ES2219746T3 - Neumatico de alta curvatura transversal para vehiculos de dos ruedas. - Google Patents
Neumatico de alta curvatura transversal para vehiculos de dos ruedas.Info
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Abstract
UN NEUMATICO CON ALTA CURVATURA TRANSVERSAL PARA VEHICULOS DE DOS RUEDAS, COMPRENDE UNA ESTRUCTURA DE ARMAZON (2) QUE INCLUYE AL MENOS UNA CAPA DE ARMAZON (3, 4) PROVISTA DE CABLES DE REFUERZO (8, 9) SUSTANCIALMENTE PARALELOS ENTRE SI, Y ORIENTADOS A LO LARGO DE DIRECCIONES INCLINADAS RESPECTO AL PLANO ECUATORIAL (X-X) DEL NEUMATICO, UNA ESTRUCTURA DE CINTURA (10) FORMADA POR UNA CAPA RADIALMENTE INTERIOR PROVISTA DE UNA LAMINA (11) REALIZADA DE UN MATERIAL ELASTOMERICO, Y UNA CAPA RADIALMENTE EXTERIOR PROVISTA DE UNA PLURALIDAD DE ENROLLAMIENTOS CIRCUNFERENCIALES (14A) DISPUESTOS AXIALMENTE UNO AL LADO DEL OTRO, RESPECTO A UN CABLE (14) ENROLLADO CON UN ANGULO SUSTANCIALMENTE NULO RESPECTO AL PLANO ECUATORIAL (X-X) DEL NEUMATICO. DICHO NEUMATICO (1) RELACIONA VENTAJOSAMENTE RENDIMIENTOS OPTIMOS EN CUANTO A COMPORTAMIENTO EN CARRETERA, TANTO EN TRAMOS RECTOS COMO EN CURVA, REGULARIDAD DE DESGASTE, BUEN RENDIMIENTO KILOMETRICO Y BAJO PESO.
Description
Neumático de alta curvatura transversal para
vehículos de dos ruedas.
En su aspecto más general, la presente invención
se refiere a un neumático de alta curvatura transversal para
vehículos de dos ruedas.
Más particularmente, la invención se refiere a un
neumático que se puede usar preferiblemente, aunque no
exclusivamente, en las llamadas motocicletas "de turismo" de
alto rendimiento que tienen un peso alto.
En el campo de la producción de neumáticos para
vehículos de dos ruedas, y en particular, los diseñados para equipar
las llamadas motocicletas "de turismo" que generalmente tienen
una cilindrada que supera los 1000 cm^{3}, un peso alto y un par
alto, cada vez se siente más la necesidad de proporcionar
rendimientos incluso mayores en términos de comportamiento en la
carretera tanto en tramos rectos como en curvas, estabilidad del
vehículo a alta velocidad, rendimiento quilométrico, uniformidad y
regularidad en el desgaste, y poco peso.
Para satisfacer esta necesidad se han fabricado
neumáticos para vehículos de dos ruedas durante mucho tiempo con una
estructura de carcasa que comprende un par de telas hechas de tejido
cauchutado reforzado con cuerdas inclinadas simétricamente respecto
al plano ecuatorial del neumático - usualmente conocidas como
carcasa de telas transversales - y posiblemente una estructura
intermedia (rompedor), también realizada con pares de bandas hechas
de tejido cauchutado provisto de cuerdas dispuestas según un ángulo
respecto al plano ecuatorial del neumático. Una estructura de
carcasa de este tipo se describe, por ejemplo, en la patente
EP-A-0 703 102.
Aunque esta estructura de neumático podría
asegurar un comportamiento en las curvas extremadamente regular de
la motocicleta, el uso de este tipo de neumáticos implicaba
problemas de confort, estabilidad del vehículo a alta velocidad, y
especialmente de desgaste irregular de la banda de rodadura, a
menudo asociado con una retirada de las porciones voluminosas de
caucho, según un fenómeno conocido en la técnica con el término:
"trozos de banda".
Para intentar evitar estos inconvenientes y tal
como se describe, por ejemplo, en la patente
EP-A-0 808 730, se ha sugerido usar
un neumático que comprende una estructura de carcasa del llamado
tipo "radial", es decir, un neumático provisto de cuerdas de
refuerzo esencialmente perpendiculares al plano ecuatorial del
neumático, sobre cuya estructura está coaxialmente asociada una
estructura de cintura que comprende por lo menos un par de bandas
hechas de tejido cauchutado provisto de cuerdas situadas según un
ángulo respecto al plano ecuatorial del neumático o,
alternativamente, una bobina de cuerda, preferiblemente hecha de
metal, orientada en una dirección circunferencial y conocida en la
técnica mediante el término de: cuerdas de cero grados.
Aunque los neumáticos provistos de una carcasa
radial han mejorado la situación en términos de confort y
estabilidad del vehículo en rectas a alta velocidad con una
eliminación substancial del fenómeno de trozos de banda - a tal
extensión que son considerados como productos de gama alta por los
técnicos en la materia - no son adecuados para su uso en las
motocicletas llamadas "de turismo" que tienen un alto peso y un
alto rendimiento.
Realmente, las motocicletas de este tipo
equipadas con un neumático que tiene una carcasa radial están
particularmente sometidas a un efecto de "flotación" no deseado
mientras se desplazan a lo largo de una curva, también conocido
mediante el término de "efecto de compactación", que provoca
que la motocicleta sufra un fenómeno de oscilación que no se podría
amortiguar fácilmente y que, en algunos casos, incluso se puede
amplificar por sí mismo. En condiciones extremas, este fenómeno
puede llevar incluso a los conductores a perder el control del
vehículo, con las obvias consecuencias perjudiciales.
Según la presente invención, el solicitante ha
entendido ahora que el problema de conseguir unos rendimientos
adecuados en términos de comportamiento en la carretera, tanto en
tramos rectos como en curvas, estabilidad del vehículo a altas
velocidades, rendimiento quilométrico, regularidad del desgaste, y
poco peso se pueden solucionar combinando una estructura de carcasa
con telas transversales que tiene por lo menos un par de telas
superpuestas provistas de cuerdas de refuerzo inclinadas respecto al
plano ecuatorial del neumático, con una estructura de cintura que
incluye una capa radialmente externa que comprende una pluralidad de
cuerdas de cero grados y una capa radialmente interna que comprende
por lo menos una lámina hecha de un material elastomérico.
En otras palabras, el solicitante se ha dado
cuenta del hecho de que el problema citado anteriormente se puede
solucionar de una manera efectiva renunciando al uso de la carcasa
radial, es decir, la estructura que se considera unánimemente por
parte de los técnicos en la materia como la "mejor" de la
tecnología disponible, estando previsto que la carcasa de telas
transversales equipadas con cuerdas de refuerzo inclinadas está
adecuadamente separada de la capa de cintura que comprende las
cuerdas de cero grados, mediante la interposición de una lámina
hecha de un material elastomérico.
De esta manera, la presente invención proporciona
un neumático tal como se define en la reivindicación 1 adjunta.
Según la invención, el solicitante ha encontrado
en particular y de manera inesperada que mediante la interposición
de una lámina hecha de un material elastomérico entre la estructura
de carcasa de telas transversales y la capa radialmente externa
provista de cuerdas de cero grados de la estructura de cintura, es
posible conseguir al mismo tiempo las características deseadas de
agarre a la carretera y la estabilidad en curvas impartidas al
neumático mediante la estructura de carcasa, y las características
deseadas de confort, regularidad de desgaste y uniformidad y
estabilidad del vehículo a altas velocidades en tramos rectos,
impartidas al neumático mediante la capa de cuerdas de cero grados
de la estructura de cintura.
Más particularmente, el solicitante ha encontrado
inesperadamente que dicha lámina hecha de un material elastomérico
permite que la estructura de carcasa de telas transversales y las
cuerdas de cero grados de la estructura de cintura ejerzan los
efectos citados anteriormente de una manera substancialmente
independiente entre sí, evitando al mismo tiempo que las cuerdas de
cero grados dañen las cuerdas de refuerzo de la estructura de
carcasa inferior.
Gracias a las características estructurales de la
estructura de carcasa de telas transversales, el neumático de la
invención puede desarrollar altos empujes de inclinación bastante
suficientes para equilibrar el empuje centrífugo que afecta a la
motocicleta, con un comportamiento muy homogéneo en las curvas.
Según la invención, también se ha encontrado que
los empujes de inclinación y deriva desarrollados por el neumático
se aumentan mediante la combinación de por lo menos un par de telas
de carcasa provistas de cuerdas de refuerzo de corona que forman un
ángulo adecuado respecto al plano ecuatorial del neumático, con la
capa radialmente externa incorporando las cuerdas de cero grados de
la cintura.
Gracias a esta característica, se ha observado
que una motocicleta equipada con un par de neumáticos tiene esta
estructura muestra características ventajosas de conducción neutra,
de manera que el conductor puede trazar la trayectoria curvilínea
simplemente inclinando el vehículo y sin corregir su posición, en
particular el ángulo de dirección del manillar.
Además, se ha encontrado que la carcasa de telas
transversales proporciona al neumático características ventajosas de
resistencia transversal y estabilidad en las curvas, mientras que la
estructura de cintura citada anteriormente proporciona al neumático
estabilidad dimensional, estabilidad direccional y menor absorción
de energía, consiguiendo al mismo tiempo una baja resistencia a la
rodadura y una desaparición substancial del fenómeno de trozos de
banda.
En particular, se ha observado que la presencia
en la estructura de cintura de la capa radialmente externa provista
de cuerdas de cero grados permite aumentar tanto la estabilidad
direccional como la zona de contacto con el suelo del neumático, es
decir, la zona de contacto con el suelo, en todas las condiciones de
funcionamiento del neumático.
Gracias a esta característica, se reducen tanto
las tensiones debidas a pulido y las tensiones debidas a disipación
de histéresis en la composición de caucho de la banda de rodadura,
con una reducción substancial en el sobrecalentamiento del neumático
debido a la fuerza centrífuga que desarrolla durante su
funcionamiento, contrarrestada por la substancial inextensibilidad
de la capa radialmente externa provista de cuerdas de cero grados de
la estructura de cintura.
La adopción de esta combinación de estructuras de
carcasa y cintura contribuye a reducir el peso del neumático, con
todas las ventajas resultantes en términos de inercia debido a las
masas no suspendidas.
Preferiblemente, las cuerdas de refuerzo
incorporadas en la(s) tela(s) de la estructura de
carcasa están constituidas esencialmente por fibras de un alto
módulo de un material seleccionado entre el grupo que comprende:
rayon, nylon, polietileno naftaleno 2,6 dicarboxilato (PEN) y
polietileno tereftalato (PET).
Preferiblemente, las cuerdas de refuerzo
incorporadas en dicho por lo menos un par de telas superpuestas de
la estructura de carcasa forman un ángulo de corona - medido en l
plano ecuatorial del neumático - comprendido entre 25º y 70º
respecto al plano ecuatorial del neumático.
De esta manera, se observó un comportamiento en
las curvas óptimo, con el desarrollo de un empuje de inclinación
adecuado.
Según la invención, la estructura de carcasa del
neumático comprende por lo menos un par de telas superpuestas, cada
una provista cuerdas de refuerzo paralelas entre sí y orientadas
según una dirección inclinada y opuesta, preferiblemente de manera
simétrica, respecto al plano ecuatorial del neumático respecto a las
cuerdas de la tela adyacente.
Preferiblemente, las cuerdas de refuerzo
incorporadas en las telas de carcasa están hechas de un material
diferente del material de las cuerdas de refuerzo en la tela
radialmente adyacente.
En este caso, se preferible seleccionar
materiales que tienen un módulo que aumenta al proceder radialmente
hacia el exterior; al hacer esto, se observó otro aumento ventajoso
en el efecto de contener los empujes debidos a la fuerza centrífuga
realizada por la estructura de cintura.
Preferiblemente, cuando el ángulo de corona
formado por las cuerdas de refuerzo de las telas de carcasa
disminuye, puede ser conveniente insertar entre estas últimas una
lámina hecha de un material elastomérico, que posiblemente incorpora
medios de unión adecuados para aumentar las propiedades de capacidad
de estiramiento sin alterar substancialmente las propiedades de
adhesión del material elastomérico en el estado en crudo.
De esta manera, es posible absorber las tensiones
de desgarro que se generan entre las telas de carcasa durante la
rodadura del neumático.
Preferiblemente, dichos medios de unión
comprenden la llamada pulpa de aramida (cortas fibras fibriladas de
poli-parafenileno-tereftalamida),
del tipo comercialmente conocido como "Klevar®-pulp" o
"Twaron®-pulp" (Kevlar y Twaron son marcas registradas de
DuPont y Akzo, respectivamente).
Preferiblemente, dichas cortas fibras fibriladas
están incorporadas en el material elastomérico que forma dicha
lámina, en una cantidad comprendida entre 1 y 10 partes en peso por
cada 100 partes en peso de caucho (phr), y tener una longitud
comprendida entre 0,1 mm y 2,5 mm.
Ventajosamente, dicha lámina hecha de un material
elastomérico tiene un espesor comprendido entre 0,075 y 0,5 mm.
Según la invención, la estructura de cintura que
se extiende coaxialmente alrededor de la estructura de carcasa
comprende una capa radialmente interna que incluye por lo menos una
lámina hecha de un material elastomérico.
Tal como se ha representado anteriormente, esta
lámina actúa como un elemento adecuado para separada, desde el punto
de vista estructural y funcional, la estructura de carcasa de la
capa que incluye las cuerdas de cero grados de la estructura de
cintura, evitando, entre otras cosas, que esta última dañe las
cuerdas de refuerzo de la estructura de carcasa inferior, provocando
posiblemente una rotura por fatiga de la misma.
Para optimizar esta acción de separación, la
lámina citada anteriormente hecha de un material elastomérico tiene
un espesor comprendido entre 0, 5 y 3 mm y, más preferiblemente,
entre 1 y 3 mm.
Preferiblemente, además, esta lámina hecha de un
material elastomérico incorpora medios de unión adecuados para
aumentar sus propiedades de capacidad de estiramiento sin alterar
substancialmente las propiedades de adhesión del material
elastomérico en estado en crudo.
Preferiblemente, los medios de unión comprenden
la llamada pulpa de aramida (cortas fibras fibriladas de
poli-parafenileno-tereftalamida),
del tipo comercialmente conocido como "Klevar®-pulp" o
"Twaron®-pulp" (Kevlar y Twaron son marcas registradas de
DuPont y Akzo, respectivamente).
Preferiblemente, dichas cortas fibras fibriladas
están incorporadas en el material elastomérico que forma dicha
lámina, en una cantidad comprendida entre 1 y 10 phr, y tienen una
longitud comprendida entre 0,1 mm y 2,5 mm.
Preferiblemente, dichas cortas fibras fibriladas
están preorientadas, por ejemplo mediante una operación de
calandrado, según la dirección principal de las fuerzas a las que el
elemento de soporte está sometido durante el proceso de fabricación
del neumático. Esta dirección es usualmente la dirección
circunferencial del neumático y dicha operación de preorientación se
realiza preferiblemente mediante el calandrado de dicha lámina
durante su fabricación.
El material elastomérico reforzado con dicha
pulpa de aramida tiene, en el estado el crudo, una tensión de
tracción en rotura comprendida entre 3 y 7 MPa, con una elongación
del 50% en una tensión de tracción comprendida entre 0,6 y 3 MPa,
mientras que el mismo material elastomérico sin pulpa de aramida
tiene, en el estado en crudo, una tensión de tracción en rotura
comprendida entre 1 y 2 MPa, con una elongación del 50% a una
tensión de tracción comprendida entre 0,2 y 0,5 MPa.
Preferiblemente, el material que constituye la
lámina de la capa radialmente interna de la estructura de cintura es
una composición basada en caucho natural que contiene negro de
carbono en una cantidad comprendida entre 30 y 70 phr, relleno con
los ingredientes usuales conocidos en la técnica (plastificadores,
agentes protectores, agentes antidegradación, vulcanizadores), para
obtener una matriz elastomérica lo más similar posible a la de los
elementos a los que se ha de adherir dicha lámina.
Tal como se ha representado anteriormente, la
capa radialmente externa de la estructura de cintura comprende una
pluralidad de bobinas circunferenciales, axialmente dispuestas una
al lado de la otra, de por lo menos una cuerda inextensible,
enrollada según un ángulo substancialmente nulo respecto al plano
ecuatorial del neumático, y usualmente conocidas en la técnica
mediante el término de cuerdas de cero grados.
Preferiblemente, la cuerda o cuerdas de cero
grados de la capa radialmente externa de la estructura de cintura
son cuerdas de metal de alta elongación con alambres de acero de
alto contenido de carbono.
Alternativamente, las cuerdas de cero grados
pueden ser cuerdas textiles hechas de aramida.
Cuando se va a fabricar un neumático que se va a
montar en la rueda trasera de una motocicleta, las bobinas de cuerda
dispuestas según un ángulo substancialmente nulo respecto al plano
ecuatorial del neumático están preferiblemente distribuidas con un
espesor constante a lo largo de todo el desarrollo axial de la
estructura de cintura.
Por el contrario, cuando se va a fabricar un
neumático que se va a montar en la rueda delantera de una
motocicleta, las bobinas de cuerda dispuestas según un ángulo
substancialmente nulo respecto al plano ecuatorial del neumático
están preferiblemente distribuidas con un espesor variable a lo
largo de todo el desarrollo axial de la estructura de cintura.
Según esta última realización de la invención, el
espesor de distribución de dichas bobinas de cuerda cambia
progresivamente a lo largo de la capa, desde el plano ecuatorial a
los extremos, preferiblemente según una relación prefijada, que
tiene un valor no mayor de 15 cuerdas/cm en una zona situada a cada
lado del plano ecuatorial del neumático.
De esta manera, es ventajosamente posible obtener
una estructura de cintura que es al mismo tiempo flexible en el
medio, para absorber y amortiguar las vibraciones debidas a la
rugosidad del suelo, y rígida a lo largo de los laterales, para
desarrollar altos empujes de deriva.
Según los experimentos realizados por el
solicitante, esta relación puede tener convenientemente la siguiente
expresión:
Nx=\frac{R^{2}}{r^{2}}No
en
donde,
- No es el número de bobinas de cuerda dispuestas
en una porción central de longitud unitaria situadas a cada lado del
plano ecuatorial de la estructura de cintura;
- R es la distancia entre el centro de dicha
porción y el eje de rotación del neumático;
- r es la distancia entre el centro de la porción
unitaria genérica comprendida entre el plano ecuatorial y los
extremos de la capa radialmente externa de la estructura de cintura
y el eje de rotación del neumático;
- K es el parámetro que se tiene en cuenta el
material constituyente y la formación de las cuerdas, así como la
cantidad de caucho alrededor de la cuerda, y el peso de la capa
radialmente interna de la estructura de cintura en dicha porción
unitaria, que es variable con variaciones en el tipo de material y
en las características estructurales de la capa radialmente interna
a lo largo del perfil de la corona que divergen de los valores de
referencia.
Este parámetro K puede tener un valor
substancialmente próximo a 1 si todas las cuerdas tienen la misma
formación y todos los materiales conectados son los mismos en todas
las capas, o valores diferentes según las variaciones en los
materiales y la formación de elementos de refuerzo a lo largo del
desarrollo periférico de la estructura de cintura.
Una distribución de las cuerdas según esta
relación asegura uniformidad de la tensión que actúa sobre la
estructura de cintura durante el uso del neumático como consecuencia
de la fuerza centrífuga aplicada, y la necesaria rigidez
diferenciada a lo largo de la dirección axial.
Obviamente, los técnicos en la materia pueden
encontrar otras relaciones que, dependiendo de las variables de
diseño citadas anteriormente, podrían permitir obtener al mismo
tiempo una rigidez diferenciada a lo largo de la dirección axial y
una uniformidad de tensión en la estructura de cintura del neumático
en funcionamiento, variando de una manera controlada y
predeterminada el espesor de las cuerdas citadas anteriormente.
Como el espesor de las cuerdas de cero grados en
la porción situada a cada lado del plano ecuatorial, donde se
produce el máximo estrechamiento, este espesor es preferiblemente no
mayor de 8 y más preferiblemente está comprendido entre 3 y 6
cuerdas/cm.
La anchura de dicha porción varía preferiblemente
entre el 10% y el 30% del desarrollo axial de la cintura.
Convenientemente, la cantidad de cuerdas en dicha
porción central es igual a un valor comprendido entre el 60% y el
80% de la cantidad de cuerdas cerca de los resaltes del neumático,
donde es espesor de dichas cuerdas es preferiblemente no mayor a 10
y más preferiblemente está incluido entre 6 y 8 cuerdas/cm.
Características y ventajas adicionales se harán
más fácilmente evidentes mediante la siguiente descripción de una
realización preferida de un neumático según la invención,
proporcionada solamente a modo de indicación no limitativa,
haciéndose referencia a los dibujos adjuntos.
En estos dibujos:
La figura 1 muestra una vista en sección
transversal de un neumático según la invención;
La figura 2 muestra una vista en planta,
esquemática y simplificada, de algunas porciones de la carcasa y las
estructuras de cintura del neumático de la figura 1;
La figura 3 muestra una vista en planta,
esquemática y simplificada, de algunas porciones de la carcasa y las
estructuras de cintura de una realización alternativa del neumático
de la invención.
En la figura 1, la referencia numérica 1 indica
un neumático de alta curvatura transversal diseñado para vehículos
de dos ruedas, en particular un neumático para montarse en una
motocicleta de alto rendimiento del tipo llamado "de
turismo".
Como es conocido, la extensión de la curvatura
transversal del neumático está definido por el valor específico de
la relación, generalmente conocida mediante el término de curvatura,
entre la distancia ht (medida a lo largo del plano ecuatorial
x-x) de la corona de la banda de rodadura desde la
línea b-b que pasa a través de los extremos C
de la banda de rodadura y la distancia wt medida a lo largo
de la cuerda del neumático, entre dichos extremos.
Si los extremos de la banda de rodadura no se
pueden identificar fácilmente, por ejemplo debido a la falta de una
referencia precisa tal como por ejemplo el borde indicado mediante
C en la figura 1, el valor de la cuerda máxima del neumático
se puede asumir como la distancia wt.
El neumático 1 comprende una estructura de
carcasa 2, que incluye por lo menos un par de telas cuyos bordes
laterales opuestos 2a, 2b están doblados alrededor de respectivos
núcleos de talón 5.
Sobre el borde periférico externo de los núcleos
de talón 5, se aplica un relleno elastomérico 6 que llena el espacio
definido entre la estructura de carcasa 2 y los correspondientes
bordes laterales doblados 2a, 2b de la misma.
Como es conocido, la zona del neumático que
comprende los núcleos de talón 5 y el relleno 6 forma el llamado
talón, indicado globalmente mediante la referencia numérica 7,
diseñado para el anclaje del neumático 1 sobre una correspondiente
llanta de montaje, no representada.
Según la invención, la estructura de carcasa 2
comprende un par de telas de carcasa radialmente interna y
radialmente externa 3, 4, constituidas esencialmente por una lámina
de un material elastomérico conocido por sí mismo, por ejemplo hecho
de un material con base de caucho natural, que incorpora una
pluralidad de cuerdas de refuerzo 8, 9 (figura 2).
Ventajosamente, dichas cuerdas de refuerzo son
esencialmente paralelas entre sí y están orientadas según
direcciones inclinadas en cada tela y opuestas respecto a las
cuerdas de la tela adyacente respecto al plano ecuatorial
x-x del neumático 1.
Las cuerdas de refuerzo 8 de la tela de carcasa
radialmente interna 3 están constituidas por fibras textiles de
nylon, rayon o PEN y forman un ángulo \alpha_{1} de unos 50º
respecto al plano ecuatorial x-x del neumático
1.
Las cuerdas de refuerzo 9 de la tela de carcasa
radialmente externa 4 están constituidas por fibras textiles de
rayon y están inclinadas en una dirección opuesta respecto a las
cuerdas 8 de la tela radialmente interna 3, formando un ángulo
\alpha_{2} de unos 50º respecto al plano ecuatorial
x-x del neumático 1.
Según una realización preferida, la estructura de
carcasa de telas transversales 2 también comprende una banda 13
hecha de un material textil de refuerzo en una posición axialmente
externa respecto a los bordes laterales doblados 2a, 2b de la
misma.
Más particularmente, la banda 13 se extiende
radialmente de un borde radialmente interno del núcleo de talón 5
hasta por lo menos el extremo libre de los bordes laterales doblados
2a, 2b y preferiblemente ligeramente más allá del mismo, e incluye
cuerdas de refuerzo hechas de metal o de material textil, tal como
por ejemplo nylon, rayon o aramida.
Preferiblemente, estas cuerdas de refuerzo son
esencialmente paralelas entre sí y están orientadas según
direcciones inclinadas, preferiblemente en una dirección opuesta
respecto a las cuerdas de refuerzo 9 de la tela radialmente externa
4 de los bordes laterales doblados 2a, 2b adyacentes a la banda 13,
cuyas cuerdas de refuerzo forman un ángulo comprendido entre 20º y
50º respecto a la dirección radial del neumático 1.
Una estructura de cintura 10, que comprende una
capa radialmente interna y una capa radialmente externa, que
comprenden ambas elementos de refuerzo de la estructura, está
coaxialmente asociada con dicha estructura de carcasa 2.
Más particularmente, la capa radialmente interna
de la estructura de cintura 10 comprende una lámina 11 hecha de un
material elastomérico, que incorpora preferiblemente rellenos de
refuerzo fibrosos dispersos de manera homogénea hechos de un
material seleccionado entre el grupo que comprende fibras textiles y
de metal, fibra de vidrio o cortas fibras de aramida fibriladas.
Convenientemente, la lámina 11 incorpora como
relleno fibroso de refuerzo la llamada pulpa de aramida (cortas
fibras fibriladas de
poli-parafenileno-tereftalamida),
del tipo comercialmente conocido como "Klevar®-pulp" o
"Twaron®-pulp" (Kevlar y Twaron son marcas registradas de
DuPont y Akzo, respectivamente), o medios de unión equivalentes,
adecuados para aumentar las propiedades de resistencia mecánica y
capacidad de estiramiento del material elastómerico en el estado en
crudo, sin alterar substancialmente la propiedades de adhesión del
mismo.
De hecho, se ha encontrado que en presencia de
las fibras de aramida dispersas en la compasión del material
elastomérico que forma, la lámina 11 puede tomar la forma de una
lámina extremadamente fina, por ejemplo de un espesor de
0,5-3 mm, sin sufrir ninguna laceración como
consecuencia de los juegos permanentes provocados en la misma
durante las etapas de fabricación del neumático.
Más particularmente, se ha encontrado que los
mejores resultados son los obtenidos mediante la incorporación de la
pulpa de aramida en la composición del elastómero en crudo en una
cantidad comprendida entre 1 y 10 phr (partes en peso por 100 partes
de caucho), y usando fibras que tienen una longitud comprendida
entre 0,1 y 2,5 mm.
La resistencia a las tensiones mecánicas
impartidas a la lámina 11 durante las etapas de fabricación del
neumático 1 también se pueden aumentar todavía más conformando dicha
lámina mediante calandrado, de manera que las fibras de aramida se
orientan previamente según una dirección preferida. Esta dirección
preferida, por lo menos para el tipo de uso del neumático descrito,
es usualmente la dirección circunferencial del neumático, que
coincide con la dirección longitudinal de la lámina que sale de la
máquina de calandrado.
La capa radialmente externa de la estructura de
cintura 10 comprende una pluralidad de bobinas circunferenciales
14a, axialmente dispuestas una al lado de la otra, de una cuerda 14
o una cinta de pocas cuerdas (preferiblemente de 2 a 5),
circunferencialmente inextensible, enrollada en espiral desde un
extremo al otro de la estructura de carcasa 10.
Aquí se especifica que la siguiente descripción
se referirá siempre a cuerdas, cuyo término está pensado para
indicar también los alambres elementales individuales o los hilos no
torcidos, siempre que el texto lo permita.
Además, también se indica que un paso de
enrollado constante a lo largo del desarrollo periférico de la
estructura de cintura 10 produce en cualquier caso, debido a la
curvatura de la estructura de carcasa 2, un espesor variable a lo
largo de la dirección axial.
Según la disposición citada anteriormente, las
cuerdas 14 forman una pluralidad de bobinas circunferenciales 14a,
substancialmente orientadas según la dirección de rodadura del
neumático, usualmente llamada disposición de "cero grados" con
referencia a su posición respecto al plano ecuatorial
x-x del neumático 1.
Preferiblemente, las bobinas de cuerda 14a están
enrolladas sobre la lámina 11 según un paso prefijado, que es
constante en el caso de un neumático trasero y variable en el caso
de un neumático delantero.
En este último caso, el espesor de las bobinas de
cuerda 14a aumenta desde el centro hacia los extremos de la
estructura de cintura 10, tal como se hará más claro a
continuación.
Aunque el bobinado por sí mismo y la variabilidad
del paso implican un ángulo de enrollado diferente de cero, este
ángulo permanece tan pequeño que puede considerarse substancialmente
como siempre igual a cero grados.
En una realización ventajosa, las cuerdas 14
citadas anteriormente son las cuerdas metálicas de alta elongación
(HE) bien conocidas, cuyo uso y cuyas características ya se han
descrito ampliamente, por ejemplo en la patente europea
EP-0 461 464 del mismo solicitante.
Más en detalle, estas cuerdas están constituidas
por un número dado de hebras, 1 a 5, preferiblemente de 3 a 4,
estando constituida cada hebra por un número dado de alambres
individuales, 2 a 10, preferiblemente de 4 a 14, que tienen un
diámetro mayor de 0,10 mm, preferiblemente comprendido entre 0,12 y
0,35 mm. Los alambres en las hebras y las hebras en la cuerda están
enrolladas helicoidalmente juntos en la misma dirección, con pasos
de enrollado iguales o también diferentes para los alambres y las
hebras.
Preferiblemente, las cuerdas 14 están hechas de
alambres de acero de alto contenido de carbono (HT), es decir,
alambres de acero con un contenido de carbono mayor al 0,9%. En
particular, en un prototipo específico preparado por el solicitante,
el enrollado helicoidal de la capa radialmente externa de la
estructura de cintura 10 estaba constituido por una única cuerda 14,
conocida como 3 x 4 x 0,20 HE HT, en espiral desde un extremo de la
estructura de cintura al otro; la descripción anterior define una
cuerda de metal formada por tres hebras, que consisten cada una en
cuatro alambres elementales enrollados en la misma dirección que las
hebras y que tienen un diámetro de 0,20 mm; como es conocido, la
abreviación HE significa acero de "alta elongación" y la
abreviación HT significa "alta tensión".
Estas cuerdas tienen una elongación final
comprendida entre el 4% y el 8%, y un comportamiento típico a la
tensión de tracción, el bien conocido y llamado "comportamiento
elástico".
Debido a este comportamiento - deseado, por otro
lado - es posible controlar ventajosamente la condición de carga
previa del enrollado de cero grados en el neumático en crudo, antes
de la vulcanización.
Esto puede realizarse convenientemente, por
ejemplo, mediante el enrollado de la(s) cuerda(s)
mientras se imparte alguna tensión alrededor de la capa radialmente
interna de la estructura de cintura 10 dispuesta previamente sobre
el tambor de montaje.
Claramente, el uso preferido de las cuerdas de
metal no excluye, para los propósitos de la invención, el uso de
otras cuerdas, en particular las cuerdas similares a las textiles
hechas de fibra de aramida, comercialmente conocida como Kevlar®,
una marca registrada de DuPont.
Tal como se ha indicado anteriormente, cuando un
neumático adaptado para montarse sobre una rueda delantera de una
motocicleta se va a fabricar, el espesor de la distribución de las
bobinas de cuerda 14a preferiblemente varía de manera progresiva a
lo largo de la capa externa de la estructura de cintura 10, desde el
plano ecuatorial x-x del neumático 1 hacia las
porciones laterales opuestas F, G del mismo, preferiblemente según
una relación prefijada.
En una realización particularmente ventajosa, la
relación citada anteriormente se mantiene en un valor
substancialmente constante a lo largo del desarrollo axial de la
estructura de cintura 10, el producto de la masa de bobinas 14a de
la cuerda 14 dispuesta en el interior de una porción unitaria de un
valor dado por el cuadrado de la distancia entre el centro de dicha
porción y el eje de rotación del neumático 1, de manera que durante
la rodadura del neumático, las fuerzas centrífugas resultantes en
cada una de dichas porciones tienen todas el mismo valor, provocando
un estado de tensión uniforme desde un extremo al otro de la
estructura de cintura 10.
Preferiblemente, el espesor axial según el cual
las bobinas 14a de la cuerda 14 están distribuidas está determinado
por la siguiente relación:
Nx=\frac{R^{2}}{r^{2}}No
en
donde,
- No es el número de bobinas 14a de la cuerda 14
dispuestas en una porción central de valor unitario, por ejemplo 1
cm, situadas a cada lado del plano ecuatorial
x-x;
- R es la distancia entre el centro de dicha
porción central en la capa radialmente externa de la estructura de
cintura 10 y el eje de rotación del neumático 1;
- r es la distancia entre el centro de una de
dichas porciones unitarias situada en la zona comprendida entre el
centro y los extremos de la capa radialmente externa de la
estructura de cintura 10 y el eje de rotación del neumático 1;
- K es el parámetro que se tiene en cuenta para
el material constituyente y la formación de las cuerdas 14, así como
la cantidad de caucho alrededor de la cuerda 14 y el peso de la capa
radialmente interna 11 de la estructura de cintura 10 en dicha
porción unitaria, que es variable con variaciones en el tipo de
material y en las características estructurales de la capa
radialmente interna 11 a lo largo del perfil de la corona que
divergen de los valores de referencia.
Este parámetro K puede tomar un valor
substancialmente próximo a 1 si las cuerdas 14 tienen la misma
formación y todos los materiales conectados son los mismos en todas
las capas, y valores diferentes según las variaciones de los
materiales y la formación de los elementos de refuerzo a lo largo
del desarrollo periférico de la estructura de cintura 10.
Solamente a modo de ejemplo, se podría diseñar
una capa que incluye cuerdas de cero grados que comprende cuerdas
textiles (de aramida) en una posición central y cuerdas de metal
(HE) en las porciones laterales adyacentes, y viceversa.
Claramente, los técnicos en la materia pueden
encontrar otras relaciones que, según las variables de diseño
citadas anteriormente, podrían permitir conseguir al mismo tiempo
una rigidez diferenciada a lo largo de la dirección axial y una
uniformidad de tensión en la estructura de cintura del neumático en
funcionamiento, variando de una manera controlada y predeterminada
el espesor de las cuerdas 14 citadas anteriormente.
Como el espesor de las cuerdas de cero grados en
la zona ecuatorial E, donde se produce el estrechamiento máximo,
dicho espesor preferiblemente no es mayor de 8 y más preferiblemente
está comprendido entre 3 y 10 cuerdas/cm.
La anchura de dicha zona ecuatorial E está
preferiblemente comprendida entre el 10% y el 30% del desarrollo
axial de la estructura de cintura 10.
Convenientemente, la cantidad de cuerdas 14 en
dicha zona ecuatorial E es igual a un valor comprendido entre el
100% y el 80% de la cantidad de cuerdas cerca de las porciones
laterales F, G del neumático 1, donde el espesor de dichas cuerdas
es preferiblemente no mayor de 10, y más preferiblemente está
comprendido entre 10 y 8 cuerdas/cm.
Una banda de rodadura 15, mediante la cual el
neumático 1 contacta con el suelo, está aplicada de una manera
conocida sobre la estructura de cintura 10 descrita
anteriormente.
La banda de rodadura 15 se moldea posteriormente
con un diseño de la banda de rodadura adecuado, que comprende de una
manera conocida una pluralidad de bloques, todos indicados mediante
la referencia numérica 16, definidos entre una pluralidad de ranuras
17, siendo visibles solamente algunas de las mismas en la figura
1.
Según una realización alternativa, mostrada en la
figura 3, el neumático 1 también puede comprender una segunda lámina
12 hecha de un material elastomérico interpuesto entre las telas de
carcasa 3 y 4.
De esta manera, es posible absorber las tensiones
de cizalladura que se generan entre las telas 3, 4 de la estructura
de carcasa 2 durante la rodadura del neumático 1.
También en este caso y solamente de la misma
manera que se ha representado con referencia a la lámina 11, la
lámina 12 incorpora preferiblemente rellenos fibrosos de refuerzo
homogéneamente dispersas hechos de un material seleccionado entre el
grupo que comprende fibras textiles y de metal, fibra de vidrio o
cortas fibras de aramida fibriladas.
Convenientemente, la lámina 12 incorpora como
relleno fibroso de refuerzo la llamada pulpa de aramida (cortas
fibras fibriladas de
poli-parafenileno-tereftalamida),
del tipo comercialmente conocido como "Kevlar®-pulp" o
"Twaron®-pulp", o medios de unión equivalentes, adecuados para
aumentar las propiedades de resistencia mecánica y capacidad de
estiramiento de material elastomérico en el estado en crudo, sin
alterar substancialmente las propiedades de adhesión de la
misma.
De hecho, se ha encontrado que en presencia de
fibras de aramida dispersas en la composición del material
elastomérico que la forma, la lámina 12 puede tomar la forma de una
lámina extremadamente fina, por ejemplo de un espesor de
0,075-0,5 mm, sin sufrir ninguna laceración como
consecuencia de los juegos permanentes provocados en el mismo
durante las etapas de fabricación del neumático.
También en este caso, se ha encontrado que los
mejores resultados se consiguen mediante la incorporación de pulpa
de aramida en la composición del elastómero en crudo en una cantidad
comprendida entre 1 y 10 phr (partes en peso por 100 partes de
caucho) y usando fibras de una longitud comprendida entre 0,1 y 2,5
mm.
Para evaluar la calidad de las mejoras
conseguidas por los neumáticos de la invención, se realizaron una
serie de pruebas para comparar los neumáticos de la invención con
los neumáticos de tipo conocido para el mismo uso y que tienen una
estructura diferente.
Más particularmente, los neumáticos de la
invención descritos anteriormente se montaron en las ruedas
delantera y trasera de una motocicleta del llamado tipo "de
turismo", para compararlas con los siguientes pares de neumáticos
de tipo conocido:
1) Un primer par de neumáticos Modelo Metzeler
ME1 (tipo A) provistos de una carcasa de telas transversales y de
una estructura de cintura constituida por pares de bandas de tejido
cauchutado que tienen cuerdas situadas según un ángulo respecto al
plano ecuatorial del neumático en la rueda delantera y trasera;
2) Un segundo par de neumáticos (tipo B) que
comprenden:
2a) Un neumático trasero Modelo Metzeler MEZ2
provisto de una carcasa radial y de una estructura de cintura que
comprende un enrollado de cuerdas de cero grados;
2b) Un neumático delantero Modelo Metzeler MEZ2
provisto de una carcasa radial y de una estructura de cintura
constituida por pares de bandas de tejido cauchutado que tienen
cuerdas situadas según un ángulo respecto al plano ecuatorial del
neumático.
Las características de la motocicleta usada en
las pruebas eran las siguientes:
| - modelo | : BMW TOURING |
| - neumático delantero | |
| \hskip1,5cm Tamaño | : 120/70-B17 58V |
| \hskip1,5cm Presión de hinchado | : 2,5 bar |
| \hskip1,5cm Llanta | : 3,50'' |
| - neumático trasero | |
| \hskip1,5cm Tamaño | : 160/70-B17 79V |
| \hskip1,5cm Presión de hinchado | : 2,9 bar |
| \hskip1,5cm Llanta | : 4,50'' |
Las pruebas se dirigieron a evaluar el nivel de
calidad de los parámetros principales de comportamiento de
conducción, especialmente los que dependen de la constitución del
conjunto de la estructura de carcasa/estructura de cintura,
asignando una nota comprendida entre 0 y 10 a cada parámetro
considerado.
La Tabla I adjunta muestra los resultados de las
pruebas.
| Parámetro | Tipo A | Tipo B | Invención |
| Trepidación | 5 | 6 | 8 |
| Maniobrabilidad | 7 | 6 | 8 |
| Estabilidad direccional | 5 | 6 | 8 |
| Agarre a la carretera en curvas | 6 | 5 | 8 |
| Confort | 5 | 7 | 8 |
| Uniformidad de desgaste | 6 | 7 | 7 |
| Rendimiento quilométrico | 5 | 7 | 7 |
Examinando los resultados de la tabla anterior,
aparece inmediatamente evidente la mejora conseguida por los
neumáticos según la invención comparados con los de la técnica
anterior.
Además, debe indicarse que estos resultados
mejorados se han conseguido junto con una reducción del peso
respecto a los neumáticos diseñados para su uso en la motocicleta de
prueba, reducción de peso que se puede estimar que es de unos 0,2 kg
para el neumático delantero y de unos 0,5 kg para el neumático
trasero, para la ventaja de una reducción de la inercia debido a las
masas no suspendidas y, en consecuencia, de la manejabilidad del
vehículo.
Obviamente, los técnicos en la materia pueden
introducir modificaciones y variantes a la invención descrita
anteriormente para satisfacer requerimientos de aplicación
contingentes y específicos, cuyas modificaciones y variantes están
incluidas de cualquier manera dentro del ámbito de protección tal
como se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (12)
1. Neumático de alta curvatura transversal para
vehículos de dos ruedas, que comprende:
a) una estructura de carcasa de telas
transversales (2) que incluye por lo menos un par de telas
superpuestas (3, 4), cada una provista de cuerdas de refuerzo (8, 9)
esencialmente paralelas entre sí en cada tela (3, 4) y orientadas a
lo largo de direcciones inclinadas en cada tela (3, 4) y opuestas
respecto a las cuerdas de la tela adyacente (3, 4) respecto al plano
ecuatorial (x-x) del neumático;
b) una estructura de cintura (10) que se extiende
coaxialmente alrededor de la estructura de carcasa, que incluye:
i) una capa radialmente interna que comprende por
lo menos una lámina (11) hecha de un material elastomérico;
ii) una capa radialmente externa que incluye una
pluralidad de bobinas circunferenciales (14a), axialmente dispuestas
una al lado de la otra, de por lo menos una cuerda inextensible,
enrollada circunferencialmente según un ángulo substancialmente nulo
respecto al plano ecuatorial (x-x) del
neumático;
c) una banda de rodadura (15), que se extiende
coaxialmente alrededor de la estructura de cintura (10).
2. Neumático según la reivindicación 1, en el que
las cuerdas de refuerzo (8, 9) incorporadas en dicho por lo menos un
par de telas superpuestas (3, 4) de la estructura de carcasa (2)
forman un ángulo de corona comprendido entre 25º y 70º respecto al
plano ecuatorial (x-x) del neumático.
3. Neumático según la reivindicación 1, en el que
las cuerdas de refuerzo (8, 9) incorporadas en dichas telas de
carcasa (3, 4) están hechas de un material diferente del material de
las cuerdas de refuerzo (8, 9) en la tela radialmente adyacente (3,
4).
4. Neumático según la reivindicación 1, en el que
la estructura de carcasa (2) también comprende una lámina (12) hecha
de un material elastomérico interpuesto entre dichas telas de
carcasa (3, 4).
5. Neumático según la reivindicación 4, en el que
dicha lámina (12) hecha de un material elastomérico interpuesta
entre dichas telas de carcasa (3, 4) incorpora medios de unión
adecuados para aumentar las propiedades de capacidad de estiramiento
sin alterar substancialmente las propiedades de adhesión del
mismo.
6. Neumático según la reivindicación 1, en el que
dicha por lo menos una lámina (11) hecha de un material elastomérico
de la capa radialmente interna de la estructura de cintura (10)
incorpora medios de unión apropiados adecuados para aumentar las
propiedades de capacidad de estiramiento sin alterar
substancialmente las propiedades de adhesión del mismo.
7. Neumático según las reivindicaciones 5 ó 6,
caracterizado por el hecho de que dichos medios de unión
comprenden pulpa de aramida.
8. Neumático según la reivindicación 1, en el que
dicha por lo menos una lámina (11) hecha de un material elastomérico
de la estructura de cintura (10) tiene un espesor comprendido entre
0,5 y 3 mm.
9. Neumático según la reivindicación 1, en el que
dichas bobinas de cuerda (14a), dispuestas según un ángulo
substancialmente nulo respecto al plano ecuatorial
(x-x) del neumático, están distribuidas con un
espesor constante a lo largo de todo el desarrollo axial de dicha
estructura de cintura (10).
10. Neumático según la reivindicación 1, en el
que dichas bobinas de cuerda (14a), dispuestas según un ángulo nulo
respecto al plano ecuatorial (x-x) del neumático,
están distribuidas con un espesor variable a lo largo de todo el
desarrollo axial de dicha estructura de cintura (10).
11. Neumático según la reivindicación 10, en el
que el espesor de dichas bobinas de cuerda (14a) aumenta
progresivamente desde dicho plano ecuatorial (x-x)
hacia los extremos de la estructura de cintura (10), teniendo dicho
espesor un valor mayor de 15 cuerdas/cm en una porción situada a
cada lado del plano ecuatorial (x-x).
12. Neumático según la reivindicación 11, en el
que el espesor según el cual dichas bobinas de cuerda (14a) están
distribuidas está determinado por la siguiente relación:
Nx=\frac{R^{2}}{r^{2}}No
en
donde,
- No es el número de bobinas (14a) de la cuerda
dispuestas en una porción central de longitud unitaria situadas a
cada lado del plano ecuatorial;
- R es la distancia entre el centro de dicha
porción y el eje de rotación del neumático;
- r es la distancia entre el centro de la porción
unitaria genérica comprendida entre el plano ecuatorial
(x-x) y los extremos de la capa radialmente externa
de la estructura de cintura (10) y el eje de rotación del
neumático;
- K es el parámetro que se tiene en cuenta el
material constituyente y la formación de las cuerdas (14), así como
la cantidad de caucho alrededor de la cuerda (14), y el peso de la
capa radialmente interna (11) de la estructura de cintura (10) en
dicha porción unitaria, que es variable con variaciones en el tipo
de material y en las características estructurales de la capa
radialmente interna (11) a lo largo del perfil de la corona que
divergen de los valores de referencia.
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