NO146230B - Kjoeretoeydekk med kompresjonsspente sidevegger. - Google Patents

Abstract

Kjøretøydekk med kompresjonsspente sidevegger.

Description

Oppfinnelsen angår pneumatiske kjøretøydekk med kompresjonsspente sidevegger uten forsterkninger og fortrinnsvis fremstilt ved sprøytestøping.

En foretrukket type av disse dekk - den eneste som hittil har gjennomgått industriell utvikling - danner gjenstand for en serie patenter tilhørende søkeren, særlig italienske patenter nr. 928 502, 9 63 744 og 979 349 og søknader nr. 23 423 A/73 og 21 351 A/75 (1973 og 1975 respektivt).

Dekkene har et generelt trapesformet tverrsnitt hvor det øvre parti danner slitbanen og strekker seg sideveis utover til maksimal dekkbredde samtidig som sideveggene skrår ut fra felgvulsten til sammenføyningspunktet med slitebanen, og hvor øvre dekkdel er utstyrt med en i alt vesentlig ikke-strekkbar ringformet forsterkning som i sideretning strekker seg ut i det minste så langt som til sammenføyningsområdet mellom sidevegg og slitebane. I alle de alternative utførelser, modifikasjoner og forbedringer har dekk av denne type til felles det trekk at når dekket er oppumpet, står sideveggene overveiende under kom-pres jonsspenning og denne kompressjon blir aldri fullstendig opphevet når dekket ruller men har tvertimot tendens til å øke.

Dekkets oppførsel og den mekanisme som virker når dekket er under belastning er meget innviklet og er ikke fullstendig forstått.

Den lastbærende evne er på den ene side knyttet til virkningen av den innpumpede luft, nemlig til trykket som finnes inne i dekket og på den annen side til de elastiske egenskaper hos det elastomere materiale som danner dekket selv, særlig sideveggene. I sideveggene finnes områder med en mekanisk oppførsel som med en viss tilnærmelse kan ligne uperfekte hengsler og ved siden av kompresjonsspenningene og deformasjoner foregår bøy-ningsspenninger i sideveggene som spiller en viktig rolle under dekkets gang.

De ovenfor beskrevne dekk som forkorthets skyld kalles "den nye dekktype" viser bemerkelsesverdige tekniske for-deler som gjør det rimelig å betrakte dem som et stort frem-skritt på området pneumatiske kjøretøydekk. Ikke bare utfører de den lastbærende funksjon på en effektiv måte og muliggjør særlig behagelig kjøring men har meget gode sikkerhetsegenska-per, kan kjøres i ikke oppblåst eller punktert tilstand over lange strekninger og er til sist svært billige idet de fremstilles ved helmekaniserte fremgangsmåter som sprøytestøping uten behov for forsterkning av sideveggene.

Imidlertid har søkeren under den lange erfaringstid som er nødvendig for slike nyutviklinger bemerket at dekkenes oppførsel under drift på vei ikke fullstendig oppfylte de for-ventninger som man på grunnlag av deres struktur kunne forvente ut fra laboratoriedata og teoretiske betraktninger.

Man fant særlig at etter en viss brukstid ville sideveggenes form ofte forandres permanent med en følgende forrin-gelse av dekkets ytelse og begrensning av muligheten for bane-pålegging.

En annen ulempe som man noterte seg var at sideveggenes materiale hadde tendens til å mykne på grunn av øket drifts-temperatur med følgende forverring av dekkets oppførsel og styreegenskaper.

Søkeren har nå overraskende funnet at ovenstående ulemper kan unngås og at de nye dekkene kan vise bedre mekaniske, funksjonelle og generelt tekniske egenskaper hvis sideveggene dannes av elastomersammensetninger som er forskjellige fra de som hittil er benyttet i dekk-sidevegger, og særlig forskjellige fra de som hittil har vært brukt i sidevegger i vanlige dekk.

Det som nevnes ovenfor med hensyn på dekk som danner gjenstanden for nevnte patenter tilhørende søkeren, gjelder også i alt vesentlig for et hvert dekk hvis sidevegger overveiende står under kompresjonsspenning og i alt vesentlig ikke er forsterket, slik at oppfinnelsen kan anvendes på alle dekk med sidevegger av den type og som arbeider på samme måte.

Søkerens oppdagelse av de bedre egenskaper hos dekk med ovenstående type hvor sideveggene er laget av et elastomer-materiale forskjellig fra det materiale som hittil har vært brukt, har på den annen side gitt et tilsynelatende uløselig teknisk problem som består i å finne ut - i det. minste empirisk - grunnen til at noen materialer ikke er tilfredsstillende og andre er eller med andre ord å finne frem til de fysikalske størrelser i de forbindelser og materialer som kan brukes for å unngå de ovennevnte ulemper og oppnå de ønskede optimale tekniske data og beste ytelse. Hverken teori eller erfaring innen dekkteknikk har kunnet levere disse ønskede størrelser eller kriterier for a priori å utvelge egnede materialer.

Det synes som ingen av de kriterier som gjelder for vanlige dekk kan overføres på materialer i nye dekk, tvert imot synes sammensetningen som er egnet for førstnevnte ikke å være egnet til sistnevnte. Det forhold at man ikke kan oppsette noen teoretisk formel eller oppstille en tilfredsstillende mekanisk modell for de nye dekkstrukturer - til tross for alle anstren-gelser som har vært rettet mot dette over flere år - har gjort at man ikke har kunnet fremsette generelle retningslinjer for å finne materialer som er egnet til å gi dekkene de beste egenskaper.

Vanskeligheten forstørres naturligvis av at labora-torieeksperimenter, hvilket gjelder alle dekk, ikke er uttøm-mende og enkelte ganger heller ikke er særlig nyttige idet man ikke har kunnet opprette en sammenheng mellom visse laboratorie-prøver og den virkelige oppførsel for dekk på veien, en slik sammenheng kan åpenbart ikke finnes teoretisk eller i lys av kortvarige eksperimenter men kan avledes bare i forbindelse med riktig koordinert og analysert utstrakt praksis.

Oppførselen til elastomere sammensetninger som inneholder naturlige eller syntetiske gummier kan som kjent ikke representeres ved en enkel mekanisk modell og det finnes flere modeller som mer eller mindre tilsvarer forskjellige situasjo-ner, forsøksgrunnlag og prøvetilfelle. Etter lang tids erfaring med fremstilling og bruk av de nye dekk og oppsamling og sam-ordning av et stort antall laboratoriedata og veiprøve-resulta-ter har søkeren nå lykkes i å finne ut kritiske betingelser som må oppfylles når det gjelder mekanisk oppførsel for elastomersammensetningen som danner dekkenes sidevegg for at disse dekk skal få de beste mekaniske egenskaper. Spesielt har søkeren kunnet fastslå at dekkene av ovennevnte type med vesentlig trapesformet tverrsnitt og ikke forsterkede sidevegger som hovedsakelig står under kompresjonsspenninger og bøyespenninger, oppviser de beste egenskaper når elastomersammensetningen som danner sideveggene, har en kompressiv dynamisk modul under repeterende sinusformede spenninger, målt og utregnet som beskrevet senere, som er slik at det foreligger et visst kvantitativt forhold mellom modulens tallverdi og den relative tapsvinkel.

Dette forhold kan angis grafisk og denne definisjon som benyttes ifølge foreliggende beskrivelse og krav vil angis som den posisjon som det representative punkt for den aktuelle elastomersammensetning opptar i et diagram med koordinater som betegner respektivt den reelle komponent for den kompressive dynamiske modul under syklisk påkjenning, målt under definerte betingelser som beskrives senere, og tapsvinkelens tangent som som kjent uttrykker forholdet mellom den imaginære og den reelle komponent for den dynamiske elastisitetsmodul for sammensetningen og denne betegnes derfor av et sammensatt tall (som matematisk defineres ikke bare ved dens absolutte størrelse men også med et tillegg som i dette tilfelle angis av tapsvinkelen

.

Oppfinnelsens formål er derfor luftfylte dekk" hvis sidevegger i alt vesentlig er utsatt for kompresjonsspenninger og ikke er forsterket og som fortrinnsvis har generelt trapesformet tverrsnitt, omfatter sidevegger og et øvre parti forsynt med en ikke trekkbar ringformet forsterkning som fortrinnsvis strekker seg sideveis minst så langt som sammenføyningsområdet mellom sideveggene og nevnte øvre parti og hvor sideveggene skrår ut fra felgvulsten til nevnte sammenføyningssone, og hvor dekkene karakteriseres ved at sideveggene er laget av en slik elastomersammensetning at det kvantitative forhold mellom det absolutte tall for materialets kompressivé dynamiske modul og den relative tapsvinkel ligger innenfor grenser som skal defineres nærmere.

Disse grenser defineres ved følgende kvantitative betingelser: Den absolutte verdi for den dynamiske elastisitetsmodul målt i megapascal (en enhet som i det følgende forkor-tes "MPa" og som tilsvarer en meganewton/m o) ikke må være mindre enn 8, fortrinnsvis 9, og ikke være større enn 13, fortrinnsvis 12, og at tangenten for tapsvinkelen (tg 6) ikké må være mindre enn 0,03, fortrinnsvis 0,05, og ikke større enn 0,15, fortrinnsvis 0,11.

Oppfinnelsen vil forståes bedre ved hjelp av følgende eksempler i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor: fig. 1 er et snitt gjennom meridianplanet av et dekk av den angitte type som illustrert i de tidligere névnte patenter ,

fig. 2 er et hysteresediagram over en elastomersammensetning som kan benyttes ifølge oppfinnelsen og

fig. 3 definerer grafisk det område som foreliggende elastomersammensetning befinner seg i.

Det vises til fig. 1 hvor et dekk 10 i henhold til oppfinnelsen omfatter to sidevegger 11, 11' og et øvre parti eller en slitebane 12. Sideveggene skrår ut fra de to felg-vulster 13, 13' helt opp til forbindelsesområdene med slitebanen eller den øvre del og er uten forsterkninger. Sideveggene har fortrinnsvis to partier med relativt snevert tverrsnitt 14, 14' og 15, 15', som respektivt befinner seg i nærheten av felgvulsten og i nærheten av den øvre del eller slitebanen, og som derved danner soner som fortrinnsvis vil bøye seg, med andre ord preferanse-bøyeområder som her kan kalles "uperfekte hengsler". Øvre del er utstyrt med en ikke-forsterkning 16 som fortrinnsvis er forlenget sideveis i det minste så langt som nevnte sammenføyningsområde mellom sideveggene og slitebanen eller det øvre parti. Midtpartiet av den øvre del vil når dekket er i drift, komme i kontakt med bakken 17 og virke som slitebane. Oppbygging og elastomersammensetning av øvre del eller slitebanen faller utenfor området for foreliggende opp-finnelse.

Dekket vist på figuren står under vertikal i vanlig belastning. Under disse betingelser vil sideveggene praktisk talt aldri være utsatt for strekk til forskjell fra forholdene med vanlige dekk, men står i stedet under kompresjonsspenninger i tillegg til bøyespenninger. Når dekket er oppblåst, settes sideveggene under trykkspenninger på grunn av oppblåsningstryk-ket og når kjøretøyet er lastet økes denne kompresjonsspenning.

Som man vil se kan dekkets tverrsnittsform generelt angis som trapesformet. Øvre parti er større enn noen del av

sideveggene. Denne grunnleggende oppbygning av dekket kan imidlertid være modifisert på forskjellige måter og slike modifiserte tverrsnitt er beskrevet f.eks. i italiensk patent 972 594 og italienske søknader nr. 48 491 A/74 og 28 038 A/74 tilhørende søkeren.

Oppfinnelsen kan også anvendes på slike modifiserte tverrsnittsformer.

Fortrinnsvis vil dekkformen oppfylle følgende størrel-ses-definisjoner: - sideveggenes helningsvinkel (nemlig vinkelen mellom en linje som skjematisk angir sideveggen og dekkets rotasjonsakse når dekket er oppblåst) men ikke underbelastning er mellom 30 og 50°, - forholdet mellom de to grunnlinjer i trapeset ligger mellom 1:1,5 og 1:3, - sideveggenes lengde (eller mer presist lengden av en linje tenkt gjennom sideveggene) er så stor at forholdet mellom trapesets minste grunnlinje og hver av disse sidevegglengder er mellom 1:0,3 og 1:3, - slankhetsforholdet (forholdet mellom sideveggens tykkelse i midtområdet og utfoldingen av midtlinjen gjennom sideveggen mellom sideveggens forbindelse med den tilsvarende vulst og sideveggens forbindelse med slitebanen) er større enn 0,20 og fortrinnsvis mellom 0,25 og 0,35, - forholdet mellom minste bøyestivhet og største bøyestivhet for sideveggene er mellom 0,6 og 0,01.

Forsterkningsinnlegget i øvre del er fortrinnsvis ringformet og ikke strekkbar, av generelt kjent type, f.eks. en ringforsterkning laget av tekstiltråder eller metalltråder med vevet eller annen form for tekstilstruktur som kan økes eller avstives i nærheten av sideveggenes forbindelsesområder med slitebanen.

Oppfinnelsen angår et luftfylt kjøretøydekk av ovenstående type uavhengig av spesielle alternative utformninger eller særlige valg av dimensjonsforhold. For en bedre forståelse av oppfinnelsens kritiske betingelser omtales enkelte trekk av metodisk art. Elastisitetsmodulus under dynamisk spenning, særlig sinusformet spenning, er velkjent på området. Det er også kjent at på grunn av den ikke-lineære karakter i den elastiske oppførsel hos gummi varierer de målte elastisitetsmodul! alt etter målebetingelsene, med andre ord vil disse målte tall når det gjelder periodevise spenninger og særlig sinusformede spenninger avhenge av en rekke faktorer som utslaget, amplituden, og hyppigheten, frekvensen, forspenningen eller belastningen, eventuell forbelastning av prøven, prøvens steady-state-temperaturbetingelser osv. Når man vil finne frem til kvantitative forhold er det derfor nødvendig å angi de eksperimentelle betingelser hvorunder den dynamiske modul måles.

Man er også kjent med at før målingene taes, må prøven settes i ro fordi for en rekke spenningsperioder vil det foregå forandringer i hysteresediagrammet, dette fenomen kalles "Mullins effekt". De aktuelle målinger er knyttet tii den vel-kjente lineære Voigt-modell som gjør det mulig - for påkjennin-ger eller deformasjoner som påsettes en prøve etter repeterende sinusformet mønster - å bestemme en sammensatt modul og følgelig en absolutt verdi for denne modul samt materialets tapsvinkel. Gyldigheten av disse målinger, særlig i forbindelse med trykk-eller strekk-moduli, begrenses imidlertid til små deformasjoner, men denne begrensning utgjør ingen hindring i foreliggende tilfelle.

Den kompressive elastisitetsmodul eller trykkelastisi-tetsmodulen angis ved et sammensatt tall Ex = E<1> + jE" og taps-

vinkelen 6 defineres ved tg6 = E"/E'.

Når det gjelder en tapsvinkel mindre enn 15°, vil den absolutte verdi Ex for modulen være omtrent lik den reelle komponent E'. I vårt tilfelle vil man som tidligere nevnt se at tapsvinkelen ligger godt under 15°.

Målebetingelsene for måling av trykkelasisitetsmodu-len under dynamisk oscillasjon for de foreliggende formål er den følgende: Man benytter et dynamometer av typen "Dynamic Instron dynamometer" (Model 125 0) .

Det brukes en sylindrisk prøve med diameter 29 mm og høyde 25 mm som danner to "kompresjonssett" i form av små skiver lagt på hverandre (ASTM D 395-69;.

Nevnte prøve anbringes mellom belastningscellen og drivstempelet i dynamometeret. En statisk fordeformasjon på 10 % (2,5 mm) påsettes prøven og derpå påsettes en syklisk sinusformet deformasjon med en frekvens på 15 Hz og en amplitude lik + 6 % (+1,5 mm). Prøven tillates å innta temperaturlike-vekt med omgivelsene idet romtemperaturen holdes mellom 22 og 26° C og variasjoner innen disse grenser er tillatt.

Temperaturen som prøven når avleses ved hjelp av et termoelement som er anordnet diametralt mellom de to skiver i prøven og forbundet med en temperaturavleser hvor også romtemperaturen kan avleses. Temperaturisolasjonen mellom prøven og apparatets metalldeler sikres av to skiver av egnet temperatur-isolerende plast med diameter 50 mm og tykkelse 5 mm som er satt direkte inn i apparaturen.

De to signaler som representerer belastningen og deformasjonen og som avgis fra dynamometerets instrumenter, måles på oscilloskopet. På denne måte visualiseres hysteresediagrammet for elastomermaterialet som vist på fig. 2, hvor abscissen x betegner deformasjoner i meter og ordinatene y betegner belastningen i newton.

Minste og største periodebelastning representeres ved YA °9Yg °9 minste og største deformasjon ved x.^ og Xg. Ved hjelp av oscilloskopet kan man videre finne segmentet PQ vist på fig. 2 som betegner forskjellen mellom maksimal belastning og minimal belastning av hysteresekretsløpet ved deformasjons-punktet xM, som er et middelpunkt mellom maksimal deformasjon xB og minimal deformasjon xA-

Den absolutte verdi for den dynamiske modul E sammen-lignet som tidligere nevnt med den reelle komponent E<1>, beregnes etter følgende formel:

hvor, som nevnt, modulen måles i megapascal, belastningen i newton og deformasjonen i meter og hvor HQ er høyden av den ikke-deformerte prøve i meter og S prøvens tverrsnittsareal i kvadratmeter.

Den imaginære komponent E" for elastisitetsmodulen beregnes etter følgende formel:

hvor symbolene har samme mening som ovenfor.

Tangenten for tapsvinkelen "tg 6" er som tidligere nevnt beregnet etter formelen:

Fig. 3 viser grafisk egenskapene for elastomersammensetningen i et diagram hvor ordinaten betegner tapsvinkelens tangent "tg 6" og abscissen betegner den reelle komponent E<1> for den kompressive elastisitetsmodul eller den absolutte verdi for denne modul (hvor de to størrelser er temmelig like, som tidligere nevnt, når det gjelder praktiske utførelser) målt i Megapascal. For en bedre forståelse har man brukt logaritmisk skala nemlig abscissen proporsjonalt til log E<1> og ordinaten med log tg 6, hvor abscissens skala begynner med tallet E' = 5 Megapascal og ordinaten med verdien tg6 = 0,02.

Rektangelet ABCD betegner det område som omfatter de representative punkter av elastomersammensetningen som gjør det mulig å fremstille pneumatiske dekk av den nevnte type utstyrt med kompresjonsspente sidevegger og med gode egenskaper under drift. Man foretrekker sammensetninger hvis representative punkter faller vesentlig innenfor dette område og mer spesielt innenfor det strekede område A'B'C'0' hvis grenser er E' mellom 9 og 12 og tg 6 mellom 0,05 og 0,11.

De kritiske tilstander som defineres ved oppfinnelsen avhenger ikke direkte av arten av det elastomere materiale som velges som grunnlag for elastomermassen.

De elastomersammensetninger som brukes i praksis, er som det vil beskrives nærmere i de senere eksempler, basert på naturgummi eller polyisopren og kan fremstilles fra blandinger av disse gummier med forøvrig kjente tilsetninger hovedsakelig sotsvart.

Sammensetningen vil også naturligvis inneholde herde-midler som forøvrig kjent, og kan inneholde andre stoffer og særlig som man vil se av eksemplene, kjente bestanddeler som zinkoxyd og antioxydasjonsmidler. Imidlertid er naturgummi ikke alltid den eneste grunnleggende polymerbestanddel, tvert imot er naturgummi i de angitte eksempler alltid knyttet sammen med en syntetisk elastomer som i dette tilfelle er polybutadien eller er erstattet av butadien-styrengummi som er ubehandlet eller av den oljedrøyde type.

Det er i alle tilfeller viktig å understreke at de beskrevne sammensetninger bare er angit eksempelvis idet oppfinnelsen er basert på en bestemmelse av de kritiske betingelser av mekaniske egenskaper som kan oppnås gjennom de mest varierte kombinasjoner av bestanddeler.

Det er angitt tolv illustrerende eksempler i det følgende hvorav det siste er et sammenligningseksempel mens de første elleve er utførelser 'i henhold til oppfinnelsen.

Tabell I angir oppskrifter for sammensetninger i henhold til de elleve utførelseseksempler og sammenligningseksemp-ler som danner eksempel 12 og utgjør en elastomerblanding egnet for fremstilling av sidevegger i vanlige dekk og typisk anvendes for fremstilling av slike kjente dekk.

Det skal nevnes at når det gjelder elastomersammen-setningene 10 og 11 - som har sterk hysterese - gjennomgikk prøvene for måling av kompresjonsmodulen under dynamiske sving-ninger en statisk fordeformasjon på 16 % i stedet for 10 % for å opprettholde den dynamiske spenning på et nivå som var like stort som spenningen som er påsatt prøvene av de andre elastomersammensetninger som ble forsøkt.

Av fig. 3 vil man se at de representative punkter for de forskjellige eksempler på utførelse ifølge oppfinnelsen som er bestemt ved å nedsette for hvert eksempel i koordinatskalaen på figuren tallet for E' og tg 6 etter målinger av kompressiv dynamisk elastisetsmodul under periodespenning og under de angitte betingelser faller innenfor området i henhold til oppfinnelsen, nemlig rektangelet ABCD. De representative punkter for eksempel 1 og 2 faller innenfor det foretrukne område A'B'C'0'. Unntak er det representative punkt ifølge eksempel 12 som ligger utenfor arealet ABCD og ikke oppfyller de kvantative begrens-ninger for absoluttverdiene for kompressiv synamisk modul og tapsvinkel som angitt tidligere.

Claims (5)

1. Luftfylt kjøretøydekk hvis sidevegger overveiende er utsatt for kompresjonsspenninger og ikke er forsterket og for trinnsvis utformet med generelt trapesformet tverrsnitt, om-fattende nevnte sidevegger (11,11<*>) og et øvre parti (12) forsynt med ikke-strekkbarringformet forsterkning som sideveis går ut i det minste til forbindingsområdene mellom sideveggene og nevnte øvre del, karakterisert ved at sideveggene (11,11<*>) er laget i det minste delvis av en elastomersammensetning med slik kompressiv dynamisk elastisitetsmodul under syklisk påkjenning at dens absolutte verdi ikke er mindre enn 8 MPa og ikke større enn 13 MPa og tapsvinkelens tangent ikke er mindre enn 0,03 og ikke større enn o,15.

2. Dekk som angitt i krav 1, karakterisert ved at den absolutte verdi for den kompressive dynamiske elastisitetsmodul for elastomersammensetningen ikke er mindre enn 9 MPa og ikke større enn 12 MPa og tapsvinkeltangenten ikke mindre enn 0,0 5 og ikke større enn 0,11.

3. Dekk som angitt i krav 1, karakterisert ved at elastomersammensetningen er basert på naturgummi og/eller polyisopren.

4. Dekk som angitt i krav 3, karakterisert ved at elastomersammensetningen inneholder polybutadien som ytterligere polymerbestanddel.

5. Dekk som angitt i krav 1, karakterisert ved at elastomersammensetningen er basert på butadien-styrengummi speiselt den oljedrøyde type.