ES2216600T3 - Neumatico para ruedas de vehiculos con estructura de talon mejorada. - Google Patents

Abstract

eumático.

Description

Neumático para ruedas de vehículos con estructura de talón mejorada.

La presente invención se refiere a neumáticos para ruedas de vehículos y más específicamente a sus talones, es decir, aquellas zonas de carcasa anulares que sirven principalmente para fijar el neumático sobre la correspondiente llanta de montaje.

Más precisamente, la invención citada anteriormente se refiere al sistema para unir juntas las estructuras de refuerzo anulares contenidas en el interior de dichos talones, más comúnmente llamadas mediante el nombre de "núcleos de talón", y los extremos de la tela o telas de carcasa.

Un neumático tradicionalmente comprende una carcasa en forma toroidal que tiene una zona de corona central conectada en sus extremos a un par de flancos axialmente opuestos que se extienden radialmente hacia el interior, y cada uno termina en un talón diseñado para fijar el neumático a una correspondiente llanta de montaje. Para este propósito, el núcleo de talón de refuerzo citado anteriormente se incorpora en el interior del talón.

La corona de dicha carcasa tiene, coaxialmente dispuesta sobre la misma, una banda de rodadura que está diseñada para el contacto de rodadura del neumático sobre el suelo y está provista de un diseño elevado definido por incisiones y ranuras que están formadas en el espesor de dicha banda y están diseñadas para asegurar las propiedades de manipulación del neumático durante su uso.

La estructura de refuerzo de la carcasa comprende por lo menos una tela de tejido cauchutado que consiste en una lámina de caucho en cuyo interior están empotradas cuerdas de refuerzo textiles o de metal, estando dispuestas dichas cuerdas transversalmente respecto a la dirección circunferencial del neumático: en neumático de carcasa radial, la dirección de las cuerdas citadas anteriormente es perpendicular a dicha dirección circunferencial, es decir, al plano ecuatorial del neumático.

Sea cualquiera la dirección de las cuerdas de refuerzo, los extremos de la tela de carcasa está doblados axialmente desde el interior hacia el exterior alrededor de los núcleos de talón citados anteriormente.

La patente DE 36 31 736 se refiere a un neumático de vehículo con una carcasa preferiblemente hecho a partir de acero o similar, cuyos elementos de refuerzo terminan en los talones del neumático, donde están anclados, estando los extremos de los elementos de refuerzo insertados entre alambres o similares incrustados en los talones del neumático.

Respecto a esta disposición geométrica, el perfil de la tela de carcasa a lo largo de la sección transversal del neumático, y así también el perfil de la correspondiente cuerda de refuerzo en carcasas de tipo radial, tiene un punto de inflexión en el borde axialmente interno y radialmente externo del núcleo de talón, donde la curvatura del perfil citado anteriormente está invertida, cambiando desde cóncava, a lo largo del flanco, a convexa, alrededor del núcleo de talón.

En la continuación de la presente descripción, el punto de inflexión citado anteriormente se llamará el "punto K".

Cuando la carcasa es de tipo radial, también comprende una estructura de cintura dispuesta sobre la corona de la carcasa, estando situada entre la carcasa y la banda de rodadura y que se extiende desde un lado al otro del neumático, es decir, es substancialmente tan ancha como la banda de rodadura.

La estructura citada anteriormente tradicionalmente comprende uno o más pares de bandas de tejido cauchutado provistas de cuerdas de refuerzo que son paralelas entre sí en cada banda, e intersectando con las de las bandas adyacentes, estando inclinadas preferiblemente de una manera simétrica respecto al plano ecuatorial del neumático.

Las llantas de montaje del neumático tienen, en sus extremos axiales, dos superficies coaxiales más o menos cónicas, que forman la base de soporte para los talones del neumático. El borde axialmente externo de dichas bases termina en un reborde que se extiende radialmente hacia el exterior y actúa como un soporte para la superficie axialmente externa del talón y contra el que el talón citado anteriormente se mantiene presionado mediante la presión de hinchado del neumático.

El acoplamiento forzado del talón del neumático en el interior de su asiento se asegura por la conicidad de la base de soporte, que está abierta hacia el exterior, junto con el núcleo de talón de refuerzo de metal, que es inextensible circunferencialmente y, por lo tanto, tiene un diámetro constante y está contenido en el talón del neumático: este acoplamiento forzado, que se produce por el empuje axial ejercido sobre el lateral de los talones, axialmente desde el interior hacia el exterior, mediante la presión de hinchado del neumático, asegura la estabilidad del talón del neumático sobre la llanta durante su uso y, en el caso de neumáticos sin tubo, también la estanqueidad del aire entre el neumático y la llanta para evitar el deshinchado gradual del neumático.

Para garantizar totalmente esta estanqueidad del aire, el neumático sin tubo se monta sobre las llamadas llantas de centro de caída, es decir, llantas hechas de una pieza con bases de soporte del talón que tienen un alto grado de conicidad, es decir, están inclinadas a 15º respecto al eje de rotación de la llanta.

Esta inclinación particular de las bases del talón significa que el neumático ha de tener un perfil particular de la tela de carcasa, distinguido por una tangente a dicho perfil en el punto K que es muy inclinado respecto al eje de rotación de la llanta.

Habiéndose indicado todo lo anterior, los neumáticos a los que preferiblemente se refiere la invención son neumáticos sin tubo para transporte en carretera que tienen carcasa de metal, radial y de una única tela, y que se usan con presiones de trabajo del orden de ocho bar.

En estos neumáticos, la zona del talón es una zona muy crítica que muy a menudo provoca desuso de los neumáticos respecto a su debilidad estructural en esta zona bien antes de que la banda de rodadura se ya desgastado completamente.

Ya se han realizado muchos intentos en la técnica para mejorar la situación, sin embargo, sin tener éxito en solucionar el problema: estos incluyen, en particular, la modificación de la sección transversal del núcleo de talón y la del alambre de acero a partir del cual se hace el núcleo de talón, si es necesario también en combinación entre sí, para proporcionar al núcleo de talón de mayor rigidez a la torsión, así como la modificación del perfil de la tela de carcasa y el intento de optimizar el valor de la altura radial de las porciones dobladas de la tela de carcasa.

Todos estos intentos han sido incapaces de proporcionar una solución completamente satisfactoria y a menudo han provocado problemas que son incluso más serios que los que se intentan solucionar.

En particular, el aumento de la rigidez a la torsión del núcleo de talón ha provocado el aumento simultáneo de su rigidez a la flexión, haciendo el montaje y la retirada del neumático en/de la llanta extremadamente difícil: a su vez, la modificación del perfil de la tela de carcasa ha tenido un efecto negativo en muchas características del comportamiento del neumático durante el uso.

Según la percepción del solicitante, la alta presión de hinchado no solamente induce en cada cuerda de la carcasa una presión de empuje que se transmite sobre el núcleo de talón a lo largo de dos componentes que son perpendiculares entre sí, es decir, en componente axial y un componente radial, que están opuestos por la no deformabilidad circunferencial del núcleo de talón, sino que también se aplica al núcleo de talón una torsión de giro debido a la distancia del punto K desde el centro de masas del núcleo de talón. Un tipo que comprende las características del preámbulo de la reivindicación 1 se conoce, por ejemplo, a partir de la patente DE-A-2 408 474 o a partir de la patente FR-A-1 256 432.

La torsión de giro, durante el uso del neumático, varía en cada ciclo rotacional del neumático, produciendo movimiento cíclicos microscópicos en toda la estructura del talón y en particular rotaciones microscópicas del talón respecto a su borde axialmente externo y el borde del reborde, lo que produce el final más o menos rápido de la vida del neumático.

Se ha encontrado que el problema se puede solucionar ventajosamente provocando que el perfil neutro de las telas de carcasa pase en el interior del núcleo de talón, preferiblemente a través de su centro de masas, eliminando así el punto de inflexión.

La presente invención se refiere a una nueva estructura de talón, en particular para neumáticos sin tubo de tamaño gigante, que ofrece todas las ventajas de flexibilidad, deformabilidad elástica y resistencia mecánica de los talones conocidos, pero que está desprovisto de los inconvenientes representados anteriormente.

La presente patente también se refiere a una nueva estructura de talón que proporciona al neumático de una mayor resistencia.

Además, la presente invención se refiere a una nueva estructura de talón que proporciona al neumático de una menor resistencia a la rodadura.

Un objeto diferente de la presente patente es una nueva estructura de talón que proporciona al neumático de una mayor capacidad de carga comparado con los neumáticos conocidos que tienen las mismas dimensiones.

Otro objeto diferente de la presente patente es una nueva estructura de talón que simplifica el proceso de fabricación del neumático y permite el uso de máquinas menos costosas.

Estos objetivos se consiguen mediante la combinación de las características de la reivindicación 1.

En cualquier caso, la presente invención se entenderá mejor ahora con la ayuda de la descripción adjunta y los dibujos adjuntos, proporcionándose ambos solamente a modo de ejemplo no limitativo, y en los que:

- La figura 1 muestra, en sección transversal parcial y en forma esquemática, la trayectoria del perfil neutro de las telas de carcasa del neumático según la invención, comparada con la de la técnica conocida;

- La figura 2 muestra, en sección transversal parcial y forma esquemática, una primera realización de una estructura de carcasa del neumático según la invención, también comparada con la de la técnica conocida;

- La figura 3 muestra, en sección transversal parcial, una segunda realización preferida de la estructura de carcasa del neumático según la Figura 1;

- La figura 4 muestra el estado de las fuerzas que actúan sobre el talón del neumático, visto en sección transversal parcial, durante su uso;

- La figura 5 muestra la progresión principal, punto a punto, de la presión ejercida por el talón del neumático sobre el asiento del talón de la llanta;

- La figura 6 muestra un modelo de talón según la invención, al cual se han aplicado todas las fuerzas unitarias que se han transmitido sobre el talón del neumático durante el uso del neumático.

La figura 1, de esta manera, muestra, en sección transversal parcial y en forma esquemática, un neumático según la invención con referencia específica a las trayectorias de sus perfiles de contorno y el perfil neutro de las telas de carcasa, comparados con los perfiles correspondientes del neumático según la técnica conocida.

El neumático comprende una carcasa en forma de toro que tiene una porción de corona central C y dos flancos axialmente opuestos A, cada uno terminando en un talón B para fijar el neumático sobre una llanta de montaje correspondiente. El talón incorpora internamente por lo menos un núcleo de refuerzo anular circunferencialmente inextensible, que se llama usualmente como un "núcleo de talón" y respecto al cual la presente figura muestra solamente el centro de masa G y el perfil S de la zona que contiene su sección transversal.

Sobre la corona de la carcasa, coaxialmente extendida alrededor de la misma, está dispuesta una banda de rodadura M que está provista de un diseño elevado para el contacto de rodadura con la carretera, no representado porque es de poca relevancia para los propósitos de la invención, y que determina la manipulación del neumático durante su uso, en particular en lo que respecta a la capacidad de tracción, el rendimiento del agarre a la carretera y la resistencia al aquaplaning.

La carcasa está provista de una estructura de refuerzo que comprende por lo menos una tela de tejido cauchutado reforzado con cuerdas textiles y/o de metal que forman el elemento de refuerzo que se extiende desde talón a talón y fijado a los núcleos de talón citados anteriormente.

Solamente se muestra el perfil N de esta estructura, tal como se apreciará a continuación.

El perfil E indica el contorno externo del neumático, que es común tanto al neumático de la invención como al del conocido, para representar mejor la comparación entre el neumático según la invención y el neumático conocido usando neumáticos equivalentes con las mismas dimensiones totales máximas y el mismo tamaño.

Los perfiles I_{1} e I_{2} indican el perfil interno del neumático para el neumático según la invención y el neumático conocido, respectivamente, que están separados entre sí en la porción radialmente interna del flanco y en el talón.

Los perfiles N_{1} y N_{2} indican el perfil de la tela o telas de carcasa, para el neumático según la invención y el neumático conocido, respectivamente, que también están separados entre sí en la porción radialmente interna del flanco y en el talón.

En lo que respecta al neumático del tipo conocido, el perfil N_{2} tiene a lo largo de su extensión, en la zona del talón, un punto de inflexión K donde, respecto al enrollado de las telas de carcasa alrededor del núcleo de talón, la curvatura del perfil cambia de dirección, volviéndose cóncava hacia el exterior en lugar de cóncava hacia el interior. Más particularmente, el punto K está situado en el extremo axialmente interno del núcleo de talón y, a veces más específicamente substancialmente en el borde axialmente interno y radialmente externo del núcleo de talón. La tangente al perfil N_{2} en el punto K tiene un ángulo de inclinación "w" que es relativamente pequeño respecto al eje de rotación del neumático, siendo a modo de guía entre 20º y 35º.

El perfil N_{1} del neumático según la invención, en lugar de pasar en el interior de la zona que contiene la sección transversal del núcleo de talón, o el grupo de núcleos de talón, que forman el refuerzo del talón, y preferiblemente pasa a través del centro de masa G del núcleo de talón o del grupo citado anteriormente de núcleos de talón de refuerzo; por propósitos de conveniencia, la zona de referencia es toma como la delimitada por una línea curvada S que pasa a través de los vértices del núcleo o núcleos de talón y que minimiza el valor del área de la zona, es decir, el área circunscrita.

La figura 1 muestra claramente cómo el perfil N citado anteriormente está desprovisto del punto K, no tiene inversiones en la curvatura a lo largo de su extensión y tiene una inclinación "y" respecto al eje de rotación del neumático, que está definida por la inclinación de la tangente del perfil N_{1} que pasa a través del centro de masa G, que es marcadamente mayor que el de la tangente que pasa a través del punto K citado anteriormente en los neumáticos conocidos.

A continuación de la siguiente descripción se hará referencia al perfil neutro de las telas de carcasa: de hecho, este perfil coincide con el perfil de dichas telas cuando estas últimas están en contacto mutuo, pero diverge del mismo cuando las telas se separan entre sí. En este caso, el perfil neutro corresponde al perfil del eje neutro del conjunto externamente delimitado por dos o más telas de carcasa y que incorporan internamente otros elementos de relleno o refuerzo, tales como compuestos y/o fibras, hilos, hebras o cuerdas hechas de material textil o metal u otro material adecuado.

Vale la pena recordar aquí que el perfil de las telas de carcasa se llama comúnmente en la literatura técnica por el término "línea de tela"; la porción de dicho perfil, que se deforma al variar la carga y la presión de hinchado del neumático, proporcionando al neumático una capacidad de carga y elasticidad vertical, se indica comúnmente en la literatura técnica por el término "py" y corresponde substancialmente a la porción de la línea de tela radialmente fuera del punto K. El "py" también se llama aquí como el "perfil activo".

Es inmediatamente evidente a partir de la figura 1 cómo el perfil neutro de las telas de carcasa según la invención permiten una reducción substancial en el espesor del talón y una ensanchamiento del perfil activo hasta el centro de masa del núcleo de talón. Esta reducción en el espesor, es decir, la eliminación de la porción de talón salida en la figura no solamente aumenta el volumen de aire contenido en el neumático mediante una cantidad aproximadamente entre el 2% y el 5%, sino que concentra este aumento en la porción radialmente más interna del neumático. El resultado es el desplazamiento de la línea central volumétrica del neumático hacia el eje de rotación de la llanta con un aumento correspondiente en la capacidad de carga del propio neumático, siendo iguales las condiciones con el neumático equivalente de la técnica.

El revestimiento aerodinámico del talón produce, por sí mismo, una reducción en el peso del neumático y su temperatura operativa respecto a la menor cantidad de material sometido a las deformaciones cíclicas asociadas con el movimiento de rodadura del neumático.

La figura 2 muestra, también en sección transversal parcial y en forma esquemática, una primera realización de una estructura de carcasa del neumático según la invención, también comparada con la estructura de carcasa equivalente (mostrada en líneas de trazos) de la técnica conocida.

Además de lo ya explicado y representado con referencia a la figura 1, el neumático según la invención comprende una tela de carcasa 1, reforzada con cuerdas de metal dispuestas radialmente, es decir, dispuestas substancialmente en el plano de la sección transversal del neumático. La tela de carcasa 1 puede consistir en una única lámina de tejido cauchutado o un grupo de varias láminas o una serie de bandas dispuestas adecuadamente tal como se describe posteriormente.

El extremo de la tela citada anteriormente están insertado entre dos núcleos de talón 2a y 2b, que juntos forman el núcleo de refuerzo anular del talón del neumático. Preferiblemente, el extremo de la tela no sobresale del núcleo de talón radialmente hacia el interior, es decir, no se extiende radialmente hacia el interior más allá del perfil radialmente más interno "p" del núcleo de talón o grupo de núcleos de talón, y así incluso no se puede doblar alrededor de un núcleo de talón, al contrario que las estructuras conocidas, donde el extremo 3 que gira axialmente desde el interior hacia el exterior rodea el núcleo de talón 2 y se eleva radialmente hacia fuera a lo largo del lado de la tela de carcasa, provocando una discontinuidad estructural en el talón a la altura del labio 4 del pliegue citado anteriormente.

El efecto de esta discontinuidad se ha de desplazar usualmente mediante la inserción de una pieza lateral 5 textil o de metal, que se extiende a ambos lados de dicho labio.

La eliminación del pliegue de la tela de carcasa alrededor del núcleo de talón, tanto desde el interior hacia el exterior como viceversa, simplifica el proceso de fabricación del neumático y elimina una fuente importante de consecuencias negativas.

En una realización particular, la carcasa según la invención también comprende una estructura de cintura 6 que está dispuesta coaxialmente sobre la corona de la carcasa y situada entre la carcasa citada anteriormente y la banda de rodadura M.

La figura 3 muestra una realización preferida del neumático según la invención, que se ha construido usando la tecnología descrita en la solicitud de patente europea simultánea representada por los mismos solicitante bajo el número EP 97-830731.2 (es decir, EP-A-0928680).

Los componentes internos del neumático están colocados sobre un tambor macho en forma de toro 20, cuyo perfil externo coincide con el de la superficie radialmente interna del neumático no procesado, empezando con el llamado revestimiento 7, es decir, una lámina de caucho que, en el neumático vulcanizado, forma una superficie interna estanca al aire del neumático.

La tela de carcasa se construye a continuación colocando sobre el revestimiento, en sucesión circunferencial, una pluralidad de bandas 8, es decir, bandas de tejido cauchutado, cada una conteniendo un cierto número de cuerdas de acero, estando dispuestas dichas bandas separadas entre sí con un intervalo en anchura preferiblemente igual a la anchura de la banda, con las cuerdas dispuestas radialmente, es decir, a 90º respecto a la dirección circunferencial del tambor macho. Las bandas están fijadas al revestimiento sobre toda su extensión longitudinal, extendiéndose desde talón a talón a lo largo de la superficie externa del tambor macho.

Preferiblemente, las bandas tienen una anchura entre 3 y 15 mm (incluso más preferiblemente entre 5 y 10 mm), un espesor entre 0,5 y 2,5 mm, y contienen una pluralidad de cuerdas que varían entre 2 y 15 (incluso más preferiblemente entre 3 y 10), con una densidad preferiblemente entre 4 y 8 cuerdas por centímetro, medidas sobre la tela de carcasa, en la dirección circunferencial, en la proximidad del plano ecuatorial del neumático 1.

Preferiblemente, las cueras están dispuestas en las bandas 8 a una distancia interaxial mutua no inferior a 1,5 veces el diámetro de las cuerdas, para permite un cauchutado adecuado entre las cuerdas adyacentes.

Sin embargo, si se requiere, las cuerdas pueden colocarse ventajosamente en las bandas también con una mayor densidad, para proporcionar a la tela de carcasa propiedades particulares de compacidad y homogeneidad.

Las cuerdas son las que usualmente se usan en la presión de las carcasa de neumáticos, preferiblemente con un diámetro entre 0,3 mm y 2,1 mm. Para la preparación de un neumático prototipo de tamaño 315/80 R22,5'', los solicitantes han encontrado conveniente usar cuerdas de metal con la composición 3+9+15x0,22.

Un núcleo de talón de refuerzo 9 se aplica ahora sobre la primera serie de bandas, en la zona del talón, junto con, en la posición radialmente fuera de dicho núcleo de talón, un cuerpo de relleno en forma triangular 10 que es afilado hacia el extremo opuesto del núcleo de talón, extendiéndose radialmente hacia el exterior sobre una altura radial "h" que está preferiblemente entre el 10% y el 50% de la altura de la sección H del neumático.

El núcleo de talón 9 se puede construir separadamente, sobre un tambor de preparación adecuado, y montarse a continuación sobre la carcasa bajo construcción, o se puede construir directamente sobre el tambor macho, sobre las bandas citadas anteriormente, en la zona del talón.

El núcleo de talón comprende un núcleo anular de metal que es circunferencialmente inextensible y consiste en una serie de espirales de metal que están radialmente superpuestas y axialmente dispuestas una al lado de la otra.

La serie de espirales puede estar formadas por enrollado sobre un tambor adecuado, en forma de varias espirales radialmente superpuestas entre sí, de un alambre o una banda de alambres de metal dispuestos uno junto al otro, o mediante la colocación una al lado de la otra, en sucesión, de una pluralidad de espirales de metal que están hechas por enrollado alrededor de sí mismo, en espirales radialmente superpuestas, de un único alambre de metal, o también mediante superposición radialmente entre sí de una pluralidad de capas de metal que están formadas por enrollado, en espirales axialmente dispuestas una al lado de la otra, de un único alambre de metal.

Debe indicarse que, respecto al hecho de que el perfil neutro de las telas de carcasa pasa dentro de la zona que encierra la sección transversal del núcleo de talón, y más específicamente a través del centro de masa del propio núcleo de talón, este último ya no está sometido a una torsión de giro, de manera que meramente ha de soportar fuerzas de tracción aplicadas a su sección transversal.

Como resultado, ya no se requiere que el núcleo de talón tenga una resistencia específica a la torsión, y por lo tanto se hacen menos importantes características tales como la no deformabilidad de su sección transversal o inclinación de la superficie radialmente interna del núcleo de talón según un ángulo substancialmente igual al del asiento del talón sobre la llanta.

Este hecho produce una libertad considerable de elección en la forma de la sección transversal del núcleo de talón y el alambre que lo forma.

En lo que respecta a la sección transversal del núcleo de talón 9, en la realización descrita, este último están formado con una forma trapezoidal irregular, que comprende dos bases, que consisten respectivamente en la superficie radialmente interna 9a y la superficie radialmente externa 9b, y dos lados inclinados, que consisten respectivamente en la superficie axialmente interna 9c y la superficie axialmente externa 9d. La base 9a está inclinada respecto al eje de rotación del neumático según un ángulo substancialmente igual al de la base del talón sobre la llanta, es decir, del orden de 15º, pero también puede tener una inclinación menor de 12º, para favorecer el acoplamiento forzado del talón sobre el asiento correspondiente. Según otro aspecto preferido, el ángulo de inclinación de los lados axialmente externo y axialmente interno de dicho trapecio respecto al eje de rotación del neumático es respectivamente mayor y menor el ángulo de inclinación del perfil neutro de las telas de carcasa en la zona de dichos lados.

De particular importancia son las dimensiones lineales del núcleo de talón 9, es decir, la extensión (z) en la dirección longitudinal (lados inclinados) y el espesor axial (v) (bases radiales) en la dirección transversal, mostradas en la figura 3; preferiblemente, la dimensión z está entre 10 y 25 mm, mientras que la dimensión v está entre 7 y 20 mm.

El material del núcleo de talón puede ser cualquier material metálico, que tiene unas características de resistencia mecánica adecuadas; preferiblemente, este material es alambre de acero normal o alambre de acero de alto contenido de carbono (alta tensión), comúnmente usados en la tecnología de los alambres.

La sección transversal del alambre de metal es preferiblemente circular, con diámetro entre 0,3 y 2,1 mm; alternativamente se puede usar un alambre de metal plano, preferiblemente con una sección transversal substancialmente rectangular, con lados que tienen dimensiones entre 1,5 y 2,5 mm, preferiblemente con bordes redondeados.

En una realización diferente, la banda plana puede tener una sección transversal substancialmente hexagonal, por ejemplo tal como se describe en la patente US 5.007.471, a nombre de los mismos solicitantes.

Preferiblemente, los alambres de metal que forman las espirales del núcleo de talón 9 son descubiertos, es decir, no están recubiertos con caucho; en este caso, cada alambre de metal retiene la posibilidad de efectuar pequeños desplazamientos circunferenciales respecto a los alambres metálicos adyacentes, maximizando así la flexibilidad del núcleo de talón, también en el caso de interconexión axial entre las secciones de los alambres adyacentes, y así la posibilidad de ovalización del alambre de talón durante el montaje del neumático sobre la llanta.

Una nueva serie de bandas 8b se colocan ahora en los espacios dejados entre las bandas 8a dispuestas en posición previamente; los extremos de estas bandas están superpuestos en una posición axialmente fuera del núcleo de talón ya montado sobre el tambor macho, de manera que el núcleo de talón está dispuesto entre dos capas de cuerdas de carcasa. En particular, en la zona de los talones, las bandas están colocadas alternativamente contra los lados axialmente opuestos del núcleo de talón; las bandas de la primera serie son axialmente internas, las bandas de la segunda serie son axialmente externas y no están colocadas opuestas a las de la primera serie. En otras palabras, la carcasa así formada se comporta de la manera de una carcasa radial de una única tela sobre la corona y a lo largo de la línea central radialmente externa del flanco, y como una carcasa de dos telas a lo largo de la línea central radialmente interna del flanco y en la zona de los talones. De esta manera, la carcasa según la invención abarca todas las ventajas de las carcasas de una sola tela en términos de ligereza, confort y flexibilidad y todas las ventajas de las carcasas de dos telas en términos de resistencia estructural, rigidez vertical y a la torsión de los talones, y estabilidad en presencia de fuerzas de desplazamiento laterales.

En una primera realización, todas las bandas son idénticas entre sí, es decir, tienen el mismo número y el mismo tipo de cuerdas de refuerzo. Sin embargo, puede ser conveniente variar las características de las bandas aseguradas en una posición axialmente interior al núcleo del talón respecto a aquellos asegurados en una posición axialmente exterior del núcleo del talón: en una primera variante, las bandas llamadas axialmente interna tienen un ancho diferente, preferentemente mayor que las bandas llamadas axialmente externas de forma que, para la misma densidad de las cuerdas en las bandas, las cuerdas axialmente dentro del núcleo del talón son mayores en número que las cuerdas axialmente externas, mientras que mantienen una densidad uniforme dentro de los pliegues de la carcasa.

En una segunda variación de la invención, las cuerdas axialmente internas del núcleo del talón son en cambio de un tipo diferente, es decir, son preferiblemente más fuertes, comparadas con las cuerdas axialmente externas; quedará claro que en este caso el pliegue de la carcasa tendrá, en su corona, una variación circunferencial periódica en uniformidad, que si es necesario puede reestablecerse por medio de la modificación de la densidad de las cuerdas en las diversas bandas.

El talón del neumático según la invención tiene un segundo núcleo de talón de refuerzo 11, que está preferentemente dispuesto axialmente exterior de las bandas de carcasa en una posición axialmente externa. Preferentemente, este segundo núcleo de talón comprende una inserción anular circunferencialmente no extensible que está formada sustancialmente en forma de una llanta concéntrica con el eje de rotación del neumático y localizada en una posición axialmente exterior contra las porciones de extremo de las bandas antes mencionadas.

Esta inserción anular está compuesta de al menos un cable de metal alargado enrollado en varias espirales sustancialmente concéntricas. Las espirales pueden estar definidas por medio de una espiral continua o por medio de anillos concéntricos formados por cables de metal alargados respectivamente.

En una realización diferente, la inserción anular tiene la misma forma, posiblemente con diferentes dimensiones, como el núcleo de talón trapezoidal en una posición axialmente interna.

El perfil neutro del pliegue de la carcasa, que coincide con aquel del pliegue en la porción donde las bandas siguen la misma trayectoria, se aleja de las bandas cuando éstas se separan unas de otras, en el extremo radialmente externo del cuerpo de rellenado, y pasa entre las dos series de bandas, dentro del área que encierra la sección transversal del núcleo de talón o de los dos núcleos de talón descritos con anterioridad, y más preferentemente pasa a través del centro de masa del núcleo de talón o del grupo de núcleos de talones: de esta forma el perfil activo de la carcasa continúa radialmente hacia dentro hasta un punto en la inmediata vecindad del núcleo de talón.

La carcasa se completa entonces con la colocación de la estructura de cintura 6, las paredes laterales 12 y la banda de rodadura M, y entonces se moldea y se vulcaniza: si es necesario debido a requerimientos particulares, la estructura del talón puede comprender otros elementos de refuerzo tales como tejido textil y/o fajas de metal en una posición axialmente interna y/o externa y/o filetes de mezcla con características particulares, tales como por ejemplo, un filete anti-abrasivo 13 en una posición axialmente externa que protege el talón del neumático del roce contra el borde de la llanta.

Por ejemplo, puede comprender un borde de refuerzo 14 que consiste en una banda de tejido cauchutado reforzado con cuerdas hechas de cualquier material, preferentemente material metálico. Las cuerdas están colocadas en el tejido cauchutado en un ángulo con respecto a la dirección radial del neumático de entre 0º y 60º, y más preferentemente entre 15º y 25º. La altura h_{2} del borde de refuerzo se halla preferentemente entre 15% y 35% de la altura de la sección H del neumático.

En otra realización alternativa de la presente invención, las bandas de la primera serie está ubicadas una junto a la otra o están espaciadas con un intervalo igual al ancho más pequeño del ancho de las bandas de la segunda serie. La ubicación de estas segundas bandas se realiza por medio de superponerlas enteramente sobre las bandas subyacentes, resultando esto en un pliegue de carcasa doble también en la corona y en la porción radial exterior de las paredes laterales. En este caso es posible obtener mayor fuerza de la carcasa contra el incremento en el peso del neumático. Con esta solución también es posible colocar las bandas radialmente superpuestas con las cuerdas de refuerzo de la primera serie interceptando aquellas de la segunda serie y si es necesario en ángulos de inclinación diferentes uno respecto a otros con respecto a la dirección circunferencial.

En esta realización de la presente invención es ventajoso variar el grosor, medido circunferencialmente sobre el pliegue de la carcasa en la vecindad del plano ecuatorial del neumático, de las cuerdas en la primera serie y la segunda serie de bandas y en particular utilizar un grosor mayor de las cuerdas para las bandas 8a de la primera serie, es decir aquellas que son radialmente más internas, con respecto a aquellas 8b de la segunda serie. Por ejemplo, es posible usar un grosor de 8 cuerdas por centímetro para la primera serie y 4 cuerdas por centímetro para la segunda serie.

Para verificar la validez técnica de la solución propuesta, los solicitantes han construido un modelo del talón según la invención, la cual se han aplicado todas las fuerzas unitarias que se transmiten sobre el talón del neumático durante el uso del neumático.

Con referencia a la Figura 4 estas fuerzas principales son:

- la fuerza P debida a la presión de hinchado

- la fuerza Q correspondiente a la carga

- la fuerza T debida a la fuerza de tracción ejercida por medio de la carcasa y más en particular por medio de las cuerdas de refuerzo del pliegue de la carcasa, debido a la presión de hinchado.

Estas fuerzas, que se indican en conjunto por medio de P1, se transmiten sobre el borde de la llanta (respectivamente en los puntos B1 a B6) y varía cíclicamente en intensidad y en dirección durante la rodadura del neumático bajo carga. El diagrama en la Figura 5 muestra la progresión media en el sentido de los puntos (de B1 a B6) de la presión P1 ejercida por medio del talón del neumático sobre el borde de la llanta.

Estas fuerzas medias, que se han medido y calculado para el prototipo del neumático mencionado con anterioridad, con el tamaño 315/80 R 22,5'', se aplicaron al modelo ilustrado en la Figura 6, habiéndose construido este modelo utilizando los mismos materiales y con la misma forma geométrica que el neumático mencionado con anterioridad.

El modelo se formó con una banda 8 de tejido cauchutado (de 12 cm de longitud, 1 cm de ancho, grosor 2,6 mm) hecho del mismo tejido que el pliegue de carcasa y que comprende cuatro cuerdas de acero de refuerzo, con la composición 3 + 9 + 15 x 0,22, que son normalmente utilizados en la carcasa de los neumáticos del tamaño antes mencionado.

Un extremo de la banda antes mencionada se incluyó entre dos elementos de retención 15 y 16, donde cada uno consiste en dos bandas de tejido cauchutado, con un grosor de 2,3 mm y una altura de 20 mm, reforzado con ocho cuerdas de metal con la composición 7x4x0,28 que están colocados perpendicularmente con respecto a las cuerdas de la banda de carcasa, de forma de simular el núcleo de talón como se muestra en la Figura 2.

El modelo se ha vulcanizado a una temperatura de 190ºC durante un período de 30' y a una presión de 30 bar.

Por medio de un tornillo se presionan juntos los dos elementos de retención con una presión P de 60 bar, igual al valor medio de la presión con la que el talón del neumático se presiona contra el borde de la llanta, mientras que el extremo opuesto de la banda se sujeta a fuerza de tracción T por medio de una grapa a la cual se aplicó la carga de tracción, incrementándose dicha carga hasta que provoque el desgarro del compuesto entre las cuerdas de la banda y aquellos de los elementos de retención.

La fuerza F que provoca el desagarro mencionado con anterioridad fue mayor de 400 kg y por lo tanto superior a 100 kg por cuerda.

Como que la fuerza de tracción T aplicada a cada cuerda de la carcasa durante el rodamiento del neumático es aproximadamente 20 kg, sigue que el coeficiente de seguridad de la estructura de talón según la invención es sustancialmente igual a 5, es decir, completamente en línea con el normalmente utilizado durante el diseño correcto de los neumáticos según el estado de la técnica.

El neumático según la invención logra muchas ventajas importantes, todas las cuales se producen sustancialmente por la eliminación de la torsión de giro que actúa sobre la llanta de los neumáticos de la técnica conocida.

En primer lugar, los movimientos microscópicos del talón del neumático sobre la base del talón y alrededor del borde de la llanta se reducen drásticamente en magnitud, si no se eliminan completamente, con una mayor vida de trabajo del neumático respecto al menor grado de fatiga de la zona crítica del talón durante la rotación bajo carga.

Otro efecto positivo en conexión con la mayor vida de trabajo del neumático se obtiene como resultado de la eliminación de la discontinuidad estructural provocada en los neumáticos conocidos por la presencia del pliegue de la tela de carcasa, que es la causa de fallos, en particular sobre el borde del pliegue citado anteriormente.

También debe recordarse aquí que el neumático para cargas pesadas, cuando se desgasta, se debe poder cubrir con una nueva banda de rodadura, por lo menos una vez, pero preferiblemente varias veces, en vista del impacto de esta posibilidad sobre los costes operativos del vehículo; sin embargo, esta operación es posible solamente sobre carcasas que son de una pieza, de manera que las carcasas enviadas para volver a colocar la banda de rodadura se examinan de antemano y se seleccionan de la manera adecuada. La importancia de la invención es clara, considerando que la mayoría de las carcasas descartadas antes de volver a colocar la banda de rodadura se eliminan respecto a los defectos del talón.

Respecto a sus dimensiones geométricas reducidas, el núcleo de talón o el par de núcleos de talón según la invención forman un núcleo de refuerzo anular que es muy flexible y, por lo tanto, capaz de deformarse fácilmente, asumiendo en particular la configuración elíptica (oval) necesaria para permitir que el talón pase sobre el borde de la llanta durante el montaje del neumático sobre la llanta, y viceversa, la retirada del neumático de la llanta, siendo dicha operación particularmente compleja en el caso de neumáticos de tamaño gigante usados para transporte en carretera.

Además de lo anterior, el neumático según la invención reduce el consumo de combustible por la menor resistencia a la rodadura conseguida como resultado del menor peso del neumático, ya que la eliminación de un momento de giro aplicado al talón permite que el núcleo de talón y toda la estructura del talón se hagan más ligeros, con la reducción asociada en las masas histeréticas y las deformaciones de los materiales que forman la estructura citada anteriormente.

La capacidad de carga del vehículo también se aumenta, ya que el perfil activo de la tela de carcasa se extiende radialmente hacia el interior hasta el centro del núcleo de talón con la consiguiente expansión de la cavidad toroidal, para el mismo volumen total del neumático, y bajando el plano meridiano del toroide hacia el eje de rotación del neumático. Debe recordarse aquí que la capacidad de soporte de la carga del neumático es directamente proporcional al volumen de la cavidad toroidal comprendida entre la superficie radialmente externa de la llanta y el plano meridiano volumétrico citado anteriormente.

Según un procedimiento para aumentar la capacidad de carga de los neumáticos tradicionales para ruedas de vehículos, que están provistos de una estructura de carcasa tal como la descrita anteriormente, el proceso conocido de fabricación del neumático se modifica para limitar la extensión radial hacia el interior de los extremos de la estructura de refuerzo de la carcasa, de manera que no exceden el perfil radialmente más interno de los núcleos de talón, haciendo así imposible el plegado de la tela de carcasa alrededor de los núcleos de talón, y las telas de carcasa están dispuestas en una posición axial respecto al núcleo de talón, de manera que el perfil neutro de las telas citadas anteriormente se hace para intersectar la sección transversal de la zona que encierra los núcleos de refuerzo del talón.

La simplificación del proceso de producción y la maquinaria de fabricación asociada resultante a partir de la eliminación del plegado de la tela de carcasa alrededor del núcleo de talón es otra ventaja no insignificante ofrecida por la invención.

Finalmente, la invención elimina la torsión de giro aplicada, en el plano de la sección transversal radial, a los núcleos de talón que refuerzan el talón en neumáticos para las ruedas de vehículo descritas anteriormente, resultando así en la consecución de dichas ventajas, en particular en lo que respecta al menor peso del neumático y una menor resistencia a la rodadura. Esto difiere de los procedimientos de fabricación del neumático conocidos, ya que comprende las etapas de eliminar los puntos de inflexión a lo largo de la extensión del perfil neutro de la estructura de refuerzo de la carcasa y provocar que el perfil neutro citado anteriormente intersecte la sección transversal de la zona que encierra los núcleos de refuerzo del talón anulares, es decir, los ya muy citados núcleos de talón.

Quedará también claro que un técnico en la materia, habiendo entendido ahora las características generales de la invención, podrá realizar todas aquellas modificaciones y variaciones estructurales a los parámetros críticos sin apartarse así del ámbito de protección de la presente invención tal como se ha reivindicado a continuación.

Claims (11)

1. Neumático para ruedas de vehículo, en particular un neumático de tamaño gigante, que comprende una carcasa en forma toroidal que tiene una porción de corona central (C) y dos flancos (A) axialmente opuestos que terminan en un par de talones (B) para fijar el neumático sobre una llanta de montaje correspondiente, comprendiendo cada talón (B) por lo menos un núcleo de refuerzo anular circunferencialmente inextensible (2a, 2b; 9, 11) una serie de espirales de alambre de metal radialmente superpuestas y axialmente dispuestas una al lado de la otra, una banda de rodadura (M) que está situada sobre la corona (C) y se extiende coaxialmente alrededor de dicha carcasa y que está provista de un diseño elevado para contacto de rodadura con la carretera, y una estructura de cintura (6) coaxialmente dispuesta entre dicha carcasa y dicha banda de rodadura (M), estando provista dicha carcasa de una estructura de refuerzo que consiste esencialmente en por lo menos una tela (1) de tejido cauchutado que está reforzada con cuerdas de metal dispuestas en planos radiales que contienen el eje de rotación del neumático, teniendo dicha estructura de refuerzo sus extremos fijados a dichos núcleos de refuerzo anulares (2a, 2b; 9, 11) y un perfil neutro, dispuesto en un plano de sección transversal radial, que se extiende axialmente de talón a talón, intersectando dicho perfil neutro la sección transversal de la zona (S) que encierra dichos núcleos de refuerzo anulares (2a, 2b; 9, 11), y extendiéndose los extremos de dicha estructura de refuerzo radialmente hacia el interior no más allá del perfil radialmente más interno de dichos núcleos de refuerzo anulares (2a, 2b; 9, 11), caracterizado por el hecho de que

a) dicho perfil neutro a lo largo de su extensión entre dichos talones (B) tiene una curvatura continua desprovista de puntos de inflexión;

b) dicho por lo menos un núcleo de refuerzo anular circunferencialmente inextensible (2a, 2b; 9, 11) está formado con una forma trapezoidal irregular que comprende una base radialmente interna (9a) que está inclinada respecto al eje de rotación del neumático según un ángulo substancialmente igual, o menor, que el de una base del talón sobre la llanta.

2. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho núcleo de refuerzo anular comprende un primer núcleo de talón axialmente más interno (2a) y un segundo núcleo de talón axialmente más externo (2b), estando insertado un extremo de dicha carcasa (1) entre dicho primer (2a) y segundo (2b) núcleos de talón.

3. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha tela de carcasa (1) comprende una pluralidad de bandas de tejido cauchutado que están dispuestas alternativamente, en por lo menos uno de dichos talones (B), en lados axialmente opuestos de dicho núcleo de refuerzo anular.

4. Neumático según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicha tela de carcasa (1) comprende dos series de bandas que están radialmente superpuestas por lo menos sobre la corona (C) de dicho neumático.

5. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la forma trapezoidal irregular de dicho núcleo de refuerzo anular también comprende una base radialmente externa (9b) y dos lados inclinados, es decir, un lado axialmente interno (9c) y un lado axialmente externo (9d).

6. Neumático según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el ángulo de inclinación, respecto al eje de rotación del neumático, de los lados axialmente externo (9d) y axialmente interno (9c) de dicho trapecio es respectivamente mayor y menor que el ángulo de inclinación de dicho perfil neutro de las telas de carcasa (1) en la zona de dichos lados (9c, 9d).

7. Neumático según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la dimensión longitudinal (z) de los lados inclinados (9c, 9d) del núcleo de talón está entre 10 y 25 mm y la dimensión transversal (v) de las bases de dicho núcleo de talón está entre 7 y 20 mm.

8. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el metal de dichas espirales de alambre es acero con un alto contenido de carbono.

9. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la sección transversal de dicho alambre de metal es hexagonal.

10. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho núcleo de talón anular (2a, 2b; 9, 11) comprende una serie de espirales radialmente superpuestas de alambre de metal plano.

11. Neumático según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos núcleos de refuerzo anulares (2a, 2b; 9, 11) no están sometidos a una torsión de giro respecto a la presión de hinchado del neumático.