CH717817A2 - Ruota in acciaio perfezionata per veicoli e relativo metodo di fabbricazione. - Google Patents

Abstract

Il presente trovato si riferisce ad una ruota (1) in acciaio per veicoli, comprendente un cerchio (2) ed un disco (3) tra loro accoppiati, in cui l'estremità terminale (22) del cerchio è svasata in direzione radiale e si estende verso l'esterno per un arco compreso tra 60° ed 89° rispetto ad un piano ortogonale ad un asse di simmetria (X) del cerchio con un raggio di curvatura compreso tra 3mm e 8mm, preferibilmente compreso 5,5 mm e 6,5 mm.

Description

[0001] Il presente trovato ha per oggetto una ruota in acciaio perfezionata per veicoli e un relativo metodo di fabbricazione.

[0002] Le ruote per veicoli sono quei componenti meccanici che collegano lo pneumatico ad un albero (motorizzato o folle) del veicolo; essi sono usualmente utilizzati in veicoli quali motocicli, autovetture, furgoni, autotreni e simili.

[0003] Prima di affrontare la descrizione dello stato dell'arte è bene notare che allo stato dell'arte le ruote sono usualmente distinte in funzione del materiale che le compone, al quale sono collegati processi produttivi specifici; volendo effettuare una distinzione basilare, si identificano le famiglie delle ruote „in lega“ e quella delle ruote „in acciaio“.

[0004] Le prime sono realizzate mediante l'uso di leghe di materiali in alluminio, magnesio o similari; usualmente la fabbricazione di queste ruote è realizzata mediante processi di fusione, stampaggio (es. a stampaggio a bassa pressione), forgiatura o asportazione di truciolo (dal pieno), sostanzialmente in pezzo unico, monolitico. Queste ruote, tuttavia, presentano un costo relativamente elevato, una elevata rigidezza meccanica ed una scarsa (se non nulla) possibilità di riparazione nel caso di danneggiamento.

[0005] Le ruote in acciaio, invece, sono maggiormente economiche, sia per via del costo della materia prima che per i procedimenti di fabbricazione e risultano quindi maggiormente interessanti sotto questo punto di vista; inoltre l'acciaio di cui sono composte è riciclabile, il che le rende anche più desiderabili dal punto di vista dell'impatto ambientale.

[0006] La presente invenzione si riferisce alla famiglia delle ruote in acciaio.

[0007] Più in dettaglio, una ruota per veicoli in acciaio è descritta nella domanda di brevetto europeo pubblicata con il numero EP3674102 della stessa Richiedente ed è mostrata nella fig. 1 allegata.

[0008] Secondo EP3674102 questa ruota A è realizzata mediante un accoppiamento di un cerchio B con un disco C. Il cerchio B in particolare comprende una parte di corpo centrale D sostanzialmente a sviluppo cilindrico attorno ad un asse centrale X, oltre ad un profilo di spalla interno E posto in corrispondenza di una prima estremità del corpo D e configurato per ricevere il bordo interno di uno pneumatico; il cerchio B comprende poi una estremità terminale F posta in corrispondenza di una seconda ed opposta estremità del corpo. Il disco C di EP3674102 comprende una porzione di mozzo G, collegabile ad un albero del veicolo, una flangia frontale perimetrale H ed una porzione di collegamento I che collega la porzione di mozzo G con la flangia frontale H.

[0009] Secondo EP3674102 la flangia frontale H è provvista di una sede anulare K in cui è alloggiata almeno in parte l'estremità terminale F del cerchio B per definire un profilo di spalla esterno L adatto a ricevere il bordo esterno dello pneumatico.

[0010] Secondo una forma di realizzazione preferita di EP3674102 che qui interessa, disco e cerchio sono in acciaio e l'estremità terminale F del cerchio B e la flangia frontale H del disco C sono accoppiati mediante una saldatura (preferibilmente una saldatura laser), realizzata sostanzialmente in corrispondenza della sede anulare interna K.

[0011] Nonostante i vantaggi derivanti dalla realizzazione di una ruota secondo EP3674102, la Richiedente ha notato che sono possibili ulteriori miglioramenti.

[0012] In particolare, risulta particolarmente desiderabile migliorare la resistenza a fatica della ruota sottoposta ad un carico di flessione rotante (secondo la prova standardizzata nota nel settore come „rotating bending test“, ad esempio secondo la normativa ECE R124 o analoghe normative valide nel settore di riferimento).

[0013] Inoltre risulta desiderabile anche ridurre la variabilità dei risultati delle prove a fatica rendendo il processo di saldatura meno sensibile alle naturali variazioni dei processi di formatura e di tornitura.

[0014] Il compito del presente trovato è quello di realizzare una ruota in acciaio ed un relativo metodo di fabbricazione che siano in grado di migliorare la tecnica nota in uno o più degli aspetti sopra indicati.

[0015] Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a disposizione una ruota in acciaio per veicoli provvista di una elevata resistenza a fatica quando la ruota è sottoposta ad un carico di flessione rotante.

[0016] Un altro scopo del trovato è quello di rendere il processo di saldatura meno sensibile alle naturali variazioni dei processi di formatura e di tornitura che si attuano nella fabbricazione.

[0017] Inoltre, la presente invenzione si prefigge lo scopo di superare gli inconvenienti della tecnica nota in modo alternativo ad eventuali soluzioni esistenti.

[0018] Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare una ruota in acciaio per veicoli che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione e a costi competitivi.

[0019] Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una ruota in acciaio per veicoli secondo la rivendicazione 1, opzionalmente dotato di una o più delle caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti e/o da un metodo di fabbricazione di una ruota in acciaio per veicoli secondo la relativa rivendicazione indipendente, opzionalmente dotato delle caratteristiche delle relative sotto-rivendicazioni dipendenti.

[0020] Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, della ruota e del metodo secondo il trovato, illustrati, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui: la figura 1 illustra una sezione di una ruota dell'arte nota, realizzata secondo gli insegnamenti di EP3674102; la figura 2 illustra una sezione di parte di una ruota secondo il trovato; la figura 3 illustra un dettaglio ingrandito della figura precedente; le figure 4 e 5 illustrano una vista in sezione ed un relativo ingrandimento di alcune lavorazioni eseguite sul disco della ruota di fig.2 secondo il metodo del trovato; le figure 6 e 7 illustrano una vista in sezione ed un relativo ingrandimento di alcune lavorazioni eseguite sul cerchio della ruota di fig.2 secondo il metodo del trovato la figura 8 mostra una vista prospettica di una ruota secondo il trovato; la figura 9 mostra una sezione longitudinale di una ruota secondo il trovato con montato lo pneumatico; la figura 10 è un diagramma di Wholer di una ruota secondo l'arte nota e di una ruota secondo il trovato.

[0021] Con riferimento alle figure citate, la ruota in acciaio secondo il trovato è indicata globalmente con il numero di riferimento 1.

[0022] La ruota 1 è realizzata in acciaio e comprende un cerchio 2 ed un disco 3 tra loro accoppiati.

[0023] Il cerchio 2 comprende una parte di corpo centrale 27 sostanzialmente a sviluppo cilindrico ed un profilo di spalla interno 21 posto in corrispondenza di una prima estremità di detto corpo 27 e configurato per ricevere un bordo interno di uno pneumatico.

[0024] Nel contesto del trovato, i termini „interno“ o „esterno“ sono usati con riferimento alla condizione di montaggio della ruota 1 sul veicolo: „interno“ indica rivolto verso il veicolo, mentre „esterno“ indica rivolto in senso opposto.

[0025] Per quanto riguarda il corpo centrale 27 esso è „sostanzialmente“ a sviluppo cilindrico nel senso che si sviluppa attorno ad un asse centrale X di simmetria e presenta tratti aventi raggio rispetto (all'asse X) diverso, tra loro raccordati, che definiscono ad esempio gole 26 o risalti di irrobustimento 25, variamente provvisti nel corpo centrale 27 a seconda di esigenze operative (es. larghezza e diametro) e sui quali non ci si sofferma oltre.

[0026] Nel caso in cui lo pneumatico sia del tipo senza camera d'aria, il corpo centrale 27 definisce parte della camera stagna in cui è presente il fluido in pressione (usualmente aria o azoto o una miscela dei due) che mantiene gonfio lo pneumatico; invece, nel caso in cui lo pneumatico sia del tipo con camera d'aria, il corpo centrale 27 definisce parte della camera in cui è alloggiata la camera d'aria.

[0027] Il profilo di spalla interno 21 è configurato per ricevere un bordo interno di uno pneumatico e costituire un riscontro per quest'ultimo quando viene montato sulla ruota 1; a tal fine il profilo di spalla interno è radialmente svasato e si allarga radialmente per un certo tratto a dipendenza delle dimensioni e tipologie della ruota; su tale profilo di spalla 21 non ci si sofferma qui oltre, salvo notare che il profilo di spalla interno 21 realizza di fatto un bordo anulare continuo che aggetta dal corpo centrale 27 e comprende: un tratto di raccordo curvo con il corpo centrale 27, un tratto di parete sostanzialmente radiale che si estende radialmente, e un tratto terminale di imbocco, svasato, che agevola il montaggio dello pneumatico.

[0028] Il cerchio 1 comprende poi una estremità terminale 22 posta in corrispondenza di una seconda estremità del corpo 27, opposta a quella che presenta il profilo di spalla interno 21; su tale estremità si tornerà ancora tra poco.

[0029] Passando ora al disco 3, esso comprende una porzione di mozzo 31, configurata per essere collegata ad un albero del veicolo, una flangia frontale, perimetrale, 32 ed una porzione di collegamento 33 che collega la porzione di mozzo 31 con la flangia frontale 32.

[0030] Si noti che l'albero del veicolo può essere sia un albero del gruppo di trazione (nel caso in cui la ruota sia motrice) sia un albero del gruppo di sterzo (nel caso la ruota sia sterzante), sia una combinazione dei due (nel caso in cui la ruota sia contemporaneamente destinata ad essere motrice che sterzante, come nelle auto a trazione anteriore, ad esempio).

[0031] La porzione di mozzo 31 è posizionata centralmente sul disco 3 ed è configurata per essere collegata ad un albero del veicolo; ad esempio la porzione di mozzo 31 è provvista a tal fine almeno di fori passanti 38 in cui sono installate viti o bulloni che accoppiano la ruota 1 all'albero del veicolo e di un foro centrale 39 in cui si insedia l'albero del veicolo.

[0032] La flangia frontale 32 è invece posizionata alla periferia radiale del disco 3 e ne costituisce sostanzialmente una cornice (o bordo) circolare continua.

[0033] La porzione di collegamento 33 che collega la porzione di mozzo 31 con la flangia frontale 32, in alcune forme esecutive è realizzata mediante una unica parete continua (opzionalmente provvista di fori di alleggerimento o ventilazione), mentre in altre forme esecutive, comprende una pluralità di razze 33A o raggi che si estendono radialmente dalla porzione di mozzo 31 per collegarla con la flangia frontale 32; il numero e la forma delle razze 33A è variabile a seconda delle esigenze.

[0034] Tornando al disco 3 nel suo complesso, le sue tre porzioni, ovvero la porzione di mozzo 31, la flangia frontale 32 e la porzione di collegamento 33 sono preferibilmente monolitiche (realizzate di pezzo) tra loro.

[0035] La flangia frontale 32 è provvista di una sede anulare 35 interna in cui viene alloggiata almeno parte dell'estremità terminale 22 del cerchio 2.

[0036] Secondo il trovato, l'estremità terminale 22 del cerchio è svasata in direzione radiale e si estende verso l'esterno per un arco (C) compreso tra 60° ed 89°, preferibilmente circa 70° rispetto ad un piano ortogonale ad un asse di simmetria (X) del cerchio con un raggio di curvatura (r1) compreso tra 3mm e 8mm, preferibilmente compreso 5,5 mm e 6,5 mm.

[0037] Nelle figure esemplificative allegate l'arco C presenta una estensione di circa 70° rispetto al piano P ortogonale all'asse X.

[0038] La Richiedente ha sorprendentemente notato che con questa configurazione ottiene una ottimale resistenza a fatica della ruota sottoposta ad un carico di flessione rotante.

[0039] In particolare, rispetto ai pur buoni risultati della ruota realizzata secondo EP3674102, il risultato è ancora migliore come visibile in fig. 10: in quest'ultima è mostrato un diagramma di Wholer in cui sono comparati i risultati di un test di fatica eseguito su una ruota secondo EP3674102 e di una ruota secondo il presente trovato; entrambe le ruote hanno stesse dimensioni e stessi materiali ed il test è stato eseguito in accordo alla norma ECE R124.

[0040] Come si riconosce dal grafico, la ruota secondo EP3674102 con un carico di 2700 Nm arriva sino a 98.000 cicli prima della rottura (punto R.a.n.H.), mentre la ruota secondo il trovato ne esegue ben 344.000 (punto R.inv.H.); la stessa cosa si riscontra con un carico più ridotto, pari a 1800 Nm, ove la ruota secondo EP3674102 arriva sino a 826.000 cicli prima della rottura (punto R.a.n.L.), mentre la ruota secondo il trovato ne esegue 1.874.000 (punto R.inv.L.).

[0041] Secondo il trovato, quindi, viene definito il profilo di spalla esterno 9 della ruota 1, configurato per ricevere l'altro bordo di uno pneumatico G, come mostrato in fig. 9.

[0042] In sostanza l'estremità terminale 22 è priva di pareti che si estendono radialmente perpendicolari all'asse X, ma è completamente incurvata o, appunto, svasata in allargamento rispetto al diametro della porzione di corpo immediatamente adiacente.

[0043] La porzione di cerchio 2 (ivi compresi il corpo centrale 27, il profilo di spalla interno 21 e l'estremità terminale 22) è monolitica.

[0044] Preferibilmente la porzione di cerchio 2 presenta uno spessore di parete S2 variabile in senso longitudinale ed è preferibilmente realizzata con un unico spezzone di lamiera, come verrà descritto meglio in seguito in occasione della descrizione del processo di fabbricazione della ruota 1.

[0045] Questa caratteristica permette di adottare spessori di parete S2 congruenti con la robustezza strutturale necessaria, con un sensibile risparmio in peso e materiale.

[0046] Tornando alla flangia frontale 32, essa comprende un tratto a sviluppo radiale 32A collegato con un bordo piegato all'esterno 32B; il bordo piegato all'esterno 32B è disposto in modo sostanzialmente perpendicolare o, alternativamente, inclinato al tratto a sviluppo radiale 32A e costituisce uno svaso del profilo di spalla esterno 9, per agevolare il montaggio dello pneumatico, in modo analogo al tratto terminale di imbocco dell'altro profilo di spalla, quello interno, 21.

[0047] Preferibilmente tutto il disco 3 presenta lo stesso spessore di parete S3 (che resta costante per tutta la sua estensione) ed è preferibilmente realizzato con un unico spezzone di lamiera, come verrà descritto meglio in seguito in occasione della descrizione del processo di fabbricazione della ruota 1.

[0048] Secondo il trovato, preferibilmente, l'estremità terminale 22, in sezione, presenta un bordo libero sostanzialmente piano 22B che si sviluppa su un piano che in una sezione longitudinale è inclinato di un angolo A compreso tra 0° e 30° rispetto ad una retta XI parallela all'asse X del cerchio 2.

[0049] Tale bordo libero 22B viene realizzato, in accordo al metodo del trovato, mediante una operazione di asportazione di truciolo, mostrata in modo schematico in fig. 6 e 7 e su cui si tornerà meglio tra poco.

[0050] La sede anulare 35, si sviluppa in modo anulare continuo su tutta la faccia della flangia frontale 32 che è rivolta verso la porzione di cerchio 2, posizionata in corrispondenza della estremità terminale 22, in modo da consentire l'alloggiamento, di quest'ultima.

[0051] La sede anulare 35 è preferibilmente ricavata in corrispondenza del tratto a sviluppo radiale 32A della flangia frontale 32 e sulla faccia di questa rivolta verso la porzione di cerchio 2.

[0052] Preferibilmente, nella zona in cui la sede anulare 35 alloggia l'estremità terminale 22 lo spessore di parete, indicato con S4 in fig. 3, è sostanzialmente pari allo spessore di parete S3 del disco 3.

[0053] Questa caratteristica può essere ottenuta ad esempio mediante una lavorazione ad asportazione di truciolo, predisponendo la sede anulare 35 con una profondità circa pari allo spessore S2 della porzione di cerchio 2, in modo tale per cui, quando l'estremità terminale 22 è alloggiata nella sede anulare 35, lo spessore di parete nella zona di sormonto S4 è pari ad S3.

[0054] L'estremità terminale 22 del cerchio 2 e la flangia frontale 32 del disco 3 sono accoppiati mediante una saldatura 4 che si sviluppa di preferenza in modo anularmente continuo ed accoppia l'estremità terminale 22 con la flangia frontale 32.

[0055] Preferibilmente, onde evitare lavorazioni aggiuntive, la saldatura 4 è una saldatura autogena 4 senza materiale di apporto.

[0056] Preferibilmente, la saldatura autogena senza materiale di apporto è una saldatura ad energia concentrata, ancora più preferibilmente è una saldatura a fascio di elettroni oppure laser, ancora più preferibilmente realizzata in unico passaggio in modo da essere una unica saldatura continua per tutta la circonferenza.

[0057] In forme esecutive alternative la saldatura è una saldatura ad attrito (c.d. „friction stir welding“).

[0058] Preferibilmente la sede anulare 35 è dimensionata in modo da accogliere la porzione di estremità terminale 22 che verrà ivi alloggiata.

[0059] L'assenza (preferenziale) del materiale di apporto, unitamente alla presenza della sede anulare interna 35 che accoglie l'estremità terminale 22 consente di evitare sovraspessori e lavorazioni addizionali.

[0060] Per quanto attiene ai materiali, preferibilmente il cerchio 2 è realizzato da un unico pezzo monolitico in acciaio; il disco 3 è analogamente realizzato da un unico pezzo monolitico in acciaio.

[0061] Ancora più preferibilmente, il cerchio 2 è realizzato in acciaio microlegato.

[0062] Ancora più preferibilmente il disco 3 è realizzato in acciaio bifasico ferritico/martensitico.

[0063] Passando ora ad analizzare il processo di fabbricazione della ruota 1 secondo il trovato, esso nei suoi tratti generali comprende una fase di formatura del cerchio, che comprende i seguenti passi: a1) predisporre una striscia di nastro metallico, preferibilmente acciaio, ancora più preferibilmente acciaio microlegato; a2) piegare detta striscia di nastro metallico, preferibilmente mediante processo di centinatura; a3) saldare su sé stessi due lembi opposti di detto nastro centinato per realizzare un corpo sostanzialmente cilindrico metallico; a4) spianare il cordone di saldatura realizzato al passo precedente e (opzionalmente) arrotondare nuovamente il corpo; a5) effettuare almeno una, preferibilmente una pluralità, di rullature per realizzare almeno un profilo di spalla interno 21 ed una parallela estremità terminale con estensione radiale 99 in corrispondenza delle basi opposte di detto corpo sostanzialmente cilindrico metallico, a6) realizzare una lavorazione con asportazione di truciolo su detta estremità terminale con estensione radiale 99 così da realizzare l'estremità terminale (22) del cerchio svasata in direzione radiale che si estende verso l'esterno per un arco (C) compreso tra 60° ed 89° rispetto ad un piano (P) ortogonale ad un asse di simmetria (X) del cerchio con un raggio di curvatura (r1) compreso tra 3mm e 8mm, preferibilmente compreso 5,5 mm e 6,5 mm.

[0064] Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

[0065] Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims (9)

1. Ruota (1) in acciaio per veicoli, comprendente un cerchio (2) ed un disco (3) tra loro accoppiati, in cui il cerchio (2) comprende: – una parte di corpo centrale (27) sostanzialmente a sviluppo cilindrico, – un profilo di spalla interno (21) posto in corrispondenza di una prima estremità di detto corpo (27) e configurato per ricevere un bordo interno di uno pneumatico, – una estremità terminale (22) posta in corrispondenza di una seconda ed opposta estremità di detto corpo (27), ed in cui il disco (3) comprende: – una porzione di mozzo (31), configurata per essere collegata ad un albero del veicolo, una flangia frontale, perimetrale, (32) ed una porzione di collegamento (33) che collega la porzione di mozzo (31) con la flangia frontale (32), in cui la flangia frontale (32) è provvista di una sede anulare (35) in cui è alloggiata almeno in parte l'estremità terminale (22) del cerchio (2), caratterizzato dal fatto che l'estremità terminale (22) del cerchio è svasata in direzione radiale e si estende verso l'esterno per un arco (C) compreso tra 60° ed 89° rispetto ad un piano ortogonale ad un asse di simmetria (X) del cerchio con un raggio di curvatura (r1) compreso tra 3mm e 8mm, preferibilmente compreso 5,5 mm e 6,5 mm.

2. Ruota secondo la rivendicazione precedente in cui l'estremità terminale (22) presenta un bordo libero (22A) sostanzialmente piano che si sviluppa su un piano inclinato di un angolo compreso tra 0° e 30° rispetto ad un asse di simmetria centrale (X) del cerchio (2).

3. Ruota secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui l'estremità terminale (22) del cerchio si estende verso l'esterno per un arco (C) pari a circa 70°.

4. Ruota secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui il cerchio (2) è realizzato da un unico pezzo monolitico in acciaio ed il disco (3) è realizzato da un unico pezzo monolitico in acciaio.

5. Ruota secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui il cerchio (2) è realizzato in acciaio microlegato e il disco (3) è realizzato in acciaio bifasico ferritico/martensitico.

6. Ruota secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui il cerchio (2) ed il disco (3) sono tra loro accoppiati mediante saldatura (4) autogena senza materiale di apporto.

7. Ruota secondo la rivendicazione precedente in cui la saldatura è una saldatura ad energia concentrata, preferibilmente a fascio di elettroni oppure laser.

8. Ruota secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui la sede anulare 35 è ricavata in corrispondenza di un tratto a sviluppo radiale (32A) della flangia frontale (32) e sulla faccia di questa rivolta verso la porzione di cerchio (2) .

9. Processo di fabbricazione della ruota (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di formatura del cerchio, che comprende i seguenti passi: a1) predisporre una striscia di nastro metallico, preferibilmente acciaio, ancora più preferibilmente acciaio microlegato; a2) piegare detta striscia di nastro metallico, preferibilmente mediante processo di centinatura; a3) saldare su sé stessi due lembi opposti di detto nastro centinato per realizzare un corpo sostanzialmente cilindrico metallico; a4) spianare il cordone di saldatura realizzato al passo precedente e (opzionalmente) arrotondare nuovamente il corpo; a5) effettuare almeno una, preferibilmente una pluralità, di rullature per realizzare almeno un profilo di spalla interno (21) ed una parallela estremità terminale con estensione radiale (99) in corrispondenza delle basi opposte di detto corpo sostanzialmente cilindrico metallico, a6) realizzare una lavorazione con asportazione di truciolo su detta estremità terminale con estensione radiale (99) così da realizzare l'estremità terminale (22) del cerchio svasata in direzione radiale che si estende verso l'esterno per un arco (C) compreso tra 60° ed 89° rispetto ad un piano (P) ortogonale ad un asse di simmetria (X) del cerchio con un raggio di curvatura (r1) compreso tra 3mm e 8mm, preferibilmente compreso 5,5 mm e 6,5 mm.