PL196122B1 - Opona radialna pneumatyczna - Google Patents

Abstract

1. Opona radialna pneumatyczna o wspólczynniku ksztaltu 0,2 do 0,8 zawierajaca pare równoleglych pierscie- niowych drutówek, co najmniej jedna radialna warstwe osnowy, która ma pare mankietów owinietych wokól drutó- wek, strukture opasania umieszczona promieniowo na zewnatrz wzgledem co najmniej jednej radialnej warstwy osnowy w obszarze korony opony, oraz nakladke o szero- kosci zasadniczo pokrywajacej sie z szerokoscia struktury opasania, bieznik usytuowany promieniowo na zewnatrz wzgledem nakladki, która to nakladka ma wlókna wzmac- niajace lub kordy, które to kordy wybiera sie z grupy mate- rialów, w sklad której wchodzi sztuczny jedwab, PET, ara- mid, PEN lub PVA wbudowane w elastomer, zas struktura opasania jest wykonana z dwóch warstw wzmocnionych kordami z wlókien szklanych, które to kordy biegna pod katami w zakresie od 15° do 30°, oraz scianke boczna usytuowana pomiedzy bieznikiem a drutówkami, znamien- na tym, ze bieznik (12) opony (10) ma plaski promien (R) bieznika wiekszy niz 300 mm na szerokosci kordowej bieznika wynoszacej co najmniej 125 mm, zas promien (R) bieznika wynosi co najmniej 500 mm dla szerokosci kordowej bieznika wynoszacej co najmniej 150 mm, oraz bieznik (12) ma podklad (13), mierzac od promieniowo zewnetrznej powierzchni kordów (70) nakladki (59) do obwo- dowego rowka o pelnej glebokosci, który to podklad (13) bieznika ma srednia grubosc (T) mniejsza od 2 mm. PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest opona radialna pneumatyczna.

Projektanci opon próbowali od pewnego czasu opracować bardzo trwałe struktury osłonowe odporne na ciężkie warunki jazdy, na jakie wystawiają je kierowcy pojazdów.

Wcześniej opony były bardzo ciężkie i składały się z wielu warstw lub płatów diagonalnych kordów. Głównym celem było po prostu zatrzymanie powietrza i uniemożliwienie mu ucieczki lub spłaszczenia opony.

W trakcie ciągłych badań nad opracowaniem bardziej trwałych i lepszych konstrukcji opon opracowano nowe materiały i lepsze konstrukcje.

Wprowadzenie opon radialnych umożliwiło opracowanie opon tylko z jedną warstwą osnowy. Warstwa ta była trzymana promieniowo za pomocą struktury opasania. W celu zwiększenia wytrzymałości opony takie struktury opasania stopniowo rozwijały się, stając się w końcu wzmocnieniami stalowymi. Takie wzmocnione stalą pasy zapewniają bardzo trwałą strukturę.

Takie opony z opasaniem ze stali mają wiele zalet, dzięki którym są tak atrakcyjne w użytkowaniu. Kordy stalowe nie są wrażliwe na ciepło, to jest ich właściwości fizyczne są znacznie bardziej stałe bez względu na temperaturę roboczą opony. Stalowe kordy są w zasadzie nierozciągliwe i można nadać im bardzo dużą wytrzymałość za pomocą cienkich włókien o doskonałej wytrzymałości zmęczeniowej. Niemniej jednak rezultatem stosowania w oponach takich pasów ze stalowymi kordami była konieczność dodawania pewnej ilości gumy bezpośrednio nad pasy w obszarze powszechnie określanym jako podkład bieżnika, w samych warstwach opasania oraz w obszarach krawędzi pasów, wszystko w celu zabezpieczenia tych stalowych kordów przed odsłonięciem lub oddzieleniem się na krawędziach. Ponadto kordy wzmacniające z włókien szklanych mają wytrzymałość na rozciąganie 10 gr/ denier, w porównaniu z kordami stalowymi używanymi w pasach mającymi 4 gr/denier.

W rezultacie opony radialne z opasaniem ze stali są w praktyce cięższe wskutek używania większej ilości gumy w obszarze bieżnika oraz w okolicach barków. Dokładnie w tych obszarach musi znajdować się duża część największej wytrzymałości bieżnika opony na zużycie oraz wrażliwości na opory toczenia. Im więcej gumy znajduje się w tym miejscu, tym większa intensywność przebiegu histerezy oraz wyższe temperatury w warunkach eksploatacyjnych.

Obecnie celem projektantów opon jest opracowanie opon przyczyniających się do obniżenia zużycia paliwa. Można to osiągnąć projektując opony do pracy na zimno, mające małą masę i niskie parametry bezwładnościowe, a równocześnie zwiększając parametry ruchowe opon i bieżnika, przy czym projektant musi dodatkowo zapewnić, że, w celu osiągnięcia równomiernego zużycia, odcisk opony i obszar styku bieżnika zapewniają równomierne rozprowadzenie ciśnienia.

Wraz z pojawieniem się opon o wysokich parametrach i bardzo niskich współczynnikach kształtu, powszechne stało się stosowanie struktur opasania z nakładkami z kordów syntetycznych z nylonu lub aramidu. W celu dalszej poprawy parametrów w warunkach dużych prędkości, grubość bieżnika utrzymywano na minimalnym poziomie. Przy dużych prędkościach masa grubego bieżnika usiłowała po prostu unieść oponę. Wskutek tego, że doprowadziło to inżynierów do dojścia do granicy możliwości w projektowaniu opon, musieli przemyśleć wszystkie parametry opon. W pewnych wypadkach oznacza to wycofanie się i przeanalizowanie stosowanych dotychczas koncepcji, z których teraz trzeba było zrezygnować na rzecz koncepcji idących nowymi torami.

Jedną z takich koncepcji, z jakich swego czasu zrezygnowali projektanci, było stosowanie pasów z włókien szklanych, które co prawda były bardzo dobrym materiałem na pasy, ale straciły powodzenie z chwilą pojawienia się pasów stalowych. Głównym powodem spadku powodzenia pasów z włókien szklanych był ich wyraźny brak trwałości.

Już w oponach diagonalnych z lat 1970 interesowano się w technice podkładami bieżnika z włókien szklanych. W amerykańskim opisie patentowym nr 3,762,458 opona ma warstwę gumy wzmocnioną krótko ciętymi włóknami umieszczoną po bieżnikowej stronie warstwy podkładu bieżnika z kordem z włókien szklanych. Umieszczenie warstwy gumy wzmocnionej krótko ciętymi włóknami po bieżnikowej stronie warstwy podkładu bieżnika z kordem z włókien szklanych jest bardziej skuteczne niż umieszczenie tylko warstwy gumy lub warstwy kordu pokrytej gumą. Ponadto stwierdzono, że warstwa podkładu bieżnika z kordem z włókien szklanych nie powinna być umieszczona bezpośrednio w pobliżu kordów z włókien organicznych o dużej kurczliwości.

PL 196 122B1

Stosowanie pasów z włókien szklanych w oponach radialnych stanowiło jeszcze większe wyzwanie. W amerykańskim opisie nr 3,785,423 rozwiązano problem struktur opasania w oponie radialnej stosując spłaszczone kordy o szerokości około 1mm, przy czym te silnie spłaszczone kordy były wykonane ze stali, z włókien z tworzyw sztucznych lub włókien szklanych zorientowanych pod kątami około 45° do 60°.

Z europejskiego opisu patentowego EP-A-0 412 928 znana jest pneumatyczna opona radialna o współczynniku kształtu 0,2 do 0,8 zawierająca parę równoległych pierścieniowych drutówek, co najmniej jedną radialną warstwę osnowy, która ma parę mankietów owiniętych wokół drutówek, strukturę opasania umieszczoną promieniowo na zewnątrz względem co najmniej jednej radialnej warstwy osnowy w obszarze korony opony, nakładkę o szerokości zasadniczo pokrywającej się z szerokością struktury opasania, bieżnik usytuowany promieniowo na zewnątrz względem nakładki oraz ściankę boczną usytuowaną pomiędzy bieżnikiem a drutówkami. Nakładka zawiera włókna wzmacniające lub kordy, które to kordy są z aramidu wbudowanego w elastomer. Struktura opasania jest wykonana z dwóch warstw wzmocnionych kordami z włókien szklanych, które to kordy biegną pod kątami w zakresie od 15° do 30°.

Opona radialna pneumatyczna o współczynniku kształtu 0,2 do 0,8 zawierająca parę równoległych pierścieniowych drutówek, co najmniej jedną radialną warstwę osnowy, która ma parę mankietów owiniętych wokół drutówek, strukturę opasania umieszczoną promieniowo na zewnątrz względem co najmniej jednej radialnej warstwy osnowy w obszarze korony opony, oraz nakładkę o szerokości zasadniczo pokrywającej się z szerokością struktury opasania, bieżnik usytuowany promieniowo na zewnątrz względem nakładki, która to nakładka ma włókna wzmacniające lub kordy, które to kordy wybiera się z grupy materiałów, w skład której wchodzi sztuczny jedwab, PET, aramid, PEN lub PVA wbudowane w elastomer, zaś struktura opasania jest wykonana z dwóch warstw wzmocnionych kordami z włókien szklanych, które to kordy biegną pod kątami w zakresie od 15° do 30°, oraz ściankę boczną usytuowaną pomiędzy bieżnikiem a drutówkami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że bieżnik opony ma płaski promień bieżnika większy niż 300 mm na szerokości kordowej bieżnika wynoszącej co najmniej 125 mm, zaś promień bieżnika wynosi co najmniej 500 mm dla szerokości kordowej bieżnika wynoszącej co najmniej 150 mm, oraz bieżnik ma podkład, mierząc od promieniowo zewnętrznej powierzchni kordów nakładki do obwodowego rowka o pełnej głębokości, który to podkład bieżnika ma średnią grubość mniejszą od 2mm.

Korzystnie, nakładka jest nawinięta spiralnie promieniowo na zewnątrz struktury opasania i zawiera ciągły pas elastomerowej taśmy wzmacniającej o szerokości od 1,3 do 3,8 cm oraz 4 do 45 równoległych, wbudowanych w nią kordów.

Kordy nakładki mogą być włóknami z PEN o gęstości 240dTex do 2200dTex. Korzystnie, kordy z PEN mają współczynnik skręcenia od 5 do 10. Kordy z PEN są korzystnie kordami 1440/2dTex o skręceniu przędzy i kordu od 1,6 do 4,7 tpcm. Kordy nakładki mogą być włóknami flexten 1100/2dTex.

W korzystnym przykładzie wykonania kordy nakładki są aramidowe. Korzystnie kordy nakładki mają wskaźnik końców na cm 6 do 12 EPcm.

Korzystnie podkład bieżnika ma grubość około 1mm.

Opona według wynalazku ma wkładkę wierzchołkową rozciągającą się promieniowo na zewnątrz powyżej każdej z drutówek i przylegającą do warstwy osnowy, która to wkładka wierzchołkowa ma twardość D Shore'a powyżej 50.

Korzystnie opona posiada dwie wkładki ścianki bocznej, po jednej w każdej ściance bocznej, przy czym każda wkładka składa się z dwóch elastomerowych warstw wzmocnionych diagonalnymi kordami, przy czym kordy pierwszej warstwy biegną pod tym samym kątem, ale mają przeciwny kierunek w stosunku do kordów drugiej warstwy, zaś obie te warstwy znajdują się pomiędzy wkładką wierzchołkową a mankietem warstwy osnowy. W pierwszej i drugiej warstwie kąty diagonalnych kordów wynoszą od 25° do 60°.

Każda pierwsza i druga warstwa mają promieniowo wewnętrzny koniec i promieniowo zewnętrzny koniec, przy czym odpowiednie końce jednej warstwy są usytuowane schodkowe względem końców położonej naprzeciwko warstwy, a promieniowo zewnętrzny koniec jednej warstwy jest umieszczony w okolicach połowy wysokości przekroju opony.

Opona ma korzystnie warstwę wewnętrzną oraz elastomerową wkładkę tłumiącą hałas, która to wkładka leży pomiędzy warstwą wewnętrzną a warstwą osnowy, poniżej krawędzi opasania i rozciąga się do około 50% wysokości przekroju opony.

PL 196 122B1

Korzystnie w warstwach osnowy opony znajdują się radialne kordy ze sztucznego jedwabiu. Jednakże, w warstwach osnowy opony mogą znajdować się także radialne kordy z poliestru, radialne kordy z PEN, radialne kordy z aramidu lub radialne kordy ze stali.

Wynalazek dowodzi możliwości ponownego wprowadzenia na rynek pasów z włókien szklanych pod warunkiem ich zastosowania w połączeniu z innymi środkami zabezpieczającymi kordy z włókien szklanych przed niszczeniem podczas produkcji, polegającymi na zapewnieniu, że powstające podczas wulkanizacji, chłodzenia i następującego potem pompowania opon różnice skurczu termicznego nie są przenoszone na kordy z włókien szklanych. Pasy z włókien szklanych nie tylko są możliwe do akceptacji na rynku, ale mogą również niespodziewanie zapewnić korzystną poprawę wagi opony oraz przyczynić się do zmniejszenia oporów toczenia.

Opona, w której zastosowano opisaną powyżej nowatorską konstrukcję jest bardzo lekka w porównaniu z oponami konwencjonalnymi.

Opona według wynalazku ma znakomite parametry eksploatacyjne, zwłaszcza może być znakomicie dostosowana do eksploatacji podczas dużych prędkości, a ponadto jej opory toczenia są bardzo niskie.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, który przedstawia oponę według wynalazku w przekroju poprzecznym.

Definicje

Współczynnik kształtu oznacza stosunek wysokości przekroju opony do szerokości przekroju.

Osiowy i osiowo oznaczają linie lub kierunki równoległe do osi obrotu opony.

Stopka lub Drutówka oznaczają ogólnie tę część opony, która zawiera pierścieniowy element napinający, przy czym promieniowo wewnętrzne stopki służą do trzymania opony na obręczy, owinięte kordami warstwy i ukształtowane, z innymi elementami wzmacniającymi lub bez nich, takimi jak wczepy, obcinacze, wierzchołki lub wypełniacze, ochrony stopki oraz paski ochronne.

Struktura opasania lub Pasy wzmacniające oznacza co najmniej dwie pierścieniowe warstwy równoległych kordów, tkanych lub nietkanych, leżących pod bieżnikiem, nie zamocowanych do stopki, przy czym kąty kordów, zarówno lewostronne jak i prawostronne, mieszczą się w przedziale od 17° do 27° względem równikowej płaszczyzny opony.

Obwodowy oznacza linie lub kierunki biegnące wzdłuż obwodu powierzchni pierścieniowego bieżnika prostopadle do kierunku osiowego.

Osnowa oznacza strukturę opony bez struktury opasania, bieżnika i podkładu bieżnika, ale ze stopkami.

Obudowa oznacza osnowę, strukturę opasania, stopki, ścianki boczne i wszystkie inne elementy opony, z wyjątkiem bieżnika i podkładu bieżnika.

Paski ochronne to wąskie paski materiału umieszczone wokół zewnętrznej części stopki z zadaniem ochrony warstw kordu przed obręczą i rozprowadzania ugięć nad obręczą.

Kord oznacza jedną z żył wzmacniających, z jakich składają się warstwy w oponie.

Płaszczyzna Równikowa (EP) oznacza płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu opony, przechodzącą przez środek jej bieżnika.

Odcisk oznacza ścieżkę styku lub obszar styku bieżnika opony z płaską powierzchnią przy zerowej prędkości i pod normalnym obciążeniem i ciśnieniem.

Warstwa wewnętrzna oznacza warstwę lub warstwy elastomeru lub innego materiału, który tworzy wewnętrzną powierzchnię opony bezdętkowej i która utrzymuje płyn nadmuchujący wewnątrz opony.

Normalne ciśnienie nadmuchiwania oznacza konkretne zaprojektowane ciśnienie nadmuchiwania i obciążenie przypisane przez odpowiednią organizację normalizacyjną dla warunków, w jakich pracuje opona.

Obciążenie normalne oznacza konkretne zaprojektowane ciśnienie nadmuchiwania i obciążenie przypisane przez odpowiednią organizację normalizacyjną dla warunków, w jakich pracuje opona.

Warstwa oznacza warstwę powleczonych gumą równoległych kordów.

Promieniowy i promieniowo oznacza kierunki biegnące promieniowo ku osi lub od osi obrotu opony.

Opona radialna oznacza opasaną lub utwierdzoną obwodowo oponę pneumatyczną, w której co najmniej jedna warstwa ma kordy biegnące od stopki do stopki ułożone pod kątami od 65° do 90° względem płaszczyzny równikowej opony.

PL 196 122B1

Wysokość przekroju oznacza odległość promieniową od nominalnej średnicy obręczy do zewnętrznej średnicy opony w jej płaszczyźnie równikowej.

Szerokość przekroju oznacza maksymalną liniową odległość równoległą do osi opony i pomiędzy zewnętrzną powierzchnią jej ścian bocznych kiedy jest nadmuchana i po nadmuchaniu do normalnego ciśnienia po 24 godzinach, ale bez obciążenia, z wyłączeniem grubości dodatkowych elementów znajdujących się na ścianach bocznych, takich jak etykiety, ozdoby lub opaski ochronne.

Bark oznacza górną część ściany bocznej tuż poniżej krawędzi bieżnika.

Ściana boczna oznacza tę część opony, która znajduje się pomiędzy bieżnikiem a stopką.

Szerokość bieżnika oznacza długość łuku powierzchni bieżnika w kierunku osiowym, to jest w płaszczyźnie równoległej do osi obrotu opony.

W oponie 10 według wynalazku zastosowano unikalną strukturę. Opona 10 na rysunku jest radialną oponą do samochodu osobowego lub lekkiego samochodu ciężarowego. Opona 10 ma stykającą się z podłożem część bieżnikową 12, która kończy się w częściach barkowych na krawędziach bocznych, odpowiednio 14, 16, bieżnika 12. Od krawędzi bocznych, odpowiednio 14, 16, bieżnika 12 biegnie para ścianek bocznych 20 kończących się parą obszarów stopki 22, każdy z, odpowiednio, pierścieniową nierozciągliwą drutówką 26. W skład opony 10 wchodzi ponadto struktura wzmacniająca osnowy 30, biegnąca od obszaru stopki 22 poprzez jedną ściankę boczną 20, bieżnik 12, przeciwległą ściankę boczną 20 do obszaru stopki 22. Mankiety 32 co najmniej jednej radialnej warstwy 38 struktury wzmacniającej osnowy 30 są owinięte wokół drutówek 26 i biegną promieniowo na zewnątrz do końca mankietowego 33. Mankiet 32 może kończyć się w okolicach promieniowego położenia maksymalnej szerokości wykonania pokazanym na rysunku. W skład opony 10 może wchodzić typowa warstwa wewnętrzna 35 tworząca wewnętrzną powierzchnię obwodową opony 10, jeśli opona ma być typu bezdętkowego. W zalecanej oponie 10 warstwa wewnętrzna 35 jest wykonana w 100% z kauczuku bromobutylowego.

Jak widać na rysunku, w oponie 10 można zastosować pojedynczą warstwę z tworzywa syntetycznego owiniętą wokół drutówki 26 i biegnącą do wysokiego końca mankietowego 33 znajdującego się w okolicy promieniowego miejsca maksymalnej średnicy (h) przekroju.

Obwodowo wokół promieniowo zewnętrznej powierzchni struktury wzmacniającej osnowy 30, pod bieżnikiem 12 znajduje się wzmacniająca bieżnik struktura opasania 36. W konkretnym, pokazanym przykładzie wykonania, struktura opasania 36 składa się z dwóch ciętych pasowych warstw 50, 51, w których kordy 80 są zorientowane pod kątem około 22 stopni względem przechodzącej przez środek obwodu płaszczyzny centralnej opony.

Kordy 80 pasowej warstwy 50 biegną w przeciwnym kierunku względem przechodzącej przez środek obwodu płaszczyzny centralnej i względem kierunku kordów 80 pasowej warstwy 51. Jednakże struktura opasania 36 może zawierać dowolną liczbę warstw pasowych, a kordy 80 mogą być umieszczone pod dowolnym pożądanym kątem, korzystnie w zakresie od 18° do 26°. Ważną cechą charakterystyczną warstw 50, 51 jest to, że każda warstwa 50, 51 jest pojedynczą warstwą ciętą, przy czym żadna z nich nie ma wywiniętych krawędzi bocznych. Struktura opasania 36 nadaje sztywność poprzeczną w poprzek szerokości pasa tak, że minimalizuje unoszenie się bieżnika 12 nad powierzchnią drogi podczas pracy opony 10. W pokazanych przykładach wykonania zrealizowano to w ten sposób, że kordy 80 pasowych warstw 50, 51 są wykonane z włókien szklanych, a korzystnie z włókien szklanych 660/1Tex o gęstości 15-25 EPI (6-10 EPcm).

Struktura wzmacniająca osnowy 30 zawiera co najmniej jedną strukturę wzmacniającą warstwy 38. W konkretnym, pokazanym na rysunku przykładzie wykonania, zastosowano strukturę wzmacniającą warstwy 38 z promieniowo zewnętrznym mankietem 32 warstwy, przy czym struktura warstwy 38 ma, korzystnie, jedną warstwę równoległych kordów 41. Kordy 41 wzmacniającej struktury warstwy 38 są zorientowane pod kątem co najmniej 75 stopni względem przechodzącej przez środek obwodu płaszczyzny centralnej CP opony 10. W konkretnym, pokazanym przykładzie wykonania, kordy 41 sązorientowane pod kątem około 90 stopni względem przechodzącej przez środek obwodu płaszczyzny centralnej CP. Kordy 41 mogą być wykonane z dowolnego materiału używanego zazwyczaj na kordy wzmacniające wyrobów gumowych, na przykład, ale nie wyłącznie, ze sztucznego jedwabiu, nylonu i poliestru, aramidu lub stali. Korzystnie, kordy te są wykonane z materiału o silnych właściwościach przyczepnych do gumy i wysokiej odporności na ciepło.

PL 196 122B1

Na kordy 41 osnowy, powszechnie stosuje się kordy z włókien organicznych o module sprężystości w zakresie od 250 do 1400 kgf/mm², takich jak nylon 6, nylon 6-6, sztuczny jedwab, poliester lub kordy o wysokim module sprężystości. W wypadku kordów z włókien o grubości 340 do 2100 dTexów stosuje się, korzystnie, włókna o gęstości od 17 do 30 EPI (6,6-12 EPcm).

Do innych włókien o wysokim module sprężystości należą włókna aramidowe, z winylonu, PEN, PET, PVA, włókna węglowe, szklane i poliamidowe. Alternatywnie, można również stosować kordy stalowe ze stali o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie i małej średnicy, cechujące się znakomitą wytrzymałością zmęczeniową. W konkretnym pokazanym przykładzie wykonania, kordy 41 są wykonane ze sztucznego jedwabiu. Kordy 41 mają moduł sprężystości E o wartości X i wydłużenie procentowe o wartości Y. Zalecane kordy 41ze sztucznego jedwabiu mają wartości X w przedziale co najmniej do 10 GPa, a wartości wydłużeń procentowych w zakresie powszechnie spotykanym dla konkretnych materiałów na kordy.

Jak dalej widać na rysunku, w każdym z obszarów stopki 22 opony 10 znajdują się pierścieniowe, zasadniczo nierozciągliwe drutówki 26, odpowiednio pierwsza i druga.

Korzystnie, drutówka jest wykonana z pojedynczego lub monowłóknowego drutu stalowego nawiniętego w sposób ciągły. W zalecanym przykładzie wykonania nawinięto druto średnicy 0,038 cala (0,97 mm) ze stali o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie w czterech warstwach, odpowiednio, od promieniowo wewnętrznych do promieniowo zewnętrznych z czterech drutów, tworzących konstrukcję 4x4.

W obszarze stopki 22 i promieniowo wewnętrznych części ścianki bocznej 23 znajdują się elastomerowe wkładki wierzchołkowe 46 o wysokim module sprężystości usytuowane pomiędzy, odpowiednio, strukturą wzmacniającą warstwy 38 osnowy a końcami mankietowymi 32.

Elastomerowe wkładki wierzchołkowe 46 biegną, odpowiednio, od promieniowo zewnętrznej części drutówek 26 aż do ścianek bocznych, stopniowo zmniejszając swoją szerokość w przekroju. Elastomerowe wkładki wierzchołkowe 46 kończą się na promieniowo zewnętrznym końcu w odległości G promieniowo wewnętrznie od maksymalnej szerokości przekroju opony w miejscu (h), jak widać na rysunku. W konkretnym, pokazanym przykładzie wykonania, każda z elastomerowych wkładek wierzchołkowych 46 biegnie od swoich odpowiednich drutówek 26 na odległość G wynoszącą około 25 procent (25%) wysokości przekroju opony.

Dla celów niniejszego wynalazku, maksymalna wysokość SH przekroju opony powinna być traktowana jako promieniowa odległość mierzona od nominalnej średnicy NRD obręczy opony do skrajnie zewnętrznej w kierunku promieniowym części bieżnika opony. Również dla celów wynalazku, nominalna średnica obręczy powinna być średnicą opony określoną przez jej wymiar.

W zalecanym przykładzie wykonania wynalazku w obszarach stopki 22 znajduje się ponadto co najmniej jeden wzmocniony kordem element usytuowany pomiędzy wkładką wierzchołkową 46 a mankietem 32 warstwy. Wzmocniony kordem element lub elementy mają pierwszy koniec 54 i drugi koniec 55. Pierwszy koniec 54 jest usytuowany wewnętrznie w kierunku osiowym i promieniowym względem drugiego końca 55. Wzmocniony kordem element lub elementy zwiększają się w kierunku promieniowym odosi obrotu opony 10 w funkcji odległości od ich pierwszego końca 54. W pokazanym na rysunku przykładzie wykonania, wzmocniony kordem element zawiera dwie warstwy 52, 53 o szerokości około 4 cm. Osiowo wewnętrzna warstwa 52 ma promieniowo wewnętrzny koniec 54, który znajduje się w kierunku promieniowym przy pierwszej i drugiej drutówce 26, albo nieco nad nimi. Osiowo zewnętrzna warstwa 53ma promieniowo wewnętrzny koniec, który leży promieniowo zewnętrznie względem zewnętrznej powierzchni drutówki 26 w odległości około 1cm. Osiowo wewnętrzna i osiowo zewnętrzna warstwa 52, 53, korzystnie mają wzmocnienia z kordów ze sztucznego jedwabiu, nylonu, aramidu lub stali, przy czym w korzystnym przykładzie wykonania opony zastosowano kordy z nylonu o grubości 1400/2dTexy. Drugi koniec 55 warstwy 53 znajduje się promieniowo zewnętrznie względem drutówki 26 i końca 33 mankietu 32 pierwszej warstwy 38 i jest usytuowany promieniowo w odległości co najmniej 50% wysokości SH przekroju, mierząc od nominalnej średnicy stopki.

Korzystnie, kordy warstw 52, 53 biegną skośnie, tworząc pewien kąt z promieniowym kierunkiem mieszczący się w zakresie od 25° do 75°, a korzystnie wynoszący 55°.

W wypadku stosowania dwóch warstw, kąty, pod jakimi biegną kordy są, korzystnie, równe, ale skierowane przeciwnie. Kordowy element wzmacniający w postaci warstw 52, 53 poprawia parametry manewrowe opony 10 według wynalazku. Warstwy 52, 53 znacznie zmniejszają tendencję samochodu do nadsterowności, co jest poważnym problemem w typowych oponach podczas jazdy w stanie nie nadmuchanym albo nadmuchanym w stopniu niedostatecznym.

PL 196 122B1

W obszarach stopki 22 opony 10 można dodać wzmocniony tkaniną element 61. Wzmocniony tkaniną element 61 ma dwa końce, pierwszy 62 i drugi 63. Element ten jest zawinięty wokół pierwszej warstwy 38 i drutówki 26. Zarówno pierwszy jak i drugi koniec 62, 63 biegną promieniowo powyżej i na zewnątrz drutówki 26.

Na ściankach bocznych 20 opony 10 według zalecanego przykładu wykonania znajdują się pary pierwszych tłumiących hałas wkładek 42. Pierwsze tłumiące hałas wkładki 42 znajdują się pomiędzy warstwą wewnętrzną 35 a wzmacniającą warstwą 38. Pierwsze wkładki 42 biegną od miejsca poniżej każdej krawędzi pasa w obszarze barku opony 10 do miejsca położonego promieniowo wewnętrznie od końca 55 elementu wzmacniającego. Jak widać w zalecanym przykładzie wykonania wynalazku na rysunku, na każdej ściance bocznej 20 znajduje się pierwsza tłumiąca hałas wkładka 42 oraz wkładka wierzchołkowa 46. Pierwsze wkładki 42 są umieszczone jak opisano powyżej. Wkładki wierzchołkowe 46 znajdują się pomiędzy pierwszą warstwą 38 a, odpowiednio, mankietami 32 warstwy 38.

Dla celów niniejszego wynalazku, maksymalną szerokość (SW) przekroju opony mierzy się równolegle do osi obrotu opony od osiowo zewnętrznych powierzchni opony, z wyłączeniem elementów charakterystycznych, ozdób i podobnych. Również dla celów wynalazku, szerokość bieżnika jest osiową odległością w poprzek opony prostopadle do płaszczyzny równikowej (EP) opony, mierzoną na odcisku opony nadmuchanej do maksymalnego standardowego ciśnienia napełnienia opony przy obciążeniu nominalnym i zamontowanej na kole, do którego była zaprojektowana.

Widoczna na rysunku opona 10 według zalecanego przykładu wykonania ma tkaninową warstwę nakładkową 59 znajdującą się wokół wzmacniającej bieżnik struktury opasania 36. Na przykład, nad każdą wzmacniającą strukturą opasania 36 można umieścić dwie warstwy idealnie spiralnie nawiniętych kordów z PEN, PET, PVA, sztucznego jedwabiu lub aramidu, z końcami bocznymi wychodzącymi poza boczne końce struktur opasania 36. Alternatywnie, jako nakładkę można zastosować pojedynczą warstwę spiralnie nawiniętej tkaniny wzmacniającej. W korzystnym przykładzie wykonania opony 10 zastosowano spiralnie nawinięte kordy aramidowe 70 z włókien flexten 1670/3dTex lub, bardziej korzystnie, 1100/2dTex. Materiał aramidowy ma zasadniczo wyższe moduły sprężystości niż nylon, co w związku z tym daje w rezultacie silniejsze wzmocnienie opony niż dwie warstwy nylonu. Należy unikać nylonu o dużym skurczu termicznym, ponieważ jego użycie mogłoby zniszczyć kordy 80 z włókien szklanych opasania 50, 51. Zgłaszający wynalazek stwierdzili, że zwiększenie parametrów opony przy dużych prędkościach można osiągnąć stosując oponę z pojedynczą warstwą nakładki aramidowej o wartości co najmniej 14 EPI (5,5 Epcm), a korzystnie około 17 EPI (6,6 Epcm). Na ogół unika się stosowania materiału aramidowego w oponach do samochodów osobowych, częściowo dlatego, że materiał ten ma słabe właściwości pod względem tłumienia hałasu i rezonuje dźwięki przenikające przez stosunkowo cienkie ścianki boczne opony. Zgłoszona przez wnioskodawców opona według wynalazku jest zaopatrzona w tłumiącą hałas wkładkę 42, usytuowaną w ściankach bocznych 20, która znacząco tłumi wytwarzane przez oponę dźwięki. Takie tłumiące hałas ścianki boczne 20 umożliwiają zastosowanie aramidowej nakładki bez wytwarzania niedopuszczalnych poziomów hałasu.

Alternatywnie, kordy 80 nakładki 59 mogą być wykonane ze sztucznego jedwabiu, PET, PEN lub PVA. Można stosować włókna z PEN o gęstości 240dTexów do 2200dTexów, bardziej korzystnie 1440/2dTexy o skręceniu zarówno przędzy jak i kordu od 4 do 12 tpi (1,6 do 4,7 tpcm), korzystnie 7Z/9S.

Jak widać, wypełniacze wkładek wierzchołkowych 46 mogą być wykonane z jednego lub dwóch lub więcej różniących się między sobą materiałów elastomerowych. W zalecanym przykładzie wykonania stosuje się tylko jeden materiał we wkładkach wierzchołkowych 46, który rozciąga się od drutówki 26. Zalecany materiał na wkładki wierzchołkowe jest bardzo twardy i ma twardość D Shore'a o wartości 50 lub więcej, korzystnie 50 do 55. Twardość wkładki 46 uzyskano sieciując żywice wzmacniające wymieszane zgodnie z powszechnie znaną procedurą mieszania do uzyskania dużej twardości, umożliwiającej użycie do uformowania wkładki wierzchołkowej 46 minimalnej ilości materiału.

Alternatywnie, we wkładki wierzchołkowe 46 można wprowadzić krótkie włókna, które, korzystnie, są zorientowane pod kątem co najmniej 45° w celu intensyfikacji sztywności promieniowej i bocznej wkładek, korzystnie, włókna te są zorientowane promieniowo. Korzystnie, krótkie włókna są wykonane z materiałów tekstylnych lub syntetycznych, takich jak sztuczny jedwab, nylon, poliester lub aramid. Te krótkie włókna mogą być skierowane promieniowo lub umieszczone pod kątami diagonalnymi, korzystnie co najmniej 45°, ale nie powinny one biec obwodowo.

W celu zminimalizowania ścierania się opony 10w dolnym obszarze stopki promieniowo na zewnątrz struktury osnowy 30 w sąsiedztwie kołnierza obręczowego, zwłaszcza w wypadku stosowania opony w stanie nie nadmuchanym, zapewniono paski ochronne 60 z twardej gumy.

PL 196 122B1

W strukturze opasania 36 znajdują się pasy 50, 51, w których stosuje się, korzystnie, włókna szklane o parametrach 660/1Tex przy gęstości 15 do 25 EPI (6 do 10 EPcm). Pasy 50, 51 mają szerokość około 98% szerokości kordowej uformowanego bieżnika, powszechnie określanej szerokością łukową bieżnika.

W celu dalszej poprawy parametrów opony 10 i zmniejszenia wagi, bieżnik 12 wykonano w taki sposób, żeby miał minimalną grubość t podkładu 13 bieżnika. Zazwyczaj w oponach o wysokich parametrach do samochodów osobowych grubość podkładu bieżnika jest zmniejszona do poziomu od 2 do 5 mm. W oponie według wynalazku grubość podkładu bieżnika jest mniejsza niż 2 mm, korzystnie wynosi około 1 mm, mierząc od leżących promieniowo zewnętrznie kordów 70 nakładki 59 na pełną głębokość do dna obwodowego rowka, jak pokazano na rysunku.

W celu zapewnienia zmniejszenia w oponie 10 według wynalazku naturalnych naprężeń powstających podczas formowania opony z pasami 50, 51 z włókien szklanych, stwierdzono, że forma powinna być szeroka i płaska przy bieżniku. Stwierdzono, że dobre wyniki uzyskuje się stosując promień bieżnika 315 mm i szerokość kordową bieżnika 141 mm. W oponach o wymiarach 195/65R1591V najlepsze wyniki uzyskiwano dla promienia bieżnika 914 mm i szerokości kordowej bieżnika 152 mm. Wynalazcy są przekonani, że dopuszczalne wyniki można uzyskać stosując płaski promień bieżnika większy niż 300 mm na szerokości kordowej bieżnika około 125 mm lub większej. Bardziej korzystnie, promień bieżnika R powinien być większy niż 500 mm dla szerokości kordowej bieżnika większej niż 150 mm, a najbardziej korzystnie R powinien wynosić co najmniej 750 mm. Taki szeroki płaski łuk bieżnika umożliwia zminimalizowanie zniekształcenia kordów 80 opasania w wyniku skurczu termicznego, co mogłoby zniszczyć kordy warstwy 51 sąsiadującej z warstwą 38 osnowy. Takie rozwiązanie w połączeniu z kordami 41 warstwy 38 o małej kurczliwości cieplnej i nakładką 59 o podobnie małej kurczliwości cieplnej oznacza możliwość wyprodukowania opony 10 i jej umieszczenia w warunkach roboczych w taki sposób, żeby pasy 50, 51 z włókien szklanych były w stanie przetrwać obciążenia wynikające z termicznego rozszerzania i kurczenia.

Oponę testową 10 o wymiarach 195/65R15 91V wykonano z tradycyjnymi pasami stalowymi, a waga tej opony wynosiła 9,4 kg. Opona o takich samych wymiarach wykonana według wynalazku ważyła 7,2 kg, przy czym waga takiej opony według opisanej powyżej koncepcji wynalazku wynosiła, w zależności od jej wyregulowania, od 6,9 do 7,4 kg.

Takie zmniejszenie wagi było najbardziej korzystnym usprawnieniem w porównaniu ze stanem dotychczasowym, ponieważ zmniejsza udział energii kinetycznej opony, zmniejsza zarówno energię kinetyczną w ruchu postępowym jak i w ruchu obrotowym, a tym samym zmniejsza zużycie paliwa.

Ponadto mniejsza waga nie resorowanej masy opony umożliwia producentom samochodów zmianę konstrukcji zawieszenia z uwzględnieniem zmniejszenia wagi jego elementów składowych, co zmniejsza wagę samochodu, poprawia jego parametry i manewrowanie nim.

Opona według wynalazku umożliwia zmniejszenie oporów toczenia o około 10% w porównaniu z konstrukcją klasyczną wykonaną w tej samej formie z tym samym bieżnikiem.

Podczas badań opony 10 zanotowano od 0do 10% polepszenie zużycia bieżnika w porównaniu z konstrukcją klasyczną. Zauważono, że opona 10 była mniej wrażliwa na zużycie uzależnione od położenia koła. Zużycie barku opony w kole kierowanym oraz zużycie na linii środkowej opony w kole tylnym przy niewielkim obciążeniu było znacznie mniejsze w oponie 10 według wynalazku w porównaniu z oponami znanymi dotychczas.

Lokalne termiczne spłaszczenie opony według wynalazku było znacznie bardziej korzystne pod względem czasu potrzebnego do odzyskania niezakłóconych warunków jazdy niż w oponach znanych dotychczas. Lokalne termiczne spłaszczenie jest stanem występującym powszechnie kiedy parkuje się pojazd po jeździe, w wyniku czego rozgrzana opona schładza się tak, że jej struktura spłaszcza się lokalnie.

Najważniejsze jest, że opona według wynalazku ma o 20% większą trwałość oraz przeszła z powodzeniem badania zanurzeniowe, badania przy dużych prędkościach V, badania zmęczeniowe osnowy w warunkach drogowych, badania odkształcania w warunkach drogowych, badania wytrzymałości na uderzenia o krawężnik, badania zanurzeniowe w warunkach drogowych oraz wymagane prawnie badania kwalifikacyjne DOT i ECE R30.

Claims (19)

1. Opona radialna pneumatyczna o współczynniku kształtu 0,2 do 0,8 zawierająca parę równoległych pierścieniowych drutówek, co najmniej jedną radialną warstwę osnowy, która ma parę mankietów owiniętych wokół drutówek, strukturę opasania umieszczoną promieniowo na zewnątrz względem co najmniej jednej radialnej warstwy osnowy w obszarze korony opony, oraz nakładkę o szerokości zasadniczo pokrywającej się z szerokością struktury opasania, bieżnik usytuowany promieniowo na zewnątrz względem nakładki, która to nakładka ma włókna wzmacniające lub kordy, które to kordy wybiera się z grupy materiałów, w skład której wchodzi sztuczny jedwab, PET, aramid, PEN lub PVA wbudowane w elastomer, zaś struktura opasania jest wykonana z dwóch warstw wzmocnionych kordami z włókien szklanych, które to kordy biegną pod kątami w zakresie od 15° do 30°, oraz ściankę boczną usytuowaną pomiędzy bieżnikiem a drutówkami, znamienna tym, że bieżnik (12) opony (10) ma płaski promień (R) bieżnika większy niż 300 mm na szerokości kordowej bieżnika wynoszącej co najmniej 125 mm, zaś promień (R) bieżnika wynosi co najmniej 500 mm dla szerokości kordowej bieżnika wynoszącej co najmniej 150 mm, oraz bieżnik (12) ma podkład (13), mierząc od promieniowo zewnętrznej powierzchni kordów (70) nakładki (59) do obwodowego rowka o pełnej głębokości, który to podkład (13) bieżnika ma średnią grubość (T) mniejszą od 2 mm.

2. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że nakładka (59) jest nawinięta spiralnie promieniowo na zewnątrz struktury opasania (36) i zawiera ciągły pas elastomerowej taśmy wzmacniającej o szerokości od 1,3 do 3,8 cm oraz 4 do 45 równoległych, wbudowanych w nią kordów (70).

3. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że kordy (70) są włóknami z PEN o gęstości 240dTex do 2200dTex.

4. Opona według zastrz. 3, znamienna tym, że kordy (70) z PEN mają współczynnik skręcenia od 5 do 10.

5. Opona według zastrz. 4, znamienna tym, że kordy (70) z PEN są kordami 1440/2dTex o skręceniu przędzy i kordu od 1,6 do 4,7 tpcm.

6. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że kordy (70) nakładki (59) są aramidowe.

7. Opona według zastrz. 5, znamienna tym, że kordy (70) nakładki (59) są włóknami flexten 1100/2dTex.

8. Opona według zastrz. 6, znamienna tym, że kordy (70) mają wskaźnik końców na cm 6 do 12 EPcm.

9. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że podkład (13) bieżnika ma grubość (T) około 1mm.

10. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że opona (10) ma wkładkę wierzchołkową (46) rozciągającą się promieniowo na zewnątrz powyżej każdej z drutówek (26) i przylegającą do warstwy (38) osnowy, która to wkładka wierzchołkowa (46) ma twardość D Shore'a powyżej 50.

11. Opona według zastrz. 10, znamienna tym, że opona (10) posiada dwie wkładki ścianki bocznej, po jednej w każdej ściance bocznej, przy czym każda wkładka składa się z dwóch elastomerowych warstw (52, 53) wzmocnionych diagonalnymi kordami, przy czym kordy pierwszej warstwy (52) biegną pod tym samym kątem, ale mają przeciwny kierunek w stosunku do kordów drugiej warstwy (53), zaś obie te warstwy (52, 53) są umieszczone pomiędzy wkładką wierzchołkową (46) a mankietem (32) warstwy (38) osnowy.

12. Opona według zastrz. 11, znamienna tym, że w pierwszej i drugiej warstwie (52, 53) kąty diagonalnych kordów wynoszą od 25° do 60°.

13. Opona według zastrz. 11, znamienna tym, że każda pierwsza i druga warstwa (52, 53) mają promieniowo wewnętrzny koniec (54) i promieniowo zewnętrzny koniec (55), przy czym odpowiednie końce (54, 55) jednej warstwy (52, 53) są usytuowane schodkowe względem końców (54, 55) położonej naprzeciwko warstwy (52, 53), a promieniowo zewnętrzny koniec (55) jednej warstwy (53) jest umieszczony w okolicach połowy wysokości (SH) przekroju opony (10).

14. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że opona (10) ma warstwę wewnętrzną (35) oraz elastomerową wkładkę (42) tłumiącą hałas, która to wkładka (42) leży pomiędzy warstwą wewnętrzną (35) a warstwą (38) osnowy poniżej krawędzi pasa i rozciąga się do około 50% wysokości (SH) przekroju opony (10).

15. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwach (38) osnowy opony (10) znajdują się radialne kordy (41) ze sztucznego jedwabiu.

16. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwach (38) osnowy opony (10) znajdują się radialne kordy (41) z poliestru.

PL 196 122B1

17. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwach (38) osnowy opony (10) znajdują się radialne kordy (41) z PEN.

18. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwach (38) osnowy opony (10) znajdują się radialne kordy (41) z aramidu.

19. Opona według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwach (38) osnowy opony (10) znajdują się radialne kordy (41) ze stali.