BRPI0002874B1 - Aparelho para teste de compostos utilizados em pneus - Google Patents

Description

"APARELHO PARA TESTE DE COMPOSTOS UTILIZADOS EM PNEUS" A invenção refere-se aos aparelhos que são utilizados na indústria de pneus para testar o comportamento dos compostos de borracha, relativamente à rolagem dos mesmos sobre superfícies com diferentes características morfológicas.

Os aparelhos considerados na presente descrição consistem essencialmente num assim designado “tambor de pista”, designadamente um tambor cilíndrico motorizado com um diâmetro da ordem de 70-100 cm, sobre o qual um rolo de menores dimensões (geralmente com um diâmetro não superior a 1/5 do tambor de pista) constituindo a amostra e possuindo uma parte radial externa que numa espessura preferencialmente não inferior a 2 mm, é provido com o composto vulcanizado devendo ser examinado. A amostra é atuada causando o mancai da mesma sobre o tambor de pista, sendo possível analisar o comportamento do composto sendo examinado de acordo com diferentes situações operacionais que podem ser simuladas com o aparelho, por exemplo, com deslizamento relativo e/ou com ângulos de desvio estabelecidos.

Desta maneira pode ser estudado o comportamento de um composto em condições de puro contato de rolagem entre o tambor de pista e a amostra ou quando existe um deslizamento relativo ente os mesmos ou quando a inclinação da amostra relativamente ao tambor de pista reproduz as condições às quais o composto de uma banda de rolagem de um pneu é submetido durante flexões.

Adicionalmente, em algumas máquinas mais complexas, os testes podem ser realizados com aspersão de água, poeira e/ou outros elementos na zona em que ocorre o contato entre o tambor e a amostra, simulando assim plenamente as situações que podem ocorrer na realidade. A presente invenção é baseada na constatação da requerente de que precisamente num tal contexto, os aparelhos conhecidos até esta data não são satisfatórios.

De fato, deverá ser levado em conta que o rolo que forma a amostra a ser testada é habitualmente montado na extremidade de um eixo simples rodando em tomo de um eixo geométrico paralelo ao do tambor de pista.

Este eixo simples é operado de uma maneira conhecida per se, a partir do lado oposto relativamente à amostra; entretanto, para operar o mesmo no ambiente exposto a água ou aos outros elementos mencionados acima, algumas precauções são requeridas: estas últimas incluem a utilização de mancais selados.

Estes mancais, entretanto, produzem um atrito inevitável que se opõe à rotação do eixo simples, dessa forma alterando significativamente as medições realizadas; isto ocorre particularmente na avaliação dos torques que atuam relativamente ao eixo geométrico de rotação do eixo simples. O objetivo da presente invenção consiste, portanto, na provisão de um aparelho para teste de amostras de compostos de borracha utilizados em pneus, com características estruturais e operacionais que permitem superar as desvantagens mencionadas.

De acordo com um primeiro aspecto, a invenção refere-se a um aparelho para teste de compostos de pneus, compreendendo um tambor de pista e uma amostra rodando em tomo de respectivos eixos geométricos paralelos e encontrando-se em contato de rolagem mútuo, dispositivos de acionamento para rotação do tambor de pista e da amostra, caracterizado por estes dispositivos compreenderem um grupo de acionamento de amostra no qual existe um eixo simples acionado por um motor, em que o eixo simples se encontra alojado de forma passível de rotação num invólucro e o motor é fixado num assento de berço integral com o invólucro formando com o mesmo um corpo rígido, este corpo sendo suportado de uma maneira livre relativamente ao eixo geométrico de rotação da amostra.

Outros aspectos característicos desse aparelho são expostos nas reivindicações a seguir. A invenção será entendida mais claramente à luz da descrição abaixo, referente a uma configuração preferencial, porém, não limitativa ilustrada nos desenhos em anexo, nos quais: - a Fig. 1 ilustra uma vista lateral, com uma parte de remoção, de um aparelho de acordo com a invenção; - a Fig. 2 ilustra uma vista de plano do aparelho da Fig. 1;

- a Fig. 3 ilustra uma vista em corte ao longo da linha III - III na Fig. 2; - a Fig. 4 ilustra um detalhe do aparelho de acordo com as figuras precedentes.

Com referência a estes desenhos, o numeral 1 indica o aparelho inteiro de acordo com a invenção. O referido aparelho compreende uma estrutura de suporte 2 formada por uma série de peças montantes e peças transversais que suportam um tambor de pista 3 com o grupo de acionamento 4 associado ativo em tomo de um eixo geométrico de rotação X, e uma amostra 5 acionada por um grupo 6 ativa relativamente ao eixo geométrico de rotação Y.

De acordo com uma configuração preferencial, a superfície externa do tambor de pista 3 é dividida em bandas circunferenciais (sendo em número de três neste caso, com os percursos das mesmas indicados por linhas tracejadas na fig. 2) que possuem diferentes graus de aspereza por motivos que serão esclarecidos mais abaixo. O grupo de acionamento 4 do tambor de pista 3 compreende um motor elétrico 40 do tipo sem escovas, uma engrenagem de redução 41 e um dispositivo de freio 42, todos estes elementos encontrando-se alinhados ao longo do eixo geométrico X. O grupo de acionamento 6 da amostra 5 encontra-se ilustrado detalhadamente nas Figuras 2, 3 e 4.

Este grupo compreende igualmente um motor elétrico 60 do tipo sem escovas que é ligado na saída por meio de uma união 61a um eixo simples 62, na extremidade da qual é montada a amostra 5.

Conforme pode ser observado na Figura 4, a união 61 e o eixo simples 62 são alojados no interior de um invólucro cilíndrico fechado 63, que na extremidade oposta àquela em que se encontra localizada a amostra 5, é unido a um assento de berço 64 onde se encontra localizado o motor elétrico 60, formando com aquele um único corpo rígido. O motor 60 é fixado às paredes internas do assento de tipo de berço que, sendo aberto no topo, facilita a ventilação do mesmo; o eixo simples 62 no qual a amostra 5 é montada é, entretanto, suportado no interior do invólucro 63 de forma a rodar livremente em tomo do eixo geométrico Y, por intermédio de dois mancais 65. O corpo rígido formado tanto pelo invólucro 63 quanto pelo assento de berço 64 encontra-se livre para rotação em tomo do eixo geométrico Y graças a dois mancais de baixo atrito 66a, 66b, um dos quais é disposto na extremidade mais afastada da amostra 5 e o outro é disposto coaxialmente com um dos mancais 65 que suportam o eixo simples 62 no interior do invólucro 63. O assento de berço 64 possui igualmente, montado no mesmo, um braço 67 radialmente protuberante ao longo de uma extensão previamente definida e portando, em sua extremidade livre, uma célula de carga 68 na forma de um manômetro de esforço destinado a detectar as forças que atuam relativamente ao eixo geométrico Y.

Basicamente, devido ao fato da extensão do braço 67 ser conhecida, as forças medidas pela célula após as reduzidas rotações do berço 64 (e do invólucro 63) causadas pelo motor 60 fixado sobre estes, podem ser facilmente convertidas num valor de torque mediante uma multiplicação das mesmas pela extensão conhecida do braço 67.

Como é evidente, isto aplica-se para rotações de uma magnitude (da ordem de 0,001 radianos) de tal forma que a não-linearidade dos deslocamentos na extremidade do braço 67 sobre o qual a célula 68 é montada não afetam a operação correta desta última.

Deverá igualmente ser observado que, de acordo com uma configuração preferencial, a célula de carga 68 é do tipo pré-tensionado para eliminação de imprecisão nas medições causadas por qualquer jogo entre a célula propriamente dita e o braço de suporte. O grupo de acionamento da amostra 5 descrita acima é suportado pela estrutura 2 de uma forma equilibrada graças a um sistema de montagem que é descrito abaixo. O corpo formado pelo invólucro 63 e pelo assento de berço 64 é montado sobre uma estrutura que compreende um elemento longitudinal 70 estendendo-se paralelamente ao eixo geométrico Y e duas placas 71a, 71b, que são transversais ao elemento longitudinal e são fixadas na extremidade do mesmo: os mancais 66a, 66b que suportam o corpo mencionado acima são respectivamente montados nestas placas.

Para montagem do mancai 66a na placa frontal 71a, designadamente aquela associada ao invólucro 63 em que o eixo simples 62 se encontra alojado, é provida uma bucha 73, fixada na parte frontal do referido invólucro por intermédio de parafusos (vide Fig. 4).

Para proteção desta bucha relativamente a água, poeira e outros agentes utilizados durante os testes realizados com o aparelho 1, é provido neste exemplo um selo 74. O referido selo consiste numa luva feita de borracha ou de outro material equivalente que é encaixada em torno do invólucro 63 e da parte da bucha 73 que fica adjacente ao mesmo. O peso do grupo operacional 6 e da estrutura de suporte associada é equilibrado por um contrapeso 75, cuja posição ao longo de uma haste graduada 76 é variada manualmente por intermédio de uma roda de volante 77 associada com um parafuso de atuação 78.

Mais especificamente, o elemento longitudinal 70 juntamente com as placas 71 que suportam o grupo de acionamento 6 são suportados por uma ponte 80 da estrutura de suporte 2 do aparelho.

Para este propósito, o elemento longitudinal 70 é provido longitudinalmente com uma guia de entalhe 81 encaixada com dois grampos de emalhetamento 82 que são fixados à ponte 80.

Esta última possui igualmente montado na mesma um motor 85 com uma engrenagem de redução associada para atuação de um parafuso 86, ao qual se encontra associado um cursor 87 rigidamente acoplado ao elemento longitudinal 70 (vide Fig. 2); três chaves de proximidade para detenção do cursor em correspondentes posições indicadas por A, B e C nos desenhos e localizadas acima do parafuso 86.

No lado oposto, o cursor 87 é integral com a haste graduada 76 sobre a qual se desloca o contrapeso 75.

Conforme pode ser observado nos desenhos, um suporte 90 é igualmente fixado com parafusos ao elemento longitudinal 70 e serve como elemento para acoplamento do sensor de carga 68 à estrutura que suporta o grupo operacional 6 da amostra. O aparelho neste exemplo é provido com um dispositivo de amortecimento de vibrações compreendendo uma alavanca 91 que é fixada numa extremidade da ponte 80 e que possui montado em sua extremidade oposta um dispositivo de amortecimento viscoso 93 consistindo num disco 94 móvel no interior de uma câmara cilíndrica 95.

Conforme pode ser observado na Figura 1, o tambor de pista 3 e a amostra 5 do aparelho 1 são localizados no interior de uma câmara 100 na qual são dispostos os diversos bocais 101 para fornecimento de água e outros materiais utilizados durante os testes (na Fig. 1 somente um dos referidos bocais foi ilustrado por uma questão de simplicidade).

Para completar a descrição fornecida deverá ser adicionado que, de um ponto de vista funcional, os dois motores elétricos 40 e 60 são controlados de forma a ser permitida a possibilidade de ajuste da razão desejada entre a velocidade de rotação do tambor de pista 3 e a da amostra 5, dependendo do tipo dos testes que deverão ser realizados (rolagem pura, deslizamento positivo ou negativo, etc.).

Mais especificamente, os motores anteriormente mencionados são operacionalmente interligados um com o outro; isto é tomado possível pela utilização de motores elétricos de um tipo que pode ser controlado eletronicamente, tal como os motores sem escovas em particular.

Vantajosamente neste caso, o motor 40 do tambor de pista é o motor mestre, enquanto que o motor da amostra 5 é o escravo de tal forma que as respectivas velocidades de rotação possuem uma razão relativa selecionada na dependência do tipo de controle que foi definido.

Preferencialmente, esta razão pode variar entre 0 e o infinito: em outras palavras, são possíveis todas as condições de ajuste situadas numa faixa entre uma primeira situação limite (tambor de pista em rotação/amostra imóvel) até a situação limite oposta (tambor de pista imóvel/amostra em rotação).

Preferencialmente, o tambor de pista tem somente uma direção de rotação, isto é, no sentido horário ou no sentido anti-horário, enquanto que a amostra pode rodar em ambas as direções.

Em combinação com, ou como alternativa à, velocidade de rotação, é igualmente possível interligar a posição (isto é, o ângulo correspondente à rotação realizada) do motor da amostra com a do motor do tambor de pista.

Preferencialmente, os sensores utilizados no aparelho são codificadores absolutos ou de incrementos.

Basicamente, portanto, a razão de transmissão dos dois eixos simples que acionam o tambor de pista e a amostra será determinada pelo ajuste dos dois motores 40 e 60.

Obviamente, para sua operação, o aparelho 1 é provido com uma unidade de controle eletrônica central (a Fig. 1 ilustra parcialmente a fiação para ligação a esta unidade) que realiza as funções de ajuste dos parâmetros operacionais (voltagem, corrente, etc.) dos motores para realização dos ciclos de teste desejados. A este respeito, deverá ser observado que o aparelho de acordo com a invenção permite a realização de ciclos de teste complexos tais como, por exemplo, com inversão automática do movimento de deslizamento entre amostra e tambor de pista (de positivo para negativo e vice versa), com variação periódica do referido movimento de deslizamento, ou com aplicação de um torque previamente definido à amostra, e similares.

Estes importantes resultados são possibilitados pela utilização de motores que são operacionalmente interligados entre si e podem ser controlados eletronicamente, tal como no caso dos motores elétricos sem escovas mencionados.

Em termos operacionais, o aparelho descrito acima é portanto programado no início de cada ciclo de teste para realizar as diversas etapas operacionais requeridas. O tambor de pista 3 e a amostra 5 são então feitos rodar pelos respectivos grupos 4 e 6 dependendo dos sinais de entrada processados pelo dispositivo de controle eletrônico mencionado acima.

Desta forma, os diversos testes (teste de rolagem, teste de deslizamento, teste com aplicação do torque definido, etc.) são realizados e são medidas as variáveis experimentais tais como a força existente entre a amostra e o tambor de pista, o aumento de temperatura da superfície da borracha, a velocidade, e similares.

Estes testes podem ser realizados em condições secas, úmidas e mistas bem como com diferentes asperezas superficiais devidas à configuração especial do tambor de pista, cuja superfície externa é dividida em diferentes bandas circunferenciais, e graças a possibilidade de deslocamento da amostra 5 tangencialmente relativamente ao mesmo. A este respeito, deverá ser observada a forma em que a operação do motor 85 produz o deslocamento do cursor 87 ao longo do parafuso 86, para uma das posições previamente definidas A, B e C; devido ao fato do cursor ser rigidamente fixado ao elemento longitudinal 70, o mesmo desloca-se integralmente com o mesmo juntamente com o grupo de acionamento 6 da amostra 5. Deverá ser observado como, durante esta operação, o movimento do elemento longitudinal é guiado pelo encaixe entre a guia de entalhe 81 do mesmo e os grampos de emalhetamento 82 dispostos na ponte 80.

Após o deslocamento, a amostra desloca-se em avanço ou em recuo ao longo da generatriz de contato do tambor de pista, conforme se encontra indicado pela seta na Fig. 2, dessa forma interagindo com as zonas de asperezas variáveis situadas sobre a mesma.

Da descrição até agora fornecida é possível apreciar como a presente invenção alcança o objetivo anteriormente enunciado.

Isto pode ser atribuído ao sistema de suporte particular do motor 60 e do eixo simples 62, que são dispostos no interior do corpo formado pelo assento de berço 64 juntamente com o invólucro 63 dessa forma tomando possível evitar os mancais selados associados com o eixo simples de atuação da amostra, que constituíam fontes de atrito prejudicial na técnica anterior.

Desta forma, de fato, o eixo simples 62 é alojado no interior de um invólucro fechado sendo portanto protegido da água que é aspergida na direção da zona da amostra; conseqüentemente, os mancais 65 nos quais o eixo simples é montado de forma passível de rotação neste invólucro podem ser do tipo convencional, isto é, não selados. O mancai 66a que suporta o invólucro 63 na região da placa frontal 71a pode, por outro lado, ser protegido pela bucha 73 e pela luva 74 devido ao fato do invólucro 63 não rodar da mesma forma que o eixo simples 62, já que descreve somente oscilações mínimas da ordem de alguns milésimos de radiano (detectado pelo sensor de carga 68). A proteção deste mancai é desta forma facilitada.

Em outras palavras, no aparelho de acordo com esta invenção, o fato de se dispor o eixo simples 62 no interior de um alojamento fechado permite evitar peças móveis externas expostas a água e outros agentes utilizados durante os testes: isto elimina portanto a necessidade da presença de mancais selados para o eixo simples e facilita ao invés disso a aplicação de sistemas para proteção dos mancais de baixo atrito que suportam o invólucro 63.

Podem obviamente ser imaginadas variações da invenção relativas ao exemplo da mesma que foi aqui descrito.

Em primeiro lugar deverá ser observado que as partes que suportam o grupo operacional 6 da amostra 5 podem ser diferentes da estrutura formada pelo elemento longitudinal 70 e as placas 71; o importante, como é evidente, é que este grupo possa ser deslocado ao longo do eixo geométrico Y conforme foi descrito acima e fique livre para rodar relativamente a este eixo geométrico.

Adicionalmente, o sistema para operação da amostra e do tambor de pista pode ser de tipos muito variados com motores de diversos tipos, desde que estes possam proporcionar as mesmas características relativamente à possibilidade de realização de ajustes necessários para os testes mencionados.

Similarmente, os processos de suporte e deslocamento do grupo operacional 6 da amostra, isto é, a estrutura formada pelo elemento longitudinal 70 e as placas 71, bem como o mecanismo com o motor 85, o parafuso 86 e o cursor 87, podem ser substituídos por soluções mecânicas equivalentes dentro dos conhecimentos de uma pessoa versada na técnica.

Estas e outras variações irão entretanto incluir-se no âmbito do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (10)

1. Aparelho para teste de compostos utilizados em pneus, compreendendo um tambor de pista (3) e uma amostra (5) rodando em tomo de respectivos eixos geométricos paralelos (X, Y) e encontrando-se em contato de rolagem um com o outro, dispositivos de acionamento (4, 6) para rotação do tambor de pista e da amostra, caracterizado pelo fato de que os referidos dispositivos compreendem um grupo de acionamento (6) da amostra compreendendo um eixo simples (62) acionado por um motor (60), em que o eixo simples se encontra alojado de forma passível de rotação no interior de um invólucro (63) e o motor é fixado no assento de tipo de berço (64) integral com o invólucro formando com o mesmo um corpo rígido, este corpo sendo suportado de uma forma livre relativamente ao eixo geométrico (Y) de rotação da amostra.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do corpo formado pelo invólucro (63) e pelo assento de berço (64) ser suportado de forma a ser capaz de realizar um movimento de translação ao longo do eixo geométrico (Y) de rotação da amostra (5).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da superfície externa do tambor de pista (3) ser dividida em bandas circunferenciais de aspereza variável.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do corpo formado pelo invólucro (63) e pelo assento de berço (64) ser suportado sobre dois mancais (66a, 66b), designadamente um mancai frontal (66a) disposto no invólucro e um mancai traseiro (66b) disposto na extremidade do assento de berço em posição oposta relativamente à amostra (5), em que pelo menos o mancai frontal se encontra associado com uma luva de proteção de borracha (74).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um braço (67) projetando-se radialmente relativamente ao eixo geométrico (Y) de rotação da amostra (5) se encontrar presente no corpo formado pelo invólucro (63) e pelo assento de berço (64), o referido braço possuindo uma célula de carga (68) associada com o mesmo.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do grupo operacional (6) da amostra (5) ser montado numa estrutura que compreende um elemento longitudinal (70) paralelo ao eixo geométrico (Y) de rotação do eixo simples (62) e duas placas (71a, 71b) transversais ao mesmo, sendo deslizável ao longo deste eixo geométrico e sendo equilibrado por um contrapeso (75).

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do grupo de acionamento (4) do tambor de pista (3) e o grupo de acionamento (6) da amostra (5) compreenderem um respectivo motor elétrico (40, 60) do tipo sem escovas.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do motor (60) que aciona a amostra (5) ser operacionalmente dependente, em termos de ajustes de velocidade e/ou posição, do motor que aciona o tambor de pista (3).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um dispositivo (91, 93, 94, 95) para amortecimento das vibrações do grupo de acionamento (6) da amostra (5).

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do dispositivo amortecedor de vibrações compreender uma alavanca (91) possuindo uma extremidade acoplada a uma ponte (80) da estrutura de suporte (2) do aparelho em que o grupo operacional (6) da amostra (5) se encontra montado, e a outra extremidade sendo associada a um disco (94) que oscila no interior de uma câmara de amortecimento viscosa (94).