Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины Российский патент 2023 года по МПК B60C11/00 

Настоящие изобретения относятся к конструкции протектора шины, предпочтительно зимней шине, 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 свойств 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.

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

Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту № 2388619 «Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины» включающая 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 трехмерная щелевидная прорезь ограничена взаимно согласующимися профилированными поверхностями, образованными пластинкой при вулканизации. Щелевидная прорезь имеет форму периодически повторяющегося элемента, введенного в поверхность в направлении радиальной плоскости, причем эта поверхность, по меньшей мере, однажды прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода. Периодически повторяющийся элемент состоит из боковых сторон, соединенных дугами, которые после введения в поверхность будут образовывать части боковой поверхности цилиндра. Поверхности, образованные в местах прерывания, образуют с радиальной плоскостью щелевидной прорези углы, которых составляют от 75 до 90°. В результате повышается эффективность контакта шины с поверхностью дороги.

Вторым изобретением по патенту RU № 2388619 является пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора, формирующая щелевидную прорезь в блоке протектора шины. Пластинка образована введением периодически повторяющегося элемента в поверхность, при этом указанный элемент состоит из 2 пар боковых сторон, соединенных двумя дугами, ориентированными напротив друг друга и смещенными относительно друг друга на оси, через которую проходит радиальная плоскость, а в радиальном направлении поверхность, по меньшей мере, однажды прерывается на определенном интервале и заменяется поверхностью, образованной тем же самым периодически повторяющимся элементом, смещенным на 1/2 периода, и поверхности, образованные в местах прерывания, образуют с радиальной плоскостью щелевидной прорези, которые составляют от 75 до 90°.

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

Было выявлено, что наличие ламелей сложной формы на блоках увеличивает их жесткость в случае сопротивления 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 прессформ, 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 требования к конструкции, оптимизированы ламели на блоках протекторного браслета в соответствии с потребностями эксплуатации, которые выполнены таким образом, чтобы повышать значения эксплуатационных характеристик шины на мокрых и сухих поверхностях без ухудшения характеристик сцепления на заснеженных или ледяных поверхностях, 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, 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 сложной Z-образной формы ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями - сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации, отличающийся тем, что трехмерная щелевидная прорезь в направлении касательной плоскости содержит периодически повторяющиеся полусферические элементы, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося Z-образного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется Z-образной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези. Угол α оси полусферических элементов по отношению к радиальной плоскости составляют 95±5°. Z-образные элементы в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны от 2,5 до 10 мм, количество чередующихся полусферических выступов и углублений на сторонах трехмерной щелевидной прорези, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы, диаметр полусферического выступа – 2,0 мм, высота расположения полусферических 3D элементов от радиальной поверхности составляет 3 мм, а в частном случае ответная часть выпуклого полусферического элемента на поверхности ламели имеет ровную боковую плоскость.

Наличие на боковых сторонах трехмерной щелевидной прорези элементов полусферической формы, смещенных в трехмерной щелевидной прорези в направлении радиальной плоскости, повышает жесткость элементов блока, позволяя ограничить деформацию блоков протектора, когда они подвергаются касательным нагрузкам, например, в случае ускорения, торможения или поворотов на сухой или мокрой поверхности, но способные обеспечивать оптимальные значения эксплуатационных характеристик шин на заснеженной поверхности.

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 в направлении касательной плоскости содержит периодически повторяющиеся полусферические элементы, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося Z-образного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется Z-образной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези. Угол α оси полусферических элементов по отношению к радиальной плоскости составляют 95⁰±5°. Z-образные элементы в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны от 2,5 до 10 мм, количество чередующихся полусферических выступов и углублений на ее сторонах, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы, диаметр полусферического выступа – 2,0 мм, высота расположения полусферических 3D элементов от радиальной поверхности составляет 3 мм, а в частном случае ответная часть выпуклого полусферического элемента на ее поверхности имеет ровную боковую плоскость.

Ламель сложной формы 1, образующих 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 имеет форму периодически повторяющегося Z-образного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется Z-образной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези. Угол α оси полусферических элементов по отношению к радиальной плоскости составляют 95±5°. Z-образные элементы в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны b от 2,5 до 10 мм, а в другом частном случае ответная часть выпуклого полусферического элемента на поверхности ламели имеет ровную боковую плоскость.

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. Пластинка, образующая трехмерную щелевидную прорезь в блоке протектора шины, по патенту RU 2 388 619 С1 (ближайший аналог).

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

Были изготовлены и проведены сравнительные испытания опытных шин 205/55R16, 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 205/55R16, 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. 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 шинамипрототипами, 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: Z-образные элементы в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны 2,5 и 10 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.

Сравнительные испытания опытных шин, изготовленных с конструкцией полностью аналогичной в плане размеров, полимерного состава и рисунка протектора, с использованием предлагаемой конструкции ламели сложной 3D формы на сцепление с дорогой, в частности испытания на торможение и испытания на поведение при движении на разных поверхностях дорог (заснеженной, мокрой и сухой), в сравнении с серийными конструкциями ламелей, имеющих простую форму щелевидных прорезей в блоках протектора, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Показатель Шина, с использованием
ламелей простой формы Шина по изобретению, с
использованием 3D
ламелей сложной формы Торможение на заснеженной поверхности 100% 104% Управляемость на заснеженной поверхности 100% 104% Сцепление на заснеженной поверхности 100% 102% Торможение на мокрой поверхности 100% 102% Управляемость на мокрой поверхности 100% 105,5% Сцепление на мокрой поверхности 100% 106% Торможение на сухой поверхности 100% 102% Управляемость на сухой поверхности 100% 101% Сцепление на сухой поверхности 100% 106,4%

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 и конструкциями пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины при прочих равных неизменных параметрах шин и вулканизационных форм, а именно шины, изготовленные по настоящим изобретениям, 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 настоящему изобретению, были существенно лучше.

Изобретения объединены общим творческим замыслом, имеют изобретательский уровень, реализуются в совокупности и достигают общий результат для созданной группы изобретений: совокупность улучшенных и эксплуатационных характеристик шин в условиях мокрой и сухой поверхностей дороги, эксплуатационных характеристик на заснеженных поверхностях дороги, расширение арсенала технических средств.

Настоящие изобретения относятся к области машиностроения, к конструкции протектора шины, предпочтительно зимней шине или шине, работающей в условии перепада низких температур, 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 или шин, работающих в условии перепада низких температур, в которой пластинка во время процесса формования образует узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора. Достигается разработка конструкции протектора пневматических шин, предпочтительно зимних шин или шин, работающих в условии перепада низких температур, разработка конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления шин, предпочтительно зимних шин. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 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, профилированная щелевидная прорезь сложной Z-образной формы ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями – сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации, отличающийся тем, что трехмерная щелевидная прорезь в направлении касательной плоскости содержит периодически повторяющиеся полусферические элементы, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося Z-образного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется Z-образной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, при этом угол оси полусферических элементов по отношению к радиальной плоскости составляет 95±5°.

2. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что Z-образные элементы в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны от 2,5 до 10 мм.

3. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что количество чередующихся полусферических выступов и углублений на сторонах трехмерной щелевидной прорези, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы, диаметр полусферического выступа составляет 2,0 мм, высота расположения полусферических 3D элементов от радиальной поверхности составляет 3 мм.

4. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что ответная часть выпуклого полусферического элемента на поверхности ламели имеет ровную боковую плоскость.

5. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она в направлении касательной плоскости содержит периодически повторяющиеся полусферические элементы, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося Z-образного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется Z-образной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, при этом угол оси полусферических элементов по отношению к радиальной плоскости составляет 95±5°.

6. Пластинка по п. 5, отличающаяся тем, что синусоиды в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны от 4 до 10 мм.

7. Пластинка по п. 5, отличающаяся тем, что количество чередующихся полусферических выступов и углублений на ее сторонах, которые образуют блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью ламели сложной формы, диаметр полусферического выступа составляет 2,0 мм, высота расположения полусферических 3D элементов от радиальной поверхности составляет 3 мм.

8. Пластинка по п. 5, отличающаяся тем, что ответная часть выпуклого полусферического элемента на ее поверхности имеет ровную боковую плоскость.