ITRM20110141A1

ITRM20110141A1 - Cerchio di ruota a raggi e metodo per la fabbricazione di tale cerchio

Info

Publication number: ITRM20110141A1
Application number: IT000141A
Authority: IT
Inventors: Alexander Hohenegger
Original assignee: Alter Ego S A S
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-09-24
Also published as: EP2502754A1

Description

Descrizione per invenzione dal titolo:

CERCHIO DI RUOTA A RAGGI E METODO PER LA FABBRICAZIONE

DI TALE CERCHIO

Descrizione

La presente invenzione si riferisce a un cerchio di una ruota a raggi, per esempio di una ruota per un veicolo a due, tre o quattro ruote come una motocicletta, e a un metodo per la fabbricazione di tale cerchio, in cui è impiegata una sovrapposizione di strati realizzati in fibra, per esempio fibra di carbonio, allo scopo di ottenere una struttura particolarmente robusta e leggera. Per ruota a raggi si intende una ruota in cui la connessione tra mozzo della ruota e cerchio è affidata a una pluralità di raggi costituiti da barre filiformi che possono avere una disposizione radiale semplice oppure inclinata, sia rispetto alle linee radiali che rispetto al piano di simmetria circonf erenziale .

La struttura a raggi rappresenta una soluzione che assicura una notevole leggerezza strutturale e che risulta essere più flessibile e resistente alle sollecitazioni stradali.

Tuttavia, le ruote per motoveicoli e biciclette richiedono quindi una pluralità di connessioni meccaniche per il fissaggio dei raggi, sia sul mozzo che sul cerchio. Quest'ultimo in particolare, presentando una pluralità di sedi forate per dette connessioni, deve avere quindi una costruzione robusta e quindi pesante, che compensa almeno in parte gli effetti vantaggiosi dell'impiego dei raggi.

Per questa ragione, le ruote motociclistiche e ciclistiche spesso impiegano soluzioni diverse dai raggi, in particolare connessioni a razze e strutture lenticolari.

Per alleggerire il cerchio è stato quindi proposto di adottare un sistema di fabbricazione in fibra, in particolare fibra di carbonio, sovrapponendo una pluralità di strati in uno stampo per realizzare la forma del cerchio.

Questa soluzione intrinsecamente più leggera e comunque molto robusta, pur capace di diminuire notevolmente l'inerzia rotante del cerchio, soffre di un ulteriore inconveniente nel fatto che, per realizzare le suddette sedi forate è necessario bucare detta sovrapposizione e quindi indebolire la struttura in fibra. Ciò, a causa delle tensioni meccaniche in dette sedi forate e del contatto con la testa metallica del raggio, può determinare lacerazioni e rotture.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è costituito dagli inconvenienti citati con riferimento alla descrizione dello stato dell'arte.

Tale problema viene risolto da un cerchio come sopra specificato, che comprende due semistrutture a cerchio, ciascuna realizzata da una sovrapposizione di strati in fibra, accoppiate in corrispondenza di una linea circonferenziale unendo i rispettivi margini interni affacciati, ciascun margine interno presentando una pluralità di incavi di forma appropriata che, ad accoppiamento avvenuto, realizzano opportune sedi per accogliere rispettive estremità del raggio.

Lo stesso problema viene altresì risolto da un metodo di fabbricazione per cerchi di ruote a raggi, comprendente le fasi di:

• assemblare una pluralità di strati in fibra in modo da realizzare due semistrutture a cerchio, in modo da formare, su un margine di ciascuna semistruttura, una pluralità di cavità di forma appropriata; e

• accoppiare dette semistrutture a cerchio in corrispondenza di detti margini, in modo da ottenere dall'accostamento di detta cavità, una rispettiva pluralità di sedi per le estremità del raggio.

Il cerchio di ruote a raggi e il rispettivo metodo di fabbricazione assicurano quindi che la struttura in fibra risultante dall'accoppiamento non venga forata in corrispondenza delle sedi per le estremità del raggio, rendendo la struttura stessa immune da lacerazioni causate dall'estremità del raggio nella rispettiva sede.

Si intende che le sopra citate cavità saranno ottenute in fase di modellazione della semistruttura del cerchio.

Ciascuna semistruttura potrà pertanto essere prodotta in un apposito stampo oppure entrambe le semistrutture, e quindi il cerchio complessivo, potrà essere assemblato in un'unica soluzione con due sovrapposizioni adiacenti disposte nel medesimo dispositivo di stampaggio della struttura in fibra. Inoltre, l'accoppiamento tra le due semistrutture potrà avvenire separatamente dalla formazione delle semistrutture stesse, mediante incollaggio o fissaggio meccanico, oppure nella stessa fase di formazione nel suddetto dispositivo di stampaggio. Convenientemente, dette sedi forate possono essere costituite da fori passanti attraverso lo spessore del cerchio, in modo da permettere l'inserimento dei raggi ed eventualmente anche delle relative boccole di fissaggio attraverso l'estradosso del cerchio.

I fori passanti saranno poi coperti da una banda circolare, anch'essa forata in corrispondenza di dette sedi per consentire la manutenzione del raggio stesso.

Questi esempi di realizzazione dell'invenzione verranno descritti di seguito a titolo puramente esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

• la figura 1 mostra una vista prospettica frontale e parzialmente in esploso di una ruota a raggi che comprende un cerchio secondo un primo esempio di realizzazione della presente invenzione;

• la figura 2 mostra una vista prospettica frontale della ruota di figura 1, con le due semistrutture unite;

• la figura 3 mostra una vista laterale della ruota di figura 1, con un diagramma che illustra la modalità di sovrapposizione degli strati in fibra delle semistrutture del suddetto cerchio nel metodo di fabbricazione secondo l'invenzione;

• la figura 4 mostra una vista prospettica ingrandita e in parziale sezione di un dettaglio della ruota di figura 1;

• la figura 5 mostra una vista laterale di una generica ruota a raggi che comprende un cerchio secondo la presente invenzione;

• le figure 5A e 5C mostrano rispettive sezioni radiali del cerchio di figura 5 che illustrano un secondo esempio di realizzazione del cerchio secondo l'invenzione;

• le figure 5B e 5D mostrano rispettive sezioni radiali del cerchio di figura 5 che illustrano un terzo esempio di realizzazione del cerchio secondo l'invenzione;

• la figura 6 mostra schematicamente una sezione di un elemento per la ritenzione della estremità di un raggio, applicabile nel contesto della presente invenzione; e

• le figure 7A e 7B mostrano rispettive sezioni radiali dettagliate del cerchio che illustrano un terzo e un quarto esempio di realizzazione del cerchio secondo l'invenzione, impiegando l'elemento di figura 6.

Con riferimento alle figure da 1 a 4, una ruota a raggi è indicata nel suo complesso con 1, del tipo adatto a un impiego motociclistico.

Essa comprende in generale un mozzo 2, una pluralità di raggi 3 del tipo a stelo, ovvero costituiti da una barra metallica filiforme con rispettive teste di fissaggio che costituiscono l'estremità di ciascun raggio, e un cerchio complessivamente indicato con 4, adatto a essere vestito con un pneumatico preferibilmente ma non esclusivamente del tipo senza camera d'aria (tubeless) e pertanto fornito di un opportuno profilo in corrispondenza del suo estradosso.

Le teste di fissaggio dei raggi 3, indicate con 5, sono fornite di un'apposita boccola di fissaggio 15, atta a essere accolta in una corrispondente sede forata.

Il cerchio 4 comprende due semistrutture a cerchio 6, accoppiate in corrispondenza di una linea circonf erenziale . Le due semi strutture sono sostanzialmente speculari e, nel presente esempio, costituiscono con il loro accoppiamento il corpo del cerchio 4.

L'accoppiamento delle due semistrutture 6 avviene quindi unendo i rispettivi margini interni 7 affacciati.

Tale accoppiamento può essere di tipo meccanico o, preferibilmente e in accordo con il presente esempio, mediante un incollaggio a caldo e con un'opportuna pressione di accoppiamento in corrispondenza dell'unione di detti margini interni.

Ciascuna semistruttura 6 è formata da una rispettiva sovrapposizione di strati in fibra, in particolare fibra di carbonio che assicura un compromesso ottimale tra robustezza e leggerezza. Ciascuna semistruttura 6 potrà essere prodotta in un apposito stampo oppure entrambe le semistrutture 6, e quindi il cerchio 4 complessivo, potrà essere assemblato in un'unica soluzione in un unico dispositivo di stampaggio con due sovrapposizioni adiacenti, realizzando al tempo stesso detto accoppiamento .

Nell'esempio secondo l'invenzione, ciascun margine interno 7 di dette semistrutture 6 presenta una pluralità di incavi radiali 8, ciascuno avente una forma appropriata.

La forma e la disposizione di detti incavi sono tali che, ad accoppiamento avvenuto, il loro accoppiamento realizza opportune sedi 9 per accogliere le rispettive teste di raggio 5, ovvero dette boccole di fissaggio 15.

In questo esempio, dette sedi forate 9 sono costituite da fori passanti attraverso lo spessore del cerchio 4, in modo da permettere l'inserimento dei raggi 3 e delle relative boccole di fissaggio 15 attraverso l'estradosso del cerchio 4.

Come si può notare dalle figure 1 e 2, la linea circonferenziale di accoppiamento tra le due semistrutture 6 non è circolare ma è irregolare, affinché le risultanti sedi forate 9 siano sfalsate tra loro e rispetto una linea circonferenziale mediana.

Con riferimento alle figure 3 e 4, i raggi 3 non sono disposti secondo una disposizione radiale ma sono inclinati e, a tale proposito, pertanto anche le sedi forate formate da detto accoppiamento, sono convenientemente inclinate rispetto alle corrispondenti linee radiali, in modo che i raggi siano disposti secondo una configurazione sostanzialmente o parzialmente tangenziale rispetto al mozzo 2. In questo modo, i raggi 3 lavorano in trazione.

Nel presente esempio, i raggi 3 sono raggruppati in gruppi di quattro, che si ripetono otto volte; i gruppi sono angolarmente equidistanziati tra loro e la loro disposizione è tale che le sedi forate 9 sul cerchio 4 sono anch'esse angolarmente equidistanziate .

Per ottenere la migliore omogeneità possibile in ciascuna sovrapposizione di strati, essa viene ottenuta sovrapponendo un numero di strati che corrisponde a un numero divisore del numero di sedi. Per numero divisore si intende un numero che, dividendo il numero delle sedi, dà luogo a un risultato intero.

Nel presente esempio le sedi sono trentadue e il numero di strati scelto è otto. In una variante, i raggi 3 e le sedi 9 potrebbero essere ventotto, raggruppati in sette gruppi di quattro raggi ciascuno. In questo caso, gli strati potrebbero essere sette.

Vantaggiosamente, la disposizione degli strati potrebbe presentare uno scostamento angolare, tra strati adiacenti, pari a un angolo giro (360°) diviso per il numero delle sedi forate 9.

Nel presente esempio, essendo le sedi trentadue, lo scostamento angolare è di 11,25° e può essere ottenuto con otto strati composti ciascuno da una tela quadrata 10 come mostrato a lato della figura 3.

Vantaggiosamente, le tele quadrate 10 sono disposte in modo tale che a ciascuna sede corrisponda un vertice della tela (figura 3) in modo che le fibre di ciascuno strato non siano mai sovrapponibili alle fibre di altri strati, ma che tutte le fibre di ogni strato 10 abbiano un'inclinazione diversa dalle altre.

In questo modo, le deformazioni locali della sovrapposizione di tele 10 in corrispondenza di ciascuna sede sono uguali da sede a sede e assicurano quindi la massima omogeneità nella semistruttura corrispondente.

Se i raggi fossero ventotto, e gli strati impiegati potrebbero essere sfalsati tra loro di 12,86°.

Nel presente esempio di realizzazione è quindi possibile impiegare otto strati in fibra di carbonio in modo da ottenere uno spessore indicativo di 2,5 mm per ciascuna semistruttura, che avrebbe un peso di ca. 0,76 kg con un raggio indicativo di 21,6 cm.

Si intende comunque che il sistema di sovrapposizione delle tele sopra descritto non si deve intendere come limitativo nella realizzazione del cerchio in oggetto. Altri schemi di sovrapposizione degli strati, che per esempio prevedono un minore spreco di tessuto da ritagliare ai margini possono essere ritenuti parimenti validi .

II peso complessivo della ruota, impiegando boccole di fissaggio 15 in alluminio o altro materiale resistente alla compressione e con un mozzo sostanzialmente di tipo convenzionale, potrebbe essere compreso tra 2,5 kg e 3,0 kg, conservando tutta la necessaria robustezza strutturale e concentrando il risparmio di peso sulla circonferenza della ruota, minimizzando così le inerzie rotanti, quindi l'effetto giroscopico che rallenta i cambi di direzione.

Le sedi forate passanti 9 sono coperti da una banda circolare 18 che ricopre l'estradosso del cerchio 4.

Anche tale banda 18 può essere realizzata in fibra di carbonio ed essere incollata sull'estradosso del cerchio 4, in particolare in corrispondenza della porzione centrale dell'estradosso del cerchio 4 formata dall'unione delle due semi strutture, contribuendo così a irrobustire detta unione, opponendo resistenza alla forza divaricatrice esercitata dallo pneumatico.

Si intende che anche la banda 18 presenta fori passanti per permettere l'accesso a dette sedi forate 9, allo scopo di rendere possibile l'estrazione del raggio 3 corrispondente per la sua manutenzione o sostituzione.

La banda 18 si presta a essere direttamente forata perché, a differenza del cerchio 4, non deve sopportare sforzi dovuti ai raggi 3 e alle rispettive teste 5.

La banda 18 può quindi essere pre-forata o forata successivamente all'applicazione all'estradosso. Quest'ultima può essere successiva alla congiunzione delle due semistrutture 6 o contestuale.

Con riferimento alle figure da 5 a 5D vengono illustrati due differenti metodi di accoppiamento delle due semistrutture 6.

Nel primo esempio (figure 5A e 5C), il margine interno 7 delle due semistrutture viene ripiegato verso l'interno del cerchio verso il mozzo, in modo da accoppiare una superficie maggiore delle due semistrutture .

Le sedi forate 9 sono ottenute modellando opportunamente detti margini ripiegati per ottenere dette cavità.

Nel secondo esempio (figure 5B e 5D), il margine interno 7 delle due semistrutture viene ripiegato verso l'esterno del cerchio nel canale del pneumatico, anche qui in modo da accoppiare una superficie maggiore delle due semistrutture.

Di nuovo, le sedi forate 9 sono ottenute modellando opportunamente detti margini ripiegati per ottenere dette cavità.

La forma delle sedi forate così ottenute può essere quindi ogivale.

Con riferimento alla figura 6, è rappresentato una particolare boccola di fissaggio 25 che serve a fissare la testa di estremità 5 di ciascun raggio, in sostituzione di quelle precedentemente descritte.

Questa boccola ha una forma a piattello, con una base di appoggio 26 complementare alla forma della porzione di cerchio corrispondente e una cupola superiore 27. La boccola 25 presenta una propria sede filettata 28 che si presta ad accogliere una testa di estremità di raggio 3 a sua volta filettata (non rappresentata).

Con riferimento alle figure 7A e 7B, due ulteriori esempi di realizzazione impiegano la boccola di fissaggio 25 sopra descritta.

Nel quarto (figura 7A), è previsto un recesso 29 per accogliere detta boccola 25 in corrispondenza dei margini 8 delle due semi-strutture 6, ripiegate come nell'esempio di figura 5B.

II quinto esempio (figura 7B) è analogo al precedente ma è assente il recesso 29, la base di appoggio 26 poggiando direttamente sull'estradosso del cerchio 4.

In entrambi gli ultimi due esempi, viene minimizzata la dimensione della sede forata 9 che ha solamente lo scopo di permettere il passaggio del rispettivo raggio 3. Il recesso 26, pur rendendo leggermente più complesso lo stampo, impedisce la rotazione su se stessa della boccola 25 allo scopo di poter sostituire in raggio senza smontare la ruota stessa.

Si intende che, sebbene la fibra di carbonio costituisca l'esempio preferito nella sopra descritta applicazione, i medesimi vantaggi possono essere ottenuti anche impiegando fibre impregnate diverse, per esempio una fibra di vetro, kevlar o qualsiasi fibra aramidica.

Si intende inoltre che, in tutti gli esempi sopra descritti, le sedi forate 9 saranno a tenuta quando impegnate dalle teste 5 dei raggi 3 e dalle rispettive boccole 15, 25 almeno nella misura in cui il cerchio 4 sarà impegnato da un pneumatico del tipo senza camera d'aria (tubeless).

Ai sopra descritti cerchio per ruota a raggi, ruota a raggi che lo comprende e metodo di fabbricazione del cerchio un tecnico del ramo, per soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrà apportare qualunque modifica e variante purché compresa nell'ambito di tutela della presente invenzione come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Cerchio (4) di una ruota a raggi (1), in cui è impiegata una sovrapposizione di strati in fibra, caratterizzato dal fatto di comprendere due semistrutture a cerchio (6), ciascuna realizzata da una sovrapposizione di strati in fibra, accoppiate in corrispondenza di una linea circonferenziale unendo i rispettivi margini interni (7) affacciati, ciascun margine interno (7) presentando una pluralità di incavi (8) di forma appropriata che, ad accoppiamento avvenuto, realizzano opportune sedi (9) per accogliere rispettive teste di raggio (5).
2. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui detti strati in fibra sono in particolare fibra di carbonio.
3. Cerchio (1) secondo la rivendicazione 1, in cui dette sedi forate (9) sono costituite da fori passanti attraverso lo spessore del cerchio (4).
4. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui le sedi forate (9) sono inclinate rispetto alle corrispondenti linee radiali.
5. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui detta sovrapposizione di strati viene ottenuta sovrapponendo un numero di strati che corrisponde a un numero divisore del numero di sedi forate (9).
6. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 5, in cui la disposizione degli strati in fibra sovrapposti presenta uno scostamento angolare, tra strati adiacenti, pari a un angolo giro (360°) diviso per il numero delle sedi forate (9).
7. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui il margine interno (7) delle due semistrutture (6) viene ripiegato verso l'interno del cerchio (4) verso il mozzo (2), le sedi forate (9) essendo ottenute modellando opportunamente detti margini (7) ripiegati per ottenere dette cavità (8).
8. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui il margine interno (7) delle due semistrutture (6) viene ripiegato verso l'esterno del cerchio (4) nel canale del pneumatico, le sedi forate (9) essendo ottenute modellando opportunamente detti margini (7) ripiegati per ottenere dette cavità (8).
9. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, 7 o 8, in cui la forma delle sedi forate (9) è ogivale.
10. Cerchio (4) secondo la rivendicazione 1, in cui le sedi forate passanti (9) sono coperti da una banda circolare (18) che ricopre l'estradosso del cerchio (4). il Cerchio (4) secondo la rivendicazione 7 m cui l'estradosso del cerchio (4) è atto a ricevere in appoggio una boccola di fissaggio (25) in corrispondenza di una sua base di appoggio piana (26), detta boccola di fissaggio (25) comprendendo una sede filettata propria o riportata. 12. Cerchio (4) secondo la rivendicazione il, in cui su detto estradosso, per ciascuna sede forata (9) è previsto un recesso (29) per accogliere detta base piana (26). 13. Ruota (1) a raggi, comprendente un cerchio (4) di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 14. Ruota (1) secondo la rivendicazione 14, in cui le teste di fissaggio (5) dei raggi (3) sono fornite di un'apposita boccola di fissaggio (15), atta a essere disposta in corrispondenza di una rispettiva sede forata (9). 15. Metodo di fabbricazione per cerchi di ruote a raggi, comprendente le fasi di: · assemblare una pluralità di strati in fibra in modo da realizzare due semistrutture a cerchio, in modo da formare, su un margine di ciascuna semistruttura, una pluralità di cavità di forma appropriata; e · accoppiare dette semistrutture a cerchio in corrispondenza di detti margini, in modo da ottenere dall'accostamento di detta cavità, una rispettiva pluralità di sedi per teste di raggio. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui la fase di accoppiare avviene mediante un incollaggio a caldo e con un'opportuna pressione di accoppiamento in corrispondenza dell'unione di detti margini interni. 17. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui ciascuna semistruttura è prodotta separatamente in un apposito stampo. 18. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui e le semistrutture sono assemblate in un'unica soluzione in un medesimo dispositivo di stampaggio con due sovrapposizioni adiacenti, realizzando al tempo stesso detta fase di accoppiamento. 19. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui l'assemblaggio degli strati in fibra viene ottenuta sovrapponendo un numero di strati che corrisponde a un numero divisore del numero di sedi forate. 20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui la disposizione degli strati presenta uno scostamento angolare, tra strati adiacenti, pari a un angolo giro (360°) diviso per il numero delle sedi forate (9). 21. Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui detti strati, ottenuti da tele quadrate, sono disposti in modo tale che a ciascuna sede corrisponda un vertice della tela. 22. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui detti strati sono disposti in modo tale che le fibre di ciascuno strato non siano mai sovrapponibili alle fibre di altri strati, ma che tutte le fibre di ogni strato abbiano un'inclinazione diversa dalle altre. 23. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui detti strati sono disposti in modo tale da minimizzare lo spreco di tessuto da ritagliare ai margini. 24. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui viene applicata, sull'estradosso del cerchio formato dalle suddette semistrutture, una banda a fascia circolare, forata in corrispondenza di dette sedi forate. 25. Metodo secondo la rivendicazione 24, in cui detta banda viene unita contestualmente all'incollaggio delle due semistrutture in un unico dispositivo di stampaggio. p.p. ALTER EGO S.A.S.