ES2216762T3 - Procedimiento para la fabricacion de un neumatico con clavos y molde para el mismo. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de un neumatico con clavos y molde para el mismo.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un neumático (1) para ruedas de vehículos, del tipo adecuado para viajar sobre carreteras con hielo y/o nieve, comprendiendo dicho neumático una banda de rodadura (34) que tiene una superficie externa que contiene una pluralidad de clavos de metal (300) que sobresalen parcialmente de dicha superficie externa, comprendiendo las etapas de: - fabricar un neumático en crudo; - insertar y retener dichos clavos (300) en asientos específicos previstos en un molde de vulcanización; - insertar dicho neumático en crudo en dicho molde; - cerrar dicho molde; - vulcanizar dicho neumático en crudo; - abrir dicho molde para extraer el neumático curado; caracterizado por el hecho de que dicho neumático curado se extrae del molde en la apertura de este último sin interferencia entre dichos asientos y dichos clavos (300), estando dichos asientos provistos de un grado de separación respecto a dichos clavos (300), manteniendo dichos clavos (300) su disposición substancialmente perpendicular respecto a la superficie externa de dicha banda de rodadura (34).
Description
Procedimiento para la fabricación de un neumático
con clavos y molde para el mismo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para fabricar un neumático para ruedas de vehículos
del tipo particularmente adecuado para viajar sobre carreteras con
hielo y/o con nieve, que está provisto de una banda de rodadura que
contiene una pluralidad de clavos que sobresalen parcialmente desde
la superficie radialmente externa de dicha banda de rodadura.
De una manera más precisa, la banda de rodadura
está provista de un diseño de banda de rodadura adecuado para usarse
sobre carreteras cubiertas de nieve y/o de hielo, y que consiste en
una pluralidad de ranuras longitudinales y transversales que definen
una correspondiente pluralidad de bloques y/o nervios en los que se
insertan los clavos citados anteriormente para sobresalir
parcialmente hacia el exterior.
La presente invención también se refiere a un
molde de vulcanización para neumáticos, que comprende un par de
cajas de molde de forma anular y coaxialmente enfrentadas y una
pluralidad de sectores que están distribuidos circunferencialmente
alrededor de dichas cajas de molde, especialmente diseñado para la
fabricación de neumáticos con clavos.
La presente invención también se refiere a un
neumático con clavos, una banda de rodadura premoldeada y con clavos
y un clavo para una banda de rodadura de neumático.
Los neumáticos que son adecuados para viajar
sobre carreteras con hielo y/o nieve tienen elementos
antideslizamiento que sobresalen desde la superficie externa de la
banda de rodadura. Dichos elementos de antideslizamiento, que en el
resto de la presente descripción se indican simplemente como
"clavos", en su forma usual consisten en un cuerpo rígido que
es generalmente metálico -preferiblemente hecho de acero- que
comprende un vástago cilíndrico o un vástago formado por un cono
doble. Dicho vástago en un extremo (el extremo en contacto con el
suelo) está provisto de una punta hecha de un material muy duro, que
es generalmente una aleación basada en carburo de tungsteno, y el
otro extremo está provisto de una base ensanchada diseñada para
retener el vástago en la banda de rodadura.
Un neumático con clavos normalmente tiene unos
400 clavos aproximadamente.
Según un primer procedimiento conocido en la
técnica, la fijación de los clavos se realiza presionando cada clavo
en un orificio cilíndrico respectivo formado en el espesor de la
banda de rodadura de un neumático ya curado; la base del clavo, que
tiene un diámetro mayor que el diámetro del vástago del clavo, evita
que el clavo se salga de su asiento.
Dicho procedimiento requiere el máximo cuidado y
debe realizarse por parte de operadores técnicos especializados para
evitar problemas de desgarro o rasgado de los bloques de la banda de
rodadura del neumático y de penetración de la base del clavo en la
cintura inferior y la estructura de carcasa, así como la posterior
pérdida de los propios clavos durante el uso del neumático.
Los clavos deben sobresalir de la superficie
externa de la banda de rodadura mediante una cantidad
predeterminada, dependiendo del rendimiento deseado del neumático,
pero, como la inserción de los clavos es una operación manual o
semimanual según dicho procedimiento, el saliente de los clavos no
es uniforme, provocando un acoplamiento no uniforme de los clavos en
el suelo y un desgaste prematuro y/o irregular de las puntas de los
clavos.
Los neumáticos con clavos obtenidos mediante
dicho procedimiento producen unos buenos resultados durante un viaje
normal en una línea recta, pero no son muy efectivos en condiciones
particularmente severas, es decir, cuando hay una conducción intensa
o torsiones de freno o cuando están sometidos a la acción de altas
fueras transversales, tales como las que se producen con condiciones
de conducción de tipo deportivo, en particular durante las
competiciones.
En estas condiciones, los clavos tienden a salir
de sus asientos, perdiéndose así a lo largo de la carretera y
afectando de manera adversa, de esta manera, al rendimiento del
neumático.
Además, el proceso para la fabricación de
neumáticos con clavos según dicho procedimiento, además de ser
delicado tal como se ha descrito anteriormente, es también largo y
costoso, ya que se requiere moldear un neumático de antemano y a
continuación insertar los clavos en el neumático vulcanizado.
En particular, en primer lugar es necesario
preparar, fabricar y vulcanizar un neumático provisto de un diseño
de la banda de rodadura adecuado para los propósitos. A
continuación, se han de realizar orificios en los bloques del diseño
de la banda de rodadura donde los clavos se van a colocar. Una cola
se inyecta en los orificios y finalmente los clavos se insertan en
su interior.
De esta manera, la adhesión del clavo al cuerpo
del bloque representa el aspecto más crítico de esta tecnología
respecto a la resistencia insuficiente de la unión obtenida entre el
clavo y el bloque en relación con el rendimiento requerido.
Tal como se describe en las patentes italianas
Nº. 1.164.958 y Nº. 1.166.684, en el pasado el solicitante ha
dispuesto una metodología particular para mejorar la adhesión de los
clavos al bloque que consiste en usar una o más capas de tejidos
cauchutados que se colocan alrededor de los clavos. Sin embargo, el
problema de unión citado anteriormente, teniendo en cuenta el nivel
de rendimiento que aumenta continuamente que se requiere para los
neumáticos, ya no se soluciona de manera satisfactoria.
Para evitar los problemas descritos previamente
asociados con la tecnología anterior, la patente alemana
DE-2.041.166 ha propuesto insertar las puntas de
los clavos en orificios ciegos previstos en la pared del molde de
vulcanización -antes de carga este último con el neumático en crudo-
para incorporar y fijar dichos clavos en la banda de rodadura
durante el moldeado y vulcanización del neumático.
De una manera más precisa, según dicho
procedimiento, la carcasa en crudo se fabrica de cualquier manera
conocida, se monta sobre una forma macho y se carga a continuación
en un molde que se puede desmontar horizontal y verticalmente en por
lo menos dos partes que se presionan contra la superficie de la
banda de rodadura para impartir a esta última el diseño de la banda
de rodadura deseado.
Durante la vulcanización, los clavos, que se
insertan de antemano con fuerza en orificios correspondientes
formados en las varias partes desmontables del molde, se incorporan
en el compuesto de la banda de rodadura que se adhiere químicamente
a la superficie de cada clavo, produciendo una mejor unión que la
que se obtiene con la cola del primer procedimiento indicado
anteriormente.
Además, los documentos
US-2.808.621 y US-3.237.670
describen dos moldes de vulcanización para producir neumáticos con
clavos según los cuales se acoplan elementos de fricción de
cualquier forma adecuada (por ejemplo, segmentos cortos de muelle de
acero, pequeños sellos, pedazos o bloques de metal ferroso, clavos
con una pluralidad de dientes) a los moldes y se mantienen
temporalmente en la posición correcta en su interior usando una
pluralidad de campos de atracción magnética. De una manera más
precisa, dichos documentos describen el uso de imanes permanentes en
el interior de los moldes de vulcanización para mantener
temporalmente los elementos de fricción metálicos, de manera que
estos últimos se transfieren y se incrustan en la porción de la
banda de rodadura del neumático en posiciones determinadas.
La patente US 3.237.670 se refiere a un neumático
antideslizamientos que tiene inserciones de tracción metálicas
incrustadas en la banda de rodadura del mismo y un aparato para
fabricar neumáticos y a un neumático que tiene elementos de la banda
de rodadura de caucho que son, por lo menos en parte, en forma de
resaltes.
La patente FR 1454829 se refiere a un neumático
antideslizamientos que contiene clavos de metal en la banda de
rodadura, y un molde en el que los clavos de metal están sujetos en
el mismo, y a soportes temporales de plástico flexible. Las bandas
de plástico que soportan los clavos de metal encajan en ranuras que
se extienden alrededor del molde, y los dos extremos de la banda
topan entre sí, de manera que sujeta en el molde mediante su propia
elasticidad.
La presente invención surge a partir de la
percepción del solicitante de que la fiabilidad de la unión entre el
clavo y el compuesto de la banda de rodadura se ve remarcablemente
influenciada por el procedimiento que se utiliza para obtener la
unión entre dicho compuesto y la superficie del clavo, así como por
l etapa de apertura del molde y la consiguiente extracción del
neumático curado.
El solicitante ha percibido que, según los
procedimientos conocidos descritos anteriormente, durante la
extracción del neumático curado del molde cerca de la cantidad total
de los clavos incorporados en la banda de rodadura se somete a una
fuerza que daña la unión obtenida entre el clavo y el compuesto.
Los documentos citados previamente
DE-2.041.166, US-2.808.621 y
US-3.237.670 no citan nada sobre dicho inconveniente
que se produce aunque se usen moldes modernos equipados con sectores
de tipo centrípeto, es decir, moldes que comprenden dos cajas de
moldeo anulares axialmente desplazables entre sí -correspondientes a
los flancos del neumático- y un anillo de sectores -correspondiente
a la banda de rodadura- dispuestos entre dichas cajas de moldeo y
radialmente desplazables en ambas direcciones perpendicularmente
respecto al eje del molde.
De hecho, el movimiento de cada sector respecto a
la banda de rodadura es de tipo radial solamente a lo largo del eje
de simetría del sector, mientras que en las otras zonas del sector
dicho movimiento es paralelo al eje citado anteriormente y, por lo
tanto, en una dirección que está inclinada respecto a la dirección
perpendicular a la superficie convexa de la banda de rodadura.
Dicho fenómeno aumenta progresivamente en los
puntos del sector que están más alejados del eje de simetría; en
esta conexión debe recordarse que cada sector abraza toda la
extensión axial de la banda de rodadura y cubre un arco de la banda
de rodadura circunferencial entre 36º y 90º.
Por otro lado, es evidente que los clavos se han
de incorporar en la banda de rodadura con una orientación
substancialmente perpendicular a la superficie de la banda de
rodadura, para asegurar que el neumático tenga un rendimiento
adecuado durante el uso.
Tal como se ha percibido por parte del
solicitante, durante la apertura del molde, los clavos, y en
particular aquellos que están situados a la distancia más alejada
del eje de simetría del sector, están obligados a asumir una
posición paralela al eje de simetría citado anteriormente y, por lo
tanto, sometidos a una fuerza que coloca el clavo en la dirección
del eje de simetría del sector, provocando la flexión del bloque y
la descarga sobre la superficie lateral de las fuerzas de
cizalladura del clavo que afectan adversamente a la fiabilidad de la
unión entre el clavo y el bloque, provocando la pérdida de los
clavos, ya durante la extracción del neumático del molde y/o en el
desgarro de los bloques del neumático durante el uso.
El solicitante ha percibido que dichos
inconvenientes se pueden solucionar insertando los clavos en
asientos correspondientes del molde, que aseguran un grado
suficiente de separación entre los asientos y los clavos, de manera
que permiten que los clavos mantengan su orientación, perpendicular
a la superficie de la banda de rodadura, durante la apertura del
molde, una vez se ha completado la vulcanización.
De esta manera, según un primer aspecto de la
misma, la presente invención se refiere a un procedimiento para la
fabricación de un neumático para ruedas de vehículos, del tipo
adecuado para viajar sobre carreteras con hielo y/o nieve,
comprendiendo dicho neumático una banda de rodadura que tiene una
superficie externa que contiene una pluralidad de clavos de metal
que sobresalen parcialmente de dicha superficie externa,
comprendiendo las etapas de:
- fabricar un neumático en crudo;
- insertar y retener dichos clavos en asientos
específicos previstos en un molde de vulcanización;
- insertar dicho neumático en crudo en dicho
molde;
- cerrar dicho molde;
- vulcanizar dicho neumático en crudo;
- abrir dicho molde para extraer el neumático
curado;
caracterizado por las características definidas
en la parte característica de la reivindicación 1.
En particular, la etapa de retención de los
clavos en dichos asientos se realiza mediante una fuerza de
atracción magnética.
Preferiblemente, el procedimiento la etapa de
tratamiento químico de dichos clavos con un agente de unión antes
de su inserción en dicho molde.
Incluso más preferiblemente, dicho procedimiento
comprende la etapa de proporcionar dichos clavos de una capa de
recubrimiento, por ejemplo de latón o de una aleación que contiene
Cu, Zn, Ni, Co o Mn, obtenida mediante chapado electrolítico o
electrochapado.
Según un segundo aspecto de la misma, la presente
invención se refiere a un molde de vulcanización para neumáticos,
que comprende:
- un par de cajas de moldeo conformadas
anularmente y encaradas coaxialmente;
- una pluralidad de sectores distribuidos
circunferencialmente alrededor de dichas cajas de moldeo;
- una pluralidad de asientos que están previstos
en dichos sectores, estando diseñado cada uno de dichos asientos
para retener un clavo correspondiente;
caracterizado por el hecho de que, respecto a
dichos clavos, dichos asientos están provistos de un grado de
separación que permite la extracción del neumático curado del
molde, en la apertura de este último, sin interferencia entre
dichos asientos y dichos clavos para mantener su disposición
substancialmente perpendicular respecto a la superficie externa de
la banda de rodadura.
Preferiblemente, cada asiento comprende un
manguito, cuya superficie interna (es decir, la superficie que está
dirigida hacia la cavidad del molde) está diseñada para entrar en
contacto con un resalte anular de tope previsto sobre el cuerpo de
dichos clavos.
Preferiblemente, dicho clavo se retiene en una
posición predefinida en el interior del asiento correspondiente
mediante un imán que está previsto en cada asiento.
Otros ejemplos y ventajas se harán más claras a
partir de la descripción detallada de una realización preferida pero
no exclusiva, de los diferentes aspectos de la presente invención.
Esta descripción no representará a continuación con referencia a los
dibujos adjuntos, proporcionados solamente para propósitos de
representación y, por lo tanto, de un ejemplo no limitativo, en los
que:
- La figura 1 muestra una sección transversal
recta a través de un neumático con clavos según la presente
invención;
- la figura 2a muestra una sección transversal
recta a través de un sector del molde de vulcanización según la
presente invención;
- la figura 2b muestra una vista ampliada de un
detalle de la sección transversal recta de la figura 2a;
- la figura 3 muestra una vista lateral
parcialmente seccionada de un clavo según la presente invención.
Con referencia a la figura 1, el signo de
referencia 1 indica, en su conjunto, un neumático con clavos según
la presente invención.
El neumático 1 comprende una carcasa en forma de
toro 2, del tipo radial o de tela transversal, que comprende una
estructura resistente que está formada por al menos una tela de
tejido cauchutado 4 reforzada con cuerdas textiles o de metal y que
tiene sus extremos 6 fijados cada uno a un núcleo anular
circunferencialmente inextensible, preferiblemente metálico,
conocido y citado a partir de ahora como núcleo de talón de refuerzo
8. Dicho núcleo de talón 8 está provisto sobre su superficie
radialmente externa de un elemento de relleno de caucho 12. Tal como
es conocido, la zona del neumático que comprende el núcleo de talón
8 y el elemento de relleno 12 forma el talón que está diseñado para
fijar el neumático 1 a una llanta de montaje correspondiente, no
representada.
La carcasa 2 tiene dispuesta sobre la misma, de
una manera conocida, una banda de rodadura 34 que está diseñada para
el contacto de rodadura del neumático sobre el suelo y está provista
de un diseño elevado que comprende ranuras 22 que están formadas en
el espesor de dicha banda de rodadura y definen una pluralidad de
bloques y/o nervios 18. La combinación de estos elementos
estructurales, en varias configuraciones, produce diferentes diseños
de la banda de rodadura que están generalmente optimizados para las
diferentes aplicaciones del neumático.
Junto con la carcasa del tipo radial, el
neumático 1 también comprende una estructura de cintura 26 que está
dispuesta sobre la corona de la carcasa 2, entre la tela de carcasa
4 y la banda de rodadura 34, que se extiende substancialmente desde
un lado al otro del neumático, es decir, tan ancha como la banda de
rodadura 34, y comprende por lo menos dos bandas de tejido
cauchutado 28 y 30 que están radialmente superpuestas y provistas de
cuerdas de refuerzo textiles o metálicas que son paralelas entre sí
en cada capa, intersectando entre sí con aquellas de la capa
adyacente y respecto al plano ecuatorial del neumático.
Preferiblemente, la estructura de cintura 26 también comprende una
banda radialmente más externa 32 provista de cuerdas de refuerzo
textiles o metálicas, orientadas a 0º, es decir, en una dirección
circunferencial respecto al neumático.
El espesor de la banda de rodadura, en neumáticos
para automóviles, está normalmente entre 14 mm y 18 mm, y más
preferiblemente entre 15 mm y 16 mm.
El compuesto de la banda de rodadura del
neumático es del tipo bien conocido para los técnicos en la materia
y se selecciona de manera adecuada para su uso en invierno, en
particular implicando neumáticos con clavos.
La banda de rodadura 34 tiene, insertados en la
misma, elementos antideslizantes, una pluralidad de clavos, algunos
de los cuales se muestran en la figura 1 con la referencia numérica
300, en la que solamente la parte saliente desde la superficie
externa de la banda de rodadura 34 puede apreciarse. Solamente se
muestra todo el cuerpo de solamente un clavo, indicado mediante la
referencia numérica 300.
Puede indicarse que, por razones de curvatura de
la superficie externa de la banda de rodadura, los clavos, que son
perpendiculares a dicha superficie, no están dispuestos en paralelo
entre sí, sino a lo largo de ejes y que convergen radialmente hacia
el interior del neumático.
Tal como se ha indicado anteriormente, un molde
del tipo centrípeto, que se usa para moldear y curar neumáticos de
carcasa radial, comprende dos porciones laterales de una forma
anular -llamadas "cajas de moldeo"- que están coaxialmente
enfrentadas, desplazables axialmente y entre sí y que corresponden
substancialmente a los flancos de dicho neumático, no representados
porque no son particularmente relevantes para los propósitos de la
presente invención. Una porción anular central está dispuesta entre
dichas cajas de moldeo y comprende una pluralidad de sectores (que
varían usualmente entre 4 y 10) que están circunferencialmente
dispuestos alrededor del eje del molde y son radialmente
desplazables en las dos direcciones perpendicularmente respecto a
dicho eje. Estos sectores están diseñados para actuar sobre la banda
de rodadura del neumático para definir sobre la misma un llamado
diseño de la banda de rodadura: para este propósito, sobre sus
superficies internas diseñadas para entrar en contacto con la banda
de rodadura, están provistas de una pluralidad de salientes para
producir ranuras longitudinales y/o transversales que definen los
nervios y/o los bloques del diseño de la banda de rodadura
deseada.
Como para las cajas de moldeo, si se requiere
formar porciones elevadas sobre los flancos del neumático, por
ejemplo para proporcionar elementos gráficos que identifican el
propio neumático (por ejemplo, la marca o tamaño del neumático),
dichas cajas de moldeo están usualmente provistas de
correspondientes cavidades diseñadas para producir dichas porciones
elevadas.
La vulcanización del neumático se realiza
preferiblemente a una temperatura de unos 150ºC - 180ºC y se aplica
durante un periodo de tiempo entre 20 y 45 minutos en presencia de
una presión del fluido de vulcanización, introducido en el interior
del neumático, de unas 28 bar.
Según la presente invención, el molde para un
neumático con clavos, tal como el mostrado en la figura 1, tiene una
pluralidad de orificios (unos 400) previstos en cada sector del
molde y diseñados para retener los clavos en una posición
predefinida durante la incorporación en el compuesto de la banda de
rodadura y el curado del neumático; en particular, dichos orificios
están adecuadamente conformados para evitar la aparición de fuerzas
no deseadas durante la apertura del molde, que actúan sobre dichos
clavos y/o sobre los bloques o nervios de la banda de rodadura
alrededor de dichos clavos como consecuencia de cualquier
interferencia entre los clavo y las paredes de los orificios.
En mayor detalle, la figura 2a muestra una
sección transversal recta a través de un sector 270 de un molde
centrípeto según la presente invención y la figura 2b muestra una
sección transversal recta ampliada del detalle 250 de la figura 2a,
dicho detalle 250 se refiere a un asiento diseñado para retener un
clavo según la presente invención.
En la descripción y en los dibujos adjuntos, los
elementos estructural o funcionalmente equivalentes se han indicado
mediante los mismos signos de referencia.
El signo de referencia 200 representa la porción
-llamada "matriz"- de los sectores 270 previstos para el diseño
elevado sobre la banda de rodadura. De esta manera, la matriz 200 es
intercambiable según el diseño de la banda de rodadura deseado para
proporcionarlo sobre un neumático dado.
El signo de referencia 201 indica la superficie
interna de la matriz 200, es decir, la superficie de la matriz que
encara la cavidad del molde, y el signo de referencia 202 indica la
superficie externa de la matriz 200, es decir, la superficie de la
matriz opuesta a la superficie interna 201.
La matriz 200, que está preferiblemente hecha de
aluminio, tiene una pluralidad de orificios pasantes, poseyendo cada
uno una primera porción 203 y una segunda porción 204. La primera
porción 203 está formada en la proximidad de la superficie externa
202, con un primer diámetro de orificio (por ejemplo 5 mm), mientras
que la segunda porción 204 está formada en la proximidad de la
superficie interna 201, con un segundo diámetro de orificio (por
ejemplo 10 mm) mayor que el primer diámetro.
En el interior de la segunda porción 204 está
posicionado un imán de forma cilíndrica 205 que tiene un valor de
diámetro que corresponde substancialmente al diámetro del orificio
(por ejemplo, 10 mm) y una altura de entre 5 mm y 10 mm, y
preferiblemente igual a 10 mm. El imán usado es, por ejemplo, de
tipo de samario de cobalto con un producto de energía máximo (BH MAX
- MG) de entre 27 Oe y 30 Oe (es decir, entre 2149 As/m y 2388
As/m), una inducción residual (Br) de entre 10800 Gauss y 11500
Gauss (es decir, entre 1,08 T y 1,15 T), y un campo coercitivo (Hc)
de entre 10000 Oe y 11000 Oe (es decir, entre 7,96 10^{5} As/m y
8,756 10^{5} As/m).
El imán 205 está dispuesto para topar contra la
superficie resultante de la variación en diámetro entre la primera
porción 103 y la segunda porción 204.
Un manguito 206, preferiblemente hecho de acero
inoxidable no magnetizable, se inserta a continuación en el interior
de la segunda porción 204.
El manguito 206 es substancialmente de forma
anular y presenta una primera porción interna 207, con una forma
ligeramente cónica, y una segunda porción interna 208, con una forma
cilíndrica.
La primera porción interna 207 tiene un diámetro
interno de 4,2 mm en la proximidad del imán 205 y un diámetro
interno de 4,7 mm en la proximidad de dicha segunda porción interna
208, sobre una longitud de 4,3 mm.
La segunda porción 208 tiene un diámetro interno
entre 6,8 mm y 7,4 mm, preferiblemente igual a 7,0 mm y una longitud
preferiblemente de 3,7 mm.
El manguito 206 tiene un diámetro externo igual
al de la segunda porción 204 del orificio pasante de manera que, una
vez insertado, está bloqueado en el interior de la segunda porción
204 mediante medios de interferencia; además, preferiblemente, para
obtener un mayor efecto de agarre, por lo menos una porción de la
superficie externa del manguito 206 está moleteada.
La figura 3 muestra un clavo 300 según la
presente invención, que comprende un cuerpo central 301, que
consiste en un elemento rígido preferiblemente hecho de acero y, en
cualquier caso, para los propósitos de la presente invención, hecho
de un material metálico ferromagnético (por ejemplo del tipo CF17
SMnPb10, UNI 4838/90).
Además, el tornillo 300 tiene una porción de
extremo cilíndrico 302 -más preferiblemente una porción de extremo
biselada- que está diseñada para sobresalir de la superficie
radialmente externa de la banda de rodadura.
Dicha porción de extremo 302 está ventajosamente
provista de una punta 303 que consiste en una pequeña barra de metal
duro, por ejemplo carburo de tungsteno, insertada en el interior de
dicha porción de extremo 302 y diseñada para ejercer una fuerza de
tracción sobre carreteras cubiertas de nieve y/o de hielo. Por
ejemplo, la punta 303 puede estar unida al cuerpo 301 mediante una
soldadura fuerte.
En el extremo opuesto de dicha punta 303, el
clavo 300 comprende una base 304 que es preferiblemente circular y
tiene un diámetro mayor que cualquier otro diámetro del cuerpo
central 301. La porción del clavo situada entre la porción de
extremo 302 y la base 304 puede poseer, a lo largo de su extensión
axial, uno o más resaltes o collares (no representados) provistos de
un diámetro substancialmente equivalente al de la base 304. Dichos
collares tienen la función de obtener una acción de agarre más firme
del clavo 300 en el interior de la banda de rodadura 34.
Según la presente invención, el clavo 300 tiene
una porción 307 de forma substancialmente cilíndrica que está
situada entre la porción de extremo 302 y el cuerpo central 301.
Generalmente, dicha porción 307 está dividida en
dos zonas diferentes: una primera que está conectada al cuerpo
central 301 y tiene el mismo diámetro de este último, y una segunda
zona que está conectada a la porción de extremo 302 y tiene un
diámetro inferior al de la primera zona. Dichas dos zonas diferentes
de la porción 307 definen un resalte de tope anular que está situado
a una distancia predefinida del extremo externo de la punta 303.
Según las propiedades de rendimiento específicas requeridas a un
neumático dado, la distancia de dicho resalte de tope desde el
extremo externo de la punta 303 se puede elegir de la manera
adecuada. De hecho, tal como se describe con detalle a continuación
en la presente descripción, la variación de la distancia de dicho
resalte de tope desde el extremo externo de la punta 303 implica una
variación en la longitud de la parte del clavo que sobresale de la
superficie externa de la banda de rodadura 34 y contacta con el
suelo.
El clavo 300 representado en la figura 3 muestra
una porción 307 que consiste en dos elementos cilíndricos de valores
de diámetro diferentes que producen un resalte de tope anular
resultante. Para el propósito de representación, en la figura 3
dicho resalte de tope se muestra en dos posiciones separadas 305,
306 a lo largo del eje del clavo, estando situada la posición
identificada mediante el signo de referencia 305 a una distancia
desde la punta del clavo menor que la indicada mediante el signo de
referencia 306. El resalte de tope 305, 306 es substancialmente
perpendicular al eje del clavo.
A modo de ejemplo, las dimensiones de un clavo
300 según la presente invención son las siguientes:
- diámetro de la punta 303 igual a 2,5 mm;
- diámetro del cuerpo cilíndrico 307 sobre el
resalte de tope 305, 306 varía entre 6,5 mm y 7,0 mm, y es
preferiblemente igual a 6,8 mm;
- diámetro del cuerpo cilíndrico 307 debajo del
resalte de tope 305, 306 varía entre 7,2 mm y 7,6 mm, y
preferiblemente es igual a 7,4 mm;
- distancia desde el extremo externo de la punta
303 al inicio del cuerpo cilíndrico 307 igual a 4,5 mm;
- distancia desde el extremo externo de la punta
3003 al extremo del cuerpo cilíndrico 307 (inicio del cuerpo 3019
igual a 7,5 mm;
- distancia del resalte de tope 305, 306 desde el
extremo externo de la punta 303, que varía entre 5,5 mm y 8 mm;
- diámetro de la base 304 igual a 9 mm;
- altura de la base 304 igual a 1,3 mm;
- altura del clavo 300 igual a 19,8 mm.
A partir de lo anterior, resulta que,
preferiblemente, el resalte de tope 305, 306 tiene 0,6 mm de ancho.
Generalmente, dicho resalte de tope está entre 0,2 mm y 1,1 mm de
ancho.
Según una primera realización, después de sufrir
la limpieza, por ejemplo mediante esmerilado con arena y/o
fosfatación, el clavo 300 se trata con un agente de unión,
preferiblemente mediante inmersión, para aumentar la adhesión entre
el compuesto de la banda de rodadura y la superficie externa del
clavo, durante la vulcanización del neumático. El solicitante ha
obtenido buenos resultados con el producto comercializado por la
compañía Henkel bajo el nombre de Chemosil®.
Además, según una segunda realización de la
presente invención, para asegurar una adhesión muy buena al material
elastomérico de la banda de rodadura, el clavo 300 está generalmente
recubierto con una o más capas de un material adecuado. El material
de recubrimiento es latón, aunque se pueden usar otros materiales de
recubrimiento, tales como aleaciones que contienen Cu, Zn, Ni, Co o
Mn. En el caso preferido se usa un recubrimiento de latón, la
adhesión está particularmente favorecida por la formación durante la
vulcanización de puentes de bisulfato (-S-S-) entre
la matriz elastomérica de la banda de rodadura y el cobre, que es un
componente del latón. Procedimientos que se pueden utilizar para
recubrir un clavo con una capa son, por ejemplo, chapado o difusión.
El primero comprende el chapado electrolítico de cobre y zinc,
mientras que el segundo comprende el electrochapado de una o más
capas de cobre sobre el clavo, seguido por el electrochapado de una
capa de zinc y por un tratamiento térmico que difunde el zinc en las
capas de cobre, formando así una capa de latón. Los clavos están,
preferiblemente, recubiertos con 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, para formar una capa de latón que tiene un
espesor entre 1 \mum y 2 \mum, preferiblemente igual a
1,5 \mum.
1,5 \mum.
Además, para promover la adhesión entre la banda
de rodadura y el clavo se pueden utilizar una variedad de sales
metálicas u otros aditivos como un ingrediente en la composición de
caucho. Por ejemplo, un aditivo que promueve la adhesión en un
complejo organometálico basado en boro y cobalto, están enlazado
este último juntos a través de oxígeno. Dicho complejo se conoce
comercialmente con la marca de Manobond 680C®, y se usa generalmente
en combinación con una alta cantidad de azufre.
Otro aditivo que promueve la adhesión es un
sistema de
resorcina/hexa-metoxi-metil-melamina
(HMMM) que se usa generalmente en combinación con una cantidad
media/baja de azufre. La resorcina y el HMMM reaccionan juntos y
provocan una capa interpuesta entre la mezcla de caucho y el clavo
metálico, promoviendo dicha capa la adhesión con el caucho y
protegiendo el metal del envejecimiento, el ataque del azufre, la
humedad.
Además, también es posible usar juntos un
complejo organometálico basado en boro y cobalto y un sistema de
resorcina/HMMM, generalmente en combinación con una alta cantidad de
azufre. También se puede usar sílice, ya que es conocido que, en
general, promueve la adhesión del caucho a los metales.
Durante el montaje del clavo 300 en el interior
del molde, el resalte de tope 305, 306 del clavo 300 se coloca
contra los bordes de extremo 271, 272 de la segunda porción 208 del
manguito 206, estando dichos bordes de extremo 271, 272 al mismo
nivel que la superficie interna 201 de la matriz 200.
La figura 2b muestra en líneas de trazos, a modo
de ilustración, los perfiles de dos clavos de muestra. En detalle,
el perfil de la izquierda 210 representa un clavo 300 con un resalte
de tope 305, y el perfil derecho 211 representa un clavo 300 con un
resalte de tope 306. La distancia entre el resalte de tope 305, 306
y el extremo externo de la punta 303 corresponde a la longitud de la
parte del clavo que sobresale de la superficie externa de la banda
de rodadura 34.
Ventajosamente, con un único manguito 206 es
posible usar clavos con un resalte de tope situado a diferentes
distancias desde la punta 303, correspondiendo dichas distancias
diferentes con diferentes valores de la porción saliente del clavo
300 desde la superficie externa de la banda de rodadura. Por
ejemplo, con las medidas del manguito descritas anteriormente es
posible obtener un saliente entre 5,5 mm y 6,5 mm. Las dimensiones
del manguito se han determinado de manera que la punta 303 nunca
entra en contacto con el imán 205 y el campo del imán ejerce de
manera continua su fuerza de atracción sobre el clavo. Puede
indicarse que se prefiere que los clavos no entren en contacto con
los imanes correspondientes para proporcionar una fácil separación
del neumático curado del molde.
El resalte de tope anular 305, 306 del clavo 300
permite que los clavos se coloquen y se retengan en el interior de
los manguitos 206 asociados en una posición predefinida de manera
exacta. Esto hace posible conseguir un saliente mucho más uniforme
de los clavos de la banda de rodadura cuando se compara con el
saliente de la técnica conocida.
La forma y las dimensiones internas del manguito
206 están diseñadas para adaptarse a la forma y a las dimensiones de
la parte superior del clavo 300, es decir, la punta 303, la porción
de extremo 302 y la porción cilíndrica 307.
En particular, el diámetro interno de la segunda
porción interna 208 del manguito 206 (en el ejemplo igual a 7 mm) es
preferiblemente ligeramente mayor que el diámetro de la porción
cilíndrica 307 del clavo 300 sobre el resalte de tope 305, 306 (en
el ejemplo igual a 6,8 mm), de manera que el clavo tiene un grado
predefinido de separación en el interior de su asiento. Gracias a
esta separación, durante la apertura del molde, cada sector 270 se
puede mover alejándose del clavo con una dirección que está
inclinada respecto al eje del clavo. De esta manera, el clavo no
está sometido a ninguna tensión de flexión ni está sometido a la
tracción provocada por la fricción contra la pared del manguito.
Como consecuencia, la interfaz de unión entre el compuesto de la
banda de rodadura y la superficie del clavo no se altera.
Además, para reducir más las fuerzas de flexión,
a las que se pueden someter los clavos durante la apertura del
molde, es preferible usar moldes con un gran número de sectores, por
ejemplo 12. Usando sectores con dimensiones circunferencialmente
menores, las distancias máximas entre los ejes de los clavos y el
eje de simetría del sector también se reducen.
Las tolerancias en las mediciones del imán 205,
el manguito 206 y la segunda porción 204 del orificio pasante están
determinadas de manera que el imán 205 y en particular el manguito
206, una vez que se han insertado en la segunda porción 204, se
fijan en sus asientos. Para los propósitos de mantenimiento y/o
reemplazo, es posible retirar dichas partes forzándolas, usando
medios adecuados aplicados al imán, a través de la primera porción
203 del orificio pasante.
Los clavos 300 se insertan en los asientos
apropiados en el molde, es decir, en los manguitos 206, y se
mantienen en posición mediante la fuerza del imán 205. La fuerza
magnética generada por el imán individual 205 puede retener cada
clavo 300 en su posición predefinida durante el moldeado del
neumático, es decir, durante la incorporación del clavo en el
espesor de la banda de rodadura, aunque la fuerza ejercida por todos
los imanes presentes en un molde sobre los correspondientes clavos
no ha de evitar la extracción del neumático vulcanizado del
molde.
Después de la inserción de los clavos en los
manguitos, el neumático en crudo se carga en el molde y a
continuación se moldea y vulcaniza.
El compuesto de la banda de rodadura, que al
inicio del ciclo de vulcanización se hace plástico, se coloca por sí
mismo de manera homogénea alrededor de los clavos, cubriéndolos.
Los compuestos que son adecuados para las bandas
de rodadura de los neumáticos con clavos no tienen una potencia
mayor de adhesión con los materiales de metal que forman el núcleo
del clavo. Por lo tanto, el clavo se trata con un agente químico o
está provisto de una capa de recubrimiento que actúa como interfaz,
creando una unión muy fuerte entre el metal y el compuesto. De esta
manera, cada clavo se ha totalmente solidario con el bloque del
diseño de la banda de rodadura que lo contiene.
Un neumático según la presente invención se
sometió a una prueba de desgarro que consiste en aplicar a la punta
del clavo un momento que aumenta y medir el valor necesario para
arrancar el clavo del bloque correspondiente. Los valores del
momento aplicado al clavo fueron mucho mayores que aquellos para los
neumáticos según el estado de la técnica; además, es posible
determinar que la tracción ya no se produce como resultado de la
separación del clavo del compuesto, pero respecto al desgarro del
propio compuesto, principalmente estirando del bloque desde el
diseño de la banda de rodadura en el que el clavo está fijado.
El neumático con clavos según la invención
presenta un alto grado de adhesión entre el clavo y el compuesto de
la banda de rodadura, resultando en un descenso remarcable de la
pérdida de clavos en comparación con neumáticos con clavos de la
técnica anterior usados en las mismas condiciones operativas, es
decir, presión, carga, condiciones de carretera.
Además, según el neumático con clavos de la
presente invención, los conocidos desgarros en el compuesto durante
la inserción del clavo en la banda de rodadura se evitan y se
consigue un saliente uniforme de los clavos desde la superficie
externa de la banda de rodadura.
Esto también resulta en la simplificación de la
producción de los neumáticos con clavos y la reducción de los
tiempos de producción.
Según la presente invención, la apertura del
molde y la retirada de los sectores del neumático curado no crean
tensiones que son anormales y que dañan los clavos incrustados en la
banda de rodadura.
Además, con un molde previsto según la presente
invención, es posible reducir drásticamente o incluso eliminar las
salidas de aire normalmente previstas en el molde para permitir que
el aire atrapado en su interior durante la etapa de cierre se
escape. El aire, de hecho, puede escaparse a través de los huecos
que se crean entre los clavos, los manguitos y los imanes; de esta
manera, se evitan las burbujas de aire que permanecen entre el clavo
y el compuesto, en particular sobre la superficie de la banda de
rodadura.
A modo de alternativa al imán 205 y al manguito
206, como medios diseñados para retener el clavo durante la
vulcanización, es posible usar otros dispositivos para realizar la
retención, por ejemplo mediante la creación de un vacío de aire
fuera del molde para ejercer una acción de succión sobre los clavos,
manteniéndolos con el resalte de tope anular contra la superficie
del manguito, o también un dispositivo de retención mecánico
elástico (clip o muelle) situado en el interior del orificio.
La presente invención también es aplicable a los
llamados neumáticos en los que se vuelven a colocar la banda de
rodadura o se vuelven a moldear, obteniéndose los dos aplicando
sobre la carcasa gastada del neumático una nueva banda de rodadura
en crudo, con el posterior moldeado y vulcanización tal como se ha
descrito anteriormente, y los obtenidos mediante la aplicación sobre
la carcasa gastada, mediante adhesivos adecuados, de una banda de
rodadura premoldeada y prevulcanizada.
Esta banda de rodadura se moldea y vulcaniza
normalmente en un molde plano, colocando una banda alargada de
elastómero entre dos placas radialmente superpuestas, una de las
cuales -preferiblemente la inferior- tiene formado sobre la misma el
diseño de la banda de rodadura. Las dos placas se mueven entre sí,
aplicando una presión y temperatura adecuadas, para moldear y
vulcanizar la banda de rodadura.
Según la presente invención, la placa sobre la
que el diseño de la banda de rodadura se forma puede comprender los
imanes y los manguitos que están asentados en orificios apropiados,
como en el caso de los sectores descritos anteriormente: los clavos
se insertan de antemano en los orificios citados anteriormente y
éstos permanecen firmemente incorporados en la banda de rodadura
moldeada y vulcanizada.
Además, el solicitante ha encontrado que se han
de colocar ciclos de curado adecuados para evitar un curado excesivo
de la mezcla en la proximidad de los clavos de latón de la presente
invención debido a la presencia de azufre del chapado de latón de
los clavos. En este respecto, el solicitante ha obtenido buenos
resultados usando ciclos de curado de unos 25 ó 30 minutos a una
temperatura de 160ºC, es decir, con ciclos de curado de valores
inferiores en temperatura y/o tiempo respecto a los ciclos
correspondientes de la técnica anterior.
Claims (13)
1. Procedimiento para la fabricación de un
neumático (1) para ruedas de vehículos, del tipo adecuado para
viajar sobre carreteras con hielo y/o nieve, comprendiendo dicho
neumático una banda de rodadura (34) que tiene una superficie
externa que contiene una pluralidad de clavos de metal (300) que
sobresalen parcialmente de dicha superficie externa, comprendiendo
las etapas de:
- fabricar un neumático en crudo;
- insertar y retener dichos clavos (300) en
asientos específicos previstos en un molde de vulcanización;
- insertar dicho neumático en crudo en dicho
molde;
- cerrar dicho molde;
- vulcanizar dicho neumático en crudo;
- abrir dicho molde para extraer el neumático
curado;
caracterizado por el hecho de que dicho
neumático curado se extrae del molde en la apertura de este último
sin interferencia entre dichos asientos y dichos clavos (300),
estando dichos asientos provistos de un grado de separación
respecto a dichos clavos (300), manteniendo dichos clavos (300) su
disposición substancialmente perpendicular respecto a la
superficie externa de dicha banda de rodadura (34).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicha etapa de retención
de los clavos (300) en dichos asientos se realiza mediante una
fuerza de atracción magnética.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por el hecho de que dichos clavos (300) se
tratan químicamente con un agente de unión antes de su inserción en
dicho molde.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por el hecho de que dichos clavos (300) están
provistos de una capa de recubrimiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que dicha capa de
recubrimiento es de latón o de una aleación que contiene Cu, Zn,
Ni, Co o Mn.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que dicha capa de latón se
obtiene mediante chapado electrolítico o electrochapado.
7. Molde de vulcanización para neumáticos, que
comprende:
- un par de cajas de moldeo conformadas
anularmente y encaradas coaxialmente;
- una pluralidad de sectores (270) distribuidos
circunferencialmente alrededor de dichas cajas de moldeo;
- una pluralidad de asientos que están previstos
en dichos sectores (270), estando diseñado cada uno de dichos
asientos para retener un clavo (300) correspondiente;
caracterizado por el hecho de que,
respecto a dichos clavos (300), dichos asientos están provistos de
un grado de separación que permite la extracción del neumático
curado del molde, en la apertura de este último, sin interferencia
entre dichos asientos (270) y dichos clavos (300) para mantener su
disposición substancialmente perpendicular respecto a la superficie
externa de la banda de rodadura (34).
8. Molde según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que cada uno de dichos
asientos comprende un manguito (206), cuya superficie interna está
diseñada para entrar en contacto con un resalte anular de tope (305,
306) previsto sobre el cuerpo de dichos clavos (300).
9. Molde según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que dicho manguito (206) tiene
una primera porción interna en forma cónica (207) y una segunda
porción interna en forma cónica (208).
10. Molde según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que el diámetro interno de
dicha segunda porción interna (208) es mayor que el diámetro de la
porción del clavo que penetra en dicho manguito (206).
11. Molde según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que cada uno de dichos
asientos está provisto de un imán (205).
12. Molde según la reivindicación 11,
caracterizado por el hecho de que dicho imán (205) presenta
un producto de energía máxima entre 2149 As/m y 2388 As/m.
13. Molde según la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado por el hecho de que dicho imán (205) no entra
en contacto con el clavo (300) correspondiente.
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