PNEUMATICO
PNEUMATICO (XXVII, p. 565)
I pneumatici non hanno subìto, in questi ultimi anni, cambiamenti sostanziali per quanto riguarda la struttura e i metodi di fabbricazione. Notevoli innovazioni si sono invece avute nel campo dei materiali; è inoltre aumentato il numero dei tipi impiegati nel settore automobilistico e più ancora in quello aeronautico. Ampio sviluppo ha preso anche l'applicazione dei pneumatici ai trattori e ai carri agricoli.
Materiali. - Fra il 1937 e il 1940 accanto al cotone, solo materiale fino allora impiegato per le tele di carcassa, si cominciò ad usare raion speciale, avente una resistenza superiore al raion comune (3 ÷ 3,4 grammi per denaro contro 2 ÷ 2,5) e una minore allungabilità.
In confronto del cotone il raion presenta il vantaggio di una maggiore resistenza specifica, di un minor decadimento della resistenza all'elevarsi della temperatura, di una minore isteresi (probabilmente dovuta al fatto di essere costituito da fibre di lunghezza illimitata): tutti questi fattori concorrono a rendere il raion particolarmente conveniente in tutti i casi in cui sia necessario ridurre il riscaldamento dei pneumatici e conservare loro una elevata resistenza anche ad alta temperatura. Le prime applicazioni di raion furono quindi fatte nei pneumatici per autocarri pesanti e veloci e in quelli destinati a paesi tropicali. L'impiego del raion si è però andato estendendo a tutte le classi di pneumatici (eccettuati quelli per applicazioni agricole) e attualmente, specie negli S. U., l'uso del cotone è limitato ai pneumatici delle minori dimensioni.
Contro i vantaggi sopra elencati si ha una maggior sensibilità alla umidità, che riduce la resistenza del raion e ne aumenta l'allungabilità; inoltre, per ottenere una buona adesione della gomma alle tele, queste devono subire un trattamento che complica la lavorazione.
Un altro materiale tessile che ha trovato impiego nei pneumatici è il nylon. Esso ha una resistenza quasi doppia del raion e venne usato dagli Americani, durante il secondo conflitto mondiale, per i pneumatici degli aeroplani, allo scopo di conseguire la massima resistenza col minor peso; il nylon impiegato in queste prime applicazioni aveva però una allungabilità eccessiva che si traduceva in una rapida deformazione dei pneumatici; è probabile che, eliminato questo inconveniente, l'uso del nylon venga ripreso anche nei pneumatici per autoveicoli.
Già nel 1938 erano stati fatti tentativi di sostituire i materiali tessili adoperati per la carcassa dei pneumatici con sottilissimi fili d'acciaio; dopo la pausa imposta dalla guerra l'impiego dei fili metallici è stato ripreso, su scala però finora ridotta, nei pneumatici per autocarro delle massime dimensioni. Data la maggior resistenza dei fili metallici, lo spessore della carcassa può essere notevolmente ridotto: nonostante ciò la sua flessibilità risulta minore. Perciò i pneumatici con carcassa metallica, a parità di carico, devono essere gonfiati a una pressione più alta dei normali (circa il 30% in più), ciò che, in unione alla maggiore fragilità, ne limita il campo di applicazione ai veicoli che percorrano strade in buone condizioni.
Durante la seconda Guerra mondiale la maggior parte dei belligeranti, ad eccezione del Giappone, ebbero a lamentare la deficienza dei rifornimenti di gomma naturale e furono quindi costretti a far uso, anche nei pneumatici, di gomma sintetica (soprattutto del tipo butadiene-stirolo): questo materiale diede luogo a notevoli difficoltà nelle lavorazioni e anche la qualità dei pneumatici venne sensibilmente peggiorata soprattutto a causa della maggiore isteresi delle mescolanze a base di gomma sintetica, che provocava un maggior riscaldamento dei pneumatici; a questo inconveniente venne in parte rimediato facendo uso di carcasse in raion, ma, mentre per gli autoveicoli leggeri e di moderata velocità si poterono così raggiungere risultati soddisfacenti, nel caso degli autoveicoli pesanti e di quelli aventi elevata velocità la qualità dei pneumatici poté essere mantenuta a un livello accettabile soltanto impiegando, insieme alla gomma sintetica, una sufficiente percentuale di gomma naturale (30 ÷ 50%). Aliquote di gomma sintetica vengono ancora impiegate, specialmente negli S. U., limitatamente alle coperture per autovetture e per autocarri leggeri.
Un tipo di gomma sintetica ancora adoperato con buoni risultati nelle camere d'aria è il butyl (copolimero di isobutilene con 3 ÷ 4% di isoprene): esso ha una permeabilità all'aria molto minore della gomma naturale e delle gomme sintetiche di altro tipo e assicura quindi alle camere una maggiore tenuta.
Fabbricazione. - Nelle linee generali i metodi di fabbricazione sono rimasti quelli già descritti; a parte, naturalmente, una maggiore meccanizzazione di alcune operazioni (conseguita specialmente nelle grandi fabbriche nord-americane).
Nuovi tipi di pneumatici. - Pneumatici per autovetture. - Nell'ultimo decennio sono praticamente scomparsi i pneumatici a tallone, mentre l'impiego di pneumatici a bassa pressione (2,50 ÷ 3 kg/cmq) con diametro del cerchio (diametro di calettamento) di 17 e 18 pollici si è gradatamente ristretto per lasciare il posto a pneumatici di calettamento 15″ e 16″ gonfiati a pressioni ancora più basse (1,50 ÷ 2 kg/cmq). La tendenza più moderna, sia in Europa sia in America, è rivolta verso un aumento della larghezza del cerchio di calettamento e, in genere, verso una diminuzione della pressione.
Pneumatici per autocarro. - L'impiego dei pneumatici ad alta pressione è andato progressivamente diminuendo. Soltanto nel caso particolare di pneumatici con carcassa metallica la pressione rimane ancora relativamente alta (6 ÷ 7 kg/cmq). Per distinguere questi pneumatici da quelli ordinarî è stata provvisoriamente adottata una designazione formata da una lettera, che caratterizza la sezione, e da un numero, che esprime, in pollici, il diametro di calettamento (p. es. D-20; E-22, ecc.).
Anche nel campo dei pneumatici per autocarro vi è la tendenza ad aumentare la larghezza dei cerchi portandola al 70% circa della larghezza massima del pneumatico: con ciò si migliorano le condizioni di lavoro del pneumatico e la stabilità trasversale del veicolo.
Pneumatici per aeroplani. - In Italia si era provveduto nel 1937 a unificare una serie di pneumatici per ruote di atterraggio e per ruote di coda (tabelle UNI 495-496-497-498). Sono designati da tre numeri che esprimono in mm. la larghezza massima, il diametro di calettamento e il diametro esterno (p. es. 170 × 178 × 510; 600 × 635 × 1770). La loro portata varia fra un minimo di 500 e un massimo di 21.000 kg., mentre il diametro esterno cresce da 510 a 1770 mm. e la massima pressione di gonfiamento va da 2 a 5,5 kg/cmq.
Durante il secondo conflitto mondiale questa serie venne ampliata portando a 15 i pneumatici per ruote di atterraggio e ad 8 quelli per le ruote di coda; questo ampliamento è stato solo parzialmente attuato e la massima parte degli aeroplani di costruzione italiana impiega anche ora (1948) pneumatici inclusi nelle tabelle UNI sopra citate. La fig. 1 rappresenta uno di questi pneumatici costruito dalla Pirelli: e precisamente il 600 × 635 × 1770 (che è uno dei maggiori del mondo), montato sul quadrimotore Breda Zappata 308.
In America il numero dei tipi impiegati è molto maggiore che in Italia: basti pensare che le tabelle della Tire and Rim Association (che negli S. U. cura la unificazione dei pneumatici e dei relativi cerchi) comprendono ben 7 serie di pneumatici per un totale di 84 tipi. Accanto ai tipi normali a media e a bassa pressione, che si avvicinano a quelli di costruzione italiana, vi sono pneumatici a profilo aerodinamico (streamline), destinati a ridurre al minimo la resistenza all'avanzamento quando non si possa far uso di carrelli retrattili o quando interessi ridurre tale resistenza nel breve periodo che intercorre fra il sollevamento dell'apparecchio e il rientro delle ruote. In un'altra serie di pneumatici (smooth contour) si è cercato di conservare un profilo relativamente aerodinamico, raccordando il profilo esterno della copertura a quello della ruota, ma lasciando alla sezione trasversale della copertura la forma circolare per non aumentare il diametro esterno del pneumatico. Finalmente, per ridurre ancora il diametro esterno si è anche ricorso a pneumatici con sezione trasversale ellittica, che hanno dato luogo alla serie a profilo ribassato (low profile).
Con l'avvento dei carrelli a triciclo si ebbero a lamentare fenomeni oscillatorî della ruota anteriore, per eliminare i quali si impiegarono in molti casi pneumatici provvisti di battistrada appiattito e scavato al centro da un profondo canale equatoriale, che ostacola le oscillazioni della ruota intorno all'asse della relativa forcella: ebbe così origine la serie di pneumatici con battistrada a canale (channel tread o twin contact tread), che sono talora adoperati anche per le ruote di coda.
Mentre, fino agli inizî del secondo conflitto mondiale, la tendenza generale era stata quella di adottare anche per i pneumatici per aeroplani pressioni relativamente basse, soprattutto per consentire una buona conservazione dei campi di atterraggio nonché la partenza e l'atterraggio su terreni soffici, le esigenze belliche indussero successivamente i costruttori a ritornare verso pressioni più elevate, in modo da ridurre le dimensioni d'ingombro dei pneumatici (fattore molto importante nel caso dei carrelli retrattili) e contemporaneamente il loro peso e quello delle relative ruote: ritornarono così in uso, sia pure sotto forma diversa, i pneumatici ad alta pressione che erano ormai praticamente scomparsi.
L'aumento della pressione portò come conseguenza la necessità di disporre di piste di partenza e di atterraggio a fondo molto duro (massicciate rivestite di asfalto, gettate di cemento o addirittura lastre di ferro), che sono ormai usate in tutti i moderni aeroporti; a sua volta l'adozione delle piste costrinse a modificare i pneumatici per assicurare loro una buona aderenza al suolo anche quando le piste sono bagnate; cosicché, mentre in passato il battistrada dei pneumatici per aeroplani era generalmente liscio, attualmente si vanno diffondendo battistrada scolpiti con disegni analoghi a quelli impiegati nel caso degli autoveicoli.
Col crescere del peso degli aerei sarebbe stato necessario aumentare sempre più anche le dimensioni dei pneumatici: di conseguenza sarebbero però rapidamente cresciute le difficoltà costruttive, mentre l'eventuale afflosciamento di un pneumatico eccessivamente grande avrebbe potuto provocare sbandamenti pericolosi per la stabilità dell'apparecchio; attualmente, al di là di una certa portata, si preferisce quindi far uso di pneumatici accoppiati (fig. 3), analogamente a quanto vien fatto per gli autocarri. Si possono così raggiungere carichi elevati con pneumatici di proporzioni più modeste e con sicurezza molto maggiore, anche perché la probabilità di un contemporaneo afflosciamento dei due pneumatici accoppiati viene ad essere grandemente ridotta; i pneumatici accoppiati hanno inoltre un minor diametro esterno, ciò che facilita l'impiego dei carrelli retrattili.
In molti casi ora si richiede che i pneumatici per aeroplani abbiano una certa conducibilità elettrica, allo scopo di scaricare, al momento dell'atterraggio, l'elettricità statica che si forma nell'apparecchio durante il volo; ciò viene ottenuto introducendo nelle mescolanze adoperate per il battistrada particolari tipi di nerofumo.
Pneumatici per trattori agricoli e per macchine stradali. - Come in passato, i pneumatici per trattori agricoli hanno conservato una pressione molto bassa (dell'ordine di 1 kg/cmq), in modo da poter funzionare senza eccessivi affondamenti anche su terreni molto molli e da non risentire il dannoso effetto delle pietre e delle altre asperità che possono incontrare. Si è però trovato vantaggioso, sia per contenere al minimo l'affondamento, sia per raggiungere sforzi di trazione molto elevati, aumentarne notevolmente il diametro: mentre nel 1935 il diametro di calettamento più usato era di 24″ (circa 600 mm.) attualmente si è giunti diametri di 28″, 36″ e anche 42″ (circa 1060 mm.), raggiungendo così diametri esterni che possono arrivare fino a un massimo di 1600 mm. Sempre allo scopo di aumentare gli sforzi di trazione sono stati inoltre notevolmente modificati i disegni di battistrada, dando alle loro nervature un'altezza maggiore e studiandone l'inclinazione e la disposizione in modo che, durante il lavoro nei campi, la terra non possa accumularsi fra una nervatura e l'altra. La fig. 2 rappresenta un moderno trattore agricolo munito di pneumatici rispondenti ai concetti sopra esposti: si noti, nel caso dei pneumatici anteriori, l'alta costola equatoriale di cui è munito il battistrada, destinata a facilitare la guida direzionale del veicolo.
Anche nel caso dei pneumatici per trattori agricoli (fig. 2) le tabelle della Tire and Rim Association prevedono 3 serie con un totale di 33 tipi per i pneumatici per ruote posteriori e di 19 per quelli delle ruote anteriori.
Un tipo di pneumatico che merita un accenno, non tanto per la sua diffusione quanto per le sue proporzioni, è quello destinato all'equipaggiamento delle macchine impiegate in America per il costipamento del terreno lungo le piste di volo; si tratta di pneumatici che hanno struttura analoga ai normali pneumatici per autocarri ma che possono arrivare a un diametro esterno di circa 2500 mm. e a una larghezza massima di 760 mm., così da portare un carico di ben 18.500 kg. La fig. 4 rappresenta appunto uno di questi pneumatici che ha un peso di 672 kg. ed è costituito da una carcassa comprendente 24 tele (i pneumatici per autocarro hanno al massimo 16 tele e quelli per aeroplano 22).
Bibl.: Ariano, Meccanica del pneumatico, Trieste 1935; articoli varî in Rubber Developments, Londra, e in Flight and Aircraft Engineer, Londra; tabelle CUNA A0-A4, A7-A9, A12, A13, A16, A17, M 13/3, M 13/4, Anfia, Torino; tab. UNI 227-230, 475-480, 495-498, Milano; tab. UNI, in applicazione sperimentale S75-S78, Milano; The Tire and Rim Assoc. Year-book, Akron 1947-48; The Dunlop Aviation Year-book, Coventry 1947; The Tractor Field Book, Chicago.