Brevet FR2081872A1 — publié le 19711210

La présente invention se rapporte aux pneumatiques à "bande de roulement séparée de la carcasse, et elle concerne plus particulièrement des types pneumatiques dans lesquels l'assemblage entre la bande de roulement et la carcasse est 5 assuré par les forces de frottement engendrées par la pression de gonflage. Dans le domaine des pneumatiques définis ci-dessus, on connaît divers types d'anneaux de bande de roulement qui contiennent un ensemble de structures de renforcement ; un 10 type qui a donné de bons résultats comprend une armature résistant à la traction, constituée par un unique câblé métallique enroulé en une hélice dont les spires sont disposées dans une direction sensiblement parallèle à la direction du plan équatorial du bandage, et deux bandes additionnelles de 15 tissu métallique dont les câblés, parallèles entre eux, sont disposés suivant deux directions croisées par rapport audit plan équatorial et forment avec ce dernier des angles compris entre 25° et 65°, de préférence compris entre 30° et 50° • L'armature résistant à la traction a pour fonction 20"de s'opposer à la dilatation de la carcasse de manière à engendrer les forces de frottement qui doivent bloquer l'anneau de bande de roulement sur la carcasse. Les deux bandes additionnelles, qui peuvent prendre différentes positions relatives par rapport à l'armature, 25 suivant lès caractéristiques particulières que l'on veut donner à un type donné de pneumatique (ces bandes pouvant être toutes les deux radialement extérieures ou radialement intérieures, ou au contraire être placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur) ont toujours également pour effet de donner au 30 pneumatique la nécessaire rigidité transversale qui lui assurera une bonne tenue sur route. Toutefois^ et justement en raison de la position qu'elles occupent par rapport à l'armature, ces bandes additionnelles assurent également d'autres fonctions telles que celles 35 cle protéger l'armature contre les perforations et ruptures sous l'effet de chocs, de permettre aux efforts concentrés de se répartir convenablement sur une large zone de la bande de roulement, d'améliorer les caractéristiques de dérive, de maintenir les spires de l'armature en bon ordre pendant la fabrication 4-0 de l'anneau, d'éviter que, dans des conditions particulièrement 71 06930 2 2081872 difficiles, les spires ne parviennent à entailler la couche de caoutchouc sous-jacente, et d'autres fonctions du même genre. Dans les anneaux de "bande de roulement déjà connus, les câblés de l'armature sont beaucoup plus gros que ceux des 5 bandes additionnelles, et ceci en raison du fait que l'armature doit supporter les plus grands efforts. Par exemple, le câblé utilisé pour l'armature peut avoir la formation 7(7 x 3)/0,15, avec un diamètre de 2,7 mm, tandis que, pour les couches additionnelles, les câblés peuvent 10 avoir la formation 7 x 3/0,15, avec un diamètre de 0,9 mm. Ainsi qu'il est bien connu, le câblé de formation 7 x 3/0,15 est composé de 7 torons comprenant chacun 3 fils, chaque fil présentant un diamètre de 0,15 mm, tandis que le câblé de formation 7(7 x 3)/Q,15 es"k câblé formé de 7 câblés 15 du type défini ci-dessus. Les résultats obtenus avec les anneaux de bande de roulement décrits plus haut sont très bons, en particulier en raison de leur souplesse et, par conséquent, de leur confort. Toutefois, la présente invention vise à les améliorer 20 encore en ce qui concerne la résistance à la fatigue de l'ensemble de la structure de renforcement, sans cependant porter préjudice aux caractéristiques de souplesse. L'invention a donc pour objet un anneau de bande de roulement pour pneumatique à bande de roulement séparée de la 25 carcasse, qui comprend une armature résistant à la traction, formée d'un câblé métallique enroulé en line hélice dont les spires sont disposées dans une direction sensiblement parallèle au plan équatorial du pneumatique et qui comprend en outre deux couches additionnelles formées de câblés métalliques, parallèles 30 entre eux dans chaque couche et disposés suivant deux directions croisées par rapport au plan équatorial, cet anneau étant caractérisé en ce que le rapport de la charge de rupture de chacune des deux couches additionnelles à la charge de rupture de l'armature est supérieur à 0,3 et inférieur à 1. 35 Etant donné que, dans les structures de renforcement, utilisées dans les pneumatiques, les éléments résistants sont essentiellement constitués par les câblés qui sont incorporés dans le caoutchouc, on entendra dans le présent mémoire par charge de rupture celle qui est appliquée dans le sens de la 40 longueur du câblé et cette charge sera toujours calculée par 71 06930 5 2081872 unité de largeur (par exemple 1 cm) mes virée perpendiculairement aux câblés de chacune des couches constitutives de la structure de renforcement, (l'armature ou les couches additionnelles). La charge de rupture ainsi définie .constitue un 5 paramètre qui réunit en soi divers indices partiels, qui se rapportent à la résistance à la fatigue, comme le module élastique de la matière, le diamètre des câblés, et la densité de serrage de ces câblés (on entend par densité de serrage le nombre des câblés contenus dans l'unité de largeur des couches). 10 Les nombreux essais exécutés ont permis de constater un résultat surprenant, consitant en ce que le rapport de la charge de rupture de chacune deB .deux couches additionnelles à la charge de rupture de l'armature est un paramètre auquel on doit attacher une importance particulièrement grande lorsqu'il 15 s'agit d'obtenir une amélioration de la résistance à la fatigue de l'anneau de bande de roulement sans exercer d'influence défavorable sur les caractéristiques de souplesse. En effet pour des valeurs de ce rapport supérieures à 1, on obtient une nette diminution de la souplesse de la 20 structure de renforcement tandis que, pour les valeurs inférieures à 0,3, on risque d'obtenir des ruptures prématurées par fatigue de la structure. Ceci est probablement dû au fait que, lorsque les câblés des couches additionnelles possèdent des dimensions 25 supérieures à celles des câblés de l'armature, ils sont surdimensionnés par rapport aux efforts auxquels ils sont appelés à résister et le résultat le plus immédiat est d'obtenir une rigidité radiale excessive qui, en dehors du fait qu'elle n'est pas nécessaire, est préjudiciable au confort de marche 30 du pneumatique. On parviendrait à des résultats analogues en considérant la densité de serrage des couches additionnelles. La raison pour laquelle un rapport inférieur à 0,3 ne donne pas un bon comportement à la fatigue de l'ensemble 35 de la structure n'est pas entièrement expliquée ; on doit probablement attribuer ce résultat au fait que, si les câblés des bandes additionnelles' sont beaucoup plus petits que ceux de l'armature, ils. ne sont pas en mesure de supporter les efforts transversaux qui sont engendrés pendant le fonctionne— 40 ment du pneumatique, ce qui donne lieu à des ruptures prématu 71 06930 4 2081872 rées qui ont une influence défavorable sur la durée du pneumatique. Non seulement pour cette raison, mais également du fait qu'une partie de ces efforts sont nécessairement transmis 5 à l'armature (en raison de l'insuffisance des bandes additionnelles), cette armature est sollicitée par des efforts (transversaux) pour lesquels elle n'a absolument pas été prévue. Il en résulte que les câblés de l'armature sont également exposés à un risque de rupture prématurée. 10 Suivant un mode de réalisation préféré, le rapport de la charge de rupture de chacune des bandes additionnelles à la charge de rupture de l'armature est compris entre 0,4 et 0,75. La description sera mieux comprise, à titre d'exemple, 15 en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une vue en coupe d'un pneumatique suivant l'invention ; la figure 2 est une vue en plan représentant l'anneau de bande de roulement de la figure 1, dont certaines parties ont 20 été enlevées pour montrer la disposition des câblés ; la figure 3 représente en coupe transversale un câblé utilisé pour l'armature ; la figure 4 représente en coupe transversale un câblé utilisé pour les couches additionnelles. 25 Sur les figures 1 et 2, on a représenté un pneumatique à bande de roulement séparée qui comprend un anneau de bande de roulement 1 et une carcasse 2. La structure de renforcement de l'anneau est constituée par une armature 3, une couche additionnelle 4 radialement 30 extérieure et une autre bande additionnelle 5, radialement intérieure par rapport à ladite armature. L'armature 3 est constituée par un câblé métallique 6 enroulé en une hélice dont les spires sont disposées dans une direction sensiblement parallèle à la direction du plan équato-35 rial du pneumatique. La couche additionnelle 4, radialement extérieure par rapport à l'armature 3, est formée de câblés métalliques 7» parallèles entre eux, mais inclinés d'un angle a = 45° par rapport au plan équatorial du pneumatique. 4-0 La couche additionnelle 5, radialement intérieure par 71 06930 5 2081872 rapport à l'armature 3» est formée de câblés métalliques 8, parallèles entre eux, mais inclinés d'un angle (3 = 4-5° par rapport au plan équatorial du pneumatique, dans le sens inverse de l'inclinaison des câblés de la bande additionnelle 4. 5 Sur la figure 3, on a représenté à échelle fortement agrandie la coupe transversale du câblé 6 utilisé pour l'armature 3 • Ce câblé possède la formation 7 x 4/0,22 c'est-à-dire qu'il est formé de sept torons 9 dont chacun est composé de 10 quatre fils 10, chaque fil 10 possédant un diamètre de 0,22 mm. Sur la figure 4, on a représenté à échelle fortement agrandie la coupe transversale des câblés 7 et 8 utilisés respectivement pour les couches additionnelles 4 et 5« Ce câblé possède la formation 7 x 3/0,18, c'est-à-dire 15 qu'il est formé de sept torons 11, chaque toron 11 est composé de trois fils 12 et chaque fil 12 possédant un diamètre dé 0,18 mm. L'armature 3» formée des câblés 6, présente une densité de serrage de 5 fils/cm tandis que les couches addition-20 nelles 4 et 5> formées respectivement des câblés 7 et 8, ont une densité de serrage de 6 fils/cm. Etant donné que l'unique câblé qui constitue l'armature 3 présente une charge de rupture de 280 kg, la charge de rupture par unité de largeur de cette armature est de 280 x 5 25 = 1400 kg/cm. De même, étant donné qu'un seul câblé de chacune des couches additionnelles possède une charge de rupture de 122 kg, la charge de rupture par unité de largeur de chaque couche additionnelle est de 122 x 6 = 732 kg/cm.(Les valeurs sont 30 arrondies à l'unité). En établissant le rapport de la charge de rupture par unité de largeur de chacune des couches additionnelles à la charge de rupture de 1'armature, on obtient la valeur suivante î 732/1400 =0,523. 35 Pour éprouver les performances que l'on peut obtenir au moyen des anneaux de-bande de roulement suivant l'invention, on construit et on essaie, suivant une comparaison stricte, deux trains de pneumatiques de dimensions 11,00-20 ; le premier train est équipé d'anneaux du type connu tandis que le deuxième 40 est muni d'anneaux de bande de roulement suivant l'invention, 71 06930 6 2081872 tous les pneumatiques possédant naturellement la même carcasse. Plus précisément, les éléments résistants des anneaux essayés sont constitués comme suit : Anneaux du type connu : 5 Armature t câblé = 7(7 x 3)/0,15 densité de serrage de l'armature = 2,86 fils/cm charge de rupture par unité de largeur = 1800 kg/cm Chaque couche additionnelle : câblé = 7 x 3/0,15 densité de serrage des couches = 4- fils/cm 10 charge de rupture par unité de largeur = 360 kg/cm Rapport de la charge de rupture de chacune des couches additionnelles à la charge de rupture de l'armature : 360 _ 0,2. 1800 Anneaux du type suivant l'invention : 15 Armature : câblé = 7 x 4/0,22 densité de serrage de l'armature = 5 fils/cm charge de rupture par unité de largeur = 1400 kg/cm Chaque couche additionnelle : câblé = 7 x 3/0,18 densité de serrage des couches = 6 fils/cm 20 • charge de rupture par unité de largeur = 732 kg/cm Rapport de la charge de rupture de chacune des couches additionnelles à la charge de rupture de l'armature = 732 _ 0,523* 1400 Pour l'évaluation de la résistance à la fatigue de la 25 structure résistante, on soumet les deux types de pneumatiques, à égalité de conditions, à des essais particulièrement durs qui sont spécialement indiqués pour mettre en évidence ladite résistance à la fatigue. Les pneumatiques munis des anneaux de bande de roule-30 ment du type connu totalisent un parcours de 15 000 km en manifestant, à la fin de l'épreuve, d'évidentes ruptures des couches additionnelles de l'anneau de bande de roulement tandis que les pneumatiques équipés d'anneaux suivant l'invention ne présentent encore aucun signe de fatigue après avoir parcouru 35 25 000 km. Il est évident que ces distances ne constituent des critères qu'on raison de la dureté particulière de l'épreuve à laquelle les pneumatiques ont été soumis ; ces distances ne doivent donc être considérées que comme de simples indices 4-0 comparatifs ; les pneumatiques auraient parcouru des distances 71 06930 7 2081872 notablement supérieures dans les conditions normales d'utilisation. Pour l'évaluation de la souplesse radiale de la structure résistante, les deux types de pneumatiques.sont soumis à 5 un essai d'écrasement contre un plan comprenant un relief demi-sphérique ayant un diamètre de 60 mm, et placé dans la zone centrale de l'anneau de "bande de roulement. . Dans ces conditions, la bande de roulement du pneumatique se déforme en prenant une concavité, qui est très accen-10 tuée au droit de la demi-sphère et qui se raccorde progressivement à la surface du plan environnant. Dans la zone de raccordement, la bande de roulement ne peut pas toucher le plan et il existe donc autour de la demi-sphère une zone ou région sur laquelle on ne peut relever 15 aucune empreinte de la bande de roulement. Etant donné que, à égalité de conditions de la charge d'écrasement, l'aire de cette zone varie avec la rigidité de la structure de renforcement de l'anneau de bande de roulement, la valeur de cette aire peut constituer un indice de la souplesse 20 de la bande de roulement proprement dite. Dans un essai où l'on spécifie une déformation déterminée de la bande de roulement, mesurée par la surface de la région qui entoure la demi-sphère et qui n'est pas intéressée par l'empreinte de la bande de roulement, pour atteindre cette défor- 25 mation les pneumatiques équipés d'anneaux du type connu et gonflés o à la pression de 7 kg/cm exigent une charge de 1610 kg tandis que les pneumatiques munis d'anneaux suivant la présente invention demandent une charge de 154-5 kg, ce qui indique que la souplesse radiale est pratiquement égale pour les deux types d'anneaux 30 de bande de roulement avec une certaine marge en faveur des anneaux suivant l'invention. Des essais successifs de comportement sur route donnent les mêmes résultats de confort, en confirmant en outre la présence d'une grande marge de résistance à la fatigue en 35 faveur des pneumatiques munis d'anneaux du type suivant l'invention. Pendant ces essais, on a constaté également avec surprise une notable réduction de l'usure de la bande de roulement en faveur des pneumatiques équipés des anneaux de bande de 4-0 roulement suivant l'invention. 71 06930 2081872 Ceci est probablement dû au fait que les bandes additionnelles de ces anneaux, en résistant mieux aux efforts transversaux exercés sur le pneumatique pendant le fonctionnement, ne laissent aux taquets de la sculpture de la bande de 5 roulement qu'une mobilité limitée, ce qui limité le frottement sur le sol et réduit par conséquent l'abrasion de ces taquets. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, 10 sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 71 06930 2081872 1IVElDIÎHIONB 1 «- Anneau de bande de roulement pour pneumatique à bande de roulement séparée de la carcasse, comprenant une arma-5 ture résistant à la traction formée d'un câblé métallique enroulé en une hélice dont les spires sont disposées dans une direction sensiblement parallèle au plan équatorial du pneumatique et comprenant en outre deux couches additionnelles formées de câblés métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche 10 et disposés suivant deux directions croisées par rapport au plan équatorial, cet anneau étant caractérisé en ce que le rapport de la charge de rupture de chacune des deux couches additionnelles à la charge de rupture de l'armature est supérieur à 0,3 et inférieur à 1. 15 2.~ Anneau de bande de roulement selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que ledit rapport est compris entre 0,4 et 0,75. 3«- Pneumatique à bande de roulement séparée de la carcasse, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau de bande 20 de roulement selon l'une des revendications 1 ou 2-.