MX2014001062A - Neumatico con banda de rodamiento que tiene densidad de entalladuras variable y corona redonda. - Google Patents

Abstract

Esta invención se refiere en general a neumáticos que tienen bandas de rodamiento que tienen una configuración y/o propiedades para mantener la función de hidroplaneo, la función de frenado en seco y la resistencia al desgaste mejorada, y, mas específicamente, a un neumático que tiene una banda de rodamiento que tiene una densidad de entalladuras variable, es decir, una densidad de entalladuras mas alta en su porción central y una densidad de entalladuras mas baja en sus porciones de hombro, así como una corona redonda con una caída de perfil pronunciado predeterminada. Otra modalidad de la presente invención adicionalmente incluye la adición de un miembro que proporciona más rigidez estructural a través de la corona de un neumático, tal que se pueden obtener mejores compromisos entre las funciones de hidroplaneo, frenado en seco, y desgaste.

Description

NEUMATICO CON BANDA DE RODAMIENTO QUE TIENE DENSIDAD DE ENTALLADURAS VARIABLE Y CORONA REDONDA CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere generalmente a neumáticos que tienen bandas de rodamiento que tienen una configuración y/o propiedades para mantener la función de hidroplaneo, la función de frenado en seco y la resistencia al desgaste mejorada, y, más específicamente, a un neumático que tiene una banda de rodamiento que tiene una densidad de entalladuras variable, es decir, una densidad de entalladuras más alta en su porción central y una densidad de entalladuras más baja en sus porciones de hombro, así como una corona redonda con una caída de perfil pronunciado predeterminada. Otra modalidad de la presente invención adicionalmente incluye la adición de un miembro que proporciona más rigidez estructural a través de la corona de un neumático, tal que se pueden obtener mejores compromisos entre las funciones de hidroplaneo, frenado en seco, y desgaste.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los expertos en la técnica están familiarizados con el compromiso inherente en el diseño de un neumático que tiene tanto una larga vida útil como una buena función de hidroplaneo. Por ejemplo, una huella cuadrada en el parche de contacto de un neumático en uso usualmente se considera como Ref.:246355 óptima para lograr una larga vida útil . Tal huella proporciona una longitud de costilla equivalente en el parche de contacto, la cual generalmente es necesaria a fin de diseñar una rigidez de costilla homogénea en la dirección longitudinal o de X del neumático en cada costilla encontrada a través de la anchura completa de la banda de rodamiento. Esto es deseable, de modo que cuando se aplica un momento de torsión de impulsión al neumático, cada costilla experimenta aproximadamente la misma cantidad de tensión en la dirección de X del neumático. Este equilibrio de tensiones de X usualmente da como resultado un desgaste uniforme a través de las costillas, lo cual mejora la vida útil global de la banda de rodamiento del neumático. Tal huella cuadrada se muestra en la Figura 1.

Por otra parte, una huella ovalada o más redonda tal como se muestra en la Figura 2 , es ideal para lograr una buena función de hidroplaneo. Tal forma facilita la evacuación de agua alrededor de la huella del neumático, similar en principio a la separación de agua por la proa de un barco. Esto, a su vez, da como resultado una mayor velocidad en que comienza el hidroplaneo. Sin embargo, esto es usualmente perjudicial para la función de desgaste debido a que las costillas centrales en el parche de contacto son mucho más largas que las costillas del hombro. Esto significa que la rigidez longitudinal o en X es mayor en las costillas centrales que en las costillas del hombro. Por lo tanto, para un momento de torsión dado aplicado a una rueda, la costilla central desarrollará más tensión en la dirección de X. Como consecuencia, la costilla central se desgastará más rápido que la costilla del hombro. Por lo tanto, el desgaste no uniforme hace que las costillas centrales se desgasten antes que el hombro. Este fenómeno conduce a una vida útil más corta para la banda de rodamiento de un neumático.

Actualmente, hay diversas formas para mejorar la función de hidroplaneo o la función de desgaste del neumático que están en contradicción entre sí. Modificar la huella como se describe anteriormente es una solución que usualmente mejora una función mientras que afecta adversamente la otra función. De modo semejante, un diseñador de neumáticos puede añadir más espacio vacío a la banda de rodamiento añadiendo más surcos longitudinales o incrementando el espacio vacío de tales surcos para mejorar la función de hidroplaneo del neumático, pero esto dará como resultado menos área superficial de contacto en el parche de contacto, lo cual conduce a mayor estrés en X y un desgaste más rápido de la banda de rodamiento. Asimismo, un diseñador de neumáticos puede mejorar la función de desgaste de una banda de rodamiento modificando las propiedades del compuesto de la banda de rodamiento. Por ejemplo, un compuesto de módulo más alto puede ser más resistente al desgaste pero conducir a una función más pobre en el frenado en seco.

Consecuentemente, es deseable encontrar una construcción para la banda de rodamiento de un neumático que sea capaz de mantener una tasa de desgaste equivalente a través de la banda completa de la banda de rodamiento, mientras que al mismo tiempo mantenga la función de hidroplaneo del neumático. Además, sería ventajoso si la solución mantuviese también la función de tracción en seco.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En una modalidad, la presente invención incluye un aparato que comprende una banda de rodamiento para el uso con un neumático que define direcciones lateral y longitudinal. La banda de rodamiento tiene regiones central y de hombro y elementos de banda de rodamiento que se localizan en sus regiones centrales y de hombro. La distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en la región central está en el intervalo de 5 - 9mm y la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en una región de hombro está en el intervalo de 15 - 35mm. Al mismo tiempo, la caída de perfil pronunciado está en el intervalo de 5-9mm según se mide desde el centro de la banda de rodamiento hasta un borde de la anchura de la banda de rodamiento rodante.

En algunas modalidades, un neumático que utiliza esta densidad de entalladuras variable y caída de perfil pronunciado adicionalmente comprende una sub-banda de rodamiento perf ilada que tiene una reducción de espesor de al menos lmm desde la región de hombro de la sub-banda de rodamiento hasta la región central de la sub-banda de rodamiento y un incremento de módulo de al menos tres veces aquel del caucho de la banda de rodamiento y en algunos casos la reducción de espesor es en realidad 2mm y el incremento de módulo es al menos cuatro veces aquel del caucho de la banda de rodamiento. Cuando se utiliza una sub-banda de rodamiento perfilada, el neumático adicionalmente puede comprender primer, segundo y tercer cinturones de ruptura en donde el ángulo de los cordones del tercer cinturon se posa en un ángulo de al menos 60 grados con respecto a la dirección longitudinal del neumático . El tercer cinturon también puede tener un módulo en compresión de al menos 30 , O O 0MPa y una anchura que varía dentro del intervalo desde ser tan ancha como el segundo cinturon hasta ser 45mm menor en anchura que el segundo cinturon y puede en real idad ser 30mm menor que la anchura del segundo cinturon . Este tercer cinturon se puede colocar radialmente hacia afuera del segundo cinturon . En ciertos casos , el ángulo de los cordones varía dentro del intervalo desde 65 hasta 90 grados . En algunas modalidades, los cordones se hacen a partir de un refuerzo compuesto de vidrio y resina .

En algunas apl icaciones de neumático , el tamaño del neumático que util i za esta densidad de entalladuras variable y caída de perf il pronunciado es un neumático de tamaño 205/55R16 o un neumático de tamaño 245/45R17. En algunos casos cuando el neumático es un neumático de tamaño 205/55R16, el radio de la corona de la banda de rodamiento es 650mm cuando está inflada. En otros casos, cuando el neumático es un neumático de tamaño 245/45R17, el radio de la corona de la banda de rodamiento es 450mm cuando está inflada.

En ciertas modalidades, cuando se utiliza una densidad de entalladuras variable, la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente encontrada en la región central de la banda de rodamiento es 6mm y la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en la región de hombro de la banda de rodamiento es 20mm. Los elementos de banda de rodamiento pueden ser costillas o bloques de banda de rodamiento.

Los objetos anteriores y otros objetos, características y ventajas de la invención serán aparentes a partir de las siguientes descripciones más detalladas de las modalidades particulares de la invención, según se ilustra en las figuras acompañantes en donde números de referencia similares representan partes similares de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La FIGURA 1 es un ejemplo de una huella cuadrada de un neumático que usualmente se considera mejor para la función de desgaste del neumático; La FIGURA 2 es un ejemplo de una huella ovalada o redondeada de un neumático que usualmente se considera mejor para la función de hidroplaneo del neumático; La FIGURA 3 es una vista seccional de la mitad de un neumático que tiene una construcción estándar con una sub-banda de rodamiento que no está perfilada; La FIGURA 4 es una vista seccional de la mitad de un neumático que tiene una construcción mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente invención con una sub-banda de rodamiento que está perfilada; La FIGURA 5 representa las contribuciones relativas a la rigidez al corte de la cresta de un neumático de la banda de rodamiento y la sub-banda de rodamiento; La FIGURA 6 es una gráfica que muestra la relación no lineal entre la proporción B/H de los elementos de banda de rodamiento del neumático a un coeficiente Kde ablandamiento según se calcula por la Ecuación 4; La FIGURA 7 es la vista superior parcial de una banda de rodamiento que exhibe densidad de entalladuras variable de acuerdo con un aspecto de la presente invención; La FIGURA 8 es una gráfica que muestra la relación no lineal entre la distancia inter-entalladuras y la tracción en nieve; La FIGURA 9 es una huella de la banda de rodamiento que tiene la densidad de entalladuras variable que se muestra en la FIGURA 7; La FIGURA 10 es una gráfica que muestra las fuerzas en X experimentadas por cada una de las costillas de la banda de rodamiento de la FIGURA 7 ; La FIGURA 11 es una huella de un neumático que no tiene una sub-banda de rodamiento perfilada y que tiene una forma redondeada que es muy adecuada para la buena función de hidroplaneo de un neumático; La FIGURA 12 es una huella de un neumático que tiene una sub-banda de rodamiento perfilada y que tiene una forma redondeada que es muy adecuada para la buena función de hidroplaneo de un neumático; La FIGURA 13 es una gráfica que muestra la rigidez en X relativa de las costillas de los neumáticos ilustrados en las FIGURAS 10 y 11; La FIGURA 14 es una vista seccional de una mitad de un neumático que tiene un tercer cinturón de ruptura de acuerdo con otro aspecto de la presente invención localizado hacia fuera en la dirección de Z desde los primer y segundo cinturones de ruptura; La FIGURA 15 es una vista seccional de una mitad de un neumático que tiene una capa de refuerzo localizada adyacente a la carcasa debajo de los primer y segundo cinturones de ruptura; La FIGURA 16 es una figura producida utilizando la simulación FEA que muestra la rigidez incrementada de la banda de rodamiento que se suministra utilizando un tercer cinturón de ruptura adecuadamente configurado; La FIGURA 17 son los resultados FEA que muestran la compresión experimentada por el tercer cinturón de ruptura cuando la banda de rodamiento se encuentra con agua; y La FIGURA 18 es una gráfica producida mediante FEA que muestra una mejora predicha en la función de hidroplaneo entre un neumático que tiene y no tiene un tercer cinturón de ruptura que se configura adecuadamente.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Por elemento de banda de rodamiento, se quiere decir cualquier tipo o forma de una característica estructural encontrada en la banda de rodamiento que contacta el suelo. Ejemplos de los elementos de banda de rodamiento incluyen costillas y bloques de banda de rodamiento.

Por costilla, se quiere decir un elemento de banda de rodamiento que corre sustancialmente en la dirección X longitudinal del neumático y que no es interrumpido por ningún surco que corre en una dirección Y sustancialmente lateral o cualesquiera otros surcos oblicuos al mismo.

Por bloque de banda de rodamiento, se quiere decir un elemento de banda de rodamiento que tiene un perímetro que se define por uno o más surcos, creando una estructura aislada en la banda de rodamiento.

La dirección longitudinal o circunferencial, X, es la dirección del neumático a lo largo de la cual rueda o rota y que es perpendicular al eje de rotación del neumático.

La dirección lateral, Y, es la dirección del neumático a lo largo de la anchura de su banda de rodamiento que es sustancialmente paralela al eje de rotación del neumático. Sin embargo, por surco lateral, se quiere decir cualquier surco cuya dirección general o eje de barrido forma un ángulo con la dirección puramente lateral que es menos 45 grados .

La dirección radial, Z, es la dirección de un neumático según se mira desde su lado que es paralelo a la dirección radial de la forma generalmente anular del neumático y es perpendicular a la dirección lateral de la misma .

Por elemento de banda de rodamiento central, se quiere decir cualquier elemento de banda de rodamiento localizado dentro del 60% central de la anchura de la banda de rodamiento que contacta el camino durante el uso normal del neumático. Por elemento de banda de rodamiento de hombro, se quiere decir cualquier elemento de banda de rodamiento localizado dentro del 40% exterior de la anchura de la banda de rodamiento que contacta el camino durante el uso normal del neumático. Para una banda de rodamiento simétrica, las regiones de hombro constituyen el 20% exterior de la anchura de la banda de rodamiento a cada lado del plano medio del neumático. Para una banda de rodamiento que tiene cinco costillas de anchura sustancialmente igual en la dirección Y lateral del neumático, las tres costillas intermedias son las costillas centrales y las dos costillas exteriores son las costillas de hombro. Se contempla que estas regiones se pueden ajustar dependiendo de otros factores, tales como dónde se experimentan típicamente las fuerzas de impulsión o positivas y las fuerzas de frenado o negativas en un neumático durante el uso normal .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Las modalidades de la presente invención incluyen construcciones que modifican la rigidez de los elementos de banda de rodamiento encontrados en la banda de rodamiento de un neumático a fin de romper el compromiso encontrado entre las funciones de desgaste y de hidroplaneo. En ciertas instancias, también se mantiene la tracción en seco. Se debe notar que una, todas o cualquier combinación de las modalidades discutidas anteriormente puede ser satisfactoria para lograr estas funciones deseadas dependiendo de la aplicación. Además, estas técnicas se pueden utilizar en un sinfín de elementos de banda de rodamiento incluyendo costillas y bloques de banda de rodamiento.

Mirando las Figuras 3 y 4, se muestran respectivamente la mitad de una construcción de banda de rodamiento estándar para un neumático de tamaño 205/55R16 que no tiene una sub-banda de rodamiento 100 perfilada y la mitad de una construcción de banda de rodamiento estándar que tiene una sub-banda de rodamiento 200 perfilada para un neumático de tamaño 205/55R16de acuerdo con un aspecto de la presente invención. Los neumáticos aquí discutidos y aquellos que se representan en las Figuras 3 y 4, definen direcciones X longitudinal, Y lateral, y Z radial. Como se explicará más adelante, la forma y las propiedades de esta sub-banda de rodamiento 200 mejorada ayudan a equilibrar las rigideces de los elementos de banda de rodamiento en la dirección longitudinal o de X a través de la anchura de la banda de rodamiento. Esto permite la creación de una huella más redonda para la función de hidroplaneo mejorada sin incrementar las fuerzas/tensiones en X en los elementos de banda de rodamiento centrales que conducen a una vida útil acortada de la banda de rodamiento del neumático. Enfocando la atención en la FIGURA 3, se muestra una sub-banda de rodamiento 100 que tiene un espesor relativamente constante de 2.2mm y un módulo de extensión que está relativamente cercano a aquel de la banda de rodamiento. Por el contrario, la sub-banda de rodamiento 200 de la Figura 4 tiene un espesor de 2.2mm en las regiones de hombro, el cual se estrecha hasta cero a medida que se aproxima a la línea central CL del neum tico- El módulo de esta sub-banda de rodamiento es al menos tres veces, y preferiblemente cuatro veces aquel del caucho de la banda de rodamiento. La ventaja de esta construcción es la siguiente.

La meta del inventor en utilizar esta construcción es permitir la creación de una huella optimizada para el hidroplaneo, como se muestra en la FIGURA 2, manteniendo al mismo tiempo rigideces de costilla equivalentes. La sub-banda de rodamiento de alto módulo, de espesor variable es un elemento de diseño habilitante. Tal sub-banda de rodamiento incrementa la rigidez al corte en el plano X-Z en la región de hombro, lo cual tiene efecto sobre las fuerzas/tensiones en X experimentadas por los elementos de banda de rodamiento asociados como se describirá más adelante. Con referencia a la Figura 5, la rigidez al corte en X-Z del compuesto de banda de rodamiento y sub-banda de rodamiento, Geq, puede ser aproximada por la Ecuaciónl : Ecuación 1 donde ?? es el espesor de la banda de rodamiento en la dirección de Z, Gi es el módulo o rigidez al corte de la banda de rodamiento, T2 es el espesor de la sub-banda de rodamiento en la dirección de Z, y G2 es el módulo o rigidez al corte de la sub-banda de rodamiento.

De la misma manera, la rigidez de la costilla en la dirección de X, Kx, se puede igualar entonces para elemento de banda de rodamiento, utilizando la Ecuación 2 Ecuación 2 donde L es la longitud del elemento de banda de rodamiento en la dirección de X, W es la anchura del elemento de banda de rodamiento en la dirección de Y, Tx es el espesor de la banda de rodamiento en la dirección de Z, T2 es el espesor de la sub-banda de rodamiento en la dirección de Z y CSR es la proporción de superficie de contacto del caucho del elemento de banda de rodamiento al área aparente en el parche de contacto de la banda de rodamiento.

Además, el inventor utilizó otra técnica para modificar la rigidez del elemento de banda de rodamiento en la dirección de X. Ésta involucra el uso de entallado en el elemento de banda de rodamiento para cambiar la rigidez al corte, Gi, del elemento de banda de rodamiento de la siguiente manera. Este módulo o rigidez al corte se puede calcular por la Ecuación 3 : Ecuación 3 Gcaucho es el módulo de cizallamiento del caucho sotrópico utilizado en el elemento de banda de rodamiento y es un factor de ablandamiento que explica el cumplimiento de combado adicional. Esto se puede computar utilizando la Ecuación 4 : Ecuación 4 2 K = 1 + 9(B / H) donde B es la dimensión de la base del elemento de banda de rodamiento en la dirección de X y H es la dimensión de la altura del elemento de banda de rodamiento en la dirección de Z.

La Figura 6 muestra una gráfica que representa la relación de K versus B/Hsegún se calcula utilizando la Ecuación 4. Para las proporciones de B/H que son mayores que 2 (por ejemplo, un bloque de banda de rodamiento que tiene una dimensión de la base de 16mm y una dimensión de la altura de 8mm) , casi no hay ablandamiento de la banda de rodamiento debido al combado. Sin embargo, para una proporción de B/H de 0.5, K es aproximadamente 1.9 denotando que la rigidez al corte Gi equivalente se reducirá casi por un factor de 2 en comparación a lo que habría sido si el elemento de banda de rodamiento fuera una costilla sólida.

Esta técnica se puede aplicar a costillas y bloques de banda de rodamiento del mismo modo. Cuando se aplica a una costilla, la dimensión de la base es la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente encontrada dentro de la costilla. Cuando se aplica a un bloque de banda de rodamiento, la dimensión de la base es la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente encontrada dentro del bloque de banda de rodamiento o hasta un surco que define el borde de un bloque de banda de rodamiento.

Esta técnica se puede utilizar para hacer que cada elemento de banda de rodamiento tenga rigidez al corte equivalente para un desgaste uniforme. Si la relación B/H es la misma para cada elemento de banda de rodamiento a través de la anchura de la banda de rodamiento en la dirección de Y, entonces la longitud de cada uno de estos elementos de banda de rodamiento en el parche de contacto debe ser la misma y se impone un parche de contacto de forma cuadrada . Esto conduce a una pobre resistencia al hidroplaneo para el neumático. Cuando la proporción B/H es mayor en el elemento de banda de rodamiento de hombro en comparación al elemento de banda de rodamiento central, entonces la longitud del elemento de banda de rodamiento de hombro en el parche de contacto se puede reducir en comparación a la longitud del elemento de banda de rodamiento central, mientras que se mantiene todavía una rigidez al corte equivalente entre estos elementos de banda de rodamiento. De esta manera, se puede utilizar una huella más redonda que es buena para la función de hidroplaneo sin degradar la función de desgaste.

Por ejemplo, un elemento de banda de rodamiento central en la forma de una costilla puede tener las siguientes dimensiones: H= ?? = 8mm y B/H = 0.6. Luego, como se indica por la Figura 4, K = 1.6 dado que T2 = 2 mm y G = IMPa y W = 20mm mientras que CSR = 0.8. Entonces utilizando las Ecuaciones 1 a 3, la rigidez de la costilla central Kxctr = 1.08 Lctr- Utilizando la misma CSR y anchura para un elemento de banda de rodamiento de hombro que también toma la forma de una costilla, pero utilizando una proporción B/H que es igual a 2, K se vuelve 1.05 a partir de la Figura 4. Nuevamente, utilizando las Ecuaciones 1 a 3, Kxshi =1.53 Lshi. Debido a que es deseable que Kxshi debiese ser igual a Kxctr/ se puede computar que Lshi= 0.71. Por lo tanto, para este ejemplo, la costilla del hombro puede ser 29% más corta en el parche de contacto que la costilla central, dando una huella más redonda que es mejor para la función de hidroplaneo mientras que se mantiene una función de desgaste uniforme de la banda de rodamiento.

Modalidad I - Densidad de Entalladuras Variable Como se acaba de discutir, disminuyendo la densidad de entalladuras en el elemento de banda de rodamiento de hombro, en comparación al elemento de banda de rodamiento central, se puede rigidizar preferiblemente el elemento de banda de rodamiento de hombro y ablandar los elementos de banda de rodamiento centrales. La Figura 7 muestra un ejemplo de esto aplicado a un neumático que tiene cinco costillas. La distancia, Dctr, desde la entalladura hasta una entalladura adyacente para las costillas 202 centrales fue aproximadamente 5.5mm mientras que la distancia, Dshi, desde la entalladura hasta una entalladura adyacente para las costillas 204 del hombro fue aproximadamente 25mm. Esta forma es relativamente cuadrada, pero se puede hacer más redondeada agregando una caída pronunciada adecuada, Ddrp, de aproximadamente 5 - 9mm (véase la Figura 4 para ver cómo se mide ésta) . Usualmente, la caída se puede ajustar a fin de hacer la longitud del elemento de banda de rodamiento de hombro 70 - 80% de la longitud del elemento de banda de rodamiento central de modo que se pueda mantener la función de hidroplaneo mejorada. Por consiguiente, esta modalidad principalmente muestra la habilidad de una densidad de entalladuras variable para mejorar las características de desgaste. Modalidades adicionales mostrarán cómo se puede combinar esto con otros elementos de diseño, tal como una corona más redonda, para mejorar simultáneamente la función de hidroplaneo.

Además de ayudar a romper el compromiso entre las funciones de desgaste y de hidroplaneo, una densidad de entalladuras variable es también útil para romper el compromiso entre la tracción en nieve y en seco. La Figura 8 representa la relación entre la distancia inter-entalladuras o EIL (eje x) y la función de tracción en nieve o giro GM (eje y) . Esta relación es no lineal, lo que significa que tener costillas centrales con una pequeña distancia entre entalladuras ayuda a ganar tracción en nieve mientras que tener una distancia grande entre entalladuras en las costillas del hombro, que usualmente llevan más carga en el frenado en seco, ayuda a mejorar la tracción en seco. Consecuentemente, hay un mejor compromiso entre la tracción en nieve y en seco utilizando una densidad de entalladuras variable entre las porciones de hombro y centrales del neumático.

Los neumáticos que utilizan el patrón de banda de rodamiento mostrado en la FIGURA 7 se hicieron y probaron para encontrar las fuerzas en el parche de contacto y también se probaron en la función de desgaste contra un neumático testigo. La Figura 9 muestra la huella de neumático real de la banda de rodamiento que tiene una densidad de entalladuras variable para una carga Z vertical de 420 DaN (428.28 kgf) y una presión de inflado de 2.2 bares. Las entalladuras centrales no se ven en la impresión de tinta debido a que se cierran cuando estaban en el parche de contacto. Las fuerzas X medidas en el área de contacto se muestran en la FIGURA 10 para el caso donde la fuerza X total aplicada al neumático fue 100 DaN (101.97 Kgf). Nótese que las costillas del hombro desarrollaron fuerzas de impulsión más fuertes que las costillas centrales, indicando que debe ser lograble una mejora en el desgaste de la banda de rodamiento.

Estos neumáticos se probaron en desgaste contra un neumático de producción actual que es también un neumático de tamaño 205/55R16. Incluso aunque el neumático de producción actual tuvo una profundidad de banda de rodamiento de 9mm versus una profundidad de banda de rodamiento de 8mm para los neumáticos que tienen una densidad de entalladuras variable, los neumáticos que tienen una densidad de entalladuras variable exhibieron una mejora del 8% en el desarrollo de desgaste de severidad media en comparación al neumático de producción actual. Además, también hubo una mejora de 117% en el desarrollo de desgaste de alta severidad. El radio de la corona de este neumático dimensionada según se indica anteriormente fue 450mm.

Resultados similares se obtuvieron para un neumático 245/45R17 utilizando simulaciones FEA que tenía variaciones similares en la densidad de entalladuras. Para este escenario, hay un incremento del 20% en la anchura de la banda de rodamiento rodante y poco cambio en la altura de la sección, pero la variación en la densidad de entalladuras así como un perfil de caída pronunciado, como se discute anteriormente fueron aproximadamente los mismos. El radio de la corona de este neumático dimensionada según se indica anteriormente fue 650mm. Esto muestra la versatilidad de la presente invención.

Modalidad II - Sub-Banda de Rodamiento Perfilada con una Densidad de Entalladuras Variable y una Corona Redonda Se fabricaron y probaron neumáticos que tienen las arquitecturas mostradas en las vistas en sección trasversal de las Figuras 3 y 4. El diseño de la banda de rodamiento de estos neumáticos también incluyó una densidad de entalladuras variable donde Dshi fue 24mm y Dctr fue 5mm (véase la Figura 7 para ver cómo se miden estas dimensiones) . La huella resultante del diseño estándar de la Figura 3 se muestra en la FIGURA 11. Esta forma es medianamente redonda para proporcionar una buena función de hidroplaneo, ya que la costilla central es significativamente más larga que la costilla del hombro. De la misma manera, la huella resultante del diseño que tiene una sub-banda de rodamiento perfilada de la Figura 4 se muestra en la FIGURA 12. Esta huella también es medianamente redonda con la costilla central mostrando una longitud incrementada en comparación a la costilla del hombro. Esto indica que la función de hidroplaneo para los dos neumáticos es sustancialmente similar. Para el diseño modificado, el módulo de la sub-banda de rodamiento fue aproximadamente 12 MPa mientras que el módulo de la banda de rodamiento fue aproximadamente 3 MPa. Por lo tanto, el módulo de la sub-banda de rodamiento fue aproximadamente cuatro veces más que el módulo de la banda de rodamiento.

Volviendo ahora a la Figura 13, la rigidez de la costilla de la arquitectura estándar con densidad de entalladuras variable y la arquitectura modificada con densidad de entalladuras variable se muestra a través de la anchura de la banda de rodamiento de neumático. La gráfica proporciona la fuerza X por costilla llevada para el caso de una fuerza X total de 100 DaN (101.97 Kgf) . Como se puede ver, la arquitectura estándar tiene una fuerza X más alta en la costilla central en comparación a la arquitectura modificada. La fuerza X de la costilla central es aproximadamente 21% más alta que la fuerza X de la costilla del hombro, pero la longitud de la costilla central es 31% más larga que la longitud de la costilla del hombro. Incluso con esta arquitectura estándar, el diseño de la banda de rodamiento de densidad de entalladuras variable proporciona una mejora moderada en la homogeneidad de la rigidez de la costilla. No obstante, los expertos en la técnica reconocerán que la fuerza central X más alta indica un probable desgaste central en el eje motriz de una tracción delantera o trasera de un vehículo. Por otra parte, cuando la arquitectura modificada se superpone con la densidad de entalladuras variable, resulta la distribución de fuerzas más homogénea de la Figura 13. De hecho, las costillas del hombro llevan ligeramente más fuerza que las tres costillas centrales. Nuevamente, los expertos en la técnica reconocerán que esto es preferencial para reducir una irregular forma de desgaste, llamada desgaste del "talón/dedo del pie" . Tener una costilla del hombro más rígida, en el contexto de una huella redonda, es un beneficio único y ventajoso de la invención como se describe aquí .

Modalidad III- Adición de un Tercer Cinturón Fracturador En algunas aplicaciones de neumático, es benéfico utilizar un caucho de banda de rodamiento suave ya que esto ayuda a las funciones del neumático tal como la tracción. Sin embargo, esto puede tener un impacto negativo sobre la función de hidroplaneo ya que esto hace la banda de rodamiento más plegable. Consecuentemente, el inventor probó neumáticos que tenían un tercer cinturón 206 de ruptura, localizado radialmente hacia afuera en la dirección de Z desde los primer y segundo cinturones 208, 210 (véase la Figura 14) para ver si esto podría compensar la pérdida de la función de hidroplaneo asociada con un caucho de banda de rodamiento más suave mientras que todavía permitiese que se logre la ganancia en la tracción.

Como se muestra por la tabla 1, se probaron cinco escenarios. El primer escenario fue un neumático de referencia con un caucho de banda de rodamiento de módulo promedio. El segundo escenario fue un neumático con un caucho de banda de rodamiento que fue más suave o que tuvo un módulo menor que el neumático de referencia. El tercer escenario utilizó un neumático que fue esencialmente la misma que aquella utilizada en el segundo escenario excepto que se agregó un tercer cinturón de ruptura. La construcción de este neumático se muestra en la FIGURA 14 y utiliza cordones que se posan a 65 grados desde la dirección de X del neumático. El cuarto escenario utiliza un neumático que se construye de modo semejante al neumático de referencia excepto que el tercer cinturón se agregó como aquel del tercer escenario. El quinto escenario, como se muestra por la Figura 15, utilizó un neumático que tiene un caucho de banda de rodamiento suave tal como aquel utilizado en el segundo escenario excepto que una capa 212 de refuerzo con cordones posados en 90 grados desde la dirección de X o paralelos a la dirección de Y del neumático se agregó debajo de los primer y segundo cinturones 208, 210 de ruptura cerca de la carcasa.

TABLA 1 Como se esperaba, la experimentación del segundo escenario mostró una disminución en la función de hidroplaneo del 6%. Sin embargo, la adición de un tercer cinturón de ruptura inesperadamente incrementó la función de hidroplaneo por 3 a 5% según se evidencia por los resultados experimentales de los escenarios 3 y 4. Esto le da al diseñador de neumáticos la opción de mejorar la tracción y compensar la pérdida en la función de hidroplaneo agregando el tercer cinturón de ruptura o mejorar la función de hidroplaneo sola al utilizar un caucho de banda de rodamiento de módulo promedio. El último escenario muestra que la ubicación de la capa de refuerzo ayuda a proporcionar estos resultados críticos ya que no se mostró mejora alguna agregando una capa de refuerzo cerca de la carcasa.

El inventor procedió a investigar estos resultados sorprendentes utilizando el modelado FEA. Las Figuras 16 y 17 muestran que el tercer cinturón crea un refuerzo estructural en el plano Y-Z que ayuda a la banda de rodamiento a deformarse menos cuando se encuentra con agua (la banda de rodamiento mejorada se muestra por líneas 214 discontinuas en la FIGURA 16 mientras que la banda de rodamiento estándar se muestra en líneas 216 continuas) en comparación a la banda de rodamiento estándar que carece del tercer cinturón, ayudando al neumático a permanecer en contacto con el suelo y resistir el hidroplaneo. Se debe notar a partir de la Figura 17 que el tercer cinturón de ruptura experimenta tensión compresiva al resistir el hidroplaneo por lo que en el tercer cinturón debe estar presente un módulo compresivo adecuado a fin de ganar este beneficio. La experimentación ha revelado que se debe utilizar un módulo compresivo de al menos 30,000 MPa para tener este beneficio. Una sección transversal monolítica de un refuerzo compuesto, tal como vidrio y resina, se puede utilizar en los cordones del tercer cinturón para lograr el módulo compresivo deseable.

Asimismo, el modelado ha mostrado que la anchura del tercer cinturón no tiene que ser la misma que el segundo cinturón y puede ser hasta 45mm menor en anchura. Para esta modalidad particular, la anchura del cinturón fue 30mm menor que la anchura del segundo cinturón. Además, el refuerzo de nailon que se utiliza para ayudar a prevenir la separación del cinturón y que se enrolla en la dirección de X del neumático sólo necesita localizarse en las regiones de hombro de la banda de rodamiento. Además, los ángulos en que los cordones de la tercera capa pueden ser orientados con respecto a la dirección de X pueden variar dentro del intervalo desde 60 hasta 90 grados.

Finalmente, la Figura 18 muestra que la mejora en la función de hidroplaneo utilizando un tercer cinturón predicha por la simulación es un pequeño porcentaje. Esto valida la exactitud y confiabilidad del modelo para diseñar aplicaciones de neumáticos del mundo real debido a que los resultados del modelado coinciden con los datos de pruebas de neumáticos del mundo real.

Como se puede ver, ciertas modalidades de la presente invención ayudan a romper el compromiso entre las funciones de hidroplaneo y desgaste y/o las funciones de tracción en nieve y en seco ya sea en combinación o por sí mismas. Consecuentemente, diferentes combinaciones de las modalidades aquí discutidas se contemplan por el inventor y se consideran parte de esta descripción y pueden ser útiles para diferentes aplicaciones de neumático.

Mientras que esta invención se ha descrito con referencia a las modalidades particulares de la misma, se entenderá que tal descripción está a manera de ilustración y no a manera de limitación. Por ejemplo, la presente invención se podría combinar con propiedades materiales del caucho de banda de rodamiento para producir más mejoras. De modo semejante, esta invención se puede aplicar a neumáticos que tienen toda clase de elementos de banda de rodamiento incluyendo costillas y bloques de banda de rodamiento. Además, se han dado dimensiones particulares pero está perfectamente dentro del alcance de un experto en la técnica hacer ajustes a estas dimensiones y todavía practicar el espíritu de la presente invención. Consecuentemente, el alcance y contenido de la invención se deben definir sólo por los términos de las reivindicaciones anexas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un aparato caracterizado porque comprende una banda de rodamiento para el uso con un neumático que define direcciones lateral y longitudinal, la banda de rodamiento que tiene porciones central y de hombro y elementos de banda de rodamiento con entalladuras que se localizan en sus regiones centrales y de hombro, en donde: la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en la región central está en el intervalo de 5 - 9mm: la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en una región de hombro está en el intervalo de 15 - 35mm; y la caída de perfil pronunciado está en el intervalo de 5 - 9mm según se mide desde el centro de la banda de rodamiento hasta un borde de la anchura de la banda de rodamiento rodante.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente comprende una sub-banda de rodamiento perfilada que tiene una reducción de espesor de al menos lmm desde la región de hombro de la sub-banda de rodamiento hasta la región central de la sub-banda de rodamiento y un incremento de módulo de al menos tres veces aquel del caucho de la banda de rodamiento.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque adicionalmente comprende unos primer, segundo y tercer cinturones de ruptura en donde el ángulo de los cordones del tercer cinturón se posa en un ángulo de al menos 60 grados con respecto a la dirección longitudinal del neumático, eltercer cinturón que tiene un módulo en compresión de al menos 30,000 MPa y que tiene una anchura que varía dentro del intervalo desde ser tan ancha como el segundo cinturón hasta ser 45mm menor en anchura que el segundo cinturón, la tercera capa que se coloca también radialmente hacia afuera del segundo cinturón.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la banda de rodamiento se utiliza con un neumático de tamaño 205/55R16.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la banda de rodamiento se utiliza con un neumático de tamaño 245/45R17.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el radio de la corona de la banda de rodamiento es 650mm cuando está inflada.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el radio de la corona de la banda de rodamiento es 450mm cuando está inflada.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la reducción de espesor desde la región de hombro de la sub-banda de rodamiento hasta el hombro es al menos 2mm y el incremento de módulo es al menos cuatro veces aquel del caucho de la banda de rodamiento.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el ángulo en que se posan los cordones desde la dirección longitudinal del neumático varía dentro del intervalo desde 65 a 90 grados.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los cordones del tercer cinturón comprenden un refuerzo compuesto hecho de vidrio y resina.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la anchura del tercer cinturón es 30mm menor que la anchura del segundo cinturón.

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en la región central de la banda de rodamiento es 6mm y la distancia desde una entalladura hasta una entalladura adyacente en un elemento de banda de rodamiento encontrado en la región de hombro de la banda de rodamiento es 20mm.

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de banda de rodamiento son bloques.