BR102016028597A2

BR102016028597A2 - Non-pneumatic tire

Info

Publication number: BR102016028597A2
Application number: BR102016028597-6A
Authority: BR
Inventors: Brian Siegel Addison
Original assignee: The Goodyear Tire & Rubber Company
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2017-07-18
Also published as: CN107053955A; EP3178664A1; KR20170067148A; US20170157983A1; JP2017105450A; US10040314B2

Abstract

um pneu com suporte estrutural inclui uma porção de banda de rodagem anelar de contato com o pavimento; uma banda de reforço, e um disco de raios conectado ligado à banda de reforço. o disco de raios conectado tem dois ou mais raios circunferenciais unidos entre si por uma rede de ligação, em que o coeficiente de elasticidade do disco de raios conectado é superior ao coeficiente de elasticidade da banda de reforço.

Description

“PNEU NÃO- PNEUMÁTICO” CAMPO DE INVENÇÃO

[001 ]A presente invenção refere-se, em geral, aos pneus e pneus não- pneumáticos de veículos, e mais particularmente, a um pneu não- pneumático.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O pneu pneumático tem sido a solução de escolha para a mobilidade de veículos por mais de um século. O pneu pneumático é uma estrutura de tração. O pneu pneumático tem, pelo menos, quatro características que tornam o pneu pneumático tão dominante atualmente. Os pneus pneumáticos são eficientes no transporte de cargas, pois toda a estrutura do pneu está envolvida no transporte da carga. Os pneus pneumáticos também são desejáveis porque possuem baixa pressão de contato, resultando em menor desgaste em estradas devido à distribuição da carga do veículo. Os pneus pneumáticos também têm baixa rigidez, o que garante uma viagem confortável em um veículo. A principal desvantagem de um pneu pneumático é que ele requer fluido comprimido. Um pneu pneumático convencional torna-se inútil depois de uma perda total da pressão de ar.

[003] Um pneu projetado para operar sem pressão de ar pode eliminar muitos dos problemas e comprometimentos associados a um pneu pneumático. Nem a manutenção da pressão nem o monitoramento da pressão são necessários. Os pneus com suporte estrutural, tais como os pneus sólidos ou outras estruturas elastoméricas, não forneceram, até o momento, níveis de desempenho requeridos de um pneu pneumático convencional. Uma solução para pneu com suporte estrutural que ofereça um desempenho do tipo pneu pneumático, seria uma melhoria desejada.

[004] Os pneus não pneumáticos são normalmente definidos por sua eficiência de transporte de carga. “Carregadores inferiores” são essencialmente estruturas rígidas que transportam a maior parte da carga na porção da estrutura abaixo do cubo. “Carregadores superiores” são projetados de modo que toda a estrutura esteja envolvida no transporte da carga. Carregadores superiores têm, portanto, uma eficiência de transporte de carga maior do que os carregadores de fundo, permitindo um design que tem menos massa.

[005] Assim, um pneu não- pneumático melhorado que possua todas as características dos pneus pneumáticos, sem a desvantagem da necessidade da insuflação de ar, é desejado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] A presente invenção será mais bem compreendida através da referência à seguinte descrição e aos desenhos anexos, nos quais: A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de uma primeira concretização de um pneu não- pneumático da presente invenção; A FIG. 2 é uma vista frontal de um disco de raios da presente invenção; A FIG. 3 é uma vista em corte transversal do disco de raios conectado da Figura 1 na direção 3-3; A FIG. 4 é uma vista em perspectiva em corte transversal de apenas o disco de raios da Figura 2; A FIG. 5 é uma vista em corte transversal do pneu não pneumático da Figura 1; A FIG.6 é uma vista em corte transversal do pneu não pneumático da Figura 1 mostrada sob carga; A FIG. 7 é uma concretização alternativa de um raio da presente invenção; A FIG. 8 é uma concretização alternativa de um raio da presente invenção; A FIG. 9a ilustra um teste de coeficiente de compressão para uma banda de reforço ou disco de raio, enquanto a FIG. 9b ilustra o coeficiente de elasticidade k determinado a partir da inclinação da curva de força x deslocamento. A FIG. 10a ilustra um teste de coeficiente de elasticidade para o pneu, enquanto que a FIG. 10b ilustra o coeficiente de elasticidade k determinado a partir da inclinação da curva de força x deslocamento.

DEFINIÇÕES

[007] Os seguintes termos são definidos a seguir para esta descrição.

[008] “Plano Equatorial” significa um plano perpendicular ao eixo de rotação do pneu que passa através da linha central do pneu.

[009] “Plano Meridional” significa um plano paralelo ao eixo de rotação do pneu e que se estende radialmente para fora do referido eixo.

[010] “Histerese” significa a tangente de perda dinâmica medida a 10 por cento de deformação de cisalhamento e a 25 °C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[011] 0 pneu não- pneumático 100 da presente invenção é mostrado na Figura 1. O pneu da presente invenção inclui uma banda de rodagem de contato com o pavimento radialmente externa 200, uma banda de reforço/cisalhamento 300, e um disco de raios 400. O pneu não- pneumático da presente invenção é concebido para ser uma estrutura de carregamento superior, de modo que a banda de reforço 300 e o disco de raios conectado 400 transportem a carga de forma eficiente. A banda de reforço 300 e o disco de raios conectado 400 são projetados de modo que a rigidez da banda de reforço esteja diretamente relacionada com o coeficiente de elasticidade do pneu. O disco de raios é projetado para ser uma estrutura rígida que encurva ou deforme no footprint (área de contato ou pegada) do pneu e não comprima ou transporte uma carga de compressão. Isto permite ao resto dos raios a capacidade de transportar a carga não na área da pegada. Uma vez que existem mais raios fora do footprint, a carga por raios seria pequena, permitindo que os raios menores transportem a carga do pneu, resultando em uma estrutura de carga muito eficiente. Nem todos os raios serão capazes de apertar elasticamente e irão reter uma parte da carga em compressão no footprint. É desejável minimizar essa carga pela razão acima, e permitir que a banda de reforço dobre ao passar pelos obstáculos da estrada. A distribuição de carga aproximada é tal que cerca de 90-100% da carga é transportada pela banda de reforço e os raios superiores, de modo que os raios inferiores realizar praticamente zero da carga, e de preferência, inferior a 10%.

[012] A porção de piso 200 pode não ter ranhuras ou pode ter uma pluralidade de ranhuras orientadas longitudinalmente formando sulcos da banda de rodagem essencialmente longitudinais, entre as mesmas. As nervuras podem ser ainda divididas transversalmente ou longitudinalmente para formar um padrão de banda de rodagem adaptado aos requisitos de utilização da aplicação de veículo particular. As ranhuras podem ter qualquer profundidade consistente com o uso pretendido do pneu. A banda de rodagem do pneu 200 pode incluir elementos, tais como nervuras, saliências, blocos, ranhuras, e as lamelas como desejado para melhorar o desempenho do pneu em várias condições.

BANDA DE REFORÇO

[013] A banda de reforço 300 é, de preferência, anelar, e é mostrada na Figura 5. A banda de reforço 300 está localizada radialmente no interior da banda de rodagem do pneu 200. A banda de reforço 300 inclui uma primeira e segunda camada de elas-tômero reforçada 310, 320. Em uma primeira concretização de uma banda de reforço 300, a banda de reforço é composta por duas camadas de reforço inextensíveis 310, 320 dispostas em paralelo, e separadas por uma matriz de reforço 330 de elastômero. Cada camada não extensível 310, 320 pode ser formada por cordões de reforço inextensíveis paralelos 311, 321 incorporados em um revestimento elastomérico. Os cabos de reforço 311,321 podem ser de aço, aramida, nylon, poliéster ou qualquer outra estrutura não extensível. A banda de reforço 300 pode incluir ainda, opcionalmente, uma terceira camada de elastômero reforçado 340 localizado entre as primeira e segunda camadas de elastômero reforçado 310, 320.

[014] Na primeira camada de elastômero reforçado 310, os cabos de reforço 311 estão orientados a um ângulo Φ na faixa de 0 até cerca de +/-10 graus em relação ao plano equatorial do pneu. Na segunda camada de elastômero reforçado 320, os cabos de reforço 321 estão orientados a um ângulo φ na faixa de 0 a cerca de +/-10 graus em relação ao plano equatorial do pneu. De preferência, o ângulo Φ da primeira camada está na direção oposta à do ângulo φ dos cabos de reforço na segunda camada. Isto é, um ângulo + Φ na primeira camada elastomérica reforçada e um ângulo - φ na segunda camada elastomérica reforçada.

[015] A matriz de reforço 330 possui uma espessura radial na faixa de cerca de 0,10 polegadas a cerca de 0,2 polegadas, mais preferencialmente, cerca de 0,15 polegadas. A matriz de reforço é preferencialmente formada por um material elastomérico possuindo um módulo de cisalhamento (ou módulo de rigidez ou de torção) Gm na faixa de 2,5 a 40 MPa, e mais preferivelmente, na faixa de 20 a 40 MPa.

[016] A banda de reforço tem uma rigidez ao cisalhamento GA. A rigidez ao cisalhamento GA pode ser determinada medindo-se a deflexão de uma amostra teste representativa obtida a partir da banda de reforço. A superfície superior da amostra teste é submetida a uma força lateral F, conforme mostrado abaixo. A rigidez de cisa-Ihamento GA é então calculada a partir da seguinte equação: GA = F * U X

[017] A banda de reforço tem uma rigidez à flexão El. A rigidez à flexão El pode ser determinada a partir de equipamentos mecânicos com haste utilizando o teste de flexão em três pontos submetido a uma amostra teste representativa da banda de reforço. Representa o caso de uma haste repousando em dois suportes de cilindros e submetida a uma carga concentrada aplicada no meio da haste. A rigidez à flexão El é determinada a partir da seguinte equação: El = PL3/ 48* ΔΧ, onde P é a carga, L é o comprimento da haste, e ΔΧ é a deflexão.

[018] É desejável maximizar a rigidez à flexão da banda de reforço El e minimizar a rigidez da banda de reforço GA. A razão aceitável de GA/EI seria entre 0,01 e 20, com uma faixa preferida entre 0,01 e 5. EA é a rigidez extensível da banda de reforço, e que é determinada experimentalmente através da aplicação de uma força de tração e da medição da variação de comprimento. A proporção entre EA e El da banda de reforço é aceitável dentro da faixa de 0,02 a 100 com uma faixa preferida de 1 a 50.

[019] A banda de reforço 300 tem um coeficiente de elasticidade k que pode ser determinado experimentalmente ao exercer uma força descendente sobre uma placa horizontal na parte superior da banda de reforço e ao medir a quantidade de deflexão, tal como mostrado na Figura 9a. O coeficiente de elasticidade k é determinado a partir da inclinação da curva força versus deflexão, tal como mostrado na Figura 9b.

[020]A invenção não está limitada à estrutura de banda de reforço descrita aqui, e pode compreender qualquer estrutura que tenha uma GA/EI na faixa de 0,01 a 20, ou uma proporção de EA/EI na faixa de 0,02 a 100, ou um coeficiente de elasticidade na faixa de 20 a 2000, bem como quaisquer combinações das mesmas. Preferencialmente, a banda de reforço tem uma razão GA/EI de 0,01 a 5, ou uma razão EA/EI de 1 a 50, ou um coeficiente de elasticidade de 170 libras/polegada, e quaisquer subcombinações dos mesmos. A banda de rodagem do pneu é, preferencialmente, envolta sobre a banda de reforço e é, preferencialmente, moldada integralmente à banda de reforço.

DISCO DE RAIOS CONECTADO

[021 ]0 pneu não- pneumático da presente invenção inclui ainda um disco de raios conectado 400, tal como mostrado nas Figuras 1, 9 e 10. O disco de raios conectado 400 funciona no transporte da carga transmitida a partir da camada de reforço. O disco de raios conectado recebe a carga principalmente na tensão e cisalhamento, e não recebe a carga na compressão. Como mostrado na Figura 4, o disco de raios conectado 400 é anelar e tem uma borda radial externa 406 e uma borda radial interna 403 para a recepção de um anel de reforço rígido ou metal 405 para formar um cubo. O disco de raios conectado 400 tem uma espessura axial Aw que possui, de preferência, a mesma largura que o pneu não- pneumático. Cada disco de raios 400 tem dois ou mais raios circunferenciais 412. Os raios circunferenciais 412 estão unidos no seu raio exterior por uma rede de ligação superior 414. Os raios circunferenciais 412 são unidos em seu raio interno por uma rede de ligação inferior 416. Cada raio circunfe-rencial 412 tem uma espessura axial t substancialmente inferior à espessura axial AW do pneu não- pneumático. A espessura axial t é descrita detalhadamente abaixo.

[022] Então, o disco de raios conectado 400 tem um coeficiente de elasticidade SR que pode ser determinado experimentalmente através da medição da deflexão sob uma carga conhecida, como mostrado na Figura 9a. Um método para determinar o coeficiente de elasticidade k do disco de raios é montar o disco sw raios a um cubo, e anexando o anel exterior do disco de raios a um suporte de ensaio rígido. Uma força descendente é aplicada ao cubo, e o deslocamento do cubo é gravado. O coeficiente de elasticidade k é determinado a partir da inclinação da curva força versus deflexão, tal como mostrado na Figura 9b. É preferível que o coeficiente de elasticidade do disco de raios conectado seja maior do que o coeficiente de elasticidade da banda de reforço. É preferível que o coeficiente de elasticidade do disco de raios conectado esteja na faixa de 4 a 12 vezes maior do que a o coeficiente de elasticidade da banda de reforço, e mais preferivelmente na faixa de 6 a 10 vezes maior do que o coeficiente de elasticidade da banda de reforço. O coeficiente de elasticidade do pneu não- pneumático pode ser ajustada pelo aumento do número de aletas circunferenciais do disco de raio. Alternativamente, o coeficiente de elasticidade de cada disco de raios pode ser diferente por meio da variação da geometria do disco de raios ou da alteração do material.

RAIOS

[023] Conforme mostrado na Figura 2, cada raio circunferencial 412 possui elementos radiais 410, que se estendem na direção radial.

[024] Cada raio circunferencial é concebido para se projetar ou deformar em uma direção axial, de modo que cada raio circunferencial deforme ou incline de modo axial, conforme mostrado na Figura 5, quando o pneu não- pneumático está sob carga. Cada disco de raios pode ser orientado de modo que os raios circunferenciais de um lado do disco se deformem em uma primeira direção, enquanto os discos de raio no lado oposto do disco se deformam ou inclinam na direção oposta, conforme mostrado na Figura 6. Em alternativa, todos os raios circunferenciais podem ser orientados de modo que cada raio circunferencial se incline axialmente para fora na mesma direção. Quando o pneu não- pneumático sofre carga, cada raio circunferencial irá deformar-se ou inclinar-se axialmente quando atravessa a área de contato com substancialmente nenhuma resistência à compressão, fornecendo força de compressão zero ou insignificante ao mancai de carga. A carga predominante do disco de raios conectado é através de tensão e cisalhamento, e não de compressão.

[025]Conforme mostrado na Figura 2, os elementos radiais 410 de cada raio circunferencial tem uma seção transversal retangular, mas não estão limitados a uma seção transversal retangular, e pode ser redonda, quadrada, elíptica, etc. De preferência, a geometria transversal do elemento radial 410 é selecionada pela curva longitudinal, e, de preferência, tem uma razão entre largura de raio W e espessura axial do raio, W/T, na faixa de cerca de 15 a cerca de 80, e mais preferivelmente, na faixa de cerca de 30 a cerca de 60 e, mais preferivelmente, na faixa de cerca de 45 a cerca de 55. Um único aspecto do desenho de raio retangular preferido é a capacidade de os raios de transportar uma carga de cisalhamento, o que permite que a rigidez da mola seja distribuída entre os raios em tensão e na carga de cisalhamento. Esta capacidade geométrica de proporcionar rigidez ao cisalhamento está na razão entre a espessura de raios T e a altura H radial do raio. A razão preferida de H/T está na faixa de cerca de 2,5 e 25 (cerca de significa +/-10%) e mais preferivelmente, na faixa de cerca de 10 a 20 (cerca de significa +/-10%), e prioritariamente, na faixa de 12 a 17.

[026] Os raios exteriores circunferenciais 410 estão inclinados, de preferência, no plano radial a um ângulo alfa, conforme mostrado na Figura 3. O ângulo alfa está, de preferência, na faixa de 60 a 88 graus, e mais preferivelmente, na faixa de 70 a 85 graus. Além disso, a extremidade radialmente externa 415 está separada axialmente a partir da extremidade radialmente interna 413 do raio 410 para facilitar que os raios se curvem ou deformem na direção axial. Alternativamente, os raios 412 podem ser curvados, como mostrado.

[027] A figura 7 é uma concretização alternativa do disco de raios conectado 700. O disco de raios é anelar, e principalmente sólido, com uma pluralidade de furos 702. Os furos podem ser dispostos em filas orientadas numa direção radial.

[028] A Figura 8 é uma concretização alternativa do disco de raios conectado 800. O disco de raios conectado é anelar e sólido, sem furos. A seção transversal do disco de raios conectado 700, 800 é a mesma que a da Figura 3. O disco de raios conectado 700, 800 tem a mesma espessura, largura axial conforme mostrado na Figura 3.

[029] O disco de raios conectado é formado, de preferência, de um material elástico, mais preferencialmente, de um elastômero termoplástico. O material dos discos de raio conectado é selecionado com base em uma ou mais das seguintes propriedades de material. O módulo de elasticidade (Young) do material de disco está, de preferência, na faixa de 45 MPa a 650 MPa, e mais preferivelmente, na faixa de 85 MPa a 300 MPa, usando o método de ensaio padrão ISO 527-1/-2. A temperatura de transição vítrea é inferior a -25 graus Celsius, e mais preferivelmente, inferior a -35 graus Celsius. O limite elástico na fratura é superior a 30%, e mais preferencialmente, superior a 40%. O alongamento na fratura é superior ou igual ao limite elástico, e mais preferivelmente, superior a 200%. A temperatura de deflexão térmica é superior a 40 graus Celsius sob 0,45 MPa, e mais preferivelmente, superior a 50 graus Celsius sob 0,45 MPa. Nenhum resultado de fratura para o teste Izod e Charpy com entalhe a 23 graus Celsius usando o método de ensaio ISO 179/ ISO180. Dois materiais adequados para o disco estão disponíveis comercialmente pela DSM Products e vendido sob o nome comercial Arnitel PM 420 e Arnitel PI461.

[030]Os requerentes entendem que muitas outras variações são evidentes para um técnico no assunto a partir de uma leitura do relatório descritivo acima. Estas variações e outras variações estão dentro do espírito e escopo da presente invenção, tal como definido pelas seguintes reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Pneu não- pneumático com suporte estrutural, CARACTERIZADO por: uma porção de banda de rodagem anelar de contato com o pavimento; uma banda de reforço; um disco de raios conectado ligado à banda de reforço, em que o disco de raios conectado tem dois ou mais raios circunferenciais unidos entre si por uma rede de ligação, em que o coeficiente de elasticidade do disco de raios conectado é superior ao coeficiente de elasticidade da banda de reforço.

2. Pneu não- pneumático com suporte estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o raio tem uma espessura axial inferior à espessura axial do disco de raio.

3. Pneu não- pneumático com suporte estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura axial do raio é inferior à largura do raio.

4. Pneu não- pneumático com suporte estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os raios circunferenciais têm a mesma constante de mola.

5. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido raio circunferencial conectado é um disco anelar sólido sem furos.

6. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido raio circunferencial conectado é um disco anelar sólido tendo um ou mais furos.

7. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido raio circunferencial conectado tem uma pluralidade de furos dispostos em fileiras orientadas radialmente.

8. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido raio circunferencial conectado tem uma pluralidade de raios orientados radialmente.

9. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os raios estão inclinados a um ângulo alfa em relação à direção axial na faixa de 60 a 80 graus.

10. Pneu não- pneumático, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão W/t entre a largura W de cada raio e a espessura axial T está na faixa de 15 a 80.