ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ Российский патент 2012 года по МПК B60C17/06 

Настоящее изобретение относится к пневматическим шинам, которые монтируются под давлением на колесных ободах автомобилей. В частности, оно относится к устройствам, способным усилить сопротивляемость этого оборудования ударам, которым они подвергаются при движении в случае столкновения с такими препятствиями на дороге, как тротуары, выбоины.

Действительно известно, что пневматическая шина, которая в накачанном состоянии катится по дороге, в обычных скоростных и нагрузочных условиях использования испытывает удары на протектор или боковые поверхности, частота и интенсивность которых часто являются значительными. Одной из ее основных функций является их ограничение и амортизация, так чтобы это, по существу, не сказывалось ни на колесе рассматриваемого автомобиля, ни на его движении, ни на его целостности. Эта способность является главной причиной постоянства их использования в автомобилях в течение века.

Тем не менее, случается, что эта способность имеет свои ограничения, когда условия столкновения шины с препятствием таковы, что стенка столкнувшейся покрышки доходит до упора внутри пневматический камеры либо непосредственно с ободом, на котором смонтирована шина, либо, что более часто, с другой зоной стенки покрышки, которая сама опирается непосредственно на обод колеса. Это, в частности, происходит в случае, когда этот обод классически имеет внешний радиальный выступ относительно собственно посадочного места. Такой выступ обычно предусматривается для того, чтобы помешать закраине покрышки выйти из обода под действием аксиально направленных усилий в процессе маневров колеса. Обычно он называется бортовой закраиной или ребордой обода.

В вышеописанном случае столкновение с препятствием передает короткие, но очень интенсивные усилия, которые могут достигать нескольких тонн, на ударяющиеся части, но также, кроме обода, на детали механической подвески колесного комплекса и даже на кузов автомобиля. Они способны вызвать серьезные неполадки деталей подвески и необратимо деформировать кузов автомобиля. Конструкторы автомобилей вынуждены, таким образом, предусматривать амортизирующие системы для предупреждения таких неполадок и рассчитывать размер автомобилей с учетом обычно предполагаемых экстремальных случаев.

К сожалению, даже когда собственно автомобиль должным образом защищен, пневматическая покрышка, подвергнутая происшествию такого типа, может серьезно пострадать от последствий упомянутого случая. В той части, которая подверглась удару, внутренняя стенка шины резко сплющивается и сжимается между препятствием и бортовой закраиной обода. Это может привести к разрыву стенки и в пневматической шине резко сбрасывается давление, что в большинстве случаев вызывает немедленную остановку автомобиля. Когда покрышка выдерживает, то в большинстве случаев констатируют, что ее компоненты были повреждены в этом происшествии; вздутия на боковых поверхностях или другие проявления говорят эксперту о том, что структура покрышки ослаблена и что ее стенка может разорваться под действием повторяющихся изгибов ее компонентов через более или менее короткий срок, что является, очевидно, несовместимым с условиями необходимой безопасности при движении.

Целью настоящего изобретения является решение этих проблем и уменьшение рисков, которым подвергается пневматическая шина, когда она испытывает удар при столкновении с препятствием на дороге, например, когда она встречается с тротуарным бордюром или рытвиной.

Объектом изобретения является пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, имеющий, по меньшей мере, одно кольцевое посадочное место для посадки закраины покрышки и внешний радиальный выступ вблизи посадочного места, при этом покрышка классически содержит по внешней окружности протектор для обеспечения контакта с дорогой, по меньшей мере, одну закраину, предназначенную для установки на посадочном месте обода, и стенку, содержащую резиновую структуру и элементы жесткости, связывающие внешнюю окружность с закраиной, при этом комплекс образует с ободом пневматическую полость. В соответствии с существом изобретения пневматическая шина содержит, по меньшей мере, один элемент защиты, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между вершиной и закраиной может быть зажата между выступом и внешним препятствием в зоне ее окружности, когда удар колеса в такое препятствие вызывает перекрытие внутренней полости пневматической шины, моментально создавая повышенное давление, направленное перпендикулярно стенке пневматической шины в зоне.

Основной целью изобретения является обеспечение пневматической шины защитным элементом, обладающим общей сжимаемостью со способностью к эластичной деформации с повышенным модулем жесткости в направлении этих напряжений для амортизации, по меньшей мере, частичной, без одновременного появления вредного напряжения тангенциально стенке и, в особенности, связи между резиной и усилительными элементами стенки, в зависимости от усилительных элементов.

Заявитель обнаружил тот факт, что проволоки или корд используемых усилительных элементов, в частности, усилительные элементы слоя корда каркаса радиальной покрышки в стенках боковых поверхностей пневматических шин, подвергающиеся ударному защемлению в процессе движения по очень неровной дороге или в относительно экстремальных условиях эксплуатации автомобиля, имели тенденцию рваться при растяжении под воздействием напряжений, вызываемых защемлением покрышки, или, по меньшей мере, подвергаться растягиванию выше их предела упругости, что вызывает, таким образом, появление зон усталостного ослабления.

Таким образом, предлагаемый в изобретении защитный элемент позволяет уменьшить напряжения растяжения стенки, в частности, усилительных элементов пневматической шины вблизи точки защемления благодаря соответствующему выбору их характеристик сжимаемости, позволяющих, по меньшей мере, частично, ослабить напряжения, появляющиеся в направлении собственно деформаций защемления. Под общим или видимым понятием здесь понимается изменение видимого объема защитного элемента в направлении вызывающего это изменение напряжения.

Особенно интересное средство для осуществления защитного элемента основано на использовании внутренне несжимающегося материала, но с вариантами осуществления, позволяющими придать этому материалу определенную сжимаемость в направлении приложения усилия при сохранении повышенного значения модуля. Обеспечение этой сжимаемости допускает заметное или полное изменение объема, занимаемого рассматриваемым материалом.

В соответствии с первым аспектом изобретение касается пневматической шины, предназначенной для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, при этом обод имеет, по меньшей мере, одно посадочное место для закраины пневматической шины и внешний радиальный выступ вблизи от посадочного места, причем пневматическая шина содержит:

- верхнюю кольцевую поверхность, снабженную протектором для обеспечения контакта с дорогой;

- по меньшей мере, одну закраину, представляющую собой часть, предназначенную для монтажа на посадочное место обода; и

- стенку, содержащую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающие верхнюю поверхность с закраиной.

Комплекс с ободом представляет собой пневматическую полость. Пневматическая шина, содержащая, кроме того, по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между вершиной и закраиной способна зажиматься между выступом и внешним препятствием для пневматической шины в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с этим препятствием, который перекрывает внутреннюю полость пневматической шины в этом секторе и вызывает моментальное появление повышенного напряжения сжатия, перпендикулярное стенке пневматической шины, при этом защитный элемент способен эластично деформироваться в направлении, перпендикулярном стенке пневматической шины. Защитный элемент выполнен из пенистого материала на базе резины с жесткостью, превышающей 10 МПа (предпочтительно, превышающей 25 МПа), с коэффициентом пористости, составляющим от 15% до 60% (и, предпочтительно, между 25% и 40%).

В соответствии со вторым аспектом изобретением является пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, при этом обод содержит, по меньшей мере, одно кольцевое посадочное место для закраины пневматической шины и внешний радиальный выступ вблизи посадочного места, при этом пневматическая шина содержит:

- верхнюю кольцевую поверхность, снабженную протектором шины для обеспечения контакта с дорогой;

- по меньшей мере, одну закраину, представляющую собой часть, предназначенную для монтажа на посадочном месте обода; и

- стенку, содержащую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающие верхнюю поверхность с закраиной.

Комплекс с ободом представляет собой пневматическую полость. Пневматическая шина содержит, кроме того, по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, в котором стенка пневматической шины между вершиной и закраиной способна зажиматься между выступом и внешним препятствием пневматической шине в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с этим препятствием, который перекрывает внутреннюю полость пневматической шины в этом секторе и вызывает моментальное появление повышенного напряжения сжатия, перпендикулярного стенке пневматической шины. Защитный элемент содержит слой внутренне деформируемого эластичного материала, жестко соединенного с резиной и усилительными элементами стенки пневматической шины в этом секторе, при этом слой имеет такую геометрию, что полости образуются в случае сжатия. Именно образование этих полостей между защитным элементом и стенкой пневматической шины, с которой он входит в контакт в случае сжатия (или, в случае необходимости, между двумя частями защитного элемента, если он контактирует сам с собой в случае сжатия), обеспечивает эффект сжимаемости комплекса, несмотря на то, что используемый материал является несжимаемым.

Защитный элемент можно выполнить также с помощью детали в форме слоя, ленты или пласта эластомерной резины («эластомерного материала») или эквивалентного материала, жестко соединенного с резиной и/или усилительными элементами стенки пневматической шины в области, где стенка пневматической шины между вершиной и закраиной может зажиматься между выступом и внешним препятствием пневматической шины вследствие жесткого удара, при этом деталь содержит полости, выполненные по всей толщине или ее части и разнесенные одни от других в направлениях ее поверхности. Распределение этих полостей таково, что, если резиновая деталь зажимается радиально в точке между препятствием и недеформируемым выступом обода, причем резина, которая размещена вокруг этой точки, может эластично перемещаться и деформироваться с боковым расширением в этих полостях без передачи недопустимых усилий на усилительные элементы, к которым приклеена резина вблизи этой точки.

В соответствии с третьим аспектом в изобретении предлагается также пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, при этом обод имеет, по меньшей мере, одно кольцевое посадочное место для установки закраины пневматической шины и внешний радиальный выступ вблизи посадочного места, при этом пневматическая шина содержит:

- верхнюю кольцевую поверхность, снабженную протектором для обеспечения контакта с дорогой;

- по меньшей мере, одну закраину, представляющую собой часть, предназначенную для монтажа на посадочное место обода; и

- стенку, содержащую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающие вершину с закраиной.

Комплекс с ободом образует пневматическую полость. Пневматическая шина содержит, кроме того, по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между вершиной и закраиной может быть зажата между выступом и внешним препятствием пневматической шине в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с этим препятствием, который перекрывает внутреннюю полость пневматической шины в этом секторе и вызывает моментальное появление повышенных компрессионных напряжений, перпендикулярных стенке пневматической шины, при этом защитный элемент способен эластично деформироваться в направлении, перпендикулярном стенке пневматической шины. Защитный элемент содержит слой эластично деформируемого несжимаемого материала, жестко соединенного с резиной и усилительными элементами стенки пневматической шины в этом секторе, при этом слой имеет полости, разнесенные друг от друга в направлениях, параллельных его поверхности по всей его толщине или части.

В соответствии с вариантом осуществления, в слое несжимаемой резины выполнены отверстия или дыры, разнесенные одни от других, распределение и поперечные размеры выбраны так, чтобы обеспечить необходимое поперечное расширение в случае воздействия давления перпендикулярно поверхности этой детали. Таким образом, слой может поперечно и эластично расширяться в полостях, остающихся свободными благодаря отверстиям, когда на них воздействуют напряжения давления, перпендикулярные его поверхности.

Предпочтительно, отверстия размещены так, чтобы обеспечить коэффициент пустот от 30% до 80%, и предпочтительно между 45 и 55% по толщине слоя.

В соответствии с другим вариантом осуществления слой имеет вариации по толщине для создания полых зон, образующих частичные полости между зонами припусков, распределенных в слое резины. Распределение и размеры этих припусков и частичные полости, которые их разделяют, определены таким образом, чтобы позволить резине зон припусков поперечно и эластично расширяться в зонах утонения, когда на вершины зон припусков сильно воздействуют напряжения сжатия, перпендикулярные поверхности слоя.

Предпочтительно, полые зоны размещены так, чтобы обеспечить коэффициент пустот от 30% до 70% и предпочтительно между 45 и 55% в толщине слоя, содержащего припуски.

В том что касается радиальной локализации элементов защиты, то они могут быть размещены внутри стенки пневматической шины в области одной или нескольких зон, таких как А и В, уязвимых для защемляющих ударов. Их можно также разместить непосредственно на внутренней поверхности стенки пневматической шины. В этом случае можно выполнить на всем или части резинового покрытия, которое обычно выстилает внутреннюю поверхность пневматической шины, в частности, для повышения герметичности. Известно, что эта внутренняя резина часто выполняется на основе бутилкаучука, свойства жесткости и гистерезиса которого благоприятны для использования в изобретении.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, весьма предпочтительным в случае, когда элемент защиты содержит слой резины на внутренней стенке пневматической шины, поверхность слоя резины представляет собой параллельные бороздки, плотность и амплитуда которых определены в зависимости от модуля упругости, свойственного основной резине для того, чтобы придавать слою общий желаемый модуль общей эластичной сжимаемости.

Предпочтительно, слой резины размещен по внутренней поверхности стенки боковины, по меньшей мере, в зоне, близкой к плечику пневматической шины, и в зоне непосредственной близости к закраине в связи с тем, что в случае защемления покрышки под действием внешнего препятствия, внутренняя поверхность войдет в контакт с самой собой в двух различных местах слоя, где бороздки, вершины которых находятся в контакте, перекрещиваются в различных направлениях.

В соответствии с вариантом осуществления, слой резины имеет толщину, превышающую 1,5 миллиметров, и предпочтительно составляет от 2,5 до 15 миллиметров, при этом высота бороздок, таким образом, является, по существу, по меньшей мере, равной 1,5 миллиметра.

Для осуществления этих размещений в случае, когда защитный элемент находится в двух зонах внутренней стенки пневматической шины, способных накладываться одна на другую в случае защемляющего удара, необходимо предусмотреть, чтобы бороздки, вершины которых входят в соприкосновение, перекрещивались под углом, достаточным для исключения того, чтобы выступы одной из этих зон не размещались между канавками другой, следствием чего явилось бы временное заполнение пустот, необходимых для расширения или для обеспечения ползучести резины между пустотами для амортизации тангенциальных напряжений в слое.

Для этого бороздки могут быть, предпочтительно, выполнены в виде сети линий, по существу, параллельных в косом направлении в соответствии с углом, содержащимся между 30° и 60°, например и предпочтительно примерно 45° относительно окружности пневматической шины. В этом случае действительно, если зона плечика деформируется до положения, когда внутренняя стенка входит в контакт с зоной закраины при защемляющем ударе, бороздки находящихся в контакте двух зон перекрещиваются приблизительно под прямым углом, что благоприятствует хорошей работе защитного элемента как амортизатора защемляющих напряжений. Когда бороздки образуют единую сеть на слое резины, которая равномерно размещена по всей внутренней стенке пневматической шины между зонами плечика и закраины, торообразная геометрия пневматической шины такова, что автоматически соблюдается условие перекрещивания бороздок при взаимодействии.

В соответствии с вариантом исполнения бороздки имеют, по существу, сечение треугольной формы.

Защитный элемент может быть размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине, которая представляет собой особенно уязвимую зону для упомянутого защемления.

Защитный элемент может быть также размещен в секторе стенки пневматической шины вблизи плечика.

Можно предусмотреть защитный элемент вблизи закраины и в зоне плечика, либо можно также выполнить единый защитный элемент, который размещается на боковой стенке пневматической шины между плечиком и закраиной.

Выяснилось, что было бы предпочтительным при применении в туристических автомобилях использовать защитный элемент, который обладает общим модулем жесткости (измеренным при деформации в 10%) в направлении «защемляющих» напряжений, превышающим 0,5 МПа и, предпочтительно, по меньшей мере, равным 1 МПа.

Разумеется, можно комбинировать различные аспекты изобретения, чтобы получить особенно эффективный защитный элемент.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 изображает вид в разрезе плоскостью радиального сечения пневматической шины на рабочем ободе, стенки которой испытывают сжатие вследствие жесткого лобового удара с препятствием, таким как тротуар;

- фиг.2-5 схематично изображают виды в радиальном разрезе пневматической шины, смонтированной на ободе, и четыре примера локализации элемента защиты от ударного защемления в соответствии с изобретением;

- фиг.6 изображает вид в схематичном разрезе резинового слоя перпендикулярно его поверхности по изобретению;

- фиг.7а и 7b иллюстрируют работу защитного элемента по фиг.6, когда он нагружен из-за столкновения пневматической шины с внешним препятствием;

- фиг.8 изображает вид сверху пневматической шины, протектор которой находится в контакте с дорогой;

- фиг.9а и 9b схематично изображают расположение бороздок, покрывающих поверхность защитного элемента типа, изображенного на фиг.6;

- фиг.10а, 10b и 10с изображают вид в плане слоя резины, используемого как элемент защиты в соответствии с тремя вариантами осуществления изобретения;

- фиг.11 изображает некоторые результаты, полученные при осуществлении изобретения.

На фиг.2-5 в качестве примера изображен разрез пневматической шины 10, смонтированной на ободе колеса 12. Последний содержит основание 13 обода (см. фиг.1), выполненное обычно из металла, такого как сталь или сплав на основе алюминия. Основание 13 обода имеет на аксиальных концах две зоны в форме слегка усеченного конуса, каждая из которых образует посадочное место 14 обода (изображенное на фиг.2) для приема закраин пневматической шины 10. В этом примере традиционного обода центральная часть основания обода имеет выемку для монтажа и демонтажа пневматической шины. На каждом аксиальном конце обод продолжен во внешнем радиальном направлении ребордой, образующей выступ 17 (фиг.1), аксиально искривленный наружу с вершиной 15 реборды в точке, наиболее удаленной от оси колеса.

Пневматическая шина 10 содержит классически верхнюю часть 21, снабженную протектором 22 с внешней радиальной стороны. Каждый аксиальный край верхней части 21 связан боковой стенкой 23 с соответствующей закраиной 24, имеющей внутреннюю радиальную поверхность формы слегка усеченного конуса, образующую часть 25 пневматической шины, которая при монтаже садится на свое соответствующее посадочное место 14. Каркасный слой, весьма схематично представленный позицией 31 на фиг.2, размещен внутри пневматической стенки от вершины 21 до закраины 24, в которой он закреплен своим соответствующим краем. В представленном примере это закрепление выполнено закручиванием этого края вокруг прутка 33. Закрученный край 34 каркасного слоя образует «хвостовую» ветвь, сочлененную с «головной» ветвью каркаса. Каркасный слой образован классическим образом путем последовательного наслоения стальных усилительных нитей или корда, утопленных внутрь резины, с которой они сильно сцеплены и вытянуты в радиальном направлении вокруг пневматической шины. Пневматическая шина образует непосредственно с дном обода в этом примере пневматическую камеру 30, предназначенную для накачивания воздухом под давлением в несколько бар для несения нагрузки, передачи усилий сцепления и торможения, направления, комфорта руления и защиты автомобиля путем амортизации ударов о препятствия, которые могут встретиться на дороге.

Фиг.1 изображает, что происходит, когда пневматическая шина 10 на своем ободе 12 встречается с препятствием, являющимся в данном случае ступенькой тротуара, которая выступает над уровнем дороги 42 поперек направления движения автомобиля, оборудованного такой пневматической шиной. В положении, изображенном на фиг.1, удар о препятствие был таким сильным, что пневматическая камера 30 полностью сплющилась в одной точке своего радиального сечения. Протектор 22 шины столкнулся с ребром 41 этой ступеньки и вершина пневматической шины против давления внутреннего воздуха жестко сжимается так, что ее внутренняя поверхность упирается во внутреннюю стенку закраины со стороны, противоположной вершине 15 выступа или реборды обода 17. При отсутствии любой возможности значительного радиального изгиба этой реборды обода стенка пневматической камеры, которая сплющивается под действием удара, действительно сильно зажимается между выступом, который образует эта реборда обода, и ступенькой. Под действием эффекта сплющивания стенка пневматической шины, находящаяся на расстоянии от точки сжатия, контактирует сама с собой. Это вызывает образование сильных изгибов в усилительном корде каркаса на этом сплющенном конце, а также в резине, покрывающей эти усилительные элементы. Соответствующие деформации могут нанести этим материалам непоправимый ущерб. Еще более серьезным является то, что резина, имеющаяся непосредственно в секторе сплющивания, изображенном стрелкой 48, сжата очень сильно без возможности деформации в этом направлении. Присущая ей несжимаемая структура мешает ей уменьшать свою толщину только путем растяжения в перпендикулярных направлениях, то есть тангенциально относительно контактирующих стенок и усилительных проволок или корда, утопленных в резине. Вследствие прекрасной механической связи между резиной и усилительными элементами, образующими структуру стенки пневматической шины, тенденции к тангенциальной деформации резины противодействует сопротивление удлинению усилительных элементов. Когда напряжения, воздействующие на эти усилительные элементы, так велики, что превышают порог упругости этих усилительных элементов, они начинают пластически деформироваться перед тем, как окончательно разорваться.

Изучение фиг.1 позволяет понять, что две зоны стенки пневматической шины играют решающую роль в описанном выше феномене. Речь идет о первой зоне, обозначенной стрелкой А на фиг.2 и 4, и второй зоне, обозначенной стрелкой В на фиг.2, 3 и 5. Зона А соответствует части внутренней поверхности стенки пневматической шины, которая находится непосредственно над закраиной во внешнем радиальном направлении. Зона В соответствует части внутренней поверхности, которая находится в секторе плечика пневматической шины, то есть в месте перехода между боковиной и вершиной.

В примере по фиг.2 обе зоны А и В внутренней поверхности стенки 23 снабжены резиновым покрытием в виде кольцевой ленты из деформируемого материала 43 и 44 для образования элемента защиты, способного, по меньшей мере, частично, смягчить зажимающие усилия без разрушения усилительных элементов стенки пневматической шины.

Эта особенность может быть получена в зоне А путем образования резиновой ленты 43 из деформируемого материала, повышенный модуль жесткости на сжатие которого позволяет поглотить эти усилия путем сжатия (то есть путем уменьшения объема, который не передает или передает очень мало в других направлениях усилия сжатия в направлении прикладываемой нагрузки).

Можно также выполнить защитную ленту в зоне А из деформируемого несжимаемого элемента, который способен обычно воспринимать напряжения, перпендикулярные его поверхности, как настоящий сжимаемый материал, не передавая по другим направлениям деформацию (сжатие), которую он испытывает в направлении напряжения защемления. Ниже приведены примеры осуществления со ссылками на фиг.6-10.

В осуществлении по фиг.2 зона В снабжена также материалом 44, обладающим, в общем, свойствами, присущими материалу в упомянутой зоне А. Соединение этих двух элементов защиты, когда они входят в контакт вследствие защемляющего удара, позволяет обеспечить эффективную защиту стенки пневматической шины от такого типа инцидента.

Разумеется, можно также оборудовать почти всю внутреннюю поверхность стенки пневматической шины слоем 45, как изображено на фиг.3, для обеспечения, например, еще более эффективной защиты пневматической шины в случае взаимодействия с нефронтальным препятствием или в условиях, по существу, отличных от случая, изображенного на фиг.1 (фронтальный удар). Наоборот, в зависимости, например, от тяжести условий предполагаемого использования пневматической шины (например, от состояния дорог) можно ограничить защитный элемент одной лентой 46 в единственной зоне А вблизи зоны закраины (фиг.4) или в конфигурации В в зоне плечика, как изображено на фиг.5 позицией 47, при этом вариант, изображенный на фиг.4, образует предпочтительную форму такой минимальной реализации.

В случае необходимости элемент защиты может быть образован не на поверхности, а внутри стенки пневматической шины, осуществляя соединение слоев резины в процессе изготовления (даже, по меньшей мере, в зоне закраины на ее внешней поверхности).

Размещение защитного элемента на внутренней поверхности защищаемой стенки является особенно интересным в различных случаях, в частности, когда можно комбинировать его функцию с функцией покрытия, уже предусмотренного в некоторых традиционных пневматических шинах. Так, можно сообразовать внутреннюю резину, используемую классически, для покрытия внутренней поверхности стенки пневматической шины, таким образом, чтобы получить искомые общие свойства сжимаемости, изменяя, при необходимости, толщину этой резины вдоль рассматриваемой боковой стенки в выбранной зоне (в частности, А или В).

Как правило, эта внутренняя резина является герметизирующей резиной для гарантии наилучшего сохранения давления в пневматической шине. Предпочтительно, таким образом, используют бутилкаучук из-за его свойства герметичности по отношению к воздуху. Таким образом, этот материал является жестким к повышенному давлению, что позволяет ему осуществить функцию упомянутой защиты при относительно малых толщинах. Таким образом, он проявляет при деформации гистерезисные свойства, придающие ему амортизационные свойства при передаче усилий, которые воздействуют на него в положении сжатия.

Коэффициент сжимаемости, превышающий 10%, является желательным в направлении, перпендикулярном сжимающему усилию, для реализации защитного элемента. Стремятся обеспечить общую жесткость комплекса в этом направлении, превышающую 0,6 МПа и, предпочтительно, превышающую 1 МПа. Для изготовления защитного сжимающегося защитного элемента, обладающего этими характеристиками, можно использовать сверхжесткую пену, предпочтительно, из каучукового материала. Например, можно использовать пену, выполненную из материала на базе каучука с жесткостью, превышающей 10 МПа (и, предпочтительно, превышающей 25 МПа), и с коэффициентом пустот от 15% до 60% (и, предпочтительно, от 25% до 40%). Можно также использовать слой резины с отверстиями, пузырьками или шариками, например стеклянными шариками, которые разрушаются при ударе.

Можно также использовать резиновый слой с выемками по всей его толщине, или более или менее глубокими, только на одной из поверхностей. Ниже будет описан предпочтительный простой и эффективный вариант осуществления со ссылкой на фиг.6, которая изображает поперечный разрез резинового слоя 50, используемого как защитный элемент. Поверхность 52 слоя 50 обычно соединена с внутренней стенкой пневматической шины, в данном случае, не изображенной. Его другая поверхность 54 снабжена параллельными бороздками 55 в направлении, поперечном плоскости чертежа по фиг.6. Бороздки 55, в данном случае, имеют такой треугольный профиль, что вершины 56 двух соседних бороздок разделены впадиной 57 со скатами 58, наклоненными относительно общей плоскости слоя 50. В этом примере, слой 50 выполнен из эластомера с модулем 1 МПа; толщина всего слоя резины 50 составляет 3 миллиметра; глубина впадин в направлении, перпендикулярном плоскости слоя составляет, примерно, 2 мм; шаг бороздок составляет 5 миллиметров; профиль бороздок является симметричным, что обеспечивает коэффициент пустот в 50% в толщине слоя 50 с бороздками. На практике можно использовать слой резины общей толщиной, превышающей 1,5 мм, и, предпочтительно, составляющей от 2,5 до 15 миллиметров, а высота бороздок в этом случае, по меньшей мере, равна 1,5 миллиметра. Коэффициент пустот может составлять от 30% до 70% и, предпочтительно, от 45 до 55%.

Резиновый слой 50 может быть размещен на внутренней поверхности стенки пневматической шины или по ленте в зоне А, и/или ленте в зоне В, либо быть выполненным в виде единого слоя, покрывающего за этими двумя зонами всю промежуточную часть внутренней боковой поверхности пневматической шины. Он может быть выполнен в виде заданной структуры в определенных зонах герметизирующей резины, покрывающей внутреннюю стенку пневматической шины.

Бороздки могут принимать различные направления, включая не только прямолинейную траекторию, как изображено в развернутой плоскости части торообразной поверхности, в которой они выполнены. Предпочтительна, однако, ориентация, которая не является ни радиальной, ни по окружности, а с углом, образованным с направлением радиальной линии на внутренней поверхности пневматической шины, составляющим от 30 до 60° и, предпочтительно, равным 45° по причинам, изложенным ниже. Так, если проецируют вершину 121 пневматической шины 110 на плоскость, параллельную оси 125 пневматической шины, и на поверхность качения, как изображено на фиг.8, бороздки выходят из вершины в косом направлении 126, образуя угол 119 с экваториальной плоскостью 127, перпендикулярной оси 125 пневматической шины. Они косообразно перекрещивают меридианные окружности в боковых поверхностях пневматической шины.

Если рассматривать, что зоны А и В способны взаимно контактировать в процессе защемляющего удара, для хорошего функционирования защитного элемента важно, чтобы бороздки, имеющиеся в этих двух зонах, не входили одна в другую, когда они попадают в положение, изображенное на фиг.1, и оставляли резине вершин бороздок возможность деформироваться по бокам во впадины, когда кромки вершин сильно сжимаются в случае защемляющего удара.

На этот предмет фиг.7а и 7b изображают функционирование зоны бороздок в соответствии с изобретением. На фиг.7а образец 150 резины, имеющий поверхность, снабженную бороздками 154, входит в контакт с другим образцом 150', контактная поверхность 153 которого также снабжена идентичными бороздками, ориентированными параллельно плоскости чертежа 7а. Видно, что кромки 156 вершин бороздок 154 находятся в непосредственном контакте с такими же кромками 156' вершин бороздок, которые располагаются на одном уровне с поверхностью 153' образца 150'. Контакт между двумя образцами обеспечивается, таким образом, сетью точек опор перекрещиваний соответствующих бороздок. Фиг.7b изображает два образца 150 и 150', когда их ранее находящиеся в контакте по фиг.7а поверхности с силой прижаты одна к другой, например, в результате воздействия давлением на их не контактирующие поверхности 152 и 152'. Верхние точки утапливаются под действием мгновенного приложения давления порядка 10 бар, вызванного ударом. Видно, что резина вершин образца 150 расширяется вбок, частично заполняя впадины 157. Образец 150' ведет себя таким же образом. Кромка вершины 156' этого образца, видимая на фиг.7а и 7b, деформируется в точке контакта с вершинами 156 бороздок образца 150. Общая толщина образцов уменьшается, так как сжимаемая резина деформируется, заполняя впадины, разделяющие вершины бороздок.

Фиг.9а схематично изображает расположение бороздок двух защитных слоев, располагающихся соответственно в зоне А и зоне В внутри стенки пневматической шины, когда они входят во взаимодействие вследствие внешнего удара, вызывающего смятие пневматической шины. Позицией 202 обозначен след реборды обода в проекции на плоскость, параллельную оси пневматической шины. Параллельные линии обозначают позицией 204 бороздки защитного слоя резины по изобретению, находящиеся в зоне А вблизи закраины, с одной стороны, и позицией 206 бороздки защитного слоя, находящиеся в зоне В под плечиком, с другой стороны. Видно, что ориентация бороздок в зонах А и В такова, что эти линии перекрещиваются между собой и с направлением реборды обода, когда они непосредственно контактируют в результате внешнего удара. Предпочтительна ориентация бороздок 204 и 206 в 45° в противоположном направлении. На практике, как изложено выше, выбирают, предпочтительно, угол этих бороздок с радиальным направлением в боковине пневматической шины между 30° и 60° в абсолютном выражении.

Фиг.9b схематично таким же образом изображает, как и фиг.9а, случай, когда слой защитной резины, покрывающий внутреннюю поверхность боковины пневматической шины, является сплошным и содержит непрерывные бороздки в направлении, примерно, 45° по всей окружности. Видно также, что вследствие особой геометрии пневматической шины бороздки 208 защитного слоя, находящиеся в контакте в двух зонах А и В, при защемляющем ударе естественно перекрещиваются в направлениях, по существу, перпендикулярных между собой.

Фиг.10а, 10b и 10с изображают другие варианты осуществления резинового слоя для реализации элемента защиты по изобретению, обладающего очень высокой общей радиальной жесткостью на сжатие, чтобы выдерживать защемляющие удары без повреждения пневматической шины. Общая сжимаемость резинового слоя в направлении его толщины повышается и регулируется увеличением соответствующим образом расположенных отверстий. Как изображено на фиг.10а, можно придать этим отверстиям форму кольцевых колодцев 62а в резиновом слое 60а. Толщина резинового слоя, покрывающего зоны А и В, превышает 1,5 миллиметра и, предпочтительно, выбрана между 2,5 и 15 миллиметрами. Можно также использовать резиновый слой 60b, снабженный отверстиями в форме прорезей 62b или другими вытянутыми альвеолами (фиг.10b), или пчелиных сот 62с в слое 60с (фиг.10с). На практике предпочтителен коэффициент пустот в 50% плоскости резинового слоя. Он, предпочтительно, выбран между 45 и 55% и, обычно, не ниже 30% и в некоторых конфигурациях может быть повышен до 80%, например, в случае отверстий в форме пчелиных сот по фиг.10с. Разумно предусмотреть отверстия с малыми поперечными размерами порядка 10 миллиметров.

Исследование защитных элементов в виде слоя с бороздками в соответствии с принципами, которые были упомянуты, позволяет отметить значительное уменьшение числа разорванных усилительных элементов в случае, когда стенка пневматической шины испытывает защемляющие удары в более или менее жестких условиях. Кривая 230 изображает изменение числа разорванных усилительных элементов (по оси ординат 236) в обычной пневматической шине, ударяющейся о соответствующее препятствие при скоростях, повышающихся от 30 до 50 км/час (ось абсцисс 234). На той же диаграмме кривая 232 показывает значительный сдвиг зоны, в которой могут проявиться неисправности. Этот сдвиг дает значительный выигрыш перед появлением первых феноменов разрыва. Например, фиг.11 иллюстрирует зону первоначально с 20 разрывами, приведенными к нулевому показателю, как видно на абсциссе 235.

Способ изготовления защитных слоев с бороздками на внутренней поверхности пневматической шины заключается в изготовлении полой заготовки в соответствии с традиционной техникой с размерами по толщине соответствующей внутренней резины, затем в использовании для вулканизации этой заготовки инструмента противоформы, такого как ядро или вулканизирующая мембрана, предназначенного для прессования внутренней стенки пневматической полости, другая поверхность которой находится в кольцевой ленточной форме. Уже известно использование вулканизирующих мембран, содержащих нервюры, распределенные по их поверхности для создания каналов для удаления газа с внутренней поверхности пневматической шины в процессе вулканизации. Эти нервюры не приспособлены для изготовления бороздок по изобретению, так как они являются весьма малыми и очень разнесенными в пространстве для получения ощутимого эффекта. В случае настоящего изобретения предусматривается использование вулканизирующих мембран, снабженных нервюрами, соответствующими бороздкам, выполняемым во внутренней резине заготовки. Таким образом, получают особенно простым способом бороздки, соответствующие изобретению, при относительно минимальном изменении инструментальной оснастки.

Разумеется, изобретение не ограничено описанными и представленными примерами. Различные модификации могут быть использованы без выхода за рамки, определенные прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

Изобретение относится к автомобильным шинам для решения проблем, возникающих в пневматических шинах, вызванных ударом о препятствия на дороге, например, при встрече с рытвиной или бордюром тротуара. В этом случае происходит то, что стенка пневматической шины между вершиной и закраиной оказывается зажатой между выступом, образованным бортовой закраиной обода, и внешним препятствием, когда удар протектора в препятствие вызывает перекрытие внутренней пневматической полости, моментально вызывая напряжения повышенного динамического сжатия перпендикулярно стенке пневматической шины, могущего вызвать разрыв усилительных элементов. Упруго деформируемый защитный элемент, имеющий повышенный модуль жесткости в направлении этих напряжений, используется для, по меньшей мере, их частичного уменьшения, например, путем размещения слоя резинового покрытия, снабженного бороздками на внутренней стенке пневматической шины. Технический результат - повышение стойкости шины при столкновения с препятствиями на дороге. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, содержащий, по меньшей мере, одно кольцевое посадочное место для опоры закраины пневматической шины и внешний радиальный выступ вблизи посадочного места, содержащая:
- верхнюю кольцевую поверхность, снабженную протектором для обеспечения контакта с дорогой;
- по меньшей мере, одну закраину с частью, предназначенной для монтажа на посадочное место обода; и
- стенку, содержащую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающие верхнюю поверхность с закраиной, при этом комплекс образует с ободом пневматическую полость, причем пневматическая шина дополнительно содержит:
- по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между верхней поверхностью и закраиной способна сжиматься между выступом и препятствием, внешним по отношению к пневматической шине, в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с этим препятствием, и который вызывает перекрывание внутренней полости пневматической шины в этом секторе и мгновенное появление повышенных напряжений сжатия, перпендикулярных стенке пневматической шины, при этом защитный элемент способен упруго деформироваться в направлении, перпендикулярном стенке пневматической шины, отличающаяся тем, что защитный элемент выполнен с применением пеноматериала на основе каучукового материала с жесткостью, превышающей 10 МПа (и предпочтительно превышающей 25 МПа), с коэффициентом пустот между 15% и 60% (и предпочтительно между 25% и 40%).

2. Пневматическая шина по п.1, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине.

3. Пневматическая шина по п.1, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины вблизи плечика.

4. Пневматическая шина по одному из п.1, в которой защитный элемент проходит, по существу, по всей части стенки пневматической шины между плечиком и закраиной, причем один участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине, а другой участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины, вблизи плечика.

5. Пневматическая шина по одному из пп.1-4, в которой защитный элемент размещен на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

6. Пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, имеющий, по меньшей мере, одно посадочное место для установки закраины пневматической шины и радиально внешний выступ вблизи посадочного места, содержащая:
- верхнюю кольцевую поверхность, снабженную протектором для обеспечения контакта с дорогой;
- по меньшей мере, одну закраину, имеющую часть, предназначенную для монтажа на посадочное место обода; и
- стенку, имеющую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающую верхнюю поверхность с закраиной, при этом комплекс образует с ободом пневматическую полость, а пневматическая шина дополнительно содержит:
- по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между верхней поверхностью и закраиной способна сжиматься между выступом и препятствием, внешним по отношению к пневматической шине, в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с препятствием, и который вызывает перекрытие внутренней полости пневматической шины в этом секторе и мгновенное появление повышенного напряжения сжатия перпендикулярно стенке пневматической шины, при этом защитный элемент способен упруго деформироваться в направлении, перпендикулярном стенке пневматической шины, отличающаяся тем, что защитный элемент содержит слой упругодеформируемого несжимаемого материала, жестко связанного с резиной и усилительными элементами стенки пневматической шины в этом секторе, причем слой имеет такую геометрию, что полости образуются в случае сжатия.

7. Пневматическая шина по п.6, в которой слой выполнен с изменениями по толщине для создания полых зон между зонами припуска в слое резины, распределение и размеры которых определены таким образом, чтобы резина могла поперечно упруго расширяться на зонах припусков в полые зоны, когда на вершины зон припусков значительно воздействуют перпендикулярно слою напряжения сжатия.

8. Пневматическая шина по п.7, в которой полые зоны расположены таким образом, чтобы обеспечить коэффициент пустот от 30% до 70% по толщине слоя, содержащего припуски.

9. Пневматическая шина по п.7, в которой слой представляет собой резиновое покрытие, локализованное на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

10. Пневматическая шина по п.9, в которой поверхность резинового слоя содержит, по существу, параллельные бороздки, плотность и амплитуда которых выбраны в зависимости от модуля внутренней упругости основной резины для придания слою необходимого общего модуля жесткости при сжатии.

11. Пневматическая шина по п.10, в которой резиновый слой проходит на внутренней поверхности стенки боковины, по меньшей мере, в зоне вблизи плечика пневматической шины и в зоне непосредственной близости к закраине таким образом, что в случае сжатия покрышки под действием внешнего препятствия внутренняя поверхность слоя контактирует сама с собой в двух различных местах слоя, где бороздки, вершины которых находятся в контакте, пересекаются в различных направлениях.

12. Пневматическая шина по п.10, в которой резиновый слой имеет толщину, превышающую 1,5 мм, а высота бороздок равна, по существу, по меньшей мере, 1,5 мм.

13. Пневматическая шина по п.10, в которой бороздки имеют, по существу, треугольное сечение.

14. Пневматическая шина по п.6, в которой слой представляет собой резиновое покрытие, локализованное на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

15. Пневматическая шина по п.6, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине.

16. Пневматическая шина по п.6, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины вблизи плечика.

17. Пневматическая шина по п.6, в которой защитный элемент проходит, по существу, по всей части стенки пневматической шины между плечиком и закраиной, причем один участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине, а другой участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины, вблизи плечика.

18. Пневматическая шина по одному из пп.6-17, в которой слой образован, по меньшей мере, сектором уплотнительной резины на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

19. Пневматическая шина, предназначенная для монтажа под давлением на обод колеса автомобиля, имеющий, по меньшей мере, одно кольцевое посадочное место для установки закраины пневматической шины и радиально внешний выступ вблизи посадочного места, содержащая:
- верхнюю поверхность, снабженную протектором для обеспечения контакта с дорогой;
- по меньшей мере, одну закраину, имеющую часть, предназначенную для монтажа на посадочное место обода; и
- стенку, содержащую резиновую структуру и усилительные элементы, связывающие верхнюю поверхность и закраину, при этом комплекс образует с ободом пневматическую полость, а пневматическая шина дополнительно содержит:
- по меньшей мере, один защитный элемент, локализованный в секторе, где стенка пневматической шины между верхней поверхностью и закраиной способна сжиматься между выступом и препятствием, внешним по отношению к пневматической шине, в ответ на жесткий удар, вызванный встречей протектора с препятствием, который вызывает перекрытие внутренней полости пневматической шины в этом секторе и мгновенное появление повышенных напряжений сжатия, перпендикулярных стенке пневматической шины, причем защитный элемент способен упруго деформироваться в направлении, перпендикулярном стенке пневматической шины, отличающаяся тем, что защитный элемент содержит слой упругодеформируемого несжимаемого материала, жестко связанного с резиной и усилительными элементами стенки пневматической шины в этом секторе, при этом слой содержит полости, разнесенные друг от друга в направлениях, параллельных его поверхности на всей или части его толщины.

20. Пневматическая шина по п.19, в которой в слое выполнены отверстия, разнесенные друг от друга, распределение и поперечные размеры которых выбраны таким образом, чтобы материал этого слоя имел возможность поперечно упруго расширяться в свободных пустотах этих отверстий, когда на этот слой значительно воздействуют перпендикулярно его поверхности напряжения сжатия.

21. Пневматическая шина по п.20, в которой отверстия расположены таким образом, чтобы обеспечить коэффициент пустот от 30% до 80% по толщине слоя.

22. Пневматическая шина по п.19, в которой слой выполнен с изменениями по толщине для создания полых зон между зонами припуска в слое резины, распределение и размеры которых определены таким образом, чтобы резина могла поперечно упруго расширяться на зонах припусков в полые зоны, когда на вершины зон припусков значительно воздействуют перпендикулярно слою напряжения сжатия.

23. Пневматическая шина по п.22, в которой полые зоны расположены таким образом, чтобы обеспечить коэффициент пустот от 30% до 70% по толщине слоя, содержащего припуски.

24. Пневматическая шина по п.22, в которой слой представляет собой резиновое покрытие, локализованное на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

25. Пневматическая шина по п.24, в которой поверхность резинового слоя содержит, по существу, параллельные бороздки, плотность и амплитуда которых выбраны в зависимости от модуля внутренней упругости основной резины для придания слою необходимого общего модуля жесткости при сжатии.

26. Пневматическая шина по п.19, в которой слой представляет собой резиновое покрытие, локализованное на внутренней поверхности стенки пневматической шины.

27. Пневматическая шина по п.19, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине.

28. Пневматическая шина по п.19, в которой защитный элемент размещен в секторе стенки пневматической шины вблизи плечика.

29. Пневматическая шина по п.19, в которой защитный элемент проходит, по существу, по всей части стенки пневматической шины между плечиком и закраиной, причем один участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины в непосредственной близости к закраине, а другой участок защитного элемента размещен в секторе стенки пневматической шины, вблизи плечика.

30. Пневматическая шина по одному из пп.19-29, в которой слой образован, по меньшей мере, сектором уплотнительной резины на внутренней поверхности стенки пневматической шины.