Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины Российский патент 2021 года по МПК B60C11/12 

Настоящие изобретения относятся к конструкции протектора пневматических шин, предпочтительно зимних шин, в частности к конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины и к конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления шин, предпочтительно зимних шин, в которой пластинка во время процесса формования образует узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора.

Назначение ламелей состоит в том, чтобы обеспечивать дополнительные захватывающие кромки на заснеженной поверхности и удерживать в них заданное количество снега, присутствующего на поверхности дороги. Однако наличие ламелей в блоках протекторного браслета равным образом снижает значения эксплуатационных характеристик шины, если поверхность дороги не покрыта снегом, а является сухой или мокрой.

Считается, что это снижение значений эксплуатационных характеристик может объясняться тем, что различные части блока, разделяемые ламелями, преимуществом которых может быть относительная свобода взаимного перемещения, в частности в радиальном направлении, не могут обеспечивать достаточного сопротивления касательным нагрузкам (или "напряжению сдвига"), сообщаемым протекторному браслету во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения, с получающейся в результате этого деформацией блока и уменьшением поверхности контакта с поверхностью дороги.

Многие производители шин пытаются оптимизировать конструкцию протектора и создать шины, которые подходят для эксплуатации во всех условиях поверхности дороги, упомянутых выше, и в которой сбалансированы требования к конструкции.

Эта необходимость еще более очевидна в тех странах, где для зим характерны единичные или даже редкие снегопады. В этом случае рекомендуется использование зимних шин вместо летних шин, потому что состав полимерных материалов, из которых состоит протекторный браслет, больше подходит для резких зимних температур, но большая часть времени проезда тратится на дороги, не покрытые снегом, а, напротив, просто сухие или мокрые.

Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент RU №2381109 на изобретение «Пневматическая шина» опубл. 10.02.2010, патент RU №142966 на полезную модель «Зимняя шина» опубл. 10.07.2014, патент RU №2388619 на изобретение «Протектор шин и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины» опубл. 10.05.2010, патент RU №2589531 на изобретение «Протектор пневматической шины» опубл. 10.07.2016.

Известно техническое решение «Пневматическая шина» по патенту РФ №2381109, опубл. 10.02.2010, являющееся наиболее близким аналогом к разработанному решению. По данному решению пневматическая шина содержит блоки на своем протекторе, которые разделены множеством окружных канавок, проходящих вдоль окружного направления шины, и множеством поперечных канавок, проходящих вдоль направления ширины протектора. В блоках выполнены окружные щелевидные дренажные канавки, проходящие вдоль окружного направления шины. Внутренние окружные щелевидные дренажные канавки проходят прямолинейно вдоль радиального направления шины, а наружные окружные щелевидные дренажные канавки проходят вдоль радиального направления шины в виде зигзагообразных рисунков. По данному решению технический результат - улучшение рабочей характеристики управляемости автомобилем независимо от условий дорожного покрытия.

Недостатком данных решений является недостаточное сопротивление касательным нагрузкам (или "напряжение сдвига"), сообщаемым протекторному браслету во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения.

В последнее время различные изготовители начинают использовать профилированные щелевидные прорези для достижения увеличенной жесткости во всех направлениях и равномерного распределения деформации в блоке протектора. Это приводит, по меньшей мере, к минимальной деформации во время передачи усилия, увеличению скорости реакции на инициативу водителя и повышению безопасности движения транспорта по дорогам. Известны патенты ЕР3573849 (А1), опубл. 04.12.2019, ЕР 1223054 А1, опубл. 12.01.2001, ЕР 0131246, опубл. 16.01.1985, W0 9948707, опубл. 30.09.1999, патент RU №2388620 на изобретение «Протектор шин и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины» опубл. 10.05.2010, патент ЕР 1533141 А1, опубл. 25.05.2005, с трехмерными щелевидными прорезями и устройствами вулканизационных форм для их формирования.

В данных патентах не раскрыты все варианты конструкций щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины, и конструкций устройства для ее образования.

Ламели в блоках протектора шин образованы пластинками, расположенными и прочно закрепленными в протекторной части полости вулканизационной формы. Пластинки изготавливают посредством операций формования листового металла, обладающего необходимыми свойствами (коррозионной стойкостью, прочностью и т.д.), также возможно с применением технологий 3D-печати. Они ориентированы в радиальном направлении относительно оси вращения шины. Пластинки соответствуютглубине канавок протектора, в зависимости от требований к протектору. При рассмотрении в радиальном направлении форма пластинки может состоять из известных линий (дуги, прямой линии, параболы и т.д.) и образовывать определенный рисунок (например, синусоиду, зигзаг и т.д.). Размер и форма пластинок вулканизационной формы и тем самым также щелевидных прорезей в протекторе шин, сформированных ими, обусловливаются конструкцией и размером блоков протектора.

Было выявлено, что наличие ламелей сложной формы на блоках увеличивает их жесткость и сопротивление касательным нагрузкам, повышая значения эксплуатационных характеристик шины на сухой и мокрой поверхностях как во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения. В данном случае, жесткость блока возрастает с увеличением мешающего воздействия между частями блока за счет увеличения размеров и количества выступов, выполненных соответственно на поверхностях. Следует отметить, что при использовании ламелей сложной формы для образования 3D щелевидных прорезей в блоке протектора шины, обеспечивающих высокий уровень мешающего воздействия между соседними частями блока, приводит к увеличению производственных трудностей, поскольку возрастает сложность вынимания шины из пресс-форм, а также появление разрывов частей блоков в области выступов.

Задачей первого изобретения является разработка конструкции протектора пневматических шин, предпочтительно зимних шин, в частности конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины, которая подходит для эксплуатации шин во всех условиях поверхности дороги (заснеженных, сухих, мокрых), и в которой сбалансированы противоположные требования к конструкции, оптимизированы ламели на блоках протекторного браслета в соответствии с потребностями эксплуатации, улучшены технологические характеристики при извлечении шин из пресс-форм, расширен арсенал технических средств.

Задачей второго изобретения является разработка конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления шин, предпочтительно зимних шин, в которой пластинка во время процесса формования образует узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора, образуя ламели в блоках протекторного браслета шин по первому изобретению с улучшенными технологические характеристики при извлечении шин из пресс-форм, расширен арсенал технических средств.

Таким образом, для увеличения величины взаимного соединения между соседними частями блока без усложнения производственного этапа, касающегося извлечения шины из пресс-формы, необходимо улучшить конфигурацию выступов и углублений, усиливая их способность противостоять радиальным нагрузкам без увеличения мешающего воздействия поверхности между частями блока.

Для достижения поставленной задачи разработан протектор шины, содержащий, по меньшей мере, один ряд блоков, расположенных в окружном направлении шины, при этом, по меньшей мере, один из блоков снабжен одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей в радиальном направлении, причем профилированная щелевидная прорезь ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями - сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации, отличающийся тем, что каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также наличие на каждой стороны трехмерной щелевидной прорези элемента U-образной формы, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы на одной стороне трехмерной щелевидной прорези смещены по высоте относительно элементов U-образной формы на другой стороне трехмерной щелевидной прорези и имеют одинаковую длину от 1,5 до 6 мм в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от может меняться в соответствии с продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей ламели сложной формы.

Наличие на боковых сторонах трехмерной щелевидной прорези элементов U-образной формы, смещенных по высоте относительно элементов U-образной формы другой стороны трехмерной щелевидной прорези, повышает жесткость элемента и способность блока противостоять радиальным нагрузкам.

Для реализации созданного изобретения протектора шины с одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей (3D щелевидных прорезей) потребовалось создать второе изобретение - пластинку для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины.

Разработана пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины, отличающаяся тем, что она имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также элемента U-образной формы, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы на одной стороне трехмерной щелевидной ламели смещены по высоте относительно элементов U-образной формы на другой стороне трехмерной щелевидной ламели и имеют одинаковую длину от 1,5 до 6 мм в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от может меняться в соответствии с продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей ламели сложной формы.

Эти изобретения связаны единым творческим замыслом. Основным изобретением для решения технической задачи является конструкция протектора с 3D щелевидными прорезями, а пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины предназначена для изготовления, получения основного изобретения.

Ламель сложной формы 1, образующая в блоке 2 протектора 3D щелевидные прорези (фиг.1), которые, в свою очередь, позволяют ограничить деформацию блоков протектора, когда они подвергаются касательным нагрузкам, как в случае ускорения, торможения или поворотов на сухой или мокрой поверхности, но способные обеспечивать оптимальные значения эксплуатационных характеристик на заснеженной поверхности. Таким образом, две обращенные друг к другу поверхности 3 частей блока, определенные посредством ламели сложной формы, имеют подобную конфигурацию, так что углубление, выполненное во второй поверхности, соответствует выступу, обеспеченному на первой поверхности, и наоборот, выступ, выполненный на второй поверхности, соответствует углублению, обеспеченному в первой поверхности, причем поверхность 4 имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также элемента U-образной формы 5, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых α с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы имеют одинаковую длину b от 1,5 до 6 мм в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы.

Перечень чертежей, поясняющих замысел созданных изобретений:

Фиг. 1. 3D щелевидная прорезь в блоке протектора шины (послойное раскрытие). Общий вид.

Фиг. 2. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме сложной трехмерной формы. Общий вид.

Фиг. 3. Простая щелевидная прорезь в блоке протектора шины. Общий вид.

Фиг. 4. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме простой формы. Общий вид.

Фиг. 5. Внутренние поперечные щелевидные дренажные канавки, по патенту RU 2381 109 С1 (ближайший аналог).

Возможность достижения каждым изобретением технического результата при его осуществлении показана следующими примерами реализации.

Были изготовлены и проведены сравнительные испытания опытных шин 255/55R20, с применений 3D ламелей сложной вышеописанной формы по настоящему изобретению (фиг.1), образованных с применением второго изобретения пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг.2) и испытания шин 255/55R20, с использованием серийных конструкций ламелей простой конфигурации, формы щелевидных прорезей в блоках протектора, а именно ту же форму в направлении касательной плоскости и ровную, без выступов, поверхность в направлении радиальной плоскости (фиг.3, 4). Проведены были испытания на сцепление с дорогой, в частности испытания на торможение и испытания на поведение при движении на разных поверхностях дорог (заснеженной, мокрой и сухой), прототипа и опытных шин. Опытные шины были изготовлены с конструкцией полностью аналогичной в плане размеров, полимерного состава и рисунка протектора в сравнении с шинами-прототипами, но отличались формой ламелей, при использовании известных технологий формования и вулканизации шин при одинаковых параметрах в вулканизационных формах известных форматоров-вулканизаторов. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины была изготовлена с применением технологии 3D-печати.

Сравниваемые шины изготавливались в 2-х вариантах: с длиной элементов U-образной формы 1,5 мм и 6 мм при прочих равных условиях. Для них получены схожие результаты.

Разработанные решения возможно применить и на другие типоразмеры шин. Из практических соображений все варианты типоразмеров шин не изготавливались.

Результаты эксплуатационных испытаний прототипа и разработанных образцов шин приведены в таблице 1. Полученные результаты, как показано в таблице 1, показали более лучшие значения эксплуатационных характеристик на заснеженных поверхностях дороги, кроме этого, в условиях мокрой и сухой поверхностей дороги значения эксплуатационных характеристик, обеспечиваемых шиной, выполненной согласно настоящим изобретениям, в совокупности были лучше результатов шины-прототипа.

Таким образом, предлагаемая конструкция щелевидных прорезей (фиг.1) и предлагаемая конструкция пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг.2) улучшают эксплуатационные характеристики шин, произведенных по настоящим изобретениям, в сравнении с шинами, имеющими ламели простой формы (фиг.3) и конструкциями пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг.4) при прочих равных неизменных параметрах шин и вулканизационных форм.

Опытные шины по настоящему изобретению после вулканизации плавно извлекались из форм без деформаций и разрывов ламелей в блоках протекторного браслета.

Изобретения объединены общим творческим замыслом, имеют изобретательский уровень, реализуются в совокупности и достигают общий результат для созданной группы изобретений: совокупность улучшенных технологические характеристик шин при их извлечении из пресс-форм и эксплуатационных характеристик шин, расширение арсенала технических средств.

Изобретения относится к конструкции протектора пневматических автомобильных, предпочтительно зимних шин. Шина содержит протекторный браслет, который, в свою очередь, обеспечен множеством канавок, блоков и 3D щелевидных прорезей в блоках протектора. Форма прорезей определяется двумя обращенными друг к другу поверхностями частей блока, образованных посредством ламели сложной формы, имеют подобную конфигурацию, так что углубление, выполненное во второй поверхности, соответствует выступу, обеспеченному на первой поверхности, и наоборот, выступ, выполненный на второй поверхности, соответствует углублению, обеспеченному в первой поверхности, причем поверхность имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также элемента U-образной формы, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы на одной стороне трехмерной щелевидной прорези смещены по высоте относительно элементов U-образной формы на другой стороне трехмерной щелевидной прорези и имеют одинаковую длину от 1,5 до 6 мм, в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы. Пластинка вулканизационной формы соответствующей конструкции образует во время процесса формования узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора основного изобретения. Технический результат - улучшение эксплуатационных свойств шины. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Протектор шины, содержащий по меньшей мере один ряд блоков, расположенных в окружном направлении шины, при этом по меньшей мере один из блоков снабжен одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей в радиальном направлении, причем профилированная щелевидная прорезь ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями - сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации, отличающийся тем, что каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также элемента U-образной формы, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы на одной стороне трехмерной щелевидной прорези смещены по высоте относительно элементов U-образной формы на другой стороне трехмерной щелевидной прорези и имеют одинаковую длину в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей.

2. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что элементы U-образной формы имеют одинаковую длину от 1,5 до 6 мм.

3. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что она имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а также элемента U-образной формы, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося U-образной поверхностью, образованной из того же самого симметрично расположенного элемента, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем элементы U-образной формы на одной стороне трехмерной щелевидной ламели смещены по высоте относительно элементов U-образной формы на другой стороне трехмерной щелевидной ламели и имеют одинаковую длину, в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей.

4. Пластинка по п. 3, отличающаяся тем, что элементы U-образной формы имеют одинаковую длину от 1,5 до 6 мм.