KR20040022450A - 타이어용 런플랫 인서트 - Google Patents

Abstract

차량을 공기빠진 타이어(2)에서 제한된 기간동안 주행할 수 있도록 하는 런플랫 인서트(200)가 공기 타이어(20) 및 휠림(10)을 구비하는 조립체에 장착되고, 또 타이어 내부에 장착되어 휠림에 고정된다. 인서트(200)는 하중 운반, 차량 운전, 질량 및 충격 전달에 있어서 개선된 특성들을 가진다. 상기 런플랫 인서트(200)는 압축하중에 대해 거의 저항하지 않는 측벽부(230)와 연결되어 있는 외부 보강 환형밴드(220)를 구비하고, 상기 측벽부(230)는 인서트(200)를 림(10)에 고정하기 위해 휠림(10) 둘레에 장착된 베이스부재(240)에서 끝난다.

Description

타이어용 런플랫 인서트{Runflat insert for tires}

공기 타이어에서 팽창압력의 손실 이후에도 차량 주행성을 계속 제공하기 위해 많은 해결책이 제안되어 있다. 하나의 해결책은 타이어내에 강성 또는 반강성 인서트를 휠림에 부착하는 것이다. 팽창압력이 손실되면, 차량은 타이어 내부와 접촉하는 인서트 부분에서부터 인서트 구조물을 통해 직접 휠림에 전해지는 하중 전달에 의해 지탱된다. 이러한 해결책은 도로로부터 입력되는 급격한 하중을 흡수하는데 제한된 능력을 가지며, 따라서 작동상 인서트의 유용성을 제한한다. 공기 타이어와 유사한 성능을 전달하는 구조물 지지형 런플랫 인서트를 갖는 해결책은 양호한 성능 개선이었다.

본 발명은 공기 타이어내에서 휠림(wheel rim)에 장착되는 런플랫 인서트에 관한 것이다. 타이어로부터 팽창압력이 손실되는 경우에, 인서트가 차량 하중을 지탱할 수 있다. 특히 본 발명은 하중 운반, 차량 운전 및 질량에 있어서 개량된 성능을 제공한다.

본 발명은 첨부 도면에 도시된 제한하지 않는 아래 실시예를 참고하여 설명될 것이다. 도면의 목적은 본 발명의 중요한 구조 특성을 도시하기 위한 것이다. 도면은 실제 치수가 아니다.

도 1은 타이어 내부에서 휠림에 장착된 런플랫 인서트(100)을 구비하는 조립체의 방사상 단면을 도시하며, 타이어가 공기빠진 상태에서 하중을 받은 조립체를 도시한다.

도 2는 제2 멤브레인에 중첩하는 높은 턴업 카카스를 갖는 런플랫 인서트(100)의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 3은 제1 멤브레인에 부착된 단일 카카스층을 가지며 또 압축하에서 외부로 좌굴되도록 바이어스된 측벽부를 갖는 런플랫 인서트(200)의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 4는 카카스층이 환형밴드에 부착된 불연속 세그먼트(segment)이고, 압축하에서 외부로 좌굴되도록 바이어스된 측벽부를 갖는 런플랫 인서트(300)의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 5는 인접한 보강 와이어들의 3-2-1 배열을 갖는 런플랫 인서트의 베이스부재의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 6은 인접한 보강 와이어들의 4-3-2 배열을 갖는 런플랫 인서트의 베이스부재의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 7은 모놀리스 보강재를 갖는 런플랫 인서트의 베이스부재의 부분 방사상 단면을 도시한다.

도 8은 종래 구조의 탄성 인서트와 비교할 때 런플랫 인서트(300)의 접촉면적의 임프린트를 도시한다.

도 9는 종래 구조의 탄성 인서트와 비교할 때, 팽창된 타이어, 림 및 런플랫 인서트(300)의 조립체에서 적용된 하중 대 수직 편향의 그래프를 도시한다.

본 발명의 주제는, 하중 운반, 차량 운전, 질량 및 충격 전달에 있어서 개선된 특성들을 갖는 런플랫 인서트로서, 외부 보강 환형밴드가 압축하중에 대해 거의 저항하지 않는 측벽 구조와 연결되어 있다. 그러한 런플랫 인서트는 공기빠진 타이어(deflated tire)에서 제한된 기간동안 차량의 주행이 가능하게 하며, 공기 타이어 및 휠림으로 구성된 조립체에 장착되며, 상기 인서트는 타이어의 공기 캐비티내에 장착되며 횔림에 고정되고, 상기 인서트는,

a) 공기빠진 타이어의 작동중에 타이어 내부면과 접촉하기 위한 탄성 외부 접촉부와;

b) 상기 외부 접촉부의 방사상 내향으로 배치된 보강 환형밴드와;

c) 상기 인서트를 림에 고정하기 위한 휠림 둘레에 장착된 베이스부재에 상기 환형밴드를 연결하기 위해 상기 접촉부로부터 방사상 내부로 연장하는 적어도 하나의 측벽부와;

d) 상기 환형밴드에 부착되며, 상기 환형밴드에서부터 방사상 내향으로 연장하여 상기 베이스부재에 고정된 적어도 하나의 카카스층을 구비하고,

상기 밴드는 탄성 전단변형층과, 상기 탄성 전단변형층의 방사상 내향 지역에 부착된 적어도 하나의 제1 멤브레인과, 상기 탄성 전단변형층의 방사상 외향 지역에 부착된 제2 멤브레인을 구비한다.

차량 타이어가 공기가 빠지거나 및/또는 타이어가 크게 편향될 때, 인서트가 타이어 내부면과 접촉한다. 적용된 하중이 환형밴드를 평평하게 한다. 밴드의 변형은 타이어의 접촉에서 벗어나는 측벽의 그 부분에 인장력을 발전시키는 원인이 된다. 차량 바퀴는 측벽부에 의해 환형밴드에 효과적으로 매달려 있다. 측벽부는 필수적으로 장력에 대해 비신장성이지만, 압축 좌굴에 대해 거의 저항하지 않는다. 반대로, 강성 또는 반강성 인서트에서, 인서트는 타이어 내부면과 접촉하는 인서트 부분에서 압축됨으로써 하중을 지탱한다.

런플랫 인서트는 휠림에 견고하게 고정되거나 또는 림에 인서트의 적절한 횡방향 배치를 유지하도록 여분의 재료 또는 스페이서의 사용을 필요로 할 수 있다.본 발명에서, 베이스부재는 종축선에 대해 큰 회전저항을 가진다. 베이스부재는 인서트의 단면 폭에 대해 약 5%의 폭을 갖는 대체로 직사각형 횡단면을 구비하는 모놀리스 코어(monolithic core)를 가지며, 상기 코어는 그 폭의 약 50%와 일치하는 높이를 가진다. 대안으로서, 코어는 보강 와이어의 여러 개의 배열(arrangement)중 하나를 구비할 수 있다. 상기 베이스부재 구조물이 방사상 배향된 측벽부와 연결될 때, 인서트는 림상에 안정된 정렬을 유지하는 장점을 가지며, 추가의 내부 스페이서 또는 보강재를 필요로 하지 않는다.

인서트의 성능은 측벽부가 압축하중을 받을 때 양호하게 축방향 외부 방향으로 좌굴하도록 바이어스될 때 개선된다. 본 발명에서, 측벽은 제1 멤브레인과 베이스부재 사이의 반드시 측벽 중간에 위치한 탄성 웨지에 의해 바이어스된다. 이 웨지는 카카스층의 프로파일의 곡률에 힘을 가한다. 웨지가 카카스층의 외부의 적절한 고무 두께와 연합할 때, 본 발명은 타이어와 접촉하는 영역에서 측벽의 일관된 외부 좌굴의 필요한 결과를 달성한다.

적절하게 팽창된 공기 타이어는 노면에 대해 비교적 균일한 접촉압력을 발휘한다. 강성 또는 반강성 인서트가 바퀴를 지탱하도록 하중하에 변형될 때, 타이어 내부의 접촉압력이 균일하지 않게 된다. 그러나, 본 발명에 의한 인서트는, 공기빠진 타이어의 내부에 대해 편향될 때, 비교적 균일한 접촉압력을 발휘하며 공기 타이어의 접촉면적과 유사한 접촉면적을 나타낸다. 이러한 결과는, 전단변형층의 전단계수에 대한 각각의 멤브레인의 종방향 장력 및 압축계수의 비가 적어도 100:1 일때 나타난다. 즉, 상기 멤브레인이 반드시 비신장성으로서 거동하며, 환형밴드의 변형이 탄성 전단변형층의 전단 스트레인(shear strain)에 의해 수용된다.

각각의 멤브레인은 인서트의 중심선에서 약 10도 내지 20도의 각도로 배치된 코드를 갖는 한 쌍의 바이어스된 코드-보강층을 구비한다. 탄성 전단변형층은 약 3MPa 과 약 20MPa 사이의 탄성 전단계수를 가질 것이다. 전단변형층은 약 0.1 이하의 탄젠트 델타(tangent delta)를 갖는 낮은 레벨의 히스테리시스(hysteresis)를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 설계자가 유효한 접촉압력을 인서트의 디자인 파라미터로서 조절할 수 있도록 허용한다. 접촉압력은, 전단변형층의 탄성 전단계수를 환형밴드의 방사상 두께와 곱하고, 제2 멤브레인의 최외측 지역의 반경으로 나눈 값과 근사하다. 상기 접촉압력은 약 2 바 내지 6 바의 범위에 있는 것이 정상이다. 약 3 바의 접촉압력은 인서트의 치수 및 질량과 차량 성능 사이에 양호한 타협점을 제시한다.

하중 능력의 관점에서, 이상적인 인서트는 정상 작동중에 타이어와의 비접촉 조건에 의해서만 제한되는 단면 폭 및 단면 높이를 가질 수 있다. 본 발명의 양호한 형태에서, 인서트는 타이어 단면 폭의 약 50% 내지 70% 사이의 단면 폭을 가지며, 타이어 단면 높이의 약 40% 내지 60% 사이의 단면 높이를 가진다.

본 발명 및 그 여러 가지 변경은 아래 상세한 설명으로부터 명백히 이해될 것이다. 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 특별한 변경의 여러 가지 실시예를 공개한다. 당업자는 상기 변경의 특별한 요소들이 선택되거나 조합되어 본 발명의 범위 및 사상내에서 다른 실예를 만들어낼 수 있다는 것을 이해할 것이다.

아래의 용어 및 정의는 본원에 공개된 본 발명의 모든 변경에 공통적이다. 유사한 도면 부호는 동일한 요소 또는 물질을 기술하는데 전체적으로 사용된다. 유사한 요소들은 본 발명의 연속적인 변경에서 설명될 때 상세히 설명되지 않는다.

용어의 정의:

"내부" 또는 "내향"은 인서트의 안쪽을 향하는 것을 의미한다.

"외부" 또는 "외향"은 인서트의 바깥쪽을 향하는 것을 의미한다.

"축방향"은 인서트의 회전축선에 평행한 방향을 말한다.

"방사상"은 타이어의 회전축선에 직각인 방향을 말한다.

탄성재료의 "계수"는 10% 신장율에서 측정된 탄성 인장계수를 의미한다.

멤브레인들의 "계수"는 1% 신장율에서의 탄성 인장계수에 멤브레인의 유효 두께를 곱한 것을 의미한다.

탄성재료의 "전단계수"는 탄성 전단계수를 의미하고, 10% 신장율에서 측정된 탄성 인장계수의 1/3과 동일한 것으로 정의한다.

"히스테리시스(hyteresis)"는 30 Hz, 50% 피크 대 피크 전단 스트레인하에서 100℃에서 측정된 탄젠트 델타를 의미한다.

도 1은 공기빠진 타이어로서 차량이 주행할 수 있도록 하는 특별한 림(10) 및 타이어(20)를 갖는 조립체로서 장착된 런플랫 인서트(100)를 도시한다. 타이어가 완전히 팽창될 때, 타이어는 차량 하중을 압축공기로서 지탱하며, 인서트는 타이어 내부면과 연속적으로 접촉하지 않는다. 그러나, 타이어(20)의 팽창압력이 정상 작동상태에서 감소될 때, 타이어(20)의 수직 편향은 인서트(100)가 타이어(20)의 내부면과 접촉하는 지점까지 증가한다. 도 1은 런플랫 인서트(100)의 변형이 실질적으로 차량 하중 전체를 지탱하는 비팽창된 타이어에 의한 작동상태를 도시한다. 완전히 공기빠진 타이어는 더이상 큰 하중을 지탱하지 못하며, 인서트가 그 하중을 구조적으로 지탱한다.

도 2는 인서트(100)의 보다 상세한 도면을 도시한다. 인서트(100)는 전체 단면 폭 W 및 단면 높이 H를 가지며; 단면 높이는 바퀴(10)의 장착면(11)과 인서트의외부 접촉면 사이의 거리로서 정의되어 있다. 인서트(100)는 비드코어(141)의 방사상 외향 지역과 인서트의 방사상 내부면 사이에서 측정된 측벽 높이 HS를 가진다. 여기서 공지된 본 발명의 변경에 따라, 측벽 높이 HS의 방사상 외향 지역은 카카스층(131) 또는 제1 멤브레인(121)중 어느 하나와 대응할 것이다. 측벽 두께의 측정은 축방향을 기준으로 한다. 외부 접촉부, 멤브레인들 및 전단변형층의 두께 측정은 방사상 방향을 기준으로 한다. 외부 접촉부(110)는 두께 T1을 가지며, 전단변형층(125)은 두께 T2를 가지며, 전단변형층과 제1 및 제2 멤브레인을 구비하는 환형밴드는 두께 T3를 가진다.

인서트(100)는 도 2에 도시된 구조를 구비한다. 탄성 외부 접촉부(110)는 타이어 내부면과 접촉하기 위한 하중지지면을 제공한다. 보강된 환형밴드(120)는 접촉부(110)로부터 방사상 내향으로 배치된다. 보강된 환형밴드(120)는 탄성 전단변형층(125)의 내부면에 부착된 제1 멤브레인(121)과, 탄성 전단변형층(125)의 외부면에 부착된 제2 멤브레인(123)을 구비한다. 측벽부(130)는 접촉부(110) 및 환형밴드(120)에서부터 방사상 내향으로 연장한다. 비드코어(141)를 포함하는 베이스부재(140)는 휠림 표면(11) 둘레에 끼워지며 팽창 작동과 공기빠진 작동 양쪽에서 인서트를 림에 고정시킨다.

런플랫 인서트(100)는 제1 멤브레인(121)의 방사상 내부면에 부착되며 비드부재들(140) 사이로 연장하는 메인부(131)를 갖는 카카스층을 추가로 구비한다. 이 카카스층은 비드코어(141) 둘레에 접혀 있는 턴업부(turned up portion:132)를 가진다. 보강 환형밴드(120)의 신축성 강도는 카카스의 턴업부(132)가 밴드의 축방향외부면에 부착될 때 개선된다. 런플랫 인서트(100)에 대응하는 본 발명의 형태에서, 턴업부(132)는 베이스부재(140)에서 방사상 외향으로 연장하며, 밴드의 축방향 외부면에 부착되고, 제2 멤브레인(123)과 축방향 중첩으로 끝난다. 이러한 중첩은 종래 타이어 성형장비에서 인서트의 제작을 용이하게 한다. 상기 중첩은 제2 멤브레인의 종단에서부터 내향으로 축방향 거리 L로서 약 10 mm 연장한다. 본 발명의 다른 형태에서, 턴업부(132)는 제2 멤브레인(123)의 축방향 종단에서, 또는 측벽(130) 또는 비드부재(140) 내에 약간 하부의 방사상 위치에서 중첩하지 않고 끝날 수 있다.

카카스층의 인장저항은, 탄성층들을 둘러싸고 있는 카카스 보강재의 측벽의 중간높이에서 측정된 단위원주당 선형강도가 적어도 100 daN/mm 일 때 충분하다. 런플랫 인서트(100)에서, 폴리에스터 코드들은 카카스층(131, 132)의 보강재를 구비하지만, 타이어 보강재료로서 적절한 어떤 재료도 사용될 수 있다. 본원에 공개된 타이어와 같은 비압축 구조물에서, 각각의 카카스 보강코드들에서의 평균 인장력은 팽창된 공기 타이어에서 보다 상당히 작다. 따라서, 측벽의 세그먼트들이 접촉영역 내외로 회전함에 따라, 카카스층에서 발생하게 될 압축하중이 증가될 가능성이 있다. 이런 이유로, 카카스 보강재료를 위한 가장 양호한 선택은 주기적 압축하중에 대해 양호한 저항성을 갖는 재료를 선택하는 것이다.

런플랫 인서트(100)에 대한 실험은, 상부 측벽부에서 이중층 카카스의 제거가 내구성을 개선한다는 것을 나타내었다. 도 3은 본 발명의 그러한 개선 버전을 도시한다. 탄성 외부 접촉부(210)는 타이어 내부면과 접촉하기 위한 하중지지면을제공한다. 보강된 환형밴드(220)는 접촉부(210)로부터 방사상 내향으로 배치된다. 보강된 환형밴드(220)는 탄성 전단변형층(225)의 내부면에 부착된 제1 멤브레인(221)과, 탄성 전단변형층(225)의 외부면에 부착된 제2 멤브레인(223)을 구비한다. 측벽부(230)는 접촉부(210)와 환형밴드(220)로부터 방사상 내향으로 연장한다. 비드코어(241)를 포함하는 베이스부재(240)는 휠림 표면(11) 둘레에 끼워지며 팽창된 작동과 공기빠진 작동 양쪽에서 인서트를 림에 고정시킨다.

본 발명자들은, 카카스 직물재료의 주기적 응력하에서 성능은, 카카스 장력이 각 응력 사이클 전체를 통해 유지될 때 개선된다는 것을 알았다. 공기 타이어에서, 팽창응력은 카카스가 장력하에 있도록 바이어스한다. 본원에 공개된 런플랫 인서트와 같은 비공기 구조물에서, 그러한 장력 바이어스는 존재하지 않는다. 따라서, 인서트의 내구성은, 타이어에 가해진 인서트 부분에서의 카카스층의 변형이 카카스가 주기적 압축응력을 겪는 경향을 최소로 줄일 때 개선된다.

이러한 성능 개선을 달성하기 위한 제1 수단으로서, 런플랫 인서트(200)는 상부 측벽부에서 단일 카카스층만을 가진다. 런플랫 인서트(200)는 제1 멤브레인(221)의 방사상 내부면에 부착되며 비드부재들(240) 사이로 연장하는 메인부(231)를 갖는 카카스층을 추가로 구비한다. 이 카카스층은 비드코어(241) 둘레에 접혀 있는 턴업부(232)를 가진다. 턴업부(232)는 베이스부재(140)로부터 방사상 외향으로 연장하며 비드코어(241) 위의 방사상 거리 HC 에서 끝난다. 런플랫 인서트(200)는 작은 외향 변위 C를 카카스층(231)에 도입함으로써 내구성을 더 개선시킨다. 상기 변위는, 카카스층(231)의 축방향 내부면에 여분의 탄성 웨지(235)를 적용하고 상기 웨지(235)의 상부 및 하부 지역에서 측벽 두께의 적절한 사양을 선택함으로써 보장된다. 따라서, 측벽부(230)가 수직 압축하중을 경험할 때, 카카스는 축방향 외향 방향으로 일관되게 좌굴하도록 바이어스된다. 웨지(235) 및 측벽 두께의 효과는 카카스가 주기적 압축응력을 경험하게 되는 경향을 최소로 줄이는 역할을 한다.

웨지(235)는 측벽 높이 HS의 약 50% 내지 80% 사이에 있으며 바람직하게는 약 65%인 높이 HG를 가진다. 웨지(235)는 측벽부(230) 내에서 대략 중간에 배치된다. 카카스층(231)의 변위 C는 카카스층(231)의 중심선과 웨지(235)의 상부지역 및 하부지역을 연결하는 코드 사이의 축방향 거리로서 정의된다. 카카스층(231)의 변위 C는 영(zero) 보다 크고, 측벽 높이의 약 8% 이거나 그보다 작다. 변위 C는 양호하게 측벽 높이 HS의 약 5%이다. 웨지(235)는 카카스층(231)의 변위 C 보다 커거나 또는 작은 축방향 두께 TG를 가진다. TG는 측벽 높이 HS의 약 4%와 약 10% 사이에 있으며, 양호하게 약 7%이다. 두께 측정 TB 및 TT는 카카스 외부에 대한 측벽 재료의 두께를 규정한다. TB는 웨지(235)의 방사상 최내측 지역에서 측정된다. TT는 웨지(235)의 방사상 최외측 지역에서 측정된다. TB 및 TT는 각각 측벽 높이 HS의 약 4%와 약 10% 사이에 있고, 양호하게 약 8%이다. 런플랫 인서트(200)는 HS를 30 mm, C를 1.5 mm, HG를 20 mm, 및 TT, TB 및 TG를 2 mm로 하여 성공적으로 제조되어 좋은 평가를 받았다.

도 4는 하중 운반에 최적인 본 발명의 버전을 도시한다. 즉, 개선된 하중/편향 강도를 갖는 인서트를 도시한다. 런플랫 인서트(300)는 보강 환형밴드(325)의구조를 이미 공개된 런플랫 인서트(100, 200)에 공통으로 할당한다. 그러나, 런플랫 인서트(300)는 베이스부재(340)에 고정되며 제2 멤브레인(321)의 방사상 외향으로 연장하는 적어도 하나의 불연속 카카스 세그먼트(331)를 구비하는 유일한 카카스층을 가진다. 카카스 세그먼트(331)는 보강 환형밴드(320)의 축방향 최외측 지역에 고정된다. 즉, 카카스 세그먼트(331)는 적어도 제2 멤브레인(321)의 축방향 종단의 방사상 외향으로 연장한다. 도 3에 도시된 런플랫 인서트(200)와 비교할 때, 런플랫 인서트(300)를 위해 도 4에 도시된 카카스 배열은 환형밴드(320)의 하중/편향 강도를 개선한다. 제작의 용이성을 위해, 카카스 세그먼트(331)는 또한 도 2에 도시된 런플랫 인서트(100)에 대해 전술한 바와 같이 제2 멤브레인(321)을 거리 L에서 중첩할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명의 아래 양상은 인서트의 어떤 변경예(100, 200, 300)에도 공통이다. 간략하게 하기 위해, 각각의 구조 요소는 인서트(100)를 기준으로 하지만, 이러한 지름길이 이 설명의 범위를 제한하려는 어떠한 의도는 아니다.

본 발명의 런플랫 인서트들은 종축선에 대해 높은 회전저항을 갖는 비드부재들을 구비한다. 상기 회전저항은 바퀴면(11)상의 안정된 축방향 정렬과, 측벽부의 굽힘에 대한 양호한 내구성을 모두 제공한다. 도 5, 6 및 7은 비드 보강재의 3가지 다른 배열을 도시한다. 어떤 보강재(141, 142 또는 143)도 인서트(100, 200 또는 300)의 변경에 적용된다. 도 5 및 6은 와이어 보강재의 연속 권선(winding)으로 구성되는 통상적인 배열을 도시한다. 도 5는 약 1 mm 와이어의 권선으로 구성되며, 3 와이어들의 제1층과, 2 와이어들의 제2층과, 하나의 와이어의 제3층을 갖는 3층 배열(141)을 도시한다. 도 6의 배열(142)은 더 높은 비드 강도를 제공하며, 각각의 층에 대해 4 와이어들, 다음에 3 와이어들, 다음에 2 와이어들의 3층 배열을 갖는 권선으로 구성된다. 도 7은 적어도 4 mm 의 폭과, 적어도 2 mm 의 높이를 갖는 대체로 직사각형 단면의 모놀리스 보강재(143)를 구비한 양호한 형태를 도시한다. 보강재(143)는 인서트 단면 폭의 약 5%의 폭과, 그 폭의 약 50%에 해당하는 높이를 가진다. 공기없는(non-pneumatic) 인서트의 비드부재들은 공기 구조물에 필요한 것보다 낮은 인장계수 및 인장강도를 가질 수 있다. 본 발명에서, 비드 보강재(141, 142, 또는 143)를 위해 적절한 재료는 적어도 약 100 GPa 의 인장계수와, 적어도 약 10 GPa 의 인장항복강도를 가져야 한다.

런플랫 인서트(100, 200, 또는 300)는 탄성 전단변형층에 부착된 제1 및 제2 멤브레인을 구비하는 환형밴드를 가진다. 밴드의 양호한 변형은, 전단변형층의 전단계수에 대한 각각의 멤브레인의 종방향 인장계수의 비가 적어도 100:1 일 때 발생한다. 본 발명의 한 형태에 따라, 제1 및 제2 멤브레인은 종방향 배향된 코드 보강재를 가진다. 양호하게, 각각의 멤브레인(121 또는 123)은 원주방향에서 약 10도 내지 약 20도의 각도를 형성하는 상호 경사진 코드 보강재의 적어도 두 층을 구비한다. 아래의 수학식(1)은 종래 타이어 벨트 재료들을 사용하여 멤브레인의 종방향 인장계수를 근사하게 나타내고 있다.

여기서, E_rubber= 탄성 코팅재료의 인장계수

P = 코드 방향에 대해 직각으로 측정된 코드 페이스(코드 중심선 간격)

D = 코드 직경

ν= 탄성 코팅재료의 푸아송 비(Poisson's ratio)

α= 적도면에 대한 코드각

t = 인접한 층들에서의 케이블들 사이의 고무 두께

E'는 멤브레인의 탄성계수에 멤브레인의 유효 두께를 곱한 값.

탄성 전단변형층(125)은 양호하게 약 3 MPa 과 약 20 MPa 사이의 탄성 전단계수를 가진다. 전단변형층은 약 0.1 이하의 탄젠트 델타만큼 주어진 낮은 히스테리시스를 가진다. 전단변형층(125)은 약 4 mm 와 약 20 mm 사이의 두께 T2를 가진다.

본 발명의 장점은, 공기빠진 작동중에 인서트와 타이어의 접촉압력이 설계자가 조절할 수 있는 디자인 파라미터라는 것이다. 인서트와 타이어 내부 사이의 접촉압력은, 전단변형층의 탄성 전단계수를 전단변형층의 방사상 두께와 곱하고 제2 멤브레인의 최외측 지역의 반경으로 나눈 값으로 주어진다. 인서트는 접촉압력이 약 2 바와 약 6 바 사이에 있을 때 받아들일 수 있는 성능을 제공한다. 대체로, 인서트의 접촉압력은 규정된 타이어 팽창압력 보다 비례적으로 더 클 것이다.

본 발명의 런플랫 인서트의 장점들은, 아래 실험 데이터에 의해 더욱 잘 인식된다. 도 8은 성형된 탄성 인서트를 위한 것과, 본 발명의 런플랫 인서트(200)를 위한 접촉면적의 형상의 비교를 도시한다. 성형된 탄성 인서트는 라코르(Lacour)씨에게 허여된 미국특허 제5,891,279호에 설명된 종류에 속한다. 런플랫 인서트(200)는 공기 타이어의 것과 아주 유사한 접촉형상과 더 큰 접촉면적을 가진다. 더 큰 접촉면적은 주어진 하중에 대해 더 낮은 평균 접촉압력을 부여한다. 런플랫 인서트(200)는 약 3.6 바의 낮은 평균 접촉압력을 가진다. 인서트(200)는 더 양호한 내구성 및 충격하중 저항성을 위해 타이어 내부에 인서트의 더욱 균일한 하중을 촉진시키는 더 큰 직사각형 접촉형상을 가진다.

본 발명의 인서트를 구비하는 조립체는 공기 타이어가 팽창될 때와 유사한 공기빠진 성능을 부여한다. 하중/편향 강도의 단순한 측정이 이러한 장점을 입증한다. 이 테스트에서, 종래기술의 인서트 및 본 발명의 인서트가 공기 타이어 및 휠 조립체의 일부로서 장착되었다. 도 9는 장착된 조립체들이 모의실험용 커브(simulated curb)에 적재된 경우 하중/편향 테스트의 결과를 도시한다. 타이어가 2.0 바로 팽창되었다. 발생되는 수직력은 조립체의 편향(바퀴 축선의 하향 변위)의 함수로서 기록되었다. 도 9는 2개의 인서트에 대한 하중 대 편향의 곡선들을 도시한다. 편향이 영에서 대략 30-35 mm 까지 증가함에 따라, 양 조립체에 대한 곡선들은 팽창 타이어의 편향을 추적한다. 편향이 약 35 mm 를 능가함에 따라, 인서트가 타이어 내부면과 접촉하기 시작한다. 성형된 인서트를 구비하는 조립체는 시스템의 더 많은 편향에 의한 급격한 하중 증가로써 도시된 바와 같이 시스템의 수직 편향에서의 현저한 증가를 입증한다. 탄성 인서트를 구비하는 조립체의 이러한 급격한 경직(stiffening)은 더 큰 어떤 편향을 수용하기 위해 차량 서스펜션에 힘을 가하는 불필요한 결과를 가진다.

그러한, 도 9는 본 발명의 인서트를 구비하는 조립체가 타이어 단독의 본래 강도와 대단히 유사한 수직 강도를 유지한다는 것을 명백히 입증하고 있다. 따라서, 본 발명에 의한 인서트는 차량 서스펜션에 작용하는 불필요한 충격의 부정적인 결과를 회피한다.

출원인은 상기 설명을 읽고 기술에 숙련된 자에게는 여러 가지 다른 변경이 가능하다는 것으로 생각한다. 이러한 변경 및 다른 수정은 첨부된 청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위내에 있다.

Claims (27)

1. 공기빠진 타이어에서 제한된 기간동안 차량의 주행이 가능하게 하며, 공기 타이어 및 휠림으로 구성된 조립체에 장착되는 런플랫 인서트에 있어서,

   상기 인서트는 타이어의 공기 캐비티내에 장착되며 횔림에 고정되고,

   상기 인서트는,

   a) 공기빠진 타이어의 작동중에 타이어 내부면과 접촉하기 위한 탄성 외부 접촉부와;

   b) 상기 외부 접촉부의 방사상 내향으로 배치된 보강 환형밴드와;

   c) 상기 인서트를 림에 고정하기 위한 휠림 둘레에 장착된 베이스부재에 상기 환형밴드를 연결하기 위해 상기 접촉부로부터 방사상 내부로 연장하는 적어도 하나의 측벽부와;

   d) 상기 환형밴드에 부착되며, 상기 환형밴드에서부터 방사상 내부로 연장하여 상기 베이스부재에 고정된 적어도 하나의 카카스층을 구비하고,

   상기 밴드는 탄성 전단변형층과, 상기 탄성 전단변형층의 방사상 내향 지역에 부착된 적어도 하나의 제1 멤브레인과, 상기 탄성 전단변형층의 방사상 외향 지역에 부착된 제2 멤브레인을 구비하는 런플랫 인서트.
2. 제1항에 있어서, 상기 카카스층은 제2 멤브레인의 방사상 내부면에 부착되며 상기 베이스부재들 사이로 연장하는 메인부를 갖는 연속 플라이인 런플랫 인서트.
3. 제1항에 있어서, 상기 카카스층은 상기 베이스부재에 고정되며 제2 멤브레인에 대해 방사상 외향으로 연장하는 적어도 하나의 불연속 세그먼트를 구비하고, 상기 세그먼트는 상기 보강 환형밴드의 축방향 최외측 지역에 고정되는 런플랫 인서트.
4. 제1항에 있어서, 상기 카카스층은 제2 멤브레인을 10 mm 이하로 축방향에서 중첩하는 런플랫 인서트.
5. 제1항에 있어서, 상기 측벽의 카커층의 내부면에 탄성 웨지가 고정되고, 상기 웨지가 측벽을 바이어스하여 외향 방향으로 좌굴시키는 런플랫 인서트.
6. 제5항에 있어서, 상기 웨지는 측벽 높이의 약 50% 내지 80% 의 방사상 높이를 갖는 런플랫 인서트.
7. 제5항에 있어서, 상기 웨지는 제1 멤브레인과 베이스부재 사이의 실질적인 측벽 중간에 배치되는 런플랫 인서트.
8. 제5항에 있어서, 상기 카카스층은 상기 웨지의 상부지역과 하부지역을 연결하는 코드로부터 축방향 외향 변위를 가지는 런플랫 인서트.
9. 제8항에 있어서, 상기 카카스층의 변위는 영(zero) 보다 크고 측벽 높이의 약 8% 이거나 그보다 작은 런플랫 인서트.
10. 제5항에 있어서, 상기 웨지의 방사상 최내측 지역에서의 측벽 두께는 측벽 높이의 약 4% 내지 10% 사이에 있는 런플랫 인서트.
11. 제5항에 있어서, 상기 웨지의 방사상 최상측 지역에서의 측벽 두께는 측벽 높이의 약 4% 내지 10% 사이에 있는 런플랫 인서트.
12. 제5항에 있어서, 상기 웨지의 두께는 측벽 높이의 약 4% 내지 10% 사이에 있는 런플랫 인서트.
13. 제1항에 있어서, 상기 측벽은 장력에서의 선형 강도가 적어도 100 daN/mm 인 런플랫 인서트.
14. 제1항에 있어서, 상기 베이스부재는 적어도 약 100 GPa의 탄성계수와 적어도 약 10 GPa의 인장항복강도를 갖는 보강재료를 구비하는 런플랫 인서트.
15. 제14항에 있어서, 상기 베이스부재는 상기 인서트의 최대 단면 폭의 적어도 약 5%인 폭과 이 폭의 약 50%인 높이를 갖는 모놀리스 보강재를 구비하는 런플랫 인서트.
16. 제14항에 있어서, 각각의 베이스부재는 약 1 mm 직경의 와이어들의 4-와이어 ×3-와이어 ×2-와이어 구성으로 된 3층 스택내에 배열된 보강코어들을 구비하는 런플랫 인서트.
17. 제14항에 있어서, 각각의 베이스부재는 약 1 mm 직경의 와이어들의 3-와이어 ×2-와이어 ×1-와이어 구성으로 된 3층 스택내에 배열된 보강코어들을 구비하는 런플랫 인서트.
18. 제1항에 있어서, 상기 전단변형층의 전단계수에 대한 각각의 멤브레인의 종방향 인장계수의 비가 적어도 100:1 인 런플랫 인서트.
19. 제18항에 있어서, 각각의 멤브레인은 실질적으로 원주상 배향된 코드 보강재들의 적어도 하나의 층을 구비하는 런플랫 인서트.
20. 제18항에 있어서, 각각의 멤브레인은 상호 경사진 코드 보강재들의 적어도 두 층을 구비하고, 상기 코드 보강재들은 타이어 원주방향에서 약 10도와 약 20도사이의 각도를 형성하는 런플랫 인서트.
21. 제1항에 있어서, 상기 탄성 전단변형층은 약 4 mm와 약 20 mm 사이의 두께를 가지는 런플랫 인서트.
22. 제1항에 있어서, 상기 탄성 전단변형층은 약 3 MPa과 약 20 MPa 사이의 탄성 전단계수를 가지는 런플랫 인서트.
23. 제22항에 있어서, 상기 탄성 전단변형층은 약 0.1 이하의 탄젠트 델타를 가지는 런플랫 인서트.
24. 제1항에 있어서, 상기 전단변형층의 탄성 전단계수를 전단변형층의 방사상 두께와 곱하여 제2 멤브레인의 최외측 지역의 반경으로 나누기 한 값은 약 2 바와 약 6 바 사이에 있는 런플랫 인서트.
25. 제24항에 있어서, 상기 전단변형층의 탄성 전단계수를 전단변형층의 방사상 두께와 곱하여 제2 멤브레인의 최외측 지역의 반경으로 나누기 한 값은 약 3 바인 런플랫 인서트.
26. 제1항에 있어서, 상기 인서트는 타이어 단면 폭의 약 50% 내지 70% 사이의최대 폭을 가지는 런플랫 인서트.
27. 제1항에 있어서, 상기 인서트는 타이어의 단면 높이의 약 40% 내지 60% 사이의 단면 높이를 가지는 런플랫 인서트.