Настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства, а также к по существу нерастяжимому по окружности кольцевому элементу, обычно называемому "сердечником борта", включенному в конструкцию указанной шины.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства, содержащей сердечник борта с усовершенствованными характеристиками в отношении его гибкости и пластичности.
Шина в целом содержит: каркасную структуру, сформированную, по меньшей мере, одним слоем каркаса шины, концы которого завернуты вокруг по существу нерастяжимых кольцевых элементов или, в любом случае, прикреплены к кольцевым элементам, то есть к так называемым "сердечникам борта"; протекторный браслет и ленточную структуру, расположенную между каркасом и протекторным браслетом; и пару боковин, наложенных на каркасную структуру в противоположных в осевом направлении положениях. Часть шины, которая содержит сердечник борта шины, называют "бортом", и он выполняет функцию крепления шины на соответствующем ободе. Согласно конструкции шины традиционного типа, в месте, расположенном радиально снаружи от указанного сердечника борта шины, борт содержит резиновую полосу, обычно называемую "наполнителем борта", имеющим по существу треугольное поперечное сечение.
Обычно обод, на котором монтируют шину, содержит центральный цилиндрический монтажный ручей, от противоположных в осевом направлении концов которого отступают соответствующие расходящиеся поверхности, причем указанные поверхности формируют "посадочные полки" обода для шины. Каждая из указанных поверхностей заканчивается по существу вертикальной периферийной стенкой или так называемой "ребордой" обода.
Функцией сердечника борта шины является фиксация шины на ободе и обеспечение передачи усилий и вращающих моментов между шиной и ободом.
Сердечник борта шины, который по существу не растяжим в направлении по окружности, может быть изготовлен из одного нитевидного элемента, например из стальной проволоки, расположенной в кольцевой конфигурации, или из множества нитевидных элементов, например нескольких жил стальной проволоки, скрученных вместе таким образом, чтобы они представляли собой корд или множество кордов, расположенных в кольцевой конфигурации.
Внутренний диаметр борта шины (посадочный диаметр) по существу совпадает с диаметром радиально-внутренней поверхности сердечника борта шины за исключением разности между двумя диаметрами из-за резинового покрытия указанного нитевидного элемента или множества нитевидных элементов, формирующих сам сердечник борта шины, из-за толщины обернутой части слоя или слоев каркаса шины и из-за присутствия любых эластомерных усиливающих элементов.
Диаметр радиально-внутренней кольцевой поверхности сердечников борта и, следовательно, бортов шины меньше радиально-внешнего диаметра реборды, и его подбирают так, чтобы, когда борт установлен на соответствующую посадочную полку обода колеса после прохождения поверх реборды, он отталкивался давлением накачиваемой в шину среды вдоль расходящейся поверхности посадочной полки обода к внутренней в осевом направлении поверхности реборды обода.
Посадку шины на соответствующий обод выполняют с использованием способов, которые хорошо известны специалистам в данной области техники.
Более подробно, указанную операцию посадки начинают с деформации (придания овальной формы) борта шины таким образом, что, когда последний располагают перед ободом, часть указанного борта может пройти поверх реборды. Затем остальная часть указанного борта также полностью проходит поверх реборды таким образом, что борт располагается на ближайшей посадочной полке обода. Затем указанный борт отталкивают в осевом направлении в сторону противоположной посадочной полки таким образом, чтобы он попал в цилиндрический центральный монтажный ручей обода. Таким образом, когда указанный борт находится внутри указанного выше центрального монтажного ручья обода, экваториальная плоскость шины может быть отклонена относительно экваториальной плоскости обода так, чтобы обеспечивать возможность также прохождения противоположного борта поверх реборды обода и расположения на соответствующей посадочной полке обода посредством придания ему овальной формы (и, следовательно, придания овальной формы соответствующему сердечнику борта шины). Наконец, шину накачивают таким образом, что оба борта шины упираются во внутренние в осевом направлении поверхности реборд обода.
Вследствие жесткости сердечников бортов шины, операции монтажа/демонтажа шины на обод или с обода требуют использования рычагов, которыми можно прилагать усилие, достаточное для деформации сердечника борта шины, изменяя его конфигурацию от по существу круглой до овальной, чтобы получить возможность, как указано выше, прохождения борта шины поверх реборды обода.
Однако использование рычагов, воздействующих на нитевидные элементы, формирующие сердечник борта шины, может приводить к локальному превышению пределов упругой деформации указанных элементов. Этот факт особенно нежелателен, поскольку он может оказывать негативное влияние на конструкционную прочность сердечника борта шины при движении шины по дороге и, в некоторых случаях, может также приводить к разрыву одного или более из указанных нитевидных элементов.
В данной области техники известны различные типы сердечников борта шины.
Например, типичной структурой сердечника борта шины является так называемая структура "Alderfer", которая имеет конфигурацию типа "m×n", где "m" обозначает количество расположенных рядом в осевом направлении нитевидных элементов или кордов (полученных скручиванием, по меньшей мере, одной пары нитевидных элементов), и "n" обозначает количество наложенных в радиальном направлении слоев указанных нитевидных элементов (или кордов). Эту структуру получают с использованием обрезиненной полосы, содержащей заданное количество текстильных или металлических нитевидных элементов или кордов, и посредством намотки (навивки) по спирали указанной полосы для формирования необходимого количества слоев, наложенных друг на друга в радиальном направлении. Этот способ обеспечивает формирование контуров поперечного сечения сердечника борта шины, которые являются по существу контурами четырехугольного типа. Примерами структур типа "Alderfer" фактически являются структуры 4×4, 5×5 или 4×5.
Другая обычная структура сердечника борта шины представляет собой так называемый "однонитевый сердечник борта". Ее формируют из одного обрезиненного нитевидного элемента (или одного корда), который наматывают по спирали таким образом, чтобы получить первый слой расположенных рядом в осевом направлении витков; затем в радиально-наружном положении относительно первого слоя этот же нитевидный элемент (или этот же корд) продолжают наматывать таким образом, чтобы формировать второй слой, располагаемый в радиально-наружном положении относительно первого слоя, и так далее, для формирования нескольких налагаемых в радиальном направлении слоев, причем каждый слой может иметь количество витков, отличающееся от количества витков слоев, примыкающих к нему в радиальном направлении. Таким образом, посредством изменения количества витков в каждом слое можно получать контуры поперечного сечения сердечника борта шины разных геометрических форм, например поперечное сечение шестиугольной формы. Сердечник борта в форме правильного шестиугольника можно формировать, например, при помощи 19 витков, расположенных в конфигурации: 3-4-5-4-3. Эта серия чисел означает, что отдельный обрезиненный нитевидный элемент (или один корд) наматывают так, чтобы формировать сначала три витка, расположенных в осевом направлении рядом друг с другом, для формирования первого слоя; затем последовательно наматывают четыре витка, примыкающих в осевом направлении друг к другу, таким образом, чтобы формировать второй слой, наложенный в радиальном направлении на первый слой, после чего следуют пять витков, примыкающих друг к другу в осевом направлении, таким образом, чтобы формировать третий слой, наложенный в радиальном направлении на второй слой, затем четыре витка, примыкающих друг к другу в осевом направлении, таким образом, чтобы формировать четвертый слой, наложенный в радиальном направлении на третий слой, и, наконец, три витка, примыкающих друг к другу в осевом направлении, таким образом, чтобы формировать пятый слой, наложенный в радиальном направлении на четвертый слой.
Другую известную структуру сердечника борта шины получают с использованием множества обрезиненных нитевидных элементов (или кордов), причем каждый индивидуальный нитевидный элемент (или корд) наматывают в радиальном направлении на него самого таким образом, чтобы формировать колонку наложенных друг на друга в радиальном направлении витков. Несколько колонок из витков, возможно, разной величины по вертикали (а именно, с разным количеством намотанных витков, наложенных в радиальном направлении друг на друга), примыкающих в осевом направлении друг к другу, расположены таким образом, чтобы формировать указанный выше сердечник борта шины. Предпочтительно, противоположные в осевом направлении оконечные секции одного или более слоев каркаса шины располагают между одной или более из этих колонок намотанных витков, и они удерживаются в правильном рабочем положении указанными колонками намотанных витков. Этот тип сердечника борта шины описан, например, в заявках на патент №№ЕР-943421, ЕР-928680 и WO 01/43957, принадлежащих настоящему заявителю.
Кроме того, в данной области техники известны так называемые "витые" сердечники борта шины. Сердечник борта этого типа имеет центральную жилу, например, полученную из одного нитевидного элемента, концы которого сваривают для формирования кольца, вокруг которого спиралью наматывают нитевидный элемент, концы которого по завершении намотки соединяют друг с другом.
Количество витков, выполненных из нитевидного элемента вокруг центральной жилы перед их соединением, а также количество нитей, навитых вокруг центральной жилы, и/или количество венечных конфигураций, созданных вокруг указанной центральной жилы, определяет конструкционную прочность, которую следует придавать указанному сердечнику борта шины.
Витой сердечник борта шины особенно предпочтителен в отношении степени гибкости, которую он способен обеспечивать, хотя его производство очень сложное и, таким образом, трудоемкое и дорогое.
Как отмечалось выше, поскольку операции монтажа/демонтажа шины на обод или с обода требуют деформации (придания овальной формы) сердечника борта шины, в дополнение к характеристикам конструкционной прочности, необходимым для обеспечения оптимального закрепления шины на ободе, сердечник борта шины должен иметь адекватную гибкость для обеспечения выполнения указанных операций с максимально возможной легкостью и без создания остаточной (пластической) деформации нитевидных элементов, формирующих указанный сердечник борта шины, или их части.
У указанных выше известных в данной области техники типов сердечника борта шины характеристики по гибкости могут изменяться посредством изменения расположения нитевидных элементов (или кордов) в различных слоях, формирующих сам сердечник борта шины, или, в случае с витым сердечником борта шины, посредством изменения относительного расположения нитевидных элементов сердечника и венечных нитевидных элементов таким образом, чтобы указанные нитевидные элементы способствовали тому, что будут создаваться разные степени напряжения.
Кроме того, жесткость при изгибе сердечника борта шины может быть уменьшена посредством снижения жесткости при изгибе нитевидных элементов (или кордов), которые его формируют. В случае с одним нитевидным элементом, поскольку его жесткость при изгибе пропорциональна биквадрату его диаметра, посредством уменьшения диаметра нитевидного элемента можно уменьшать жесткость при изгибе. Например, при использовании одного нитевидного элемента диаметром 0,89 мм (из высокоуглеродистой стали с минимальной разрывной нагрузкой, составляющей 1350 Н), вместо одного нитевидного элемента диаметром 0,96 мм (из стали со стандартным содержанием углерода с минимальной разрывной нагрузкой, составляющей 1350 Н), обеспечивается одинаковая конструкционная прочность сердечника борта шины, но на 35% снижается его жесткость при изгибе. Одновременно, благодаря уменьшению диаметра одного обрезиненного нитевидного элемента (и, таким образом, суммарного количества обрезинивающего состава) можно получить структуру сердечника борта шины, которая имеет меньший вес и более компактна. Уменьшение диаметра нитевидных элементов часто используют для увеличения гибкости сердечников борта шины типа "Alderfer" и "однонитевого" типа.
Из числа указанных выше сердечников борта шины, "витой" сердечник борта шины, благодаря его особым характеристикам конструкции, обеспечивает лучшие результаты операций монтажа/демонтажа на обод или с обода, поскольку центральная жила обеспечивает получение конечной геометрии сердечника борта шины, которая имеет оптимальные свойства, наложенные венцы обеспечивают отличную гибкость, и, наконец, но что не менее важно, узел из центральной жилы и венца гарантирует необходимую конструкционную прочность.
Таким образом, из указанного выше можно сделать заключение, что существует множество характеристик, которыми должны обладать материалы, используемые при изготовлении сердечника борта шины, или, скорее, нитевидные элементы, формирующие сердечник борта. В частности, при использовании, а именно при движении, транспортного средства по дороге главным качеством, требуемым от сердечника борта шины, является конструкционная прочность, которой способствует прочность на растяжение (или сопротивление напряжению при растяжении) нитевидных элементов, формирующих сердечник борта шины. Кроме того, как отмечалось выше, для обычных операций монтажа/демонтажа шины на соответствующий обод или с обода материалы, формирующие сердечник борта шины, должны иметь оптимальные характеристики по гибкости и пластичности.
Однако такой комбинации характеристик достичь непросто, поскольку они взаимно исключают друг друга в том смысле, что улучшение одной из указанных характеристик приводит к ухудшению, по меньшей мере, одной другой из указанных характеристик.
Согласно известному уровню техники, для исключения остаточных локальных деформаций в области борта (например, вследствие использования рычагов при выполнении операций монтажа/демонтажа шины на обод или с обода) было предложено подвергать нитевидные элементы (или корды) сердечника борта шины тепловой обработке, способной обеспечивать увеличение удлинения при разрыве нитевидных элементов (или кордов).
Однако это увеличение достигается в ущерб прочности на растяжение и значению предела текучести, которые вследствие указанной тепловой обработки существенно снижаются, как показано кривыми нагрузки/деформации, типичными для высокоуглеродистой стали, традиционно используемой при изготовлении сердечников бортов шин. Фактически, по этим кривым можно определить, что при удлинении при разрыве, превышающем, например, 5%, соответствующий предел текучести обычно составляет около 0,2% (или менее). Результатом этого, таким образом, является то, что материал подвергается локальной пластической деформации, которая больше не устраняется, и это значит, что после завершения монтажа шины на ободе на эффект закрепления сердечника борта шины на указанном ободе будет неизбежно оказано неблагоприятное влияние.
Пример сердечника борта шины, полученного из подвергнутых тепловой обработке кордов, описан в документе US-5702548. В частности, указанный документ описывает шину, слои каркаса которой не обернуты вокруг обычных сердечников борта шины, а захвачены и закреплены между витками кордов, расположенных по окружности таким образом, что они формируют несколько примыкающих друг к другу рядов, выполняющих функцию сердечников борта шины. Согласно указанному документу, характеристики упругого и пластического удлинения указанных кордов модифицируют посредством тепловой обработки для получения пригодных значений прочности на растяжение, гибкости и пластичности.
Однако понятно, что существует необходимость в сердечнике борта шины, гарантирующем как удовлетворительную конструкционную прочность для обеспечения эффективного закрепления шины на ободе, так и адекватную гибкость для обеспечения упругой деформации сердечника борта шины, например в ходе операций монтажа/демонтажа шины на соответствующем ободе или с обода.
В частности, понятно, что сердечник борта шины должен гарантировать удовлетворительную конструкционную прочность и пригодную гибкость в случае, когда шина движется, по меньшей мере, в частично спущенном состоянии, например вследствие прокола.
Обнаружено, что в соответствии с настоящим изобретением можно удовлетворять как указанным выше требованиям конструкционной прочности, так и гибкости посредством создания сердечника борта шины, содержащего, по меньшей мере, один предварительно сформированный металлический нитевидный элемент, который имеет широкий диапазон упругости.
Согласно настоящему изобретению, указанный, по меньшей мере, один предварительно сформированный металлический нитевидный элемент, предпочтительно, обладает, кроме того, высоким значением удлинения при разрыве.
Обнаружено, что в рабочих условиях борт шины принимает нагрузку, направленную вдоль наклонной поверхности его посадочной полки обода и прижимается к внутренней в осевом направлении поверхности реборды обода сжатым воздухом, нагнетаемым внутрь шины.
Таким образом, когда шина находится в, по меньшей мере, частично спущенном состоянии, сила, прилагаемая сжатым воздухом к борту, отсутствует или существенно ослаблена.
В результате этого борт шины, скользящий в осевом направлении внутрь вдоль наклонной поверхности, может сойти с его посадочной полки обода и попасть в центральный монтажный ручей обода.
Этот недостаток обычно приводит к остановке транспортного средства, поскольку реборда обода входит в контакт с дорожной поверхностью, делая невозможным управление транспортным средством.
Было обнаружено, что сердечник борта шины, соответствующий изобретению, даже при отсутствии силы, прилагаемой воздухом под давлением, например вследствие прокола шины, способен прилагать к ободу силу, достаточную для удерживания бортов в правильном рабочем положении, а именно на их посадочных полках.
Фактически, предварительное формование, по меньшей мере, одного металлического нитевидного элемента сердечника борта шины обеспечивает то, что последний всегда остается упруго прижатым к посадочной полке обода.
Другими словами, даже если, в случае спуска шины, сердечник борта шины стремится скользить в осевом направлении внутрь обода, сердечник борта, соответствующий изобретению, способен следовать конусности посадочной полки обода благодаря увеличению диапазона упругости металлического материала, который его формирует, вследствие предварительного формования.
Таким образом, сердечник борта шины, соответствующий изобретению, обеспечивает в любой момент и в любой точке указанной посадочной полки обода закрепление шины относительно обода таким образом, чтобы обеспечивать безопасное вождение даже при спущенном состоянии шины.
В данном описании термин "предварительно отформованный нитевидный элемент" следует понимать, как обозначающий нитевидный элемент, которому придана пластическая деформация любым известным в данной области техники способом таким образом, что в продольном направлении указанный нитевидный элемент имеет волнистую форму.
В данном описании термин "волнистая форма" следует понимать, как обозначающий любую форму, которая не является прямолинейной. В этом отношении волнистые формы включают, например, синусоидальную, спиралевидную и зигзагообразную формы.
В данном описании термин "предварительное формование" следует понимать как обозначающий деформацию пластического типа, которой нитевидный элемент подвергают в результате деформирующего действия, применяемого в отношении указанного элемента.
В данном описании термин "отношение предварительного формования" следует понимать, как обозначающий отношение L1/L0, где L1 - расстояние между противоположными концами секции нитевидного элемента в деформированном состоянии и L0 - расстояние между противоположными концами этой же секции нитевидного элемента в недеформированном состоянии.
В данном описании термин "гибкость" следует понимать как обозначающий свойство материала упруго деформироваться, по меньшей мере, локально под воздействием прилагаемого усилия и восстанавливать его первоначальную конфигурацию (которую он имел перед приложением силы), когда указанная сила больше не прилагается.
Таким образом, согласно его первому аспекту, настоящее изобретение относится к сердечнику борта для шин транспортных средств, содержащему, по меньшей мере, один предварительно отформованный металлический нитевидный элемент.
Предпочтительно, указанный нитевидный элемент предварительно формуют с отношением предварительного формования, не превышающим 0,99, и более предпочтительно - не превышающим 0,98.
Предпочтительно, указанное отношение предварительного формования находится в диапазоне от 0,75 до 0,98 и более предпочтительно - от 0,85 до 0,95.
Для шин разных размеров можно использовать нитевидные элементы с одинаковым отношением предварительного формования. Однако специалист в данной области техники может на основе собственных знаний избирать конкретное отношение предварительного формования для каждого индивидуального размера шины.
Предпочтительно, металлические нитевидные элементы выполняют из стали.
Согласно другим вариантам осуществления изобретения, металлические нитевидные элементы выполняют из алюминия или алюминиевых сплавов.
В одном варианте его выполнения сердечник борта шины, соответствующий настоящему изобретению, изготовляют из одного нитевидного элемента, предварительно отформованного в соответствии с заданным отношением предварительного формования.
В соответствии с другим вариантом его выполнения, сердечник борта шины, соответствующий настоящему изобретению, изготовляют из, по меньшей мере, одного корда, имеющего, по меньшей мере, один металлический нитевидный элемент, предварительно отформованный в соответствии с заданным отношением предварительного формования, что означает, что остальные нитевидные элементы, формирующие указанный, по меньшей мере, один корд, не являются элементами предварительно отформованного типа.
В другом варианте его выполнения сердечник борта шины, соответствующий настоящему изобретению, изготовлен из, по меньшей мере, одного корда, причем все нитевидные элементы указанного, по меньшей мере, одного корда являются предварительно отформованными. Предпочтительно, все нитевидные элементы указанного, по меньшей мере, одного корда предварительно отформованы в соответствии с одним отношением предварительного формования.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, если сердечник борта шины выполнен из множества отдельных кордов, по меньшей мере, один корд из указанного множества кордов имеет нитевидные элементы, каждый из которых не является элементом предварительно отформованного типа.
В другом варианте его выполнения сердечник борта шины, соответствующий настоящему изобретению, может содержать, по меньшей мере, один корд, включающий, по меньшей мере, один предварительно отформованный металлический нитевидный элемент и, по меньшей мере, один нитевидный элемент текстильного типа. Предпочтительно, указанный, по меньшей мере, один нитевидный элемент текстильного типа расположен вокруг указанного, по меньшей мере, одного предварительно отформованного нитевидного элемента металлического типа.
Предпочтительно, нитевидные элементы перед тем, как их подвергают заданному предварительному формованию, имеют прямолинейную конфигурацию.
Предпочтительно, деформации предварительно отформованных нитевидных элементов являются деформациями копланарного типа, а именно каждый предварительно отформованный нитевидный элемент лежит в плоскости.
Предпочтительно, нитевидные элементы предварительно формуют таким образом, чтобы получать предварительно отформованные нитевидные элементы, по существу не имеющие острых кромок вдоль их протяженности по длине. Указанный признак особенно важен, поскольку наличие острых кромок приводит к нежелательному уменьшению разрывной нагрузки для нитевидных элементов.
Особенно предпочтительно предварительное формование в соответствии с по существу синусоидальными волнами. Предпочтительно, синусоидальные волны имеют длину волны, составляющую от 2,5 до 30 мм и более предпочтительно - от 5 до 25 мм. Предпочтительно, синусоидальные волны имеют амплитуду, составляющую от 0,12 мм до 1 мм. Длина волны и амплитуда волны в указанных выше диапазонах могут быть измерены непосредственно на необрезиненном нитевидном элементе перед помещением в шину или на завершенной (вулканизированной) шине. Предпочтительно, измерение указанных параметров можно осуществлять на нитевидном элементе с использованием увеличительной линзы и градуированной шкалы (например, градуированной линейки). В случае, когда необходимо обследовать завершенную (или вулканизированную) шину, необходимо извлечь сердечник борта из шины и удалить обрезинивающий состав с сердечника борта шины с использованием пригодных растворителей, например посредством обработки его дихлорбензолом при температуре 100°С в течение 12 часов. Если сердечник борта шины выполняют из, по меньшей мере, одного корда, включающего, по меньшей мере, одну пару нитевидных элементов, для выполнения визуального или инструментального исследования нитевидных элементов необходимо с должной тщательностью размотать и распутать корд с разделением отдельных нитевидных элементов, формирующих указанный корд, для обнаружения предварительно отформованных нитевидных элементов, присутствующих в корде.
В альтернативном варианте осуществления изобретения деформация имеет форму не копланарного типа, а, например, спирального типа.
Для получения предварительно отформованного нитевидного элемента, соответствующего настоящему изобретению, можно использовать любой из способов, известных в данной области техники. Например, можно использовать устройства с зубчатым колесом типа, раскрытого в документе US-5581990, или использовать устройство, описанное в заявке на патент №WO 00/39385, принадлежащей настоящему заявителю. Указанное устройство содержит пару шкивов, каждый из которых снабжен множеством обращенных друг к другу выступов, способных входить во взаимное зацепление друг с другом на протяжении заданного сектора таким образом, чтобы вызывать одновременно осевую деформацию и изгибную деформацию нитевидного элемента, продвигающегося вдоль пространства между выступами первого шкива и соответствующими выступами второго шкива. Указанное выше действие со взаимным зацеплением может осуществляться в результате движения указанной пары шкивов, которым вращательное движение сообщается нитевидным элементом.
Согласно его другому аспекту, настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства, снабженной сердечником борта, который очень гибок и способен обеспечивать стойкое закрепление шины на соответствующем ободе, а также движение шины в безопасном режиме, даже если последняя должна работать по существу в спущенном состоянии.
Таким образом, настоящее изобретение относится также к шине для колес транспортного средства, включающей в себя:
- каркасную структуру, содержащую, по меньшей мере, один слой каркаса, концы которого прикреплены к паре кольцевых армирующих элементов, включенных в соответствующий борт указанной шины и содержащих, по меньшей мере, один металлический нитевидный элемент;
- протекторный браслет, проходящий по окружности вокруг каркасной структуры;
- ленточную структуру, расположенную по окружности между каркасной структурой и указанным протекторным браслетом; и
- по меньшей мере, одну пару боковин, наложенных на каркасную структуру в противоположных в осевом направлении положениях;
отличающейся тем, что указанный, по меньшей мере, один металлический нитевидный элемент предварительно отформован.
Согласно настоящему изобретению, упругость сердечника борта шины обеспечивают посредством предварительного формования, по меньшей мере, одного нитевидного элемента, включенного в указанный сердечник борта шины.
Другими словами, указанная упругость может быть приписана пружинному действию предварительно отформованных нитевидных элементов, которые, имея длину, превышающую их протяженность в осевом направлении, при воздействии растягивающего напряжения подвергаются первоначальному выпрямлению до того, как они будут противодействовать самому напряжению.
Фактически, при наличии сообщаемого напряжения, например под действием рычага при монтаже/демонтаже шины на обод или с обода, каждый предварительно отформованный нитевидный элемент реагирует на это напряжение, постепенно уменьшая его предварительно отформованную конфигурацию, пока она по существу не будет ликвидирована, а именно пока не будет достигнута первоначальная прямолинейная конфигурация (то есть существовавшая до предварительного формования), близкая к конфигурации разрыва нитевидного элемента.
Кроме того, обнаружено, что использование высокоуглеродистой стали (например, с содержанием углерода максимум до 0,96%) позволяет существенно повысить прочность на растяжение нитевидного элемента, формирующего часть сердечника борта шины, без неблагоприятного воздействия на характеристики по гибкости, эластичности и пластичности указанного нитевидного элемента.
Согласно другому его аспекту, настоящее изобретение относится к способу управления поведением шины для колес транспортного средства при движении в, по меньшей мере, частично спущенном состоянии, например в случае прокола, причем указанная шина содержит каркасную структуру, включающую, по меньшей мере, один слой каркаса шины, концы которого прикреплены к паре кольцевых армирующих элементов, причем каждый из указанных кольцевых армирующих элементов включен в соответствующий борт указанной шины и содержит, по меньшей мере, один металлический нитевидный элемент, при этом указанный способ отличается тем, что согласно способу, используют в качестве, по меньшей мере, одного из указанных кольцевых армирующих элементов, по меньшей мере, один предварительно отформованный металлический нитевидный элемент.
Кроме того, как отмечалось выше, в случае спуска шины указанный способ обеспечивает надлежащее прикрепление последней к соответствующему ободу благодаря сжимающему усилию, которое сердечник борта шины, имеющий, по меньшей мере, один предварительно отформованный нитевидный элемент, способен прилагать к указанному ободу.
Фактически, предварительное формование, по меньшей мере, одного нитевидного элемента сердечника борта шины само по себе обеспечивает сжимающее действие сердечником борта шины, прилагаемое к ободу (а именно, в результате операции указанного выше предварительного формования), причем это сжимающее действие вследствие предварительного формования осуществляется в дополнение к закрепляющему действию давлением воздуха, накачиваемого в шину, которое удерживает каждый борт прижатым к поверхности посадочной полки обода.
Как установлено и указано выше, очевидно, что в нормальных условиях работы шины сжимающее действие сердечника борта шины усиливается, по сравнению с традиционно используемыми техническими решениями, благодаря наличию указанного эффекта предварительного формования, тогда как в случае, когда шина движется в частично спущенном состоянии и влияние сжатого воздуха отсутствует, сжимающее действие преимущественно обеспечивается стягивающим эффектом, который производит предварительное формование, по меньшей мере, одного металлического нитевидного элемента сердечника борта шины, сжимающего обод.
Настоящее изобретение благодаря указанному выше закрепляющему действию даже при частичном отсутствии сжатого накачиваемого в шину воздуха может успешно применяться для получения шин структурно несущего типа, снабженных несущими вставками. Несущие вставки, в принципе, предполагается размещать вдоль боковин шины таким образом, что они обеспечивают безопасное движение транспортного средства даже в случае потери давления в шине.
Тип структурно несущей шины описан, например, в документе ЕР-542252, принадлежащем настоящему заявителю.
Настоящее изобретение, кроме того, может успешно применяться также для получения шин, формирующих часть колес транспортного средства, снабженных пригодными опорами безопасности, например, установленными на ободе и способными удерживать шину в случае потери давления в шине. Такой тип шины описан, например, в документе ЕР-1080948, принадлежащем настоящему заявителю.
Другие признаки и преимущества будут лучше понятны при ознакомлении с подробным описанием примера выполнения шины и сердечника борта шины, соответствующих настоящему изобретению. В указанном описании, приведенном ниже, сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, которые даны только в качестве не вносящего ограничений примера и на которых:
фиг.1 - частичный вид поперечного сечения шины, соответствующей настоящему изобретению;
фиг.2 - предварительно отформованный нитевидный элемент, который можно использовать в структуре сердечника борта шины, соответствующего настоящему изобретению; и
фиг.3 - график нагрузки/деформации, относящийся к сравнительному корду и к двум кордам, соответствующим настоящему изобретению.
На фиг.1 показан частичный вид поперечного сечения шины 10, соответствующей изобретению. Для упрощения описания поперечное сечение на фиг.1 показано лишь частично, поскольку оно симметрично относительно экваториальной плоскости р-р шины.
Шина 10 включает каркас, содержащий слой 11 каркаса, концы которого соединяют с парой сердечников 12 борта, которые отнесены друг от друга в осевом направлении, и каждый из которых включен в соответствующий борт 13 в местоположении, находящемся радиально внутри указанной шины. Указанный борт 13 содержит, в дополнение к сердечнику 12 борта, наполнитель 14 борта, расположенный радиально снаружи от указанного сердечника 12 борта.
Предпочтительно, каркас является каркасом радиального типа, а именно включает армирующие корды, ориентированные в направлении, по существу перпендикулярном экваториальной плоскости р-р шины.
Шина 10, кроме того, содержит протекторный браслет 15, расположенный на короне указанного каркаса, и пару противоположных в осевом направлении боковин 16, каждая из которых расположена между соответствующим бортом 13 и протекторным браслетом 15.
Между слоем 11 каркаса и протекторным браслетом 15 шина 10, кроме того, содержит ленточную структуру 17, которая в примере, соответствующем показанному на фиг.1, предусматривает использование двух наложенных друг на друга в радиальном направлении ленточных полос 18 и армирующего слоя 19. Более подробно, ленточные полосы 18, которые наложены друг на друга в радиальном направлении, включают множество армирующих кордов, которые, в типичном случае, выполняют из металла и ориентируют под наклоном к экваториальной плоскости р-р шины параллельно друг другу в каждой полосе и с пересечением кордов в соседней полосе таким образом, чтобы формировать заданный угол относительно направления по окружности. Армирующий слой 19, который находится радиально снаружи от указанной пары ленточных полос 18, имеет армирующие элементы 20, которые по существу параллельны друг другу и параллельны экваториальной плоскости р-р шины, а именно формируют угол, который по существу составляет 0° (указанный армирующий слой 19 также назван как слой 0°) относительно направления окружности шины. Обычно в автомобильной шине армирующие элементы 20 являются элементами текстильного типа. Может также рассматриваться случай, в котором применяют больше одного армирующего слоя 19 (не показан).
В случае с бескамерными шинами в положении, находящемся радиально внутри от слоя 11 каркаса, также предусмотрен так называемый "герметизирующий слой" (не показан на фиг.1), причем указанный герметизирующий слой способен при его использовании обеспечивать непроницаемость шины 10 для воздуха.
Как частично показано на фиг.1, шину 10 монтируют на обычном ободе 30 таким образом, чтобы формировать колесо с шиной, при этом указанный обод 30 содержит центральный монтажный ручей 31, монтажную полку 32 и реборду 33.
Сердечник 12 борта, показанный на фиг.1, является сердечником типа "Alderfer" с поперечным сечением, которое имеет симметричную и геометрически правильную форму. В показанном примере сердечник 12 борта формируют посредством выполнения четырех наматываемых витков небольшой ленты, содержащей четыре нитевидных элемента 22, предварительно отформованных в соответствии с изобретением, для формирования четырех слоев, которые наложены друг на друга в радиальном направлении (структура "4×4").
На фиг.2 показан нитевидный элемент 22, который предварительно отформован в синусоидальную конфигурацию в соответствии с настоящим изобретением.
Как отмечалось выше, указанные деформации, обычно выполненные в форме периодических отклонений от прямой линии, можно получать в любой известной форме. Предпочтительно, указанные деформации являются деформациями копланарного типа. Еще более предпочтительно, указанные деформации состоят из по существу синусоидальных волн (таких, как показанные на фиг.2), имеющих длину Р волны (или шаг) и амплитуду Н волны.
В рамках настоящего изобретения термин "длина Р волны" следует понимать как длину минимальной секции, которая периодически повторяется, и термин "амплитуда Н волны" следует понимать, как означающий удвоенную амплитуду максимального отклонения в поперечном направлении (предполагая, что она равна в обоих направлениях) нитевидного элемента от центральной оси S (см. фиг.2).
Обычно амплитуда Н волны будет составлять от 0,12 до 1 мм, предпочтительно - от 0,14 до 0,60 мм.
Обычно предварительно отформованные нитевидные элементы, соответствующие настоящему изобретению, будут иметь диаметр D, составляющий от 0,05 до 0,80 мм, предпочтительно - от 0,10 до 0,50 мм.
Для заданного отношения L1/L0 предварительного формования амплитуда Н, диаметр D и шаг Р предварительно отформованного нитевидного элемента точно определены.
Как отмечалось выше, нитевидные элементы, предпочтительно, выполняют из стали. В случае, когда диаметр нитевидного элемента составляет от 0,4 до 0,1 мм, прочность на разрыв стандартной (с нормальной прочностью на растяжение) стали находится в диапазоне от около 2600 Н/мм2 (или 2600 МПа - мегапаскалей) до около 3200 Н/мм2, прочность на разрыв стали с высокой прочностью на растяжение находится в диапазоне от около 3000 Н/мм2 до около 3600 Н/мм2, прочность на разрыв стали со сверхвысокой прочностью на растяжение находится в диапазоне от около 3300 Н/мм2 до около 3900 Н/мм2, прочность на разрыв стали с ультравысокой прочностью на растяжение находится в диапазоне от около 3600 Н/мм2 до около 4200 Н/мм2. Указанные значения прочности на разрыв зависят, в частности, от количества углерода, содержащегося в стали.
Обычно указанные нитевидные элементы снабжают латунным покрытием (Cu - от 60 до 75 вес.%, Zn - от 40 до 25 вес.%), имеющим толщину от 0,10 до 0,50 мкм. Указанное покрытие обеспечивает лучшее сцепление нитевидного элемента с обрезинивающим составом и защиту от коррозии металла как в ходе производства шины, так и при ее использовании. В случае необходимости обеспечения большей степени защиты от коррозии указанные нитевидные элементы можно снабжать антикоррозийным покрытием, отличным от латуни, которое способно обеспечивать большую стойкость к коррозии, например таким, как покрытие, основанное на сплавах цинка и марганца (ZnMn), сплавах цинка и кобальта (ZnCo) или сплавах цинка, кобальта и марганца (ZnCoMn).
Предпочтительно, сердечники борта, соответствующие настоящему изобретению, выполняют из кордов, имеющих компактную структуру типа n×D, где n - количество нитевидных элементов, формирующих корд, и D - диаметр каждого нитевидного элемента. Предпочтительно, n находится в диапазоне от 2 до 27. Предпочтительно, D находится в диапазоне от 0,1 до 0,8 мм. Предпочтительно, шаг навивки указанных нитевидных элементов находится в диапазоне от 2,5 до 30 мм, более предпочтительно - от 5 до 25 мм.
Конструкция сердечника борта, соответствующего настоящему изобретению, содержащая, по меньшей мере, один предварительно отформованный металлический нитевидный элемент, не ограничена конкретной структурой сердечника борта и может применяться в любой структуре известного уровня техники.
Для дополнительного пояснения изобретения ниже приведены два иллюстративных и не вносящих ограничений примера вариантов выполнения сердечника борта, соответствующего настоящему изобретению, данных в сравнении с сердечником борта известного уровня техники (сравнительным сердечником борта).
Более подробно, были подготовлены следующие три сердечника борта шины: а) контрольный сердечник А борта шины (сравнительный пример) типа "Alderfer", полученный посредством намотки (4 витков) небольшой ленты, содержащей 4 не подвергавшихся предварительному формованию нитевидных элемента, то есть имеющих прямолинейную конфигурацию (отношение L1/L0 предварительного формования равно 1), выполненных из стали с высокой прочностью на растяжение диаметром 0,89 мм; b) сердечник В борта шины, соответствующий изобретению, полученный посредством предварительного формования 20 намотанных витков (5 витков в осевом направлении и 4 в радиальном направлении) корда, содержащего 5 нитевидных элементов (шаг левой навивки корда равен 16 мм), выполненных из стали с нормальной прочностью на растяжение диаметром 0,38 мм, причем каждый нитевидный элемент был предварительно отформован в синусоидальную конфигурацию (амплитуда Н волны составляет 0,47 мм и отношение L1/L0 предварительного формования составляет 0,95); с) сердечник С борта шины, соответствующий изобретению, выполненный посредством намотки 9 витков (3 витка в осевом направлении и 3 в радиальном направлении) корда, содержащего 12 нитевидных элементов (левая навивка с шагом корда, равным 16 мм), выполненных из стали с нормальной прочностью на растяжение диаметром 0,38 мм, причем каждый нитевидный элемент предварительно отформован в синусоидальную конфигурацию (с амплитудой Н волны, составляющей 0,48 мм, и отношением L1/L0 предварительного формования, составляющим 0,94).
Таблица 1 показывает некоторые характеристики нитевидного элемента, использованного в сердечнике А борта шины, и самого сердечника борта шины, полученного таким образом.
Термин "теоретическая разрывная нагрузка сердечника борта" следует понимать как сумму теоретических нагрузок (то есть значения прочности на растяжение), выраженных в Н, элементов, формирующих сердечник борта шины.
Например, в конкретном случае с контрольным сердечником А борта шины (см. Таблицу 1) значение теоретической разрывной нагрузки сердечника борта шины (то есть 23360 Н) было получено посредством умножения значения разрывной нагрузки индивидуального нитевидного элемента (то есть 1460 Н) на общее количество нитевидных элементов, формирующих часть сердечника А борта шины (то есть 16 нитевидных элементов, состоящих из 4 намотанных витков небольшой ленты, содержащей 4 нитевидных элемента).
Таблица 2 показывает некоторые характеристики кордов, используемых в сердечниках В и С борта, а также самих сердечников борта.
Если контрольный сердечник А борта шины и сердечники В и С борта шины, соответствующие изобретению, сравнить, можно отметить, что использование предварительно отформованных элементов, соответствующих изобретению, дает преимущественное повышение гибкости сердечника борта шины с одновременным обеспечением необходимой его конструкционной прочности. Более подробно, при сравнении приведенных выше Таблиц 1 и 2 можно видеть, что происходит повышение гибкости сердечников В и С борта шины, соответствующих изобретению, относительно сравнительного сердечника А борта шины, поскольку благодаря предварительно отформованному состоянию нитевидных элементов сердечников В и С борта шины, соответствующих изобретению, увеличивается диапазон упругости (см. удлинение при пределе текучести) элементов, формирующих сердечники В и С борта шины, соответствующие изобретению, по отношению к диапазону упругости нитевидных элементов, формирующих контрольный сердечник А борта шины. Кроме того, следует подчеркнуть, что указанное повышение гибкости сердечников борта шины, соответствующих изобретению, было получено при сохранении по существу неизменной или даже повышенной конструкционной прочности сердечника борта шины, как показано значениями теоретической разрывной нагрузки в упомянутых выше Таблицах 1 и 2. В частности, можно отметить, что теоретическая разрывная нагрузка сердечника С борта, то есть сердечника борта с меньшим количеством намотанных витков, заметно выше разрывной нагрузки сравнительного сердечника А борта благодаря большей разрывной нагрузке предварительно отформованного корда сердечника С борта относительно нитевидного элемента сердечника А борта.
Следует подчеркнуть, что указанный преимущественный результат был достигнут несмотря на использование сравнительного сердечника А борта, в котором нитевидные элементы были выполнены из более качественной стали (с высокой прочностью на растяжение) и имели больший диаметр (0,89 мм) по сравнению со сталью (с нормальной прочностью на растяжение) и диаметром (0,38 мм) нитевидных элементов сердечников В и С борта, соответствующих изобретению.
В подтверждение показанному выше в таблицах, на фиг.3 показаны соответственно графики нагрузки и деформации для нитевидных элементов сравнительного сердечника А борта (кривая 1), корда сердечника В борта, соответствующего изобретению (кривая 3), и корда сердечника С борта, соответствующего изобретению (кривая 2). Значения удлинения (выраженные в процентах) показаны по оси Х, тогда как прилагаемые нагрузки (выраженные в ньютонах) показаны по оси Y.
Как можно заметить, нитевидные элементы сердечников борта, соответствующих изобретению, сохраняют упругое сопротивление при значениях удлинения, превышающих около 1,50%, тогда как нитевидный элемент известного уровня техники при значениях, превышающих это пороговое значение, уже работает в диапазоне пластической деформации, то есть вдоль отрезка, параллельного оси Х, и удлиняется до разрыва без какого-либо увеличения сопротивления прилагаемой нагрузке.
Сердечник борта, соответствующий настоящему изобретению, дает несколько преимуществ.
Во-первых, указанный сердечник борта, как отмечалось выше, очень упругий и способен подвергаться упругой деформации, одновременно сохраняя высокую конструкционную прочность.
Это дает преимущество не только в ходе обычных операций монтажа/демонтажа шины на соответствующий обод или с обода, но также, как уже отмечалось, в случае спуска шины.
Кроме того, если структуру сердечника борта, соответствующую настоящему изобретению, выполняют из, по меньшей мере, одного корда, содержащего, по меньшей мере, один предварительно отформованный нитевидный элемент, дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что предварительное формование указанного, по меньшей мере, одного нитевидного элемента обеспечивает оптимальное обрезинивание указанного, по меньшей мере, одного корда и, следовательно, структуры сердечника борта. Указанный аспект особенно важен, поскольку он обеспечивает исключение или, по меньшей мере, существенное ослабление явления коррозии, неблагоприятно влияющего на указанные нитевидные элементы указанной структуры.
Настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства. Шина включает в себя, по меньшей мере, один слой каркаса, концы которого прикрепляют к паре кольцевых армирующих элементов, причем каждый из указанных кольцевых армирующих элементов включен в соответствующий борт шины и содержит, по меньшей мере, один металлический нитевидный элемент, протекторный браслет, проходящий по окружности вокруг указанной каркасной структуры, и ленточную структуру, расположенную по окружности между каркасной структурой и протекторным браслетом. Указанный, по меньшей мере, один нитевидный элемент подвергают предварительному формованию таким образом, что в продольном направлении указанный нитевидный элемент имеет волнистую форму. Настоящее изобретение также относится к кольцевому армирующему элементу, содержащему, по меньшей мере, один предварительно отформованный нитевидный элемент. В результате повышается прочность и надежность шины, а также гибкость и пластичность. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
| DE 4234562 А, 21.04.1994 | |||
| JP 11321249 А, 29.02.2000 | |||
| ПОВОРОТНЫЙ БЛЕНДЕР С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ | 2017 |
|
RU2678544C1 |
| US 1522798 А, 13.01.1925. | |||
