BRPI1102483A2 - Sistema para sustentação não pneumática de veículo - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA SUSTENTAÇÂO NÃO PNEUMÁTICA DE VEÍCULO Um pneu não pneumático inclui uma série de molas. Cada mola compreende uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte intermediária de arqueamento. Cada mola é inter-urdida com pelo menos uma outra mola, formandose assim uma estrutura toroidal que se estende em volta da circunferência inteira do pneu não pneumático. A estrutura toroidal é, pelo menos parcialmente, revestida com um elastômero.

Description

“SISTEMA PARA SUSTENTAÇÃO NÃO PNEUMÁTICA DE VEÍCULO” Campo da Invenção

Esta invenção refere-se a um sistema para sustentação não pneumática de um veí- culo e, mais especificamente, a um pneu não pneumático e a um método para construir tal pneu não pneumático.

Antecedentes da Invenção

Pneus de borracha sólida não pneumáticos convencionais foram usados antes dos pneus de ar comprimido. À medida que as velocidades dos veículos aumentaram e as ca- racterísticas de marcha se tornaram mais importantes, surgiu a necessidade de uma estrutu- ra pneumática. O pneu de ar comprimido proporcionou uma solução para o problema e limi- tações de pneus não pneumáticos sólidos.

O pneu de ar comprimido convencional é uma estrutura eficaz que resistiu como uma solução para requisitos de veículos convencionais. O pneu de ar comprimido conven- cional é uma “estrutura de tração”. Estruturas de tração contêm uma estrutura de compres- são para prover uma pré-carga de tração na estrutura de tração. A estrutura de tração pode tipicamente não aceitar compressão e a estrutura de compressão, nenhuma tensão. Nos pneus de ar comprimido, os cordonéis são a estrutura de tração e o ar comprimido é a estru- tura de compressão.

Uma desvantagem de um pneu de ar comprimido convencional é que ele é pneu- mático. O ar contido sob pressão pode, e tipicamente o faz, escapar em momentos inopor- tunos, pelo menos do ponto de vista do operador do veículo.

Um pneu não pneumático não tem ar sob pressão. É uma estrutura de pneumático que tem um desempenho semelhante ao de um pneu de ar comprimido, sem necessitar de ar contido sob pressão. A comunicação de um pneu não pneumático com uma superfície de via de rodagem/contato na área de impressão do desenho da rodagem do pneumático, ou remendo de contato, provê a única entrada de força para o veículo da superfície de contato e provê as forças de manejo e a carga para a superfície de contato. Assim, um pneu não pneumático tem estas características fundamentais em comum com um pneu de ar compri- mido.

Um pneu de ar comprimido convencional tem características de flexão e condução de carga únicas. Choques e deflexões, embora ocorrendo localmente na área radial interna da impressão do desenho da rodagem, podem ser absorvidos globalmente pela estrutura inteira do pneumático. Características de manobra em cantos são obtidas por uma combina- ção de aumentos e diminuições na tensão do costado do pneumático.

Um pneu não pneumático convencional deve ser igualmente capaz de suportar car- gas de choque e dissipar a energia absorvida. Entretanto, ao contrário de um pneu de ar comprimido, um pneu não pneumático absorve tipicamente choques e deflete localmente dentro da impressão do desenho da rodagem ou remendo de contato. Tal deflexão localiza- da de um pneu não pneumático deve, portanto, apresentar também características de amor- tecimento elevadas.

Além disso, qualquer pneumático em uma condição de marcha deve ser capaz de 5 dissipar calor. A natureza das cargas de amortecimento é uma forma de dissipação de e- nergia. A energia absorvida é convertida em calor. O calor, por sua vez, pode afetar o de- sempenho do pneumático e pode resultar em falha prematura do pneumático. Assim, a dis- sipação eficaz de calor é essencial para qualquer pneumático. Idealmente, a energia só é absorvida pelo pneumático na área radial interna da impressão do desenho da rodagem ou 10 remendo de contato, de modo que a energia possa ser removida de tal área durante o res- tante da revolução do pneumático.

Entretanto, a borracha é úm mau condutor de calor. Quanto mais espessa a borra- cha, maior a acumulação de calor. A acumulação de calor pode ser atenuada até um nível controlado pela existência de cortes transversais delgados de material com alta circulação de ar.

Pneumáticos de uretano podem funcionar a temperaturas tão elevadas quanto de cerca de 93°C (200°F). Temperaturas mais elevadas que 121°C (250°F) por períodos pro- longados provocarão um enfraquecimento do uretano. Se a temperatura de um pneumático de uretano se elevar o bastante, pode ocorrer a falha prematura do pneumático de uretano. Um pneu não pneumático/roda convencional inclui uma parte central de material re-

siliente, uma parte de banda de rodagem resiliente externa e uma parte absorvedora de choque interposta que compreende uma série de membranas cruzadas de material resiliente formadas com as partes central e de banda de rodagem. Formada na parte interna da parte absorvedora de choque há uma série anular de orifícios. Os orifícios são fixados em sentido 25 transversal e se superpõem ligeiramente. Cada orifício estende-se através de toda a largura axial da parte absorvedora de choque. Um par de discos é também apresentado com orifí- cios semelhantes. Um disco é posicionado em cada lado do pneumático/roda com os orifí- cios alinhados com os da parte absorvedora de choque. Quando da moldagem, é formada uma unidade integrante. Este pneumático/roda acolchoado eliminou as peças de metal usa- 30 das para prender um pneu de ar comprimido ou de borracha sólida a uma roda.

Tais tentativas convencionais de desenvolver um pneu não pneumático fracassa- ram em prover dissipação de calor adequada juntamente com capacidade adequada de su- portar carga. À medida que as velocidades dos veículos aumentaram, estes conceitos foram incapazes de atender às necessidades dos pneumáticos para veículos de passageiros e caminhões.

Outro pneu não pneumático convencional é moldado de maneira integrante a partir de um material elastomérico de modo a se formar uma estrutura unitária que compreende “arcos” interno e externo. O arco externo é sustentado e acolchoado por uma série de nervu- ras planares afastadas entre si em sentido circunferente e uma membrana central plana, que liga os arcos em seu centro circunferente. A membrana fica disposta em um plano per- pendicular ao eixo geométrico rotacional do pneumático. As nervuras estendem-se em sen- 5 tido axial ao longo dos arcos interno e externos, ligando os arcos às bordas das nervuras ao longo das superfícies opostas da membrana. As nervuras planares podem ser rebaixadas nas extremidades radiais de modo a se assegurar o dobramento e ausência de empena- mento, a menos que uma carga crítica seja ultrapassada.

Outro pneu não pneumático convencional tem um plano equatorial, um eixo geomé- trico perpendicular ao plano equatorial, uma banda de rodagem anular capaz de girar em volta do eixo geométrico e um corpo elastomérico anular fabricado a partir de um material que tem uma dureza Shore A na faixa de 60 a 100. O corpo elastomérico tem um primeiro e um segundo lados afastados um do outro. Os lados são afastados de maneira eqüidistante do plano equatorial e se estendem por entre a banda de rodagem e o aro. O corpo tem aber- turas posicionadas de maneira eqüidistante do eixo geométrico, algumas das quais se es- tendem a partir do primeiro lado e outras que se estendem a partir do segundo lado de mo- do a se formarem um primeiro e um segundo conjuntos de aberturas. Os conjuntos de aber- turas estendem-se a partir dos respectivos lados na direção do plano equatorial. As abertu- ras formam colunas igualmente afastadas entre si de material elastomérico no corpo. As colunas formadas pelo primeiro conjunto de aberturas são inclinadas na direção radial do pneumático, e as colunas formadas pelo segundo conjunto de aberturas são geralmente inclinadas na direção radial do pneumático, mas são opostas em inclinação com relação às colunas formadas pelo primeiro conjunto de aberturas.

A Administração Aeronáutica e Espacial Nacional (NASA) tem veículos de superfí- 25 cie desenvolvidos para suportar exploração lunar de longo alcance e o desenvolvimento de um posto lunar. Estes veículos são mais pesados e se deslocam ao longo de distâncias maiores que as do Veículo de Deslocamento Lunar (LRV) desenvolvido para o programa Appollo no final dos anos de 1960. Consequentemente, novos pneumáticos serão necessá- rios para sustentar até dez vezes o peso, e finalmente para até cem vezes a distância de 30 deslocamento, comparados com os usados no LRV do programa Appollo, exigindo assim características operacionais semelhantes às dos veículos de passageiros usados na terra. Entretanto, pneus de ar comprimido de borracha convencionais não podem funcionar de maneira aceitável no espaço.

Por exemplo, as propriedades da borracha variam de maneira significativa entre temperaturas frias na sombra (até 40 K) e as temperaturas quentes à Iuz do sol (até 400 K). Além disto, a borracha se deteriora quando exposta à radiação solar direta, sem proteção atmosférica. Finalmente, um pneumático enchido com ar não é permissível para veículos lunares tripulados por causa da possibilidade de um pneumático vazio. Para superar estas limitações, foi desenvolvido um desenho de pneumático para o LRV do programa Appollo, que foi usado com sucesso nas missões Appollo 15, 16 e 17. Este pneu não pneumático foi urdido a partir de arame para instrumentos musicais, que era robusto para variações de 5 temperatura lunar e radiação solar, acionado no vácuo e não necessitava de ar para susten- tação de carga. Esta estrutura funcionava também para adequar-se ao contorno do terreno lunar, o que facilitava a tração e a transferência reduzida de vibração para o LRV do pro- grama Appollo.

Conforme dito acima, por causa dos novos requisitos de peso e distância para veí- 10 culos lunares, era necessário um pneumático com maior resistência e durabilidade. Um con- junto de roda e pneu não pneumático tem um diâmetro variável que, além da alteração do seu diâmetro, pode também ter a sua largura alterada, aumentando-se assim a área da roda que entra em contato com o chão. Assim, este pneu não pneumático pode ser ajustado de modo a se aumentar o desempenho do veículo de acordo com o terreno sobre o qual ele se 15 desloca. Este pneumático/roda tem elementos de arqueamento com primeiras e segundas extremidades que ligam um cubo de roda. Os elementos de arqueamento estendem-se para fora em um arco entre as primeiras e segundas extremidades. Os elementos de arqueamen- to formam uma série de arcos flexíveis afastados entre si em sentido circunferente em volta do cubo e estendendo-se em sentido radial para fora do cubo.

Mais especificamente, este pneu/roda não pneumático convencional forma uma

gaiola composta de trinta e oito arcos afastados entre si que se estendem em sentido radial, os quais se arqueiam entre os aros axiais externos de um cubo. Os arcos são feitos de mo- las de aço helicoidais preenchidas com arames cortados no comprimento desejado e ros- queados através do centro das molas. O cubo convencional pode ser dilatado/contraído em sentido axial para fazer variar o diâmetro do pneumático/roda.

Verificou-se que o desenho de malha de arame do pneumático do LRV do progra- ma Appollo não é prontamente escalonável. Especificamente, o aumento no diâmetro do arame para se produzir um pneumático que sustentasse dez vezes a carga do desenho ori- ginal produziu duas limitações significativas: 1) a capacidade de adequar-se ao contorno do 30 terreno foi perdida, limitando assim a tração e capacidade de isolar a vibração; e 2) o au- mento das tensões no arame limitou a vida útil funcional.

Assim, outro pneu/roda não pneumático convencional inclui uma série de molas he- licoidais. Cada mola helicoidal inclui uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte intermediária de arqueamento que interliga a primeira parte de 35 extremidade e a segunda parte de extremidade. Cada mola helicoidal é inter-urdida, ou en- trelaçada, com pelo menos uma outra mola helicoidal da série, formando-se assim uma es- trutura toroidal urdida que se estende em volta da circunferência inteira do pneu/roda não pneumático. Um subconjunto de molas helicoidais pode ser preso a um primeiro aro anular de uma roda e/ou a um segundo aro anular da roda. Uma roda com um aro anular em cada lado axial do pneumático pode prender o pneumático à roda. Assim, comparada com estru- turas de pneus de ar comprimido convencionais, a estrutura toroidal urdida/entrelaçada de

molas helicoidais inter-urdidas define uma primeira lona para o pneu não pneumático. Uma segunda lona pode sobrepor-se em sentido radial à primeira lona. Tal segunda lona pode compreender a mesma estrutura toroidal inter-urdida da primeira lona.

Consequentemente, é desejável um pneu não pneumático aperfeiçoado para uso em aplicações específicas.

Definições

“Tira de enchimento” significa um enchimento elastomérico localizado em sentido radial acima do núcleo do talão e entre as lonas e a lona de redobra.

“Anular” significa formado como um anel.

“Proporção de aparência” significa a razão da sua altura de seção para sua largura de seção.

“Axial” e “em sentido axial” são aqui usados para referir-se a linhas ou direções que são paralelas ao eixo geométrico de rotação do pneumático.

“Talão” significa a parte do pneumático que compreende um elemento de tração anular envolvido por cordonéis de lona e conformado, com ou sem outros elementos de re- forço, tais como cobre-talões, reforços de arame na área do talão, tiras de enchimento, pro- tetores de unha e elementos de anti-fricção, para adequar-se ao aro projetado.

“Estrutura de correia” significa pelo menos duas camadas ou lonas anulares de cor- donéis paralelos, urdidas ou não urdidas, subjacentes à banda de rodagem, não fixadas no talão, e que têm cordonéis inclinados com relação ao plano equatorial do pneumático. A estrutura de correia pode incluir também lonas de cordonéis paralelos inclinada a ângulos relativamente baixos, que atuam como camadas restritivas.

“Pneumático oblíquo” (lona cruzada) significa um pneumático no qual os cordonéis de reforço na lona de carcaça se estendem em sentido diagonal através do pneumático de talão a talão a um ângulo de cerca de 25°-65° com relação ao plano equatorial do pneumáti- co. Se várias lonas estiverem presentes, os cordonéis de lona correm a ângulos opostos em camadas alternadas.

“Amortecedores” significa pelo menos duas camadas ou lonas anulares de cordo- néis de reforço paralelos que têm, com referência ao plano equatorial do pneumático, o mesmo ângulo dos cordonéis de reforço paralelos nas lonas de carcaça. Amortecedores estão usualmente associados a pneumáticos oblíquos.

“Cabo” significa um cordonel formado pela torção mútua de dois ou mais fios do- brados. “Carcaça” significa a estrutura do pneumático além da estrutura de correia, da ban- da de rodagem, da sub-banda de rodagem, da borracha do costado sobre as lonas, mas incluindo os talões.

“Revestimento” significa a carcaça, a estrutura de correia, os talões, os costados e

- 5 todos os demais componentes do pneumático, com a exceção da banda de rodagem e da sub-banda de rodagem, isto é, todo o pneumático.

“Reforço de arame na área do talão” refere-se a uma faixa estreita de cordonéis de pano ou de aço localizados na área do talão, cuja função é reforçar a área do talão e estabi- lizar a parte radial interna do costado.

10 “Circunferente(s)” significa linhas ou direções que se estendem ao longo do períme-

tro da superfície do pneumático anular paralela ao Plano Equatorial (EP) e perpendicular à direção axial; pode referir-se também à direção dos conjuntos de curvas circulares adjacen- tes cujos raios definem a curvatura axial da banda de rodagem, vista em corte transversal.

“Cordonel” significa um dos fios de reforço dos quais são constituídas as estruturas 15 de reforço do pneumático.

“Ângulo de corda” significa o ângulo agudo, esquerdo ou direito em vista em planta do pneumático, formado por uma corda com relação ao plano equatorial. O “ângulo de cor- da” é medido em um pneumático curado, mas não inflado.

“Denier” significa o peso em gramas por 9000 metros (unidade para expressar a 20 densidade linear). Dtex significa o peso em gramas por 10.000 metros.

“Elastômero” significa um material resiliente capaz de recuperar o tamanho e a con- formação após a deformação.

“Plano equatorial (EP)” significa o plano perpendicular ao eixo geométrico de rota- ção do pneumático e que passa através do centro da sua banda de rodagem; ou o plano 25 que contém a linha central circunferente da banda de rodagem.

“Tecido” significa uma rede de cordonéis que se estendem em sentido essencial- mente unidirecional, que podem ser torcidos, e que, por sua vez, são compostos de uma série de vários filamentos (que podem ser também torcidos) de um material de alto módulo.

“Fibra” é uma unidade de matéria, ou natural ou fabricada pelo homem, que forma o 30 elemento básico dos filamentos. Caracterizada por ter um comprimento pelo menos 100 vezes o seu diâmetro ou largura.

“Total de filamentos” significa o número de filamentos que constituem um fio. E- xemplo: um poliéster de 1000 denier tem aproximadamente 190 filamentos.

“Cobre-talão” refere-se a um tecido de reforço em volta do arame do talão para re- 35 forço e para ligar o talão no corpo do pneumático.

“Impressão do desenho da rodagem” significa o remendo de contato ou área de contato da banda de rodagem do pneumático com uma superfície plana a velocidade zero e sob carga normal.

“Calibre” refere-se de maneira geral a uma medição e, especificamente, a uma me- dição de espessura.

“Aspereza” significa o grau de distúrbio transmitido por um pneumático quando pas-

- 5 sa por sobre irregularidades de via de rodagem menores, mas contínuas.

“Aço de Alta Tração (HT)” significa um aço ao carbono com uma resistência à tra- ção de pelo menos 3400 MPA @ com um diâmetro de filamento de 0,20 mm.

“Histerese” significa um retardamento do efeito quando as forças que atuam sobre um corpo são alteradas.

10 “Interno” significa na direção do lado interno do pneumático e “externo” significa na

direção do seu lado externo.

“Forro interno” significa a camada ou camadas de elastômero ou outro material que formam a superfície interna de um pneumático sem câmara de ar e que contêm o fluido de inflação dentro do pneumático.

15 “LASE” é a carga a um alongamento especificado.

“Lateral” significa direção axial.

“Comprimento de torcida” significa a distância à qual um filamento ou fio torcido se desloca para efetuar uma rotação de 360 graus em volta de outro filamento ou fio.

“Aço de Mega Tração (MT)” significa um aço ao carbono com uma resistência à tra- 20 ção de pelo menos 4500 MPA @ com um diâmetro de filamento de 0,20 mm.

“Carga Normal” significa a pressão e a carga de inflação projetadas específicas a- tribuídas pela organização de padrões apropriados para a condição de funcionamento do pneumático.

“Aço de Tração Normal (NT)” significa um aço ao carbono com uma resistência à 25 tração de pelo menos 2800 MPA @ com um diâmetro de filamento de 0,20 mm.

“Lona” significa uma camada reforçada com cordonéis de cordonéis revestidos de borracha dispostos em sentido radial ou então paralelos.

“Pneu de ar comprimido” significa um dispositivo mecânico laminado de conforma- ção geral toroidal (usualmente um toro aberto) que tem talões e uma banda de rodagem e 30 feito de borracha, substâncias químicas, tecido, aço e/ou outros materiais. Quando montado na roda de um veículo, o pneu de ar comprimido, através da sua banda de rodagem, pro- porciona tração e contém um fluido que sustenta a carga do veículo.

“Radial” e “em sentido radial” são usados para significar direções em sentido radial na direção ou em afastamento do eixo geométrico de rotação do pneumático.

35 “Estrutura de Lona Radial” significa a lona ou lonas de carcaça, das quais pelo me-

nos uma lona tem cordonéis de reforço orientados a um ângulo de entre 65° e 90° com rela- ção ao plano equatorial do pneumático. “Pneumático de Lona Radial” significa um pneu de ar comprimido dotado de correia ou restringido em sentido circunferente no qual pelo menos uma lona tem cordonéis que se estendem de talão a talão e são dispostos a ângulos de corda entre 65° e 90° com relação ao plano equatorial do pneumático.

“Aro” significa um suporte para um pneumático ou um conjunto de pneumático e

câmara sobre o qual o pneumático é preso.

“Altura de Seção” significa a distância radial do diâmetro nominal do aro até o diâ- metro externo do pneumático em seu plano equatorial.

“Largura de Seção” significa a distância linear máxima paralela ao eixo geométrico do pneumático e entre o lado externo dos seus costados quando e depois que tiver sido in- flado à pressão normal durante 24 horas, mas não carregado, excluindo-se as elevações dos costados devidas a faixas de rotulação, decoração ou proteção.

“Costado” significa a parte de um pneumático entre a banda de rodagem e o talão.

“Taxa de Mola” significa a rigidez de um pneumático ou mola expressa como a in- clinação de uma curva de deflexão de carga.

“Aço de Super-Tração (ST)” significa um aço ao carbono com uma resistência à tra- ção de pelo menos 3650 MPa @ com um diâmetro de filamento de 0,20 mm.

“Tenacidade” é a tensão expressa como força por densidade linear unitária do es- pécime não submetido a deformação (gm/tex ou gm/denier). Usado em têxteis.

“Tração” é a tensão expressa em forças/área em corte transversal. A resistência em

psi= 12.800 vezes a gravidade específica vezes a tenacidade em gramas por denier.

“Protetor de unha” refere-se à parte de contato com o aro, elastomérica e disposta em sentido circunferente, do pneumático, no sentido radial interno de cada talão.

“Banda de rodagem” significa um componente de borracha moldado que, quando Ii- gado a um revestimento de pneumático, inclui a parte do pneumático que entra em contato com a via de rodagem quando o pneumático está normalmente inflado e sob carga normal.

"Largura da banda de rodagem” significa o comprimento em arco da superfície da banda de rodagem em um plano que inclui o eixo geométrico de rotação do pneumático.

“Extremidade de redobra” significa a parte de uma lona de carcaça que se vira para cima (isto é, em sentido radial para fora) a partir dos talões em volta dos quais a lona é enro- lada.

“Aço de Ultra-Tração (UT)” significa um aço ao carbono com uma resistência à tra- ção de pelo menos 4000 MPa @ com um diâmetro de filamento de 0,20 mm.

“Fio” é um termo genérico para um fio contínuo de fibras ou filamentos têxteis. Fio ocorre sob as formas seguintes: 1) várias fibras torcidas umas nas outras; 2) vários filamen- tos dispostos em conjunto sem torção; 3) vários filamentos dispostos em conjunto com um grau de torção; 4) um filamento único com ou sem torção (monofilamento); 5) uma tira es- treita de material com ou sem torção.

Sumário da Invenção

Um método para construir um pneu não pneumático de acordo com a presente in- venção compreende as etapas de: fazer uma estrutura de lona de carcaça deslizar no senti- 5 do de contato com uma câmara de ar; assentar um primeiro talão circular da estrutura de lona de carcaça sobre um molde; inflar parcialmente a câmara de ar de modo a se formar uma estrutura de lona de carcaça abaulada; derramar um elastômero no molde; assentar um segundo talão circular da estrutura de lona de carcaça sobre uma tampa de molde; fe- char o molde com a tampa de molde para encerrar o elastômero; inflar completamente a 10 câmara de ar para facilitar o contato do elastômero com a estrutura de lona de carcaça; cu- rar o elastômero; e remover a combinação de estrutura de lona de carcaça/elastômero que agora define o pneu não pneumático.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, a estrutura de lona de carcaça compreende uma série de molas, cada mola estendendo-se do primeiro talão circular até o segundo talão circular.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, cada mola compreende uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte inter- mediária de arqueamento que interliga a primeira parte de extremidade e a segunda parte de extremidade.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, cada mola é inter-urdida

com uma mola adjacente em um primeiro lado da mola e é também inter-urdida com uma mola adjacente em um segundo lado oposto da mola, formando-se assim uma estrutura de lona de carcaça toroidal que se estende em volta da circunferência inteira do pneu não pneumático.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o elastômero é o ureta-

no.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o método inclui também a etapa de reposicionar o molde independente/tampa de molde em seguida à etapa de fe- chamento.

Um pneu não pneumático de acordo com a presente invenção compreende uma sé-

rie de molas, que podem ser helicoidais. Cada mola compreende uma primeira parte de ex- tremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte intermediária de arqueamento. Cada mola é inter-urdida com pelo menos uma outra mola helicoidal, formando-se assim uma estrutura toroidal que se estende em volta da circunferência inteira do pneu não pneu- mático. A estrutura toroidal é, pelo menos parcialmente, revestida com um elastômero.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, as molas são presas ao aro anular de uma roda. De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, tanto a primeira quanto a segunda partes de extremidade de cada mola anular são presas ao aro anular.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, a estrutura toroidal defi- ne uma primeira lona para o pneu não pneumático.

- 5 De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o pneu não pneumático

é construído utilizando-se o método descrito acima.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o pneu não pneumático compreende também uma segunda estrutura toroidal que tem uma estrutura toroidal inter- urdida com uma série de molas. A segunda estrutura toroidal se sobrepõe à primeira estru- 10 tura toroidal e pode ter pelo menos uma mola inter-urdida com pelo menos uma mola da primeira estrutura toroidal.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, a segunda estrutura to- roidal é, pelo menos parcialmente, revestida com o elastômero.

Um sistema para construir um pneu não pneumático de acordo com a presente in- 15 venção compreende uma série de molas. Cada mola compreende uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte intermediária de arqueamen- to. Cada mola é inter-urdida com pelo menos uma outra mola, formando-se assim uma es- trutura de lona de carcaça toroidal que se estende em volta da circunferência inteira do pneu não pneumático. A estrutura de lona de carcaça toroidal é, pelo menos parcialmente, reves- 20 tida com um elastômero curado para aderir à estrutura de lona de carcaça toroidal.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, a estrutura de lona de carcaça toroidal é posta em contato com uma câmara de ar.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, a estrutura de lona de carcaça toroidal inclui também dois talões circulares para assentar a estrutura de lona de 25 carcaça toroidal em uma estrutura de molde durante a cura do elastômero.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o elastômero compreen- de um poliuretano de duas partes para curar quimicamente o elastômero sobre a estrutura de lona de carcaça toroidal a temperatura ambiente.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o elastômero curado 30 forma uma parte de banda de rodagem para gerar tração do pneu não pneumático sobre superfícies de contato variadas.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, a estrutura de lona de carcaça toroidal forma uma estrutura anisotrópica que tem propriedades mecânicas diferen- tes na direção circunferente do pneu não pneumático e na direção radial do pneu não 35 pneumático.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, o sistema inclui também um molde segmentado para curar o elastômero na estrutura de lona de carcaça toroidal. Descrição Resumida dos Desenhos

A estrutura, o funcionamento e as vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes com a leitura da descrição seguinte, considerada em conjunto com os dese- nhos anexos, nos quais:

- 5 A Figura 1 mostra esquematicamente uma primeira etapa da construção de um

pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 2 mostra esquematicamente uma segunda etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 3 mostra esquematicamente uma terceira etapa da construção de um 10 pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 4 mostra esquematicamente uma quarta etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 5 mostra esquematicamente uma quinta etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

15 A Figura 6 mostra esquematicamente uma sexta etapa da construção de um pneu

não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 7 mostra esquematicamente uma sétima etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 8 mostra esquematicamente uma oitava etapa da construção de um pneu 20 não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 9 mostra esquematicamente uma nona etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 10 mostra esquematicamente uma décima etapa da construção de um pneu não pneumático de acordo com o sistema da presente invenção.

25 A Figura 11 representa uma ilustração esquemática de uma folha de malha de ara-

me convencional.

A Figura 12 representa uma folha de molas helicoidais inter-urdidas para uso com o sistema da presente invenção.

A Figura 13 representa uma etapa intermediária na formação da folha da Figura 12. 30 A Figura 14 representa outra etapa intermediária na formação da folha da Figura

12.

A Figura 15 representa uma etapa na fixação uma na outra de duas folhas, tais co- mo a folha da Figura 12.

A Figura 16 representa uma mola helicoidal exemplar para uso com o sistema da 35 presente invenção.

A Figura 17 representa a mola helicoidal da Figura 16 na condição de deflexão.

A Figura 18 representa uma ilustração esquemática de um conjunto de pneumático e roda exemplar de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 19 representa um corte tomado através da linha 19-19 da Figura 18.

A Figura 20 representa um corte tomado através da linha 20-20 da Figura 19.

A Figura 21 representa uma vista em perspectiva esquemática de um pneumático exemplar de acordo com o sistema da presente invenção.

A Figura 22 representa uma vista ortogonal esquemática do pneumático da Figura

21.

A Figura 23 representa uma vista esquemática em corte transversal do pneumático da Figura 21.

Descrição Detalhada de Modalidades Exemplares do Sistema da Presente Inven-

ção

Um sistema de acordo com a presente invenção pode compreender um método 500 para construir um pneumático para sustentação não pneumática de um veículo, um pneu não pneumático 100 para sustentar um veículo ou ambos.

O método 500 pode incluir prover um molde aberto nas extremidades, cilíndrico,

segmentado 510, uma tampa de molde circular 520 que corresponde ao molde e uma câma- ra de ar inflável/dilatável 530. Em uma terceira etapa de construção 510, uma lona de carca- ça cilíndrica, aberta nas extremidades, como, por exemplo, a lona de carcaça definida pelas molas 310 abaixo, pode ser levada a deslizar por sobre a, ou baixada em volta da, câmara 20 de ar 530. Em uma segunda etapa 502, um primeiro talão circular 541 é assentado em uma primeira ranhura circular (não mostrada) correspondente no molde 510. Em uma terceira etapa 503, a câmara de ar 530 é parcialmente inflada de modo a se formar uma lona abau- lada. Em uma quarta etapa 504, um elastômero 550, de poliuretano, por exemplo, é derra- mado no molde 510. Em uma quinta etapa 505, a tampa de molde 520 é abaixada no senti- 25 do de contato de fechamento com o molde 510, assentando-se assim um segundo talão circular 542 em uma segunda ranhura circular (não mostrada) correspondente na tampa do molde e também comprimindo-se em sentido axial o talão 541, 542 da lona de carcaça, cri- ando-se uma estrutura de carcaça toroidal. Em uma sexta etapa 506, a câmara de ar 530 é mais inflada ainda, dilatando-se assim a lona de carcaça ainda mais e facilitando-se o fluxo 30 do elastômero 550 em volta das superfícies expostas da lona de carcaça. O ar e o excesso de elastômero 550 podem ser expelidos do interior do molde/tampa de molde 510, 520 atra- vés de uma válvula de retenção undirecional (não mostrada) no molde/tampa de molde du- rante esta sexta etapa 506.

Em uma sétima etapa 507, a câmara de ar 530 é completamente inflada, expelindo- se completamente assim o ar e o excesso de elastômero 550 do interior do molde/tampa de molde 510, 520. Em seguida a esta sétima etapa 507, o conjunto de molde/tampa de molde 510, 520 pode ser reposicionado em um local adequado uma vez que o conjunto é indepen- dente neste ponto. Em uma oitava etapa 508, após um tempo de cura suficiente, a câmara de ar 530 é desinflada, a tampa de molde 520 é levantada para fora de contato com o molde 510 e os segmentos de molde 511 são desengatados uns dos outros e do pneumático re- cém-curado 600. Em uma nona etapa 509, o pneumático 600 é completamente removido do contato com a câmara de ar 530 e está pronto para uso.

Durante as quinta, sexta e sétima etapas 505-507, as dimensões reais da câmara de ar 530, do molde/tampa de molde 510, 520 e da lona de carcaça determinarão se a lona de carcaça será completamente encerrada pelo elastômero 550 (Figura 23), ou a superfície interna da lona de carcaça forma a superfície toroidal interna do pneumático 600. Em outras 10 palavras, a câmara de ar 530 completamente inflada ou entrará diretamente em contato com a superfície interna da lona de carcaça, dilatada pela convergência axial dos talões 541, 542, formando-se assim um pneumático 600 com uma superfície toroidal interna que é a superfície interna da lona de carcaça; ou não atingirá a superfície interna da lona de carca- ça, permitindo-se assim que o elastômero flua para dentro desse intervalo e formando-se 15 uma lona de carcaça completamente encerrada.

Um pneumático 300, 600 de acordo com o sistema da presente invenção pode in- cluir uma série inter-urdida ou entrelaçada de molas helicoidais (isto é, arames enrolados em espiral que se deformam elasticamente sob carga com pouca perda de energia). O pneumático 300, 600 pode definir uma estrutura de conformação toroidal para montagem 20 em uma roda 200. O pneumático 300, 600 pode adequar-se ao contorno da superfície sobre a qual o pneumático se encaixa para facilitar a tração, atenuando-se ao mesmo tempo a transmissão de vibração para o veículo correspondente. As molas helicoidais sustentam e/ou distribuem a carga do veículo. O pneu 300, 600 pode ser de ar comprimido ou não pneumático.

Sob o peso do veículo, o pneumático 300, 600 pode ser acionado, rebocado ou

prover direção para o veículo. As molas helicoidais do pneumático 300, 600 podem confor- mar-se passivamente ao contorno de qualquer terreno flexionando-se e movendo-se umas com relação às outras. A estrutura inter-urdida das molas helicoidais proporciona estabilida- de para o pneumático 300, 600 e impede o colapso da estrutura à medida que o pneumático gira e entra em contato com terreno variável.

As molas helicoidais do pneumático 300, 600 podem ser resilientes dentro de uma faixa de deformação e, assim, uma armação relativamente rígida semelhante a uma lona de carcaça pode ser usada para prevenir a deformação excessiva. As partes orientadas em sentido radial das molas podem ser usadas para ligar o pneumático 300, 600 à roda 200. 35 Estas molas podem ser inter-urdidas ou entrelaçadas. Outras molas podem ser incorpora- das com o pneumático a qualquer ângulo de propensão, de radial a circunferente, com a finalidade de distribuir carga. Estas outras molas podem ser molas helicoidais. Além disto, como um exemplo, estas outras molas podem estender-se em sentido circunferente em vol- ta do pneumático em uma parte radial externa do pneumático 300, 600.

Uma cobertura externa de alguma espécie (isto é, uma banda de rodagem, um e- lastômero 550) pode ser adicionada para proteger parcial ou completamente as molas heli- 5 coidais de danos por impacto e/ou para alterar a capacidade do pneumático de flutuar e ge- rar tração. Como um exemplo, quatro etapas básicas podem ser usadas para fabricar uma estrutura de lona de carcaça exemplar para o pneumático 300, 600: i) torcer umas nas ou- tras as molas helicoidais de modo a se formar uma folha retangular com um comprimento que corresponde à circunferência desejada do pneumático; ii) inter-urdir as extremidades da 10 folha retangular de molas de modo a se formar um cilindro de malha (Figura 2); iii) deformar uma extremidade do cilindro de malha e prendê-la a um aro de uma roda 200; e iv) mover rapidamente pelo avesso a outra extremidade do cilindro de malha e prendê-la ao aro axial- mente oposto da roda 200.

Um pneumático 300, 600 de acordo com o sistema da presente invenção pode ser 15 usado na Terra, na Lua, em Marte e/ou em qualquer outro corpo planetário, uma vez que os seus elementos funcionam de maneira segura em condições atmosféricas e de terreno des- tes planetas. O pneumático 300, 600 pode ser usado sozinho ou incorporado como um sis- tema de sustentação/distribuição de carga auxiliar dentro de outro tipo de pneumático. O pneumático 300, 600, contudo, não exige ar, funciona em ambientes adversos e se adequa 20 ao contorno de todos os terrenos.

O pneumático 300, 600 apresenta um aperfeiçoamento sobre o pneu não pneumá- tico, de malha de arame convencional do LRV do programa Appollo. O pneumático 300, 600 provê capacidade de carga mais elevada, uma vez que o tamanho do arame das molas heli- coidais pode ser aumentado com alteração funcional relativamente pequena. O pneumático 25 300, 600 apresenta uma vida útil cíclica mais longa, uma vez que as tensões das molas he- licoidais são distribuídas de maneira mais uniforme por toda a estrutura de lona de carcaça. Além disto, o pneumático 300, 600 apresenta peso relativamente baixo por unidade de peso sustentado pelo veículo, uma vez que a rede de molas helicoidais inter-urdidas (como uma lona de carcaça) é fundamentalmente mais resistente que a malha de arame plissada. Além 30 disto, as molas helicoidais são capazes de comprimir-se e alongar-se para acomodar varia- ções de fabricação. Finalmente, o pneumático 300, 600 apresenta versatilidade de desenho aperfeiçoada, uma vez que molas de distribuição de carga podem ser adicionadas para fa- zer variar a resistência do pneumático em localizações e direções de pneumático diferentes.

O pneumático 300, 600 pode também apresentar perda de energia relativamente baixa comparada com a de pneumáticos que usam materiais de atrito ou de histerese em uma carcaça, uma vez que as molas helicoidais consumem energia quase zero durante a deformação. O pneumático 300, 600 contém elementos portadores de carga redundantes e pode funcionar normalmente mesmo depois de danos significativos. Um pneumático 300, 600 de acordo com o sistema da presente invenção pode, portanto, ser usado para baixo consumo de energia do veículo, para falha do pneumático que apresenta uma ameaça críti- ca, para deslocamento através de terreno acidentado, para exposição a temperaturas ex-

- 5 tremas ou altos níveis de radiação e/ou para exposição a disparos de arma ou explosões de bomba.

Conforme mostrado na Figura 11, uma malha de arame urdida foi usada para um pneumático lunar convencional. Entretanto, conforme discutido acima, são desejáveis maio- res resistência e durabilidade. A Figura 12 mostra uma folha de malha 50 de molas helicoi- 10 dais inter-urdidas 55 que pode prover maior resistência e durabilidade que a malha de ara- me. As Figuras 13, 14 e 15 mostram etapas intermediárias na formação de uma folha de malha 50 mostrada na Figura 12. Na Figura 13, uma primeira mola helicoidal 55 é mostrada sendo girada, inter-urdindo-se assim essa mesma primeira mola com uma segunda mola helicoidal 55. Na Figura 14, uma terceira mola helicoidal 55 é mostrada sendo girada, inter- 15 urdindo-se assim essa terceira mola com as primeira e segunda molas 55 já urdidas. Na Figura 15, uma mola helicoidal 55 é mostrada sendo girada para ligar duas folhas de malha 50 (isto é, a folha da Figura 12) das molas helicoidais 55. A Figura 6 mostra uma única mola helicoidal 55 defletida para uso em um pneumático, tal como os pneumáticos 300, 600, con- forme descrito a seguir.

20 Conforme mostrado nas Figuras 18-20, um conjunto exemplar 100 de acordo com a

presente invenção inclui uma roda 200 e um pneumático 300. A roda 200 tem um aro anular 202 em cada lado axial para prender o pneumático 300 à roda 200. Cada aro 202 é fixo com relação ao outro aro 202. Cada aro 202 pode incluir uma série de orifícios de soquete 204 para alinhar o pneumático 300 com o aro. Qualquer outro dispositivo adequado pode ser 25 usado para prender o pneumático 300 ao aro 202.

O pneumático 300 pode incluir uma série de molas helicoidais 310 que se esten- dem em sentido radial em afastamento da roda 200 em uma configuração de arqueamento e em sentido radial para trás na direção da roda. Cada extremidade 315 de cada mola 310 pode ser presa à roda em um aro 202 correspondente da roda. Cada mola 310 tem uma 30 parte intermediária que interliga as extremidades 315. Cada extremidade 315 pode ser pre- sa em uma orientação axial (Figura 19) ou em uma orientação inclinada, com cada mola 310 estendendo-se em sentido axial para fora a partir de um aro 202, em seguida em afastamen- to da roda 200, em seguida para trás sobre ela mesma, em seguida para dentro e finalmente em sentido axial na direção do outro aro 202. Cada extremidade 315 de cada mola pode ser 35 assim orientada em sentido coaxial (ou obliquamente) com a outra extremidade 315 da mesma mola.

Além disso, cada mola 55 pode ser inter-urdida com molas 55 adjacentes (Figura 12), permitindo compartilhamento de carga entre molas. Conforme mostrado na Figura 12, cada mola 55 é inter-urdida, ou entrelaçada, com uma mola 55 adjacente em um primeiro lado da mola e sendo também inter-urdida com uma mola 55 adjacente em um segundo lado oposto da mola. Assim, as molas 310 estendem-se em sentido radial e axial e formam 5 uma estrutura toroidal urdida, semelhante à lona de carcaça de um pneu de ar comprimido, que se estende em volta da circunferência inteira do pneumático 300 (Figuras 8-10).

As molas helicoidais 310 podem ter qualquer comprimento, calibre, passo e con- formação (isto é, molas ovais, molas elípticas, etc.) adequados. As molas helicoidais 310 podem variar em diâmetro de enrolamento (isto é, molas cilíndricas podem ser usadas) para 10 criar continuidade na malha dentro da faixa de posições radiais no pneumático 300 (isto é, largura de enrolamento mais estreita nos talões). As molas helicoidais 310 podem ser tam- bém estruturadas como duas ou mais lonas, uma ou mais lonas radiais internas que são superpostas em sentido radial por uma ou mais lonas radiais externas. Além disto, pelo me- nos uma mola helicoidal de uma lona pode ser inter-urdida com pelo menos uma mola heli- 15 coidal de outra lona para aumentar vantajosamente a resistência da estrutura total. As molas helicoidais 310 podem ser de liga de Ti-N1 aço, titânio, polímero, cerâmica ou qualquer outro material adequado.

O pneu de mola não pneumático, puramente metálico 300 descrito acima foi desen- volvido para aplicações espaciais. A estrutura é uma série de molas inter-urdidas, vista na 20 Figura 20. Esta estrutura era bem adequada a aplicações espaciais no caso de a borracha não ser permitida devido a variações de temperatura (de 40K a 400K). Além disto, o pneu- mático de mola 300 pode alcançar excelente tração onde a composição do solo pode ser de areia macia, como na Lua.

Na Terra, contudo, as diversas superfícies de via de rodagem fazem com que a in- terface de contato puramente metálica do pneumático 300 acima tenha aplicação limitada. Com base nesta aplicação comercial limitada, de acordo com o sistema da presente inven- ção, a estrutura urdida do pneumático 300 pode ser aperfeiçoada para aplicação terrestre.

De modo a se obter tração na ampla variedade de superfícies de via de rodagem terrestres, um polímero pode ser adicionado ao pneumático 300 todo de metal para funcio- 30 nar como uma banda de rodagem. Para a etapa 504 do método 500, uma opção é a de usar um poliuretano de duas partes que pode ser derramado no molde 510 que contém o pneu- mático de mola 300 pré-montado. Uma vez que as duas partes são misturadas entre si, o- corre uma reação química que cura o polímero à temperatura e pressão ambiente. Uma vez completa a cura, o pneumático 300 resultante é removido do molde e está pronto para uso. 35 Conforme mostrado na Tabela 1 abaixo, em amostras de laboratório, a fadiga foi

testada pelas dimensões, com repetição de ciclos de mais de um milhão de ciclos com uma deflexão de 3,81 cm (1,5 pol). Com base em requisitos de carga e especificações de terreno prospectivos, um pneumático revestido com polímero foi visado em um veículo para todos os terrenos (ATV). Conforme mostrado nas Figuras 21-23, determinou-se que tal pneumáti- co 600 tinha as características de carga/deflexão na curva abaixo. A rigidez estrutural do pneumático 600 era significativamente mais elevada que o esperado da estrutura de mola

- 5 propriamente dita. O polímero usado propriamente dito, o uretano, não só porta alguma car- ga ao dobrar-se, mas também limita o movimento da mola de tal maneira (prevenção de rotação, por exemplo) que aumenta a rigidez de dobramento das molas.

Diâmetro Externo (mm) 6,985 Diâmetro Interno (mm) 4,318 Diâmetro de Filamento de do Arame (mm) 1,397 Passo de Mola (mm) 6,620 Tabela 1: Dimensões de mola para amostras Iab

Estrutura com Poliuretano

Deflexão vertical (mm, cm)

Curva de Carga/Deflexão de Pneu Não Pneumático com Carga de 907, 18 kg (2000

Ib)

Conforme mostrado nas Figuras 21-23, os aros 202 usados para o pneumático de mola lunar 300 podem não ser usados com o método 500. Um aro semelhante aos usados para os pneus de ar comprimido padrão pode ser usado com o método 500 para produzir o pneumático 600. A título de exemplo apenas, há três opções: 1) um aro personalizado proje- tado especificamente para o veículo e aplicação de serviço específicos; 2) um aro padrão (comercialmente obtenível), para aplicações de demanda leve; e 3) um aro padrão (comer- cialmente obtenível) modificado para permitir que prendedores mecânicos fixem o talão do pneumático no aro (uma vez que não é necessário que os talões 541, 542 tenham um con- tato impermeável com o aro).

O polímero/pneumático de mola 600 de acordo com o sistema da presente inven- ção compartilha assim seu mecanismo portador de carga com o pneumático de mola lunar 300 (isto é, a estrutura de carcaça com molas inter-urdidas). Além disto, a lona de molas inter-urdidas encerrada por polímero torna-se uma lona anisotrópica, com propriedades dife- 10 rentes ao longo dos eixos geométricos e transversais aos eixos geométricos das molas. En- tretanto, ao contrário das lonas reforçadas com fibras típicas, as molas de reforço 310 pro- priamente ditas têm uma rigidez de dobramento, devido à largura das hélices de cada mola, que pode ser maior que a rigidez de dobramento dos filamentos ou fios de reforço sozinhos.

Esta rigidez de dobramento adicional contribui significativamente para a rigidez de dobramento total da lona de molas inter-urdidas. Uma vez que a rigidez de dobramento por- ta a carga colocada sobre o pneumático de lona com molas 300, 600, isto é contrário a um pneu de ar comprimido convencional, que porta carga em tensão em afastamento da im- pressão do desenho da rodagem nos cordonéis (filamentos ou fios) do segmento superior do pneu de ar comprimido. Outros pneus não pneumáticos convencionais também portam cargas por tensão nos elementos na seção superior de tais pneumáticos. Assim, um pneu- mático de molas inter-urdidas de acordo com o sistema da presente invenção é uma estrutu- ra flexível, carregada na base, ao contrário de pneumáticos convencionais. Conforme mos- trado nas Figuras 21-23, o revestimento polimérico da lona de molas inter-urdidas pode for- mar um modelo de banda de rodagem 601 projetado para tração, com a estrutura de lona com molas portando a maior parte da carga.

O polímero exemplar 550 pode compreender um material elastomérico que pode ter um módulo E de Young de cerca de 21 kg/cm2 a cerca de 21.000 kg/cm2. O módulo de tra- ção a 300% pode ser de 161 kg/cm2 ou 915,9 MPa. Como outra alternativa, um módulo de Young superior a 140 kg/cm2 pode exigir uma mistura de poliuretano e fibras cortadas de uma poliamida aromática. Além disto, o boro pode ser misturado com o poliuretano.

Conforme dito acima, uma estrutura de lona de carcaça 300 de molas radiais 310 de acordo com o sistema da presente invenção produz excelente desempenho de sustenta- ção de carga no pneu não pneumático exemplar 300 ou 600. Esta estrutura de lona de car- caça 300 aperfeiçoa assim o desempenho do pneu não pneumático exemplar 300 ou 600. 35 Embora não pneumática, a semelhança da estrutura de lona de carcaça 300 com uma lona de carcaça de pneumático tradicional produz uma comparação instrutiva.

As complexidades da estrutura e comportamento do pneu de ar comprimido são tais que nenhuma teoria completa e satisfatória foi proposta. Temple, Mechanics of Pneuma- tic Tires (2005). Embora os fundamentos da teoria compósita clássica sejam facilmente vis- tos na mecânica dos pneus de ar comprimido, a complexidade adicional introduzida pelos muitos componentes estruturais de pneus de ar comprimido (e do pneu não pneumático e-

- 5 xemplar 300, 600) complica pronta mete o problema da predição do desempenho do pneu- mático. Mayni, Composite Effects on Tire Mechanics (2005). Além disto, por causa dos comportamentos de tempo, frequência e temperatura não lineares dos polímeros e da bor- racha (e dos elastômeros), o desenho analítico de pneus de ar comprimido é um dos desafi- os de engenharia mais desafiadores e subestimados na indústria de hoje. Mayni.

10 Um pneu de ar comprimido (e no pneu não pneumático exemplar 300, 600) tem de-

terminados elementos estruturais essenciais. Departamento Norte-Americano de Transpor- tação, Mechanics of Pneumatic Tires, págs. 207-208 (1981). Um elemento estrutural impor- tante é a lona de carcaça, tipicamente constituída de muitos cordonéis flexíveis, de alto mó- dulo, de têxtil natural, polímero sintético, fibra de vidro ou aço estirado duro fino embutido 15 em uma, e ligado a uma, matriz de material polimérico de baixo módulo, usualmente borra- cha natural ou sintética. ]d, págs. 207 a 208. O pneu não pneumático exemplar 300, 600 de acordo com a presente invenção tem uma estrutura de lona de carcaça 300 de molas radiais 310.

Os cordonéis flexíveis, de alto módulo são usualmente dispostos como uma cama- 20 da única, jd, à pág. 208. Os fabricantes de pneumáticos em toda a indústria não podem concordar ou predizer o efeito de torções diferentes de cordonéis de lona de carcaça sobre as características de ruído, manejo, durabilidade, conforto, etc., em pneus de ar comprimido, Mechanics of Pneumatic Tires, págs. 80 a 85. Uma predição do efeito das molas helicoidais inter-urdidas sobre as características de ruído, manejo, durabilidade, conforto, etc., é ainda 25 menos provável.

Estas complexidades são demonstradas pela tabela abaixo das inter-relações entre o desempenho do pneumático e os componentes do pneumático.

FORR LON TIRA DE CORREI ENVOL¬ BANDA MOLD O A DE ENCHIMENT A TÓRIO DE E CAR- O RODAGE CA- M QA DESGASTE DA X X X BANDA DE RODAGEM RUIDO X X X X X X MANEJO X X X X X X TRAÇAO X X DURABILIDAD X X X X X X X E RESISTENN- X X X X X CIA AO ROLAMENTO CONFORTO X X X X DE MARCHA ALTA X X X X X X VELOCIDADE RETENÇÃO DE X AR MASSA X X X X X X X Conforme visto na tabela, as características dos cordonéis da lona de carcaça afe- tam os demais componentes de um pneu de ar comprimido (isto é, a lona de carcaça afeta a tira de enchimento, a correia, o envoltório, etc.), o que leva a vários componentes inter- relacionando-se e interagindo de modo que afetam um grupo de propriedades funcionais . 5 (ruído, manejo, durabilidade, conforto, alta velocidade e massa) do que resulta um compósi- to completamente imprevisível e complexo. Assim, a alteração mesmo de um componente pode levar ao aperfeiçoamento ou deterioração direta de muitas das dez características fun- cionais acima, assim como à alteração entre esse componente e os outros seis componen- tes estruturais. Cada uma dessas seis interações pode assim aperfeiçoar ou deteriorar indi- 10 retamente essas dez características funcionais. Se cada uma destas características funcio- nais é aperfeiçoada, deteriorada ou não afetada no pneu não pneumático exemplar 300, 600 e em que medida, certamente teria sido imprevisível sem a experimentação e a verificação efetuadas pela invenção.

Assim, por exemplo, quando a estrutura (isto é, rigidez de mola, diâmetro de mola, 15 material de mola, etc.) da estrutura de lona de carcaça 300 do pneu não pneumático exem- plar 300, 600 é modificada com a intenção de se aperfeiçoar uma propriedade funcional do pneu não pneumático, qualquer número de outras propriedades funcionais pode ser inacei- tavelmente deteriorado. Além disto, a interação entre a estrutura de lona de carcaça 300 e o elastômero 550 curado pode também afetar inaceitavelmente as propriedades funcionais do 20 pneu não pneumático. Uma modificação da estrutura de lona de carcaça 300 pode nem mesmo aperfeiçoar essa propriedade funcional por causa destas inter-relações complexas.

Assim, conforme dito acima, a complexidade das inter-relações dos vários compo- nentes torna o resultado real da modificação de uma estrutura de lona de carcaça de um pneu não pneumático, de acordo com o sistema da presente invenção, impossível de predi- zer ou prever a partir dos resultados possíveis infinitos. Apenas através de experimentação extensiva é que a estrutura de lona de carcaça 300 e o elastômero 550 do sistema da pre- sente invenção foram revelados como uma opção excelente, inesperada e imprevisível para um pneu não pneumático.

- 5 Na descrição precedente, determinados termos foram usados por razões de conci-

são, clareza e entendimento; mas isto não implica necessariamente limitações deles além da exigência da técnica anterior, uma vez que tais termos são usados com fins de descrição e se destinam a ser interpretados de maneira ampla. Além do mais, a descrição e a ilustra- ção da presente invenção são a título de exemplo, e o alcance da presente invenção não 10 está limitada aos detalhes exatos mostrados ou descritos.

Tendo sido descritas as características, as descobertas e os princípios da presente invenção, a maneira pela qual a presente invenção é construída e usada, as características da construção, e as vantagens, resultados novos e úteis obtidos, o alcance das estruturas, dispositivos, elementos, disposições, peças e combinações novos e úteis é apresentado nas 15 reivindicações anexas.

Claims (10)

1. Método para construir um pneu não pneumático CARACTERIZADO pelas etapas de: deslizar uma estrutura de lona de carcaça para engate com uma câmara de ar; assentar um primeiro talão circular da estrutura de lona de carcaça sobre um mol- de; inflar parcialmente a câmara de ar de modo a se formar uma estrutura de lona de carcaça abaulada; derramar um elastômero no molde; assentar um segundo talão circular da estrutura de lona de carcaça sobre uma tampa de molde; fechar o molde com a tampa de molde para encerrar o elastômero; inflar completamente a câmara de ar para facilitar o engate do elastômero com a estrutura de lona de carcaça; vulcanizar o elastômero; e remover a combinação de estrutura de lona de carcaça/elastômero que agora defi- ne o pneu não pneumático.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de lona de carcaça compreende uma pluralidade de molas, cada mola estenden- do-se do primeiro talão anular até o segundo talão anular.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que cada mola compreende uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremi- dade e uma parte intermediária de arqueamento que interliga a primeira parte de extremida- de e a segunda parte de extremidade.

4. Pneu não pneumático, CARACTERIZADO por uma pluralidade de molas, cada mola compreendendo uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremi- dade e uma parte intermediária de arqueamento, cada mola sendo inter-tecida com pelo menos uma outra mola, formando-se assim uma estrutura toroidal que se estende em torno da circunferência inteira do pneu não pneumático, a estrutura toroidal sendo pelo menos parcialmente revestida com um elastômero.

5. Pneu não pneumático, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as molas são presas a um aro anular de uma roda.

6. Pneu não pneumático, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que tanto a primeira quanto a segunda partes de extremidade de cada mola são pre- sas ao aro anular.

7. Sistema para construir um pneu não pneumático, CARACTERIZADO por uma pluralidade de molas, cada mola compreendendo uma primeira parte de extremidade, uma segunda parte de extremidade e uma parte intermediária de arqueamento, cada mola sendo inter-tecida com pelo menos uma outra mola, formando-se assim uma estrutura de lona de carcaça toroidal que se estende em torno da circunferência inteira do pneu não pneumático, a estrutura de lona de carcaça toroidal sendo pelo menos parcialmente revestida com um elastômero vulcanizado para aderir à estrutura de lona de carcaça toroidal.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de lona de carcaça toroidal é posta em engate com uma câmara de ar.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de lona de carcaça toroidal inclui também dois talões circulares para assentar a estrutura de lona de carcaça toroidal em uma estrutura de molde durante a vulcanização do elastômero.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o elastômero compreende um poliuretano de duas partes para vulcanizar quimicamente o elastômero na estrutura de lona de carcaça toroidal a temperatura ambiente.