ITTO20120080A1 - Uso di una cinghia di trasmissione in olio e relativo sistema di trasmissione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“USO DI UNA CINGHIA DI TRASMISSIONE IN OLIO E RELATIVO SISTEMA DI TRASMISSIONEâ€

SETTORE TECNICO

La presente invenzione à ̈ relativa ad una cinghia di trasmissione comprendente un tessuto ed al relativo sistema di trasmissione, in particolare l’invenzione à ̈ relativa ad una cinghia dentata.

STATO DELL’ARTE ANTERIORE

Le cinghie dentate comprendono generalmente un corpo in materiale elastomerico, nel quale à ̈ annegata una pluralità di inserti resistenti filiformi longitudinali, anche denominati “cord†, ed una pluralità di denti rivestiti da un tessuto di ricoprimento.

Ciascun componente della cinghia contribuisce ad incrementare le prestazioni in termini di resistenza meccanica, in modo da diminuire il rischio di rotture della cinghia e da aumentare la potenza trasmissibile specifica.

I cord contribuiscono particolarmente ad assicurare le necessarie caratteristiche meccaniche alla cinghia e contribuiscono in modo essenziale a determinare il modulo della cinghia stessa ed, in particolare, assicurano il mantenimento delle prestazioni nel tempo. I cord sono generalmente ottenuti ritorcendo più volte fibre ad alto modulo.

I cord vengono normalmente trattati con composti atti ad aumentare la compatibilità delle fibre con la mescola di corpo che circonda i cord stessi.

La mescola di corpo permette di collegare i vari suddetti elementi ed assicurare che essi contribuiscano in modo sinergico alle prestazioni finali della cinghia stessa.

Le mescole di corpo sono a base di uno o più materiali elastomerici preferibilmente arricchiti con fibre per aumentarne la durezza.

Infine il tessuto di ricoprimento delle cinghie ha il compito di aumentare la resistenza all’abrasione e perciò protegge la superficie di lavoro della cinghia dall’usura dovuta allo sfregamento tra i fianchi e le falde dei denti della cinghia ed i fianchi e le valli delle gole della puleggia con cui la cinghia interagisce.

Inoltre il tessuto di ricoprimento diminuisce il coefficiente di attrito sulla superficie di lavoro, riduce la deformabilità dei denti e soprattutto rinforza la radice del dente evitandone in questo modo la rottura.

Attualmente à ̈ noto utilizzare tessuti di ricoprimento, in particolare per cinghie dentate, ad esempio con una struttura semplice costituita da una trama e da un ordito con fili in trama comprendenti fibre di poliamide oppure con una struttura composita, in cui la trama à ̈ costituita da fili di trama formati ciascuno da un filo elastico come nucleo e da una coppia di fili compositi avvolti sul filo elastico, ciascuno filo composito comprende un filo ad alta resistenza termica e meccanica ed almeno un filo ricoprente avvolto sul filo ad alta resistenza termica e meccanica. Ogni filo composito comprende un filo ad alta resistenza termica e meccanica ed una coppia di fili ricoprenti avvolti sul filo ad alta resistenza termica e meccanica. Il filo elastico à ̈ ad esempio in poliuretano. Il filo ad alta resistenza termica e meccanica à ̈ ad esempio in poliammide para-aromatica.

Tale soluzione risulta però particolarmente svantaggiosa in quanto la realizzazione di tali tessuti di ricoprimento richiede tecnologie molto complesse e costose a causa della struttura composita con cui sono realizzati.

Si à ̈ quindi alla ricerca di materiali alternativi per la produzione di un tessuto di ricoprimento di cinghie di trasmissione, in particolare cinghie dentate, i quali permettano di ottenere una configurazione del tessuto più semplice e quindi meno costosa, che aderisca perfettamente alla superficie dei denti e che permetta però di mantenere caratteristiche meccaniche comparabili o superiori a quelle dei tessuti noti.

Inoltre le più stringenti normative sulle emissioni hanno portato negli ultimi anni alla progettazione di motori che raggiungono durante il funzionamento temperature sempre maggiori all’interno del vano motore.

I materiali attualmente utilizzati per la realizzazione dei tessuti di ricoprimento ad esempio comprendenti nella direzione longitudinale della cinghia fili semplici in nylon 66 non presentano un comportamento ottimale a tali alte temperature.

Nei recenti motori in cui le prestazioni sono notevolmente aumentate, le cinghie dentate sono sottoposte ad elevate temperature e tali temperature portano ad un più rapido deterioramento dei materiali costituenti i vari componenti delle cinghie.

Inoltre le cinghie sono spesso utilizzate in olio ovvero in sistemi nei quali la cinghia si trova all’interno del basamento e quindi à ̈ a diretto contatto con spruzzi di olio o addirittura lavora sempre parzialmente immersa in olio. In particolare i materiali delle cinghie di trasmissione utilizzate “a secco†, progettati per resistere all’olio solo per breve tempo ed a basse temperature, non permettono di evitare un peggioramento delle caratteristiche meccaniche alle alte temperature e possono quindi dar luogo a rottura dei denti e conseguentemente abbreviare la vita media della cinghia.

Si à ̈ quindi alla ricerca di tessuti di ricoprimento che siano resistenti alle alte temperature dei motori attuali in particolare quando usati continuamente in olio.

Inoltre, sia quando vengono usate a secco sia quando vengono utilizzate in olio o all’interno del basamento motore, le cinghie vengono sottoposte all’attacco di numerosi agenti chimici. Nei sistemi in cui la cinghia viene utilizzata a diretto contatto o parzialmente immersa in olio, spesso l’olio motore contiene inquinanti quali etanolo, benzina e gasolio. In particolare, risulta dannoso per i materiali del tessuto l’inquinamento con benzina che si miscela con l’olio in percentuali anche elevate diluendo l’olio stesso e aggredendo i materiali che costituiscono la cinghia.

Ad esempio, in alcune applicazioni l’olio può comprendere anche fino al 30% di benzina. La percentuale di benzina à ̈ variabile a seconda delle condizioni di funzionamento del motore stesso e risulta più elevata con alto carico e bassa temperatura motore.

Inoltre particolarmente aggressivi risultano anche i moderni carburanti cosiddetti ecologici che contengono numerosi additivi che intaccano i fili del tessuto.

Si à ̈ quindi alla ricerca di tessuti di ricoprimento che siano capaci di lavorare per l’intero arco della vita della cinghia in olio ma contemporaneamente anche resistenti ad altri agenti chimici, in particolare ad alte temperature.

OGGETTO DELL’INVENZIONE

Un primo scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere un tessuto di ricoprimento che sia resistente alle alte temperature a secco, ma in particolare in olio, che sia facilmente producibile e poco costoso.

Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere un tessuto di ricoprimento che sia resistente agli agenti chimici in particolare alle impurezze presenti nell’olio motore.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere una cinghia di trasmissione, in particolare una cinghia dentata, che abbia una lunga durata e che quindi abbia ottime caratteristiche meccaniche, di adesione e di precisione dell’ingranamento.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere un sistema di trasmissione che comprenda una cinghia dentata in cui la superficie dei denti sia ricoperta con un tessuto di ricoprimento che sia semplice, sia resistente alle temperature ed agli agenti chimici.

Secondo la presente invenzione tali scopi vengono raggiunti con una cinghia di trasmissione secondo la rivendicazione 1.

Secondo la presente invenzione viene inoltre fornito un sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 19.

Secondo la presente invenzione viene inoltre fornito degli usi secondo la rivendicazione 21 o 21.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, essa viene ora descritta anche con riferimento alle figure allegate che illustrano:

- la figura 1 una vista prospettica parziale di una cinghia dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 2 uno schema di un primo sistema di comando della distribuzione utilizzante una prima cinghia dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 3 uno schema di un secondo sistema di comando della distribuzione utilizzante una seconda cinghia dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 4 uno schema di un terzo sistema di comando della distribuzione utilizzante una terza cinghia dentata secondo la presente invenzione;

- la figura 5 un grafico che illustra i valori di mantenimento della resistenza a trazione a 150°C per 28 giorni in olio misto al 10 % di benzina misurato per fili realizzati in Polimetaramide e in altri materiali;

- la figura 6 un grafico che illustra i risultati del test di allargamento in olio/RME/diesel della cinghia della presente invenzione confrontata con una cinghia secondo l’arte nota;

- la figura 7 illustra un sistema di trasmissione utilizzato per i test di durata delle cinghie dentate secondo l’invenzione e secondo l’arte nota.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Nel seguito per “il materiale elastomerico à ̈ essenzialmente costituito†si intende che il materiale elastomerico può comprendere piccole percentuali di altri polimeri o copolimeri, i quali possono essere aggiunti al materiale elastomerico senza variare le caratteristiche chimico-fisiche della mescola e quindi senza uscire dall’ambito della presente invenzione.

Nel seguito per “additivo per materiale elastomerico†si intende un materiale di varia natura che viene aggiunto al materiale elastomerico per variarne le caratteristiche chimico-fisiche.

Per uso “in olio†o “continuamente a contatto con olio o in bagno d’olio†si intende che la cinghia in uso à ̈ parzialmente immersa in bagno d’olio o continuamente a diretto contatto di olio. Generalmente la cinghia in uso à ̈ all’interno del basamento motore, ad esempio in alternativa a sistemi a catena od ingranaggi.

Per uso “a secco†si intende che le cinghie sono esterne al basamento motore e sono solo accidentalmente in contatto con l’olio motore e non sono generalmente a contatto con olio misto a benzina.

Per uso “in olio misto a benzina†si intende che la cinghia dentata viene utilizzata in una miscela di olio con percentuali di benzina anche oltre il 30 %.

Per “testurizzato†si intende che il tessuto comprende un filo trattato termicamente e meccanicamente in modo che assuma una deformazione permanente delle singole bave atto ad aumentarne l’allungabilità ed il volume.

Per “ordito†nell’ambito della presente invenzione si intende l’insieme di fili che in uso nella cinghia sono in direzione latitudinale ovvero si estendono in direzione perpendicolare rispetto alla direzione di movimento in uso della cinghia.

Per “trama†si intende l’insieme di fili che in uso nella cinghia sono in direzione longitudinale ovvero si estendono nella direzione in cui la cinghia si muove.

Nel caso delle cinghie dentate, i fili di trama devono presentare una elasticità tale da permettere al tessuto di deformarsi in modo da seguire il profilo dei denti durante la fase di vulcanizzazione della cinghia.

Per “poliaramide†o “poliamide aromatica†si intende una poliammide ottenuta a partire da almeno un monomero contenente un anello aromatico.

Per “para aramide†si intende una poliammide contenente almeno due anelli aromatici affiancati nella catena polimerica, i quali sono legati in posizione para (atomo 1 e 4).

Esempi di tali materiali sono Kevlar®, Technora®, Heracron® e Twaron®.

Per “meta aramide†si intende una poliammide contenente almeno due anelli aromatici affiancati nella catena polimerica i quali sono legati in posizione meta (atomo 1 e 3).

Esempi di tali materiali sono il Conex® e il Nomex®. Nella figura 1 à ̈ indicata nel suo complesso con 1 una cinghia dentata. La cinghia 1 comprende un corpo 2 in materiale elastomerico, nel quale à ̈ annegata una pluralità di inserti resistenti 3 filiformi longitudinali.

Il corpo 2 presenta una dentatura 4, la quale à ̈ rivestita mediante un tessuto 5 di ricoprimento. Il tessuto 5 di ricoprimento può anche essere disposto sul dorso 7 della cinghia.

Il tessuto 5 di ricoprimento della dentatura 4 o l’opzionale tessuto di ricoprimento del dorso 7 possono essere costituiti da uno o più strati e possono essere ottenuti tramite diverse tecniche di tessitura, ad esempio, mediante la tecnica di tessitura nota come 2x2 twill.

Il tessuto 5 viene generalmente sottoposto ad un primo, un secondo, terzo e quarto trattamento.

Tali trattamenti si sono rivelati essere molto vantaggiosi affinché la cinghia sia in grado di avere una lunga durata in continuo contatto con olio ad alta temperatura.

Vantaggiosamente il primo trattamento à ̈ a base di poli-isocianati.

Il primo trattamento si à ̈ rilevato particolarmente efficace per poter far aderire le fibre di poliaramide e quindi nel caso della presente invenzione l’intero tessuto agli elastomeri di corpo.

Vantaggiosamente il tessuto 5 viene sottoposto successivamente ad un secondo trattamento con RFL che aumenta la capacità adesiva del tessuto alla sottostante mescola di corpo. Chiaramente l’RFL può essere sostituito con differenti adesivi che sono utili allo stesso scopo.

Vantaggiosamente il tessuto 5 viene sottoposto successivamente ad un terzo trattamento a base di una gomma, anche detto cement, preferibilmente una gomma nitrilica idrogenata, per esempio un Zetpol. Tale trattamento ha lo scopo di aumentare ulteriormente la compatibilità tra tessuto e mescola di corpo e per questo motivo comprende preferibilmente materiali della stessa natura chimica della mescola di corpo, quali formati a partire da un monomero contenente gruppi nitrile, quali ad esempio NBR, HNBR e XHNBR.

Inoltre preferibilmente le cinghie della presente invenzione sono ricoperte con un quarto trattamento, ancor più preferibilmente tale trattamento forma uno strato che viene, ad esempio, calandrato al di sopra del tessuto.

Il terzo ed il quarto trattamento possono essere sostituiti, ad esempio, da singolo trattamento che comprenda elastomeri ed un materiale anti-attrito quale PTFE o anche grafite, solfuro di molibdeno, polvere di rame e simili.

Il quarto trattamento comprende vantaggiosamente un polimero fluorurato, ad esempio PTFE, ed un elastomero di trattamento, ad esempio un materiale simile a quello utilizzato per la mescola di corpo o un fluoroelastomero.

Vantaggiosamente possono quindi essere utilizzati quali elastomeri per il quarto trattamento uno o più copolimeri formati a partire da un monomero contenente gruppi nitrile e da un diene.

Vantaggiosamente i monomeri contenenti i gruppi nitrile sono in una percentuale compresa tra il 15 ed il 60 % rispetto alla totalità dei copolimeri finali.

Vantaggiosamente i monomeri contenenti i gruppi nitrile sono in una percentuale compresa tra il 33 ed il 51 % rispetto alla totalità dei copolimeri finali.

Più vantaggiosamente sono tra il 15 ed il 25 % in peso per applicazioni a freddo con temperature fino a -40°C, tra il 33 ed il 39 % in peso per cinghie con applicazioni a secco e tra il 39 ed il 51% in peso per applicazioni in olio.

Ancor più vantaggiosamente per applicazioni in olio sono tra il 49 e il 51 % in peso, ad esempio il 50 % in peso, mentre per applicazioni a secco sono tra il 19 e il 23 % in peso, ad esempio il 21 % in peso.

Più vantaggiosamente il o i copolimeri di trattamento utilizzati sono gomme nitriliche e/o fluoroelastomeri, ancor più vantaggiosamente sono gomme acrilonitrile butadiene, note con l’acronimo NBR. Ancor più vantaggiosamente sono acrilonitrile butadiene idrogenato o HNBR o anche sono XHNBR, ovvero acrilonitrile butadiene idrogenato e carbossilato.

Scegliendo opportunamente le quantità dei materiali di cui à ̈ composto il quarto trattamento viene convenientemente formato uno strato di ricoprimento distinto e separato dal tessuto stesso anche denominato nel seguito strato resistente 8. Lo strato resistente 8 costituisce la superficie di lavoro della cinghia e quindi incrementa ulteriormente la resistenza all’usura ed diminuisce l’assorbimento di olio.

Vantaggiosamente il polimero fluorurato à ̈ presente nello strato resistente 8 in quantità maggiore in phr della somma dell’elastomero fluorurato e del secondo materiale elastomerico.

Lo spessore dello strato resistente 8 Ã ̈ vantaggiosamente compreso tra 0,03 mm e 0,3 mm.

Lo strato resistente 8 può essere disposto al di sopra del tessuto 5 in differenti modi. Preferibilmente viene disposto mediante una fase di calandratura.

Fra il tessuto 5 e lo strato resistente 8 può essere disposto un materiale adesivo per migliorare l’adesione dello strato resistente 8 sul tessuto 5.

Preferibilmente lo strato resistente 8 per assicurare la necessaria resistenza ha un peso compreso tra 200 e 400 gr/m<2>.

Preferibilmente anche il dorso 7 della cinghia à ̈ ricoperto da un tessuto 5 di ricoprimento, uguale a quello precedentemente descritto.

Preferibilmente anche il tessuto 5 di ricoprimento viene trattato con diversi trattamenti. È risultato particolarmente vantaggioso trattare il dorso 7 con un trattamento simile al quarto trattamento del tessuto che ricopre la superficie di lavoro sopra descritto. Più vantaggiosamente tale quarto trattamento forma uno strato resistente al di sopra del tessuto. Ancor più preferibilmente lo strato resistente che ricopre il tessuto 5 di ricoprimento del dorso à ̈ uguale a quello che ricopre il tessuto 5 di ricoprimento dei denti.

Il tessuto 5 di ricoprimento ha una struttura costituita da una trama e da un ordito, in cui sia la trama che l’ordito contengono fili comprendenti fibre di poliaramide.

Vantaggiosamente i fili di trama comprendono almeno un filo elastico ed almeno un filo di fibre di poliaramide per facilitare l’estensione del tessuto in modo da seguire il profilo dei denti durante la fase di vulcanizzazione. Ancor più vantaggiosamente i fili di trama comprendono un filo elastico ed almeno un primo ed un secondo filo di fibre di poliaramide.

In una forma particolarmente preferita dell’invenzione si à ̈ dimostrata particolarmente resistente in olio una cinghia di trasmissione 1 in cui la superficie di lavoro à ̈ ricoperta da un tessuto in cui un primo filo di fibre di poliaramide à ̈ avvolto attorno ad un filo elastico in una prima direzione S ed un secondo filo di fibre di poliaramide à ̈ avvolto in senso opposto Z attorno al primo filo.

Vantaggiosamente il filo elastico à ̈ un poliuretano che permette l’elasticità del tessuto durante la formazione del dente.

Vantaggiosamente i fili di trama comprendono fibre di para-poliaramide.

Ad esempio i fili di trama possono essere formati avvolgendo attorno ad un filo di poliuretano una coppia di fili di para-poliaramide, ad esempio fili di Technora.

I fili possono essere testurizzati in modo da evitare l’uso di un filo elastico come nucleo.

Vantaggiosamente i fili di ordito comprendono fibre di meta-poliaramide.

L’uso di fili di meta-poliaramide si à ̈ dimostrato particolarmente vantaggioso in quanto à ̈ stato sorprendentemente trovato che à ̈ in grado di mantenere ottimi valori di tensione anche ad alte temperature ed in olio misto a benzina come dimostra il risultato del grafico di figura 5 che riproduce le condizioni di funzionamento delle cinghie dentate in olio, ovvero quando le cinghie dentate si trovano all’interno del basamento motore in sostituzione dei sistemi a cinghia o catena e si trovano continuamente a diretto contatto con olio o persino parzialmente immerse in bagno d’olio.

Preferibilmente il valore utilizzato per i fili di ordito della presente invenzione à ̈ compreso tra 300 e 800 dtex.

In particolare si sono dimostrati essere particolarmente vantaggiosi fili di Conex, ancor più preferibilmente in configurazione 40/2 ovvero 500 dtex.

Vantaggiosamente vengono utilizzati tessuti che presentano fili di trama composti da un filo elastico come poliuretano su cui sono avvolti due fili di poliparaaramide. Il carico di rottura (“tensile†) del tessuto pre-trattamenti nella direzione longitudinale della cinghia à ̈ compreso tra 800 e 1400 N/25 mm, ancor più vantaggiosamente tra 1000 e 1200 N/25 mm.

Vantaggiosamente vengono utilizzati tessuti che presentano fili di ordito composti da un filo di polimetaaramide. Il carico di rottura nella direzione latitudinale à ̈ compreso tra 700 e 1300 N/25 mm, ancor più vantaggiosamente tra 900 e 1100 N/25 mm.

Vantaggiosamente vengono utilizzati tessuti aventi un peso dopo i primi due trattamenti compreso tra 400 e 1000 grammi/m<2>. Ancor più vantaggiosamente tra 500 e 700 grammi/m<2>.

Vantaggiosamente il corpo 2 à ̈ realizzato in una mescola di corpo, anche detta mescola di corpo, costituita da uno o più elastomeri.

Vantaggiosamente la mescola di corpo comprende uno o più copolimeri formati a partire da un monomero contenente gruppi nitrile e da un diene.

Vantaggiosamente i monomeri contenenti i gruppi nitrile sono in una percentuale simile a quella del materiale di corpo.

Vantaggiosamente i monomeri contenenti i gruppi nitrile sono in una percentuale compresa tra il 15 ed il 60 % rispetto alla totalità dei copolimeri finali.

Più vantaggiosamente sono tra il 15 ed il 25 % in peso per applicazioni a freddo con temperature fino a -40°C, tra il 33 ed il 39 % in peso per cinghie con applicazioni a secco e tra il 39 ed il 51% in peso per applicazioni in olio.

Più vantaggiosamente il o i copolimeri utilizzati come mescole di corpo sono gomme nitriliche, vantaggiosamente sono gomme acrilonitrile butadiene, note con l’acronimo NBR. Ancor più vantaggiosamente sono acrilonitrile butadiene idrogenato o HNBR o anche sono XHNBR, ovvero acrilonitrile butadiene idrogenato e carbossilato.

Vantaggiosamente l’HNBR utilizzato per la realizzazione di sistemi di trasmissione in cui la cinghia à ̈ parzialmente a bagno d’olio o a diretto contatto con olio e impurezze à ̈ ad alto grado di idrogenazione, ad esempio possono essere utilizzati HNBR cosiddetti completamente saturati e quindi aventi una percentuale di doppi legami residua al più dello 0,9 %, ma alternativamente possono anche essere utilizzati HNBR a minor grado di insaturazione quali, ad esempio, HNBR aventi un grado di saturazione del 4 % o del 5,5%, cosiddetti parzialmente saturati.

Alcuni esempi di copolimeri HNBR utilizzabili nella mescola di corpo, ma anche nei differenti trattamenti dei vari elementi costituenti la cinghia dentata, sono i copolimeri appartenenti alla famiglia dei THERBAN prodotti da Lanxess, come il THERBAN 3407 con il 34 % di gruppi nitrilici ed un grado di idrogenazione al più dello 0,9 %, il THERBAN 3406 con il 34 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più dello 0,9 %, il THERBAN 3607 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più dello 0,9 %, il THERBAN 3446 con il 34 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 4 %, il THERBAN 3447 con il 34 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 5,5 %, il THERBAN 3627 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 2 %, il THERBAN 3629 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 2 %, il THERBAN 3907 con il 39 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più dello 0,9 %.

Alternativamente à ̈ anche possibile utilizzare gli HNBR prodotti da Nippon Zeon con il nome di ZETPOL. In particolare lo ZETPOL 2000 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più dello 0,9 %, lo ZETPOL 2000L con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più dello 0,9 %, lo ZETPOL 2010 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 4 %, lo ZETPOL 2010L con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 4 %, lo ZETPOL 2010H con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 4 %, lo ZETPOL 2020 con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 5,5 %, lo ZETPOL 2020L con il 36 % di gruppi nitrilici ed un grado di insaturazione al più del 5,5 %.

Ancora più vantaggiosamente viene utilizzato un polimero formato da una miscela di uno o più copolimeri, ottenuti a partire da un monomero dienico ed un monomero contenente gruppi nitrile. Uno o più di tali copolimeri sono vantaggiosamente addizionati di un acido o un sale di un acido carbossilico insaturo.

Più vantaggiosamente l’acido carbossilico insaturo à ̈ l’acido metacrilico o acrilico e detto sale à ̈ un sale di zinco dell’acido metacrilico o acrilico.

Ancor più vantaggiosamente viene utilizzato un sale di zinco dell’acido metacrilico.

Ancor più vantaggiosamente il sale di zinco dell’acido metacrilico viene aggiunto in una quantità compresa tra 10 e 60 phr.

Ad esempio, vengono usati vantaggiosamente gli elastomeri venduti dalla Zeon con le denominazioni: ZSC 1295, ZSC 2095, ZSC 2195, ZSC 2295, ZSC 2295L, ZSC 2295R and ZSC 2395.

In particolare à ̈ possibile sostituire parzialmente o interamente gli HNBR precedentemente citati, ovvero lo ZETPOL e/o THERBAN con uno ZSC che comprende un acido carbossilico insaturo e ossido di zinco e/o con THERBAN ART che comprende un sale dell’acido carbossilico insaturo.

Alternativamente vengono utilizzati per la realizzazione di sistemi di trasmissione in cui la cinghia à ̈ a secco vengono utilizzati polimeri a base di NBR o HNBR con una percentuale di acrilonitrile compresa tra 15 e 25%.

La mescola nel primo materiale elastomerico può comprendere inoltre additivi convenzionali come, ad esempio, agenti di rinforzo, cariche, pigmenti, acido stearico, acceleratori, agenti di vulcanizzazione, antiossidanti, attivatori, iniziatori, plastificanti, cere, inibitori di prevulcanizzazione, antidegradanti, oli di processo e simili.

Vantaggiosamente, come carica può essere adoperato nerofumo, che à ̈ vantaggiosamente aggiunto in quantità comprese tra 0 e 80 phr, più vantaggiosamente circa 40 phr. Vantaggiosamente vengono aggiunte cariche chiare rinforzanti come talco, carbonato di calcio, silice e silicati in quantità vantaggiosamente compresa tra 0 e 80 phr, vantaggiosamente circa 40 phr. Si possono inoltre vantaggiosamente utilizzare silani in quantità comprese tra 0 e 5 phr.

Vantaggiosamente vengono aggiunti ossidi di zinco e magnesio in una quantità compresa tra 0 e 15 phr.

Vantaggiosamente vengono aggiunti plastificanti esterei come i trimellitati o esteri eteri in una quantità vantaggiosamente compresa tra 0 e 20 phr.

Vantaggiosamente vengono aggiunti coagenti di vulcanizzazione come i triallilcianurati, metacrilati organici o inorganici come sali di metalli in una quantità vantaggiosamente compresa tra 0 e 20 phr o perossidi organici come ad esempio isopropil benzen perossido in una quantità vantaggiosamente compresa tra 0 e 15 phr.

Vantaggiosamente à ̈ possibile utilizzare inserti resistenti 3 anche detti cord in un materiale scelto nel gruppo costituito da fibre di vetro, fibre aramidiche, fibre di carbonio, fibre di PBO, inoltre à ̈ anche possibile utilizzare cord del tipo cosiddetto “ibrido†ovvero comprendenti filamenti di differenti materiali, vantaggiosamente scelti tra quelli menzionati precedentemente.

Preferibilmente le fibre costituenti il cord vengono trattate con un lattice HNBR vulcanizzato con perossidi idrosolubili mediante il procedimento illustrato nel brevetto WO2004057099 a nome Nippon Glass.

Una cinghia dentata 1 secondo la presente invenzione viene realizzata utilizzando i procedimenti noti di fabbricazione.

Le cinghie dentate comprendenti il tessuto della presente invenzione hanno dimostrato ottima resistenza agli agenti chimici e quindi all’invecchiamento, in particolare a secco, ma anche in olio e miscele olio/diesel e olio/biodiesel, benzina, E25 e ogni tipo di carburante utilizzato.

Vantaggiosamente, l’uso di fibre di poliaramide sia in trama che in ordito in un tessuto di ricoprimento per cinghie di trasmissione permette l’impiego di tecnologie semplici e più economiche rispetto a quelle utilizzate nella produzione dei tessuti compositi dell’arte nota.

Le cinghie secondo la presente invenzione sono particolarmente adatte ad essere utilizzate in sistemi a diretto contatto o parzialmente immersi in olio. In particolare, risultati ottimali sono stati ottenuti nel caso in cui la cinghia sia utilizzata in sostituzione dei tradizionali sistemi ad ingranaggi o a catene all’interno del basamento, sistemi nei quali la cinghia à ̈ esposta per tutta la durata di vita ad un continuo contatto con spruzzi d’olio o eventualmente à ̈ parzialmente immersa in un bagno d’olio.

In questo caso vantaggiosamente in particolare il secondo il terzo ed il quarto trattamento sono effettuati anche sul dorso 7, quando un tessuto 5 di ricoprimento del dorso à ̈ presente. È inoltre particolarmente preferito il caso in cui il quarto trattamento forma uno strato resistente.

In questo caso lo strato resistente 8 permette di evitare la penetrazione dell’olio anche dal lato del dorso 7 della cinghia dentata 1 e risulta particolarmente vantaggioso quando la cinghia dentata 1 viene utilizzata in sistemi di comando nei quali il dorso 7 della cinghia à ̈ a contatto con pattini o tenditori. In tali sistemi infatti l’olio rimane interposto tra la superficie di contatto del pattino o del tenditore con la cinghia ed il dorso della cinghia stessa e quindi la penetrazione all’interno della mescola che costituisce il corpo ne risulterebbe favorita.

Preferibilmente la cinghia dentata 1 può essere trattata su tutte le superfici esterne ed, in particolare, sui fianchi 10 dove la mescola di corpo à ̈ più esposta all’attacco dell’olio, con una gomma resistente al rigonfiamento, ad esempio ENDURLAST®.

La cinghia 1 secondo la presente invenzione viene vantaggiosamente utilizzata, ad esempio, in un sistema di comando della distribuzione per un autoveicolo del tipo raffigurato nella figura 2. Il sistema di comando della distribuzione à ̈ indicato in figura nel suo complesso con il numero 11 e comprende una puleggia motrice 12 rigidamente fissata all’albero motore, non illustrato, una prima 13a ed una seconda 13b puleggia condotta ed un tenditore 14 per il tensionamento della cinghia dentata.

Secondo una seconda forma di realizzazione alternativa, illustrata in figura 3, viene indicata con il numero 20 una cinghia dentata secondo la presente invenzione, la quale presenta una dentatura su entrambe le facce e presenta quindi un tessuto resistente che ricopre entrambe le dentature.

Una cinghia dentata 20 può, ad esempio, essere utilizzata in un sistema di comando della distribuzione per un autoveicolo del tipo raffigurato nella figura 3. Il sistema di comando della distribuzione à ̈ indicato in figura nel suo complesso con il numero 21 e comprende una puleggia motrice 22 rigidamente fissata all’albero motore, non illustrato, una prima 23a, una seconda 23b ed una terza 24 puleggia condotta.

Secondo una terza forma di realizzazione della presente invenzione, illustrata nella figura 4, una cinghia dentata 30 secondo la presente invenzione può vantaggiosamente essere utilizzata in un sistema di comando della distribuzione indicato in figura nel suo complesso con il numero 31, il quale comprende una puleggia motrice 32 rigidamente fissata all’albero motore, non illustrato, una prima 33a ed una seconda 33b puleggia condotta, un tenditore a pattino 34 ed un pattino 35.

In particolare la cinghia di trasmissione della presente invenzione si à ̈ dimostrata particolarmente efficace quando utilizzata in un sistema di trasmissione comunemente noto come alberi equilibratori (in inglese “balance shaft†).

In uso, le cinghie dentate 1, 20 e 30 nei rispettivi i sistemi di comando 11, 21 e 31 sono a diretto contatto con olio ed all’interno del basamento motore.

Le figure da 2 a 4 si riferiscono a sistemi di comando relativi alla movimentazione di contralberi di bilanciamento, ma à ̈ chiaro che la cinghia secondo la presente invenzione può essere utilizzata anche in cosiddetti “cam to cam†o per la movimentazione della pompa dell’olio. In tali casi la cinghia durante il funzionamento risulta essere parzialmente immersa in un bagno d’olio.

Inoltre à ̈ anche possibile utilizzare la cinghia della presente invenzione nella trasmissione principale per la movimentazione delle camme e anche per la movimentazione della pompa iniezione nei motori diesel.

Alternativamente inoltre la cinghia secondo la presente invenzione può essere utilizzata come cinghia a secco per la distribuzione.

È stato sperimentalmente verificato che l’uso del tessuto secondo la presente invenzione permette di ottenere un’efficace resistenza all’olio anche ad alte temperature e quindi permette di superare i test di durata cui vengono sottoposte le cinghie dentate per essere utilizzate negli autoveicoli e quindi di evitare tutti i problemi delle cinghie quando utilizzate continuamente a contatto con olio ed, in particolare, la diminuzione delle caratteristiche meccaniche, la minore adesione, il peggior ingranamento e la minor resistenza all’usura.

Inoltre la cinghia della presente invenzione può essere utilizzata come cinghia a secco in sistemi di distribuzione ad alta temperatura anche superiore a 130 °C.

Da un esame delle caratteristiche della cinghia realizzata secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

Vantaggiosamente quindi le cinghie sopra descritte possono essere utilizzate per applicazioni ad alte temperature sia a secco che in olio anche in presenza di contaminanti, ad esempio carburanti ecologici, particolarmente aggressivi.

Mentre alcuni esempi di realizzazione sono stati descritti allo scopo di illustrare l’invenzione à ̈ chiaro che il tecnico del ramo può effettuare modifiche al tipo di fibre e ai materiali che le compongono, così come ai materiali della mescola di corpo e degli altri componenti della cinghia dentata senza uscire dallo scopo della presente invenzione. Il tessuto e la cinghia secondo la presente invenzione verranno nel seguito descritti anche tramite esempi senza per questo che l’invenzione sia limitata ad essi.

ESEMPI

Esempio 1

Fili per ordito realizzati con fibre interamente in polimetaramide ed in particolare un filato di fiocchi (“spun yarn†) di Conex con una configurazione 40/2, dove 40 sono le unità metriche ovvero il numero di matasse di 1000 metri per fare un Kg e 2 à ̈ il numero di filati di fiocchi all’interno del filo usato come filo di ordito (in dtex equivale a 500 dtex).

Secondo l’invenzione sono stati testati fili di ordito in differenti materiali per misurare il carico di rottura in olio e biodiesel 90:10 a 150°C per 28 giorni.

I carburanti usati per il test sono olio (5W30 Mobil 1 – 5W-30 ESP Formula), biodiesel (metilestere del seme di colza).

Le prove sono state effettuate in tubi sigillati di circa 200 ml contenenti l’olio e i contaminanti con un rapporto tra olio e fibre di 150:5. I tubi sono stati posti in un forno per 28 giorni. Al termine della prova l’olio à ̈ stato rimosso ed i campioni lavati con “petroleum spirit†anche nota come acqua ragia minerale a 40-60 °C, asciugati prima di misurare la resistenza alla trazione.

I risultati ottenuti con i fili in Conex sono stati confrontati con i dati ottenuti con fili in Poliamide 6.6, PPS, PEEK tutti utilizzati per la realizzazione di tessuti di ricoprimento in cinghie di trasmissione.

I risultati delle prove comparative sono illustrati nella Figura 5.

Come si può notare dalla Figura 5, il filo in Conex ovvero in polimetaramide dimostra il mantenimento di una resistenza alla trazione ben più alto non solo di quello misurato per la poliamide 6.6, ma anche di altri fili normalmente utilizzati e si dimostra quindi particolarmente efficace quando utilizzato come ordito di tessuti per cinghie dentate.

Esempio 2

Nella tabella 2 à ̈ riportato un esempio di un tessuto utilizzabile in cinghie di trasmissione secondo l’invenzione che permette di ottenere risultati ottimali in termini di resistenza all’usura e agli agenti chimici quando la cinghia in uso à ̈ continuamente a diretto contatto con olio o almeno parzialmente a bagno d’olio all’interno del basamento motore.

Il tessuto presenta una configurazione 2x2 twill ed una struttura costituita da una trama e da un ordito aventi le caratteristiche illustrate in Tabella 2.

Tabella 2

Parametro Valore

Peso tessuto pre-trattamenti 460

(grammi/m<2>)

Peso tessuto dopo primo e secondo 550

trattamento

Spessore pre-trattamenti (mm) 1,09

Spessore (“gauge†) (mm) dopo primo e 1,1

secondo trattamento

Estensione trama @ 100N (%) 100

Materiale filo Ordito Conex 40/2 – 500 dtex

Materiale filo Trama 1 filo di Elastan su cui sono avvolti 2 fili spun yarn di Technora 1 in direzione S e 1 in direzione Z Titolo ciascun filo di Technora 220

(dtex)

Titolo del filo di elastan (dtex) 400

Allungamento a rottura dell’ordito 30

pretrattamenti (%)

Allungamento a rottura della trama 150

pretrattamenti (%)

Carico rottura della trama 1100 pretrattamenti(N/25 mm)

Carico rottura dell’ordito 1000 pretrattamenti(N/25 mm)

Numero fili in trama (25 mm) 55

Numero fili ordito (25 mm) 60

Nella tabella 3 à ̈ invece riportato un esempio di un tessuto secondo l’arte nota. Tale tessuto presenta anch’esso una configurazione 2x2 twill.

I fili di ordito sono formati da fili di poliamide 66 HT del tipo testato nel precedente esempio 1. I fili di trama che si estendono nella direzione longitudinale della cinghie, quindi nella direzione in cui in uso la cinghia si muove, sono fili formati da un nucleo di poliuretano, in particolare Elastan su cui sono avvolti una coppia di fili compositi. Ciascun filo composito à ̈ composto da un filo ad alta resistenza meccanica e al calore, in particolare una poliparaaramide Technora, su cui à ̈ avvolto un filo coprente, in particolare una poliamide 6 testurizzata.

I dettagli della costruzione del tessuto sono riportati nella tabella 3.

Tabella 3

Composizione dei fili che si

estendono nella direzione

longitudinale o trama

Tipo materiale Elastan

Numero di fili (“Yarn count†) dtex 480

dove 1 tex= 1gr/km di filamenti

(thread†)

Numero di filamenti (n. per 2.54 cm) 55

Fili ad alta resistenza Technora

Numero di fili (dtex) 220

Capacità coprente (numero di giri 900

“turns)

Fili di copertura Nylon 6

testurizzato

Composizione dei fili che si

estendono nella direzione

latitudinale o ordito

Tipo materiale Nylon 66 HT

Numero di fili (dtex) 110

Capacità coprente (numero di giri 1300

“turns)

I test eseguiti sono indicativi di un comportamento generale dei tessuti in quanto i rimanenti elementi della cinghia sono assolutamente identici tra loro e potrebbero quindi essere differenti.

Nel caso del presente esempio le cinghie sono utilizzate continuamente a contatto con olio o in bagno d’olio. Le cinghie sono prodotte in accordo con la domanda internazionale di brevetto WO2005080820.

Per i test seguenti sono utilizzate cinghie in commercio con “part number†03L115264A con un unico componente differente: il tessuto.

In particolare per eseguire il test di rigonfiamento o allargamento della cinghia in olio sono state eseguiti dei test su un sistema di trasmissione dettagliato in Tabella 4. Il passo delle cinghie testate in questo e nei successivi test à ̈ quello universalmente utilizzato in ambito automobilistico ovvero pari a 9,525 mm.

Tabella 4

Numero di denti

cinghia 59

Passo [mm] 7,43

Larghezza [mm] 10

Numero denti

puleggia motrice 22

Numero denti

puleggia condotta 33

Temperatura [°C] 120

80/10/10

Composizione miscela [%] Olio/RME/Gasolio

Il regime con cui à ̈ condotto il test à ̈ portare il motore trainato elettricamente da 2500 a 4500 giri in 90 secondi, poi 4500 giri per 10 sec, poi da 4500 a 2500 giri in 90 sec, poi 2500 giri per 10 sec e poi si riparte con un medesimo ciclo.

L’olio utilizzato à ̈ olio AGIP 70045W40. L’RME à ̈ un biodiesel noto.

Dai testi di allargamento raffigurati in figura 6 à ̈ evidente come la cinghia secondo l’invenzione presenti valori di allargamento in olio molto inferiori rispetto alla cinghia realizzata secondo l’arte nota.

Esempio 4

Sono stati eseguiti anche test di durata della cinghia in olio ad alta temperatura (90 e 120°C)

Sono state testate cinghie identiche a quelle precedentemente descritte in tabella 2 e 3 nell’esempio 3.

Il test di verifica della rottura dei denti viene nuovamente condotto in un sistema di trasmissione Tabella 5

Numero di denti 125

Passo [mm] 8

Larghezza [mm] 19

Numero denti puleggia motrice 15

Numero denti pulegge CAM 30

Pressione rail [bar] 1600

Il regime con cui à ̈ condotto il test à ̈ portare a regime di prova [rpm] da 3000 a 5000 giri in 120 sec e poi da 5000 a 3000 in 120 sec.

Il sistema di trasmissione utilizzato à ̈ mostrato in figura 7 ed à ̈ indicato con il numero 200 e comprende una puleggia motrice 201, due camme 202 e 203, ed una cinghia dentata 204. La pompa ad iniezione si trova dalla oparte opposta della camma 203, Il sistema di trasmissione à ̈ disposto all’interno di un basamento 205 e comprende inoltre un tenditore automatico 206 ed un galoppino †idler†207.

I risultati del test sono riportati in tabella 6.

Tabella 6

Cinghie Temperatura secondo

olio (°C) Cinghie secondo la prior l’invenzione art (ore) (ore)

777 995

90 584 1196

793

233 794

140

243

Come si può vedere dalla tabella 6, più alta à ̈ la temperatura dell’olio più alta à ̈ la differenza in numero di ore di durata della cinghia secondo l’invenzione rispetto a quella secondo la prior art.

Quindi indipendentemente dal test utilizzato o dal sistema di trasmissione o dai vari componenti che costituiscono la cinghia secondo l’invenzione presenta una rottura del dente ritardata.

Claims (18)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Uso di una cinghia di trasmissione continuamente a contatto con olio o immersa in bagno d’olio, detta cinghia comprendendo un corpo (2) in un primo materiale elastomerico, una dentatura (4) ed una pluralità di inserti resistenti (3) longitudinali annegati nel corpo della cinghia ed un dorso (7), detta cinghia presentando una superficie di lavoro e detta superficie di lavoro essendo ricoperta da un tessuto (5) di ricoprimento comprendente fili di trama e fili di ordito, caratterizzata dal fatto che detti fili di trama e detti fili di ordito comprendono poliaramide.
2. 2. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti fili di trama sono costituiti da un filo elastico e da un primo ed un secondo filo
3. 3. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detti fili di trama sono costituiti da poliparaaramide.
4. 4. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto primo filo di fibre di poliparaaramide à ̈ avvolto attorno a detto filo elastico in una prima direzione e detto secondo filo di fibre di poliparaaramide à ̈ avvolto in senso opposto attorno a detto primo filo.
5. 5. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che detti fili di ordito sono costituiti da polimetaaramide.
6. 6. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta cinghia di trasmissione à ̈ una cinghia dentata.
7. 7. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che anche detto dorso (7) Ã ̈ ricoperto con detto tessuto di ricoprimento.
8. 8. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo materiale elastomerico à ̈ ottenuto a partire da un monomero dienico ed un monomero contenente gruppi nitrile.
9. 9. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti gruppi nitrile sono in percentuale compresa tra il 33 ed il 51 % in peso.
10. 10. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 9, caratterizzata dal fatto che detto primo materiale elastomerico à ̈ scelto nel gruppo costituito da NBR, HNBR, XHNBR o miscele degli stessi.
11. 11. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto primo materiale elastomerico comprende un polimero addizionato di un acido carbossilico insaturo e/o un sale di un acido carbossilico insaturo.
12. 12. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto tessuto à ̈ sottoposto ad un primo trattamento ed ad un secondo trattamento.
13. 13. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto primo trattamento comprende poliisocianati.
14. 14. Uso di una cinghia (1) secondo le rivendicazioni 12 o 13, caratterizzata dal fatto che detto secondo trattamento comprende un adesivo.
15. 15. Uso di una cinghia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 15, caratterizzata dal fatto di comprendere un terzo trattamento.
16. 16. Uso di una cinghia (1) secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal che detto terzo trattamento comprende un elastomero scelto nel gruppo costituito da NBR, HNBR, XHNBR o miscele degli stessi.
17. 17. Uso di una cinghia (1) secondo le rivendicazioni 15 o 16, caratterizzata dal fatto di comprendere un quarto trattamento.
18. 18. Sistema di comando della distribuzione per un autoveicolo comprendente almeno una puleggia motrice (12, 22, 32), una puleggia condotta (13a, 13b, 23a, 23b, 24, 33a, 33b) e mezzi atti a mantenere continuamente a contatto con olio o immersa in bagno d’olio una cinghia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 18.