ШИПОВАННАЯ ШИНА Российский патент 2020 года по МПК B60C11/16 

Настоящее изобретение относится к области шин, содержащих шипы, которые, в частности, предназначены для езды на льду. Обычно такие шины называют «шипованными шинами».

Изобретение, в частности, предназначено для пассажирских транспортных средств и коммерческих транспортных средств.

Шипованные шины имеют неоспоримые преимущества с точки зрения характеристик в условиях зимней езды, такой как езда на покрытых льдом поверхностях. Контакт со льдом и, в частности, проникновение шипа в лед позволяет компенсировать снижение сцепления, наблюдаемое на уровне элементов рисунка протектора шины. Действительно, шипы царапают лед и обеспечивают создание дополнительного давления на лед.

Одна из трудностей при использовании таких шипованных шин состоит в том, что указанные шины при использовании на необледенелой или незаснеженной дороге ухудшают состояние поверхности дороги и приводят к преждевременному износу дорожного покрытия.

По этой причине ряд стран запретил шипованные шины или ограничил их использование определенными типами транспортных средств и/или ограниченными зимними периодами.

В общем, повышение эффективности сцепления со льдом шипованной шины обычно приводит либо к более высокой абразивности каждого шипа по сравнению с дорожным покрытием в случае постоянного количества шипов, либо к увеличению количества шипов при сохранении постоянной абразивности каждого шипа.

Обычно это приводит к усилению неблагоприятного воздействия шипованной шины на необледенелое или незаснеженное дорожное покрытие.

Настоящее изобретение направлено на создание шипованной шины, имеющей отличное сцепление со льдом, и при этом оказывающей уменьшенное воздействие на необледенелое или незаснеженное дорожное покрытие.

Шина содержит протектор, имеющий поверхность качения, и множество шипов, закрепленных в протекторе и выступающих из поверхности качения.

Согласно одному из общих признаков, средняя поверхностная плотность шипов на поверхности качения составляет не менее 6,7 шипов на квадратный дециметр (дм²). Согласно другому из общих признаков, статическая ударная сила шипов множества шипов находится в диапазоне от 120 до 170 Ньютонов (Н).

Под «шиной» понимают все типы упругих покрышек, которые находятся или не находятся под действием внутреннего давления.

Под «поверхностью качения» шины понимают поверхность протектора, которая вступает в контакт с дорожным покрытием, когда шина катится накачанная до ее рабочего давления, и считается лишенной шипов.

«Поверхность качения» рассчитывается по ширине и диаметру протектора свободной шины, то есть не установленной на ободе.

Под «средней поверхностной плотностью» здесь понимают отношение общего количества шипов к поверхности качения шины, выраженное в дм². Другими словами, шипы распределены в протекторе со средней плотностью 6,7 шипов на 1 дм² поверхности качения.

Под «статической ударной силой» шипа понимают вертикальное усилие, приложенное шипом, когда шина расплющивается на ровном дорожном покрытии под внутренним давлением накачки, равным 2 бар, и под нагрузкой, соответствующей 70% максимальной грузоподъемности шины. Эта максимальная грузоподъемность обычно определяется индексом нагрузки, написанным по меньшей мере на одной из боковых сторон шины.

Испытания, проведенные заявителем, позволили продемонстрировать, что конкретная поверхностная плотность шипов в сочетании с такой статической ударной силой позволяют повысить эффективность сцепления шипованной шины на обледенелом дорожном покрытии, одновременно ограничивая ее абразивное воздействие на сухое дорожное покрытие.

Увеличение средней поверхностной плотности шипов по сравнению с обычными шипованными шинами обеспечивает распределение нагрузки на большее количество шипов в области контакта протектора с дорожным покрытием. Улучшено сцепление шины на обледенелом дорожном покрытии. Кроме того, ограничен износ шипов.

Кроме того, статическая ударная сила, заданная заявителем, обеспечивает хорошее сочетание между улучшенным сцеплением шины на льду и ограниченной абразивностью шипов на дорожном покрытии.

В предпочтительном варианте осуществления статическая ударная сила каждого шипа находится в диапазоне от 120 Н до 170 Н. Однако, в качестве альтернативы, может быть предусмотрено, чтобы только часть шипов имела статическую ударную силу в этом диапазоне.

Согласно опциональному признаку средняя линейная плотность шипов на поверхности качения составляет не менее 115 шипов на метр. Под «средней линейной плотностью» здесь понимают отношение общего количества шипов к окружной поверхности качения шины, выраженное в метрах. Другими словами, шипы распределены в протекторе со средней плотностью 115 шипов на 1 метр окружной поверхности качения.

Согласно другому опциональному признаку высота H_S выступания шипов множества шипов составляет не более 1,6 миллиметра (мм) и предпочтительно составляет от 0,8 мм до 1,2 мм. Это дополнительно ограничивает абразивность шипов на дорожном покрытии.

Под «высотой выступания» шипа понимают радиальное расстояние между точкой шипа, наиболее радиально удаленной от центра, и участком поверхности качения, которая окружает указанный шип, например, до расстояния в 1 сантиметр от оси шипа. «Радиальное» направление представляет собой направление, соответствующее радиусу шины. Радиальное направление представляет собой направление, которое перпендикулярно оси вращения шины. Таким образом, точка шипа, наиболее радиально удаленная от центра, является точкой указанного шипа, наиболее удаленной от оси вращения шины.

Высота H_S выступания шипов множества шипов может составлять не более 20% от общей высоты H_C указанного шипа.

В одном варианте осуществления максимальное сечение S_max шипа составляет не более 35 квадратных миллиметров (мм²). Под «максимальным сечением» понимают максимальное сечение шипа, рассматриваемое перпендикулярно оси протяженности шипа. В случае цилиндрического шипа это максимальное сечение задано диаметром указанного шипа.

Общая высота шипов множества шипов может составлять от 8 мм до 11 мм и предпочтительно равна 10 мм. Шипы множества шипов обычно содержат корпус, закрепленный в протекторе, и вставку для контакта с дорожным покрытием. Корпус и вставка могут быть выполнены из разных материалов. Предпочтительно вставка выполнена из карбида вольфрама, а корпус выполнен из металлического сплава, предпочтительно из стали. В качестве альтернативы, корпус и вставка могут быть выполнены из одного материала.

Сечение вставки указанного шипа может составлять от 3 мм² до 3,5 мм². Сечение рассматривают перпендикулярно оси протяженности шипа. Это дополнительно ограничивает абразивность шипов на дорожном покрытии. Масса шипов множества шипов может составлять от 0,7 до 1,2 г.

Предпочтительно, доля занимаемой выемками поверхности протектора, в новом состоянии шины составляет от 30% до 50%.

Под «доля занимаемой выемками поверхности» протектора понимают отношение между, с одной стороны, разницей между общей площадью поверхности протектора и площадью участков элементов рисунка, входящих в контакт с землей во время движения, и, с другой стороны, указанной общей площадью поверхности протектора.

В качестве альтернативы или в комбинации, объемная доля выемок протектора в новом состоянии указанной шины составляет от 25% до 50%. Под «объемной долей выемок» понимают отношение объема углублений протектора, образованных канавками и вырезами, к общему объему протектора.

В одном варианте осуществления высота рисунка протектора может составлять от 6 мм до 12 мм.

В одном варианте осуществления протектор содержит первую часть, ограничивающую поверхность качения, и по меньшей мере одну вторую часть, которая расположена радиально внутренней части первой части и внутри которой закреплена головка каждого шипа, при этом первая часть выполнена из первой резиновой смеси, а вторая часть выполнена из второй резиновой смеси, отличной от первой резиновой смеси. Таким образом, может быть предусмотрена первая резиновая смесь, имеющая хорошие свойства устойчивости к износу и сцепления. Вторая резиновая смесь может быть выбрана так, чтобы способствовать обеспечению хорошей механической прочности шипов в протекторе.

Согласно опциональному признаку комплексный динамический модуль сдвига G*(-10°C) первой резиновой смеси составляет от 1 до 2 МПа. Комплексный динамический модуль сдвига указанной второй резиновой смеси может, в свою очередь, изменяться в зависимости от температуры, так что G*(5°C) больше или равен 5 Мпа и G*(20°C) меньше или равен 0,5xG*(5°С).

«Комплексный модуль» G* задан следующим соотношением: где G' представляет собой модуль упругости и G'' представляет собой модуль вязкости.

Термины модули упругости и вязкости относятся к динамическим свойствам, хорошо известным специалистам в данной области техники. Эти свойства измеряют посредством вискозиметра типа Metravib VA4000 на образцах, отлитых из необработанных смесей. Используют образцы, подобные описанным в стандарте ASTM D 5992-96 (версия, опубликованная в сентябре 2006 г., первоначально утвержденная в 1996 г.) на рисунке Х2.1 (круглый вариант осуществления). Диаметр «d» образца составляет 10 мм (следовательно, он имеет круглое сечение равное 78,5 мм²), толщина "L" каждого из участков резиновой смеси составляет 2 мм, что обеспечивает отношение «d/L» равное 5 (в отличие от ISO 2856, упомянутого в ASTM, параграф Х2.4, в котором предусмотрена величина d/L равная 2).

Регистрируют отклик образца вулканизированной резиновой смеси, подвергнутой синусоидальному напряжению при переменном простом сдвиге с частотой 10 Гц. Образец подвергают воздействию синусоидального сдвига при 10 Гц с приложенным сжатием (0,7 МПа), симметрично вокруг его положения равновесия. Размещение образца выполняют перед измерением. Затем образец подвергают воздействию синусоидального сдвига при 10 Гц при 100% -ной пиковой деформации при комнатной температуре.

Измерение выполняют при линейном изменении температуры на 1,5°С в минуту, от температуры T_min, меньшей чем температура T_g стеклования материала, до температуры T_max, которая может соответствовать резиновому плато материала. Перед началом прогонки образец стабилизируют при температуре T_min в течение 20 минут, так чтобы обеспечить однородную температуру внутри образца. В результате используют модуль упругости динамического сдвига G' и модуль вязкости сдвига G'' при выбранных температурах (в данном случае -10°, 5° и 20°С). Температура T_g стеклования первой резиновой смеси может составлять от -50°С до -30°С.

В приведенном выше описании границы, определяющие диапазон значений, являются включающими в себя, в частности выражения «составляет от … до …» и «находится в диапазоне от … до …».

Настоящее изобретение станет более понятным после прочтения подробного описания варианта осуществления, приведенного в качестве неограничивающего примера и проиллюстрированного приложенными чертежами, на которых изображено следующее:

- фиг. 1 представляет собой схематическую аксонометрическую проекцию шипованной шины согласно варианту осуществления изобретения,

- фиг. 2 представляет собой вид спереди шипа шины, проиллюстрированной на фиг. 1, и

- фиг. 3 представляет собой частичный схематический вид в разрезе шины, проиллюстрированной на фиг.1.

На фиг. 1 схематически показана шина 10, содержащая протектор 12, имеющий поверхность качения (не обозначена) для контакта с дорожным покрытием во время движения. Протектор 12 содержит множество поперечных канавок 14 и кольцевых канавок 16, которые ограничивают множество брусков или блоков 18 резины. Каждый блок 18 содержит контактную поверхность, образующую часть поверхности качения протектора 12.

Шина 10 также содержит множество шипов 20, закрепленных в протекторе 12 шины и расположенных по всей ширине поверхности качения в резиновых блоках 18. Расположение шипов 20 на протекторе 12, как показано на фиг. 1, является исключительно иллюстративным и неограничивающим. Например, на одном резиновом блоке 18 может быть предусмотрено несколько шипов 20. Здесь протектор 12 шины содержит центральное ребро 22 без шипов. В качестве альтернативы, может быть предусмотрено ребро 22, содержащее шипы.

Шипы 20 расположены в нескольких положениях по периферии протектора 12, так что часть указанных шипов 20 все время находится в контакте с дорожным покрытием, по которому катится шина 10. Общее количество шипов 20, выступающих из поверхности качения шипованной шины, и статическая ударная сила каждого шипа предусмотрены такими, чтобы шипованная шина имела превосходное сцепление со льдом, при этом оказывая уменьшенное воздействие на необледенелое или незаснеженное дорожное покрытие.

Заявитель определил, что средняя поверхностная плотность шипов 20 на поверхности качения шины 10 не менее 6,7 шипов на дм² в сочетании со статической ударной силой для каждого шипа 20 в диапазоне от 120 Н до 170 Н обеспечивают значительное улучшение сочетания сцепление на льду-негативное воздействие шипов 20 в отношении износа дорожного покрытия и внутреннего шума в транспортном средстве.

Увеличение количества шипов 20 на протекторе 12 по сравнению с обычными шипованными шинами позволяет повысить эффективность шины 10 на обледенелом дорожном покрытии, при этом ограничение статической ударной силы каждого шипа 20 позволяет избежать чрезмерного ухудшения состояния поверхности дорожного покрытия, когда оно не покрыто льдом или снегом. Таким образом, эта конкретная комбинация средней поверхностной плотности шипов 20 и статической ударной силы шипа обеспечивает хорошее сочетание улучшенного сцепления шипованной шины 10 на льду и ограниченной абразивности шипов 20 на дорожном покрытии.

Предпочтительно средняя линейная плотность шипов 20 на поверхности качения шины 10 составляет по меньшей мере 115 шипов на метр. В качестве примера, для шины размером 205/55 R16 средняя поверхностная плотность шипов 20 может быть равна 6,7 шипам на дм², а статическая ударная сила каждого шипа 20 может быть равна 152 Н. Для такой шины средняя линейная плотность шипов 20 может быть равна 115 шипам на метр.

Как показано на фиг. 2, каждый шип 20 по продольной оси Х-Х' содержит головку 24 для закрепления в протекторе 12 шины, вставку 26 для вхождения в контакт с дорожным покрытием (лед, снег или голое покрытие), когда шина катится, и корпус 28, соединяющий вставку и головку. В проиллюстрированном примерном варианте осуществления шип 20 имеет цилиндрическую форму. В качестве варианта, шип 20 может иметь любую другую форму, например, многоугольную. В проиллюстрированном примерном варианте осуществления вставка 26 центрирована по оси Х-Х'. В качестве альтернативы, вставка 26 может быть не центрирована относительно указанной оси.

Вставка 26 шипа предпочтительно может быть выполнена с использованием материала, отличного от материала остальной части шипа 20. Это позволяет использовать для этой части материал, который является более твердым по отношению к материалу головки 24 и корпуса 28, поскольку вставка 26 подвергается очень сильным механическим воздействиям. Это также позволяет изготавливать для определенных групп продуктов корпус 28 и головку 24 из формованного или впрыскиваемого материала, в котором закреплена вставка 21. Корпус 28 может быть изготовлен из металлического материала, например, стали. В качестве альтернативы, корпус может быть изготовлен из пластика. Вставка 26 может быть выполнена из карбида вольфрама. В качестве альтернативы, шип 20 может быть изготовлен из одного материала.

Максимальное S_max сечение шипа 20 составляет не более 35 мм², причем указанное сечение соответствует наибольшему сечению шипа 20 в любой плоскости, перпендикулярной оси Х-Х' шипа, независимо от геометрической формы этого сечения (круглой, многоугольной и т.д.). В проиллюстрированном примерном варианте осуществления указанное максимальное сечение S_max шипа соответствует максимальному сечению головки 24 шипа.

Максимальное сечение вставки 26 шипа составляет от 3 мм² до 3,5 мм² и предпочтительно равно 3,14 мм². Указанное максимальное сечение соответствует наибольшему сечению вставки 26 в любой плоскости, перпендикулярной оси Х-Х', независимо от геометрической формы этого сечения (круглой, многоугольной и т.д.). Общая высота H_C шипа 20 составляет от 8 мм до 11 мм и предпочтительно равна 10 мм. Общая высота H_C определяется суммарной высотой головки 24, корпуса 28 и вставки 26. Масса шипа может составлять от 0,7 г до 1,2 г и предпочтительно равна 1,15 г.

На фиг. 3 схематически показана часть протектора 12 шины, в которой предусмотрена полость 30, внутри которой установлен шип 20. Полость 30 выходит на поверхность 32 качения протектора 12. Известным образом, в свободном состоянии полости 30, т.е. перед введением шипа 20, она может иметь цилиндрическую форму с размерами, меньшими, чем размеры шипа, так что после введения шип 20 идеально охватывается протектором за счет упругости и закрепляется внутри него.

Шип 20 расположен в протекторе 12 так, что его ось Х-Х' по существу параллельна радиальному направлению. Шип 20 выступает наружу относительно поверхности 32 качения протектора 12, когда он не входит в контакт с дорожным покрытием, как показано на фиг. 3. Высота H_S выступания шипа 20 составляет не более 1,6 мм, предпочтительно составляет от 0,8 до 1,2 мм и предпочтительно равна 0,9 мм. Высота H_S выступания шипа 20 составляет не более 20% от общей высоты H_C указанного шипа. В проиллюстрированном примерном варианте осуществления верхний конец корпуса 28 и вставка 26 шипа выступают из поверхности 32 качения. Согласно предпочтительному варианту осуществления только вставка шипа может выступать из протектора 12. Высота H_A закрепления шипа 20 внутри протектора 12 составляет не более 9,4 мм.

В проиллюстрированном примерном варианте осуществления протектор 12 содержит первую часть 34, ограничивающую поверхность 32 качения, и вторую часть 36, которая расположена радиально внутренней части первой части 201. Первая часть 34 протектора 12 выполнена из первой резиновой смеси, а вторая часть 36 выполнена из второй резиновой смеси, отличной от первой резиновой смеси. Корпус 28 шипа, по меньшей мере, частично находится в контакте с первой частью 34, при этом головка 24 полностью закреплена во второй части 36 протектора 20. Вторая часть 36 полностью охватывает головку 24 шипа.

Выполнение протектора 12 с, по меньшей мере, первой и второй частями 34, 36 является особенно предпочтительным, поскольку это позволяет предусмотреть первую резиновую смесь, обеспечивающую хорошие свойства сопротивления износу и сцепления на льду, и вторую резиновую смесь, обеспечивающую механическое закрепление шипов 20.

В качестве альтернативы или в комбинации, вторая резиновая смесь второй части может также быть выбрана так, чтобы получить шину 10, механические характеристики которой изменяются в зависимости от температуры дорожного покрытия, по которому она катится. Если вторая резиновая смесь выбрана такой, что она является жесткой при низкой температуре и более мягкой при высокой температуре, то шип 20 будет стремиться оставаться выступающим из протектора 12, когда дорожное покрытие холодное (покрытое льдом или снегом), и сгибаться, деформируя вторую резиновую смесь, которая окружает его, когда дорожное покрытие более теплое (не покрыто льдом или снегом). Этот эффект оптимизируется, когда комплексный динамический модуль сдвига G*(-10°C) первой резиновой смеси составляет от 1 МПа до 2 МПа, и комплексный динамический модуль сдвига второй резиновой смеси изменяется в зависимости от температуры, так что G*(5°C) больше или равен 5 МПа, a G*(20°C) меньше или равен 0,5xG*(5°C). Температура T_g стеклования первой резиновой смеси может составлять от -50°С до -30°С.

Изобретение проиллюстрировано на основе шины, оснащенной шипами, имеющими определенную геометрию. Другая геометрия шипов шины не является выходом за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина содержит протектор 12, имеющий поверхность 32 качения, и множество шипов 20, закрепленных в протекторе и выступающих из поверхности качения. Средняя поверхностная плотность шипов 20 на поверхности качения составляет не менее 6,7 шипов на дм², а статическая ударная сила шипов множества шипов находится в диапазоне от 120 Н до 170 Н. Технический результат – при отличном сцеплении со льдом уменьшенное воздействие на необледенелое или незаснеженное дорожное покрытие. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шина, содержащая протектор (12), имеющий поверхность (32) качения, и множество шипов (20), закрепленных в протекторе и выступающих из поверхности качения, отличающаяся тем, что средняя поверхностная плотность шипов (20) на поверхности качения составляет по меньшей мере 6,7 шипов на дм², при этом статическая ударная сила шипов множества шипов находится в диапазоне от 120 Н до 170 Н.

2. Шина по п. 1, в которой средняя линейная плотность шипов (20) на поверхности качения составляет по меньшей мере 115 шипов на метр.

3. Шина по п. 1 или 2, в которой высота H_S выступания шипов (20) множества шипов составляет не более 1,6 мм и предпочтительно составляет от 0,8 мм до 1,2 мм.

4. Шина по любому из пп. 1-3, в которой высота H_S выступания шипов (20) множества шипов составляет не более 20% от общей высоты H_C указанного шипа.

5. Шина по любому из пп. 1-4, в которой максимальное сечение S_max шипов (20) множества шипов составляет не более 35 мм².

6. Шина по любому из пп. 1-5, в которой общая высота H_C шипов (20) множества шипов составляет от 8 мм до 11 мм и предпочтительно равна 10 мм.

7. Шина по любому из пп. 1-6, в которой шипы множества шипов содержат корпус (28), закрепленный в протекторе, и вставку (26) для вхождения в контакт с дорожным покрытием, при этом корпус (28) и вставка (26) выполнены из разных материалов.

8. Шина по п. 7, в которой максимальное сечение вставки шипов множества шипов составляет от 3 мм² до 3,5 мм².

9. Шина по любому из пп. 1-8, в которой масса шипов (20) множества шипов составляет от 0,7 г до 1,2 г.

10. Шина по любому из пп. 1-9, в которой доля занимаемой выемками поверхности протектора в новом состоянии шины составляет от 30 до 50%.

11. Шина по любому из пп. 1-10, в которой объемная доля выемок протектора в новом состоянии шины составляет от 25% до 50%.

12. Шина по любому из пп. 1-11, в которой протектор содержит первую часть (34), ограничивающую поверхность (32) качения, и по меньшей мере одну вторую часть (36), которая расположена радиально внутренней поверхности первой части и внутри которой закреплена головка (24) каждого шипа, при этом первая часть выполнена из первой резиновой смеси, а вторая часть выполнена из второй резиновой смеси, отличной от первой резиновой смеси.

13. Шина по п. 12, в которой комплексный динамический модуль сдвига G*(-10°C) первой резиновой смеси составляет от 1 МПа до 2 МПа.

14. Шина по п. 12 или 13, в которой комплексный динамический модуль сдвига указанной второй резиновой смеси изменяется в зависимости от температуры, так что G*(5°C) больше или равен 5 МПа и G*(20°C) меньше или равен 0,5xG*(5°C).

15. Шина по любому из пп. 12-14, в которой температура (Tg) стеклования первой резиновой смеси составляет от -50°С до -30°С.