Шип шины для крепления в отверстии для шипа в протекторе пневматической шины транспортного средства
Шип (1, 1') шины содержит неметаллический корпус (2, 2') шипа с опорным фланцем (4, 4') и стержень (3) шипа, закрепленный в корпусе (2, 2') шипа, и выполнен из твердого металла, одна концевая часть которого выходит за корпус (2, 2') шипа шины и вторая концевая часть которого крепится внутри корпуса (2, 2') шипа в части (8, 11b) корпуса шипа, выполненной из первого неметаллического материала. Часть стержня (3) шипа, которая проходит внутри корпуса (2, 2') шипа между концевыми частями стержня (3) шипа, удерживается в по меньшей мере одной другой части (2a, 11a) корпуса шипа, выполненной из второго неметаллического материала. Первая часть (8, 11b) корпуса шипа, в которой крепится одна концевая часть стержня (3) шипа, состоит из термопластичного или термореактивного пластика или из твердой резины, причем часть (2a, 11a) корпуса шипа, в которой удерживается часть стержня (3) шипа шины, которая проходит внутри корпуса (2, 2') шипа между концевыми частями, состоит из устойчивого к истиранию и устойчивого к разрезанию резинового материала или из термопластичной вулканизированной резины. Технический результат – уменьшение веса шипа при хороших характеристиках сцепления шипа на обледенелых поверхностях и повышение надежности крепления шипа в протекторе шины. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.
Настоящее изобретение относится к шипу шины для крепления в отверстии для шипа в протекторе пневматической шины транспортного средства, содержащему неметаллический корпус шипа и закрепленный в корпусе шипа стержень шипа из твердого металла, при этом стержень шипа выступает своей одной концевой частью за корпус шипа и крепится с помощью своей второй концевой части в пределах корпуса шипа в части корпуса шипа из первого, неметаллического материала, при этом часть стержня шипа, которая проходит внутри корпуса шипа между концевыми частями, удерживается в по меньшей мере одной другой части корпуса шипа из второго, неметаллического материала.
Шипы в целом удерживаются в отверстиях для шипов в протекторе пневматических шин транспортного средства посредством комбинации из геометрического замыкания и зажима. Традиционные шипы шины состоят из корпуса шипа из алюминия или стали, в котором удерживается стержень шипа, который выступает за поверхности протектора и выполнен из твердого металла.
Для повышения безопасности дорожного движения на зимних дорогах обычно используется мелкий гравий (щебень). За последние годы использование песка было уменьшено в пользу гравия, поскольку песок имеет тенденцию измельчаться шинами в пыль или мелкую пыль, появление которой следует уменьшать или предотвращать для защиты здоровья населения. Однако, использование гравия приводит к повышенному износу традиционных шипов шины, используемых в пневматических шинах транспортного средства, особенно если корпус шипа выполнен из алюминия.
Поэтому уже было предложено использовать шипы с корпусами, выполненными из резины или из пластмассы. В DE 2 202 373 A1 раскрыт пластмассовый шип, который состоит из стержня из твердого металла и пластмассовой оболочки, при этом стержень из твердого металла заделан в пластмассовое тело посредством ультразвуковых колебаний. В случае других известных способов получения пластмассовых шипов стержень из твердого металла заключают в термопластичный пластик.
В WO 2017/0888995 А1 раскрыты шипы шины, в которых стержень шипа и/или пластмассовый или алюминиевый опорный фланец заделаны/заделан по меньшей мере частично в резиновую оболочку, соответственно, в резиновый материал. Конкретные преимущества этих вариантов осуществления заключаются в основных свойствах материала резинового корпуса. Его низкая плотность, составляющая приблизительно 1 г/см3, делает резину особенно легким по сравнению с алюминием и сталью. Поэтому замена алюминия и стали за счет резины в качестве материала корпуса приводит к уменьшению веса шипа шины, что особенно положительно влияет на износ дороги и образование мелкой пыли. Износ дороги определяется главным образом ударной энергией шипа шины. Свойства гибкого материала резины имеют еще больше преимуществ. С одной стороны, гибкий материал корпуса демпфирует удары, в результате чего на камни на дорожном покрытии или на частицы мелкого гравия воздействуют меньшие силы. Таким образом, как следствие также снижаются износ дороги и образование мелкой пыли. Более того, корпуса шипов из резины превосходят те, которые выполнены из алюминия или стали, с точки зрения характеристик истирания, поскольку они имеют совершенно разные характеристики износа. Если шина катится по камням на дорожном покрытии и, в частности, гравию из мелкого гравия вблизи традиционного шипа шины, профиль в протекторе в значительной мере деформируется и прогибается в сторону. Неподвижный жесткий шип шины не может следовать за этими движениями при прогибании. В результате между шипом шины и резиной образуется зазор, подвергая верхнюю и боковую поверхности корпуса шипа истирающему воздействию камней. Поскольку камни на дорожном покрытии и гравий в целом тверже, чем алюминий и даже сталь, корпус шипа, выполненный из алюминия или стали сильно истирается, что приводит к уменьшению высоты корпуса шипа и диаметра корпуса шипа. Это приводит к истиранию участков кромок отверстий для шипов с эффектом разрезания. Они изнашиваются, в результате чего зазор между шипом и окружающей резиновой матрицей увеличивается. Это способствует проникновению песка и более мелких камней, еще больше ускоряя истирание корпуса шипа. Как следствие, боковые удерживающие силы на шипе шины уменьшаются, что приводит к снижению зимних эксплуатационных характеристик из-за сильного перекоса и в худшем случае к потере шипа шины.
В основу изобретения положена задача, в случае шипа шины указанного в начале типа принять меры, с помощью которых вес шипа шины может быть уменьшен еще больше по сравнению с известными шипами шины, в частности, также с теми, которые имеют корпус шипа из резины, чтобы таким образом уменьшить еще больше износ дороги и образование мелкой пыли, при этом должны сохраняться на высоком уровне характеристики сцепления шипов на обледенелых покрытиях, их ледовые эксплуатационные качества и долговременное закрепление шипа в протекторе.
Поставленная задача согласно настоящему изобретению решается тем, что первая часть корпуса шипа, в которой крепится концевая часть стержня шипа, состоит из термопластичного или термореактивного пластика или из твердой резины, при этом часть корпуса шипа, в которой удерживается часть стержня шипа, которая проходит внутри корпуса шипа между концевыми частями стержня шипа и состоит из устойчивого к истиранию и устойчивого к разрезанию резинового материала или из термопластичной (вулканизированной) резины.
Поэтому выполненный согласно настоящему изобретению шип, не содержит металлических компонентов, кроме стержня из твердого металла (твердый сплав). Концевая часть стержня шипа, которая расположена в корпусе шипа, закреплена в материале высокой твердости с низким удельным весом и длительным образом. Материал корпуса шипа на том участке, который при вставленном в протектор шипе примыкает к периферии протектора, преимущественно состоит из устойчивого к истиранию и устойчивого к разрезанию резинового материала или из термопластичной вулканизированной резины. Поэтому шип согласно изобретению имеет небольшой вес, который является преимущественным для низкого износа дороги и низкого уровня образования мелкой пыли. Благодаря резиновому материалу, соответственно, термопластичной вулканизированной резине, который очень похож на резиновый материал, на верхнем участке корпуса шипа истирание корпуса шипа по существу приспособлено к истиранию окружающей резиновой матрицы протектора. Между корпусом шипа и материалом протектора не образуются зазоры, в результате чего шип шины сохраняет свои приспособленные для зимы характеристики, соответственно, свои ледовые эксплуатационные качества в течение срока службы шины.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения часть корпуса шипа, в которой крепится концевая часть стержня шипа, представляет собой вставку в корпусе шипа, при этом вставка облицована резиновым материалом или термопластичной вулканизированной резиной. В указанном варианте осуществления стержень (штифт) шипа может крепиться в корпусе шипа особенно прочным образом.
В указанном варианте осуществления вставка предпочтительно содержит опорную часть и держатель стержня (штифта), при этом опорная часть вместе со своей оболочкой образует опорный фланец корпуса шипа.
Для того, чтобы вставка была закреплена в корпусе шипа особенно прочным образом, преимущественно, если держатель стержня будет обеспечен по меньшей мере одним поднутрением и/или если держатель стержня выполнена по типу грибовидной головки и имеет выполненный по типу желобка переходной участок к опорной части.
В одном дополнительном варианте осуществления корпус шипа состоит из верхней части и нижней части, при этом нижняя часть образована за одно целое с опорным фланцем и представляет собой ту часть корпуса шипа, в которой закреплена концевая часть стержня шипа. Указанный вариант осуществления отличается особенно простой конструкцией.
В указанном варианте осуществления указанная часть корпуса шипа, в которой удерживается проходящая между концевыми частями стержня шипа часть стержня шипа, предпочтительно представляет собой верхнюю часть корпуса шипа. Также предпочтительными являются варианты осуществления, в которых верхняя часть корпуса шипа состоит либо из одного единственного материала, либо по меньшей мере из двух расположенных один над другим слоев из разных материалов. На тип передачи усилия от стержня шипа на корпус шипа может оказываться влияние посредством слоев из разных материалов.
В одном предпочтительном варианте осуществления поверхность раздела между верхней и нижней частями проходит перпендикулярно стержню шипа. Однако также возможны варианты осуществления, в которых поверхность раздела между верхней и нижней частями проходит наклонно относительно протяженности стержня шипа, в частности, под углом от 5° до 30° к горизонтали.
В случае проходящей перпендикулярно стержню шипа поверхности раздела между верхней и нижней частями нижняя часть предпочтительно имеет высоту, составляющую от 30% до 40% от высоты шипа.
Чтобы обеспечить оптимальное крепление стержня шипа в корпусе шипа, также преимущественно если концевая часть стержня шипа, которая крепится в корпусе шипа, обеспечена по меньшей мере одним крепежным элементом.
Термопластичный пластиковый материал в корпусе шипа предпочтительно представляет собой по меньшей мере один термопласт из группы, включающей акрилнитрил-бутадиен-стирольный сополимер, полиэтилен, полипропилен, полистирол и полиамид.
Термореактивный пластик предпочтительно представляет собой фенольную смолу, эпоксидную смолу или смолу на основе сложных полиэфиров.
Термопласт, соответственно, термопласты термопластичной вулканизированной резины предпочтительно происходит из группы, включающей полиуретан, полипропилен, полистирол, полиамид и акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер. Предпочтительно также имеет место тот факт, что эластомер термопластичной вулканизированной резины основан на каучуковой смеси, которая, как каучук (каучуки), содержит по меньшей мере один из каучуков из группы, включающей природный каучук, синтетический изопреновый каучук, полибутадиен, бутадиенстирольный каучук и нитрил-бутадиеновый каучук.
Другие признаки, преимущества и подробности настоящего изобретения далее будут описаны более подробно на основе графических материалов, на которых проиллюстрированы примеры осуществления. Показано:
фиг.1 и фиг.2 – виды сбоку первого варианта осуществления шипа шины,
фиг.3 – вид сверху шипа согласно первому варианту осуществления,
фиг.4 и фиг.5 – изображения в разрезе вдоль линий IV-IV и V-V, показанных на фиг.3,
фиг.6 – разрез вдоль линии VI-VI с фиг.4.
фиг.7 и фиг.8 – виды сбоку второго варианта осуществления шипа согласно настоящему изобретению,
фиг.9 – вид сверху шипа согласно второму варианту осуществления,
фиг.10 и фиг.11 – изображения в разрезе вдоль линий X-X и XI-XI, показанных на фиг.9,
фиг.12 – разрез вдоль линии XII-XII на фиг.10, и
фиг.13-16 – виды стержня шипа,
фиг.13 – косой вид,
фиг.14 и фиг.15 – виды сбоку и
фиг.16 – вид сверху.
Показанные на фигурах шипы 1 (фиг.1 – фиг.6) и 1' (фиг.7 – фиг.12) шины принципиально состоят из корпуса 2, 2' шипа и стержня (штифта) 3 шипа. В примерно показанных на фигурах вариантах осуществления корпус 2, 2' шипа состоит из круглоцилиндрической или почти круглоцилиндрической части 2a, 2'a, которая расположена на опорном фланце 4, 4', который на виде сверху имеет почти овальную форму с двумя боковыми поверхностями, проходящими вдоль более длинной протяженности овала и параллельно друг другу. Часть 2a, 2a' корпуса расположена по центру на опорном фланце 4, 4', ее диаметр соответствует по существу ширине опорного фланца 4, 4'.
Предпочтительная конфигурация состоящего, в частности, из твердого металла стержня 3 шипа, как он содержится в обоих шипах 1, 1' шины, далее будет описана более подробно на основе фигур 13-16. Стержень 3 шипа состоит из опоры 5 и удлиненной части 6 стержня. В показанном варианте осуществления часть 6 стержня имеет поперечное сечение, которое является постоянным по всей его протяженности. Поверхность поперечного разреза и верхняя поверхность 7 на свободном конце части 6 стержня являются почти четырехугольными с двумя одинаково выполненными более длинными сторонами 7a, которые проходят по существу прямо и параллельно друг другу и которые, с помощью закруглений, переходят в две более короткие стороны 7b, которые изогнуты внутрь. Как следствие изогнутых внутрь коротких сторон 7b часть 6 стержня имеет более узкие боковые поверхности 6b, которые подобным образом слегка изогнуты внутрь. Поверхности 6a более широкой стороны части 6 стержня представляют собой в основном плоские поверхности, но подобным образом могут иметь изогнутую внутрь форму. Опора 5 стержня 3 шипа содержит четыре опорных элемента 5a, которые выступают в угловых участках и между боковыми поверхностями 6a, 6b и служат в качестве крепежных элементов для надежного закрепления в материале корпуса 2, 2' шипа. В показанном варианте осуществления опорные элементы 5a имеют наклонно поднимающиеся переходные поверхности относительно части 6 стержня 3 шипа. Показанный вариант осуществления является лишь одним из многих возможных вариантов осуществления опорных элементов. Дополнительно или альтернативно стержень 3 шипа может быть обеспечен поднутрениями, например, на окружных желобках.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1-5, вставка 8 содержится в корпусе 2 шипа, при этом указанная вставка содержит образующую совместно опорный фланец 4 опорную часть 8a и выполненный в показанном варианте осуществления по типу грибовидной головки держатель 8b стержня, в центре которого закреплен стержень 3 шипа. Концевая часть стержня 3 шипа выступает за корпус 2 шипа. Опорная часть 8a вставки 8 облицована слоем материала части 2a корпуса и образует вместе с этой оболочкой 9 опорный фланец 4. На своем переходном участке к опорной части 8a держатель 8b стержня, сформированный по типу грибовидной головки, образует поднутрение 10 в окружном по типу желобка углублении.
Вставка 8 состоит из пластика, в частности, либо реактопласта – отвержденная искусственная смола –, либо термопласта. Из группы реактопластов подходят, например, фенольная смола, эпоксидная смола или полиэфирная смола. Из группы термопластов подходят, например, ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер), PA (полиамиды), PE (полиэтилен) и PP (полипропилен).
Корпус 2 шипа вместе с оболочкой 9 состоит из устойчивого к разрезанию и устойчивого к истиранию резинового материала или из термопластичной вулканизированной резины, которая также имеет эти свойства.
Во время производства шипа 1 стержень 3 шипа заключают (облицовывают) в пластиковый материал для вставки 8 в форме. После отвердевания вставки 8 вставку 8 и стержень 3 шипа покрывают с наружной стороны усилителем адгезии для резины, например, Chemosil®, и затем облицовывают каучуковой смесью или термопластичной вулканизированной резиной, и таким образом осуществляется образование корпуса 2 шипа вместе с оболочкой 9, причем каучуковую смесь затем вулканизируют. Здесь также можно, как показано на изображениях в разрезе на фиг.4 и фиг.5, чтобы концевая часть стержня 3 шипа шины, которая выступает за корпус 2 шипа, была совместно облицована, по меньшей мере, снаружи.
Составы смеси для изготовления устойчивых к разрезанию и устойчивых к истиранию резиновый материалов достаточно хорошо известны специалистам в области шин.
Термопластичная вулканизированная резина представляет собой смесь, состоящую из по меньшей мере одного термопласта и одного эластомера, при этом термопласт образует непрерывную фазу, а эластомер образует тонко распределенную в ней диспергированную фазу. Поэтому в термопластичной вулканизированной резине частицы эластомера окружены термопластом. Во время изготовления термопластичных вулканизированных резин по меньшей мере один каучук реактивно компаундируется с по меньшей мере одним термопластом, при этом образующаяся каучуковая смесь сшивается фазоизбирательным образом так, что из нее образуется эластомер. Изготовление предпочтительно осуществляется в поле сдвига (“динамическая вулканизация”). Термопласт, образующий непрерывную фазу, является плавким, и поэтому термопластичная вулканизированная резина может обрабатываться, например, посредством инжекционного формования.
Термопласт представляет собой или содержит, в частности, по меньшей мере один термопласт из группы, включающей: полиуретан (PU), полипропилен (PP), полистирол (PS), полиамид (PA) или акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер (ABS). В качестве каучука каучуковая смесь эластомера содержит по меньшей мере один из каучуков из группы, включающей природный каучук (NR), синтетический изопреновый каучук (IR), полибутадиен (BR), бутадиен-стирольный каучук (SBR) и нитрил-бутадиеновый каучук (NBR).
Корпус 2 шипа вместе с облицовывающими слоями состоит из термопластичной вулканизированной резины, поэтому состоит из устойчивого к истиранию материала, который, в связи с этим, обладает очень похожими свойствами с резиновым материалом протекторов.
В варианте осуществления, показанном на фиг.7-12, часть 2'a корпуса 2' шипа 1' состоит из верхней части 11a и нижней части 11b, при этом последняя образована за одно целое с опорным фланцем 4' и имеет высоту h1, составляющую от 35% до 50% от высоты Н шипа. В показанном примере поверхность раздела между верхней частью 11a и нижней частью 11b проходит горизонтально и, следовательно, под прямыми углами к протяженности стержня 3 шипа. Стержень 3 шипа, который образован согласно фиг.13-16, закреплен в нижней части 11b с помощью своей концевой части, которая имеет опору 5. Нижняя часть 11b состоит из твердой резины с твердостью по Шору D согласно DIN ISO 7619-1, составляющей по меньшей мере 50, или из пластикового материала, например, материала, который описан как материал для вставки 8 согласно первому варианту осуществления. Верхняя часть 11a состоит из устойчивого к истиранию и разрезанию резинового материала или из термопластичной вулканизированной резины. Для изготовления шипа 1' покрытый усилителем адгезии стержень 3 шипа из твердого металла облицовывают текучими нагретыми материалами для верхней части 11a и для нижней части 11b в соответствующей форме, указанные материалы отверждают, соответственно, вулканизируют.
В одном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения (не показан отдельно) корпус 2' шипа может состоять из более чем двух разных материалов, например, трех разных резиновых материалов.
Список ссылочных позиций
1, 1' Шип шины
2, 2' Корпус шипа
2a, 2'a Часть корпуса
3 Стержень шипа
4, 4' Опорный фланец
5 Опора
5a Опорный элемент
6 Часть стержня
6a, 6b Боковая поверхность
7 Верхняя поверхность
7a, 7b Стороны
8 Вставка
8a Опорная часть
8b Держатель стержня
9 Оболочка
10 Поднутрение
11a Верхняя часть
11b Нижняя часть
H, h1 Высота
H Высота шипа шины
1. Шип (1, 1') шины для закрепления в отверстии для шипа в протекторе пневматической шины транспортного средства, содержащий неметаллический корпус (2, 2') шипа с опорным фланцем (4, 4') и закрепленный в корпусе (2, 2') шипа стержень (3) шипа из твердого металла, причем стержень шипа выступает своей одной концевой частью за корпус (2, 2') шипа и закреплен своей второй концевой частью внутри корпуса (2, 2') шипа в части (8, 11b) корпуса шипа из первого неметаллического материала, причем часть стержня (3) шипа, которая проходит внутри корпуса (2, 2') шипа между упомянутыми концевыми частями, удерживается в по меньшей мере одной другой части (2a, 11a) корпуса шипа из второго неметаллического материала,
отличающийся тем, что упомянутая первая часть (8, 11b) корпуса шипа, в которой закреплена упомянутая одна концевая часть стержня (3) шипа, состоит из термопластичного или термореактивного пластика или из твердой резины, причем упомянутая часть (2a, 11a) корпуса шипа, в которой удерживается часть стержня (3) шипа, проходящая внутри корпуса (2, 2') шипа между упомянутыми концевыми частями стержня (3) шипа, состоит из устойчивого к истиранию и устойчивого к разрезанию резинового материала или из термопластичной вулканизированной резины.
2. Шип (1') по п.1, отличающийся тем, что часть корпуса шипа, в которой закреплена концевая часть стержня (3) шипа, представляет собой вставку (8) в корпусе (2) шипа, причем эта вставка облицована резиновым материалом или термопластичной вулканизированной резины.
3. Шип (1') по п.1 или 2, отличающийся тем, что вставка (8) содержит опорную часть (8a) и держатель (8b) стержня, причем опорная часть (8a) образует вместе со своей оболочкой опорный фланец (4) корпуса (2) шипа.
4. Шип (1) по п.3, отличающийся тем, что держатель (8b) стержня снабжен по меньшей мере одним поднутрением (10).
5. Шип (1) по п.3 или 4, отличающийся тем, что держатель (8b) стержня сформирован по типу грибовидной головки и имеет выполненный по типу желобка переходной участок к опорной части (8a).
6. Шип (1') по п.1, отличающийся тем, что корпус (2') шипа состоит из верхней части (11a) и нижней части (11b), при этом нижняя часть (11b) образована за одно целое с опорным фланцем (4') и представляет собой ту часть корпуса шипа, в которой закреплена концевая часть стержня (3) шипа.
7. Шип (1') по п.1 или 6, отличающийся тем, что часть корпуса шипа, в которой удерживается часть стержня (3) шипа, проходящая внутри корпуса (2') шипа между концевыми частями, представляет собой верхнюю часть (11a) корпуса (2) шипа.
8. Шип (1') по п.6 или 7, отличающийся тем, что верхняя часть (11a) корпуса (2') шипа состоит из одного единственного материала или по меньшей мере из двух расположенных один над другим слоев из разных материалов.
9. Шип (1') по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что поверхность раздела между верхней и нижней частями (11a, 11b) проходит перпендикулярно стержню (3) шипа.
10. Шип (1') по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что нижняя часть (11b) имеет высоту (h1), составляющую от 30% до 40% от высоты (H) шипа.
11. Шип (1, 1') по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что концевая часть стержня (3) шипа, которая закреплена в корпусе (2, 2') шипа, снабжена по меньшей мере одним крепежным элементом.
12. Шип (1, 1') по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что термопластичный пластик представляет собой по меньшей мере один термопласт из группы, включающей акрилнитрил-бутадиен-стирольный сополимер, полиэтилен, полипропилен, полистирол или полиамид.
13. Шип (1, 1') по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что термореактивный пластик представляет собой фенольную смолу, эпоксидную смолу или смолу на основе сложных полиэфиров.
14. Шип (1, 1') по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что термопласт, соответственно термопласты термопластичной вулканизированной резины, происходит из группы, включающей полиуретан, полипропилен, полистирол, полиамид и акрилнитрил-бутадиен-стирольный сополимер.
15. Шип (1, 1') по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в основу эластомера термопластичной вулканизированной резины положена каучуковая смесь, которая в качестве каучука (каучуков) содержит по меньшей мере один из каучуков из группы, включающей природный каучук (NR), синтетический изопреновый каучук (IR), полибутадиен (BR), бутадиенстирольный каучук (SBR) и нитрил-бутадиеновый каучук (NBR).
