BRPI0720952A2 - Pneumático - Google Patents

Description

“PNEUMÁTICO” A invenção se refere aos pneumáticos com armadura de carcaça metálica e mais particularmente o reforço de tais pneumáticos nos seus flancos.

De maneira usual, os pneumáticos destinados às utilizações em veículos peso pesados compreendem uma armadura de carcaça formada pelo menos por uma lona de reforços metálicos revestidos por um material emborrachado, esta armadura tendo, além disso, por função resistir à pressão interna de enchimento do pneumático. Esta armadura de carcaça é ancorada em suas extremidades nos talões de pneumático destinados a vir em contato com áreas de um aro de montagem. A ancoragem da armadura de carcaça pode notadamente ser realizada por enrolamento em tomo de reforço circunferencial de talão como um cordonel. Uma armadura de carcaça é dita radial no presente documento dado que os reforços que a compõem fazem um ângulo médio superior a 75 graus com a direção circunferencial.

Além disso, o pneumático compreende, radialmente além dos talões, zonas de flanco que sofrem ciclos de variações de curvatura durante a rodagem a cada passagem em contato com a pista. A armadura de carcaça, além disso, é sobremontada por um reforço de topo formado geralmente por várias lonas de reforço cruzadas entre si, este reforço de topo sendo ele próprio radialmente sobremontado externamente por uma banda de rodagem destinada a estar em contacto com a pista durante a rodagem do pneumático.

Durante a rodagem, os flancos do pneumático, e por via de conseqüência a armadura de carcaça, submetida à ciclos de variações de curvatura. Estas solicitações cíclicas de flexão dos reforços da armadura de carcaça são amplificadas quando o pneumático está parcial, até totalmente, esvaziado: por um lado, a largura entre o raio de curvatura máximo e o raio de curvatura mínimo aumenta e por outro lado o valor do raio mínimo de curvatura diminui. Este mecanismo pode intervir, por exemplo, no caso de um uso de pneumáticos em montagem germinada, um dos pneumáticos estando parcial ou totalmente esvaziado e o outro permanecendo cheio. Neste caso, a armadura de carcaça do pneumático esvaziado é submetida a uma tensão baixa ou nula, levando-se em conta a ausência de pressão de enchimento, e ao mesmo tempo submetida à variações de curvatura. Estes ciclos de fortes flexões, enquanto que os reforços da armadura de carcaça não são tensionados, geram uma fadiga dos reforços metálicos da armadura de carcaça.

Esta fadiga dos reforços metálicos diminui sua resistência à ruptura sob tensão e pode conduzir a rompimento durante o enchimento do pneumático em sua pressão nominal após reparação notadamente. Este problema é conhecido sob o nome de “zipper failure” ou ruptura “em botoeira”. O rompimento é acompanhado de uma ruptura que se estende maior ou menor comprimento circunferencial em um dos flancos. Com este rompimento, uma onda de sobrepressão se propaga à proximidade do pneumático.

A presente invenção procura não reduzir a fadiga dos reforços metálicos, mas antes limitar a onda de sobrepressão que resulta de um rompimento durante um enchimento de um pneumático cuja armadura de carcaça teria sofrido uma fadiga de seus reforços metálicos.

Um objetivo desta invenção é limitar a sobrepressão à proximidade do pneumático resultante da liberação de energia durante a propagação da ruptura da armadura de carcaça.

Neste objetivo, propõe-se um pneumático que compreende uma armadura de carcaça radial sobremontada radialmente externamente por um reforço de topo, a armadura de carcaça sendo formada por uma pluralidade de reforços metálicos revestidos em um material de revestimento emborrachado, os reforços da armadura de carcaça fazendo um ângulo pelo menos superior a 75° com a direção circunferencial, o pneumático compreendendo, além disso, talões para estar em contato com um aro de montagem, a armadura de carcaça sendo ancorado nestes talões. O pneumático 10 compreende dois flancos, cada flanco se estendendo entre um talão e o topo, pelo menos um dos flancos compreendendo uma armadura adicional de reforço. Este pneumático é caracterizado pelo fato de que a armadura adicional compreende no sentido circunferencial uma pluralidade de primeiras partes e uma pluralidade de segundas partes que têm resistências à ruptura, ou seja, forças com ruptura por unidade de largura de armadura, tais que a resistência à ruptura das segundas partes seja inferior à resistência à ruptura das primeiras partes, as primeiras partes e as segundas partes sendo dispostas em alternância na direção circunferencial. A força de ruptura por unidade de largura de uma armadura corresponde à força que é necessária a aplicar em uma direção dada e sobre uma unidade de largura do reforço a fim de provocar a ruptura da armadura sensivelmente perpendicularmente direção da força aplicada.

De acordo com esta invenção, a armadura adicional que comporta uma sucessão de primeiras partes e de segundas partes que têm resistências à ruptura diferentes, forma uma espécie de barreira à propagação, na direção circunferencial, da ruptura dos reforços da armadura de carcaça, limitando o comprimento circunferencial total da abertura. Foi constatado de maneira surpreendente que reduzindo significativamente o comprimento circunferencial da abertura do flanco do pneumático, é possível diminuir o efeito de sopro produzido pelo rompimento do pneumático.

De preferência, a armadura adicional se estende em pelo menos um dos flancos entre um ponto situado radialmente no interior do ponto axialmente o mais externo do perfil da armadura de carcaça do pneumático montado sobre seu aro de montagem e enchido na sua pressão de uso, e um ponto situado próximo à extremidade axial do reforço de topo. Este flanco é posicionado de preferência sobre o lado externo de um veículo sobre o qual o pneumático é montado.

Em uma variante preferencial, a armadura adicional é formada por uma lona de reforços têxteis aptos a resistir aos ciclos de flexão que sofre 5 a armadura de carcaça; por aptos a resistir aos ciclos de flexão, entende-se que estes reforços conservam sensivelmente sua resistência à ruptura no estado inicial. Para formar primeiras partes, de maior resistência à ruptura, pode-se empregar reforços têxteis de maior resistência à ruptura que estes dos reforços têxteis das segundas partes. Estes reforços têxteis podem ser orientados na 10 direção transversal, ou seja, em um plano que contém o eixo de rotação do pneumático, ou ainda em qualquer outra direção.

Em outra variante preferencial, a armadura adicional comporta apenas uma pluralidade de primeiras partes, formadas cada uma por uma lona de reforços têxteis, e divididos uns dos outro na direção circunferencial. Os 15 reforços têxteis são dispostos radialmente sobre o pneumático, ou seja, de acordo com uma direção que faz um ângulo igual a 90 graus com a direção circunferencial sobre o pneumático. O espaço entre duas primeiras partes corresponde a uma segunda parte de resistência à ruptura igual a zero. Estas segundas partes não comportam nenhum elemento de reforço nem mesmo de 20 mistura de borracha. Esta variante é particularmente adaptada no caso onde as primeiras partes compreendem reforços metálicos.

Em outra variante, as segundas partes podem ser constituídas pela mesma mistura de borracha que estas das primeiras partes a fim de facilitar a instalação da armadura adicional durante a fabricação do pneumático.

Em outra variante, a armadura adicional é uma lona em mistura de borracha reforçada por reforços têxteis paralelos uns aos outros, estes reforços têxteis sendo cortados pelo menos em um lugar de seu comprimento em uma pluralidade de regiões da referida lona. Por região, entende-se aqui que sobre uma largura dada da lona que corresponde à largura da referida região (e medido perpendicularmente aos reforços da armadura adicional), os reforços são todos os cortados de modo a criar, na referida armadura adicional, uma segunda parte de fraca resistência à ruptura. De preferência, o ou pelo menos um corte realizado sobre um reforço é localizado de maneira a estar situado no flanco do pneumático na região do referido flanco que corresponde ao ponto da armadura de carcaça axialmente a mais externa (axialmente externa sendo tomado por referência à cavidade interna do pneumático) ou até radialmente para o exterior deste ponto.

Pode-se igualmente prever que a armadura adicional é reforçada nestas segundas partes de fraca resistência à ruptura por reforços descontínuos. Estas descontinuidades podem facilmente ser obtidas após confecção da armadura adicional com reforços contínuos cortando em vários lugares cada um dos reforços para constituir segundas partes.

Em outra variante de realização, a armadura adicional é uma lona em mistura de borracha reforçada de uma sucessão de reforços de naturezas diferentes que têm resistências à ruptura diferentes, estes reforços dispostos sendo sensivelmente paralelamente uns aos outros. Os reforços de mesma natureza são agrupados de maneira a constituir partes de comprimento médio circunferencial apropriado. Estas partes de resistências à ruptura são dispostas em alternância na direção circunferencial.

De preferência os reforços têxteis da armadura adicional são escolhidos dentre os reforços poliamida ou aramida; pode igualmente ser de natureza híbrida, ou seja, formados com pelo menos dois cabos têxteis de naturezas diferentes.

Se a armadura adicional pode ser indiferentemente posicionada de um lado ou do outro da armadura de carcaça, pode, no entanto, ser vantajoso posicioná-lo axial e radialmente externamente à armadura de carcaça (a referida armadura de carcaça se encontra consequentemente entre a armadura adicional e a cavidade interna do pneumático na qual age a pressão de enchimento do pneumático). É, além disso, possível prever um material de desacoplamento entre a armadura de carcaça e a armadura adicional.

Em todas as variantes apresentadas que empregam reforços, é vantajoso que estes reforços da armadura adicional façam no pneumático um ângulo igual ou pouco diferente de 90 graus (ou seja, pelo menos 80 graus) com a direção circunferencial.

Outras características e vantagens da invenção surgem da descrição feita a seguir em referência aos desenhos anexados que mostram, a título de exemplos não limitativos, de formas de realização do objeto da invenção.

Figura 1: vista parcial de um flanco de um pneumático com armadura de carcaça radial após teste de rompimento;

Figura 2: vista em corte transversal de um pneumático de acordo com a arte anterior;

Figura 3: vista em corte transversal de um pneumático de acordo com a invenção;

Figura 4: vista parcial de um flanco do pneumático da figura 3;

Figura 5: vista parcial do flanco do pneumático da figura 3 após teste de rompimento;

Figura 6: vista de uma variante de reforço adicional;

Figura 7: vista de outra variante de reforço adicional;

Figura 8: vista de outra variante de reforço adicional;

Figura 9: vista de outra variante de reforço adicional.

O pneumático 10 de dimensão 315/80 R 22.5 mostrado em

corte transversal na figura 2, ou seja, em um plano de corte que contém o eixo de rotação do pneumático, compreende flancos 1 de um lado e do outro de um topo 3, cada flanco 1 terminando pelos talões 4 destinadas a estar em contato com um aro de montagem (não representado nesta figura). Este pneumático é reforçado por um armadura de carcaça 2 formada ela própria por uma pluralidade de reforços 21 orientados de forma a fazer um ângulo de 90 graus com a direção circunferencial (direção que é perpendicular ao plano da figura 2). Os reforços 21 da armadura de carcaça são agrupamentos de 19 fios de

0.18 mm de diâmetro desprovidos de colar em tomo dos referidos reforços. A armadura de carcaça se estende no topo 3 e é sobremontada radialmente externamente por um reforço de topo 31; a armadura de carcaça se estende nos flancos 1 e termina por uma ancoragem nos talões 4.

Para esta dimensão de pneumático, o volume da cavidade interna, ou seja, o volume que contém a pressão de enchimento é de 140 litros.

A figura 1 mostra parcialmente um dos flancos 1 do pneumático representado na figura 2 após ter sofrido um teste de rompimento. Este teste consiste, após ter previamente cortado reforços 21 de carcaça sobre um comprimento circunferencial L entre 30 a 80 mm (medido sensivelmente no ponto axialmente mais extemo do pneumático), em montar o pneumático sobre uma roda e a encher este pneumático até seu rompimento. Durante este teste, mede-se a pressão de rompimento e a pressão acústica a uma distância de 1 m do pneumático. Após teste, mede-se o comprimento circunferencial da abertura 22 sobre o flanco do pneumático.

No caso tipo, um pneumático de dimensão 315/80 R 22.5 para o qual a zona cortada é de comprimento circunferencial L igual a 30 mm, a pressão acústica medida atinge um valor de 4,5 bars para uma pressão de rompimento de 14 bars. O comprimento circunferencial da abertura após rompimento é igual a 550 mm. Em outro caso tipo, de um pneumático de mesmo dimensão para o qual a zona cortada é de comprimento circunferencial L igual a 80 mm, a pressão acústica medida atinge um valor de 3,5 bars para uma pressão de rompimento de 9 bars. O comprimento circunferencial da abertura após rompimento é igual a 450 mm. De acordo com uma variante de pneumático 10 de acordo com a invenção mostrada na figura 3, cada flanco 1 comporta externamente à armadura de carcaça um reforço adicional 5. Esta armadura adicional se estende sobre uma distância radial H, no plano da figura 3, de um lado e do 5 outro do ponto E da armadura de carcaça axialmente o mais externo possível quando o pneumático é enchido em sua pressão nominal. Esta armadura adicional termina próxima da armadura topo 31.

Na figura 4, mostra-se um flanco 1 do pneumático 10 mostrado em corte na figura 3. A armadura adicional 5, visível na figura 4, é formada como uma lona que compreende uma sucessão de primeiras partes 51 de largura La e de segundas partes 52 de largura Lb, estas partes sendo dispostas em alternância (uma primeira parte 51 seguida por uma segunda parte 52). As primeiras partes 51 e as segundas partes 52 conservam sensivelmente suas larguras respectivas La, Lb no nível dos pontos radialmente mais externamente. As primeiras partes 51 têm uma resistência à ruptura quando são submetidas a um esforço na direção dos reforços que é superior à resistência à ruptura das segundas partes 52 na mesma direção. Por resistência à ruptura, entende-se a força à ruptura em daN por unidade de comprimento em decímetro (dm) (a resistência à ruptura de uma armadura reforçada de reforços é sensivelmente igual à força de ruptura de cada reforço multiplicada pelo número de reforço por decímetro).

Cada primeira parte 51 de forte resistência à ruptura é constituída por um material de borracha reforçado por cabos paralelos entre si. Os cabos são dispostos de maneira a obter, à fabricação da armadura, 80 cabos por decímetro. Os cabos são em aramida 330*2 - 230/230 e têm uma força à ruptura unitária da ordem de 100 daN.

Cada primeira parte 51 é de largura média igual a 25 mm. Um decímetro de lona compreende cerca de 80 reforços por decímetro (dm); estas partes A têm consequentemente uma resistência à ruptura Fra igual a 8000 daN/dm.

Cada segunda parte 52, de largura igual a 50 mm, é formada com a mesma mistura de borracha que liga os reforços das primeiras partes 51 mas sem nenhum reforço. A força de ruptura das segundas partes é muito 5 inferior àquele das primeiras partes, pois ela é sensivelmente igual à força à ruptura da mistura de borracha, ou seja, 20 daN/dm para níveis de espessura idênticos.

Sobre um flanco 1, prepara-se o pneumático para o teste de rompimento descrito acima cortando os reforços da armadura de carcaça sobre um comprimento circunferencial de 80 mm. Este corte é feito sobre vários pneumáticos de maneira a ser posicionado de várias maneiras em relação às primeiras e segundas partes da armadura adicional 5.

A figura 5 mostra um dos resultados obtidos, o corte previamente afetando uma primeira parte 51 e parcialmente duas segundas 15 partes 52. Constata-se após rompimento do pneumático que a abertura 25 do flanco é de comprimento circunferencial Lr inferior à 150 mm. Nota-se, além disso, que a sobrepressão no momento do rompimento passa de 10 bars para um pneumático de mesma dimensão sem armadura adicional a menos de 1 bar para o pneumático de acordo com a invenção.

De preferência, a resistência à ruptura das primeiras partes 51

é pelo menos igual a 3000 daN/dm e ainda mais preferencialmente pelo menos igual a 5000 daN/dm para um pneumático destinado a equipar um veículo pesado.

De preferência, a resistência à ruptura das segundas partes é no máximo igual a 300 daN/dm e ainda mais preferencialmente no máximo igual a 100 daN/dm.

A adaptação da invenção a uma dimensão usual de pneumático para veículo pesado é fácil para o especialista, sabendo que preferencialmente a largura de uma parte resistência mais fraca à ruptura é compreendida entre 20 e 60 mm e ainda mais preferencialmente entre 30 e 40 mm Além disso, para as gamas usuais de pneumáticos para veículos peso pesado, é judicioso escolher, em combinação com os valores de resistência à ruptura dados acima, valores de larguras tais como a soma das larguras de uma primeira parte e de uma segunda parte é pelo menos igual a 40 mm e no máximo igual a 80 mm o que permite obter, no teste praticado que consiste em cortar uma forte proporção de reforços da armadura de carcaça sobre uma largura L de 80 mm, um comprimento de abertura do flanco ao rompimento inferior a 150 mm e assim limitar a sobrepressão a 1 metro a um valor inferior à 1 bar.

As figuras 6, 7, 8 e 9 mostram variantes de armadura adicional para o emprego da invenção.

A armadura adicional 56 mostrada com a figura 6 é formado em uma lona de tecido cruzado (fios de trama e de cadeia cruzados), os fios que o compõem formando um ângulo de 45° com a direção principal XX’ do reforço. Uma pluralidade de aberturas 560 é realizada com matriz de aparamento no referido tecido de maneira regular na direção XX' do tecido que é destinada a ser colocada circunferencialmente sobre o pneumático. Assim, realiza-se primeiras partes 561 de largura entre as aberturas 560 e segundas partes 562 recobrindo as referidas aberturas 560 de largura Lb.

A armadura adicional 57 mostrada na figura 7 compreende uma pluralidade de primeiras partes 571 e de segundas partes 572 dispostas em alternância. As primeiras partes 571 são reforçadas com reforços 5711 e as segundas partes 572 com reforços 5722. Os reforços 5711 têm uma força de ruptura que é superior à força à ruptura dos reforços 5722. O passo de instalação dos reforços é idêntico para as primeiras e as segundas partes.

A armadura adicional 58 mostrada na figura 8 compreende uma pluralidade de primeiras partes 581 e de segundas partes 582 dispostas em alternância na direção XX'. As primeiras partes 581 e as segundas partes 582 são reforçadas com os mesmos reforços 580 que são instalados com passos diferentes nas referidas partes.

O passo de instalação nas segundas partes 582 é bastante superior ao passo de instalação dos reforços nas primeiras partes 581.

A armadura adicional 59 mostrada na figura 9 compreende

uma pluralidade de primeiras partes 591 e de segundas partes 592 dispostas em alternância. As primeiras partes 591 e as segundas partes 592 são reforçadas com os mesmos reforços 590 que são instalados com passos idênticos nas referidas partes. Antes de incorporação desta armadura adicional 10 em um pneumático, realiza-se uma pluralidade de cortes 593 ao longo dos reforços das segundas partes 592 de maneira a ter uma resistência à ruptura em tração no sentido dos reforços que seja bastante inferior à resistência à ruptura das primeiras partes 591.

Vantajosamente, o número de reforços da armadura adicional por decímetro nas primeiras partes é superior a 90 reforços, de preferência superior a 110 reforços. Do mesmo modo, a distância entre dois reforços é de preferência inferior a 0.5 mm e inferior ou igual a 0.3 mm.

Em todos os exemplos descritos, a armadura adicional pode ser prolongada de um lado e do outro dos flancos até ir sob ou sobre a armadura de topo e nos talões.

O dispositivo da invenção é particularmente interessante quando o pneumático dispõe de um volume de cavidade interno importante, associado a um nível de pressão de enchimento elevado, como é o caso nos pneumáticos para veículos peso pesado, avião, tratores, agrícola.

Claims (8)

1. Pneumático (10) que compreende uma armadura de carcaça radial (2) sobremontada radialmente externamente por um reforço de topo (31), a armadura de carcaça (2) sendo formada por uma pluralidade de reforços metálicos (21) revestidos em um material de revestimento em borracha, os reforços (21) da armadura de carcaça fazendo um ângulo pelo menos superior a 75° com a direção circunferencial, o pneumático compreendendo, além disso, talões (4) para estar em contacto com um aro de montagem, a armadura de carcaça (2) sendo ancorada nestes talões, o pneumático (10) compreendendo dois flancos (1), cada flanco (1) se estendendo entre um talão (4) e o topo (3), pelo menos um dos flancos compreendendo uma armadura adicional de reforço (5), este pneumático sendo caracterizado pelo fato de que a armadura adicional (5) compreende no sentido circunferencial uma pluralidade de primeiras partes (51) e de segundas partes (52) tendo resistências à ruptura, ou seja, forças à ruptura por unidade de largura de armadura, tais como a resistência à ruptura das segundas partes (52) sendo inferior à resistência à ruptura das primeiras partes, as primeiras partes (51) e as segundas partes sendo dispostas em alternância na direção circunferencial.

2. Pneumático (10) de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a armadura adicional (5) se estende em pelo menos um dos flancos pelo menos entre um ponto situado radialmente no interior do ponto (E) axialmente o mais externo do perfil da armadura de carcaça do pneumático montado sobre seu aro de montagem e enchido em sua pressão de uso, e um ponto situado próximo à extremidade axial da armadura de topo (31).

3. Pneumático (10) de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelo fato de que a armadura adicional (5) é posicionada axial e radialmente externamente à armadura de carcaça.

4. Pneumático (10) de acordo com uma das reivindicações 1 a 3 caracterizado pelo fato de que a armadura adicional (5) é provida em suas primeiras partes com uma pluralidade de reforços têxteis dispostos de acordo com uma direção que faz um ângulo igual a 90 graus com a direção circunferencial sobre o pneumático.

5. Pneumático de acordo com uma das reivindicações 1 a 4 caracterizado pelo fato de que a resistência à ruptura das primeiras partes é pelo menos igual a 3000 daN/dm.

6. Pneumático de acordo com uma das reivindicações 1 a 4 caracterizado pelo fato de que a resistência à ruptura das segundas partes é no máximo igual a 300 daN/dm.

7. Pneumático de acordo com a reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que os reforços das primeiras partes da armadura adicional (5) que têm maior resistência à ruptura são escolhidos dentre os reforços têxteis de natureza poliamida ou de aramida ou de reforços híbridos formados com pelo menos dois reforços têxteis de naturezas diferentes.

8. Pneumático de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado pelo fato de que as segundas partes da armadura adicional (5) compreendem uma pluralidade de reforços descontínuos, estes reforços se estendendo em uma direção radial.