IT202000005740A1

IT202000005740A1 - Tessuto aderizzato per una cinghia ad elevate prestazioni e procedimento per la realizzazione del tessuto aderizzato

Info

Publication number: IT202000005740A1
Application number: IT102020000005740A
Authority: IT
Inventors: Giuliano Costa
Original assignee: Costa S R L
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-18
Also published as: US20230136103A1; EP4121586A1; EP4121586B1; WO2021186339A1

Description

DESCRIZIONE

Campo della tecnica

La presente invenzione si colloca nel settore delle cinghie per elevate prestazioni ed affidabilit?, utilizzate in innumerevoli settori della tecnica, quali ad esempio nel settore automotive, nel settore delle costruzioni di macchine utensili, nel settore dei trasporti, quali ad esempio cinghie per trasmissione di potenza, cinghie piane tangenziali e simili. In particolare, la presente invenzione si colloca nel settore delle cinghie costituite da una matrice, un?anima inglobata nella matrice e un tessuto aderizzato che ricopre almeno alcune regioni della cinghia, quale ad esempio i denti o il dorso.

Forma oggetto della presente invenzione un innovativo tessuto aderizzato, una cinghia comprendente il tessuto aderizzato, un procedimento per la realizzazione del tessuto aderizzato e della cinghia.

Stato dell?arte

Attualmente (fig. 9), una cinghia di trasmissione ? prodotta tagliando ortogonalmente all?asse un semilavorato di forma cilindrica, la cui circonferenza corrisponde alla lunghezza desiderata per la cinghia. Il semilavorato ? ottenuto tramite co-stampaggio di una mescola elastomerica, un tessuto aderizzato posto nello stampo in corrispondenza di alcune regioni critiche per la funzionalit? della cinghia, ad esempio la superficie esterna dei denti, e un?anima, che risulter? annegata nella matrice. Il semilavorato stampato ? poi soggetto a vulcanizzazione e infine tagliato secondo quanto detto prima.

Il tessuto aderizzato ? costituito da un tessuto greggio inglobato in una matrice di materiali polimerici, quali ad esempio resorcina, formaldeide e lattice (si parla in tal caso di tessuto greggio sottoposto a trattamento RFL), idoneo a legarsi alla mescola del semilavorato cilindrico.

Il tessuto greggio proviene da un tessuto base, ottenuto tipicamente in un telaio piano, in cui l?ordito, nella direzione della lunghezza L del tessuto base, ? sostanzialmente rigido, mentre la trama, nella direzione della larghezza W del tessuto base, ? elastica.

Mentre la lunghezza L del tessuto base non ha particolari vincoli, la larghezza massima ? limitata dalla larghezza del telaio utilizzato e delle successive linee di finissaggio (tumbler).

Di norma a telaio si produce un tessuto avente una larghezza pari a circa due volte quella desiderata dal cliente. Il tessuto prodotto viene quindi fatto rientrare elasticamente, tipicamente in tumbler.

In uscita da questa lavorazione, il tessuto si presenta in forma di fascia avente bordi laterali ondulati, secondo il ritorno elastico del materiale, ed ? pertanto necessario provvedere ad una ulteriore fase di rifilo (taglio longitudinale dei bordi) per ottenere la larghezza W desiderata, procurando sfrido e uno stato di tensioni residue nel verso della trama, non controllabile.

Tali fattori accentuano la naturale variabilit? dei processi industriali, risultando in definitiva in una accentuata variabilit? dell?affidabilit? e delle prestazioni del prodotto finale (la cinghia).

Una pezza di tessuto base pronta per trattamento di aderizzazione ha una predefinita lunghezza L (ordito) e una predefinita larghezza W (trama) ed in questo formato viene sottoposta al processo di aderizzazione dove le dimensioni geometriche subiranno delle variazioni in funzione della bont? della finitura precedente e delle fibre tessili utilizzate (la dimensione W pu? crescere o diminuire senza possibilit? di controllo, generando ulteriori variabilit? nell?utilizzo finale)

Poich?, per ragioni di montaggio e funzionali della cinghia, il tessuto aderizzato deve essere elastico nel senso della lunghezza della cinghia, l?utilizzatore finale deve suddividere il tessuto aderizzato in n porzioni aventi larghezza W (trama, elastica) e lunghezza H (ordito, rigido) imposta dalla dimensione dello stampo. Le porzioni sono ruotate di 90?, affiancate e unite nella direzione dell?ordito, ottenendo una fascia F di larghezza H, rigida poich? corrispondente all?ordito, e lunghezza n x W, elastica poich? corrispondente alla trama. La fascia F viene tagliata nella lunghezza n x W, per ottenere la lunghezza della cinghia, procurando cos? uno sfrido.

Scopo dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare una cinghia, nonch? un processo per l?ottenimento della cinghia, che consentano di superare gli inconvenienti di cui si ? detto, con particolare riferimento al contenimento degli sfridi, all?ottimazione economica del processo produttivo e all?ottenimento di cinghie aventi affidabilit? e prestazioni meno aleatorie.

Tale scopo ? raggiunto dai processi, dal tessuto base e dal tessuto aderizzato secondo le rivendicazioni indipendenti qui allegate. Le rivendicazioni da queste dipendenti descrivono ulteriori vantaggiose forme di realizzazione dell?invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi del processo e del tessuto aderizzato secondo la presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione di seguito riportata, data a titolo esemplificativo e non limitativo, in accordo con le figure delle tavole allegate, in cui: - la figura 1 mostra uno schema di un processo di realizzazione di una cinghia, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 ? un?immagine fotografica di un filo di ordito costituito da filamenti paralleli;

- la figura 3 contiene due immagini fotografiche di un filo testurizzato, a diversi ingrandimenti;

- la figura 4 ? un?immagine fotografica di un filo di ordito comprendente un?anima filo e un complemento filo; - le figure 5a e 5b raffigurano schematicamente un tessuto base spigato;

- la figura 6 rappresenta schematicamente una fase di rientro elastico e trattamento termico-meccanico del tessuto base;

- le figure 7a e 7b sono immagini fotografiche di tessuti aderizzati secondo la presente invenzione;

- le figure 8a e 8b raffigurano cinghie realizzate secondo la presente invenzione;

- la figura 9 ? uno schema di un processo di realizzazione di una cinghia secondo l?arte nota, che non ? oggetto della presente invenzione.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione Secondo la presente invenzione, viene prodotto un tessuto base 1 costituito da fili di ordito 2 in direzione longitudinale e fili di trama 4 in direzione trasversale, ortogonale a quella trasversale. Ad esempio, il tessuto base 1 ? prodotto utilizzando un telaio piano, in modo da ottenere una pezza di tessuto base avente una larghezza W in trama, preferibilmente pari alla larghezza H disponibile per uno stampo di una cinghia, di cui si dir? in seguito, e una lunghezza L in ordito.

In particolare, i fili di ordito 2 presentano una elasticit? modulabile in funzione delle necessit? specifiche del prodotto, ad esempio, per fili di media tenacit?, con peso del tessuto fra 280 ? 320 g/m2:

- un allungamento del 50% ? ottenibile con una forza fra 10 ? 40N, preferibilmente pari a 25N;

- un allungamento del 60% ? ottenibile con una forza fra 20 ? 60N, preferibilmente pari a 40N;

- un allungamento del 70% ottenibile con una forza fra 30 ? 85N, preferibilmente pari a 55N.

I fili di trama 4 sono sostanzialmente rigidi rispetto ai fili di ordito, con moduli di elasticit? dipendenti dalla fibra prescelta. Nel caso di filo di poliammide (Nylon 6,6), il valore di allungamento a 100N ? ad esempio fra 3-7%, preferibilmente pari a circa il 5%. Secondo una forma di realizzazione, ciascun filo di ordito 2 ? costituito da uno o pi? fili paralleli o ritorti (figura 2).

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, ciascun filo di ordito 2 ? costituito da uno o pi? fili testurizzati.

Un filo testurizzato, ad esempio un filo di poliammide (nylon 6,6), ? ottenuto tramite un processo di testurizzazione che sfrutta le propriet? fisiche e termoplastiche dei fili sintetici; l?azione termica, combinata con una meccanica, permette di ottenere un filo voluminoso, con un potere coprente ed elastico (figura 3).

Secondo una forma di realizzazione ancora ulteriore (figura 4), ciascun filo di ordito 2 ? costituito da un?anima filo 6, costituita a sua volta da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, ad esempio in poliammide (ad esempio, nylon, nylon 6,6, a media e/o alta tenacit?) o elastomero (poliuretano, gomma naturale, gomma sintetica), e un complemento filo 8 che accompagna l?anima filo 6 lungo la sua estensione, inglobandola o avvolgendola; preferibilmente, il complemento filo 8 ? costituito da uno o pi? fili testurizzati, ad esempio in poliammide (nylon, nylon 6,6, a media e/o alta tenacit?).

I fili di trama sono preferibilmente costituiti da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, in poliammide (nylon, nylon 6,6) o poliestere, vetro, aramide, carbonio o combinazioni di questi.

Preferibilmente, la tessitura per ottenere il tessuto base ? eseguita in modo da ottenere un tessuto spigato (herringbone, figure 5a e 5b). Vantaggiosamente, la tessitura spigata ha evidenziato una notevole tendenza a mantenere l?ortogonalit? fra i fili di ordito e i fili di trama.

Preferibilmente, durante la tessitura del tessuto base 1, i fili di ordito 2 sono pre-tensionati; conseguentemente, ottenuto il tessuto base 1, si esegue un processo di rientro elastico, durante il quale l?allungamento longitudinale del tessuto, dovuto al pretensionamento, viene recuperato.

Ad esempio, detto processo di rientro elastico consiste in uno o pi? passaggi di trattamento termico-meccanico (figura 6).

Secondo una forma di realizzazione, a seguito del processo di trattamento termico-meccanico, il tessuto base 1 ? ripiegato in falde, in modo da non ricostituire indesiderate tensioni residue interne, e infine, preferibilmente, avvolto in rotolo, avendo cura di non provocare alcuno stiro.

Il tessuto base 1 ? successivamente utilizzato per realizzare un tessuto aderizzato 10.

A tale scopo, il tessuto base 1, ad esempio avvolto in rotolo, ? sottoposto ad un trattamento di aderizzazione, al fine di ottenere il tessuto aderizzato 10, in cui i fili di ordito 2 e fili di trama 4 sono ricoperti da una copertura costituita da materiali polimerici solidificati (figure 7a e 7b).

A tale scopo, il tessuto base 1 ? lavorato in continuo, in un impianto solitamente denominato ?linea di aderizzazione?, comprendente una zona di alimentazione tessuto base, una zona di imbibizione e gestione dell?adesivo residuo sul tessuto, forni di asciugatura e resinificazione e una zona di raccolta del prodotto finito. Tale linea ? provvista di sistemi di controllo delle tensioni nelle varie fasi del processo.

Ad esempio, il tessuto base ? impregnato con una soluzione acquosa a base di resorcina, formaldeide e lattice (vinilpiridinico o HNBR). Il peso (g/m2) del tessuto aderizzato ? in genere fra 20 e 32% maggiore del tessuto base.

Preferibilmente, durante il trattamento di aderizzazione, la tensione longitudinale del tessuto all?ingresso dei forni ? controllata, al fine di calibrare l?elasticit? longitudinale del tessuto aderizzato, solitamente indicata dall?allungamento longitudinale ottenibile in funzione dello sforzo longitudinale applicato.

Ad esempio, una tensione del tessuto all?ingresso dei forni, tale da risultare in uno stiro del 5%, produce un tessuto aderizzato in grado di allungarsi del 50% all?applicazione di una forza di 20N; secondo un ulteriore esempio, una tensione del tessuto all?ingresso dei forni, tale da risultare in uno stiro del 15%, produce un tessuto aderizzato in grado di allungarsi del 50% all?applicazione di una forza di 36N.

Il tessuto aderizzato 10 cos? ottenuto ? preferibilmente avvolto in rotolo e disponibile per la produzione di una cinghia 100.

La cinghia 100 secondo l?invenzione prevede una regione superficiale 102 realizzata da una porzione del tessuto aderizzato 10, un?anima cinghia 104 e una matrice 106 che ingloba l?anima cinghia 104 e aderisce intimamente alla regione superficiale 102 (figure 8a e 8b).

Ad esempio, secondo una forma di realizzazione, la regione superficiale ? costituita dalla superficie esterna dei denti di una cinghia, opportunamente sagomati, ad esempio in una cinghia sincrona o timing belt (fig. 8a). Secondo una ulteriore forma di realizzazione, la regione superficiale ? costituita dal dorso della cinghia, ad esempio in una cinghia piana o del tipo Poly-V (fig. 8b). Secondo una forma di realizzazione ancora ulteriore, la regione superficiale ? costituita dai fianchi della cinghia, ad esempio in una cinghia trapezoidale.

Preferibilmente, inoltre, l?anima cinghia 104 ? costituita da fibre di vetro od aramide per limitare l?allungamento longitudinale della cinghia.

Preferibilmente, inoltre, la matrice 106 ? costituita da una mescola comprendente gomma, di origine sintetica o naturale, o poliuretano.

Secondo l?invenzione, il tessuto aderizzato 10 viene tagliato in una porzione tessuto avente una lunghezza longitudinale L sostanzialmente pari alla lunghezza della cinghia 100 che si desidera ottenere, tenuto conto di un sormonto, di cui si dir? di seguito; la larghezza W ? tipicamente gi? corrispondente alla larghezza H di uno stampo o a multipli (in questo caso si taglier? opportunamente il tessuto anche in senso longitudinale in fase di utilizzo)

La porzione tessuto viene piegata in modo da formare un elemento cilindrico, e le estremit? longitudinali sono cucite o altrimenti unite, ad esempio tramite termosaldatura; ? per realizzare tale unione che ? necessario tener conto del sormonto. Vantaggiosamente, l?elemento cilindrico cos? ottenuto presenta una sola linea di giunzione, dove si uniscono le estremit? della porzione tessuto.

L?elemento cilindrico in tessuto aderizzato viene utilizzato in uno stampo, insieme all?anima cinghia, per ottenere la cinghia 100 in un processo di sovrastampaggio, nel corso del quale la mescola per la matrice viene iniettata nello stampo.

Il processo di sovrastampaggio produce un primo semilavorato cilindrico, sottoposto a vulcanizzazione per l?ottenimento di un semilavorato cilindrico finale. Il semilavorato cilindrico finale viene infine tagliato ortogonalmente all?asse per ottenere una pluralit? di cinghie 100.

Innovativamente, il processo secondo la presente invenzione consente di ridurre gli sfridi, in quanto la larghezza del tessuto base pu? essere scelta secondo le esigenze, in particolare secondo le dimensioni dello stampo o multipli di questo, cos? come la lunghezza pu? essere scelta secondo la lunghezza della cinghia.

Vantaggiosamente, inoltre, l?affidabilit? e le prestazioni della cinghia sono fortemente ripetibili, poich? ? ridotta l?influenza di variabili di processo aleatorie, come ad esempio la distribuzione delle tensioni residue nel tessuto base.

Secondo un ulteriore aspetto vantaggioso, l?invenzione consente di realizzare tessuti aderizzati aventi specifiche caratteristiche di allungamento longitudinale, secondo le esigenze; ci? consente di dividere fra prodotti ad elevato allungamento, ad esempio con allungamento > 70% sopra 100N, da prodotti a scarso allungamento, ad esempio con allungamento >25% sopra 100N (test e prove condotti secondo ISO 13934-1). Secondo un ulteriore aspetto vantaggioso, i fili di ordito e i fili di trama mantengono una elevata ortogonalit?.

Una volta tagliato il tessuto, un eventuale scostamento di ortogonalit? fra ordito e trama, come avviene per le soluzioni dell?arte nota, porterebbe a carichi di rottura non uniformi e potenzialmente ad una significativa riduzione dei carichi di rottura nominali. Vantaggiosamente, secondo l?invenzione, i fili di ordito e i fili di trama mantengono una elevata ortogonalit?, mantenendosi vicino al valore di 90?.

E? chiaro che un tecnico del ramo, al fine di soddisfare esigenze contingenti, potrebbe apportare modifiche al processo e al tessuto aderizzato secondo la presente invenzione, tutte contenute nell?ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la realizzazione di un tessuto base (1) per un tessuto aderizzato (10) comprendente le fasi di: - predisporre fili di ordito (2) provvisti di una predefinita elasticit? e predisporre fili di trama (4) aventi un?elasticit? molto minore rispetto ai fili di ordito (2); - produrre tramite tessitura il tessuto base (1) costituito dai fili di ordito (2) in direzione longitudinale e fili di trama (4) in direzione trasversale, ortogonale a quella longitudinale.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui almeno alcuni di detti fili di ordito (2) sono ciascuno costituito da uno o pi? fili paralleli o ritorti.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui almeno alcuni di detti fili di ordito (2) sono ciascuno costituito da uno o pi? fili testurizzati.
4. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcuni di detti fili di ordito (2) sono ciascuno costituito da un?anima filo (6), costituita a sua volta da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, e un complemento filo (8) che avvolge detta anima filo (6) lungo la sua estensione, in cui detto complemento filo (8) ? costituito da uno o pi? fili testurizzati.
5. Processo secondo la rivendicazione 4, in cui il complemento filo (8) ? spiralato attorno all?anima filo (6).
6. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la tessitura per ottenere il tessuto base ? eseguita in modo da ottenere un tessuto spigato (herringbone).
7. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, i fili di ordito (2), durante la tessitura, sono tensionati.
8. Tessuto base (1) realizzato secondo il processo di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
9. Tessuto base (1) costituito da fili di ordito (2) in direzione longitudinale e fili di trama (4) in direzione trasversale, ortogonale a quella longitudinale, in cui i fili di ordito (2) presentano una predefinita elasticit? e i fili di trama (4) presentano elasticit? minore dei fili di ordito (2).
10. Tessuto base secondo la rivendicazione 9, in cui almeno una parte di detti fili di ordito (2) sono costituiti ciascuno da uno o pi? fili paralleli o ritorti.
11. Tessuto base secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui almeno una parte di detti fili di ordito (2) sono costituiti ciascuno da uno o pi? fili testurizzati.
12. Tessuto base secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, in cui almeno una parte di detti fili di ordito (2) sono costituiti ciascuno da un?anima filo (6), costituita a sua volta da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, e un complemento filo (8) che avvolge detta anima filo (6) lungo la sua estensione.
13. Tessuto base secondo la rivendicazione 12, in cui il complemento filo (8) ? spiralato attorno all?anima filo (6).
14. Tessuto base secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui detto tessuto base ? spigato.
15. Processo per la realizzazione di un tessuto aderizzato (10) per una cinghia (100) comprendente le fasi di: - predisporre un tessuto base (1) costituito dai fili di ordito (2) in direzione longitudinale e fili di trama (4) in direzione trasversale, ortogonale a quella longitudinale, in cui i fili di ordito (2) sono provvisti di una predefinita elasticit? e i fili di trama (4) di un?elasticit? molto minore rispetto ai fili di ordito (2); - sottoporre il tessuto base ad un trattamento di aderizzazione in cui i fili di ordito (12) e fili di trama (14) sono ricoperti da una copertura (16) costituita da materiali polimerici solidificati.
16. Processo secondo la rivendicazione 15, in cui il trattamento di aderizzazione comprende una fase di imbibizione, una fase di asciugatura in forno e una fase di resinificazione.
17. Processo secondo la rivendicazione 15, in cui durante la fase di imbibizione, il tessuto base ? impregnato con una soluzione acquosa a base di resorcina, formaldeide e lattice e, dopo la fase di resinificazione, il tessuto aderizzato (10) presenta un peso (g/m<2>) maggiore fra il 20 ? 32% del peso del tessuto base (1).
18. Processo secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui la tensione longitudinale del tessuto all?ingresso del forno ? controllata.
19. Tessuto aderizzato (10) comprendente fili di ordito (12) lungo una direzione longitudinale e fili di trama (14) lungo una direzione trasversale, perpendicolare alla direzione longitudinale, in cui almeno una parte di detti fili di ordito (2) sono costituiti ciascuno da un?anima filo (6), costituita a sua volta da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, e un complemento filo (8) che avvolge detta anima filo (6) lungo la sua estensione, in cui detto complemento filo (8) ? costituito da uno o pi? fili testurizzati.
20. Tessuto aderizzato secondo la rivendicazione 19, in cui il complemento filo (8) ? spiralato attorno all?anima filo (6).
21. Processo per la realizzazione di una cinghia (100) comprendente le fasi di: - predisporre un tessuto aderizzato (10) avente fili di ordito (2) in direzione longitudinale e fili di trama (4) in direzione trasversale, ortogonale a quella longitudinale, in cui i fili di ordito (2) sono provvisti di una predefinita elasticit? e i fili di trama (4) di un?elasticit? molto minore rispetto ai fili di ordito (2); - tagliare il tessuto aderizzato (10) in una porzione tessuto; - piegare la porzione tessuto per formare un elemento cilindrico in cui le estremit? longitudinali sono unite; - inserire in uno stampo l?elemento cilindrico e un?anima cinghia, sovrastampare l?elemento cilindrico e l?anima cinghia in una matrice per ottenere un primo semilavorato cilindrico; - sottoporre il semilavorato cilindrico ad una vulcanizzazione per ottenere un semilavorato cilindrico finale avente un asse centrale; - tagliare il semilavorato cilindrico finale ortogonalmente all?asse centrale per ottenere una pluralit? di cinghie (100).
22. Cinghia (100) avente estensione prevalente lungo una direzione longitudinale, comprendente una regione superficiale (102) realizzata da una porzione di un tessuto aderizzato (10), un?anima cinghia (104) e una matrice (106) che ingloba l?anima cinghia (104) e aderisce intimamente alla regione superficiale (102), in cui detta porzione di tessuto aderizzato comprendente fili di ordito (12) lungo detta direzione longitudinale e fili di trama (14) lungo una direzione trasversale, perpendicolare alla direzione longitudinale, in cui almeno una parte di detti fili di ordito (12) sono costituiti ciascuno da un?anima filo (6), costituita a sua volta da uno o pi? fili, paralleli o ritorti, e un complemento filo (8) che avvolge detta anima filo (6) lungo la sua estensione, in cui detto complemento filo (8) ? costituito da uno o pi? fili testurizzati.
23. Cinghia (100) secondo la rivendicazione 22, in cui il complemento filo (8) ? spiralato attorno all?anima (6).
24. Cinghia secondo la rivendicazione 22 o 23, in cui la regione superficiale (102) ? costituita da una superficie esterna di denti della cinghia.
25. Cinghia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 24, in cui la regione superficiale ? costituita da un dorso della cinghia.
26. Cinghia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 25, in cui la regione superficiale ? costituita da fianchi della cinghia.