IT9021900A1 - Pneumatico radiale con elemento di rinforzo dei fianchi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un pneumatico per ruote di veicoli, di tipo radiale, che presenta una migliorata resistenza a torsione del fianco del pneumatico.

Il pneumatico secondo l'invenzione trova impiego particolarmente vantaggioso nel caso di pneumatici di altissime prestazioni, destinati all’impiego a velocità elevate.

L'invenzione risulta applicabile a pneumatici per veicoli sia del tipo a quattro ruote che del tipo a due ruote, ed in particolare essa consente di ottenere, aggiuntivamente per il pneumatico destinato all’impiego su veicoli a due ruote, una maggior resistenza della cintura in corrispondenza delle sue estremità.

L'invenzione, come si è indicato, riguarda i pneumatici radiali, cioè pneumatici in cui le cordicelle delle tele di carcassa giacciono in piani che contengono l’asse di rotazione del pneumatico. In tali pneumatici quindi, le cordicelle incontrano il piano meridiano o equatoriale del pneumatico secondo un angolo di 90°. Sulla carcassa, al di sotto del battistrada, è inoltre prevista una struttura di cintura formata da strisce radialmente sovrapposte di cordicelle incrociate fra loro ed inclinate rispetto alla direzione circonferenziale del pneumatico.

Il fianco è l'elemento strutturalmente più debole del pneumatico, essendo rinforzato con cordicelle disposte lungo la direzione radiale, e quindi idonee a contrastare efficacemente soltanto sollecitazioni di tensione che si esercitano sul pneumatico per effetto della pressione di gonfiamento. Le cordicelle di carcassa nei pneumatici del tipo secondo l'invenzione, sono di tipo tessile e perciò non in grado di resistere a compressione.

Nei pneumatici di tipo radiale destinati all'impiego a velocità molto elevate si possono quindi manifestare problemi quando il veicolo passa per una situazione transitoria di accelerazione o di frenata in quanto l'aumentata (o diminuita) coppia torcente non può trasmettersi immediatamente al battistrada del pneumatico.

Ad esempio, a seguito di una rapida accelerazione, la coppia viene trasmessa dal mozzo della ruota alla fascia battistrada attraverso le cordicelle del fianco. Queste però non hanno sufficiente resistenza e sono soggette ad una deformazione iniziale che provoca una certa rotazione relativa del tallone rispetto al battistrada, prima che la resistenza offerta dalla struttura di carcassa diventi tale da trasmettere comunque la coppia accelerante. Un fenomeno analogo si manifesta in corrispondenza di brusche frenate ad alta velocità.

In questi pneumatici noti, sia del tipo per veicoli a due che a quattro ruote, si verifica quindi uno sfasamento fra l'intervento dell'acceleratore o del freno, e l'azione frenante o accelerante, a causa della deformazione della carcassa che non possiede una rigidità sufficiente a trasmettere la coppia: sempre per questo motivo non viene efficacemente contrastato nemmeno l'insorgere (con la velocità) del noto fenomeno dell'onda dinamica, anch'esso causa di perdita di aderenza del pneumatico con la strada e di decadimento della resistenza strutturale della cintura e della carcassa.

Per ridurre questa relativa inadeguatezza dei pneumatici radiali di tipo noto, sono state fino ad oggi seguite diverse strade, ad esempio diminuendo il rapporto di sezione H/C del pneumatico, rinforzando la struttura di cintura e/o quella di carcassa, specificatamente nei fianchi.

In particolare in certi pneumatici sono stati applicati elementi di rinforzo che si estendono sui fianchi nella zona compresa fra il cerchietto e l'estremità della cintura.

In altri pneumatici noti sono stati introdotti rinforzi che partono al di sotto delle tele della cintura, ma che non giungono fino al tallone. Esistono anche pneumatici con rinforzi ancorati al cerchietto, ma in questo caso non per rinforzare i fianchi, quanto piuttosto per l'irrigidimento del tallone e infatti questi non si spingono in direzione radiale sostanzialmente oltre la mezzeria del fianco del pneumatico.

Pertanto, i rinforzi dei fianchi previsti nei pneumatici radiali noti, che non sono risvoltati attorno al cerchietto, in fase di confezione del pneumatico non subiscono la medesima conformazione della tela di carcassa, e quindi risultano insufficientemente precaricati a trazione dalla pressione di gonfiamento del pneumatico, perdendo cosi notevolmente la capacità di collaborare con la tela di carcassa quando sollecitata a schiacciamento, in deriva, e dalla coppia torcente applicata.

Ne consegue che per esercitare un efficace azione di sostentamento dei fianchi nelle situazioni descritte, tali elementi di rinforzo dovrebbero essere di spessore e in numero tale che il risultato sarebbe un'inaccettabile perdita di comfort durante la marcia normale.

D'altra parte, i rinforzi del tallone (che si risvoltano attorno al cerchietto) hanno una limitata estensione radiale e non sono idonei allo scopo dell'invenzione.

Un ulteriore inconveniente, che può verificarsi in curva, alle alte velocità, con pneumatici radiali per l'impiego su veicoli a due ruote, è l'insufficiente tenuta di strada.

Tale inconveniente deriva dal fatto che avendo i pneumatici per motocicli una fortissima bombatura in corona, per consentire alla ruota di inclinarsi fortemente in curva (l'inclinazione del motociclo può raggiungere i 50°-55°) cosi da lavorare come un cono che rotola sulla strada, le estremità della cintura si trovano a dover sopportare forti concentrazioni di carico, forza centrifuga e spinta laterale.

E’ noto poi che le estremità della struttura di cintura dei pneumatici radiali denotano una maggiore criticità rispetto alla parte centrale della cintura stessa sia perché all'estremità della cintura sono massimi gli sforzi di taglio fra le diverse strisce che compongono tale struttura, sia perché durante la marcia in curva queste zone sono le più soggette a deformazioni indotte dalla reazione con la superficie stradale.

Si comprende allora chiaramente come tale criticità sia esaltata nei pneumatici per veicoli a due ruote, rispetto a quelli a quattro ruote, per effetto della suddetta fortissima inclinazione della ruota durante la marcia in curva.

Un ulteriore inconveniente che può verificarsi in genere nei pneumatici radiali per alte velocità deriva dalla limitata capacità del fianco di assorbire sovraccarichi istantanei legati allo stato della superficie stradale ad esemplo l'urto contro un sasso o una buca, i quali si traducono in un maggiore affaticamento dei materiali, con conseguente riduzione della durata del pneumatico.

L'elemento (irregolarità stradale) causa dell'urto tende infatti a far diminuire la distanza tra tallone e battistrada esercitando sulle cordicelle tessili di carcassa sforzi e deformazioni anomale e tali da produrre pericolosi pizzicamenti o addirittura perforazioni della carcassa. Usualmente si cerca di contrastare l'effetto di questi sovraccarichi accidentali con una pressione di gonfiamento elevata, naturalmente a scapito evidente del comfort di marcia.

Con riferimento allo stato della tecnica sopra descritto per quanto riguarda i pneumatici radiali, sia auto che moto, previsti per alte prestazioni, il pneumatico dell'invenzione mira ad eliminare, o quantomeno ridurre sostanzialmente gli inconvenienti illustrati.

Più precisamente, è uno scopo della presente invenzione quello di aumentare in generale la resistenza a torsione del fianco di un pneumatico radiale (del tipo previsto per l'impiego su veicoli sia a quattro che a due ruote) mediante un elemento che si integri nella struttura delle tele di carcassa del pneumatico. In particolare l'elemento di rinforzo viene vincolato al cerchietto e quindi risulta efficace per l'irrigidimento del fianco senza ripercussioni negative sul comfort del pneumatico durante la marcia normale.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un pneumatico radiale avente una migliorata resistenza alle brusche variazioni di sollecitazione derivanti dagli urti ruota/strada durante la marcia del veicolo, grazie alla presenza nell'elemento di rinforzo dell'invenzione di cordicelle inclinate rispetto alla direzione radiale.

Inoltre, nel caso di pneumatico radiale per motocicli, un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di irrobustire la cintura in corrispondenza delle sue estremità, cioè nella zona di appoggio in curva sinistra/destra.

Costituisce pertanto oggetto del presente brevetto un pneumatico di tipo radiale, avente una carcassa che comprende una o più tele di carcassa provviste di cordicelle disposte a 90° rispetto alla direzione circonferenziale del pneumatico, risvoltate su ciascun fianco del pneumatico, assialmente dall’interno verso l'esterno attorno ad un cerchietto, provvisto in posizione radialmente esterna di un riempimento in materiale elastomerico, una fascia battistrada posta in corona a detta carcassa ed una struttura di cintura interposta fra detta carcassa e detta fascia battistrada, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una tela di rinforzo, disposta in posizione assialmente esterna alla tela di carcassa, con cordicelle tessili inclinate rispetto alla direzione radiale, avente l'estremità radialmente interna risvoltata assialmente dall'esterno verso l'interno attorno a detto cerchietto ed interposta fra il risvolto di detta tela di carcassa e detto cerchietto, ed il cui bordo radialmente esterno si trova ad una distanza radiale dall'estremità della struttura di cintura non superiore al 10% dell'altezza di sezione H del pneumatico .

Vantaggiosamente le dette cordicelle tessili sono di nailon ed inclinate di un angolo compreso tra 30° e 60°, e secondo una realizzazione preferita sono inclinate di circa 45°.

Vantaggiosamente, nei pneumatici per veicoli a due ruote, la tela di rinforzo è inserita anche al di sotto della cintura per un tratto compreso tra 20 mm e 50 m .

In entrambi i tipi di pneumatici l'estremità della suddetta tela gira intorno al cerchietto, risalendo tuttavia non oltre l'altezza radiale dell'estremità superiore del detto riempimento.

Preferibilmente la struttura di cintura comprende due strisce radialmente sovrapposte con cordicelle in fibra aramldica e con angoli compresi tra 10 e 30°. in particolare angoli di circa 15°.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento a forme realizzative preferite ma non limitative, illustrate nei disegni allegati, in cui: la Fig. 1 mostra in semisezione retta la struttura di un pneumatico secondo l'invenzione, del tipo previsto per l'impiego su veicoli a quattro ruote; e

la Fig. 2 mostra in sezione retta un pneumatico secondo l'invenzione nella versione prevista per l'impiego su veicoli a due ruote. Con riferimento alla Fig. 1, il pneumatico 1 secondo l'invenzione è formato da una struttura di carcassa comprendente una o più tele di carcassa 3· provviste di cordicelle tessili disposte con andamento radiale, risvoltate dall’interno verso l'esterno attorno ad almeno un cerchietto metallico 6 disposto nella zona del tallone 8 del pneumatico, sormontato in posizione radialmente esterna da un listino di riempimento 9, in materiale elastomerico, di forma sostanzialmente triangolare, in modo del resto di per sé noto.

Per semplicità di illustrazione, la figura mostra sola metà del pneumatico, essendo implicito che la stessa struttura è prevista sul fianco non mostrato.

In corona alla carcassa del pneumatico è disposta, in modo usuale, una fascia battistrada 2; e tra carcassa e fascia battistrada è inserita una struttura di cintura costituita da due strisce 4 e 5. radialmente sovrapposte, di cordicelle reciprocamente inclinate in senso opposto, preferibilmente simmetrico, rispetto al piano meridiano del pneumatico. Il valore dell’angolo d'inclinazione di tali cordicelle è preferibilmente compreso tra 10° e 30°. Le strisce di cintura sono realizzate in qualunque conveniente modo noto ed in particolare possono comprendere cordicelle tessili in fibra aramidica del tipo venduto con il marchio Kevlar.

Secondo l'invenzione, il pneumatico comprende inoltre una tela di rinforzo 7, in posizione assialmente esterna rispetto alle tele di carcassa, presentante le cordicelle di rinforzo disposte inclinate di circa 45° rispetto alla direzione radiale, cioè rispetto all'inclinazione delle corde di carcassa nel fianco, risvoltata assialmente dall'esterno verso l'interno attorno al cerchietto 6, ed il cui bordo radialmente esterno la si trova ad una distanza radiale d dall'estremità della struttura di cintura non superiore al 10% dell'altezza di sezione H del pneumatico .

L’angolo, misurato come angolo tangente formato dalle cordicelle tessili della tela 7 rispetto alla direzione radiale, può essere più in generale compreso tra 30° e 60°. Le cordicelle della suddetta tela di rinforzo sono di tipo tessile, in particolare preferibilmente di nailon.

Il bordo 7b della tela 7 risvoltato attorno al cerchietto risale radialmente in posizione assialmente interna per un piccolo tratto, indicativamente non oltre l'altezza radiale dell'estremità superiore del riempimento 9·

Sotto l'azione di una coppia accelerante o frenante applicata al fianco del pneumatico, le cordicelle della tela 7 inclinate in senso opposto alla direzione d'azione della coppia si comportano un pò come delle molle a balestra opponendosi al movimento torcente. Si ottiene così un aumento della resistenza a torsione del fianco del pneumatico che sopporta meglio gli sforzi di coppia.

Viene così sostanzialmente impedita una rotazione relativa tra la fascia battistrada e l'insieme costituito dal mozzo della ruota e dal tallone del pneumatico, che tende a prodursi in queste accelerazioni e decelerazioni .

Considerando che lungo il fianco del pneumatico si sviluppano anche le cordicelle radiali delle tele di carcassa, si può rilevare che nel pneumatico secondo l'invenzione si forma una sorta di struttura incrociata che oppone resistenza alle variazioni di coppia. Si ottiene cosi un considerevole aumento dello sforzo a torsione applicabile al fianco del pneumatico.

Questo irrigidimento del fianco nei confronti dei movimenti torcenti, susseguenti ai movimenti di accelerazione e di frenata scaricati sul pneumatico, è un effetto vantaggioso e non comporta un irrigidimento della struttura nelle condizioni di marcia normale.

Questa maggior rigidità del fianco costituisce inoltre un rinforzo contro i citati sovraccarichi istantanei che il pneumatico può assorbire. Infatti la tela di rinforzo secondo l'invenzione, con cordicelle inclinate rispetto alle cordicelle di carcassa, realizzando una specie di maglia che vincola in più punti e a distanza ravvicinata le cordicelle radiali, aiuta queste ultime a sopportare gli improvvisi sovraccarichi che si verificano, ad esempio per l’urto del pneumatico contro le asperità della superficie stradale.

L'orientamento delle cordicelle della tela di rinforzo prevista secondo l'invenzione contribuisce apprezzabilmente ad assorbire questi colpi improvvisi, particolarmente in condizioni critiche, ad esempio per parziale degonfiamento del pneumatico.

Il pneumatico secondo l'invenzione consegue quindi una riduzione dell'affaticamento del materiale e quindi una maggior durata dello stesso, apprezzabile soprattutto nel caso di pneumatico per autoveicoli. La struttura di pneumatico secondo l'invenzione offre inoltre un aggiuntivo vantaggio quando viene utilizzata nei pneumatici moto, come illustrato nella forma realizzativa di Fig. 2 in cui sono stati utilizzati gli stessi riferimenti numerici aumentati di 10 per contraddistinguere parti corrispondenti a quelle di Fig. 1.

In particolare l'invenzione risulta vantaggiosa in pneumatici per motociclo con elevato valore di freccia, o meglio del rapporto tra l'altezza h del battistrada, misurata in corrispondenza del piano meridiano (freccia), e lo sviluppo trasversale 1 del battistrada stesso, rapporto che in questi pneumatici non è inferiore a 0.15 contro un valore usuale di circa 0.02 per i pneumatici per veicoli a 4 ruote.

E' noto che in questi pneumatici le attuali strutture di cintura quando denotano un buon comportamento durante la marcia in rettilineo risultano invece parzialmente inadeguate in curva e viceversa: in particolare per le coperture destinate al montaggio sull'asse posteriore cinture con cordicelle a basso angolo d'inclinazione (rispetto alla direzione circonferenziale) hanno comportamento del primo tipo, quelle ad alto angolo denotano un comportamento del secondo tipo.

Nell'impossibilità di realizzare cinture dotate di entrambe le caratteristiche, la Richiedente ha sorprendentemente trovato che la tela di rinforzo dei fianchi prima illustrata, per veicoli a quattro ruote, risolve brillantemente il suddetto problema nei pneumatici per motocicli,purché l’estremità della tela di rinforzo sia inserita sotto la corrispondente estremità della cintura.

In accordo con l'invenzione, il pneumatico per motociclo 11 comprende allora una fascia battistrada 12, molto più bombata ed estesa rispetto a quella del pneumatico auto, e tele di carcassa 13 con cordicelle tessili ad andamento radiale, risvoltate assialmente dall'interno verso l'esterno attorno a cerchietti metallici 16 posti nella zona dei talloni 18 del pneumatico; anche in questo caso sono previsti i noti riempimenti 19-Il pneumatico comprende una struttura di cintura formata da due strisce 14, 15 radialmente sovrapposte, di cordicelle incrociate, reciprocamente inclinate secondo un angolo compreso tra 10° e 30°, misurato sul pneumatico vulcanizzato in corrispondenza del piano meridiano m-m, rispetto alla direzione circonferenziale del pneumatico.

Il pneumatico comprende inoltre la già citata tela di rinforzo 17. con cordicelle tessili, ad esempio di nailon, disposte a circa 45° rispetto alla direzione radiale, cioè rispetto alle corde del fianco. Tale angolo è più in generale compreso tra 30° e 60°. Preferibilmente la suddetta tela di rinforzo 17. ancora disposta in posizione assialmente esterna rispetto alle tele di carcassa, e avvolta attorno al cerchietto 16, nell'identico modo prima descritto, così da essere saldamente bloccata a questa estremità, si sviluppa radialmente lungo il fianco della carcassa anche oltre il limite prima indicato, fino ad inserirsi sotto l’estremità della struttura di cintura per un tratto sufficiente a vincolarla solidalmente ad essa, intendendosi con ciò che il sormonto s tra struttura di cintura e tela di rinforzo sia almeno di 20 mm, e più particolarmente compreso tra 20 mm-50 mm, così da risultare bloccata anche alla cintura.

In questo modo nei pneumatici per motociclo si conseguono ulteriori vantaggi oltre a quelli già illustrati per il pneumatico radiale secondo l'invenzione destinato all'impiego su autoveicoli.

Si ottiene infatti il risultato di irrobustire la cintura in corrispondenza delle sue estremità, cioè nella zona di appoggio in curva. Infatti, l'insieme della tela di rinforzo, bloccata al tallone e sotto l'estremità di cintura, e delle tele di carcassa si comporta, in una certa misura, come una struttura di cintura aggiuntiva, a tele incrociate, che interviene con questa funzione solo quando il pneumatico viaggia con angoli di camber vicini ai valori massimi ammissibili, cioè nella situazione in cui le sollecitazioni dovute ad urti bruschi o violenti contro le asperità della strada sono più pericolose, e ciò senza causare una forte riduzione del comfort in marcia normale.

Per quanto poi riguarda il pneumatico dell'invenzione in generale, è evidente che se le cordicelle della tela di rinforzo sono inclinate nel medesimo senso si avrà il massimo del beneficio in uno specifico caso d'impiego (ad esempio in presenza di coppia accelerante) e un beneficio ridotto, o minimo, nel caso opposto: viceversa, se le cordicelle sono inclinate in senso opposto nei due fianchi si otterrà un vantaggio inferiore a quello massimo ottenibile ma presente in entrambi i casi. La soluzione relativa alla medesima inclinazione delle cordicelle in entrambi i fianchi del pneumatico sarà allora preferibilmente adottata con pneumatici a disegno asimmetrico o direzionale, eventualmente anche indicando sul fianco del pneumatico la corretta direzione di marcia cioè il senso di montaggio del pneumatico sul veicolo/cerchio.

Orientativamente la suddetta situazione sarà la preferita per gli pneumatici per veicoli a due ruote, la soluzione con tele di rinforzo aventi le cordicelle inclinate in senso opposto nei due fianchi sarà invece di preferenza utilizzata nei pneumatici vettura.

L'invenzione consegue inoltre un certo numero di ulteriori vantaggi e miglioramenti.

In primo luogo si ottiene infatti un irrigidimento del tallone principalmente per il fatto che il riempimento si trova ora chiuso fra la tela di carcassa e quella di rinforzo cosicché, per effetto dell'incomprimibilità del materiale elastomerico, in presenza di una forza deformante acquista una rigidità superiore a quella che gli compete per le sue caratteristiche reometriche con un conseguente aumento degli sforzi applicabili al pneumatico.

Infine, si ottiene in generale uno spostamento dell'asse neutro del pneumatico verso l'esterno, con benefico effetto sull'affaticamento delle cordicelle e, limitatamente ai pneumatici moto, si consegue anche un miglior comportamento strutturale delle estremità della struttura di cintura grazie al quale viene assicurata una corretta ripartizione del carico tra ruota e strada durante la marcia in curva, anche in caso di brusche e violente sollecitazioni.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pneumatico di tipo radiale, avente una carcassa che comprende una o più tele di carcassa provviste di cordicelle disposte a 90° rispetto alla direzione circonferenziale del pneumatico, risvoltate su ciascun fianco del pneumatico assialmente dall'interno verso l'esterno attorno ad un cerchietto provvisto, in posizione radialmente esterna, di un riempimento in materiale elastomerico, una fascia battistrada posta in corona a detta carcassa ed una struttura di cintura interposta fra detta carcassa e detta fascia battistrada, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una tela di rinforzo, disposta in posizione assialmente esterna alla tela di carcassa, con cordicelle tessili inclinate rispetto alla direzione radiale, avente l'estremità radialmente interna risvoltata assialmente dall'esterno verso l'interno attorno a detto cerchietto ed interposta fra detta tela di carcassa e detto cerchietto, ed il cui bordo radialmente esterno (9a) si trova ad una distanza radiale (d) dall'estremità della struttura di cintura non superiore al 10% dell'altezza di sezione H del pneumatico.
2. 2. Pneumatico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette cordicelle tessili sono inclinate di un angolo compreso tra 30° e 60°.
3. 3. Pneumatico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dette cordicelle sono inclinate di circa 45°·
4. 4. Pneumatico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il bordo radialmente interno della tela di rinforzo gira intorno al cerchietto, risalendo almeno fino all'altezza radiale dell'estremità superiore di detto cerchietto.
5. 5. Pneumatico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il bordo radialmente interno della tela di rinforzo gira intorno al cerchietto, risalendo radialmente non oltre l'altezza radiale dell'estremità superiore del riempimento associato a detto cerchietto.
6. 6. Pneumatico secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che dette cordicelle tessili sono in nailon.
7. 7· Pneumatico per veicoli a due ruote secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che il lembo radialmente esterno di detta tela di rinforzo è inserito a so sotto l'estremità di detta struttura di cintura.
8. 8. Pneumatico per veicoli a due ruote secondo rivendicazione 7. caratterizzato dal fatto che lo sviluppo lineare di detto sormonto è compreso fra 20 mm e 50 mm.