Протектор автомобильной шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования трехмерной щелевидной прорези в блоке протектора шины Российский патент 2024 года по МПК B60C11/12 

Настоящие изобретения относятся к конструкции протектора автомобильной шины, предпочтительно зимней шине, в частности к конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины и выполненных таким образом, чтобы повышать уровень эксплуатационных характеристик сцепления автомобильной шины на заснеженных или обледенелых поверхностях без снижения уровня сцепления на мокрых и сухих поверхностях, 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.

Функция 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 полезную модель «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», включающее 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, которые 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 углы а2, 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 в области контакта шины с дорожной поверхностью, 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 автомобильных шин, предпочтительно зимних шин, в частности конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины, чтобы сбалансировать противоположные требования, касающиеся конструкции, таким образом, чтобы обеспечение канавок на протекторном браслете и на блоках, определяемых ими, ламелей было оптимизировано в соответствии с определенными характеристиками и уровнем безопасности во время использования, потребностями во время использования, и чтобы конструкция 3D щелевидных прорезей (ламелей) подходила для езды по дорогам общего пользования во всех условиях, повышала значения эксплуатационных характеристик шины на мокрых и сухих поверхностях без ухудшения характеристик сцепления на заснеженных или ледяных поверхностях, расширяла 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, расширение арсенала 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 сопротивляться радиальным нагрузкам без увеличения отрицательного воздействия поверхности между частями блока.

Для достижения поставленной задачи разработан протектор автомобильной шины, содержащий протекторный браслет, который, в свою очередь, обеспечен множеством канавок, блоков и профилированных трехмерных щелевидных прорезей в блоках протектора, 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, и имеющими подобную конфигурацию, так что углубление, выполненное во второй поверхности, соответствует выступу, обеспеченному на первой параллельной поверхности, и наоборот, выступ, выполненный на второй поверхности, соответствует углублению, обеспеченному в первой параллельной поверхности, отличающийся тем, что форма прорезей имеет две обращенные друг к другу параллельные дугообразные поверхности частей блока, определенные посредством ламели сложной дугообразной формы, каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет сложную форму чередующихся периодически повторяющегося пилообразного вытянутого синусоидального дугообразного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося пилообразной синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, причем данные периодически сменяющиеся поверхности имеют смещение на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези (Фиг. 1), углы которых с радиальной плоскостью составляют 60°±10°. В частном случае пилообразные синусоиды имеют различную длину волны от 5 до 9 мм в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, в другом частном случае трехмерная щелевидная прорезь имеет постоянно открытые полости на поверхности блоков, по расположению чередующиеся по сторонам щелевидной прорези по длине всей ламели, а сами полости имеют в своем составе 2 изогнутые стенки, имеющие наклон а, равный 45°±5°, по отношению к поверхности прорези, одна из которых полностью повторяет поверхность самой щелевидной прорези, а вторая является ее противоположной копией, повернутой на 180 градусов (Фиг. 2), глубина данных углублений может меняться в диапазоне от 0,1 мм до 4 мм, а ширина соответствует амплитуде ширины периодических синусоидальных элементов, в другом частном случае трехмерная щелевидная прорезь имеет в своем основании периодически расположенные П-образные мостики в виде перемычек, причем высота данных элементов соответствует 1/2 глубины щелевидной прорези (Фиг. 1).

П-образные мостики в виде перемычек дополнительно придают жесткость и большую стабильность блоку, работающему под нагрузкой и сдвиговых деформациях. Позиционирование данных мостиков происходит по центру прямых участков и распределяется по всей длине синусоидальной дугообразной прорези.

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.

Задачей второго изобретения является разработка конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления автомобильных 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 разработана пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины, отличающаяся тем, что каждая сторона имеет форму чередующегося периодически повторяющегося пилообразного вытянутого синусоидального дугообразного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется пилообразной синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента. Данные периодически сменяющиеся поверхности имеют смещение на 1/2 периода, образуя 3D вулканизационную пластину. Углы, данных элементов с радиальной плоскостью составляют 60°±10°, причем пилообразные синусоиды имеют различную длину волны от 5 до 9 мм в зависимости от конфигурации пластины сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют в протекторе шины блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью дугообразной пластины. Так же пластинка имеет в верхней своей части блоки. Расположение этих блоков происходит по сторонам всей длины пластинки. Сами блоки имеют в своем составе 2 изогнутые стенки, имеющие наклон 45°±5° по отношению к поверхности пластинки, одна из которых полностью повторяет поверхность самой пластины, вторая является ее противоположной копией, повернутой на 180 градусов. Глубина данных блоков может меняться в диапазоне от 0,1 мм до 4 мм, а ширина соответствует амплитуде ширины периодических синусоидальных элементов. В частном случае вулканизационная пластина имеет в своем основании периодически расположенные П-образные вырезы, а высота данных элементов соответствует 1/2 глубины щелевидной прорези (Фиг 3), позиционирование данных мостиков происходит по центру прямых участков и распределяется по всей длине синусоидальной дугообразной пластинки, наличием в вулканизационной пластине сквозных отверстий диаметром 0,5 мм, расположенных на высоте от 1 до 4 мм от верней грани вулканизационной пластины и распределенных по всей длине дугообразной пластины.

Наличие в вулканизационной пластине сквозных отверстий диаметром 0,5 мм предусмотрено для удаления воздушных полостей из пресс-формы во время формирования блоков в шине, что в свою очередь позволяет облегчить течение резиновой смеси протектора в вулканизационной пресс-форе и исключить наличие вулканизационных дефектов, что положительно скажется на внешнем виде шины.

Разработанные 3D щелевидные прорези по первому изобретению, образованные пластинкой ножевого элемента вулканизационной пресс-формы по второму изобретению, повышают жесткость элементов блока, позволяют ограничить деформацию блоков протектора, когда они подвергаются касательным нагрузкам, как в случае ускорения, торможения или поворотов на сухой или мокрой поверхности, но способны обеспечивать оптимальные значения эксплуатационных характеристик на заснеженной поверхности.

Перечень чертежей, поясняющих замысел созданных изобретений:

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

Фиг. 2. Позиционирование полости в составе 3D щелевидной прорези блока протектора шины

Фиг. 3. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме сложной трехмерной формы. Общий вид.

Фиг. 4. Пластинка, образующая трехмерную щелевидную прорезь в блоке протектора шины, по патенту RU 2388619 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. 3) 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. 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.

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.

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. 3) 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 конструкции протектора преимущественно зимней автомобильной шины. По меньшей мере один из блоков снабжен одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей в радиальном направлении. Профилированная щелевидная прорезь ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями - сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации. Каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет сложную форму чередующихся периодически повторяющегося пилообразного вытянутого синусоидального дугообразного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося пилообразной синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, причем данные периодически сменяющиеся поверхности имеют смещение на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 60°±10°. 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 характеристик шины в условиях мокрой, сухой и заснеженной поверхностей. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Протектор автомобильной шины, содержащий протекторный браслет, который, в свою очередь, обеспечен множеством канавок, блоков и профилированных трехмерных щелевидных прорезей в блоках протектора, 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, и имеющими подобную конфигурацию, так что углубление, выполненное во второй поверхности, соответствует выступу, обеспеченному на первой параллельной поверхности, и наоборот, выступ, выполненный на второй поверхности, соответствует углублению, обеспеченному в первой параллельной поверхности, отличающийся тем, что форма прорезей имеет две обращенные друг к другу параллельные дугообразные поверхности частей блока, определенные посредством ламели сложной дугообразной формы, каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет сложную форму чередующегося периодически повторяющегося пилообразного вытянутого синусоидального дугообразного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывающегося в радиальном направлении на определенном интервале и заменяющегося пилообразной синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, причем данные периодически сменяющиеся поверхности имеют смещение на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 60°±10°.

2. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что пилообразные синусоиды имеют различную длину волны от 5 до 9 мм в зависимости от конфигурации ламели сложной формы.

3. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что трехмерная щелевидная прорезь имеет постоянно открытые полости на поверхности блоков, по расположению чередующиеся по сторонам щелевидной прорези по длине всей ламели, а сами полости имеют в своем составе 2 изогнутые стенки, имеющие наклон 45°±5°, по отношению к поверхности прорези, одна из которых полностью повторяет поверхность самой щелевидной прорези, а вторая является ее противоположной копией, повернутой на 180 градусов, глубина данных углублений может меняться в диапазоне от 0,1 мм до 4 мм, а ширина соответствует амплитуде ширины периодических синусоидальных элементов.

4. Протектор шины по п. 1, отличающийся тем, что трехмерная щелевидная прорезь имеет в своем основании периодически расположенные П-образные мостики в виде перемычек, причем высота данных элементов соответствует 1/2 глубины щелевидной прорези, а позиционирование данных мостиков происходит по центру прямых участков и распределяется по всей длине синусоидальной дугообразной прорези.

5. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования трехмерной щелевидной прорези в блоке протектора шины по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что каждая сторона имеет форму чередующегося периодически повторяющегося пилообразного вытянутого синусоидального дугообразного элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется пилообразной синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, при этом данные периодически сменяющиеся поверхности имеют смещение на 1/2 периода, образуя 3D вулканизационную пластину, а углы данных элементов с радиальной плоскостью составляют 60°±10°.

6. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования трехмерной щелевидной прорези в блоке протектора шины по п.5, отличающаяся тем, что пилообразные синусоиды имеют различную длину волны от 5 до 9 мм в зависимости от конфигурации пластины сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют в протекторе шины блочные последовательности, может меняться в соответствии с продольной протяженностью дугообразной пластины.

7. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования трехмерной щелевидной прорези в блоке протектора шины по п.5, отличающаяся тем, что имеет в верхней своей части блоки, расположение этих блоков происходит по сторонам всей длины пластинки, а сами блоки имеют в своем составе 2 изогнутые стенки, имеющие наклон 45°±5° по отношению к поверхности пластинки, одна из которых полностью повторяет поверхность самой пластины, вторая является ее противоположной копией, повернутой на 180 градусов, причем глубина данных блоков может меняться в диапазоне от 0,1 мм до 4 мм, а ширина соответствует амплитуде ширины периодических синусоидальных элементов.

8. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования трехмерной щелевидной прорези в блоке протектора шины по п.5, отличающаяся тем, что имеет в своем основании периодически расположенные П-образные вырезы, а высота данных элементов соответствует 1/2 глубины щелевидной прорези, позиционирование данных мостиков происходит по центру прямых участков и распределяется по всей длине синусоидальной дугообразной пластинки, наличием в вулканизационной пластине сквозных отверстий диаметром 0,5 мм, расположенных на высоте от 1 до 4 мм от верней грани вулканизационной пластины и распределенных по всей длине дугообразной пластины.