BR112021003424B1

BR112021003424B1 - Armadura de guarnecimento de um pneumático para veículo pesado de tipo de engenharia civil

Info

Publication number: BR112021003424B1
Application number: BR112021003424-2A
Authority: BR
Inventors: Elodie Le Chenadec; Cédric Khayat
Original assignee: Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2023-10-10
Also published as: BR112021003424A2; US20220032689A1; EP3849825B1; WO2020053071A1; EP3849825A1

Abstract

armadura de guarnecimento de um pneumático para veículo pesado de tipo de engenharia civil. a invenção visa melhorar a resistência de um pneumático para veículo pesado de engenharia civil e tem como objeto sua armadura de guarnecimento. de acordo com a invenção, a armadura de guarnecimento (70) compreende uma primeira camada de guarnecimento (71) axialmente contínua e uma segunda camada de guarnecimento (72) axialmente descontínua, a primeira camada de guarnecimento (71) tem uma largura axial lf1 pelo menos igual a 25 % e no máximo igual a 75 % da largura axial lt da armadura de trabalho (60), a segunda camada de guarnecimento (72) descontínua é constituída por duas tiras de guarnecimento (721, 722) simétricas em relação a um plano equatorial (xz) do pneumático, cada tira de guarnecimento (721, 722) se estende axialmente a partir de uma extremidade axialmente interior (i721, i722) até uma extremidade axialmente exterior (e721, e722) em uma largura axial lf2 que é pelo menos igual a 10 % e no máximo igual a 35 % da largura axial lf1 da primeira camada de guarnecimento (71), e a tensão repartida em ruptura tr de cada tira de guarnecimento (721, 722), definida como o produto do número d de reforços por mm pela força em ruptura fr de cada reforço expressa em dan, sendo pelo menos igual a 100 dan/mm.

Description

[0001] A presente invenção tem como objeto um pneumático radial, destinado a equipar um veículo pesado de tipo de engenharia civil, e se refere mais especialmente à armadura de topo de um tal pneumático.

[0002] Tipicamente um pneumático radial para veículo pesado de tipo de engenharia civil, no sentido da norma da European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, é destinado a ser montado em um aro do qual o diâmetro é pelo menos igual a 63,5 cm (25 polegadas). Ainda que não limitada a esse tipo de aplicação, a invenção é descrita para um pneumático radial de grande dimensão, destinado a ser montado em um caminhão basculante, veículo de transporte de materiais extraídos de pedreiras ou de minas de superfície, por intermédio de um aro do qual o diâmetro é pelo menos igual a 124,46 cm (49 polegadas) e pode atingir 144,78 cm (57 polegadas), e mesmo 160,02 cm (63 polegadas).

[0003] Um pneumático tendo uma geometria de revolução em relação a um eixo de rotação, a geometria do pneumático é geralmente descrita em um plano meridiano que contém o eixo de rotação do pneumático. Para um plano meridiano dado, as direções radial, axial e circunferencial designam respectivamente as direções perpendicular ao eixo de rotação do pneumático, paralela ao eixo de rotação do pneumático e perpendicular ao plano meridiano. A direção circunferencial é tangente à circunferência do pneumático.

[0004] No que se segue, as expressões “radialmente interior”, respectivamente “radialmente exterior” significam “mais próximo”, respectivamente “mais afastado do eixo de rotação do pneumático”. Por “axialmente interior”, respectivamente “axialmente exterior”, são entendidos “mais próximo”, respectivamente “mais afastado do plano equatorial do pneumático”, o plano equatorial do pneumático sendo o plano que passa pelo meio da superfície de rodagem e que é perpendicular ao eixo de rotação.

[0005] De modo geral um pneumático compreende uma banda de rodagem, destinada a entrar em contato com um solo por intermédio de uma superfície de rodagem, da qual as duas extremidades axiais são ligadas por intermédio de dois flancos a dois talões que asseguram a ligação mecânica entre o pneumático e o aro sobre o qual ele é destinado a ser montado.

[0006] Um pneumático radial compreende por outro lado uma armadura de reforço, constituída por uma armadura de topo, radialmente interior à banda de rodagem, e por uma armadura de carcaça, radialmente interior à armadura de topo.

[0007] A armadura de carcaça de um pneumático radial para veículo pesado de tipo de engenharia civil compreende habitualmente pelo menos uma camada de carcaça que compreende reforços geralmente metálicos, revestidos por um material polimérico de tipo elastômero ou elastomérico, obtido chamado de mistura de revestimento. Uma camada de carcaça compreende uma parte principal, que liga os dois talões entre si e que é enrolada geralmente, em cada talão, do interior para o exterior do pneumático em torno de um elemento de reforço circunferencial na maior parte das vezes metálico chamado de cordonel, para formar um reviramento. Os reforços metálicos de uma camada de carcaça são substancialmente paralelos entre si e formam, com a direção circunferencial, um ângulo compreendido entre 85° e 95°.

[0008] A armadura de topo de um pneumático radial para veículo pesado de tipo de engenharia civil compreende uma superposição de camadas de topo que se estendem circunferencialmente, radialmente no exterior da armadura de carcaça. Cada camada de topo é constituída por reforços geralmente metálicos, paralelos entre si e revestidos por um material polimérico de tipo elastômero ou mistura de revestimento.

[0009] Dentre as camadas de topo, são distinguidas usualmente as camadas de proteção, constitutivas da armadura de proteção e que estão radialmente mais no exterior, e as camadas de trabalho, constitutivas da armadura de trabalho e que estão radialmente compreendidas entre a armadura de proteção e a armadura de carcaça.

[0010] A armadura de proteção, que compreende pelo menos uma camada de proteção, protege essencialmente as camadas de trabalho das agressões mecânicas ou físico-químicas, suscetíveis de se propagarem através da banda de rodagem radialmente na direção do interior do pneumático

[0011] A armadura de proteção compreende com frequência duas camadas de proteção, radialmente superpostas, formadas por reforços metálicos elásticos, paralelos entre si em cada camada e cruzados de uma camada para a seguinte, formando assim, com a direção circunferencial, ângulos pelo menos iguais a 10°.

[0012] A armadura de trabalho, que compreende pelo menos duas camadas de trabalho, tem como função cingir o pneumático e conferir ao mesmo rigidez e resistência de estrada. Ela retoma ao mesmo tempo solicitações mecânicas de inflação, geradas pela pressão de inflação do pneumático e transmitidas pela armadura de carcaça, e solicitações mecânicas de rodagem, geradas pela rodagem do pneumático sobre um solo e transmitidas pela banda de rodagem. Ela deve por outro lado resistir à oxidação e aos choques e perfurações, graças a sua concepção intrínseca e a aquela da armadura de proteção.

[0013] A armadura de trabalho compreende usualmente duas camadas de trabalho, radialmente superpostas, formadas por reforços metálicos não extensíveis, paralelos entre si em cada camada e cruzados de uma camada para a seguinte, formando assim, com a direção circunferencial, ângulos no pelo menos iguais a 15° e máximo iguais a 60°, e, de preferência, pelo menos iguais a 15° e no máximo iguais a 45°.

[0014] Para diminuir as solicitações mecânicas de inflação transmitidas à armadura de trabalho, é conhecido dispor, radialmente no interior da armadura de trabalho e radialmente no exterior da armadura de carcaça, uma armadura de guarnecimento. A armadura de guarnecimento, da qual a função é a de retomar pelo menos em parte as solicitações mecânicas de inflação, melhora a resistência da armadura de topo por um enrijecimento da armadura de topo. A armadura de guarnecimento pode também ser radialmente posicionada entre duas camadas de trabalho da armadura de trabalho, ou radialmente no exterior da armadura de trabalho.

[0015] A armadura de guarnecimento compreende pelo menos uma camada de guarnecimento e usualmente duas camadas de guarnecimento, radialmente superpostas, formadas por reforços metálicos, paralelos entre si, e que formam, com a direção circunferencial, ângulo no máximo iguais a 2,5°, e, de preferência próximos de 0°.

[0016] No que diz respeito aos reforços metálicos, um reforço metálico é caracterizado mecanicamente por uma curva que representa a força de tração (em N), aplicada ao reforço metálico, em função de seu alongamento relativo (em %), dita curva força-alongamento. Dessa curva força-alongamento são deduzidas características mecânicas em tração do reforço metálico, tais como o alongamento estrutural As (em%), o alongamento total na ruptura At (em %), a força na ruptura Fm (carga máxima em N) e a resistência na ruptura Rm (em MPa), essas características sendo medidas de acordo com a norma ISO 6892 de 1984.

[0017] O alongamento total na ruptura At do reforço metálico é, por definição, a soma de seus alongamentos estrutural, elástico e plástico (At = As + Ae + Ap). O alongamento estrutural As resulta do posicionamento relativo dos fios metálicos constitutivos do reforço metálico sob um pequeno esforço de tração. O alongamento elástico Ae resulta da própria elasticidade do metal dos fios metálicos, que constituem o reforço metálico, tomados individualmente, o comportamento do metal de acordo com uma lei de Hooke. O alongamento plástico Ap resulta da plasticidade, quer dizer da deformação irreversível, acima do limite de elasticidade, do metal desses fios metálicos tomados individualmente. Esses diferentes alongamentos assim como seus significados respectivos, bem conhecidos pelo profissional, são descritos, por exemplo, nos documentos US5843583, WO2005/014925 e WO2007/090603.

[0018] É definido também, em qualquer ponto da curva força-alongamento de um reforço metálico, um módulo em extensão, expresso em GPa, que representa a inclinação da reta tangente à curva força-alongamento nesse ponto Em especial, é chamado de módulo elástico em extensão ou módulo de Young, o módulo em extensão da parte linear elástica da curva força-alongamento.

[0019] Dentre os reforços metálicos, são distinguidos usualmente os reforços metálicos elásticos, tais como aqueles utilizados nas camadas de proteção, e os reforços metálicos não extensíveis ou inextensíveis, tais como aqueles utilizados nas camadas de trabalho.

[0020] Um reforço metálico elástico é caracterizado por um alongamento estrutural As pelo menos igual a 1 % e um alongamento total em ruptura At pelo menos igual a 4 %. Por outro lado, um reforço metálico elástico tem um módulo elástico em extensão no máximo igual a 150 GPa, e compreendido usualmente entre 40 GPa e 150 GPa.

[0021] Um reforço metálico não extensível é caracterizado por um alongamento total At, sob uma força de tração igual a 10 % da força em ruptura Fm, no máximo igual a 0.2 %. Por outro lado, um reforço metálico não extensível tem um módulo elástico em extensão compreendido usualmente entre 150 GPa e 200 GPa.

[0022] Os reforços metálicos são revestidos com uma camada elastomérica. Para caracterizar a camada compósita, é usual descrever as propriedades mecânicas da mistura de revestimento.

[0023] Uma mistura elastomérica pode ser caracterizada mecanicamente, em especial depois de cozimento, por suas propriedades dinâmicas, tais como um módulo de cisalhamento dinâmico G* = (G’2 + G’’2)1/2, no qual G’ é o módulo de cisalhamento elástico e G’’ o módulo de cisalhamento viscoso, e uma perda dinâmica tgδ = G’’ / G’. O módulo de cisalhamento dinâmico G* e a perda dinâmica tgδ são medidos em um analisador de viscosidade de tipo Metravib VA4000, de acordo com a norma ASTM D 5992-96. É registrada a resposta de uma amostra de mistura elastomérica vulcanizada, que tem a forma de um corpo de prova cilíndrico com 4 mm de espessura e com 400 mm2 de seção, submetido a uma solicitação sinusoidal em cisalhamento simples alternado, na frequência de 10 Hz, com uma varredura em amplitude de deformação de 0,1 % a 50 % (ciclo de ida), e depois de 50 % a 0,1 % (ciclo de volta), e a uma temperatura dada, por exemplo igual a 60°C. Essas propriedades dinâmicas são assim medidas para uma frequência igual a 10 Hz, uma deformação igual a 50 % da amplitude de deformação crista-crista e uma temperatura que pode ser igual a 60°C ou 100°C.

[0024] Uma mistura elastomérica pode também ser caracterizada por propriedades mecânicas estáticas. Os ensaios de tração permitem determinar as tensões de elasticidade e as propriedades na ruptura. Exceto indicação diferente, eles são efetuados de acordo com a norma francesa NF T 46-002 de setembro de 1988. São medidos em segunda elongação (i.e. depois de um ciclo de acomodação) os módulos secantes ditos “nominais” (ou tensões aparentes, em MPa) a 10 % de alongamento (anotados “MA10”) e 100 % de alongamento (“MA100”). Todas essas medições de tração são efetuadas nas condições normais de temperatura (23 ± 2°C) e higrometria (50 ± 5 % de umidade relativa), de acordo com a norma francesa NF T 40-101 (dezembro de 1979). São medidas também as tensões na ruptura (em MPa) e os alongamentos na ruptura (em %), a uma temperatura de 23°C.

[0025] O documento WO 2016139348 descreve uma arquitetura de pneumático para veículo pesado de engenharia civil tal como precedentemente descrita e que compreende uma armadura de guarnecimento formada por um enrolamento circunferencial de uma lona que compreende reforços metálicos elásticos circunferenciais que formam, com a direção circunferencial ângulos no máximo iguais a 2,5°, o dito enrolamento circunferencial da lona se estendendo a partir de uma primeira extremidade circunferencial até uma segunda extremidade circunferencial radialmente exterior à primeira extremidade circunferencial, de modo a formar um empilhamento radial exterior à primeira extremidade circunferencial, de modo a formar um empilhamento radial de pelo menos duas camadas de guarnecimento, a armadura de guarnecimento sendo radialmente posicionada entre as duas camadas de trabalho de uma armadura de trabalho.

[0026] Por ocasião da fabricação de um pneumático tal como descrito pelo documento WO 2016139348, a camada de guarnecimento é na realidade uma lona que compreende reforços metálicos elásticos, dita lona de reforços metálicos, é inicialmente estocada sobre um rolo. E depois ela é desenrolada e colocada por enrolamento circunferencial radialmente no exterior das camadas de pneumático já empilhadas radialmente. A lona de reforços metálicos é enrolada em pelo menos duas voltas de modo a realizar pelo menos duas camadas de guarnecimento radialmente superpostas, com uma decalagem circunferencial entre a extremidade de início do enrolamento a extremidade de fim do enrolamento de tal modo que, em uma distância circunferencial limitada, ou comprimento de recobrimento, a armadura de guarnecimento compreende três camadas de guarnecimento. O enrolamento é realizado de modo contínuo utilizando para isso uma única porção de lona de reforços metálicos. Assim a armadura de guarnecimento não contém nenhuma descontinuidade. Resulta daí que pode subsistir uma porção de lona de reforços metálicos, sobre o rolo de estocagem inicial, inutilizável uma vez que ela não tem um comprimento suficiente para a realização da armadura de guarnecimento em ums só peça. Essa porção residual de lona de reforços metálicos, inutilizável em fabricação por causa de comprimento insuficiente, é também chamada de apara de lona. A existência de tais aparas de lonas, que acarreta uma perda de matéria, prejudica o custo de fabricação do pneumático.

[0027] Uma solução alternativa para evitar a perda de matéria ligada ao recobrimento das extremidades das lonas ou às aparas, é realizar ums soldadura dita ponta com ponta. A conexão dessas aparas é feita aproximando para isso as extremidades das duas porções a conectar. O espaço entre essas duas extremidades é uma descontinuidade que é preenchida com uma mistura elastomérica de ligação que solidariza por soldadura as duas porções de lona de reforços metálicos. É falado aqui de soldadura ponta com ponta no sentido que não há recobrimento entre as duas porções de lona.

[0028] Na realidade, seja o recobrimento das extremidades de camadas de guarnecimento, ou a soldadura ponta com ponta, essas soluções são nefastas para a uniformidade do pneumático. As duas soluções estão na origem de sobre-espessuras locais que degradam o funcionamento do pneumático pelo aparecimento de ressaltos por ocasião da rodagem do pneumático. O custo de fabricação é também impactado negativamente pela perda de matéria ocasionada.

[0029] As sobre-espessuras dos produtos têm também impactos negativos sobre a resistência do pneumático pelo aumento da temperatura de funcionamento.

[0030] Os inventores se deram como objetivo melhorar a resistência do pneumático otimizando para isso a armadura de guarnecimento para diminuir a massa e portanto para baixar sua temperatura de funcionamento.

[0031] Esse objetivo foi atingido por um pneumático para veículo pesado de tipo de engenharia civil que compreende: - uma armadura de topo radialmente interior a uma banda de rodagem, e radialmente exterior a uma armadura de carcaça; - a armadura de topo compreendendo uma armadura de proteção, uma armadura de trabalho, e uma armadura de guarnecimento; - a armadura de proteção que é a mais radialmente exterior dentro da armadura de topo compreendendo pelo menos uma camada de proteção que contém reforços metálicos que formam, com a direção circunferencial tangente à circunferência do pneumático, um ângulo pelo menos igual a 10°; - a armadura de trabalho compreendendo pelo menos duas camadas de trabalho que contêm cada uma delas reforços metálicos que formam, com uma direção circunferencial do pneumático, um ângulo pelo menos igual a 15° e no máximo igual a 45° e que são cruzados de uma camada de trabalho para a seguinte; - a dita armadura de trabalho tendo uma largura axial LT igual à largura axial da camada de trabalho que é a mais larga; - a armadura de guarnecimento compreendendo pelo menos duas camadas de guarnecimento radialmente superpostas, que compreendem cada uma delas reforços metálicos que formam com a direção circunferencial um ângulo no máximo igual a 2,5°, e que são revestidos com uma mistura elastomérica; - a dita armadura de guarnecimento compreendendo uma primeira camada de guarnecimento axialmente contínua e uma segunda camada de guarnecimento axialmente descontínua; - a primeira camada de guarnecimento tendo uma largura axial LF1 pelo menos igual a 25 % e no máximo igual a 75 % da largura axial LT da armadura de trabalho; - a segunda camada de guarnecimento descontínua sendo constituída por duas tiras de guarnecimento simétricas em relação a um plano equatorial do pneumático que passa pelo meio da banda de rodagem e que é perpendicular ao eixo de rotação do dito pneumático; - cada tira de guarnecimento se estendendo axialmente a partir de uma extremidade axialmente interior até uma extremidade axialmente exterior em uma largura axial LF2 pelo menos igual a 10 % e no máximo igual a 35 % da largura axial LF1 da primeira camada de guarnecimento; - a tensão repartida em ruptura TR de cada tira de guarnecimento, definida como o produto do número D de reforços por mm pela força em ruptura FR de cada reforço expressa em daN, sendo pelo menos igual a 100 daN/mm.

[0032] A ideia principal da invenção é a de ter um guarnecimento otimizado que, ao mesmo tempo em que responde às funções mecânicas esperadas, não degrada o custo econômico de fabricação do pneumático.

[0033] O guarnecimento deve permitir que o pneumático: - amorteça os choques e reduza a profundidade dos cortes da banda de rodagem quando o pneumático roda sobre grandes pedras; - substitua as soluções de arquitetura do estado da arte, tais como descritas, por exemplo, nos documentos WO 2014048897, e WO 2014095957, nos quais o topo é reforçado com camadas estreitas que compreendem reforços que formam ângulos compreendidos entre 6° e 12°, em relação à direção circunferencial. Por camadas estreitas de guarnecimento, são entendidas camadas das quais a largura axial é inferior a 0.6 vez a largura da camada de trabalho que é a mais radialmente interna. A substituição das camadas cruzadas dessas soluções clássicas por camadas de guarnecimento permite eliminar os cisalhamentos no plano meridiano que separa em duas essas camadas cruzadas quando pneumático está em rodagem sob cargas muito grandes. - melhore a resistência do bloco de topo aumentando para isso os ângulos que os reforços das camadas de trabalho formam com a direção circunferencial. - reduza o custo de matéria dos pneumáticos em relação a soluções sem guarnecimento.

[0034] Os inventores observaram que a armadura de guarnecimento desempenha essas funções mesmo se ela estiver reduzida a uma primeira camada de guarnecimento axialmente contínua e uma segunda camada de guarnecimento axialmente descontínua. Uma segunda camada de guarnecimento descontínua significa que a camada está limitada a uma porção da largura axial do topo compreendida entre cerca de 20 mm e 100 mm. A parte central da segunda camada de guarnecimento sob o topo é portanto suprimida para melhorara o preço de custo do pneumático, sem degradação de seus desempenhos. A ideia é guarnecer o ombro do pneumático compreendido entre cada flanco e a banda de rodagem para limitar as deformações nas extremidades livres das camadas do topo. A natureza dos reforços e a goma de revestimento dos reforços devem ser apropriadas para obter um guarnecimento suficiente no ombro.

[0035] De acordo com a invenção, a primeira camada de guarnecimento tem uma largura axial LF1 pelo menos igual a 25 % e no máximo igual a 75 % da largura axial LT da armadura de trabalho, e a segunda camada de guarnecimento descontínua é constituída por duas tiras de guarnecimento simétricas em relação a um plano equatorial do pneumático que passa pelo meio da banda de rodagem e que é perpendicular ao eixo de rotação do dito pneumático.

[0036] A largura da primeira camada de guarnecimento é expressa em função da largura da primeira camada de trabalho que ela própria depende da largura nominal do pneumático. Trata-se de definir a largura útil da primeira camada de guarnecimento para assegurar um funcionamento correto da invenção. Por exemplo, em uma dimensão pneumática tal como 59/80R63, as larguras da primeira camada de trabalho e de guarnecimento são respectivamente de 1034 mm, e de 520 mm. Em uma outra dimensão menor tal como 40.00R57, as larguras da primeira camada de trabalho e de guarnecimento são respectivamente de 728 mm, e de 360 mm. A invenção pode portanto se declinar em toda uma família de dimensões como por exemplo, da dimensão 59/80R63 até a dimensão 40.00/R57.

[0037] Ainda de acordo com a invenção, cada tira de guarnecimento se estende axialmente a partir de uma extremidade axialmente interior até uma extremidade axialmente exterior em uma largura axial LF2 que é pelo menos igual a 10 % e no máximo igual a 35 % da largura axial LF1 da primeira camada de guarnecimento.

[0038] A largura LF2 da tira de guarnecimento deve ser adaptada a cada dimensão pneumática. Essa largura depende da densidade de reforços da camada de guarnecimento, assim como da força de ruptura do reforço. Para uma mesma dimensão pneumática dada, a densidade de reforços, e portanto a largura LF2, é ainda maior quanto menor for a força de ruptura do reforço.

[0039] Em uma dimensão tal como 40.00/R57, a largura da tira de guarnecimento deve ser igual pelo menos a 90 mm, enquanto que em uma dimensão maior tal como 59/80R63, a largura da tira de guarnecimento é de 65 mm.

[0040] No estado da arte, tal como descrito por exemplo no pedido de patente FR3044593A1, as duas camadas de guarnecimento são obtidas por um enrolamento circunferencial de pelo menos duas voltas de uma lona radialmente no exterior da primeira camada de trabalho. A distância circunferencial entre as primeira e segunda extremidades circunferenciais da armadura de guarnecimento, que se recobrem, é pelo menos igual a 0.6 m e no máximo igual a 1.2 m. Na zona de recobrimento delimitada pelas primeira e segunda extremidades circunferenciais da armadura de guarnecimento, a armadura de guarnecimento compreende portanto três camadas de guarnecimento, e fora dessa zona, ela só compreende duas camadas de guarnecimento. Essa diferença de espessuras na direção radial provoca defeitos de uniformidade prejudiciais para a utilização do pneumático. Esses defeitos de uniformidade se traduzem por excentricidades e efeitos de ressaltos do pneumático em rodagem.

[0041] A solução proposta pelos inventores limita a segunda camada de guarnecimento unicamente às extremidades axiais da armadura de guarnecimento em uma distância LF2 de 20 mm a 100 mm. Assim, contrariamente ao estado da arte, a zona de recobrimento das duas tiras de guarnecimento se estende somente sobre a largura LF2, no lugar de uma extensão sobre toda a largura do topo. Disso resulta uma melhoria da uniformidade do pneumático em relação aos critérios de excentricidades e de ressaltos.

[0042] As duas tiras da segunda camada de guarnecimento trazem rigidez ao topo ao nível dos ombros do pneumático. Os inventores observaram que a tensão retomada pela armadura de guarnecimento na zona central do topo é muito pequena em relação à retomada de tensão nas lonas nos ombros do pneumático. Assim, suprimindo para isso a parte central da segunda camada de guarnecimento, as vantagens são cumuladas, a saber a melhoria da uniformidade e a redução da massa do pneumático e, portanto, seu preço de custo industrial sem impactar os desempenhos de resistência.

[0043] Por outro lado, para um bom funcionamento da armadura de guarnecimento, a tensão repartida em ruptura TR de cada tira de guarnecimento, definida como o produto do número D de reforços por milímetro pela força em ruptura FR de cada reforço expressa em daN, é pelo menos igual a 100 daN/mm.

[0044] Os inventores propõem um dimensionamento apropriado da camada de guarnecimento descontínua para um funcionamento coreto da invenção. A tensão repartida na direção circunferencial pelo menos igual a 100 daN garante um nível de rigidez suficiente nas extremidades da armadura de topo para limitar as deformações.

[0045] Os inventores propõem, por exemplo, cabos multicordões de estrutura 1xN que compreendem uma única camada de N cordões enrolados em hélice, cada cordão compreendendo uma camada interna de M fios internos enrolados em hélice e uma camada externa de P fios externos enrolados em hélice em torno da camada interna.

[0046] De acordo com um primeiro modo de realização dos cabos multicordões, N = 3 ou N = 4, de preferência N = 4. Preferencialmente, o reforço é definido com 4 cordões, mas a opção com 3 cordões também é conveniente,

[0047] De acordo com um segundo modo de realização dos cabos multicordões, M = 3, 4 ou 5 de preferência M = 3.

[0048] De acordo com um terceiro modo de realização dos cabos multicordões, no qual P = 7, 8, 9, 10 ou 11, de preferência P = 8.

[0049] Esses reforços são projetados para obter grandes alongamentos sob pequenas cargas em solicitações de extensão. A escolha preferencial leva a reforços do tipo: 4 x (3 + 8) x 0,35, ou seja cabos que compreendem 44 fios com um diâmetro unitário de cada fio igual a 35 centésimos de milímetro. A utilização de tais reforços melhora a resistência dos pneumáticos aumentando assim a resistência aos esforços de tração por ocasião da passagem sobre obstáculos.

[0050] A invenção não se limita aos reforços precedentemente estudados. Outras montagens são possíveis como por exemplo o cabo 3 x (1 + 6) x 0,28, que tem 21 fios de diâmetro unitário igual a 28 centésimos de milímetro. Um tal cabo tem um diâmetro de 1,9 mm e uma força de ruptura de 250 daN.

[0051] Vantajosamente, a armadura de guarnecimento é radialmente posicionada no interior da armadura de proteção.

[0052] Por concepção, a armadura de proteção é posicionada radialmente no interior da banda de rodagem e em contato com ela. No caso de um pneumático para veículo pesado de tipo de engenharia civil destinado a rodar sobre solos acidentados, a presença de uma armadura de proteção que compreende pelo menos uma camada de proteção é vantajosa. Ela protege essencialmente as camadas de trabalho das agressões mecânicas ou físico-químicas, suscetíveis de se propagarem através da banda de rodagem radialmente na direção do interior do pneumático. No caso de camadas de proteção múltiplas, é vantajoso que os reforços sejam cruzados de uma camada para a seguinte.

[0053] Preferencialmente, a primeira camada de guarnecimento é posicionada radialmente no exterior da camada de trabalho que é a mais radialmente interior, e a segunda camada de guarnecimento é posicionada radialmente no exterior da primeira camada de guarnecimento e em contato com ela.

[0054] Os inventores colocaram em evidência que o posicionamento radial da armadura de guarnecimento dentro da armadura de topo depende dos efeitos mecânicos procurados. A armadura de topo é um empilhamento de camadas formadas por reforços metálicos revestidos com uma mistura elastomérica. Mecanicamente, a armadura de topo pode ser assimilada a uma viga multicamada que tem rigidezes de flexão que dependem dos módulos elásticos em extensão dos reforços utilizados nas camadas, assim como das espessuras de cada camada. O pneumático inflado, montado em seu aro, é esmagado pela carga carregada. A deformação do pneumático devida a seu esmagamento pela carga carregada depende da distribuição das rigidezes e das espessuras das camadas de trabalho em torno da fibra neutra. O posicionamento da armadura de guarnecimento visa facilitar o achatamento do pneumático diminuindo assim as deformações nas extremidades das camadas de topo.

[0055] Uma realização preferida da invenção consiste, portanto, em posicionar a armadura de guarnecimento no interior da armadura de trabalho, quer dizer que a primeira camada de guarnecimento é colocada sobre a primeira camada de trabalho e as duas tiras de guarnecimento são em seguida colocada sobre a dita primeira camada de guarnecimento.

[0056] De fato, uma tal arquitetura permite, graças à utilização de reforços circunferenciais, situados próximos da fibra neutra do topo, limitar a deformação do topo nos ombros do pneumático. Isso permite, portanto, obter ao mesmo tempo um bom desempenho de resistência em relação à separação do topo e um bom desempenho de resistência aos choques graças a um topo flexível no centro, e portanto capaz de suportar a deformação devida aos choques quando o veículo roda sobre obstáculos. De fato, por ocasião da transposição de um obstáculo, o topo do pneumático funciona como uma viga da qual a fibra neutra se situa entre as camadas de trabalho de acordo com um modo de deformação imposto. A fibra neutra em flexão da armadura de topo se situa entre as camadas de topo que são as mais rígidas, a saber entre as camadas de trabalho. Posicionando assim os reforços circunferenciais entre essas ditas camadas das camadas de trabalho, a solução minimiza as tensões e as deformações de flexão associadas a essa solicitação que os reforços circunferenciais devem suportar.

[0057] Em um segundo modo de realização da invenção, a segunda camada de guarnecimento é posicionada radialmente no exterior da segunda camada de trabalho e em contato com ela.

[0058] Nesse modo de realização, a primeira camada de guarnecimento é colocada sobre a armadura de carcaça em uma largura axial LF1. A segunda camada de guarnecimento, formada por duas tiras com uma largura de 30 mm a 100 mm, é colocada sobre a segunda camada de trabalho e não está portanto em contato com a dita primeira camada de guarnecimento.

[0059] Em um terceiro modo de realização, a segunda camada de guarnecimento é posicionada radialmente no exterior da armadura de carcaça e em contato com ela.

[0060] Para certas dimensões pneumáticas, em função da escolha dos reforços das camadas do topo, e de suas espessuras, pode ser vantajoso ter tiras de guarnecimento colocadas diretamente sobre a armadura de carcaça. Nesse caso, a camada de guarnecimento contínua é colocada sobre a primeira camada de trabalho.

[0061] Por ocasião da fabricação da armadura de guarnecimento, é possível utilizar ou lonas cortadas diretamente com a largura desejada, ou ainda pequenas tiras com uma largura de 35 mm a 252 mm, formadas por reforços metálicos revestidos com uma mistura elastomérica, e colocadas de modo unido até a obtenção da largura desejada.

[0062] De acordo com um modo de realização vantajoso da invenção, a primeira camada de guarnecimento é constituída por um enrolamento circunferencial de uma lona de reforços metálicos.

[0063] A lona de reforços metálicos é inicialmente estocada em um rolo. E depois ela é desenrolada e colocada por enrolamento circunferencial radialmente no exterior das camadas de pneumático já empilhadas radialmente. A lona de reforços metálicos é enrolada sobre uma volta completa de modo a realizar uma camada de guarnecimento contínua. A extremidade de início do enrolamento e a extremidade de fim do enrolamento são decaladas de tal modo que a armadura de guarnecimento só compreende duas camadas de guarnecimento em uma distância circunferencial limitada, ou comprimento de recobrimento O comprimento de recobrimento varia de 0,6 a 1,2 m.

[0064] De acordo com um outro modo de realização da invenção, é vantajoso que cada tira de guarnecimento da segunda camada de guarnecimento seja constituída por um enrolamento circunferencial de uma lona de reforços metálicos.

[0065] Para a segunda camada de guarnecimento, uma lona de guarnecimento é cortada com uma largura igual a aquela da tira de guarnecimento. O comprimento da lona cortada é tal para que seja possível dar uma volta circunferencial completa em torno das camadas já radialmente empilhadas, com um recobrimento de um comprimento de 0,6 a 1,2 m da extremidade de início. A fim de limitar o impacto sobre a uniformidade do pneumático, as zonas de recobrimento da primeira e da segunda camadas de guarnecimento são decaladas na direção circunferencial.

[0066] Em um outro modo de realização da invenção, a primeira camada de guarnecimento é constituída por uma justaposição axial de espiras unidas de um a pequena tira, enroladas circunferencialmente, a dita pequena tira compreendendo pelo menos 8 e no máximo 30 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.

[0067] A primeira camada de guarnecimento é nesse caso obtida por um enrolamento helicoidal unido, na direção axial, de uma pequena tira, radialmente no exterior das camadas do pneumático já empilhadas radialmente. A vantagem desse modo de realização reside na ausência de zona de recobrimento que acarreta uma sobre-espessura local prejudicial para a uniformidade do pneumático.

[0068] Cada tira da segunda camada de guarnecimento é também vantajosamente constituída por uma justaposição axial de espiras unidas de uma pequena tira, enroladas circunferencialmente, a dita pequena tira compreende pelo menos 8 e no máximo 30 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.

[0069] Para essa realização da invenção, cada tira da segunda camada de guarnecimento é realizada pelo enrolamento de espiras unidas de uma pequena tira sobre um comprimento igual à largura LF2 da tira. Desse modo, a zona delimitada pelas duas extremidades axialmente interiores das duas tiras constitui uma zona sem guarnecimento. Nesse modo de realização, também não existe recobrimento da extremidade de início da tira de guarnecimento.

[0070] A invenção é ilustrada pelas figuras 1 a 8, não representadas na escala para facilitar a compreensão das mesmas.

[0071] A figura 1 representa um corte meridiano do topo de um pneumático 1 de acordo com a invenção que compreende: - uma armadura de carcaça 40 constituída por uma só camada de carcaça da qual os reforços formam um ângulo próximo de 90°, quer dizer compreendidos entre [85°, 95°], com a direção circunferencial XX; - uma armadura de trabalho 60, radialmente exterior à armadura de carcaça 40, que compreende duas camadas de trabalho 61 e 62. A camada de trabalho 61 que é radialmente a mais interior tem uma largura axial LT superior a aquela da segunda camada de trabalho 62; - uma armadura de proteção 50, radialmente exterior à armadura de trabalho 60 e radialmente interior à banda de rodagem 20, que compreende duas camadas de proteção 51 e 52; - uma armadura de guarnecimento 70 que compreende uma primeira camada 71 contínua que se estende em uma largura axial LF1, e uma segunda camada descontínua formada por duas tiras 721 e 722, que têm cada uma delas uma largura axial LF2. No caso representado, a armadura de guarnecimento 70 é radialmente posicionada entre as duas camadas de trabalho (61, 62); - uma banda de rodagem 20; - as armaduras de trabalho 60, de proteção 50 e de guarnecimento 70 constituindo a armadura de topo 30.

[0072] A figura 2 representa uma vista em perspectiva da armadura de guarnecimento 70, objeto da invenção, com uma primeira camada de guarnecimento 71, contínua, e uma segunda camada de guarnecimento descontínua, composta por duas tiras 721, 722, simétricas em relação ao plano equatorial que passa pelo centro do pneumático.

[0073] A figura 3 representa um corte meridiano do topo de um pneumático de acordo com a invenção com a medida das dimensões características da invenção: - a largura axial LF1 é a medida da largura axial da primeira camada de guarnecimento. A dita largura axial é expressa proporcionalmente a aquela da primeira camada de trabalho LT (não representada); - a segunda camada de guarnecimento compreendendo duas tiras de guarnecimento 721 e 722, simétricas em relação ao plano equatorial, a banda 721 (respectivamente 722) tendo uma primeira extremidade axialmente exterior E721 9respectivamente E722), e uma segunda extremidade axialmente interior (I721 (respectivamente I722), a largura axial da tira de guarnecimento LF2 é a distância axial entre as extremidades R721 e I721. A largura axial DF2 mede a distância entre as extremidades axialmente interiores I721 e I722 respectivas das duras tiras de guarnecimento 71 e 72 e, portanto, a largura axial da descontinuidade.

[0074] A figura 4 representa um corte meridiano do topo de um pneumático de acordo com a invenção de acordo com um modo de realização da invenção no qual a primeira camada de guarnecimento 71 é radialmente exterior à primeira camada de trabalho 61. As duas tiras de guarnecimento (721; 722) que formam a camada 72 são radialmente exteriores à segunda camada de trabalho 62.

[0075] A figura 5 representa um corte meridiano do topo de um pneumático de acordo com a invenção de acordo com um outro modo de realização da invenção no qual as duas tiras de guarnecimento (721; 722) são radialmente exteriores à armadura de carcaça 40. A camada de guarnecimento 71 é no que lhe diz respeito, radialmente exterior à primeira camada de trabalho 61.

[0076] A figura 6 representa uma camada de guarnecimento com reforços que têm um diâmetro Φ, que podem variar entre 1,9 mm e 3,8 mm, repartidos de acordo com um passo P e revestidos com uma goma de revestimento de espessura h na parte de trás do reforço superior ou igual a 0,6 mm.

[0077] Uma camada de guarnecimento da armadura de topo do pneumático é obtida ou pelo enrolamento circunferencial de uma lona tal como representada na figura 6, ou por uma justaposição axial de espiras unidas de uma pequena tira, enroladas circunferencialmente, a dita pequena tira compreendendo pelo menos 8 e no máximo 30 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.

[0078] A figura 7 representa uma pequena tira 8 tal como descrita precedentemente que compreende 8 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.

[0079] A largura L8 da pequena tira depende do diâmetro Φ do reforço, e do passo P entre dois reforços consecutivos. Tipicamente a largura L8 é definida para um número de reforços que vai de 8 a 30, com um passo P que pode variar de 2,5 mm a 4,4 mm. A largura L8 da pequena tira pode variar de 35 mm a 252 mm.

[0080] A figura 8 representa um reforço da camada de guarnecimento. O dito reforço é uma união de 4 cordões 100, compostos cada um deles por uma camada interna 110 de 3 fios e por uma camada externa 120 de 8 fios.

[0081] A invenção foi realizada em um pneumático para veículo pesado de engenharia civil de dimensão 59/80R63. O pneumático da invenção difere do pneumático do estado de referência pela armadura de guarnecimento. Para o pneumático de referência, a armadura de guarnecimento é obtida pelo enrolamento circunferencial de uma lona radialmente no exterior da primeira camada de trabalho 61, que se estende a partir de uma primeira extremidade circunferencial até uma segunda extremidade circunferencial, de modo a formar um empilhamento radial de pelo menos duas camadas de guarnecimento. Para a invenção, o pneumático é fabricado de acordo com a figura 1, na qual a segunda camada de guarnecimento é formada por duas tiras de guarnecimento 721 e 722, tal como representada na figura 2. As extremidades axialmente interiores das duas tiras de guarnecimento estão distantes de um comprimento DF2.

[0082] Para a dimensão 59/80R63 estudada, as características geométricas da armadura de guarnecimento são apresentadas na tabela 1 seguinte: Tabela 1

[0083] Os cálculos de simulação do pneumático em rodagem foram realizados na dimensão 59/80R63 para uma carga carregada de 104 toneladas, com uma pressão de inflação de 7 bars. Por outro lado, o pneumático era submetido a uma força de deriva de 26 toneladas.

[0084] Os resultados de cálculos pelo método dos elementos finitos mostram que as deformações de cisalhamentos nos planos meridiano e circunferencial são da mesma ordem de grandeza para os pneumáticos de referência e da invenção: Tabela 2

[0085] Esse resultado confirma que a ausência de guarnecimento no centro da banda de rodagem não afeta a resistência do pneumático

[0086] O pneumático fabricado de acordo com a invenção tem uma massa inferior a aquela do pneumático de referência, como ilustrado na tabela seguinte: Tabela 3

[0087] A massa da armadura de guarnecimento é de 55 % inferior a aquela do pneumático de referência.

[0088] A supressão da camada de guarnecimento em uma distância DF2 de 390 mm também melhorou a térmica do pneumático. No plano equatorial que passa pelo centro do pneumático, acima da segunda camada de proteção, a temperatura caiu de 5°.

Claims

1. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil que compreende: - uma armadura de topo (30), radialmente interior a uma banda de rodagem (20), e radialmente exterior a uma armadura de carcaça (40); - a armadura de topo (30) compreendendo uma armadura de proteção (50), uma armadura de trabalho (60), e uma armadura de guarnecimento (70); - a armadura de proteção (50), que é a mais radialmente exterior dentro da armadura de topo (30), compreendendo pelo menos uma camada de proteção (51, 52) que compreende reforços metálicos que formam, com uma direção circunferencial (XX’) tangente à circunferência do pneumático, um ângulo pelo menos igual a 10°; - a armadura de trabalho (60) compreendendo pelo menos duas camadas de trabalho (61, 62), cada camada de trabalho (61, 62) compreendendo reforços metálicos que formam, com a direção circunferencial (XX’), um ângulo pelo menos igual a 15° e no máximo igual a 45° e que são cruzados de uma camada de trabalho para a seguinte; - a dita armadura de trabalho (60) tendo uma largura axial LT igual à largura axial da camada de trabalho (61) que é a mais larga; - a armadura de guarnecimento (70) compreendendo pelo menos duas camadas de guarnecimento (71, 72) constituída cada uma delas por reforços metálicos que formam, com a direção circunferencial (XX’), um ângulo no máximo igual a 2,5°, e que são revestidos com uma mistura elastomérica; caracterizado pelo fato de que a armadura de guarnecimento (70) compreende uma primeira camada de guarnecimento (71) axialmente contínua e uma segunda camada de guarnecimento (72) axialmente descontínua, em que a primeira camada de guarnecimento (71) tem uma largura axial LF1 pelo menos igual a 25 % e no máximo igual a 75 % da largura axial LT da armadura de trabalho (60), em que a segunda camada de guarnecimento (72) descontínua é constituída por duas tiras de guarnecimento (721, 722) simétricas em relação a um plano equatorial (XZ) do pneumático que passa pelo meio da banda de rodagem (20) e que é perpendicular ao eixo de rotação (YY’) do dito pneumático, em que cada tira de guarnecimento (721, 722) se estende axialmente a partir de uma extremidade axialmente interior (I721, I722) até uma extremidade axialmente exterior (E721, E722) em uma largura axial LF2 que é pelo menos igual a 10 % e no máximo igual a 35 % da largura axial LF1 da primeira camada de guarnecimento (71), e em que a tensão repartida em ruptura TR de cada tira de guarnecimento (721, 722), definida como o produto do número D de reforços por mm pela força em ruptura FR de cada reforço expressa em daN, sendo pelo menos igual a 100 daN/mm.

2. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a armadura de guarnecimento (70) é radialmente posicionada no interior da armadura de proteção (50).

3. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de guarnecimento (71) é posicionada radialmente no exterior da camada de trabalho que é a mais radialmente interior (61)

4. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de guarnecimento (72) é posicionada radialmente no exterior da primeira camada de guarnecimento (71) e em contato com ela.

5. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de guarnecimento (72) é posicionada radialmente no exterior da segunda camada de trabalho (62) e em contato com ela.

6. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de guarnecimento (72) é posicionada radialmente no exterior da armadura de carcaça (4) e em contato com ela.

7. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de guarnecimento (71) é constituída por um enrolamento circunferencial de uma lona de reforços metálicos.

8. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada tira de guarnecimento (721, 722) da segunda camada de guarnecimento (72) é constituída por um enrolamento circunferencial de uma lona de reforços metálicos.

9. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de guarnecimento (71) é constituída por uma justaposição axial de espiras unidas de uma pequena tira (8), enroladas circunferencialmente, a dita pequena tira compreendendo pelo menos 8 e no máximo 30 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.

10. Pneumático (1) para veículo pesado de tipo de engenharia civil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que cada tira de guarnecimento (721, 722) da segunda camada de guarnecimento (72) é constituída por uma justaposição axial de espiras unidas de uma pequena tira (8), enroladas circunferencialmente, a dita pequena tira compreendendo pelo menos 8 e no máximo 30 reforços metálicos consecutivos, paralelos entre si e revestidos com uma mistura elastomérica.