IT202000017878A1

IT202000017878A1 - Cerchio per una ruota di un veicolo

Info

Publication number: IT202000017878A1
Application number: IT102020000017878A
Authority: IT
Inventors: Daniel Longhi; Thierry Annequin-Digond; Alberto Bodini
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-01-23
Also published as: US20220024248A1; EP3943315A1; EP3943315B1

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?CERCHIO PER UNA RUOTA DI UN VEICOLO?

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione ? relativa ad un cerchio per una ruota di un veicolo.

ARTE ANTERIORE

Il cerchio (o cerchione) ? l'elemento della ruota che collega il pneumatico al veicolo. Un cerchio dovrebbe essere il pi? leggero possibile, in quanto il cerchio costituisce una massa non sospesa ed aumentando la massa complessiva non sospesa aumenta l'inerzia delle sospensioni, le quali devono gestire pesi maggiori e sono per questo meno reattive, aumentando la difficolt? nel mantenere una tenuta ottimale.

Inoltre aumentando la massa del cerchio si aumenta l'inerzia rotazionale (che aumenta la resistenza della ruota a cambiare la sua direzione) con effetti sulla prontezza di sterzata ed aumenta la resistenza della ruota a cambiare accelerazione rotativa sia in frenata che in accelerazione con effetti sulla prontezza di frenata e di accelerazione. Tradizionalmente per alleggerire il cerchio, il cerchio stesso viene realizzato in lega leggera (a base di alluminio, oppure a base di magnesio che ? pi? costoso e pi? leggero).

Recentemente ? stata proposto sul mercato l?utilizzo di cerchi realizzati in materiale composito ed in particolare in fibra di carbonio che permette di ottenere cerchi molto leggeri (il risparmio di peso rispetto ad analoghi cerchi in lega leggera ? dell?ordine di 25-45%). Tuttavia, un cerchio in materiale composito, oltre a presentare un costo di produzione molto elevato, pu? subire delle lesioni che ne compromettono l?integrit? strutturale senza alcun segno esterno apparente, in quanto il materiale composito (a differenza del materiale metallico) non ? in grado di deformarsi plasticamente; ad esempio un cerchio potrebbe danneggiarsi a seguito di un impatto laterale contro il bordo di un marciapiede senza subire, nell?immediato, alcun tipo di deformazione (quindi senza dare alcun ?segnale preventivo? del proprio stato lesionato) e potrebbe in seguito cedere (collassare) di schianto sotto carico quando il veicolo stradale viaggia ad alta velocit?. Di conseguenza, l?utilizzo di cerchi in materiale composito pone rilevanti problematiche di sicurezza legate al fatto che un cerchio in materiale composito lesionato (cio? con danni strutturali al proprio interno) appare esternamente del tutto integro e non pone alcun problema a velocit? basse e medie salvo poi potere cedere (collassare) di schianto sotto carico quando il veicolo stradale viaggia ad alta velocit?.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione ? di fornire un cerchio per una ruota di un veicolo, il quale cerchio presenti una massa ridotta pur avendo, nello stesso tempo, una elevata rigidezza torsionale ed una alta efficienza meccanica (determinata come rapporto tra il carico verticale che il cerchio ? in grado di reggere e la massa del cerchio).

Secondo la presente invenzione viene fornito un cerchio per una ruota di un veicolo, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

? la figura 1 ? una vista prospettica di un cerchio realizzato in accordo con la presente invenzione;

? la figura 2 ? una vista frontale del cerchio della figura 1;

? la figura 3 ? una vista posteriore del cerchio della figura 1;

? le figure 4 e 5 sono due diverse viste in sezione di una razza del cerchio della figura 1; e

? la figura 6 riprende quanto illustrato nella figura 4 con l?aggiunta di un triangolo immaginario formato da tre rami di una razza.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE

Nelle figure 1, 2 e 3, con il numero 1 ? indicato nel suo complesso un cerchio per una ruota di un veicolo; ovvero il cerchio 1 ? destinato a ricevere un corrispondente pneumatico e costituisce l'elemento della ruota che collega il pneumatico al veicolo.

Il cerchio 1 comprende un mozzo 2 centrale che viene fissato ad una sospensione del veicolo, un anello 3 periferico opportunamente sagomato sul quale ? direttamente montato il pneumatico, ed una serie di cinque razze 4 che sono disposte radialmente e collegano l?anello 3 periferico al mozzo 2 centrale. In particolare, una parete interna del mozzo 2 centrale (visibile nella figura 3) ? configurata per venire appoggiata ad una parete esterna di una campana di un freno a disco che a sua volta ? supportata in modo girevole (con l?interposizione di cuscinetti) da una sospensione del veicolo; il mozzo 2 centrale presenta cinque fori passanti (ma il loro numero e/o la loro disposizione potrebbe essere differente) attraverso i quali vengono disposti cinque corrispondenti viti che vengono avvitate in altrettanti fori filettati ricavati nella campana di un freno a disco.

Il cerchio 1 presenta un asse 5 centrale di simmetria attorno al quale il cerchio 1 ruota in uso.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 4 e 5, ciascuna razza 4 comprende tre rami 6, 7 e 8 iniziali che sono tra loro distinti e separati, si originano da porzioni 9 e 10 diverse del mozzo 2 centrale, e ad una certa distanza dal mozzo 2 centrale si uniscono tra loro per formare un singolo ramo 11 finale che termina nell?anello 3 periferico.

In altre parole, ciascuna razza 4 inizia dal mozzo 2 centrale con tre elementi tra loro separati (i tre rami 6, 7 e 8 iniziali) e termina nell?anello 3 periferico con un unico elemento (il ramo 11 finale) formato dall?unione dei tre elementi (i tre rami 6, 7 e 8 iniziali).

In particolare, in ciascuna razza 4, ciascun ramo 6, 7 o 8 iniziale ? separato dagli altri due rami 6, 7 o 8 iniziali da uno spazio vuoto; ovvero tra ciascun ramo 6, 7 o 8 iniziale e gli altri due rami 6, 7 o 8 iniziali esiste una distanza non nulla in cui ? definito uno spazio vuoto.

In ciascuna razza 4, un ramo 6 iniziale esterno si origina da una porzione 9 esterna del mozzo 2 centrale, mentre due rami 7 e 8 iniziali interni si originano da una porzione 10 interna del mozzo 2 centrale che ? disposta assialmente (cio? lungo l?asse 5 centrale) pi? all?interno della porzione 9 esterna e ad una certa distanza assiale dalla porzione 9 esterna stessa. In altre parole, il mozzo 2 centrale (coassiale all?asse 5 centrale) presenta una forma all?incirca cilindrica presentante una base che ? disposta all?esterno (cio? verso l?esterno del cerchio 1) e costituisce la porzione 9 esterna ed una base opposta che ? disposta all?interno (cio? verso l?interno del cerchio 1) e costituisce la porzione 10 interna. Quindi, le porzioni 9 e 10 costituiscono le due estremit? assialmente opposte del mozzo 2 centrale.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, in ciascuna razza 4, i due rami 7 e 8 iniziali interni presentano una sezione trasversale di forma all?incirca rettangolare (che, tra le altre cose, presenta delle smussature degli spigoli rispetto ad una forma perfettamente rettangolare) avente i lati maggiori orientati radialmente (cio? perpendicolarmente all?asse 5 centrale) ed i lati minori orientati assialmente (cio? parallelamente all?asse 5 centrale). La posizione e la forma dei due rami 7 e 8 iniziali interni permette di aumentare sensibilmente la rigidit? torsionale del cerchio 1.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, in ciascuna razza 4, il ramo 6 iniziale esterno presentano una sezione trasversale di forma all?incirca quadrata (che, tra le altre cose, presenta delle smussature degli spigoli rispetto ad una forma perfettamente quadrata) avente quattro lati all?incirca della stessa dimensione.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, in ciascuna razza 4 ed in sezione trasversale, il ramo 11 finale presenta una forma complessa (che ricorda una forma ad ?Omega?) costituita dalla sovrapposizione di un trapezio isoscele disposto assialmente pi? all?interno (del cerchio 1) ed un rettangolo, in particolare un quadrato, disposto assialmente pi? all?esterno (del cerchio 1).

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 4 e 5, in ciascuna razza 4, i due rami 7 e 8 iniziali interni sono inclinati verso l?esterno ed il ramo 6 iniziale esterno ? inclinato verso l?interno; quindi i rami 6, 7 e 8 iniziali si incontrano assialmente all?incirca a met? strada per formare insieme il ramo 11 finale.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 6, in ciascuna razza 4 ed in sezione trasversale, i tre rami 6, 7 e 8 iniziali (o meglio i baricentri dei tre rami 6, 7 e 8 iniziali) costituiscono i vertici di un triangolo, in particolare di un triangolo isoscele o, preferibilmente, di un triangolo equilatero.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 2 e 3, in ciascuna razza 4, il ramo 6 iniziale esterno ? disposto parallelo ad una direzione radiale che si origina dall?asse 5 centrale di rotazione ed ? allineato al ramo 11 finale (che ? anch?esso disposto parallelamente alla direzione radiale). Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 2 e 3, in ciascuna razza 4, i due rami 7, 8 iniziali interni sono inclinati rispetto alla direzione radiale che si origina dall?asse 5 centrale di rotazione (cio? formano degli angoli acuti con la direzione radiale)), sono inclinati rispetto al ramo 11 finale (cio? formano degli angoli acuti con il ramo 11 finale), e formano frontalmente (cio? in vista frontale) con il ramo 11 finale stesso una forma ad ?Y?.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1-5, in ciascuna razza 4, i due rami 7 e 8 iniziali interni sono tra loro separati da uno spazio vuoto che ? circonferenzialmente allineato al ramo 6 iniziale esterno; di conseguenza, in ciascuna razza 4, il ramo 6 iniziale esterno ? visibile anche nella vista posteriore del cerchio 1 (illustrata nella figura 3) tra i due corrispondenti rami 7 e 8 iniziali interni.

Generalmente, i risultati migliori vengono ottenuti con un numero di razze 4 compreso tra cinque e dieci.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l?intero cerchio 1 ? realizzato solo in lega metallica leggera (tipicamente a base di alluminio). In alternativa il cerchio 1 potrebbe essere realizzato in parte in materiale composito (in particolare fibra di carbonio, ma potrebbe venire utilizzato qualunque altro tipo di materiale composito ad esempio a base di fibre Aramidiche) ed in parte in lega metallica leggera; in particolare le razze 4 ed una fascia di stile sono realizzate in lega metallica leggera e vengono imbullonate o incollate ad un anello 3 periferico in materiale composito.

Le parti in lega metallica leggera del cerchio 1 (o l?intero cerchio 1) possono venire prodotte in fusione, in forgiatura, oppure in manifattura additiva.

Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Il cerchio 1 sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il cerchio 1 sopra descritto presenta una geometria particolare delle razze 4 che permette di raggiungere un rapporto massa/rigidezza vicino ad un analogo cerchio in materiale composito (fibra di carbonio) ma senza presentare i problemi dell?analogo cerchio in materiale composito (ad esempio gli elevati costi di produzione, i vincoli di stile, e le problematiche di sicurezza). Di conseguenza, il cerchio 1 sopra descritto presenta nel contempo una massa contenuta ed una elevata rigidezza torsionale.

Inoltre, il cerchio 1 sopra descritto presenta una alta efficienza meccanica (determinata come rapporto tra il carico verticale che il cerchio 1 ? in grado di reggere di e la massa del cerchio 1). In particolare, il cerchio 1 sopra descritto regge il 30%-40% di carico in pi? rispetto ad un analogo cerchio tradizionale avente la stessa massa.

In sostanza, il cerchio 1 sopra descritto permette di massimizzare tre aspetti: prestazioni (grazie alla elevata rigidezza), massa (ovvero il cerchio 1 sopra descritto ? particolarmente leggero), e rumorosit? (l?elevata rigidit? torsionale permette di minimizzare i rumori generati in uso dal cerchio 1).

Infine, il cerchio 1 sopra descritto ? di semplice e economica realizzazione in quanto pu? venire realizzato con tecniche produttive standard nella produzione dei cerchi (fusione e forgiatura) abbinate a successive lavorazioni meccaniche con asportazione di truciolo (particolarmente per scavare ed eliminare il materiale metallico che si trova tra i tre rami 6, 7 e 8 iniziali).

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE

1 cerchio

2 mozzo centrale

3 anello periferico

4 razze

5 asse centrale

6 ramo iniziale esterno

7 ramo iniziale interno

ramo iniziale interno porzione esterna porzione interna ramo finale

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I

1) Cerchio (1) per una ruota di un veicolo e comprendente:

un mozzo (2) centrale;

un anello (3) periferico sul quale ? montabile un pneumatico; ed

una serie di razze (4) che sono disposte radialmente e collegano l?anello (3) periferico al mozzo (2) centrale; il cerchio (1) ? caratterizzato dal fatto che ciascuna razza (4) comprende tre rami (6, 7, 8) iniziali che sono tra loro distinti e separati, si originano da porzioni (9, 10) diverse del mozzo (2) centrale, e ad una certa distanza dal mozzo (2) centrale si uniscono tra loro per formare un singolo ramo (11) finale che termina nell?anello (3) periferico.

2) Cerchio (1) secondo la rivendicazione 1, in cui, in ciascuna razza (4), ciascun ramo (6, 7, 8) iniziale ? separato dagli altri due rami (6, 7, 8) iniziali da uno spazio vuoto.

3) Cerchio (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui, in ciascuna razza (4):

un ramo (6) iniziale esterno si origina da una porzione (9) esterna del mozzo (4) centrale; e

due rami (7, 8) iniziali interni si originano da una porzione (10) interna del mozzo (4) centrale che ? disposta assialmente pi? all?interno della porzione (9) esterna e ad una certa distanza assiale dalla porzione (9) esterna.

4) Cerchio (1) secondo la rivendicazione 3, in cui, in ciascuna razza (4), i due rami (7, 8) iniziali interni presentano una sezione trasversale di forma all?incirca rettangolare avente i lati maggiori orientati radialmente ed i lati minori orientati assialmente.

5) Cerchio (1) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui, in ciascuna razza (4), il ramo (6) iniziale esterno presentano una sezione trasversale di forma all?incirca quadrata.

6) Cerchio (1) secondo la rivendicazione 3, 4 o 5, in cui, in ciascuna razza (4), i due rami (7, 8) iniziali interni sono tra loro separati da uno spazio vuoto che ? circonferenzialmente allineato al ramo (6) iniziale esterno.

7) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui, in ciascuna razza (4), i due rami (7, 8) iniziali interni sono inclinati verso l?esterno ed il ramo (6) iniziale esterno ? inclinato verso l?interno.

8) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui la porzione (9) esterna e la porzione (10) interna costituiscono le due estremit? assialmente opposte del mozzo (4) centrale.

9) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 3 a 8, in cui, in ciascuna razza (4), il ramo (6) iniziale esterno ? disposto parallelo ad una direzione radiale che si origina da un asse (5) centrale di rotazione ed ? allineato al ramo (11) finale.

10) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 3 a 9, in cui, in ciascuna razza (4), i due rami (7, 8) iniziali interni sono inclinati rispetto ad una direzione radiale che si origina da un asse (5) centrale di rotazione, sono inclinati rispetto al ramo (11) finale, e formano frontalmente con il ramo (11) finale stesso una forma ad ?Y?.

11) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui, in ciascuna razza (4) ed in sezione trasversale, il ramo (11) finale presenta una forma complessa costituita dalla sovrapposizione di un trapezio isoscele disposto assialmente pi? all?interno ed un rettangolo, in particolare un quadrato, disposto assialmente pi? all?esterno.

12) Cerchio (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui, in ciascuna razza (4) ed in sezione trasversale, i tre rami (6, 7, 8) iniziali, in particolare i baricentri dei tre rami (6, 7, 8) iniziali, costituiscono i vertici di un triangolo, in particolare di un triangolo isoscele o di un triangolo equilatero.