SE444145B - Pneumatiskt motorfordonsdeck med lag effektabsorption och hog styrstabilitet - Google Patents

Description

8008605-1 (jï 2 och vàtt underlag. Man har emellertid observerat, att dessa däck har låg resistens mot de på dessa i tvärriktningen verk- ande krafterna, t.ex. vid kurvtagning, vilket leder till problem med avseende på styrstabilitet, som är av stor be- tydelse vid höga hastigheter.

Den låga resistansen mot tvärkrafter beror på att det innersta skiktets av slitbanan låga hysteresförlust ofta är âtföljd av större deformerbarhet till följd av på denna verkande spänningar.

Man har nu funnit, att det är möjligt att ytterligare reducera effektabsorptionen i ett pneumatiskt däck med en slitbana av typen med "över- och underdel" genom påverkan av den bärande konstrukticunw av däckets form och så att denna modifiering även kan förbättra dâckets styrstabilitet.

Följaktligen är syftet med föreliggande uppfinning ett pneumatískt däck för fordonshjul, vilket innefattar en stomme av radiella kordtràdar, tvâ sidoväggar, vars in- bördes maximala avstånd i axíell riktning definierar däckets sektionsbredd, två däckfötter, som båda innefattar minst en trâdkärna, omkring vilken stommens kordtràdar är lindade, en slitbana, belägen på stommens topp, en i omkretsled otöjbar ringformig armering, som är radiellt infogad mellan slit- banan och stommen, vilken ringformig armering har en bredd, som i huvudsak är lika med den för slitbanan, och dess sido- ändar befinner sig i skulderomràdet, vilken slitbana inne- fattar två skikt av olika gummimaterial, som i radiell led är överlagrade varandra, vilket däck kännetecknas av att gum- mimateríalet, som bildar det i radiellt led innersta skiktet har ett index för hysteresförlust av högst 0,010 joule per cm3 gummimaterial vid en temperatur av 25°C och av högst 0,006 joule-per cm3 gummimaterial vid en temperatur av 70°C, var- vid kvoten av det radiella avståndet mellan den ringformiga armeringens sidoändar, från den i radiellt led yttersta punk- ten av trádkärnan, och bredden av däcksektionen är mindre än 0,60.

Det bör observeras, att i föreliggande beskrivning uttrycket "hysteresförlust" avser förlust av energi i varje b) gfl 'fiíêâåhøf ;- 8000605-1 3 cm3 gummimaterial, som åtgår för deformation av ett block av gummimaterial med hjälp av en kompressiv kraft, som verkar i en given riktning, till 9/10 av den ursprungliga dimen- sionen, vilket block är fri från bindningar i riktningen, som är vinkelräta mot den givna riktningen, varefter blocket tillåtes att återgå till sin ursprungliga dimension, varvid den cykliska deformationen av gummimaterialblocket och dess återgång till ursprunglig storlek utföres på ca 0,02 sek.

Värdet av hysteresförlust med avseende på alla ifrågakommande material kan variera med temperaturen, vid vilken den mäteu.

Företrädesvis ligger kvoten mellan 0,N0 och 0,60.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen har gummimaterialet, som bildar det i radiellt led innersta skiktet ett hysteresförlustindex av mellan 0,002 och 0,006 joule per cm3 gummimaterial vid 25°C och varierar mellan 0,001S och 0,00% joule per cm3 gummimateríal vid 70°C.

Enligt en annan föredragen utföringsform har gummi- materialet, som bildar det i radiellt led innersta skiktet, en tjocklek av lägst 1,2 mm och ligger företrädesvis mellan 1/9 och l/N av slitbanans hela tjocklek Det bör observeras, att i ett tvärsnitt genom slit- banan separationslinjen mellan de två skikten av gummimate- rial inte är parallellt med slitbanans ytteryta; den är parallell med denna yta i zonerna, som ligger mellan två mönsterspår. I närheten av mönsterspàrens väggar sjunker den så mycket som botten av mönsterspåren. Hur som helst är det underförstått att de i det föregående angivna värdena på tjocklek hänför sig till de delar av separationslinjen, som befinner sig mellan två mönsterspår, och därför är parallella med slitbanans ytteryta.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen har gummimaterialet, som bildar det i radie lt led innersta skiktet, en elasticitetsmodul, vid en töjning av 100 %, som är lägst 15 kg/cm? och företrädesvis ligger mellan 20 och 30 kg/cmz.

Föreliggande uppfinninge beskrives nu som exempel med hänvisning till ritningarna, på vilka , _.¿_,,\ i _, «~ _ ¿_. ,¿ v., ._>..(_, _,. hu" av, __ 8008605-1 (fi .- \ (,'\ N fig. 1 visar ett tvärsnitt genom ett däck enligt uppfinningen (endast halva tvârsnittet är visat, eftersom den andra halvan är perfekt symmetriskt med den första), och fig. 2 visar en plan vy av däckets i fig. 1 slibana, som innefattar en föredragen ringformig armering.

Pig. 1 och 2 belyser ett bildäck i uppumpat till- stånd och visar en stomme 1, som utgöres av kordtràdar, som ligger i radiella plan, d.v.s. bildar 90° (eller vinklar något skilt från 900) med avseende på dâckets mittplan i om- krctsled. Stommen sträcker sig från en däckfot 2 till den andra och är vikt omkring respektive trådkärna 3.

En i omkretsled otöjbar ringformig armering H är anordnad på stommens topp.

Armeringen är bildad av tvâ skikt 5 och 6 av metall- 0 korötrådar, som har en riktning av 180 v 2H° med avseende på däckets i omkretsled mittplan, varvid kordtràdarna av ett skikt korsar de av det andra. Ett tredje skikt 7 av nylon- kordtrådar, som företrädesvis år orienterade i riktningen för däckets i omkretsled mittplan, är anordnat på metallskikten och 6.

Bredden av skíktet 6 är något mindre än den av skíktet för att tillåta ett normalt steg mellan dem. Bredden av skíktet 7 är av samma storleksordning som den av skíktet 5.

Bredden av skíktet 7 kan vara större eller mindre beroende på de prestanda, som man fordrar av däcket.

Bredden Lr av hela den ringformiga förstärkningen är- av samma storleksordning som bredden av dâckets slitbana men kan skilja sig något från denna. Sidoändarna 8 av den ring- formiga armeringen ligger i nivå med skuldran 9 av slit- banan.

Slitbanan 10, som innefattar två i radiellt lcd övcrlagrade skikt 11 och 12 av gummimaterial, är anordnad 1 ett i radiellt led yttre läge med avseende på den ringformíga armeringen. ' Skiktet 12, som är försett med ett dâckmönsterbildande spår och ribbor, har en bredd, som praktiskt motsvarar bred- den Lb för slitbanan; skíktet 11 har en bredd Ls, som är större ån den av skiktet 12 och år förbundna med dåcksido- väggen av eventuellt infogade insatser av lämpligt material, (ej visat på ritningen).

Alternativt kan skiktens 11 och 12 bredd sammanfalla; i detta fall kan förbindningen med sídoväggen åstadkommas med hjälp av en insats.

Slitbanan 10 är försedd med spår 13, som har ett djup I; hela slitbanans tjocklek är S, varvid S är större än I. Skíktet 12 har en tjocklek S1 av_lågst 1/9 av S, före- trüdcsvis av 1/9 till 1/H av S, men ej mindre än 1,2 mm.

Figuren visar separationslinjen 1N mellan skikten 11 och 12, linjen har en zon, som befinner sig mellan två in- tilliggande spår, som praktiskt taget är parallell med slit- banans ytteryta. I närheten av spåren går separationslínjen nedåt, når spårens botten. På detta sätt bildas spåren: bot- ten av samma material, som bildar skiktet 12.

Mätning av skiktets 11 tjocklek sker i zonen mellan tvâ intilliggande spår, i vilken separationslinjen IN prak- tiskt taget är parallell med ytterytan av slitbanan 10.

Skiktet 12 av slitbanan 10, som skall komma i kon- takt med marken, är bildad av ett material, som vanligen an- vändes för detta ändamål, d.v.s. har stor resistens mot för- slitning, avnötning och sprickbildníng och goda egenskaper med avseende på väggrepp på torrt och vått underlag.

Exempelvis kan materialet vara tillverkat av SBR av olika slag eller någon annan polymer i blandning med denna.

Grundsampolymeren blandas naturligtvis med bestånds- delar, som är nödvändiga för att ge materialet av skiktet 12 de lämpliga egenskaperna.

Den följande tabellen visar två exempel på lämpliga material för bildning av slitbanans skikt 12 tillsammans med nâgra fysikaliska egenskaper, som materialet uppvisar i vulkat (härdat) tillstånd. èi ä w :f 8008605-1 C Tabell 1 Material Q § SBR med 25 % styren k * 50 - SBR med 25 % styren, utdrygat med 37,5 delar olja 50 - SBR med M0 $ styren - - 100 Kolsvart N 375 1 60 60 Mineralolja 10 12 Stearinsyra 2 2 Zinkoxíd 2 2 Antidegradant 2,5 2,5 Cyklohexylbensyltiazylsulfenamid 1,8 1,0 Svavel 1,N 1,H ISO-hårdhet 58 66 nlaarieiretameaul 100 0 (kg/em2) 22 10 Draghàllfasthet (kg/cmz) 180 160 Optimal töjning H80 510 Hysteresförlustindex vid 25°C (J/cm3) 0,0N5 0,060 Hystercsförlustindex vid 70°C (J/cm3) 0,020 0,020 Skíktet 11 av slitbanan 10 är bildat av ett material med ett hysteresförlustindex av högst 0,010 J per cm3 mate- rial vid en temperatur av 2S°C och av högst 0,06 J per cm3 material vid en temperatur av 70°C; företrädesvis ligger hys- temeaförluatinaex mellan 0,002 och 0,006 J/ema material vid 2s°c och mellan 0,001s een 0,000 J/em3 material vid 10°c.

Materialets elastieitetsmodul, vid en töjning av 100 %, är lägst 15 kg/cm2 och är företrädesvis mellan 20 och 30 kg/cmz.

Den följande tabellen visar tre exempel på material, som är lämpligt för bildning av skiktet 11 av slitbanan, men även några fysikaliska egenskaper erhållna på det härdade materialet.

(JN ß J (_11 h: (Jï 8008605-1 7 Tabell 2 34322231. E _ E Naturligt gummi ' _ 100 100 10 1,u-cis-polybutadien - - 30 Kolsvart N 375 - 23 US Kolsvart N 660 35 23 - Míneralolja 2 3 10 Stearinsyra 2 2 33 Zínkoxid N N H Antidegradant 2,5 2,5 2,5 Cyklohexylbensyltiazylsulfenamid 1 1,5 1 Svavel 2,5 1,5 2 ISO-hårdhet 62 BN 66 Elasticitetsmodul 100 % (kg/cma) 25 26 20 øragnanfasrhet (kg/cmz) 190 220 220 Optimal töjning (%) 390 H00 500 V Hysteresförlustindex vid 2S°C (J/cma) OJMZS 0,00u0 0,00b0 f Hysteresförlustíndex vid 70°C (J/cma) Oflmlß 0Jm25 Oflfißb Man har funnit, att de angivna gränsvärdena för hysteresförlustindex representerar kritiska begränsningar för däckets prestanda, med avseende pà problemet med effekt- absorption och med avseende på däcket resistens mot sido- kraftcr och följaktligen dess styrstabllitet.

Högre värden ger inga betydande förbättringar av däckets effektabsorption, medan lägre värden leder till reducerad resistens mot däckförslitning, med eventuella ris- ker för brott, som ökar med markens ojämnhet. *Å andra sidan leder lägre värden till en minskning av materialets elasticitetsnodul, så att däckribborna uppvisar: lägre resistens mot deformationer, som beror på växelverkan med underlaget. Däcket kan därför vara utsatt för oregelbunden förslitning och/eller uppvisa otillräcklig styrstabilitet, vilket framträder tydligare med ökad hastighet för däcket.

Däcket enligt uppfinningen har en snittbredd L, som är bestämd av det maximala axiella avståndet mellan däckets sidoväggar. 8008605-1 bJ U" 8 Den maximala bredden kan i allmänhet bestämmas i en zon, som befinner sig på cirka halva höjden av däckets hela tvärsnitt.

Lr representerar bredden av den ringformiga arme- ringen, d.v.s. det axiella avståndet mellan sidoändarna 8, anordnade på stommen 1 vid däckets 10 skuldra 9.

Det radialla avståndet mellan sidoändarna 8 och den i radiellt led yttersta punkten 15 av trâdkärnan 3 är rep- resenterad av linjen H (approximativt kan avståndet beteck- nas "sidoväggens höjd").

Kvoten H/L för däcket enligt uppfinningen är mindre än 0,60 och ligger företrädesvis mellan 0,H0 och 0,60.

I det i fig. 1 visade däcket är L = 185 mm Lr = 81 mm, så att kvoten H/L är 0,k3.

Några däck enligt föreliggande uppfinning har under- 130 mm och H = sökts i jämförelse med konventionella däck; de erhållna resultaten är redovisade i den följande tabellen 3.

Effektabsorptionen och resistens mot sidokrafter mättes i en maskin, som är välkänd för fackmannen, som väsent-, ligen utgöres av ett drivhjul, vanligen betecknat "testtrumma", mot vilket det undersökta hjulet pressas under given last.

Däckets rotationsaxel kan vara parallellt med drivhjulets axel eller bilda en vinkel med denna. Maskinen mäter an- givna parametrarna och krafterna, som verkar på testtrum- mans axel, och är försedd med visarinstrument för dessa para- metrar.

Mätningarna av effektabsorptionen genomfördes på en testtrumma med en diameter av 1,701 m och som roterade med en periferihastíghet av 80 km/h vid 20°C, varvid axeln av däcket på trumman var parallell med trummans axel, däcket belastades till 90 % av den maximalt tillåtna, och uppblås- Lwu till det av tillverkaren för den angivna lasten upp- givna trycket, och instrumenten avlästes när däckets tempe- ratur hade uppmätt ett konstant värde.

Mätningen av resistensen mot sidokrafter utfördes under samma betingelser och med samma metod som föregående zest. I detta fall lutades däcket 20 med avseende på test- 8008605-1 AW HQMQNUNE UX«Xm QQCM E; QS mio |< Éfläáwe »šš 023.3 wxflxm mvmswmHum>n m>ß |.>H AO Hmwhwvmë uxwxm wkcfi 02 QS 3.0 - < Hmïwpme ïïw 9.33. vxfixm wvmnwmHuw>n m>H 1 HHH ^H HMAQUHME Pxwxm whcw QS om 3.0 1< .Bfäëme »šš 233 Pxfixm wUMhNflH%@>0 fi>P I HH omfi mofi m@.Q < Hmflpwpme >m pxfixw »Um - H. m\Eax ax cowvv wfimww pmuumaxovfim uoë mcwuwfimwm nanownmvxwwwm q\m mcmnpfiflm uxumo \ Aflanfw P3 8008605-1 h) Un ,_r r ;a 4 ' 'nxwx-sf,Mm,m»«~.~\n:1»x~m~afl.»» trummans axel och instrumentet visade hela kraften, som wfwvnwwr-ueewf :M w verkade på axeln av testtrumman.

De i tabell 3 angivna värdena är medelvärden, som erhölls genom undersökning av ett stort antal av däck av olika form och storlek, av vilka alla hade samma värde på kvoten H/L.

Resultaten visar, att däcken i den första serien har stor effektabsorption och tillfredsställande resistens mot sidokrafter.

Däcken i den andra serien visar betydligt mindre effektabsorption än de i den första serien. De har mycket lägre och helt otillfredsställande resistens mot sidokraf- ter.

Däcken i den tredje och fjärde serien visar en , effektabsorption, som är ännu lägre än den i den andra serien, och har en resistens mot sídokrafter, som är av samma stor- leksordning som den i den första serien.

Med avseende på bränsleförbrukning, visar försöken att -vid samma fordonstyp och lika lång körsträcka (ca 100 kmi däcken i den tredje och fjärde serien gav en bränsleför- brukning av 8,25 l mot 8,65 l för den första däckserien och 8,30 l för den andra däckserien, med en besparing av N,6 % 1,55 %.

Skälen Lill att däcken enligt uppfinningen har upp- resp. visat de angivna resultaten är många och inte helt utredda.

En möjlig förklaring erhålles av det faktum, att - under samma driftbetingelser - däcken med en kvot H/L < 0,60 uppvisar isina sidoväggar mindre böjningsradie än däck med andra värden på H/L (t.ex. däcken i den andra serien i tabell a). ' Följaktligen är dragspänníngarna, som verkar utmed do radiella kordtrâdarna i zonen för sidoväggen, mindre och samtidigt är dragspänningarna, som verkar i omkretsled i ;uncn för den ríngformiga armeringen, större.

Därför erhåller den ringformiga armeringen: kurd- Lrådar större styvhet och följaktligen lägre förmåga för dw- t ' .z _ Lai-f fnrmprina nå grund av vttre sbänningar, om dessa utöva: 8008605-1 \ 11 i omkretsled och i sidlig riktning. Dessa kordtrådar erhåller större resistens mot dessa spänningar.

En sådan ökad resistens mot deformationer erhålles i det innersta skiktet av slitbanan och därför även i det yttersta skiktct, som utgöres av mönsterspåren och mönster- ribborna.

Som följd därav förmår däckas hela överdel (den ring- formiga armeringen plus de två slitbaneskikten) bättre mot- stå sidokrafter, som verkar på däcket, varvid styrstabili- tctsegenskaperna väsentligen förbättras.

Den ringformiga armeringens högre resistens mot de- formering inbegriper dessutom däckets nedtryckningsarea på marken, som har mindre längd i däckets rörelseríktning, (jäm- förelsen utfördes under lika driftbetingelser mellan däck en- ligt uppfinningen och däck, som uppvisade ett större värde på H/L än det angivna, t.ex. däck av den andra serien i ovanstående tabell).

Följaktligen är avståndet mellan punkten för maxi- malt tryck under däckets nedtryckningsarea i statiskt till- stånd och punkten för maximalt tryck i arean i dynamiskt tillstånd (varvid den senare alltid ligger före i rörelscrikt-y ningen med avseende på den senare) mindre.

På detta sätt blir däckets motstånd lägre, man har lägre rullningsmotutånd och därför mindre effektabsorption.

Det är underförstått att exemplen ej avser att be- gränsa uppfinningen. Uppfinningen omfattar alternativa ut- föringsformer baserade på uppfinningstanken.

Claims (5)

10 15 20 25 30 8008605-1 12 PATENTKRAV -

1. Pneumatiskt däck för fordonshjul, som innefattar en stomme av radialkord (1), två sidoväggar, vars inbördes maxi- mala avstând i akiell riktning bildar däckets bredd (L), två däckfötter (2), vilka var och en innefattar minst en trådkärna (3), omkring vilken stommens kordtrådar är lindade, en slitbana (10), anordnad på stommens krön, en i omkretsled otöjbar ring- formig gördel (4), radiellt placerad mellan slitbanan och stom- men, vilken gördel har en bredd, som i huvudsak är lika med slitbanans, och sidokanter,-som ligger vid slitbaneskuldran, vilken slitbana innefattar två skikt (11, material, det enaçá det andra, k ä n n e t e c k n a t av som bildar det radiellt innersta skiktet (11) 12) av olika gummi- att det material har ett hysteresförlustindex av högst 0,010 J/cm3 vid en tempe- ratur av 25°C och högst 0,006 J/cm3 vid en temperatur av 70°C samt en elasticitetsmodul vid en töjning av 100 % på mellan 20 och 30 kp/cmz, varvid kvoten mellan det radiella avståndet (4) mellan gördelns sidokanter och trådkärnans yttersta punkt (15) och däckbredden är mindre än 0,60.

2. Däck enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att kvoten ligger i intervallet 0,40 till 0,60.

3. Däck enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att gummimaterialet i det radiellt innersta skiktet har ett hyctcrcsiförlustindcx mellan 0,002 och 0,006 J/cm3 vid 2s°c och mellan 0,0015 och 0,004 J/cm3 vid 70°c.

4. Däck enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att materialet i det radiellt innersta skiktet har en tjock- lek mindre än 1/0 av slitbanans hela tjocklek.

5. Däck enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att materialet i det radiellt innersta skiktet har en tjock- lek av mellan 1/9 och 1/4 av slitbanans hela tjocklek. al