BR9916547B1 - dispositivo e processo para fabricar um cordonel metÁlico, cordonel metÁlico particularmente para reforÇar produtos elastomÉricos compàsitos e pneumÁtico para rodas de veÍculos. - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO E PROCESSO PARA FABRICAR UIvl CORDOKtELMETÁLICO, CORDONEL METÁLICO PARTICULARMENTE PARAREFORÇAR PRODUTOS ELASTOMÉRICOS COMPÓSITOS EPNEUMÁTICO PARA RODAS DE VEÍCULOS".

Essa invenção refere-se a um dispositivo para a préconformação e um ou mais fios elementares formando um cordonel dereforço metálico. Esse cordonel é especialmente adequado para o reforço deprodutos de matriz de compósito elastomérico, tal como pneumáticos.

Em particular, o dispositivo de pré conformação de acordocom a presente invenção é adequado para a operação em fios metálicos dealto teor de que são preferidos para a fabricação de cordonéis de altoalongamento.

A expressão "alto alongamento" é utilizada para indicar acapacidade dos elementos de reforço a serem esticados sob tensão, pelomenos inicialmente, a uma extensão considerável, graças ao emprego demateriais específicos e/ou determinados formatos geométricosespecificamente selecionados de forma a preencher as fases de fabricação emparticular dos pneumáticos e/ou condições de uso dos pneumáticos.

Em particular, esses cordonéis, definidos como "HE" (altoalongamento), apresentam um alongamento final entre 4% e 10%.

Os fios que saem desse dispositivo de pré conformação deacordo com a invenção são subseqüentemente alimentados para uma estaçãode criação de fios tradicional conhecida da técnica onde os fios pré formadossão torcidos em torno do eixo longitudinal do cordonel obtido dessa forma.

Um objetivo adicional da presente invenção é umprocedimento para a fabricação do dito cordonel, compreendendo asseguintes fases: pré formação de um ou mais fios elementares formando odito cordonel através do fato de submeter os mesmos a uma deformaçãopermanente ao longo de seu desdobramento longitudinal; criando o fio apartir de fios elementares por meio de uma torção hel-coidal em torno do eixolongitudinal do cordonel.

Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um cordonelmetálico, preferivelmente um cordonel de reforço, obtido por meio de umprocesso de pré formação e de uma criação de cordonel subsequente do tiposupra citado.

O cordonel é especialmente desenhado a fim de ser utilizadona fabricação de componentes de pneumático para veículos a motor m aspode ser facilmente empregado para fabricar outros itens, tais como porexemplo, tubos para fluidos em alta pressão, correias, transportadores tipocorreia ou qualquer outro produto feito de material compósito com base emelastômero.

Como é sabido, os cordonéis metálicos normalmenteempregados para reforçar produtos elastoméricos são geralmente feitos devários fios elementares torcidos de forma helicoidal em torno de um eixo quecoincide com o desdobramento longitudinal dos cordonéis propriamenteditos.

Preferivelmente, os ditos cordonéis são produzidos por meiode máquinas de criação de cordonel compreendendo: uma estrutura desuporte; um rotor acoplado à dita estrutura de suporte que é rotativa deacordo com um eixo pré definido; um berço fixado à estrutura de suporte deacordo com um eixo de oscilação que coincide com o eixo de rotação dorotor; dispositivos de alimentação montados de forma operacional no ditoberço e/ou em seu exterior, adequados para alimentar um ou mais fioselementares que provêm de respectivos carretéis de alimentação, os ditos umou mais fios elementares sendo acionados ao longo dos caminhos de criaçãode cordonel adequados; e preferivelmente pelo menos um dispositivo de préformação operando em um ou mais fios elementares em uma seção de fiosque precede a fase de criação de cordonel subsequente.Esse dispositivo de pré formação impõe aos ditos um ou iraisfios uma deformação permanente adequada para suportar e aperfeiçoar adisposição subsequente dos fios de acordo com um desdobramento helicoidalque garante a manutenção necessária da compactação estrutura do cordonel.

Adicionalmente, é importante se notar que esses cordonéis,especialmente quando empregados na fabricação de pneumáticos, sãogeralmente fornecidos com uma alta resistência mecânica e permitem umaboa aderência físico-química com o material elastomérico no qual sãoembutidos, além de uma penetração eficiente do dito material no espaço quecerca cada fio do dito cordonel.

De fato é sabido que a fim de se eliminar o risco dos cordonéissofrerem um fenômeno de corrosão indesejado uma vez que são introduzidosem um pneumático, ou dentro de qualquer produto feito de materialelastomérico, é muito importante que os fios elementares formando oscordonéis sejam totalmente revestidos, em toda a sua extensão superficial,pelo material elastomérico no qual o cordonel está embutido.

Esse resultado, que é mais difícil de ser alcançado quandocordonéis mais complexos são considerados, não é facilmente obtido mesmoquando se está lidando com cordonéis formados por um baixo número de fioselementares.

De fato, a fim de se conferir a estabilidade geométrica eestrutura necessária ao cordonel, os fios elementares que formam o cordonelsão compactados, isso é, posicionados intimamente em contato com o outro,levando à formação de uma ou mais cavidades fechadas dentro do ditocordonel que se estendem ao longo do desdobramento longitudinal docordonel.

Essas cavidades são fechadas e, consequentemente, nãopodem ser alcançadas pelo material elastomérico durante as fases deemborrachamento normais do cordonel e, como conseqüência disso, acorrosão pode se desenvolver dentro das ditas cavidades fechadas e sepropagar ao longo dos fios elementares formando o cordonel.

Como conseqüência disso, isso significa, por exemplo, quedevido a cortes ou perfurações na estrutura do pneumático, ou por qualqueroutra razão, umidade e/ou agentes externos podem penetrar nas ditascavidades fechadas iniciando de forma inevitável um rápido processo decorrosão dos fios elementares, comprometendo dessa forma muito aresistência estrutural do cordonel e do pneumático.

Adicionalmente, a presença das ditas cavidades fechadas quenão podem ser alcançadas pelo material elastomérico envolve uma aderênciareduzida dos fios ao elastômero, que - acima de tudo se os ditos cordonéisforem utilizados para a fabricação de pneumáticos - em uso pode causar umatendência indesejada dos fios se separarem do elastômero.

Uma desvantagem adicional decorrente do emborrachamentoinsuficiente dos fios, causada pela presença das ditas cavidades fechadas, é odesdobramento do atrito dos fios em contato um com o outro. Isso gera umadegeneração inevitável da resistência à fatiga dos fios e, consequentemente,do cordonel.

Uma tentativa de se superar esse tipo de problema conhecidoda técnica consiste da utilização de cordonéis "abertos", onde os fios(geralmente de três a cinco) são mantidos distantes um do outro durante todaa fase de emborrachamento, realizada de acordo com os procedimentosconhecidos consistindo da manutenção de uma carga de tração que nãoexcede cinco quilos aplicada ao cordonel.

Os ditos cordonéis são, por exemplo, descritos na patente U.S.No. 4.258.543 no nome do requerente. Esses cordonéis permitem uma maiorpenetração da borracha entre os fios formando os cordonéis.

Entretanto, os cordonéis obtidos dessa forma apresentamvários problemas, especialmente em uso, visto que os fios que formam oscordonéis tendem a ser distanciados também quando são submetidos a umatensão de tração considerável durante a fabricação do pneumático e durante ouso do pneumático. Esse fato causa uma instabilidade geométrica e estruturaindesejada dos cordonéis que danifica o desempenho do pneumático.

De acordo com uma modalidade adicional da técnica anterior,os cordonéis de diâmetro duplo são utilizados, isso é, cordonéis com doispares de fios onde o diâmetro dos fios do primeiro par é adequadamentediferenciado do segundo par.

É conhecida também (ver patente EP 168.857) a criação deum cordonel metálico possuindo um primeiro par de fios elementares dediâmetro igual e um segundo par de fios elementares com um diâmetromenor do que o do primeiro par. Os ditos primeiro e segundo pares sãoalimentados para dentro de uma máquina de criação de cordonel de coletainterna convencional depois de cruzar o cabeçote de pré formação circularonde os fios dos primeiro e segundo pares seguem caminhos que garantem asações de pré formação diferenciadas com relação uma à outra.

O cordonel obtido dessa forma, consequentemente, apresentao par de fios com um diâmetro maior torcido de forma helicoidal juntos e emcontato alternado, enquanto cada fio do segundo par é intercalado entre osdois fios do primeiro par e se estende em paralelo ao último, sendodistanciado adequadamente dos mesmos.

Dessa forma, as cavidades fechadas supra citadas sãoeliminadas da seção transversal do cordonel, garantindo a total cobertura dosfios elementares pelo material elastomérico utilizado durante a fase deemborrachamento.

Entretanto, a solução técnica sugerida exige que os fios commenor diâmetro sejam distanciados dos com diâmetro maior também quandoo cordonel é submetido à tensão de tração em uso. Esse fato, como para oscordonéis chamados "abertos", causa uma determinada instabilidadegeométrica e estrutura do cordonel que não é vantajosa.

Adicionalmente, é muito difícil se conferir ao cordonel obtidodessa forma uma configuração geométrica precisa e regular em cada ponto deseu desdobramento longitudinal visto que a posição alternada constante dosfios no cordonel é garantida pelo tipo em particular de dispositivo de préformação utilizado mas a distância entre os fios com o diâmetro menor e osfios com diâmetro maior tende a variar randomicamente em vários pontos dodesdobramento longitudinal, tanto em condição de repouso quanto em uso docordonel.

De acordo com um método de pré formação adicionalconhecido da técnica e descrito na patente U.S. 4.258.543 supra citada nonome do requerente, uma máquina de pré formação de cilindro pode serutilizada. O cilindro é excêntrico e apresenta vários assentos de pré formação,cada um localizado de forma a engatar de forma operacional um fioelementar respectivo do cordonel.

Esses assentos de pré formação são sulcos circunferenciais nasuperfície do cilindro, a largura do qual é substancialmente igual ao diâmetrodo fio elementar correspondente, com uma parte de extremidade de perfilsemicircular possuindo um eixo coplanar com o das partes de extremidadedos outros sulcos circunferenciais.

Dessa forma, a pré formação pode ser variada pelo ajuste doraio de curvatura dos ditos sulcos ou pelo ajuste da tensão aplicada ao fio.Entretanto, mesmo essa solução apresenta problemas visto que a ação de préformação operada no fio é freqüentemente impedida por puxões dinâmicos nafiação.

Para solucionar o problema de um emborrachamentoinsuficiente dos fios de um determinado cordonel - fato que pode, comomencionado, causar problemas de corrosão conseqüentes indesejados - umasolução sugerida consiste de cordonéis geralmente formados com um baixonúmero de fios, onde pelo menos um dos fios elementares é deformadodurante a pré formação de forma a adquirir um padrão que não é maiscontínuo mas apresenta uma linha interrompida adequada.

Tal modalidade é descrita, por exemplo, na patente U.S.5.020.312 de acordo com a qual pelo menos um fio de um determinadocordonel é submetido a um padrão em zigue-zague ao longo da direçãolongitudinal do dito cordonel.

Isso torna o contato contínuo entre pelo menos dois fiosadjacentes ao longo do desdobramento longitudinal do cordonel impossível,causando dessa forma a formação das áreas de destaque entre os ditos doisfios, isso é, aberturas de entrada permitindo a introdução de material deemborrachamento em cada dobra em zigue-zague do fio.

De acordo com o assunto descrito nesse documento, um oumais fios adequados para a formação de um determinado cordonel sãodesenrolados a partir de respectivos carretéis de armazenamento ealimentados para um par de rodas com dentes opostas através das quais o umou mais fios supra citados são passados e pré formados de acordo com adireção axial conferindo o padrão em zigue-zague supra citado.

Esse tipo de pré formação é exaustivamente descrito eilustrado em detalhes também na patente U.S. 5.581.990.

Entretanto, o maior problema apresentado pelos cordonéisfabricados de acordo com esse método operacional reside em uma quebranotável das fibras externas dos fios que formam um determinado cordonel novértice da dobra. Esse fato envolve uma diminuição inevitável e indesejávelnos valores de resistência à fatiga do dito cordonel e, consequentemente, umadiminuição no nível qualitativo do pneumático no qual o dito método éutilizado.

Adicionalmente, é conhecido o uso de dispositivos de préformação fornecidos com os cabeçotes de pré formação para imprimir umadeformação axial a um ou mais dos ditos fios. Mais particularmente, apatente U.S. No. 5.319.915 descreve o posicionamento de uma superfícieplana, que se estende em paralelo ao eixo de um fio, antes da formação decordonel. A dita superfície plana é fornecida com cabeçotes de pré formaçãoconsistindo de vários pinos posicionados de forma perpendicular com relaçãoa essa superfície plana a uma distância regular um do outro.

Como ilustrado na patente U.S. No. 5.722.226, os ditos pinospodem ser localizados em uma estrutura de suporte que pode também sercônica ou cilíndrica (isso é, não necessariamente plana) e pode ser alinhadaou adequadamente escalonada para fornecer o fio a ser pré formado com umcaminho desejado em zigue-zague.

Esse dispositivo, consequentemente, é posicionado de formaque o dito fio passe alternativamente sobre e sob a dita seqüência decabeçotes, enquanto todo o dispositivo é girado em torno de seu eixo que éparalelo ao eixo do fio.

Descobriu-se surpreendentemente um sistema de criação decordonéis para a fabricação de um cordonel metálico fornecido com uma boapenetração de material elastomérico entre os fios formando o dito cordonelmetálico, além de fornecido com uma boa resistência à fatiga com relação aoscordonéis similares conhecidos da técnica.

Em particular, descobriu-se que pela aplicação de uma ação depré formação macia - substancialmente sinusoidal - a um ou mais fiosmetálicos formando um determinado cordonel, o cordonel apresenta umamelhor resistência à fatiga, por exemplo, com relação aos cordonéis obtidospor meio de um processo de pré formação empregando rodas com dentes.

Mais particularmente, descobriu-se surpreendentemente queum cordonel de acordo com a invenção apresenta um alongamento finalaumentado, enquanto que a penetração do cordonel no material elastoméricoé consideravelmente aumentada com relação aos fios supra citados da técnicaanterior.

Um primeiro aspecto da presente invenção refere-se a umdispositivo para a fabricação de cordonéis metálicos, a serem utilizadosparticularmente para reforçar produtos elastoméricos compósitos. O ditodispositivo compreende:

uma estrutura de suporte;

um rotor engatado com relação à estrutura de suporte erotativo de acordo com um eixo pré definido;

um berço fixado à estrutura de suporte de acordo com um eixode oscilação que coincide com o eixo de rotação do rotor;

dispositivos de alimentação encaixados de forma operacionalno dito berço para alimentar vários fios elementares provenientes dosrespectivos carretéis de alimentação, os ditos fios elementares sendoacionados no rotor de acordo com um caminho de torção de cordonel com asseções de extremidade coincidindo com o eixo de rotação do dito rotor e comuma seção central distanciada do dito eixo de rotação;

pelo menos um dispositivo de pré formação engatado deforma operacional com o berço e operando em um dos ditos fios elementaresem uma seção a montante com relação à primeira seção de extremidade docaminho de torção de cordonel,

caracterizado pelo fato de o dito pelo menos um dispositivo depré formação ser adequado para fornecer o dito fio elementar com umadeformação substancialmente sinusoidal sem bordas afiadas, isso é,desdobrando de acordo com uma linha curva contínua sem pontos dedescontinuidade.

Preferivelmente, o dispositivo de acordo com a invençãocompreende um dispositivo de pré formação para cada fio elementar docordonel.

Mais particularmente, o dito pelo menos um dispositivo de préformação do dispositivo de acordo com a invenção compreende uma primeirae uma segunda roldanas fixadas a uma estrutura de suporte adequada e livrespara girar em torno de seu eixo, cada roldana possuindo vários pinos opostosadequados para penetrar de forma alternada um ao outro por uma distânciapré definida de forma a induzir uma deformação sinusoidal sem bordasafiadas em um fio que passa através do espaço entre os pinos da primeiraroldana e os pinos correspondentes da segunda roldana.

Um aspecto adicional da presente invenção se refere a umprocesso de fabricação de um cordonel metálico, particularmente adequadopara o reforço de produtos elastoméricos compósitos, o dito cordonelcompreendendo pelo menos dois fios elementares, com um diâmetropreferivelmente entre 0,10 e 0,50 mm, o dito processo compreendendo asseguintes fases:

deformação permanente de pelo menos um dos ditos fioselementares por meio de uma deformação que é substancialmente sinusoidalsem bordas afiadas;

torção de cordonel dos ditos fios elementares juntos por meiode uma torção dupla helicoidal em torno do eixo longitudinal do ditocordonel.

Um aspecto adicional da presente invenção refere-se a umcordonel metálico, particularmente adequado para reforçar produtoselastoméricos compósitos, compreendendo pelo menos dois fios elementarespelo menos um dos quais é pré formado de acordo com o processo dainvenção.

Um aspecto adicional da presente invenção refere-se a umpneumático para rodas de veículo compreendendo uma carcaça em forma detoro, uma banda de rodagem localizada na periferia da dita carcaça, um parde costados axialmente voltados terminando com talões reforçados com fiosde talão e respectivos elementos de enchimento de talão para fixar o ditopneumático a um aro de montagem correspondente, o dito pneumáticotambém compreendendo tecidos emborrachados reforçados com cordoncis dereforço de metal, compreendendo pelo menos dois fios elementares que sãotorcidos juntos de forma helicoidal e em torno do eixo de extensãolongitudinal do cordonel, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos ditosfios elementares ser permanentemente deformado por meio de umadeformação substancialmente sinusoidal sem bordas afiadas.

Características e vantagens adicionais da presente invençãoserão melhor explicadas pela descrição detalhada a seguir de algumas dasmodalidades preferidas, reproduzidas com referência aos desenhos em anexo,nos quais:

A figura 1 ilustra, em uma vista lateral, uma máquina deformação de cordonel conhecida onde o dispositivo de pré formação deacordo com essa invenção é utilizado;

As figuras 2a e 2b ilustra em detalhes um dispositivo de préformação de acordo com a presente invenção, em uma vista superior plana euma vista lateral parcial, respectivamente;

A figura 3 ilustra um pneumático, em seção reta parcial,fornecido com elementos constituintes compreendendo cordonéis de reforçode acordo com a invenção.

Com referência às figuras supra citadas, a referência 1geralmente indica um cordonel de reforço metálico a ser utilizadoparticularmente em produtos elastoméricos compósitos, especificamentepneumáticos para veículos a motor, de acordo com a presente invenção.

De uma forma conhecida per se, o cordonel 1 compreendevários fios elementares, feitos de aço com um teor de "cradlebon" entre0,65% e 0,98% e com um diâmetro entre 0,10 mm e 0,50 mm, torcidohelicoidalmente em torno do eixo de extensão longitudinal do cordonel.

Entretanto, o aço, que é o material preferido graças a suaspropriedades mecânicas, apresenta a desvantagem de não aderirsuficientemente ao material elastomérico vulcanizado. Consequentemente,para obter uma boa aderência ao material elastomérico, o aço é geralmenterevestido com uma camada de material adequado. Esse material derevestimento é preferivelmente latão. Outros materiais de revestimento,entretanto, podem ser utilizados, tais como ligas contendo Cu, Zn, Ni, Co,Mn. No caso preferido de revestimento com latão, a aderência é favorecidapela formação durante a vulcanização de pontes de bissulfeto (-S-S-) entre amatriz elastomérica e o cobre que - sendo um componente do latão - revesteo elemento de reforço de metal.

Os procedimentos conhecidos para o revestimento de umelemento metálico com uma camada de latão podem ser divididos em duasfamílias: revestimento e difusão. A primeira compreende o revestimentoeletrolitico do cobre e do zinco enquanto a segunda compreende orevestimento elétrico de uma ou mais camadas de cobre no aço, seguido pelorevestimento elétrico de uma camada de zinco e por um tratamento térmicocom a finalidade de difusão de zinco nas camadas de cobre, formando dessemodo uma camada de latão.

Esses fios são então, preferivelmente, revestidos com latãocom uma composição de metal consistindo de 30% a 40% em peso de zinco ede 70% a 60% em peso de cobre, mais preferivelmente 32,5% em peso dezinco e 67,5% em peso de cobre, para formar uma camada de latão igual aaproximadamente 0,25 μηι +/- 0,05.

As características específicas e as características construtivasdo cordonel 1 de acordo com a invenção serão melhor compreendidas pormeio da descrição a seguir, ambas com relação ao dispositivo utilizado e oprocedimento para sua fabricação.

A figura 1 ilustra um exemplo de uma máquina de formaçãode cordonel, em particular adequada para a formação de um cordonel queconsiste de 5 fios elementares.

A máquina para a produção de um cordonel de reforçometálico 1 compreende, em uma configuração conhecida, uma estrutura desuporte 100 à qual um rotor 5 é engatado de forma rotativa, o último sendogirado por meio de um motor ou dispositivo similar (não ilustrado).Adicionalmente, um berço (não ilustrado na figura) é conectado à ditaestrutura de suporte e pode balançar em torno do eixo de rotação do rotor 5,Vários carretéis de alimentação 8 são engatados de forma operacional noberço. Pelo menos um fio elementar do dito cordonel 1 é enrolado em cadaum dos carretéis.

Adicionalmente, dispositivos de desenrolar adequados (nãoilustrados visto que são conhecidos per se e são convencionais) sãoacoplados aos carretéis 8, que são encaixados ao berço para guiaradequadamente os fios elementares que provêm dos carretéis 8.

De uma forma conhecida, os fios elementares na saída doberço são acionados no rotor 5 de acordo com um caminho de formação decordonel pré definido ao longo do qual o cordonel 1 é formado através doefeito de rotação imposto no rotor 5 por meio do dito motor ou dispositivoequivalente, em combinação com o acionamento produzido no cordonel pormeio de dispositivos de coleta (não ilustrados visto que são conhecidos e nãosão relevantes para o escopo da invenção).

Mais particularmente, o caminho de formação de cordonelcompreende uma primeira seção de extremidade IOa essencialmentecoincidente com o eixo de rotação do rotor 5 e delimitado por um primeirodispositivo de transmissão de rotação 12, fixado de forma sólida ao rotor 5, euma unidade de montagem 11 consistindo, de uma forma conhecida, de umaplaca com cinco furos, fixada de forma sólida ao berço e, consequentemente,estacionária.

Ao longo dessa primeira seção de extremidade IOa os fios sãosubmetidos a uma primeira torção helicoidal em torno do eixo de rotação dorotor 5 através do efeito do puxão rotativo que o rotor impõe ao primeirodispositivo de transmissão de rotação 12.

A jusante do primeiro cilindro rotativo 12, os fios seguemuma seção central IOb do caminho de formação de cordonel que se estendepara o rotor 5 e é radialmente deslocado com relação ao eixo de rotação dorotor de forma a pular o berço 7 e atinge um segundo dispositivo detransmissão 13 acoplado de forma sólida ao rotor na extremidade axialmenteoposta.

Finalmente, o caminho de formação de cordonel apresentauma segunda seção de extremidade IOc substancialmente coincidente com oeixo de rotação do rotor 5 e se estendendo além do segundo dispositivo detransmissão rotativo 13. Nessa segunda seção de extremidade, através doefeito do puxão rotativo imposto pelo rotor 5 no segundo dispositivo detransmissão rotativo 13, uma segunda torção dos fios elementares é realizada,completando dessa forma a formação do cordonel 1 que é progressivamentepuxado para longe pelos dispositivos de coleta supra citados.

A razão entre a velocidade de rotação do rotor 5,preferivelmente entre 2000 e 6000 rpm, e a velocidade do puxão do cordonel1 - e, consequentemente, dos fios elementares que formam o mesmo,preferivelmente entre 60 e 250m/min - define o valor da inclinação deformação de cordonel, isso é, a inclinação de acordo com a qual os ditos fioselementares são torcidos helicoidalmente no cordonel acabado 1.

Em uma modalidade preferida da invenção, a dita inclinaçãode formação de cordonel é mantida em um valor entre 3 mm e 50 mm,preferivelmente entre 6 mm e 30 mm, mais preferivelmente igual a 16 mm.

Os seguintes elementos são operacionalmente dispostos emseqüência para cada fio elementar ao longo do caminho dos fios elementaresdentro do berço, e mais precisamente a montante com relação à unidade demontagem 11; um dispositivo de transmissão rotativo 14, um dispositivo depré formação 15 de acordo com a invenção (ilustrado tm detalhes na figura2) e um dispositivo de transmissão rotativo 16 consistindo de uma roldanagirada por 90 com relação ao par de roldanas da invenção; a dita roldanagirada tem a finalidade de transportar o fio de provém do dispositivo de préformação 15, para a unidade de montagem 11.

Com referência à figura 2a, o dispositivo de pré formação 15de acordo com a presente invenção compreende um par de roldanas 200 e201, preferivelmente um par de placas de aço, fixadas a uma estrutura desuporte adequada 202 e livres para girarem em torno de seus eixos. Cadaroldana apresenta vários pinos opostos 203 e 204 adequados para penetrar deforma alternada uma extensão pré definida de forma a causar umadeformação axial e uma deformação por flexão ao mesmo tempo em um fioque cruza o espaço entre os pinos da primeira roldana 200 e os pinoscorrespondentes da segunda roldana 201, durante a penetração supra citadaobtida pelo movimento do par supra citado de roldanas acionadas e giradaspelo fio.

Mais particularmente, o eixo longitudinal da estrutura desuporte supra citada é vantajosamente localizado de forma perpendicular àdireção do avanço do fio a ser submetido à operação de pré formaçãodesejada.

As roldanas supra citadas 200 e 201 são fixadas à ditaestrutura de suporte 202 e opostas de forma que a dita primeira roldana 200seja mantida em uma posição fixa com relação à dita estrutura de suporte 202mas esteja livre para girar em torno de seu eixo de forma perpendicular aoeixo longitudinal L da estrutura de suporte.

A segunda roldana 201 desse par, ao contrário, évantajosamente móvel ao longo de um guia reto 20 5 na estrutura de suportee localizada em paralelo ao eixo longitudinal 1 da estrutura de suporte deforma a permitir a sintonia fina da segunda roldana 201, por meio de umaescala graduada adequada 206, com relação à primeira e dessa forma para seaproximar ou distanciar do par supra citado.

Adicionalmente, como mencionado acima, cada roldana 200 e201 do dispositivo de pré formação de acordo com a presente invenção éfornecida com uma pluralidade de pinos 203 e 204 de comprimentoadequado, localizadas perpendicularmente na superfície de placa da roldana eposicionada consecutivamente uma da outra de forma a seguir o perfilperiférico da roldana de acordo com uma inclinação predeterminada definidapela distância entre os eixos de dois pinos consecutivos.

Com referência à figura 2b, que ilustra uma vista lateralparcial do dispositivo de pré formação 15 de acordo com a invenção, a fim depermitir a penetração alternada dos pinos possuídos pelo dito par de roldanas,é necessário que sejam diferentemente distanciados do eixo longitudinal L daestrutura de suporte, isso é, as superfícies de placa das ditas roldanaspertencendo a dois planos diferentes Pl e P2 paralelos um ao outro eparalelos ao plano contendo o eixo longitudinal L da estrutura de suporte202.

Adicionalmente, para se garantir a penetração supra citada, ospinos 203 e 204 fornecidos na primeira roldana 200 e na segunda roldana 201precisam ser localizados nas superfícies de placa opostas de forma que,durante a rotação das ditas roldanas, os pinos respectivos estejam emposições alternadamente opostas.

Mais particularmente, a penetração dos pinos do par deroldanas é variável e ajustada pelo movimento da segunda roldana móvel 201mais para perto ou mais para longe por meio do guia reto supra citado 205.Esse ajuste é realizado por meio de uma escala graduada 206 que é calibradade forma a definir o nível de penetração dos pinos e consequentemente dograu de pré formação resultante no fio a jusante com relação ao dispositivode pré formação de acordo com a presente invenção.

O nível de penetração dos pinos represente,consequentemente, a mudança - longitudinal com relação à estrutura desuporte 202 - feita pela segunda roldana móvel 201 na direção da primeiraroldana 200, que é fixa.

Em particular, o dito nível de penetração representa adistância D entre o eixo de um primeiro pino 203 possuído pela roldana fixa200 e o eixo de um segundo pino 204 na roldana móvel 201. O dito segundopino 204 está na posição consecutiva com relação ao primeiro de forma que adistância supra citada D é medida na área de penetração do dito primeiro esegundo pinos. A dita área define o caminho de pré formação do dito fio.

Finalmente, a máquina de formação de cordonel compreendeum dispositivo de esticamento (cabrestante), um dispositivo para a coleta docordonel produzido e os dispositivos de esticamento de um fio normais, talcomo um dispositivo de torção falso, para eliminar a tensão residual nocordonel acabado. Esses dispositivos não são ilustrados visto que sãoconhecidos, convencionais e não são particularmente relevantes para os finsda invenção.

De acordo com uma modalidade adicional da invenção, aoperação de formação de cordonel é tal de forma a garantir que pelo menosum fio de um cordonel determinado seja submetido à pré formação de acordocom a presente invenção enquanto os fios restantes do dito cordonel sãotratados como descrito na técnica anterior. Por exemplo, os ditos fiosrestantes podem ser submetidos à pré formação utilizando uma máquina depré formação de cilindro, tal como a descrita na patente U.S. supra citada No.4.258.543 no nome do requerente.

Os dispositivos de pré formação 15 de acordo com a presenteinvenção são aplicáveis a todos os tipos de sistemas de formação de cordonelconhecidos, por exemplo, um sistema de torção dupla ou um sistema dedisposição. Mais particularmente, um sistema de torção dupla podeapresentar uma coleta interna (se o carretei de coleta do produto acabadoestiver dentro do berço, entre os rotores) ou coleta externa (se os carretéis dealimentação estiverem dentro do berço enquanto o carretei de coleta doproduto acabado está fora do berço). O sistema de disposição, finalmente, sediferencia do sistema de torção dupla visto que nas máquinas de disposiçãocada volta do rotor corresponde a uma única inclinação de formação decordonel enquanto nas máquinas de torção dupla cada volta dos rotorescorresponde a um avanço igual a duas inclinações de formação de cordonel.Consequentemente, a diferença entre esses dois sistemas se encontra em suaprodutividade.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção, asroldanas utilizadas no dispositivo de pré formação são idênticas no geral, issoé, possuem um diâmetro igual, um mesmo número de pinos e os pinosutilizados em ambas as roldanas possuem o mesmo diâmetro.

Com a máquina de pré formação 15 - graças a sua estrutura -é possível se obter um fio com uma deformação ondulada substancialmentesinusoidal em um plano que é paralelo e intermediário aos planos Pl e P2contendo as superfícies de placa das roldanas. O dito fio não apresenta bordasafiadas, pontas ou cortes em sua superfície. O fio elementar que passa atravésdos pinos das duas roldanas é submetido a uma deformação alternadadefinida pelo formato circular dos pinos, e não apresenta, como conseqüênciadisso, seções com as bordas supra citadas, pontas ou cortes que sãoencontrados, por exemplo, na superfície externa dos fios que passam atravésde um par de rodas com dentes de acordo com a técnica anterior. De fato, asditas rodas com dentes, devido a sua conformação geométrica, cortaminevitavelmente a superfície do fio durante a ação de recolhimento que ocorredurante o avanço da pré formação do fio. Como mencionado acima, essa açãode recolhimento causa tensão no fio.A Tabela 1 ilustra os parâmetros tecno-construtivos principaisde uma modalidade do dispositivo de pré formação 15 de acordo com apresente invenção. De acordo com essa modalidade, as roldanas dodispositivo de acordo com a invenção apresentam um diâmetro igual, umnúmero igual de pinos e pinos de igual diâmetro. Entretanto, outrasmodalidades são possíveis, por exemplo, roldanas apresentando pinos comdiferentes diâmetros.

Tabela I

<table>table see original document page 20</column></row><table>

A seleção mais adequada dos valores a serem atribuídos aosparâmetros de máquina deve ser definida especificamente de acordo com, porexemplo, o grau desejado de pré formação do fio, o diâmetro do fio (entre0,10 e 0,50 mm e o valor desejado das características finais do cordonel.

Adicionalmente, é importante se destacar que o puxão exercido no cordoneltambém depende das escolhas precisas do parâmetro de processo de acordocom as características das máquinas utilizadas, por exemplo, ângulos detorção, velocidade dos rotores, inclinação da formação de cordonel.

E importante também se notar que, para se produzir umcordonel, e consequentemente um tecido emborrachado contendo o ditocordonel, possuindo características de alta elasticidade, é preferível sesubmeter todos os fios que formam o dito cordonel ao processo de préformação de acordo com a invenção.

Entretanto, se a exigência básica residir na penetração daborracha dentro do cordonel, pode ser suficiente se pré formar um númerolimitado de fios formando o cordonel. Esse número pode sor definido combase no número total de fios que formam o cordonel e o grau de penetraçãodesejado.

A figura 3 ilustra um tipo genérico compreendendo tecidosemborrachados fornecidos com cordonéis de reforço de acordo com ainvenção. Com referência a essa figura, o pneumático ao qual a invenção serefere compreende uma carcaça 100, preferivelmente coberta internamentecom uma folha impermeável a ar de borracha 110, uma banda de rodagem120 localizada na periferia dessa carcaça, um par de costados voltadosaxialmente 130 terminando com os talões 140 reforçados com fios de talão150 e respectivos elementos de enchimento de talão 160 a fim de fixar o ditopneumático a um aro de montagem correspondente 170. O pneumático podeincluir adicionalmente bordas 190 e, no caso de pneumáticos de carcaçaradial, também uma estrutura de correia 210 intercalada entre a carcaça e abanda de rodagem.

A carcaça 100 compreende uma ou mais lonas de carcaçafixadas aos ditos fios de talão 150, por exemplo, dobradas em tomo dos fiosde talão a partir de dentro na direção de fora. A lona ou lonas de carcaçapodem ser formadas por seções de tecido emborrachado reforçado comcordonéis têxteis ou metálicos embutidos no tecido de borracha.

A estrutura de correia 210 compreende duas tiras de correia230 e 240, radialmente sobrepostas, e uma terceira tira de correia 250 emuma posição radialmente mais externa.

As tiras de correia 230 e 240 são formadas pelas seções detecido emborrachado incorporando cordonéis metálicos, paralelos comrelação um ao outro em cada tira e cruzados com os das tiras adjacentes,inclinados preferivelmente de uma forma simétrica com relação ao planoequatorial do pneumático em um ângulo de entre 10 e 30, enquanto a tira decorreia 250 é fornecida com cordonéis que são orientados de formacircunferencial, isso é, a 0 com relação ao dito plano equatorial. Essa tira 250pode ser feita, em particular para pneumáticos de caminhão e similares, porum par de bandas simetricamente localizadas com relação ao plano equatorialdo pneumático. Para pneumáticos de caminhão, uma tira equatorial (nãoilustrada na figura) pode ser utilizada na posição radial externa com relação àestrutura de correia 210, fornecida com cordonéis de reforço inclinados comrelação ao plano equatorial por um ângulo de entrada 10 e 70, normalmentechamada de "camada de disjuntor".

De forma similar, outros elementos construtivos dopneumático podem ser formados pelas seções de tecido emborrachado comcordonéis de reforço adequados inclinados com relação às direções axial,radial e/ou circunferencial do pneumático, como necessário. Por exemplo, aborda de reforço supra citada 190 emprega cordonéis inclinados de acordocom um ângulo incluído entre 30 e 60 com relação à direção axial.

Uma amostra do cordonel 5 χ 0,35, inclinação de 16 mm, issoé um cordonel formado pela concatenação de cinco fios com um diâmetroigual a 0,35 mm) foi feita de acordo com o procedimento da invenção. Osfios que formam o dito cordonel foram feitos de aço com um teor de carbonoigual a 0,7%. Adicionalmente, os ditos fios foram vantajosamente revestidoscom latão, com um revestimento igual a 3,74 g de latão com relação a 1 quilode aço; a porcentagem de cobre no latão sendo preferivelmente igual a64,4%. O dispositivo de pré formação 15 de acordo com a invenção utilizadopara obter a dita amostra de cordonel apresentou pinos com um diâmetro de1,5 mm para obter um fio com um formato ondulado (sinusoidal) de larguraigual a 0,75 mm e inclinação igual a 3,25 mm.

A Tabela II abaixo ilustra os resultados obtidos pelorequerente nos testes comparativos entre um cordonel 5 χ 0,35 submetido apré formação de acordo com o método conhecido das rodas com dentes e omesmo cordonel pré formado de acordo com o método da invenção comodescrito acima em detalhes. Os valores ilustrados na Tabela II são os valoresmédios obtidos pela realização de uma média aritmética entre umapluralidade de valores resultantes dos testes realizados pelo requerente.Tabela II

<table>table see original document page 24</column></row><table>

Os testes de intensidade de tensão final e de alongamento finalforam realizados em um cordonel simples e em um cordonel embutido namatriz elastomérica e submetido a vulcanização de acordo com os métodosnão descritos aqui visto que são tipicamente conhecidos da técnica anterior.

O teste de fatiga por flexão, conhecido como teste FFF (Fatigapor Flexão Firestone) ou teste Wallace3 foi realizado em uma tira de tecidoemborrachado. A dita tira sofreu uma série de ciclos de flexão feitos pelomovimento alternativo da tira de tecido em torno de um cilindroadequadamente dimensionado com uma pré carga adequadamenteselecionada relacionada com as dimensões dos cordonéis de reforço naamostra de tecido.

O teste supra citado foi conduzido em uma tira de tecidoemborrachado reforçado com cordonéis metálicos dispostos possuindo umaespessura igual a 100 cordonéis/decímetro pela aplicação ao cilindro de umapré carga de 68 quilos por meio de um mecanismo de alavanca e pelautilização de um cilindro com um diâmetro igual a 50 mm. Esse mecanismode alavanca causou no cilindro, e consequentemente na amostra, uúia forçaoposta e igual ao dito peso. A amostra foi posicionada e o teste consistiu nacontagem de ciclos de tração feitos pelo movimento alternado supra citado. Oteste terminou quando a amostra se rompeu.

O teste relacionado com a penetração no tecido consistiu damedição do grau de penetração da borracha entre os fios que formam o ditocordonel e na identificação, como conseqüência, da qualidade dorevestimento elastomérico em torno de cada um dos fios. Um funil adequadofeito vantajosamente de vidro foi revertido no fundo de um recipientecontendo álcool etil. Esse funil apresentou uma escala ao longo da haste docilindro e terminou, na extremidade livre dessa haste, com um dispositivo desucção geralmente trabalhado pelo operador. A operação do dispositivo desucção fez com que o álcool etil se elevasse na haste cilíndrica para alcançarum nível pré definido, chamado de nível zero. Nessa fase, a amostra foiexaminada, consistindo de uma tira do tipo descrito acima com dimensõesiguais a 5 cm X 5 cm, foi submersa no recipiente e posicionada na entrada dofunil. O álcool etil tem a propriedade de expelir ar que pode estar contido namatriz elastomérica e para ocupar seu espaço. Esse fato fez causou umadiminuição com relação ao nível zero supra citado do nível de álcool etil nahaste escalonada. Essa medição permitiu a definição do volume de arpossuído pelo material elastomérico no qual os fios são embutidos e,consequentemente, o grau de penetração da borracha entre os fios formando ocordonel. Esse teste foi realizado na amostra crua e na amostra vulcanizada.

Pela análise das figuras reportadas na Tabela II, parece serevidente que um determinado cordonel obtido de acordo com o procedimentoda invenção apresenta características físico-químicas muito melhores comrelação a um cordonel igual obtido de acordo com um processo de formaçãode cordonel compreendendo um dispositivo de pré formação com rodas comdentes.

No caso da invenção, o alongamento fina! do cordonel éconsideravelmente maior, além da fatiga por flexão, que é consideravelmenteaumentado. Isso resulta em um cordonel com características mecânicasaperfeiçoadas com relação à técnica anterior.

Adicionalmente, os resultados obtidos confirmam a obtençãode uma maior penetração de borracha e em um alongamento finalconsideravelmente maior que resulta em uma maior elasticidade do cordonel.Esse aspecto é particularmente desejado quando esses cordonéis sãoutilizados como cordonéis de reforço para elastômeros utilizados nafabricação de pneumáticos.

A partir dos resultados obtidos pelo requerente surge que: ummaior grau de penetração de pino, e consequentemente um maior grau de préformação dos fios que formam um cordonel, corresponde a um maioralongamento alcançado pelo cordonel.

Realizou-se os testes especialmente em um cordonel de 1 χ 5χ 0,35 obtido por um processo de formação de cordonel de acordo com ainvenção. O dito cordonel pareceu particularmente adequado para serutilizado para formar, por exemplo, a chamada camada de disjuntor nascorreias para pneumáticos de carga pesada e similares, vantajosamenteutilizados em caminhos "fora de estrada".

É importante se notar que os cordonéis obtidos de acordo coma invenção podem ser utilizados como cordonéis de reforço para qualquertipo de estrutura elastomérica a ser utilizada para a fabricação depneumáticos, com preferência em particular aos elastômeros que exigem umcordonel de alto alongamento, por exemplo, em bordas de reforço 190ilustradas na figura 3.

Observou-se de fato que o alojamento final de um cordonel de1 χ 5 χ 0,35 é claramente melhor com relação ao alongamento final de umcordonel de 3 χ 4 χ 0,22, amplamente utilizado na prática. O dito cordonelconsiste de três fios, cada um dos quais é formado por quatro fios dediâmetro de 0,22.

Mais particularmente, o alongamento final de um cordonelsimples de 3 χ 4 χ 0,22 é igual a 5,5% e esse valor cai para aproximadamente3% depois da vulcanização. No caso da invenção, por outro lado, o cordonelde 5 χ 0,35 apresenta um alongamento final de aproximadamente 6% tambémdepois da vulcanização. Esse fato, como mencionado acima, permite um usovantajoso nas camadas de disjuntor para pneumáticos de carga pesada quedevem absorver choques acidentais que podem ocorrer em estradas tipo fora-de-estrada.

Adicionalmente, esse aspeto parece particularmente vantajosotambém em termos de custos, tempo de produção e produtividade doprocesso de acordo com a invenção, visto que necessariamente dois ciclos detrabalho com inclinações de formação de cordonel muito limitadas (emparticular igual a 3,15 mm para cada fio e igual a 6,3 para o cordonel final)são necessárias para a criação de cordonel 3 χ 4 χ 0,22, enquanto o cordonelde acordo com a invenção é obtido em um único ciclo de trabalho e apresentauma inclinação de formação de cordonel mais alta (em particular igual a 16 mm).

Adicionalmente, a criação de um cordonel de 5 χ 0,35 aoinvés de um cordonel de 3 χ 4 χ 0,22 permite se realizar um processo dedesenho mais suave com economia conseqüente em termos de horas detrabalho e desgaste das máquinas utilizadas.

Claims (8)

1. Dispositivo para fabricar um cordonel metálico (1) a serusado particularmente para reforçar produtos elastoméricos compósitos,compreendendo:uma estrutura de suporte (100);um rotor (5) engatado com relação à dita estrutura de suporte erotativa de acordo com um eixo pré definido;um berço fixado à dita estrutura de suporte de acordo com umeixo oscilante que coincide com o eixo de rotação do rotor;dispositivos de alimentação (8) encaixados de formaoperacional no dito berço para alimentar vários fios elementares a partir dosrespectivos carretéis de alimentação, os ditos fios elementares sendoacionados no dito rotor de acordo com um caminho de formação de cordonelcom seções de extremidade (10a, 10c) coincidindo com o eixo de rotação dedito rotor e com uma seção central (10b) distanciada do dito eixo de rotação;caracterizado pelo fato decompreender pelo menos um dispositivo de pré formação (15)engatado de forma operacional com o berço e operando em pelo menos umdos ditos fios elementares em uma seção a montante com relação à primeiraseção de extremidade do caminho de formação de cordonel; epelo menos um dispositivo de pré formação (15) fornecer odito fio elementar com deformação de onda substancialmente sinusoidaldeitando sobre um plano.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender um dispositivo de pré formação (15) para cada fioelementar dos ditos cordonéis metálicos (1).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o dito pelo menos um dispositivo de pré formação compreenderuma primeira (200) e uma segunda roldanas (201) fixadas a uma estrutura desuporte adequada (202) livre para girar em torno de seu eixo, cada roldanapossuindo uma pluralidade de pinos opostos (203, 204) adequados para apenetração alternada por uma distância pré definida (D) de forma a induziruma deformação sinusoidal sem bordas afiadas em um fio que passa atravésdo espaço existente entre os pinos (203) da primeira roldana (200) e os pinoscorrespondentes (204) da segunda roldana (201).

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de as ditas primeira e segunda roldanas (200, 201) serem acionadasem rotação pelo fio.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de a dita distância (D) ser variável.

6. Processo para fabricar um cordonel metálico (1), comodefinido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser particularmenteutilizado para reforçar produtos elastoméricos compósitos, compreendendopelo menos dois fios elementares, com um diâmetro preferivelmente entre-0,10 e 0,50 mm, o dito procedimento compreendendo as seguintes fases:deformar permanentemente pelo menos um dos ditos fioselementares por meio de uma deformação de onda substancialmentesinusoidal deitando sobre um plano;trançar os ditos fios elementares juntos por meio de umatorção dupla helicoidal em torno do eixo longitudinal do dito cordonel.

7. Cordonel metálico (1) particularmente para reforçarprodutos elastoméricos compósitos, obtido pelo processo como definido nareivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos dois fioselementares, com um diâmetro preferivelmente entre 0,10 e 0,50 mm, dosquais pelo menos um é deformado permanentemente por meio de deformaçãode onda substancialmente sinusoidal.

8. Pneumático para rodas de veículo, compreendendo umacarcaça em forma de toro (100), uma banda de rodagem (120) localizada naperiferia da dita carcaça, um par de costados axialmente voltados (130)terminando com talões (140) reforçados com fios de talão (150) e respectivoselementos de enchimento de talão (160) para fixar o dito pneumático a umaro de montagem correspondente (170), o dito pneumático compreendendotecidos emborrachados reforçados com cordonéis de reforço metálicos (1),como definidos na reivindicação 7, compreendendo pelo menos dois fioselementares torcidos de forma helicoidal juntos e em torno do eixo deextensão longitudinal do cordonel, caracterizado pelo fato de pelo menos umdos ditos fios elementares ser permanentemente deformado por umadeformação de onda substancialmente sinusoidal deitando sobre um plano.