам в пятне контакта (5 и 7 часов) демонстрируют небольшое увеличение расстояния от оси D2. Без какого-либо ограничения настоящего изобретения считается, что способность протектора немного смещаться наружу от среднего радиуса улучшает способность шины компенсировать деформации, как показано на фигуре без прогиба протектора внутрь в пятне контакта, который часто характерен для традиционных шин, работающих с уменьшенным давлением или под высокой нагрузкой.
Общее ограничение по окружности, обеспечиваемое конфигурацией для ограничения периметра, является достаточным для предотвращения выворачивания наружу первого участка (внутреннего конуса) 38 без механической поддержки от второго участка 42. Это позволяет использовать гораздо более гибкий внешний участок шины, в частности второй участок 42, так, чтобы второй участок 42 предпочтительно работал как мембрана и растягивался между гибкой областью 40 в конце первого участка 38 и плечевой областью 34 на кромке протектора 30, со следующими преимуществами, подробно описываемыми далее.
Общим эффектом этой конструкции, как правило, является профиль боковины, который, по сравнению с другими подходами, может выдерживать значительно большее вертикальное отклонение, обладая при этом большей боковой жесткостью.
Что касается радиальной усиливающей конструкции, связанной с первым участком 38 каждой боковины, согласно некоторым особенно предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения, то она осуществляется встраиванием расположенных в радиальном направлении элементов 48 жесткости в пределах первого участка 38 каждой боковины. В данном контексте термин «радиальный» относится к направлению рисунка в плоскости, в которой проходит центральная ось 32 шины. Элементы 48 жесткости ориентированы в «радиальном направлении» в том отношении, что они имеют наибольший размер в радиальном направлении и обычно узкий размер в поперечном измерении. «Радиальная гибкость» относится к изменению формы, если смотреть со стороны поперечного разреза, выполненного по центральной оси 32, в противоположность «круговой гибкости», которая относится к изменению формы относительно исходной круговой формы, если смотреть в направлении, параллельном оси 32. Элементы 48 жесткости могут выполняться в форме блоков из относительно жесткого материала, например металла, различных полимеров, дерева, композитных материалов и/или вставок из любого другого материала с подходящими механическими свойствами.
Фигуры 10A и 10B иллюстрируют еще один вариант реализации радиальной усиливающей конструкции, в которой ориентированные в радиальном направлении усиливающие элементы, например стальные нити, связаны соединительными участками для образования непрерывного элемента 50 в виде пружины, проходящего вокруг части или всей шины для интеграции в первый участок 38 боковины. Радиальный усиливающий элемент в основном обеспечивается расположенными в радиальном направлении участками, а соединение этих участков в основном служит для упрощения позиционирования указанных элементов при производстве шины, а также помогает предотвращать появления острых кромок и достигать лучшей интеграции и закрепления в матрице из резины.
На фигурах 11 и 12 показаны варианты еще одного варианта реализации шины согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в которой радиальная усиливающая конструкция выполнена посредством конструкции из внешних усиливающих элементов, размещенных для контакта с внешней поверхностью первого участка 38 боковины. Например, у показанного здесь варианта реализации настоящего изобретения усиление конструкции в радиальном направлении обеспечивается массивом внешних ребер 52. Ребра 52 предпочтительно соединены с внутренней стороны, т.е. ближе к ободу колеса посредством усиливающей проволоки 54, а боковое перемещение их кромок от каркаса предотвращается ободом колеса. Наиболее удаленные в радиальном направлении крайние точки ребер 52 ограничиваются внешним окружным гибким ремнем 56. Таким образом также обеспечивается конфигурация для ограничения периметра для первого участка 38, которая контактирует с внутренней поверхностью ребер при накачивании шины. Предпочтительно ребра 52 обладают относительно высокой жесткостью, и, следовательно, будут воспринимать боковые усилия, которые могут возникать под нагрузкой от автомобиля и резком повороте или во время движения по боковому уклону по аналогии с описанными выше встроенными опорами. Настоящий вариант осуществления изобретения может предоставлять преимущества в отношении упрощения изготовления и уменьшения расходов, а также позволяет выборочно менять относительно простой и легкий внутренний резиновый каркас, и в то же время сохранять усиливающую конструкцию для повторного использования.
Еще один пример варианта реализации шины согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения показан на фигурах 13A и 13B. В данном случае шина разделена на внутреннюю часть 60, которая обеспечивает бортовую область 36 и первый участок 38, и внешнюю часть 62, которая обеспечивает второй участок 42, встроенный в плечевые области 34 и протектор 30. Все свойства шины остаются аналогичными предыдущим осуществлениям согласно описанию, однако настоящий вариант предполагает другие способы изготовления разных частей шины. Например, он позволяет использовать прессовую вулканизацию в закрытой форме для внутренней части 60 для достижения большей точности и, в то же время использовать традиционные способы вулканизации шины на основе паровой вулканизации в камере для остальных частей шины.
Один неограничивающий пример осуществления механического соединения между двумя частями шины с фигуры 13A наилучшим образом показан на увеличенном виде на фигуре 13B. В данном случае дополнительный окружной гибкий ремень 64 встроен во вторую часть 62 и расположен внахлест над окружным гибким ремнем 44. Давление воздуха внутри шины заставляет оболочку увеличиваться в объеме, внутренний окружной ремень 64 ограничивается/сдерживается окружным гибким ремнем 44 и две части 60 и 62 все больше стягиваются по мере увеличения давления. Необходимо отметить, что данное решение является одним из ряда возможных подходов, которые можно использовать для механического соединения двух частей, например совместной вулканизации или скрепления с помощью химических реакций или определенных клеев после вулканизации, сшивания или клепания.
Вероятно, что первая часть 60 окажется более дорогой при производстве по сравнению со второй частью 62, но будет иметь меньший износ во время эксплуатации шины. Если соединение между двумя частями осуществляется механически c возможностью обратной установки, то данный вариант осуществления позволяет менять только одну часть шины в случае износа или повреждения (например, протектор 30) до того, как другая часть потребует замены.
Согласно всем перечисленным выше вариантам реализации изобретения, некоторые конкретные предпочтительные варианты реализации имеют бóльшую часть области второго участка («внешний конус») 42, выполненную в виде стенки в виде мембраны. Определение «в виде мембраны» используется далее в описании и формуле изобретения для указания конструкции, которая обладает стойкостью к растяжению, но относительно легко складывается под воздействием сил сжатия, действующих в ее плоскости. Например, в типичном случае боковина в виде мембраны может выдерживать приложенное растяжение в ее плоскости, по меньшей мере на порядок большее, чем сила сжатия в ее плоскости до разрушения или складывания. Стойкость первого участка («внутреннего конуса») 38 к выворачиванию наружу согласно различным вариантам осуществления изобретения, описанным выше, позволяет снизить требования к толщине и/или жесткости, предъявляемые ко второму участку 42, и, таким образом способствует применению тонких и гибких материалов боковины для второго участка 42, вследствие чего также снижается стойкость к изгибу, уменьшаются внутренний нагрев и скорость износа. Полученная конструкция также обладает улучшенными свойствами при эксплуатации с уменьшенным внутренним давлением или при движении со спущенными шинами без внутреннего давления воздуха и в тоже время обеспечивает устойчивость шины под действием боковых нагрузок. В некоторых неограничивающих примерах под вертикальной нагрузкой, достаточной для уменьшения вертикального расстояния протектора 30 от бортовой области 36, второй участок 42 принимает форму следующих изгибов, показанных на фигуре 9B, на которой за первым изгибом следует второй с противоположным направлением, таким образом образуется то, что называют «S-образной» формой поперечного сечения. Термин «S-образный» используется в настоящей заявке для обозначения любой формы, у которой направление изгиба изменяется с одного направления на противоположное, соответствуя форме изгиба, для которой вторая производная меняет знак.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения второй участок 42 содержит на большей части области диагональные слои, включающие нити, ориентированные под острыми углами к радиальному направлению, для передачи момента/сил от области 40 изгиба к плечевой области 34. Указанные диагональные слои могут быть важными в некоторых вариантах осуществления изобретения для лучшего восприятия нагрузок, которые автомобильное колесо получает от шины, а также передачи крутящего и тормозного моментов. Наиболее предпочтительно выполнять эти слои в двух противоположных спиральных направлениях, которые могут называться «смещенными слоями», обеспечивая таким образом эффективную передачу момента и усилия в широком диапазоне условий эксплуатации от бортовой области 36, через первый участок 38 и второй участок 42 к плечевой области 34 и протектору 30.
Во всех других отношениях, особенности, материалы и производственные процессы, используемые для реализации различных вариантов осуществления настоящего изобретения, аналогичны традиционным особенностям, материалам и производственным процессам, используемым в данной области техники. Таким образом, например, конструкции бортовой области 36, плечевой области 34 и протектора 30, как правило, аналогичны конструкциям традиционных радиальных шин, использующих различные слои и усиливающие элементы с различными слоями из резины, предпочтительно вулканизированные вместе для образования конструкций борта и протектора, известных в данной области техники.
Шины по настоящему изобретению устанавливаются на колесо с ободом 70, который, как правило, является стандартным ободом шины, обычно изготовлен из стали и имеет жесткую поверхность. Обод передает вертикальную и боковую нагрузки, крутящий/тормозной моменты от автомобиля на опорную поверхность 72 через шину. При установке шины обод является частью воздушной камеры 74, которая воспринимает нагрузки, действующие на шину.
Ряд дальнейших типовых предпочтительных особенностей конкретного варианта реализации шин настоящего изобретения наилучшим образом показан на увеличенном виде в разрезе на фигуре FIG. 7. Бортовая область 36 как правило включает бортовую проволоку 76, обычно образованную из нескольких скруток стальной проволоки для формирования замкнутого нерастяжимого кольца с фиксированным диаметром. Слои конструкции шины обычно включают внутренний облицовочный слой 78 из резины с низкой проницаемостью воздуха, часто используемый в качестве внутренней поверхности бескамерной шины.
Следующие слои конструкции шины преимущественно включают радиальный слой 80 каркаса, образованный из направленного волокна или стального корда, причем корд имеет такую ориентацию, что его нити уложены в радиальном направлении таким образом, что обеспечивается нерастяжимость в радиальном направлении. Радиальный слой каркаса преимущественно проходит по всей ширине шины, от борта до борта. В некоторых случаях данный радиальный слой дополняют дополнительные слои 82 вокруг всего каркаса или его части, которые могут включать дополнительные радиальные и/или диагональные слои, например упомянутые выше. Дополнительные слои также могут выполнять функцию скрепления окружного ремня 44 на месте в процессе изготовления шины.
В некоторых вариантах реализации может потребоваться выполнение ряда резиновых ребер 84 в области 40 изгиба. Ребра 84 служат в качестве опоры для ограничения области 40 изгиба до минимального требуемого радиуса, таким образом помогая предотвращать плотное складывание боковины (с малым радиусом) под действием давления в воздушной камере 74, что в иных случаях может приводить к локализации напряжений в резине и слоях и, возможно, точке разрыва.
В некоторых предпочтительных случаях плечевая область 34 усилена круговым плечевым ремнем 86, который обычно представляет собой ремень, изготовленный из стальной проволоки или кордов из ткани, полиэфира, арамида/КЕВЛАРА® и т.д., аналогичных круговому ремню 44 и бортовой проволоки 76. Круговой плечевой ремень 86 преимущественно обладает высокой гибкостью в окружном направлении, но помогает ограничивать диаметр плечевой области 34 под действием сил, воздействующих вследствие давления воздуха. Плечевой ремень 86 может быть закреплен в положении с помощью обмотки 88 плечевого ремня, обычно образованной из ткани, ориентированной параллельно радиальному направлению, и проходит через протектор. Предпочтительно, чтобы протектор 30 был дополнительно усилен рядом ремней 90 брекера, которые представляют собой ремни, изготовленные из стальных кордов или других материалов или тканей, таких как нейлон, полиэфир-нейлон и других тканей, и ориентированные параллельно или под небольшим углом к окружному направлению. В некоторых вариантах реализации ремни 90 брекера образованы последовательными слоями каркаса с противоположными углами наклона относительно кругового направления, например под углами ±20°. Ремни 90 брекера имеют относительно высокую гибкость в окружном направлении, т.е. обеспечивают малое сопротивление при вертикальной деформации шины под нагрузкой, но образуют нерастяжимую область, проходящую вокруг протектора 30 в окружном направлении. Для увеличения жесткости протектора 30 в боковом направлении в некоторых вариантах реализации могут использоваться один и более дополнительных радиальных ремней.
Протектор 30 преимущественно изготовлен из резины, предназначенной для передачи крутящего момента от шины на опорную поверхность 72. Конструкция протектора меняется в зависимости от предназначения и может иметь элементы для улучшения отвода воды при движении по дорогам с твердым покрытием или обеспечения высокого сцепления при движении по мягкой почве.
Следует отметить, что прилагаемая формула изобретения была подготовлена без множественных зависимостей, но это было сделано исключительно для удовлетворения формальных требований в юрисдикциях, которые не допускают такие множественные зависимости. Необходимо отметить, что все возможные сочетания признаков, которые будут вытекать из множественной зависимости пунктов формулы, предусмотрены явным образом и должны считаться частью настоящего изобретения.
Следует понимать, что приведенные выше описания служат в качестве примеров, и что в рамках настоящего изобретения возможно множество других вариантов осуществления согласно прилагаемой формуле изобретения.
1. Пневматическая шина, содержащая:
(a) по существу нерастяжимый протектор, окружающий ось шины и проходящий между двух плечевых областей;
(b) две нерастяжимые бортовые области для установки шины на колесо;
(c) две боковины, каждая из которых содержит первый участок, проходящий внутрь по ширине шины от одной из указанных бортовых областей к области изгиба, и второй участок, проходящий наружу по ширине шины от указанной области изгиба к соответствующей одной из плечевых областей;
(d) по существу нерастяжимую конфигурацию для ограничения периметра, связанную с указанным первым участком каждой из указанных боковин и окружающую ось шины; и
(e) радиальную усиливающую конструкцию, связанную с указанным первым участком каждой из указанных боковин и выполненную с возможностью ограничения радиального изгиба указанного первого участка указанной боковины,
причем указанная конфигурация для ограничения периметра и указанная радиальная усиливающая конструкция выполнены так, что при установке на колесо и накачивании пневматической шины каждая из указанных боковин сохраняет кольцеобразную вогнутость между бортовой областью и плечевой областью.
2. Пневматическая шина по п. 1, в которой указанная конфигурация для ограничения периметра содержит конструкцию из по меньшей мере одной нити, встроенной в указанную боковину.
3. Пневматическая шина по п. 1, в которой указанная радиальная усиливающая конструкция содержит конструкцию из усиливающих элементов, встроенных в указанную боковину.
4. Пневматическая шина по п. 1, в которой указанная радиальная усиливающая конструкция содержит множество слоев из стальных нитей, выровненных в радиальном направлении и зафиксированных в матрице из резины.
5. Пневматическая шина по п. 1, в которой указанная радиальная усиливающая конструкция содержит конструкцию из внешних усиливающих элементов, размещенных в контакте с внешней поверхностью указанного первого участка боковины.
6. Пневматическая шина по п. 5, в которой указанная конфигурация для ограничения периметра содержит конструкцию из по меньшей мере одной нити, встроенной в радиальную усиливающую конструкцию.
7. Пневматическая шина по п. 1, в которой по меньшей мере часть области указанного второго участка боковины имеет конструкцию стенки в виде мембраны.
8. Пневматическая шина по п. 1, в которой бóльшая часть области указанного второго участка боковины имеет конструкцию стенки в виде мембраны.
9. Пневматическая шина по п. 1, в которой по меньшей мере часть области указанного второго участка боковины содержит диагональные слои, включающие нити, ориентированные под острыми углами к радиальному направлению.
10. Пневматическая шина по п. 1, в которой бóльшая часть области указанного второго участка боковины содержит диагональные слои, включающие нити, ориентированные под острыми углами к радиальному направлению.
