Brevet FR2128041A1 — publié le 19721020

i 2128041 l'invention concerne des pneumatiques de véhicules s*apparentant, par leur comportement et leur qualité, aux pneumatiques de type connu dans lequel le sommet de la carcasse est fretté par une ceinture inextensible placée sous la bande de roulement et 5 empêchant la carcasse de prendre la forme bombée accentuée qui, autrement, serait sa forme normale d*équilibre dans le pneu gonflé» Du fait de la raideur apportée par cette ceinture de sommet, la carcasse de ces pneus connus est avantageusement du type radial pour donner aux flancs une plus grande souplesse verticale et un 10 meilleur conforte Toutefois on fabrique aussi des pneus à ceinture et à carcasse croisée ayant des propriétés de roulement intermédiaires. Par rapport aux pneus de type conventionnel à carcasse croisée non ceinturée, les pneus à ceinture présentent une forme 15 caractéristique à surface de roulement plus plate et à section de forme plus basse dans laquelle le rapport de la hauteur H sur la largeur L du boudin est le plus souvent inférieur à 0,9» Ils procurent des avantages intéressants et notamment une meilleure résistance à l*usure, une moindre résistance à l'avancement, une 20 bonne tenue de route et une bonne adhérence au solo En revanche, ces pneus sont coûteux car leur fabrication comprend 1'assemblage d'un plus grand nombre d'éléments distincts et elle exige un matériel spécial pour lequel les investissements sont importants, l'invention a pour but de permettre la réalisation de 25 pneus plus simples et moins coûteux à fabriquer mais conservant cependant à un haut degré les qualités essentielles des pneus modernes» 71 07047 2 2128041 l'invention concerne à cet effet un pneumatique à section basse de rapport égal ou inférieur à 0,8, caractérisé par ce que au moins la partie interne de la bande de roulement comprise entre le sommet de la carcasse et le niveau des creux de la sculpture 5 est entièrement en mélange caoutchouteux présentant un module d'élasticité très élevé, supérieur à 60 kg/cm2 à 100 /ô d'allongement et cette partie présente "une épaisseur suffisante pour assurer par elle-même, sans ceinture, le frettage effectif du sommet du pneu. 10 Dans la conception et l'élaboration d'un tel pneumatique on pouvait craindre sérieusement que la suppression de la ceinture altérerait considérablement les qualités routières du pneu inhérentes au frettage du sommet par la ceinture. En effet les ceintures de renforcement utilisées jusqu'ici 15 sont généralement en câblés textiles ou métalliques, matériaux ayant un module d'élasticité incomparablement plus élevé que celui des mélanges caoutchouteux habituellement utilisés pour faire les bandes de roulement. On n'a donc jamais envisagé cette suppression de la ceinture ou, si on l'a envisagé, on 20 ne connaît pas d'exemple de réalisation pratique car les mélanges habituels de bande de roulement présentent un module d'élasticité bien trop faible (de 20 à 30 kg/cm2 à 100 c/o) pour pouvoir résister à l'allongement circonférentiel et aux sollicitations transversales de la bande de roulement- sous l'effet de la pression de gonflement 25 et des efforts appliqués en service, c'est-à-dire pour assurer un frettage effectif du somiaet de la carcasse. La suppression de la ceinture est permise, selon l'invention, grâce à l'utilisation d'un mélange de bande de roulement 71 07047 3 2128041 ! à. "très haut module d* élasticité et moyennant un accroissement de l'épaisseur de la partie interne de cette bande de sorte que, globalement, cette bande de roulement en mélange renforcé empêche la carcasse du pneu gonflé de se dilater vers sa forme normale 5 bombée d'équilibre. De cette suppression de la ceinture découlent de nombreux avantages et en premier lieu une simplification importante de la fabrication en permettant, notamment, la confection de la totalité de l'ébauche du pneu sur des machines classiques à tambour cylin-10 drique selon le procédé dit " plat". En outre les machines spéciales pour la coupe des tissus pour ceintures et pour la confection de ces ceintures elles-mêmes ne sont plus nécessaires. Le pneu lui-même, du fait du frettage de son sommet par la bande de roulement, présente en service un comportement semblable à celui 15 d'un pneu ceinturé, notamment au point de vue usure, tenue de route, adhérence au sol. En outre il n'est plus exposé aux défaillances spécifiques des pneus à ceintures et telles que les décollements qui se produisent souvent aux bords de la ceinture. Enfin son rechapage est plus aisé du fait de l'absence de ceinture. 20 L'invention est plus particulièrement applicable aux pneu matiques à carcasse radiale mais elle est applicable aussi aux pneus à carcasse croisée. Dans ce dernier cas l'invention offre l'avantage supplémentaire de permettre encore la fabrication "à plat" même lorsque les câblés de la carcasse forment des 25 angles supérieurs à 45° contrairement aux pneus connus croisés ceinturés où la ceinture ne peut être posée à plat, avant le galbage du pneu que si la carcasse croisée présente un angle faible et peu supérieur à celui de la ceinture. 71 07047 4 2128041 1 Selon tuae autre caractéristique de l'invention les flancs du pneu présentent une zone de flexion plus souple localisée dans la moitié supérieure des flancs, au voisinage des épaules du pneu. Cette zone localisée de souplesse relative peut être réalisée 5 de diverses manières, comme par exemple en donnant aux flancs un profil à épaisseur décroissante à partir des bourrelets de façon à avoir une épaisseur minimum dans la partie supérieure des flancs ou encore en renforçant davantage la partie inférieure des flancs par des éléments de renforcement appropriés de façon 10 à localiser la zone de flexion dans la partie supérieure des flancs» Selon une autre caractéristique de l'invention les bandes de côté assurant la protection des flancs de la carcasse du pneu sont constituées avec le même mélange caoutchouteux à haut 15 module d'élasticité que celui de la bande de roulement. Cela permet de simplifier encore la fabrication en utilisant les mêmes lots de mélange pour la préparation de la bande de roulement et des bandes de côté. On peut d'ailleurs réaliser d'une seule pièce par boudinage l'ensemble de la bande de roulement 20 et des bandes de côté, notamment lorsque le pneu est fabriqué par le procédé classique à plat. Des exemples de réalisation de l'invention sont maintenant décrits ci-après en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels : 25 - les figures 1 et 2 sont des vues en perspective de tronçons de pneu selon l'invention, à carcasse radiale et à 71 07047 5 2128041 carcasse croisée. - la figure 3 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation. Le pneu représenté sur la figure 1 du dessin ci-joint com-5 prend une carcasse 10 constituée d'une ou plusieurs nappes de tissu "cord", sans trame ou à trame légère, en câblés de rayonne, nylon, polyester, fibre de verre, ou métal, ces câblés étant orientés suivant des plans méridiens du pneumatique. Les bords 11 des nappes de carcasse sont retournés autour des tringles 12 des 10 bourrelets. Cette carcasse est recouverte extérieurement sur les côtés par les bandes de flanc 13 et au sommet par la bande de roulement 14. La forme représentée en trait plein sur le dessin est la forme de la section du pneu à l'état non gonflé, c'est-à-dire 15 la forme de moulage. Elle s'apparente à la forme caractéristique des pneus à ceinture à profil bas où le rapport de la hauteur H sur la largeur L est égal ou inférieur à 0,8, avec une surface de roulement sensiblement plate ou peu bombée dans le sens transversal. 20 Le pneu représenté sur la figure 2 est semblable au précé dent mais il comprend une carcasse croisée 10 constituée d'au moins deux nappes de câblés orientés suivant des directions symétriques formant un angle qui peut être supérieur à 45° et par exemple compris entre 45 et 90° par rapport au plan équatorial du pneu. 25 Selon l'invention, la partie interne 14^ de la bande de roulement 14, c'est-à-dire la partie comprise entre le sommet de la carcasse 10 et le niveau des creux de la partie sculptée 14g 71 07047 6 2128041 est constituée en mélange caoutchouteux à très haut module d*é— lasticité, supérieur à 60 kg/cm2 à 100 fi d'allongement„ Cette partie interne 14^ présente une épaisseur sensiblement uniforme d'un bord à l'autre de la surface de roulement et cette épaisseur 5 est accrue par rapport à celle prévue habituellement dans les pneus connus, de façon à assurer un frettage effectif du pneu gonfléo la partie extérieure sculptée 142 est pour sa part réalisée en un mélange caoutchouteux de type habituel présentant une bonne résistance à l'usure et une bonne adhérence dans les 10 conditions de roulage sur sol varié, sec ou mouillé, la sculpture de cette partie extérieure 14g la bande de roulement est établie en fonction de l'usage prévu pour le pneu mais elle présente de préférence une tendance circonférentielle, c'est-à-dire un dessin avec une prédominance de nervures circonférentielles continues et 15 un minimum de découpures transversales, les nervures de cette partie sculptée peuvent ainsi participer quelque peu à la résistance de la bande à l'extension longitudinale. les bandes de côté 13 sont réalisées en mélange caoutchouteux de type habituel, c'est-à-dire à module d'élasticité peu 20 élevé de l'ordre de 15 à 20 kg/cm2 à 100 fi d'allongement. Toutefois ■ les flancs présentent la particularité d'avoir une zone de flexion plus souple 15 localisée à proximité des épaules du pneu. Cette zone plus souple est obtenue dans le cas présent d'une part en donnant aux flancs 13 une épaisseur décroissante vers le haut, à 25 partir des bourrelets de façon à ce que les flancs présentent une épaisseur minimum dans les zones 15 et d'autre part en renforçant relativement la moitié inférieure des flancs pour la rendre plus 71 07047 7 2128041 résistante à la flexion,, Ce renforcement peut être réalisé par tout moyen approprié et par exemple, comme dans le cas représenté, en faisant remonter les "bords repliés 11 des nappes de carcasse jusqu'au voisinage du milieu des flancs. On peut utiliser aussi 5 des flippers 16 relativement raides et/ou des gommes de remplissage 17 en mélange caoutchouteux dur se prolongeant relativement haut dans les flancs, la détermination de l'épaisseur à donner à la partie interne 14^ de la "bande de roulement ne présente pas de difficul-•JO tés particulières. On peut calculer de façon assez approchée la résistance que doit présenter cette partie de la bande pour s'opposer à l'extension circonférentielle du pneu sous l'effet de la pression normale de gonflement et, à partir de cette résistance, déterminer la surface de la section de la bande puis ■J5 l'épaisseur recherchée, en fonction du module d'élasticité du mélange utilisé. Comme indiqué plus haut ce module d'élasticité doit être très élevé pour que l'épaisseur reste dans des limites raisonnables. Il doit être supérieur à 60 kg/cm2 et de préférence de l'ordre de 100 à 150 kg/cm2 à 100$ d'allongement, l'utilisation 20 pour les bandes de roulement de mélange caoutchouteux présentant des modules aussi élevés est entièrement nouveau à la connaissance de la demanderesse car l'obtention et le façonnage de ces mélanges se heurte à des difficultés pratiques qui n'avaient pas été résolues industriellement jusqu'à un passé très récent. D'autre part 25 l'expérience montre de façon assez inattendue que pour certaines applications il n'est pas nécessaire que la résistance à l'extension circonférentielle de la bande de roulement ait besoin d'être aussi élevée que la résistance théorique obtenue en prenant pour base 71 07047 8 2128041 de calcul la présence d'une ceinture en câblés textiles ou métal ligues» Il peut être suffisant que la bande en mélange à haut module d'élasticité résiste à une extension limitée et relativement faible de la périphérie du pneu sous l'action de 5 la pression normale de gonflement. Dans un autre exemple de réalisation illustré sur la figure 3 les bandes de côté 13 recouvrant les flancs de la carcasse sont constitués avec le même mélange à haut module d'élasticité que celui de la partie interne 14^ de la bande de 10 roulement. Gela est avantageux pour la fabrication car on peut obtenir directement par une seule opération de boudinage la partie de la bande de roulement et les flancs 13» D'autre part, dans le pneu terminé, les flancs 13 en mélange à haut module tendent à augmenter la résistance aux efforts latéraux exercés 15 sur le pneu par exemple en virage, et à augmenter par conséquent la stabilité latérale du pneu et à diminuer son temps de réponse aux sollicitations de changement de direction commandées par le conducteur» Si toutefois on désire réduire cette raideur des flancs, notamment en vue d'augmenter leur souplesse verticale 20 pour améliorer le confort on peut en réduire 1'épaisseur. Cet amincissement des flancs est de préférence localisé dans la partie supérieure des flancs comprise au-dessus du plan médian horizontal de la section du pneu, de façon à former au voisinage des épaules du pneu une zone souple de flexion 15» 25 l'utilisation d'un mélange à haut module pour les flancs 13 offre encore l'avantage de renforcer relativement la partie basse des flancs voisine des bourrelets ce qui est favorable 71 07047 9 2128041 à une bonne assise du pneu sur sa jante. Cet effet peut être complété en ayant des bords de carcasse 11 assez larges pour remonter jusqu'au -voisinage du milieu des flancs„ En utilisant séparément ou ensemble l'une ou l'autre de ces caractéristiques 5 on peut dans certains cas supprimer les renforts habituels des bourrelets et tels que les "flippers" entourant les tringles 11 et les bandelettes extérieures de raidissement,, On arrive ainsi à une structure très simplifiée et très économique du pneu0 Les mélanges à très hauts modules d'élasticité convenant •JO pour réaliser la partie interne 14^ de la bande de roulement et éventuellement les bandes de côté 13» peuvent être obtenus en incorporant des charges renforçantes en proportions élevées ou des fibres courtes de textile ou de métal. Dans ce dernier cas il est avantageux d'utiliser des fibres très fines présentant un •j 5 diamètre non supérieur à 0,03 mm0 Ces fibres très fines permettent d'avoir des mélanges caoutchouteux plus faciles à travailler à l'état cru, bien plus homogènes et dans lesquels les fibres constituent un réseau renforçant très ténu. Les fibres de verre très fines sont bien appropriées pour la réalisation de ces mélanges, 20 On peut aussi, selon une autre caractéristique de l'inven tion utiliser des mélanges caoutchouteux chargés à la fois avec du noir de carbone et avec une poudre fine d'une polyoléfine, telle que le polyéthylène ou le polypropylène, à très haute masse moléculaire c'est-à-dire une masse moléculaire moyenne 25 supérieure à environ 500,000, Ces mélanges permettent d'obtenir après vulcanisation des modules d'élasticité très élevés. Le tableau ci-dessous indique des exemples dè mélanges pouvant convenir : 71 07047 10 2128041 A B C : caoutchouc naturel 100 100 100 : * noir type HAF 55 45 70 ; * fibres de verre coupées 15 | polyéthylène 100 100 • * oxyde de zinc 5 5 5 : * acide stéarique 3 3 3 ; I huile aromatique 5 5 5 : * phényl/j naphtylamine 2 2 2 : * accélérateur JïJOR 1 1 2,5; * soufre 3 1,5 4 ; Après vulcanisation ces mélanges caoutchouteux présentent respectivement les propriétés suivantes : dureté Shore A 85 89 94 module d'élasticité à 100/é (kg/cm2) 120 105 142 résistance rupture 140 180 193 allongement rupture c/o 150 300 200 71 07047 n 2128041 REVENDICATIONS 10 - Pneumatique à section basse de rapport égal ou inférieur à 0,8, caractérisé par ce que au moins la partie interne de la bande de roulement comprise entre le sommet de la carcasse et le niveau des creux de la sculpture est entièrement en mélange caoutchouteux présentant un module d'élasticité très élevé, supérieur à 60 kg/cm2 à 100$ d'allongement et cette partie présente une épaisseur suffisante pour assurer par elle-même, sans ceinture, le frettage effectif du sommet du pneue 2° - Pneumatique selon 10 et dans lequel la partie extérieure sculptée de la bande de roulement est en mélange caoutchouteux à module d'élasticité moins élevé et à bonne résistance à l'abrasion» 3° - Pneumatique selon 10 et 2° dans lequel la partie extérieure de la bande de roulement présente une sculpture à tendance circonférencielle avec une prédominance de nervures circonférencielles. 4° - Pneumatique selon 10 et dans lequel les flancs présentent une zone de flexion plus souple localisée dans la moitié supérieure des flancs, au voisinage des épaules du pneu. 5° - Pneumatique selon 4° et dans lequel les flancs présentent une épaisseur décroissante avec un minimum au voisinage des épaules du pneu. 6° - Pneumatique selon 4° ou 5° et dans lequel la partie basse des flancs comprend un nombre de nappes de renforcement plus élevé que la partie haute des flancs0 71 07047 12 2128041 7° - Pneumatique selon 6° dans lequel les bords des nappes de carcasse repliés autour des tringles s'élèvent dans la partie basse des flancs jusqu'à environ la moitié de la hauteur des flaacso 8° - Pneumatique selon 10 et 4° et dans lequel les flancs de la carcasse sont revêtus avec le même mélange caoutchouteux que celui de la partie interne de la bande de roulement0 9° « Pneumatique selon l'une des revendications précédentes et dans lequel la carcasse est radiale. 10° - Pneumatique selon l'une des revendications 10 à 8° et dans lequel la carcasse est croisée avec des câbles formant un angle supérieur à 45°» 110 - Pneumatique selon 10 dans lequel la partie intérieure à haut module de la bande est en mélange caoutchouteux contenant une forte teneur en charge renforçante ou des fibres courtes dispersées dans le mélange, ces fibres présentant un diamètre inférieur à 0,03 mm0 12° - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélange caoutchouteux de la partie à module élevé comprend une charge renforçante constituée au moins en partie par une polyoléfine finement divisée et à très haute masse moléculaire égale ou supérieure à environ 500.000#