pneumàtico (industria)
Indice
Lessico
Sm. [sec. XIX; uso sostantivato dell'agg. pneumatico]. Involucro tubolare elastico delle ruote di alcuni tipi di veicoli, in particolare di autoveicoli, motoveicoli, biciclette, aeroplani.
Cenni storici
La prima idea di un mezzo elastico interposto fra cerchione dei veicoli e strada fu dell'inglese R. W. Thomson, che brevettò nel 1845 un rivestimento in gomma delle ruote delle carrozze; nel 1888, l'inglese J. B. Dunlop brevettò il primo pneumatico con camera d'aria gonfiabile per biciclette perfezionato successivamente dai fratelli A. ed E. Michelin che nel 1895 realizzarono il primo pneumatico di concezione moderna per autoveicoli. Esso viene realizzato in gomma naturale e, più di frequente, in gomma sintetica, materiali che si sono rivelati i più idonei a smorzare, unitamente all'aria contenuta nell'interno dello pneumatico stesso, gli effetti cinetici prodotti dall'urto delle ruote del veicolo con le asperità del terreno.
Industria: gli pneumatici tradizionali
Nella sua forma più tipica "Per lo schema di un pneumatico vedi il lemma del 15° volume." lo pneumatico è costituito essenzialmente da due parti, il copertone e la camera d'aria: il primo è l'involucro esterno resistente alle sollecitazioni dovute al rotolamento sul terreno, mentre la seconda è l'involucro tubolare di forma anulare, alloggiato all'interno del copertone, nel quale viene immessa aria in pressione attraverso una valvola di gonfiaggio. La camera d'aria, in gomma a elevata elasticità, ha il compito di mantenere sempre allo stesso livello di pressione l'aria che viene immessa e quindi di mantenere gonfio e ben teso lo pneumatico onde garantire a questo la sua elasticità e la tenuta di strada del veicolo. La pressione d'esercizio è indicata dal costruttore sulla base sia delle caratteristiche dello pneumatico, sia del peso gravante sull'assale su cui è calettata la ruota che reca lo pneumatico, e, in certi casi, anche sulla velocità alla quale mediamente dovrà procedere il veicolo. Il copertone, invece, è costituito dalla carcassa, dal battistrada e dai talloni muniti di armatura a cerchietti metallici; i talloni hanno il compito di sostenere la carcassa e di garantire il contatto con il cerchione impedendo che lo pneumatico si stacchi da questo. La carcassa è la struttura portante del copertone e ha il compito di reagire alle forze applicate allo pneumatico durante la marcia della vettura. Normalmente essa è formata da un certo numero (da 2 a 8 e talora più) di tele gommate realizzate in cotone, fibre sintetiche, o anche in fili di acciaio o fibre di vetro, sovrapposte le une alle altre e ancorate ai cerchietti metallici dei talloni. Ogni tela è formata da un ordito di fili di sezione abbastanza grande (cordonetti o tortiglie) tenuti al loro posto da una trama di fili molto sottili che ne impediscono i movimenti relativi durante l'applicazione della gomma di copertura; le tele, poi, vengono sovrapposte in modo che formino ben determinati angoli tra i cordonetti (tele incrociate) a seconda della struttura che si vuole realizzare. La struttura classica è appunto quella a tele incrociate nella quale le tele sono avvolte tra il tallone e la sommità dello pneumatico a formare delle configurazioni a losanga tra i cordonetti, con i vertici sfalsati in modo da assicurare buona deformabilità e resistenza alla compressione in ogni direzione.
Industria: gli pneumatici di nuova generazione
La struttura a tele incrociate è stata quasi totalmente sostituita da quella detta “a radiale”, in cui i fili delle tele (che può essere anche una sola) sono disposti perpendicolarmente ai cerchietti, in senso radiale. La maggior flessibilità che ne consegue è compensata dall'esistenza di una cintura periferica a limitata deformabilità, formata da un pacco di tele incrociate ad angolo variabile, annegata nella gomma sotto il battistrada. Gli pneumatici radiali presentano il vantaggio di deformarsi meno durante il funzionamento, con conseguenze positive sia per il consumo della copertura in sé, sia per il minor riscaldamento conseguente agli attriti interni da deformazione, sia per il consumo di carburante, essendo minori gli attriti di rotolamento da vincere; come contropartita, gli pneumatici radiali sono talvolta più rigidi dei convenzionali, specie alle basse velocità. Una struttura intermedia tra le due precedenti è denominata bias belted. La carcassa è rivestita esternamente da uno strato di gomma di composizione (mescola) variabile secondo le caratteristiche dello pneumatico: questo strato è abbastanza spesso in corrispondenza dei cerchietti, dove forma il tallone dello pneumatico, si assottiglia poi nelle parti laterali dello pneumatico, detti fianchi, dove la copertura deve presentare la maggiore flessibilità, e diventa molto spesso nella parte centrale dello pneumatico che è a contatto con il terreno. Questa ultima parte dello pneumatico costituisce il battistrada ed è essenziale per l'aderenza fra lo pneumatico e il terreno poiché permette lo scambio degli sforzi e quindi garantisce il moto e la direzionalità della vettura. Fondamentale per il battistrada è la mescola, che deve garantire un giusto compromesso fra la resistenza all'usura e una buona aderenza in tutte le condizioni di esercizio. Le mescole tradizionali sono costituite da composti elastomeri (gomma naturale, SBR, copolimeri butadiene-stirene, polibutadiene, polisoprene di sintesi, gomma butilica) in dosi variabili e da additivanti (quali il nerofumo, gli oli e i plastificanti, lo zolfo) che permettono di esaltare determinate caratteristiche. Ai fini di migliorare affidabilità, prestazioni e durata le aziende costruttrici sono impegnate nella continua sperimentazione di nuovi materiali sia per la mescola sia per la carcassa: per le carcasse si utilizzano materiali a forte resistenza a trazione, quali fili di acciaio armonico, fibre di vetro, fibre di kelvar, con l'obiettivo di ridurre il numero di tele a parità di resistenza, alleggerendo così lo pneumatico: un minor peso, infatti, riduce le masse non sospese portando vantaggi sia per la tenuta di strada sia per le perdite di rotolamento. Per le mescole, poiché resistenza all'usura e aderenza su fondo bagnato sono spesso esigenze opposte, per quanto riguarda i materiali si è cercata un'ottimizzazione delle miscele con elementi elastomerici e additivi che producessero migliori risultati e si sono studiate anche nuove gomme sintetiche ad alto potere di rotolamento. Anche la forma dello pneumatico ha subito modifiche con l'introduzione dello pneumatico a sezione ribassata che ha un'altezza delle spalle molto più ridotta rispetto a quelli tradizionali, consentendo di ottenere una minor altezza del baricentro delle vetture con conseguente miglioramento della tenuta di strada. Nello spessore del battistrada sono praticati esternamente degli intagli, differenti per lunghezza, profondità e larghezza, che formano nel loro insieme un disegno (scolpitura) che ha la funzione di migliorare l'aderenza al terreno mediante la moltiplicazione della superficie d'attrito e anche di assicurare la rottura e l'espulsione del velo d'acqua che può interporsi fra battistrada e manto stradale durante la marcia su terreno bagnato. La scolpitura, infatti, rappresenta un elemento altrettanto importante ai fini del buon funzionamento di uno pneumatico ed è soggetta a un accurato studio mediante elaborazione al computer della sua geometria. La struttura del copertone è del tutto simile anche negli pneumatici privi di camera d'aria, "Per la sezione schematica di un pneumatico senza camera d'aria vedi il lemma del 15° volume." noti come tubeless: rispetto a quelli con camera d'aria presentano talloni rinforzati che aderiscono ermeticamente al cerchione della ruota in modo che non possano sfuggire da questo neanche quando vengono fortemente sollecitati in curva; il copertone, inoltre, è impermeabilizzato internamente in modo da garantire una perfetta tenuta dell'aria; hanno il vantaggio di sgonfiarsi molto lentamente nel caso di una semplice foratura e di poter essere riparati con maggior facilità.
Industria: gli pneumatici antiforatura
La possibilità di foratura è oggetto di numerosi studi: oltre all'ausilio della ruota di scorta o del minispare, che comunque richiedono la sostituzione seppur temporanea della ruota montata, sono stati sperimentati pneumatici che consentono di proseguire la marcia anche in caso di foratura: tra questi i più noti sono l'inglese Denovo total mobility e l'italiano Dip triangolare. Il Denovo è strutturalmente analogo al tubeless rispetto ai quali ha i talloni fissati al cerchione e la carcassa più resistente e flessibile: lo schiacciamento di questa in seguito a foratura, provoca la rottura di cellette interne contenenti uno speciale liquido che, spandendosi sulla superficie interna, sigilla il (o i) foro e permette di percorrere anche 150 km a 80 km/h. Anche il Dip è simile al tubeless, ma rispetto a questo reagisce ai carichi verticali provocando la trazione della carcassa dalla parte opposta all'impronta, in quanto i suoi fianchi sono concavi verso l'interno: quando manca l'aria in seguito a foratura, i fianchi vengono compressi verso l'esterno e lo pneumatico può sopportare per un breve tempo e a velocità ridotta della vettura i carichi di marcia, anche se risulta alterato il comportamento dinamico del veicolo. Altri modelli sono il Protectis e il Twell. Il primo è basato su una pellicola, costituita da un polimero molto elastico, depositata all'interno del battistrada: al momento della foratura la pellicola si deforma ma non si buca, sigillando così il foro. Il Tweel utilizza invece una fascia elicoidale d'acciaio che sorregge un battistrada sottile come una suola di scarpe; questo modello, oltre a permettere la stessa elasticità e tenuta della camera d'aria, consente di diversificare la forza esercitata da ciascuna delle quattro ruote. I grandi veicoli industriali per movimento terra, infine, possono contare su pneumatici antiforatura riempiti da un poliuretano a due componenti liquidi: un catalizzatore e un prepolimero. I due componenti vengono miscelati con una speciale pompa e introdotti nella ruota (pneumatico completo di cerchio) attraverso la valvola fino alla pressione ottimale per l'impiego del mezzo. La miscela, sottoposta a una reazione chimica, si solidifica in 24 ore. Il risultato è un elastomero morbido che non fuoriesce né da un foro né da un taglio e che permette allo pneumatico di deflettere come uno corrispondente riempito con aria e al mezzo di viaggiare in sicurezza fino a 60-70 km/h.
Industria: identificazione e caratteristiche dello pneumatico in base all'uso
Le caratteristiche tipiche di ciascun pneumatico vengono riportate da una sigla di identificazione, stampigliata sul fianco del copertone e composta da due numeri che indicano nell'ordine: la larghezza massima della sezione trasversale dello pneumatico (detta corda), misurata alla pressione di gonfiaggio prevista dal costruttore, e il diametro di calettamento, cioè il canale del cerchione della ruota su cui alloggia il tallone del pneumatico. Per gli pneumatici ribassati si indica anche il rapporto percentuale tra l'altezza del fianco e la corda, mentre per gli pneumatici dotati di carcassa radiale nella sigla compaiono alcune lettere che indicano la velocità massima ammessa per quello pneumatico, per esempio SR (Speed Radial Tires, pneumatici radiali veloci) cioè fino a 180 km/h: così uno pneumatico contraddistinto dalla sigla 175/70 SR 13 è uno pneumatico ribassato che possiede una corda pari a 175 mm×0,7=122,5 mm, un diametro di calettamento di 13 pollici e può operare fino a una velocità di 180 km/h. Gli pneumatici, infine, si distinguono secondo i veicoli ai quali sono destinati (per esempio gli pneumatici per le trattrici agricole), per le dimensioni (che vengono indicate con due numeri riferentisi rispettivamente al diametro esterno e alla sezione massima trasversale, espressi in pollici o in centimetri) e per i tipi d'impiego (per esempio gli pneumatici per fuoristrada). Nel campo degli autoveicoli si fabbricano, oltre agli pneumatici normali, anche tipi speciali per la marcia su strade innevate (pneumatici da neve) caratterizzati da scolpiture molto profonde che danno luogo alla formazione di tacchetti atti a penetrare profondamente nello strato nevoso; vietati tra questi gli pneumatici chiodati, costituiti da uno pneumatico da neve che reca su tutto il battistrada dei fori predisposti per l'applicazione di speciali chiodi di acciaio al tungsteno, atti a migliorare l'aderenza nella marcia su strade ghiacciate. Sempre per autoveicoli, nonché per motoveicoli speciali (cross), si fabbricano anche pneumatici concepiti per la marcia fuoristrada, di caratteristiche analoghe agli pneumatici da neve. Per le automobili da corsa si usano gli pneumatici da competizione, di dimensioni assai diverse da quelle degli pneumatici ordinari, specie nella larghezza talvolta spinta a dimensioni eccezionali per assicurare la massima aderenza ad alte velocità, e con battistrada speciali di disegno variabile secondo le condizioni momentanee della pista (quelli per pista asciutta sono addirittura privi di scolpitura). Scolpiture profonde e ad andamento elicoidale hanno gli pneumatici per trattrici agricole, per macchine per gli spostamenti di terra e per trattori soprattutto militari; dimensioni e battistrada idoneamente studiati hanno, invece, gli pneumatici per gli autocarri e i veicoli in genere per trasporti pesanti (pneumatici gemellati, scolpiture diversificate per ruote sterzanti, motrici e rimorchi). Particolare cura viene posta per gli pneumatici degli aeroplani che devono sottostare a notevoli sollecitazioni e compressioni soprattutto in fase di atterraggio: in genere hanno carcasse di notevole spessore a più tele, anche nel caso di pneumatici radiali; il battistrada è, al contrario, poco rilevato per diminuire l'attrito in fase di contatto col terreno ma tale da evitare il fenomeno dell'aquaplaning.
Industria: tecnologia costruttiva degli pneumatici
La tecnologia costruttiva degli pneumatici di serie (quelli da competizione spesso sono fabbricati a mano) comporta l'uso di speciali macchinari che realizzano per buona parte automaticamente, nell'ordine, la disposizione reciproca delle tele della carcassa, il loro ancoraggio ai cerchietti, la loro vulcanizzazione, la colata del rivestimento gommoso, la sua cottura contemporanea allo stampaggio dei fianchi e la scolpitura dei battistrada. Una nuova tecnologia, detta casting, comporta lo stampaggio integrale della carcassa, con sensibilissimo risparmio di tempo; inoltre vengono sempre più utilizzati macchinari automatizzati in grado di seguire l'intero ciclo produttivo, dalla disposizione delle tele della carcassa al loro ancoraggio sui cerchietti, cui seguono la vulcanizzazione e la colata della mescola; si prosegue poi con la cottura contemporanea alla scolpitura e allo stampaggio dei fianchi.