NO330285B1 - Pigg til dekk - Google Patents

Abstract

Det omtales en pigg for gummidekk for kjøretøy, omfattende en sylinderformet kapsel (1) hvori der er montert en fjærbelastet, bevegelse spiss eller kjerne (3) som ved kjøring på is eller snø har en konstant utkraging utom gummidekkets overflate (A), men som ved kjøring på hardere underlag som asfalt eller betong automatisk blir trykket inn i kapselen (1) og forblir tilnærmet i ro der så lenge kjøretøyet er i bevegelse, idet den bevegelige spiss (3) har en flens (3B) i nedre ende som støter an mot en motsvarende kant (1B) innvendig i kapselen (1) når spissen (3) presses utover i kapselen (1) av en forspent trykkfjær (4) som ligger inne i et utvidet parti (1A) i kapselens (1) nedre ende.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en pigg for gummidekk til kjøretøy, omfattende en sylinderformet kapsel hvori der er montert en fjærbelastet, bevegelig kjerne som har en flens i en nedre ende som støter an mot en motsvarende kant innvendig i kapselen når kjernen blir presset utover i kapselen av en forspent trykkfjær som ligger inne i et hulrom i kapselens nedre parti.

Oppfinnelsen vedrører særlig en fjærbelastet, kompressibel kjerne eller spiss av hardmetall som er montert inne i en kapsel av stål eller plast, beregnet for innsetting i gummidekk for kjøretøy for å øke veggrepet på vinterføre.

Vanlige pigger som har vært brukt hittil består av en massiv hylse av stål, plast eller lettmetall hvori der er faststøpt en senterspiss av hardmetall og hvor spissen hele tiden har en viss lengde eller utstikk utover dekkgummiens overflate. Slike pigger kan ha god effekt på is eller fast, hardt snødekke, men har nesten ingen funksjon på løsere underlag/slapseføre. Den største ulempen er at piggene utøver svært mye slitasje med derav følgende økonomiske og miljømessige ulemper når de kommer i kontakt med vegbanens asfaltdekke. Siden svært mye av biltrafikken vinterstid foregår på bare veger, har myndighetene derfor satt klare begrensninger for bruk av slike pigger, både når det gjelder piggenes lengde, vekt og antall samt piggdekk-sesongens varighet. Det er også innført piggdekkforbund/-gebyr i større byer.

Problemet eller utfordringen har vært å konstruere en realiserbar og funksjonell pigg som gir tilfredsstillende antiskrenseffekt på vinterføre og som samtidig utøver minimal slitasje på asfaltdekket.

Fra før er kjent flere forsøk på løsninger med pigger med en bevegelig eller elastisk kjerne eller spiss, men ingen av disse kan - så vidt oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse har kjennskap til - sammenlignes med den foreliggende oppfinnelse hverken når det gjelder utseende, utførelse eller virkemåte og har ikke på langt nær de fordeler som denne.

Ved bruk av den kompressible piggen ifølge oppfinnelsen oppnås følgende klare fordeler: 1) Betydelig forbedring av antiskrenseffekt på is eller snø på grunn av at piggens spiss kan utføres med større lengde og tykkelse enn på dagens piggtyper.

2) Minimal eller nesten ingen slitasje på asfaltdekke eller vegbane.

3) Ytterligere forbedring av antiskrenseffekten ifølge pkt. 1 på grunn av at antall pigger i hvert dekk kan økes som følge av pkt. 2.

De nevnte fordeler i pkt. 1 og 2 ovenfor oppnår ved at den kompressible piggen ifølge oppfinnelsen er bygget opp slik at piggens kjernedel eller spiss hele tiden har en konstant lengde når det kjøres på snø eller is, men at den automatisk blir presset inn i piggens kapsel eller hylse når den støter mot et hardere underlag som asfalt eller betong og at den vil forbli tilnærmet i ro i denne posisjon så lenge kjøringen på det hardere underlaget pågår. Det faktum at piggens spiss hele tiden ligger godt beskyttet inne i kapselen ved kjøring på asfalt, gjør at den ikke blir utsatt for slitasje og dermed vil beholde sin form og gode gripeevne over svært lang tid.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på det grunnleggende faktum at et vegdekke av asfalt eller betong har mye høyere trykkfasthet enn når det er dekket av snø eller is. For is kan en regne med en trykkfasthet på mellom 1,5 og 3,0 MPa (N/mm<2>), avhengig av temperaturforhold, mens den for snø selvfølgelig er mye mindre. For betong og/eller de harde partikler i et asfaltdekke kan en regne med en trykkfasthet på minimum 35 MPa, altså minst 10 ganger høyere enn for is. Normalt kan en regne med at en vanlig asfaltdekke består av minst 70 % harde partikler.

For en vanlig personbil vil belastningen fra hvert hjul v ære ca. 4,0 kN, og med en normal hjuldiameter på ca. 550 mm vil belastningsflaten mot kjørebanen være ca. 120x150 mm og trykket mot underlaget ca. 0,2 MPa. Hvis en antar ca. 100 stk. pigger i hvert dekk, vil ca. 7 stk. av disse til enhver tid være i kontakt med underlaget. Med en lengde eller utstikk utover dekkgummiens overflate på eksempelvis 1,5 mm vil en kunne regne med at spissen eller kjernen på hver pigg blir utsatt for en kraft tilsvarende en belastningsflate på ca. 1200 mm<2>eller ca. 240 N. En piggspiss med en tykkelse på ca. 2 mm (ca. tilsvarende som på dagens piggtype) vil da utøve et trykk mot underlaget på ca. 80 MPa, dvs. over det dobbelte av det som er regnet som minimum trykkfasthet for asfalt og/eller betongdekke. Det er klart at dersom piggspissen ikke gir etter for dette trykket, vil det medføre stor slitasje både på kjørebanen/asfaltdekket og på selve piggspissen.

Fra kjent patentlitteratur vises blant annet til US 5,198,049 og DE 2204074, og som omhandler pigg for dekk hvor det benyttes en fjær eller et elastisk element for å presse kjernen ut av hulrommet i dekket, og som medfører at kjernen i større eller mindre grad også presses inn når det kjøres på hard underlag.

En foretrukket utførelse av piggen i følge oppfinnelsen er angitt i det selvstendige krav 1, mens alternative utførelser er angitt i de uselvstendige kravene 2 -5.

Overnevnte formål oppnås med en pigg som er kjennetegnet ved at flensen er utstyrt med minst en spalteåpning innrettet til å slippe gjennom luft fra hulrommet og til et hulrom som dannes på andre siden av flensen når kjernen blir presset inn i kapselen, og at det i kapselen blir dannet et mottrykk som virker mot trykkfjærens kraft og som er innrettet til å frembringe en treghet mot at kjernen blir presset ut, idet nevnte mottrykk medvirker til at kjernen ved kjøring på is eller snø har en konstant utkraging utom gummidekkets overflate, men som ved kjøring på hardere underlag som asfalt eller betong automatisk blir trykket inn i kapselen og forblir tilnærmet i ro der så lenge kjøretøyet er i bevegelse.

Nevnte forspente trykkfjær kan være konisk og det utvidete partiet i kapselens nedre ende kan også konisk, hvorpå det kan være festet en bunnplatering.

Kjernen kan ha en konkav form i toppen.

Flensen på kjernen kan ha flere spalteåpninger.

Videre kan en pakning være anordnet mot flensen, innrettet til å frembringe nevnte mottrykk, idet mottrykket frembringes i hulrommet. Pakningen kan være en elastisk lamellpakning som er fastmontert i et spor i kjernen helt ned ved flensen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av de vedlagte figurer, hvori:

Fig. 1 viser en pigg i ubelastet posisjon i et nytt piggdekk A1.

Fig. 2 viser det samme som fig. 1, idet piggspissen blir presset inn forbi dekkgummiens overflate A1. Fig. 3 viser samme som fig. 1 etter at gummiflaten er slitt ned til et lavere nivå A2. Fig. 4 viser samme som fig. 3 når piggspissen er presset helt inn forbi gummioverflaten A2.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av piggspissens flens med spalteåpninger.

Fig. 6 viser en piggspiss idet den støter mot et underlag av is B på et underliggende asfalt- eller betongdekke C. Pilen angir hjulets dreieretning. Fig. 7 viser piggens posisjon i et piggdekk A som enten står i ro eller er i bevegelse på et underlag av is eller snø B. Fig. 8 viser samme som fig. 7 idet kjøretøyet starter på et underlag C av asfalt eller betong. Pilen angir hjulets dreieretning. Fig. 9 viser samme som fig. 7 for et piggdekk A som er i bevegelse på et underlag C av asfalt eller betong. Fig. 10 viser samme som fig. 7 for et piggdekk A som står i ro på et underlag C av asfalt eller betong.

Fig. 11 viser piggen ifølge oppfinnelsen.

Piggen ifølge oppfinnelsen har en spiss 3 som vil gi etter for en kraft tilsvarende forspenningen i den koniske trykkfjæren 4. Denne kraften kan eksempelvis være ca. 15 N. I det øyeblikk piggen støter mot et underlag av is (se illustrasjon i fig. 6), vil spisshodets konkave form 3A gjøre at penetrasjonstrykket vil bli minst 2-3 ganger høyere enn den maksimale trykkfastheten for is. Dette vil medføre umiddelbar knusing av islaget under og i nærheten av piggspissen 3, slik at isen taper sin trykkfasthet, og piggspissen 3 vil da presses helt ned i islaget nesten uten ytterligere motstand. Dersom underlaget er snø vil piggspissen 3 heller ikke møte nevneverdig motstand, men, når den støter mot en hard partikkel i et asfaltdekke, vil den bli presset inn i kapselen 1 med en kraft som er minst 10-15 ganger større enn den utadrettede fjærkraften fra den forspente trykkfjæren 4.

Når spissen 3 blir presset inn i kapselen 1, vil en del av luftmengden i hulrommet 7 bli presset gjennom spalteåpningene 3C i flensen 3B til hulrommet 6 som dannes på andre siden av flensen 3B. I det øyeblikk spissen 3 forlater asfalten, vil fjærkraften presse spissen 3 ut igjen, men - som følge av en elastisk lamellpakning 5 som er festet til spissen 3 helt inn mot flensen 3B - vil den luftmengden som er kommet inn i hulrommet 6 ikke bli presset tilbake igjen, men i stedet danne et mottrykk som hindrer spissen 3 å bli presset helt ut til ytterstilling (fig. 1) og neste gang spissen 3 støter mot asfalten, vil den trykkes inn igjen. Denne "sykkelpumpe"-effekten med-fører at lufttrykket i hulrommet 6 til slutt blir støtte enn den utadrettede fjærkraften. Det vil bare ta noen få inn-/utbevegelser av spissen 3 før dette skjer.

Ved kjøring på asfalt med en hastighet på eksempelvis 20 km/t vil hver pigg bli "slått" mot underlaget 2-3 ganger i sekundet og det vil derfor ta bare få sekunder fra kjøretøyet starter til alle piggene er kommet i konstant innerstilling som vist i fig. 2, fig. 4 og fig. 9.

Kapselen 1 på piggen ifølge oppfinnelsen kan eksempelvis lages av teflon, et plast-materiale som har en selvsmørende effekt og minimal friksjon mot stål. Åpningen for spissen 3 i toppen av kapselen 1 skal tilpasses slik at det etableres en permanent trykk-/presskraft som sikrer en kompakt, lufttett og tilnærmet friksjonsfri forbindelse mellom disse to deler. Den elastiske lamellpakningen 5 skal derimot ikke være tettsluttende, men tilpasses slik at den slipper igjennom luftmengden i luftrommet 6 tilbake til hulrommet 7 i løpet av en viss tid - eksempelvis 30 sekunder - når trykk-fjæra 4 presser spissen 3 utover når denne er i ubelastet tilstand.

Ved kjøring på is eller snø vil alle piggene hele tiden ha en konstant lengde eller utkraging utover dekkgummiens overfalte A1 og A2 som vist i fig. 1, 3 og fig. 7. Det samme gjelder også når kjøretøyet står i ro på dette underlaget samt for alle de pigger som er ubelastet når kjøretøyet står i ro på et hardere underlag som asfalt eller betong (fig. 10).

Ved kjøring på asfalt eller betong vil alle piggene hele tiden ligge innenfor dekkgummiens overfalte A1 og A2 som vist i fig. 2, fig. 4 og fig. 9, men når kjøretøyet stanser, vil de pigger som ikke er i kontakt med underlaget sakte komme "ut av dekket" til de i løpet av eksempelvis ca. 30 sekunder er kommet i ytterposisjon som vist i fig. 1, fig. 3 og fig. 10.

I et hjul som roterer vil alle deler, dvs. hele hjulets masse, påvirkes av en sentrifugalkraft eller dynamisk "slyngkraft". Denne slyngkraften øker proporsjonalt med kvadratet av hastigheten og er størst for de perifere deler av hjulet, altså i dette tilfelle for piggspissen 3. En spiss 3 av hardmetall og med en størrelse som angitt på de foreliggende tegninger vil ha en masse på ca. 1,0 g. Ved en hastighet på 50 km/t vil denne massen på virkes av en utadrettet dynamisk slyngkraft på ca. 5 N. Ved 80 km/t vil denne kraften øke til ca. 15 N og ved 100 km/t til ca. 23 N. Denne slyngkraften vil, sammen med den innebygde forspenningskraften fra trykkfjæren 4, gi piggspissen 3 enda større penetrasjonseffekt på et underlag av hard is eller snø. Denne økte penetrasjonseffekten vil gjøre seg spesielt gjeldende ved store hastigheter, dvs. når det virkelig kan bli behov for størst mulig skrensemotstand.

En annen fordelaktig egenskap med piggen ifølge oppfinnelsen er at piggspissens 3 tykkelse kan være mye større enn på dagens pigger uten at det går utover piggens evne til å trenge ned i et underlag på hard is eller snø. Årsaken til dette er den konkave form på spissens toppflate 3A som gjør at penetreringsevnen på is vil være minst like stor som for en piggspiss med bare halvparten så stor tykkelse. Piggspissen 3 kan eksempelvis utføres med en tykkelse på ca. 4,6 mm og dette vil gi over dobbel så stor skrensemotstand på is eller snø som dagens pigger som har en spiss med bare ca. 2 mm tykkelse.

Etter hvert som dekkgummien nedslites vil piggspissens 3 utstikk utover gummioverflaten A1 og A2 øke tilsvarende og dermed gi minst like stor skrensemotstand på is eller snø som på et nytt piggdekk. Hvis en forutsetter at piggen, når den innsettes i et nytt piggdekk, har en monteringsdybde på eksempelvis ca. 12 mm, vil spissens 3 utstikk være ca. 1, 5 mm. Etter at gummiflaten er slitt bort til et nivå A2 som vist i fig. 3, vil piggspissens 3 utstikk være ca. dobbelt så stort. Som det fremgår av fig. 4 vil gummiflaten A2 sammen med overflaten av kapselen 1 kunne nedslites enda en del før piggen mister sin effekt.

Claims (5)

1. Pigg for gummidekk til kjøretøy, omfattende en sylinderformet kapsel (1) hvori der er montert en fjærbelastet, bevegelig kjerne (3) som har en flens (3B) i en nedre ende som støter an mot en motsvarende kant (1B) innvendig i kapselen (1) når kjernen (3) blir presset utover i kapselen (1) av en forspent trykkfjær (4) som ligger inne i et hulrom (7) i kapselens (1) nedre parti (1 A),karakterisert vedat flensen (3B) er utstyrt med minst en spalteåpning (3C) innrettet til å slippe gjennom luft fra hulrommet (7) og til et hulrom (6) som dannes på andre siden av flensen (3B) når kjernen (3) blir presset inn i kapselen (1), og at det i kapselen (1) blir dannet et mottrykk som virker mot trykkfjærens (4) kraft og som er innrettet til å frembringe en treghet mot at kjernen (3) blir presset ut, idet nevnte mottrykk medvirker til at kjernen (3) ved kjøring på is eller snø har en konstant utkraging utom gummidekkets overflate (A), men som ved kjøring på hardere underlag som asfalt eller betong automatisk blir trykket inn i kapselen (1) og forblir tilnærmet i ro der så lenge kjøretøyet er i bevegelse.

2. Pigg i samsvar med krav 1,karakterisert vedat nevnte forspente trykkfjær (4) er konisk og det utvidete partiet (1A) i kapselens (1) nedre ende også er konisk, hvorpå der er festet en bunnplatering (2).

3. Pigg i samsvar med krav 1,karakterisert vedat kjernen (3) har en konkav form i topp (3A).

4. Pigg i samsvar med krav 1,karakterisert vedat flensen (3B) på kjernen (3) har flere spalteåpninger (3C).

5. Pigg i samsvar krav 1,karakterisert vedat en pakning (5) er anordnet mot flensen (3B), innrettet til å frembringe nevnte mottrykk, idet mottrykket frembringes i hulrommet (6).