FI84153C - Fast dubb, respektive hylsdubb, anordnad i daecket av ett fordon. - Google Patents

Description

84153 1 Ajoneuvon renkaaseen sovitettu kiinteä nasta, vastaavasti holkkinasta

Fast dubb, respektive hylsdubb, anordnad i däcket av ett fordon 5

Keksinnön kohteena on ajoneuvon renkaaseen sovitettu kiinteä nasta, vastaavasti holkkinasta, joka kiinteä nasta on varustettu nastan jg kannan alueella olevalla, vastaavasti holkkinastan holkki on varustettu niitin kannan puoleisessa päässä olevalla ensimmäisellä laipalla ja jonka kiinteän nastan runkoon, vastaavasti holkkinastan hoikkiin on välimatkan päähän ensimmäisestä laipasta järjestetty ainakin yksi toinen laippa.

15

Liikennemäärät ovat viime vuosina lisääntyneet erittäin runsaasti kasvaneen ajoneuvokannan myötä. Kasvaneet liikennemäärät yhdessä nastarenkaiden kanssa ovat osoittautuneet tien kulutustekijäksi.

Useissa maissa on tämä seikka johtanut nastarenkaiden täydelliseen 2Q kieltämiseen tai ainakin merkittäviin nastarenkaiden käytön rajoituksiin.

Pohjoismaisissa olosuhteissa on kuitenkin vääjäämättömästi osoitettu liukuesteen liikenneturvallisuutta sekä liikenteen joustavuutta 25 parantava vaikutus, josta ei tulisi luopua. Haitat vain tulisi eliminoida mahdollisimman tehokkaasti. Hyviin tuloksiin päästään kehittämällä sekä tiepäällysteitä että liukuesterenkaita.

Auton ilmakumirenkaan vieriessä tasaista alustaa pitkin se joustavuu-3Q tensa johdosta litistyy huomattavasti säteen suunnassa, jolloin kosketuspinnan alueelle muodostuu vierintäsäteen muuttumisesta johtuvia pituus- sekä poikittaissuuntaisia voimia.

Renkaan vieriessä nastaan kohdistuvat pituussuuntaiset voimat johtuvat 35 runkorakenteen taipumisesta, pituussuuntaisesta luistosta ja kumin jännitysaalloista.

2 84153 1 Nastan lähestyessä tien kosketuskohtaa renkaan runkorakenne taipuu siten, että taipuneen osan säde on merkittävästi pienempi kuin kuormittamattoman renkaan vastaavien osien säde. Tämä kääntää kohtisuoraan pinta vastaan asennettua nastaa pystyasentoon ennen tiekosketusta. g Nastan kärjen ulkonemasta johtuen se ei kuitenkaan ehdi kääntyä riittävästi pystyyn, vaan kohtaa tien pinnan vinossa asennossa. Ensi kosketuksesen jälkeen alkavat myös vaikuttaa luistotaipumuksesta johtuvat voimat.

10 Pyörivän renkaan ja siihen kiinnitetyn ulostyöntyvän kappaleen (nastan) kohdatessa tien pinnan syntyy dynamiikasta johtuva isku tien pintaan. Nastan iskeytyessä tien pintaan se aiheuttaa ensin ns. alkuiskun, jonka suunta dynamiikan sääntöjen mukaisesti on nastan liikeradan tangentin suuntainen eli lähes kohtisuoraan tien pintaan 15 nähden. Edellä todettiin, että renkaan muotoutumisesta tien pintaa vasten johtuvat renkaan muodonmuutokset kääntävät nastaa pystyasentoon ennen tiekosketusta. Koska nämä muodonmuutokset eivät kuitenkaan ehdi ulkonemasta johtuen kääntämään nastaa täysin pystyyn, kohtaa nasta tien pinnan vinossa asennossa, kuten myös edellä selostettiin.

20 Nastan alkuiskun suunta poikkeaa tällöin olennaisesti nastan aksiaa-lisuunnasta, jolloin alkuisku aiheuttaa pääosan nastaa kaatavista voimista.

Alkuiskun jälkeen nastan tien pintaan aiheuttama voima pienenee 25 voimakkaasti ja tämän jälkeen nousee uudelleen korkeammalle tasolle, joka on kuitenkin maantieajonopeuksilla huomattavasti alhaisempi kuin alkuiskun voiman suuruus. Tämä on nastan ns. dynaaminen pisto-voima, joka muodostuu painettaessa tiekosketuksessa nastaa renkaan sisään. Dynaaminen pistovoima on yleensä jonkin verran suurempi kuin 30 staattinen pitoivoima vastaavalle nastaulkonemalle ja se kasvaa hieman nopeuden mukana. Alkuisku aiheuttaa voimakkaan työstövaiku-tuksen tien pintaan kuluttaen sitä. Toisaalta dynaamisen pistovoiman kuluttamisvaikutus perustuu tiekosketuksen aikaiseen hiertoon ja irtoamishetken raapaisuun. Tien kulutusta voidaan merkittävästi 35 vähentää, mikäli tätä iskua voidaan olennaisesti vähentää ja mikäli dynaamista pistovoimaa saadaan pienennettyä.

3 84153 1 Nastan iskun tien pintaa vasten on siis todettu johtuvan nastan liike-energiasta, eli nastan massasta ja nopeudesta tien pintaa vasten. Liike-energia voidaan pitää tietä kuluttavana energiana, mikä tarkoittaa sitä, että kuluttava energia on suoraan verrannollinen g nastan painoon eli massaan sekä ajonopeuden neliöön. Efektiiviseen massaan vaikuttaa itse nastan massa sekä lisäksi kitkavoima, jonka suuruus taas riippuu nastan konstruktiosta siten, että hoikkiin sijoitetun nastan rungon kitka muodostuu liukumisesta hoikin ja metallirungon välillä, kun taas kiinteän nastan kitkavoima on nastan 10 rungon ja kumin välinen. Kiinteän nastan effektiiviseen massaan vaikuttaa sen muotoilusta johtuen osittain myös ympäröivän kumin massa.

Aikaisemmat ratkaisut eivät ole poistaneet dynaamisesta iskusta j5 johtuvaa kulutusvaikutusta muulla tavoin kuin nastan massaa pienentämällä, jossa lienee jo saavutettu lähes minimiraja. Nastan muodolla ei tietä kuluttaviin ominaisuuksiin ole aikaisemmin juurikaan pyritty vaikuttamaan. Perinteisesti nastan muoto on ollut symmetrinen ja se on asennettu renkaan kulutuspintaa vastaan kohtisuorassa olevaan 20 reikään, jolloin se kohtaa tien hieman vinossa asennossa edellä kuvattujen tekijöiden vaikuttaessa sen asentoon. Nastan vino kosketus tiehen sekä tiekosketuksen alkuosassa tapahtuva nastan painuminen renkaaseen vinossa asennossa aiheuttavat kumiin sekä nastaan vaurioita, jotka heikentävät nastan kitkaominaisuuksia, pienentävät 25 nastan kestävyyttä ja lisäävät tiekulutusominaisuuksia.

Edellä kuvattuun tekniikan tason mukaiseen ratkaisuun on aikaisemmin haettu parannusta hakijan aikaisemmassa FI-patenttihakemuksessa n:o 863801 esitetyllä rakenteella, jolla on pyritty vaikuttamaan nastan 30 sekä renkaan konstruktiivisin keinoin juuri dynaamisen alkukosketus-piikin sekä loppuraapaisun pienentämiseen. Tässä FI-patenttihakemuksessa esitetyllä nastalla dynaamista iskuvoiman vaikutusta on pienennetty kääntämällä nastaa siten, että se on juuri ennen tiekosketuksen alkua alkuiskun suuntainen. Näin saadaan sivuttaisvoimat eliminoitua 35 lähes kokonaan ja niitin kitka hoikin seinämää vasten mahdollisimman pieneksi, mikä puolestaan pienentää em. effektiivistä massaa. Dynaamisen pistovoiman erilaisessa tiekosketuksessa nasta on kallistuneena 4 84153 ^ ajosuunnan suhteen taaksepäin, jolloin tämä pystympi asento vähentää myös raapaisevaa kulutusta tiekosketuksen lopussa. Näihin ominaisuuksiin on FI-patenttihakemuksessa n:o 863801 pyritty siten, että nastaan on muodostettu epäsymmetrinen alue, joka on sovitettu saamaan aikaan 5 nastaa kääntävän, renkaan pinnan kuviopalan tiekosketuksen aiheuttaman voimakomponentin siten, että nasta kohtaa tien pinnan mahdollisimman kohtisuorassa asennossa.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisella ratkaisulla on pyritty aikaan-10 saamaan parannus tekniikan tasoon ja erityisesti myös FI-hakemuksessa n:o 863801 esitettyyn ratkaisuun nähden. Tämän toteuttamiseksi on keksinnölle pääasiassa tunnusomaista, että kiinteän nastan vastaavasti holkkinastan hoikin ensimmäinen laippa sekä ainakin yksi toinen laippa on muodostettu nastan keskiakselin suhteen epäsymmetrisiksi.

15

Esillä olevan keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan aikaan vastaavanlaiset nastaa kääntävät ominaisuudet kuin FI-patenttihakemuksen 863801 mukaisella nastallakin, joskin nastaa kääntävä vaikutus tulee keksinnössä jo ennen nastan kärjen tiekosketusta esiin, koska keksin-20 nön mukainen nasta on varustettu kahdella epäsymmetrisellä laipalla. Tällä on merkitystä eräissä nykyaikaisissa nastarenkaissa, joissa rengaskumin jousto-ominaisuuksia on alennettu ja lamellointia lisätty rengaskuvioiden paloissa, jolloin FI-patenttihakemuksessa 863801 selostettu kumin tiekosketuksesta johtuva nastaa kääntävä vaikutus 25 on vähentynyt ja pienissä kuviopaloissa esiintyy myöhästyneenä alku-iskun vaikutus. Merkittävä parannus tekniikan tasoon ja erityisesti FI-hakemukseen 863801 nähden saadaan lisäksi siinä, että keksinnön mukaisen nastan pysyvyys renkaassa on saatu huomattavasti paremmaksi. Suoritetuissa koeajoissa, joista jäljempänä seuraavassa selostuksessa 30 esitetään tulokset, käytettiin vertailunastana juuri FI-patenttihake-muksen n:o 863801 mukaista nastaa, joka on esitetty piirustuksen kuviossa 3.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla 35 oheisiin piirustuksen kuvioihin, jotka esittävät keksinnön eräitä edullisia toteuttamismuotoja sekä koeajoissa käytettyä vertailunastaa.

5 84153 1 Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen holkkinastan erästä edullista toteuttamismuotoa.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen kiinteän nastan g erästä edullista toteuttamismuotoa.

Kuvio 3 esittää suoritetuissa koeajoissa käytettyä tekniikan tason mukaista vertailunastaa.

jQ Kuviossa 1 on keksinnön mukaista holkkinastaa merkitty yleisesti viitenumerolla 1. Holkkinasta 1 käsittää viitenumerolla 10 merkityn hoikin, jonka sisään on aksiaalisuunnassa liikkuvasti sovitettu edullisesti kovametallia olevalla kärjellä 21 sekä kannalla 22 varustettu niitti 20. Ajoneuvon renkaan kumia on merkitty viitenumerolla j5 5 ja renkaan kulutuspintaa viitenumerolla 6.

Holkkinastan holkki 10 on varustettu kahdella laippaosalla, joista ensimmäinen laippaosa 11 sijaitsee niitin kannan 22 puoleisessa päässä hoikkia 10, ja joista toinen laippaosa 15 on järjestetty 20 nastan kärjen 21 puoleiseen päähän hoikkia 10. Keksinnön mukaisesti on hoikin 10 laippaosat muodostettu epäsymmetrisiksi siten, että ensimmäisen laippaosan 11 epäsymmetrinen alue 12 ja toisen laippaosan 15 epäsymmetrinen alue 16 sijaitsevat vastakkaisilla puolilla niitin 20 keskiakselia A-A. Epäsymmetrisellä alueella 12,16 tarkoitetaan 25 tässä yhteydessä sitä, että tietty kohta laippaosan 11,15 kehää sijaitsee keskiakselista A-A poikittaissuunnassa kauempana kuin keskiakselin A-A vastakkaisella puolella. Kuviossa 1 on tien pintaa merkitty viitemerkinnälla B.

30 Koska keksinnön mukaisen holkkinastan 1 holkki 10 on epäsymmetrinen, tarkoittaa se sitä, että nasta 1 on sovitettava määrätyllä tavalla renkaaseen ottaen huomioon ajosuunta, jota kuviossa 1 on merkitty viitemerkinnälla D. Renkaaseen sovitettuna tulee ensimmäisen laippaosan 11 nokkamaisen epäsymmetrisen alueen 12 sijaita ajosuunnan D 35 suhteen takana ja toisen laippaosan 15 nokkamaisen epäsymmetrisen alueen 16 vastaavasti edessä. Näin muodostetun epäsymmetrisyyden avulla nasta on käännettynä alkuiskun suuntaiseksi juuri ennen tie- 6 84153 1 kosketusta. Vaikka näin on saatu alkuiskun nastaa ajosuuntaan kaatava vaikutus hyvin pieneksi niin auton vetävissä pyörissä on luistosta johtuva nastoja ajosuuntaan kääntävä vaikutus. Keksinnön mukainen ratkaisu on edullinen tässäkin suhteessa, koska luistosta johtuva 5 ajosuuntainen voima kiristää suurempien nokkamaisten laippaosien 12,16 otetta kumista ja vastaavasti löysentää vain pienten laipan osien 11,15 otetta kumista.

Kummankin laippaosan 11,15 niitin kannan 22 puoleiset pinnat 13,17 jq on lisäksi muodostettu kuvion 1 mukaisesti vinoiksi, jolloin nasta 1 on helpompi nastoittaa. Ensimmäisen laippaosan 11 vastakkainen pinta 14 on lisäksi muodostettu vinoksi kuviossa 1 esitetyllä tavalla epäsymmetrisyyksien lisäksi, mikä myös edesauttaa nastoituksessa haluttuun kääntövaikutukseen pääsemistä asennettaessa nasta oleelli--|5 sesti kohtisuorassa renkaan pintaan nähden olevaan nastareikään.

Alkuperäinen nastareikä on kuviossa 1 esitetty katkoviivoin ja merkitty viitemerkinnällä H.

Kuviossa 2 on esitetty eräs toteuttamismuoto keksinnön mukaisesta 20 kiinteästä nastatasta, jota on merkitty yleisesti viitenumerolla 3. Kiinteä nasta 3 muodostuu runko-osasta 30, edullisesti kovametallia olevasta kärjestä 38, ensimmäisestä laippaosasta 31 sekä runko-osan 30 kärjen 38 puoleiseen päähän muodostetusta toisesta laippaosasta 35. Keksinnön mukaisesti on kiinteän nastan 3 laippaosat 31,35 muo-25 dostettu epäsymmetrisesti siten, että ensimmäisen laippaosan 31 nokkamainen epäsymmetrinen alue 32 ja toisen laippaosan 35 epäsymmetrinen alue 36 sijaitsevat vastakkaisilla puolilla nastan kärjen 38 kautta kulkevaa keskiakselia A-A. Näiden epäsymmetristen alueiden 32,36 tehtävä ja tarkoitus vastaavat kuviossa 1 esitetyn holkkinastan 30 1 hoikin 10 epäsymmetristen alueiden 12,16 tehtävää ja tarkoitusta.

Piirustuksen kuvioissa 1 ja 2 on esitetty keksinnöstä suoritusmuodot, joissa holkkinastan holkki 10, vastaavasti kiinteän nastan runko-osa 30 on varustettu kahdella laipalla. Laippoja voi olla useampiakin, 35 mutta kaksilaippainen vaihtoehto on suoritusmuodoista edullisin.

Keksinnön mukaisella kuvion 1 mukaisella holkkinastalla 1 suoritettiin 7 84153 1 koeajoja kahdella raskaalla takapyörävetoisella henkilöautolla siten, että toisen ajoneuvon takarenkaat oli varustettu keksinnön mukaisin holkkinastoin 1 eturenkaiden ollessa varustettu vertailunastoin. Toisessa ajoneuvossa renkaiden järjestely oli päinvastainen. Vertai-5 lunastoina käytettiin kuvion 3 mukaisia nastoja 4, jotka ovat FI- patenttihakemuksen 863801 mukaisia. Kuvion 3 mukaiset nastat 4 ovat näin ollen holkkinastoja, jotka käsittävät laipalla 41 varustetun hoikin 40, jonka sisään on aksiaalisuunnassa liikkuvasti sovitettu kannalla 43 ja kärjellä 44 varustettu niitti 42. Mittaustulokset on Ί0 seuraavassa esitetty taulukoiden muodossa.

Taulukoissa on käytetty seuraavia lyhenteitä:

Matka (km) - ajokilometrimäärä j5 Us. (mm) - renkaan urasyvyys (mm)

Ysm. (mm) - renkaan urasyvyyden muutos (mm) nu. (mm) - nastaulkonema (mm) num. (mm) - nastaulkoneman muutos (mm) 0E - oikea eturengas 20 VE — vasen eturengas OT - oikea takarengas VT - vasen takarengas

Ajoneuvossa 1 oli eturenkaat varustettu vertailunastoin ja takarenkaat 25 keksinnön mukaisin nastoin.

Ajoneuvossa 2 oli eturenkaat varustettu keksinnön mukaisin nastoin ja takarenkaat vertailunastoin.

30 35 1 Taulukko 1

Aj oneuvo 1, OE

8 84153 matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia s - 0 10,68 - 0,60 4993 9,79 -0,89 1,11 +0,51 0585 9,60 -1,08 1,00 +0,40 uloin rivi, löystynyt 2 kpl 14622 9,46 -1,22 0,92 +0,32 19943 9,05 -1,63 0,84 +0,24 uloin rivi, löystynyt 2 kpl irronnut 3 kpl

Taulukko 2

15 Aj oneuvo 1, VE

matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 0 10,68 - 0,12 20 4993 9,67 -1,01 1,00 +0,88 0585 9,63 -1,05 0,85 +0,73 uloin rivi, löystynyt 1 kpl 14622 9,50 -1,18 0,84 +0,72 19943 9,17 -1,51 0,86 +0,74 uloin rivi, löystynyt 3 kpl 25 _

Taulukko 3 Ajoneuvo 1, OT

30 matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 0 10,68 - 0 4993 9,59 -1,09 0,75 +0,75 0585 9,32 -1,36 0,83 +0,83 __ 14622 8,96 -1,72 0,75 +0,75 35 19943 8,54 -2,14 1,00 +1,00 hyvin lievää löystymistä 1 Taulukko 4

Aj oneuvo 1, VT

9 84153 matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 5 --——-—- 0 10,68 - 0 4993 9,54 -1,14 0,55 +0,55 0585 9,47 -1,21 0,62 +0,62 14622 9,28 -1,40 0,55 +0,55 19943 8,85 -1,83 0,78 +0,78 erittäin lievää ^0 yksittäistä löystymistä

Taulukko 5

Ajoneuvo 2, OE

15 J

matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 0 10,68 - 0 5603 9,38 -1,30 0,93 +0,93 20 11018 9,26 -1,42 0,74 +0,74 17828 9,11 -1,57 0,77 +0,77 22411 9,05 -1,63 0,84 +0,24 hyvin lievää löystymistä 25

Taulukko 6 Aj oneuvo 2, VE

matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 30 0 10,68 - 0,10 5603 9,33 -1,35 1,03 +0,93 11018 9,19 -1,49 0,86 +0,76 17828 8,93 -1,75 0,81 +0,71 22411 8,80 -1,88 0,80 +0,70 lievää 35 löystymistä 1 irronn.

1 Taulukko 7

Aj oneuvo 2, OT

10 84153 matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 5 -- ---- 0 10,68 - 0,12 5603 9,26 -1,42 1,26 +1,14 11018 9,10 -1,58 1,01 +0,89 löystymistä sisä reunassa, lievää kaatumista |Q 17828 8,79 -1,89 0,93 +0,81 löystynyt useasta kohdin, kaatumista molemmissa reunoissa 22411 8,54 -2,14 0,82 +0,70 ulkoreuna, 2 irronnut, löystymistä -jg useassa kohdin

Taulukko 8 Aj oneuvo 2, VT

20 matka (km) us. usm. nu. num. huomautuksia 0 10,68 - 0,22 5603 9,21 -1,47 1,18 +0,96 11018 9,11 -1,57 1,02 +0,80 löystynyt yhdes- 25 tä kohdin, sisä reunassa kaatumista 17828 8,84 -1,84 0,60 +0,42 löystynyt useas ta kohdin, molemmissa reunoissa kaatumista 30 22411 8,60 -2,08 0,70 +0,52 ulkoreunasta 2 kpl irronnut, löystymistä useassa kohdin 35 Mittaustuloksista on suoraan luettavissa se seikka, että vertailu-nastoilla alkoi ilmetä löystymistä renkaassa, kun ajokilometrimäärä oli suuruusluokkaa jo alle 20000 km ajomäärällä. Vastaavasti keksinnön 11 84153 1 mukainen nasta pysyi oikeassa asemassaan renkaassa tiukasti paikallaan 20000 km:iin asti, jolloin nastoissa alkoi vasta ilmetä lievää löystymistä, mutta ei vielä lainkaan kaatumista tai nastojen irtoamista. Nastojen parempi pysyvyys renkaassa johtuu keksinnön mukaisesta ς rakenteesta, joka selostettiin edellä.

Edellä on keksintöä selostettu viittaamalla piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin toteuttamisvaihtoehtoihin. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu koskemaan pelkästään kuvioissa esitet-10 tyjä esimerkkejä, vaan keksinnön eri suoritusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

15 20 25 30 35

Claims (3)

1 Patenttivaatimukset 84153 I. Ajoneuvon renkaaseen sovitettu kiinteä nasta, vastaavasti holkki-nasta, joka kiinteä nasta (3) on varustettu nastan kannan alueella 5 olevalla, vastaavasti holkkinastan (1) holkki (10) on varustettu niitin (20) kannan (22) puoleisessa päässä olevalla ensimmäisellä laipalla (31,11) ja jonka kiinteän nastan (3) runkoon (30), vastaavasti holkkinastan hoikkiin (10) on välimatkan päähän ensimmäisestä laipasta (31,11) järjestetty ainakin yksi toinen laippa (35,15), Ί q tunnettu siitä, että kiinteän nastan (3) vastaavasti holkkinastan (1) hoikin (10) ensimmäinen laippa (31,11) sekä ainakin yksi toinen laippa (35,15) on muodostettu nastan keskiakselin (A-A) suhteen epäsymmetrisiksi. Ί5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiinteä nasta, vastaavasti holkki-nasta, tunnettu siitä, että ensimmäiseen laippaan (31,11) muodostettu epäsymmetrinen alue (32,12) sijaitsee nastan keskiakselin (A-A) suhteen vastakkaisella puolella kuin toiseen laippaan (35,15) muodostettu epäsymmetrinen alue (36,16). 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kiinteä nasta, vastaavasti holkkinasta, tunnettu siitä, että nastan laippojen (31,35; II, 15) nastan kannan puoleiset pinnat (33,13) on muodostettu vinoiksi kohti nastan kannasta poispäin. 25 30 35