ES2212664T3 - Procedimiento y dispositivo para la fabricacion de una cuerda de metal para reforzar productos elastomericos, particularmente neumaticos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la fabricación de cuerdas de metal (1) que se usan particularmente para productos elastoméricos compuestos de refuerzo, que comprende: - una estructura de soporte (100); - un rotor (5) acoplado respecto a dicha estructura de soporte y giratorio según un eje predefinido; - una bandeja fijada a dicha estructura de soporte según un eje de oscilación que coincide con el eje de rotación del rotor; - dispositivos de alimentación (8) ajustados operativamente sobre dicha bandeja para suministrar varios alambres elementales desde respectivas bobinas de alimentación, siendo accionados dichos alambres elementales sobre dicho rotor según una trayectoria de torcido con secciones de extremo (10a, 10c) que coinciden con el eje de rotación de dicho rotor y con una sección central (10d) separada de dicho eje de rotación; caracterizado por el hecho de que - comprende por lo menos un dispositivo de preformación (15) operativamente acoplado con la bandeja y que funciona sobre por lo menos unode dichos alambres elementales en una sección anterior respecto a la primera sección de extremo de la trayectoria de torcido; y - dicho por lo menos un dispositivo de preformación (15) proporciona dicho alambre elemental con una deformación en onda substancialmente sinusoidal dispuesto sobre un plano.

Description

Procedimiento y dispositivo para la fabricación de una cuerda de metal para reforzar productos elastoméricos, particularmente neumáticos.

La presente invención se refiere a un dispositivo para preformar uno o más alambres elementales que forman una cuerda de refuerzo de metal. Esta cuerda es especialmente adecuada para reforzar productos de matriz elastoméricos compuestos, tales como neumáticos.

En particular, el dispositivo de preformación según la presente invención es adecuado para operar sobre alambres de metal de un alto contenido de carbono, que se prefieren para fabricar cuerdas de alta elongación.

La expresión "alta elongación" se usa para indicar la capacidad de los elementos de refuerzo a estirarse bajo tensión, por lo menos inicialmente, a una extensión considerable, gracias a la utilización de materiales específicos y/o ciertas formas geométricas específicamente seleccionadas para satisfacer las fases de fabricación particulares de neumáticos y/o condiciones de uso de los neumáticos.

En particular, estas cuerdas, definidas como "HE" (Alta Elongación), presentan una elongación final entre el 4% y el 10%.

Los alambres que salen de este dispositivo de preformación según la invención se suministran posteriormente a una estación de torcido convencional conocida en la técnica, donde los alambres así preformados se giran alrededor del eje longitudinal de la cuerda así obtenida.

Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para la fabricación de dicha cuerda, que comprende las siguientes fases: preformar uno o más alambres elementales que forman dicha cuerda sometiéndolos a una deformación permanente a lo largo de su desarrollo longitudinal; torcer los alambres elementales mediante un giro helicoidal alrededor del eje longitudinal de la cuerda.

Además, la presente invención se refiere a una cuerda de metal, preferiblemente una cuerda de refuerzo, obtenida mediante un proceso de preformación y un torcido posterior del tipo mencionado anteriormente.

Esta cuerda está específicamente diseñada para usarse en la fabricación de componentes de neumáticos para vehículos a motor, pero se puede utilizar fácilmente para la fabricación de otros artículos, tales como por ejemplo conductos para fluidos de alta presión, correas, transportadores de correa, o cualquier otro producto hecho de material opuesto con base de elastómero.

Como es conocido, las cuerdas de metal usualmente utilizadas para reforzar productos elastoméricos están generalmente hechas de varios alambres elementales enrollados helicoidalmente alrededor de un eje que coincide con el desarrollo longitudinal de las propias cuerdas.

Preferiblemente, dichas cuerdas se producen mediante máquinas de torcido que comprenden: una estructura de soporte; un rotor acoplado a dicha estructura de soporte que es giratorio según un eje predefinido; una bandeja sujeta a la estructura de soporte según un eje de oscilación que coincide con el eje de rotación del rotor; dispositivos de alimentación operativamente montados sobre dicha bandeja y/o en su exterior, adecuados para suministrar uno o más alambres elementales que llegan desde respectivas bobinas de alimentación, estando dicho uno o más alambres elementales accionados a lo largo de trayectorias de torcido adecuadas; y preferiblemente por lo menos un dispositivo de preformación que funciona sobre uno o más alambres elementales en una sección de los alambres que precede a la fase de torcido posterior.

Este dispositivo de preformación impone a dicho un o más alambres elementales una deformación por flexión permanente adecuada para soportar y mejorar la posterior disposición de los alambres según un desarrollo helicoidal que asegura que se mantenga la necesaria compacidad estructural de la cuerda.

Además, es importante indicar que estas cuerdas, especialmente cuando se utilizan en la fabricación de neumáticos, generalmente se requieren que estén provistas de una alta resistencia mecánica y que permitan una buena adhesión físico-química con el material elastomérico en el que están incrustadas, así como una eficiente penetración de dicho material en el espacio que rodea cada alambre de dicha cuerda.

De hecho, es ahora que para eliminar el riesgo de que las cuerdas sufran un fenómeno de corrosión no deseado una vez introducidas en un neumático, o en el interior de cualquier producto hecho de material elastomérico, es muy importante que los alambres elementales que forman las cuerdas estén totalmente recubiertos, para toda su extensión superficial, mediante el material elastomérico en el que la cuerda está incrustada.

Este resultado, que es más difícil de conseguir cuando se consideran las cuerdas más complejas, no se consigue fácilmente incluso cuando se trata con cuerdas formadas por un bajo número de alambres elementales.

De hecho, para conferir la requerida estabilidad geométrica y estructural a la cuerda, los alambres elementales que forman la cuerda se compactan, es decir, se colocan íntimamente en contacto entre sí, llevando a la formación de una o más cavidades cerradas en el interior de dicha cuerda que se extienden a lo largo del desarrollo longitudinal de la cuerda.

Estas cavidades están cerradas y, en consecuencia, no pueden ser alcanzadas por el material elastomérico durante las fases normales de cauchutado de la cuerda y, como consecuencia, la corrosión puede desarrollarse en el interior de dichas cavidades cerradas y propagarse a lo largo de los alambres elementales que forman la cuerda.

Como consecuencia, esto significa, por ejemplo, que respecto a cortes y pinchazos en la estructura del neumático, o por cualquier otra razón, la humedad y/o agentes externos pueden penetrar en dichas cavidades cerradas iniciando inevitablemente un rápido proceso de corrosión de los alambres elementales, comprometiendo así severamente la resistencia estructural de la cuerda y del neumático.

Además, la presencia de dichas cavidades cerradas que no pueden ser alcanzadas por el material elastomérico implica una reducida adhesión de los alambres al elastómero, que - sobre todo si dichas cuerdas se usan para fabricar neumáticos - en la práctica puede provocar una tendencia no deseada a que los alambres se separen del elastómero.

Un inconveniente adicional debido al cauchutado insuficiente de los alambres, provocado por la presencia de dichas cavidades cerradas, es el desarrollo de desgaste de los alambres en contacto entre sí. Esto genera una inevitable degeneración de la resistencia a la fatiga de los alambres y, en consecuencia, de la cuerda.

Un intento de superar este tipo de problema conocido en la técnica consiste en usar las llamadas cuerdas "abiertas", donde los alambres (generalmente entre tres y cinco) se mantienen distantes entre sí durante toda la fase de cauchutado, realizada según los procedimientos conocidos que consisten en mantener una carga de tracción que no supera cinco kilogramos aplicada a la cuerda.

Dichas cuerdas están descritas, por ejemplo, en la patente US-4.258.543 a nombre del solicitante. Estas cuerdas permiten una mayor penetración del caucho entre los alambres que forman las cuerdas.

Sin embargo, las cuerdas obtenidas de esta manera presentan varios problemas, especialmente en la práctica, ya que los alambres que forman las cuerdas tienden a distanciarse también cuando se someten a una tensión de tracción considerable durante la fabricación del neumático y el uso del neumático. Este hecho produce una inestabilidad geométrica y estructural no deseada de las cuerdas, que perjudica el rendimiento del neumático.

Según otra realización de la técnica anterior, se usan las llamadas cuerdas de doble diámetro, es decir, cuerdas con dos pares de alambres, donde el diámetro de los alambres del primer par se diferencia adecuadamente del diámetro del segundo par.

También se conoce (ver la patente EP 168.857) realizar una cuerda de metal que tiene un primer par de alambres elementales de igual diámetro y un segundo par de alambres elementales con un diámetro menor que el diámetro del primer par. Dichos primer y segundo pares se suministran a una máquina de torcido de recogida interna después de atravesar un cabezal de preformación circular, donde los alambres del primer y segundo par siguen trayectorias que aseguran diferentes acciones de preformación entre sí.

La cuerda obtenida de esta manera, en consecuencia, presenta el par de alambres con un diámetro mayor enrollados helicoidalmente juntos, mientras que cada alambre del segundo par está interpuesto entre los dos alambres del primer par y se extiende en paralelo a este último, estando separado de manera adecuada del mismo.

De esta manera, las cavidades cerradas citadas anteriormente se eliminan de la sección transversal de la cuerda, asegurando una cobertura total de los alambre elementales mediante el material elastomérico usado durante la fase de cauchutado.

Sin embargo, la solución técnica sugerida implica que los alambres con el menor diámetro estén separados de los de mayor diámetro también cuando la cuerda está sometida a tensiones de tracción en la práctica. Este hecho, como para las cuerdas "abiertas" citadas anteriormente, provoca una cierta inestabilidad geométrica y estructural de la cuerda que no es ventajosa.

Además, es muy difícil conferir a la cuerda así obtenida una configuración geométrica precisa y regular en cada punto de su desarrollo longitudinal, ya que la posición recíproca constante de los alambres en la cuerda se asegura mediante el tipo particular de dispositivo de preformación usado, pero la distancia entre los alambres con el menor diámetro y los alambres con el mayor diámetro tiende a variar de manera aleatoria en los varios puntos del desarrollo longitudinal, tanto en condiciones de reposo como de uso de la cuerda.

Según otro procedimiento de preformación conocido en la técnica y descrito en la patente US 4.258.543 citada anteriormente a nombre del solicitante, se puede usar una máquina de preformación de rodillo. El rodillo está inactivo y presenta varios asientos de preformación, cada uno situado para acoplarse operativamente con un respectivo alambre elemental de la cuerda.

Estos asientos de preformación son ranuras circunferenciales en la superficie del rodillo, cuya anchura es substancialmente igual al diámetro del correspondiente alambre elemental, con una porción de extremo de perfil semicircular que tiene un eje coplanar al de las porciones de extremo de las otras ranuras circunferenciales.

De esta manera, la preformación se puede variar ajustando el radio de curvatura de dichas ranuras o ajustando la tensión aplicada al alambre. Sin embargo, incluso esta solución presente problemas, ya que la acción de preformación realizada sobre el alambre a menudo se ve estorbada por las tracciones de torcido dinámicas.

Para solucionar el problema de pobre cauchutado de los alambres de una cuerda dada - hecho que puede, tal como se ha mencionado, provocar consiguientes problemas de corrosión no deseados - una solución sugerida consiste en cuerdas generalmente formadas con un bajo número de alambres, donde por lo menos uno de los alambres elementales se deforma durante la preformación para adquirir un diseño que ya no es continuo, sino que presenta una línea discontinua adecuada.

Esta realización se describe, por ejemplo, en la patente US 5.020.312, según la cual por lo menos un alambre de una cuerda dada está sometido a un diseño en zigzag a lo largo de la dirección longitudinal de dicha cuerda.

Esto produce un contacto continuo entre por lo menos dos alambres adyacentes a lo largo del desarrollo longitudinal de la cuerda imposible, provocando así la formación de zona de separación entre dichos dos alambres, es decir, aberturas de entrada que permiten la introducción de material de cauchutado en cada curva en zigzag del alambre.

Según la materia descrita en este documento, uno o más alambres adecuados para formar una cuerda dada se desenrollan de respectivas bobinas de almacenamiento y se suministran a un par de ruedas dentadas opuestas, a través de las cuales pasan el uno o más alambres citados anteriormente y se preforman según la dirección axial conferida al diseño en zigzag citado anteriormente.

Este tipo de preformación se describe exhaustivamente y se representa en detalle también en la patente US 5.581.990.

Sin embargo, el mayor problema que presentan las cuerdas fabricadas según este procedimiento operativo reside en una rotura remarcable de las fibras externas de los alambres que forman una cuerda dada en el vértice del pliegue. Este hecho implica un descenso inevitable y no deseado en los valores de resistencia a la fatiga de dicha cuerda y, en consecuencia, un descenso en el nivel cualitativo del neumático en el que dicho procedimiento se usa.

Además, es conocido usar dispositivos de preformación provistos de cabezales de preformación para imprimir una deformación axial a uno o más de dichos alambres. Más en particular, la patente US 5.319.915 describe el posicionamiento de una superficie plana, que se extiende en paralelo al eje de un alambre, antes del torcido. Dicha superficie plana está provista de cabezales de preformación que consisten en varios pasadores posicionados perpendicularmente respecto a esta superficie plana a una distancia regular entre sí.

Tal como se representa en la patente US 5.722.226, dichos pasadores se puede colocar sobre una estructura de soporte que también puede ser cónica o cilíndrica (es decir, no necesariamente plana) y pueden estar alineados o adecuadamente alternados para prever que el alambre esté preformado con la deseada trayectoria en zigzag.

Este dispositivo, en consecuencia, está colocado de manera que dicho alambre pasa alternativamente por encima y por debajo de dicha secuencia de cabezales, mientras que todo el dispositivo se gira alrededor de su eje, que es paralelo al eje del alambre.

La patente EP-A-0 791 682 describe un dispositivo para la fabricación de cuerdas de metal que se usan particularmente para productos elastoméricos compuestos de refuerzo según la reivindicación 1, que comprende una estructura de soporte, un rotor acoplado respecto a dicha estructura de soporte y giratorio según un eje predefinido, una bandeja sujeta a dicha estructura de soporte según un eje de oscilación que coincide con el eje de rotación del rotor, dispositivos de alimentación operativamente colocados sobre dicha bandeja para suministrar varios alambres elementales de respectivas bobinas de alimentación, siendo accionados dichos alambres elementales sobre dicho rotor según una trayectoria de torcido con secciones de extremo que coinciden con el eje de rotación de dicho rotor y con una sección central separada de dicho eje de rotación; y que también comprende por lo menos un dispositivo de preformación (15) operativamente acoplado con la bandeja y operativo sobre los alambres elementales en una sección anterior respecto a la primera sección de extremo (10a) de la trayectoria de torcido, con lo cual dicho por lo menos un dispositivo de preformación es adecuado para proporcionar dicho alambre elemental de una deformación que es substancialmente un pliegue helicoidal sin bordes afilados. Debido a tensiones de torsión internas que deforman dichos alambres se induce a los mismos una configuración helicoidal.

Este dispositivo, sin embargo, tiene el inconveniente de que el dispositivo de preformación acopla el por lo menos un alambre elemental individualmente y produce así una deformación substancialmente sinusoidal dispuesta sobre un plano.

La patente US-A-5 213 652 describe una cuerda de acero que se usa para reforzar productos elastoméricos compuestos que comprende un par de filamentos entrelazados individualmente preformados sobre un preformador de tipo pasador en una forma sinusoidal que está dispuesta sobre un plano. No se mencionan detalles del dispositivo para la fabricación de esta cuerda.

El solicitante ha encontrado sorprendentemente un sistema de torcido para la fabricación de una cuerda de metal provisto de una buena penetración del material elastomérico entre los alambres que forman dicha cuerda de metal, así como provisto de una buena resistencia a la fatiga respecto a cuerdas similares conocidas en la técnica.

En particular, el solicitante ha encontrado que aplicando una suave acción de preformado - substancialmente sinusoidal - a uno o más alambres de metal que forman una cuerda dada, la cuerda presenta una mejor resistencia a la fatiga, por ejemplo, respecto a las cuerdas obtenidas mediante un proceso de preformación que utiliza ruedas dentadas.

Más en particular, el solicitante ha encontrado sorprendentemente que una cuerda según la invención presenta una elongación final aumentada, mientras que la penetración de la cuerda en el material elastomérico se aumenta considerablemente respecto a los alambres mencionados anteriormente de la técnica anterior.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo según la reivindicación 1.

Preferiblemente, el dispositivo según la invención comprende un dispositivo de preformación para cada alambre elemental de la cuerda.

Más en particular, dicho por lo menos un dispositivo de preformación del dispositivo según la invención comprende una primera y una segunda polea fijadas a una estructura de soporte adecuada y libres para girar alrededor de su eje, teniendo cada polea varios pasadores opuestos adecuados para penetrar recíprocamente entre sí una distancia predefinida para inducir una deformación sinusoidal sin bordes vivos sobre un alambre que pasa a través del espacio entre los pasadores de la primera polea y los correspondientes pasadores de la segunda polea.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento según la reivindicación 6.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un neumático para ruedas de vehículos según la reivindicación 8.

Otras características y ventajas de la presente invención se explicarán mejor mediante la siguiente descripción detallada de algunas realizaciones preferidas de la misma, reproducidas con referencia a los dibujos adjuntos, donde:

- La figura 1 representa, en vista lateral, una máquina de torcido conocida, donde se usa el dispositivo de preformación según la presente invención;

- Las figuras 2a y 2b representan en detalle un dispositivo de preformación según la presente invención, en una vista en planta superior y una vista lateral parcial, respectivamente;

- La figura 3 representa un neumático, en sección recta parcial, provisto de elementos constituyentes que comprenden cuerdas de refuerzo según la invención.

Con referencia a las figuras citadas anteriormente, la referencia numérica 1 indica en general una cuerda de refuerzo de metal que se usa particularmente en productos elastoméricos compuestos, especialmente neumáticos para vehículos a motor, según la presente invención.

De una manera conocida por sí misma, la cuerda 1 comprende varios alambres elementales, hechos de acero con contenido de carbono entre el 0,65% y el 0,98% y con un diámetro entre 0,10 mm y 0,50 mm, enrollados helicoidalmente alrededor del eje de la extensión longitudinal de la cuerda.

Sin embargo, el acero, que es el material preferido gracias a sus propiedades mecánicas, presenta el inconveniente de que su se adhiere suficientemente al material elastomérico vulcanizado. En consecuencia, para conseguir una buena adhesión al material elastomérico, el acero está generalmente recubierto con una capa de un material adecuado. Este material de recubrimiento es preferiblemente latón. Sin embargo, pueden usarse otros materiales de recubrimiento, tales como aleaciones que contienen Cu, Zn, Ni, Co, Mn. En el caso preferido de recubrimiento de latón, la adhesión está favorecida por la deformación durante la vulcanización de enlaces bisulfuro (-S-S-) entre la matriz elastomérica y el cobre que - siendo un componente del latón - recubre el elemento de refuerzo de metal.

Los procedimientos conocidos para recubrir un elemento de metal con una capa de latón se puede dividir en dos familias: metalización y difusión. La primera comprende la metalización electrolítica de cobre y zinc, mientras que la segunda comprende la electro-metalización de una o más capas de cobre sobre acero, seguido por la electro-metalización de una capa de zinc y mediante un tratamiento térmico con el propósito de difundir el zinc en las capas de cobre, formando así una capa de latón.

Estos alambres se recubren a continuación, preferiblemente, de latón con una composición de metal que consiste en un 30% al 40% en peso de zinc y entre el 70% y el 60% en peso de cobre, más preferiblemente un 32,5% en peso en zinc y un 67,5% en peso de cobre, para formar una capa de latón igual a aproximadamente 0,25 \mum \pm 0,05.

Las características específicas y las características constructivas de la cuerda 1 según la invención se entenderán mejor mediante la siguiente descripción, tanto en lo que se refiere al dispositivo usado como al procedimiento para su fabricación.

La figura 1 representa un ejemplo de máquina de torcido, en particular adecuada para formar una cuerda constituida por 5 alambres elementales.

La máquina para la producción de una cuerda de refuerzo de metal 1 comprende, en una configuración conocida, una estructura de soporte 100 a la que se acopla de manera giratoria un rotor 5, girando este último mediante un motor o dispositivos similares (no representados). Además, una bandeja (no representada en la figura) está conectada a dicha estructura de soporte y pueden oscilar alrededor del eje de rotación del rotor 5. Varias bobinas de alimentación 8 están operativamente acopladas sobre la bandeja. Por lo menos un alambre elemental de dicha cuerda 1 está enrollado sobre cada una de las bobinas.

Además, adecuados dispositivos de desenrollado (no representados porque son conocidos por sí mismos y convencionales) están acoplados a las bobinas 8, que están colocadas sobre la bandeja para guiar de manera adecuada los alambre elementales que vienen de las bobinas 8.

De una manera conocida, los alambres elementales a la salida de la bandeja se accionan sobre el rotor 5 según una trayectoria de torcido predefinida, a lo largo de la cual la cuerda 1 se forma a través del efecto de rotación impuesto sobre el rotor 5 mediante dicho motor o dispositivo equivalente, en combinación con el accionamiento producido sobre la cuerda mediante dispositivos de recogida (no representados porque son conocidos y no relevantes en el ámbito de la invención).

Más en particular, la trayectoria de torcido comprende una primera sección de extremo 10a que coincide esencialmente con el eje de rotación del rotor 5 y delimitada mediante un primer dispositivo de transmisión de la rotación 12, fijado sólidamente al rotor 5, y una unidad de montaje 11 que consiste, de una manera conocida, en una placa con cinco orificios, sujeta de manera sólida a la bandeja y, en consecuencia, estacionaria.

A lo largo de esta primera sección de extremo 10a los alambres están sometidos a una primera torsión helicoidal alrededor del eje de rotación del rotor 5 a través del efecto de la tracción de rotación que el rotor impone sobre el primer dispositivo de transmisión de la rotación 12.

Después del primer rodillo giratorio 12, los alambres siguen una sección central 10b de la trayectoria de torcido que se extiende al rotor 5 y está radialmente desplazado respecto al eje de rotación del rotor para saltar la bandeja 7 y alcanzar un segundo dispositivo de transmisión 13 sólidamente acoplado al rotor sobre el extremo axialmente
opuesto.

Finalmente, la trayectoria de torcido presenta una segunda sección de extremo 10c que coincide substancialmente con el eje de rotación del rotor 5 y que se extiende más allá del segundo dispositivo de transmisión de la rotación 13. En esta segunda sección de extremo, a través del efecto de la tracción de rotación impuesta por el rotor 5 sobre el segundo dispositivo de transmisión de la rotación 13, se realiza una segunda torsión de los alambres elementales, completando así la formación de la cuerda 1 que se estira progresivamente alejándola de los dispositivos de recogida citados anteriormente.

La relación entre la velocidad de rotación del rotor 5, preferiblemente entre 2000 y 6000 rpm, y la velocidad de tracción de la cuerda 1 - y, en consecuencia, de los alambres elementales que la forman, preferiblemente entre 60 y 250 m/min - definen un valor de paso de torcido, es decir, el paso según el cual dichos alambres elementales están enrollados helicoidalmente sobre la cuerda acabada 1.

En una realización preferida de la invención, dicho paso de torcido se mantiene en un valor entre 3 mm y 50 mm, preferiblemente entre 6 mm y 30 mm, más preferiblemente igual a 16 mm.

Los siguientes elementos están dispuestos operativamente en secuencia para cada alambre elemental a lo largo de la trayectoria de los alambres elementales en el interior de la bandeja, y más precisamente antes respecto a la unidad de montaje 11: un dispositivo de transmisión de la rotación 14, un dispositivo de preformación 15 según la invención (mostrado en detalle en la figura 2) y un dispositivo de transmisión de la rotación 16 que consiste en una polea girada 90º respecto al par de poleas de la invención; dicha polea girada tiene el propósito de conducir el alambre que sale del dispositivo de preformación 15, a la unidad de montaje 11.

Con referencia a la figura 2a, el dispositivo de preformación 15 según la presente invención comprende un par de poleas 200 y 201, preferiblemente un par de placas de acero, fijadas a una estructura de soporte adecuada 202 y libres para girar alrededor de sus ejes. Cada polea presenta varios pasadores opuestos 203 y 204 adecuados para penetrar recíprocamente una extensión predefinida para provocar una deformación axial y una deformación por flexión al mismo tiempo sobre un alambre que atraviesa el espacio entre los pasadores de la primera polea 200 y los correspondientes pasadores de la segunda polea 201, durante la penetración citada anteriormente obtenida mediante el movimiento del par de poleas citadas anteriormente accionadas y giradas mediante el alambre.

Más en particular, el eje longitudinal de la estructura de soporte citada anteriormente está ventajosamente situado en perpendicular a la dirección de avance del alambre que se somete a la deseada operación de preformación.

Las poleas 200 y 201 citadas anteriormente están fijadas a dicha estructura de soporte 202 y opuestas, de manera que la primera polea 200 se mantiene en una posición fija respecto a dicha estructura de soporte 2002, pero es libre de girar alrededor de su eje perpendicular al eje longitudinal L de la estructura de soporte.

La segunda polea 201 de este par, por el contrario, es ventajosamente desplazable a lo largo de una guía recta 205 sobre la estructura de soporte y está situada en paralelo al eje longitudinal L de la estructura de soporte para permitir un ajuste fino de la segunda polea 201, mediante una escala graduada 206 adecuada, respecto a la primera y para aproximar así o separar el par mencionado anteriormente.

Además, tal como se ha mencionado anteriormente, cada polea 200 y 201 del dispositivo de preformación según la presente invención está provista de una pluralidad de pasadores 203 y 204 de longitud adecuada, situados en perpendicular a la superficie de la placa de la polea y colocados de manera consecutiva entre sí para seguir el perfil periférico de la polea según un paso predeterminado definido por la distancia entre los ejes de dos pasadores consecutivos.

Con referencia a la figura 2b, que representa una vista lateral parcial del dispositivo de preformación 15 según la invención, para permitir la penetración recíproca de los pasadores que poseen dicho par de poleas, es necesario que estén separados de manera diferente del eje longitudinal L de la estructura de soporte, es decir, las superficies de las placas de dichas poleas pertenecen a dos planos diferentes P1 y P2 paralelos entre sí y paralelos al plano que contiene el eje longitudinal L de la estructura de soporte 202.

Además, para asegurar la penetración citada anteriormente, los pasadores 203 y 204 previstos en la primera polea 200 y la segunda polea 201 se han de colocar sobre superficies de placa opuestas de manera que, durante la rotación de dichas poleas, los respectivos pasadores están en posiciones recíprocamente opuestas.

Más en particular, la penetración de los pasadores del par de poleas es variable y ajustada mediante el movimiento de la segunda polea móvil 201 más cerca o más lejos mediante la guía recta 205 citada anteriormente. Este ajuste se realiza mediante una escala graduada 206 que está calibrada para definir el nivel de penetración de los pasadores y, en consecuencia, el grado de preformación resultante sobre el alambre después respecto al dispositivo de preformación según la presente invención.

El nivel de penetración de los pasadores representa, el consecuencia, el cambio - longitudinal respecto a la estructura de soporte 202 - realizado por la segunda polea móvil 201 en la dirección de la primera polea 200, que es fija.

En particular, dicho nivel de penetración representa la distancia D entre el eje de un primer pasador 203 que posee la polea fija 200 y el eje de un segundo pasador 204 en la polea móvil 201. Dicho segundo pasador 204 están en una posición consecutiva respecto a la primera, de manera que la distancia D citada anteriormente se mide en el área de penetración de dicho primer y segundo pasador. Dicha área define la trayectoria de preformación de dicho alambre.

Finalmente, la máquina de torcido comprende un dispositivo de estirado (cabrestante), un dispositivo para recoger la cuerda producida y los usuales dispositivos de refuerzo de los alambres, tal como el falso garrote, para eliminar la tensión residual en la cuerda acabada. Estos dispositivos no están representados ya que son conocidos, convencionales y no particularmente relevantes para los propósitos de la invención.

Según otra realización de la invención, la operación de torcido es tal como para asegurar que por lo menos un alambre de una cuerda dada está sometida a preformación según la presente invención, mientras el resto de los alambres de dicha cuerda se tratan tal como se describe en la técnica anterior. Por ejemplo, dichos alambres restantes se pueden someter a la preformación usando una máquina de preformación de rodillo, tal como la descrita en la patente US 4.258.543 citada anteriormente a nombre del solicitante.

Los dispositivos de preformación 15 según la presente invención son aplicables a todos los tipos de sistemas de torcido conocidos actualmente, por ejemplo un sistema de doble giro o una sistema de disposición. Más en particular, un sistema de doble giro puede presentar recogida interna (si la bobina de recogida del producto acabado está en el interior de la bandeja, entre los rotores) o recogida externa (si las bobinas de alimentación están en el interior de la bandeja mientras la bobina de recogida del producto acabado está fuera de la bandeja). El sistema de disposición, finalmente, se diferencia del sistema de doble giro en que en las máquinas de disposición cada vuelta del rotor corresponde a un único paso de torcido, mientras que en las máquinas de doble giro cada vuelta de los rotores corresponde a un avance igual de dos pasos de torcido. En consecuencia, la diferencia entre estos dos sistemas está en su
productividad.

Según una realización preferida de la invención, las poleas usadas en el dispositivo de preformación son idénticas en conjunto, es decir, tienen igual diámetro, un número igual de pasadores y los pasadores usados en ambas poleas tienen el mismo diámetro.

Con la máquina de preformación 15 - gracias a su estructura - es posible obtener un alambre con una deformación en onda substancialmente sinusoidal sobre un plano que es paralelo e intermedio a los planos P1 y P2 que contienen las superficies de placa de las poleas. Dicho alambre no presenta bordes afilados, puntas o cortes sobre su superficie. El alambre elemental que pasa a través de los pasadores de las dos poleas está sometido a una deformación alternada definida por la forma circular de los pasadores, y no presenta, en consecuencia, secciones con los bordes, puntas o cortes citados anteriormente que se encuentran, por ejemplo, sobre la superficie externa de los alambres que pasan a través de un par de ruedas dentadas según la técnica anterior. De hecho, dichas ruedas dentadas, debido a su conformación geométrica, inevitablemente cortan la superficie del alambre durante la acción recogida que se produce durante el avance de preformación del alambre. Tal como se ha mencionado anteriormente, esta acción de recogida provoca tensiones del alambre.

La Tabla I representa los parámetros técnico-constructivos principales de una realización del dispositivo de preformación 15 según la presente invención. Según esta realización, las poleas del dispositivo según la invención presentan igual diámetro, un número igual de pasadores y pasadores de igual diámetro. Sin embargo, son posibles otras realizaciones, por ejemplo, poleas que presentan pasadores con diferentes diámetros.

TABLA I

1

La selección de valores más adecuada que se atribuyen a los parámetros de la máquina es definirlos específicamente según, por ejemplo, el grado deseado de preformación del alambre, el diámetro del alambre (entre 0,10 y 0,50 mm) y el valor deseado de las características finales de la cuerda. Además, es importante subrayar que la tracción ejercida sobre la cuerda también depende de las elecciones precisas de los parámetros del proceso según las características de las máquinas usadas, por ejemplo, ángulos de torsión, velocidad de los rotores, paso de torcido.

También es importante indicar que, para producir una cuerda, y en consecuencia un tejido cauchutado que contiene dicha cuerda, que tiene altas características de elasticidad, es preferible someter todos los alambres que forman dicha cuerda al proceso de preformación según la invención.

Sin embargo, si el requerimiento principal reside en la penetración del caucho en el interior de la cuerda, puede ser suficiente preformar un número limitado de los alambres que forman la cuerda. Este número se puede definir sobre la base del número total de alambres que forman la cuerda y el grado de penetración deseado.

La figura 3 representa un neumático genérico que comprende tejidos cauchutados provistos de cuerdas de refuerzo según la invención. Con referencia a esta figura, el neumático al cual se refiere la invención comprende una carcasa 100, preferiblemente cubierta internamente con un lámina estanca al aire de caucho 110, una banda de rodadura 120 situada sobre la periferia de esta carcasa, un par de flancos axialmente encarados 130 que acaban con talones 140 reforzados con alambres de talón 150 y respectivos elementos de relleno del talón 160 para fijar dicho neumático a una llanta de montaje correspondiente 170. El neumático puede incluir adicionalmente bordes de refuerzo 190 y, en el caso de los neumáticos de carcasa radial, también una estructura de cintura 210 interpuesta entre la carcasa y la banda de rodadura.

La carcasa 100 comprende una o más telas de carcasa fijadas a dichos alambres de talón 150, por ejemplo, doblados alrededor de dichos alambres de talón desde el interior hacia el exterior. La tela o telas de carcasa se puede formar mediante secciones de tejido cauchutado reforzadas con cuerdas textiles o metálicas incrustadas en el caucho del tejido.

La estructura de cintura 210 comprende dos bandas de cintura 230 y 240, solapadas radialmente, y una tercera banda de cintura 250 en una posición radialmente más externa.

Las bandas de cintura 230 y 240 están formadas mediante secciones de tejido cauchutado que incorporan cuerdas de metal, paralelas entre sí en cada banda y atravesadas respecto a las de las bandas adyacentes, inclinadas preferiblemente de una manera simétrica respecto al plano ecuatorial del neumático según un ángulo entre 10º y 30º, mientras que la banda de cintura 250 está provista de cuerdas que están circunferencialmente orientas, es decir, a 0º respecto a dicho plano ecuatorial. Esta banda 250 se puede realizar, en particular para neumáticos de camión y similares, mediante un par de bandas simétricamente situadas respecto al plano ecuatorial del neumático. Para neumáticos de camiones, se puede usar una banda auxiliar (no representada en la figura) en una posición radial externa respecto a la estructura de cintura 210, provista de cuerdas de refuerzo inclinadas respecto al plano ecuatorial mediante un ángulo entre 10º y 70º, usualmente llamado "capa rompedora".

De una manera similar, se pueden formar otros elementos constructivos del neumático mediante secciones de tejido cauchutado con cuerdas de refuerzo adecuadamente inclinadas respecto a las direcciones axial, radial y/o circunferencial del neumático, tal como se requiere. Por ejemplo, el borde de refuerzo 190 citado anteriormente emplea cuerdas inclinadas según un ángulo incluido entre 30º y 60º respecto a la dirección axial.

Una muestra de la cuerda (5 x 0,35, paso 16 mm, es decir, una cuerda formada mediante la concatenación de cinco alambres con un diámetro igual a 0,35 mm) se realizó según el procedimiento de la invención. Los alambres que forman dicha cuerda se realizaron de acero con un contenido de carbono igual al 0,7%. Además, dichos alambres se recubrieron ventajosamente con latón, con un recubrimiento de depósito igual a 3,74 g de latón en relación a 1 kg de acero; el porcentaje de cobre en el latón es preferiblemente igual al 64,4%. El dispositivo de preformación 15 según la invención usado para obtener dicha muestra de la cuerda presentó pasadores con un diámetro de 1,5 mm para conseguir un alambre con una forma en onda (sinusoidal) con una anchura igual a 0,75 mm y un paso igual a 3,25 mm.

La Tabla II a continuación representa los resultados conseguidos por el solicitante en las pruebas comparativas entre una cuerda 5 x 0,35 sometida a preformación según el procedimiento conocido de las ruedas dentadas y la misma cuerda preformada según el procedimiento de la invención tal como se ha descrito anteriormente con detalle. Los valores mostrados en la Tabla II son los valores promedio obtenidos mediante la realización de un promedio aritmético entre una pluralidad de valores resultantes de las pruebas realizadas por el solicitante.

TABLA II

2

La resistencia a la tensión final y las pruebas de elongación final se realizaron tanto sobre una cuerda desnuda como sobre una cuerda incrustada en la matriz elastómero y sometida a vulcanización según los procedimientos no descritos aquí porque son típicamente conocidos en la técnica anterior.

La prueba de fatiga de flexión, conocida como prueba FFF (Fatiga Flexión Firestone) o prueba Wallace, se realizó sobre una banda de tejido cauchutado. Dicha banda sufrió una serie de ciclos de flexión hechos alternativamente moviendo la banda de tejido alrededor de un rodillo dimensionado de manera adecuada con una precarga adecuadamente seleccionada relacionada con las dimensiones de las cuerdas de refuerzo en la muestra de tejido.

La prueba citada anteriormente se condujo sobre una banda de tejido cauchutado reforzada con cuerdas de metal dispuestas teniendo un espesor igual a 100 cuerdas/decímetro mediante la aplicación al rodillo de una precarga de 150 libras (68 kg) mediante un mecanismo de palanca y usando un rodillo con un diámetro igual a 50 mm. Este mecanismo de palanca provocó sobre el rodillo, y en consecuencia sobre la muestra, una fuerza opuesta e igual a dicho peso. La muestra se colocó y la prueba consistió en contar los ciclos de tracción realizados por el movimiento alterno citado anteriormente. La prueba finalizó cuando la muestra se rompió.

La prueba relacionada con la penetración en el tejido consistió en medir el grado de penetración del caucho entre los alambres que forman dicha cuerda e identificar, en consecuencia, la calidad del recubrimiento elastómero alrededor de cada uno de dichos alambres. Un embudo adecuado hecho ventajosamente de vidrio se invirtió sobre el fondo de un cuenco que contiene alcohol etílico. Este embudo presentaba una escala a lo largo del vástago cilíndrico y acababa, en el extremo libre de este vástago, con un dispositivo de succión generalmente accionado por el operador. El accionamiento del dispositivo de succión hacía que el alcohol etílico se elevara en el vástago cilíndrico para alcanzar un nivel predefinido, llamado nivel cero. En esta fase, la muestra que se ha de examinar, que consiste en una banda del tipo descrito anteriormente con dimensiones iguales a 5 cm x 5 cm, se sumergió en el cuenco y se colocó a la entrada del embudo. El alcohol etílico tiene la propiedad de expeler el aire que puede estar contenido en la matriz de elastómero y tomar su lugar. Este hecho provocó un descenso respecto al nivel cero citado anteriormente del nivel del alcohol etílico en el vástago con escala. Esta medición permitió definir el volumen de aire procesado mediante el material elastomérico en el que los alambres están incrustados y, en consecuencia, el grado de penetración del caucho entre los alambres que forman la cuerda. Esta prueba se realizó en la muestra en crudo y en la muestra vulcanizada.

Analizando las figuras indicadas en la Tabla II, parece evidente que una cuerda dada obtenida según el procedimiento de la invención presenta características físico-químicas remarcablemente mejores respecto a una cuerda igual obtenida según un proceso de torcido que comprende un dispositivo de preformación con ruedas dentadas.

En el caso de la invención, la elongación final de la cuerda es considerablemente mayor, así como la fatiga de flexión, que se aumenta considerablemente. Esto produce una cuerda con características mecánicas mejoradas respecto a la técnica anterior.

Además, los resultados conseguidos confirman la obtención de una penetración del caucho mayor y una elongación final considerablemente mayor, que produce una elasticidad mayor de la cuerda. Este aspecto es particularmente deseado cuando estas cuerdas se usan como cuerdas de refuerzo para elastómeros usados para fabricar neumáticos.

A partir de los resultados conseguidos por el solicitante surge que: un mayor grado de penetración de los pasadores, y en consecuencia un mayor grado de preformación de los alambres que forman una cuerda, corresponde a una mayor elongación alcanzada por la cuerda.

El solicitante realizó las pruebas especialmente sobre una cuerda de 1 x 5 x 0,35 obtenida mediante un proceso de torcido según la invención. Dicha cuerda pareció particularmente adecuada para usarse para formar, por ejemplo, la llamada capa de ruptura en las cinturas para neumáticos de carga pesada y similares, ventajosamente usados en trayectorias "fuera de carretera".

Es importante indicar que las cuerdas obtenidas según la invención se pueden usar como cuerdas de refuerzo para cualquier tipo de estructura elastomérica que se usa para la fabricación de neumáticos, con particular preferencia para los elastómeros que requieren una cuerda de alta elongación, por ejemplo en los bordes de refuerzo 190 mostrados en la figura 3.

El solicitante, de hecho, ha observado que la elongación final de una cuerda de 1 x 5 x 0,35 es claramente mejor respecto a la elongación final de una cuerda de 3 x 4 x 0,22, ampliamente usada en la práctica. Dicha cuerda consiste en tres hilos, cada uno de los cuales formado por cuatro alambres de 0,22 de diámetro.

Más en particular, la elongación final de una cuerda desnuda de 3 x 4 x 0,22 es igual al 5,5% y este valor cae a aproximadamente el 3% después de la vulcanización. En el caso de la invención, por otro lado, la cuerda de 5 x 0,35 presenta una elongación final de aproximadamente el 6% también después de la vulcanización. Este hecho, tal como se ha mencionado anteriormente, permite un uso ventajoso en capas de ruptura para neumáticos de carga pesada, que deben absorber golpes accidentales que se pueden producir sobre carreteras de tipo "OFF".

Además, este aspecto aparece particularmente ventajoso también en términos de costes, tiempo de producción y productividad del proceso según la invención, ya que se requieren necesariamente dos ciclos de trabajo con pasos de torcido muy limitados (en particular igual a 3,15 mm para cada hilo e igual a 6,3 para la cuerda final) para hacer una cuerda de 3 x 4 x 0,22, mientras que la cuerda según la invención se obtiene en un único ciclo de trabajo y presenta un mayor paso de torcido (en particular igual a 16 mm).

Además, hacer una cuerda de 5 x 0,35 en lugar de una cuerda de 3 x 4 x 0,22 permite realizar un proceso de retirada más suave, con el consiguiente ahorro en términos de tiempos de trabajo y desgaste de las máquinas usadas.

Claims (8)

1. Dispositivo para la fabricación de cuerdas de metal (1) que se usan particularmente para productos elastoméricos compuestos de refuerzo, que comprende:

- una estructura de soporte (100);

- un rotor (5) acoplado respecto a dicha estructura de soporte y giratorio según un eje predefinido;

- una bandeja fijada a dicha estructura de soporte según un eje de oscilación que coincide con el eje de rotación del rotor;

- dispositivos de alimentación (8) ajustados operativamente sobre dicha bandeja para suministrar varios alambres elementales desde respectivas bobinas de alimentación, siendo accionados dichos alambres elementales sobre dicho rotor según una trayectoria de torcido con secciones de extremo (10a, 10c) que coinciden con el eje de rotación de dicho rotor y con una sección central (10d) separada de dicho eje de rotación;

caracterizado por el hecho de que

- comprende por lo menos un dispositivo de preformación (15) operativamente acoplado con la bandeja y que funciona sobre por lo menos uno de dichos alambres elementales en una sección anterior respecto a la primera sección de extremo de la trayectoria de torcido; y

- dicho por lo menos un dispositivo de preformación (15) proporciona dicho alambre elemental con una deformación en onda substancialmente sinusoidal dispuesto sobre un plano.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende un dispositivo de preformación (15) para cada alambre elemental de dichas cuerdas de metal (1).

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho por lo menos un dispositivo de preformación comprende una primera (200) y una segunda polea (201) fijadas a una estructura de soporte (202) adecuada libre para girar alrededor de su eje, teniendo cada polea una pluralidad de pasadores opuestos (203, 204) adecuados para la penetración recíproca a una distancia predefinida (D) para inducir una deformación sinusoidal sin bordes afilados sobre un alambre que pasa a través del espacio entre los pasadores (203) de la primera polea (200) y los pasadores (204) correspondientes de la segunda polea (201).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicha primera y segunda poleas (200, 201) se accionan en rotación mediante el alambre.

5. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicha distancia (D) es variable.

6. Procedimiento para la fabricación de una cuerda de metal (1), particularmente para productos elastoméricos compuestos de refuerzo, que comprende por lo menos dos alambres elementales, con un diámetro preferiblemente entre 0,10 y 0,50 mm, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes fases:

- deformación permanente de por lo menos uno de dichos alambres elementales mediante un deformación en onda substancialmente sinusoidal dispuesta sobre un plano;

- torcido de dichos alambres elementales juntos mediante un doble doblado helicoidal alrededor del eje longitudinal de dicha cuerda.

7. Cuerda de metal (1), particularmente para productos elastoméricos compuestos de refuerzo, que comprende por lo menos dos alambres elementales, de los cuales por lo menos uno se preforma según el procedimiento de la reivindicación 6.

8. Neumático para ruedas de vehículos, que comprende una carcasa en forma de toro (100), una banda de rodadura (120) situada sobre la periferia de dicha carcasa, un par de flancos (130) axialmente encarados que acaban con talones (140) reforzados con alambres de talón (150) y respectivos elementos de relleno del talón (160) para fijar dicho neumático a una correspondiente llanta de montaje (170), comprendiendo dicho neumático tejidos cauchutados reforzados con cuerdas de refuerzo de metal (1), que comprenden por lo menos dos alambres elementales enrollados helicoidalmente juntos y alrededor del eje de la extensión longitudinal de la cuerda, caracterizado por el hecho de que por lo menos de dichos alambres elementales se obtiene según el procedimiento de la reivindicación 6.