Brevet FR2261886A1 — publié le 19750919

La présente invention se rapporte aux bandages, du type plein et du type pneumatique. Selon l'invéntion, un bandage comprend, comme parties intégrantes de sa structure, les parties suivantes : a) une portion de bande de roulement en matière élastomère ; b) renforçant la portion de bande de roulement et située à l'intérieur de celle-ci, une structure annulaire de renforcement pratiquement inextensible dans sa direction circonférentielle comme dans sa di rection transversale ; et c) radialement à l'intérieur de la structure annulaire de renforcement, un anneau de caoutchouc qui est, dans l'état non chargé et, si cela est approprié, non gonflé du bandage , maintenu dans un état comprimé par la structure annulaire de renforcement. I1 peut y avoir des ambigUités, lorsqu'on décrit 11 état de contrainte ou de déformation d'un échantillon de caoutchouc. Il y a donc lieu de noter que, dans le pré sent mémoire, l'expression comprimé appliquée au caoutchouc se rapporte à tout état de déformation dans lequel les composantes des contraintes-limites les plus importantes agissant sur l'échantillon de caoutchouc ont une direction telle qu'elles tendent à produire une déformation en compression. Le bandage peut être du type plein ou à coussin, dans lequel pratiquement la totalité d'une charge verticale est supportée par le caoutchouc, ou bien ce peut autre un bandage pneumatique dans lequel une pression d'air intérieure au bandage contribue au support de la charge. Dans les deux cas, l'incorporation de l'anneau de caoutchouc précomprimé dans le bandage entratne une augmentation de sa capacité de support de charge tout en réduisant au minimum les difficultés concomitantes du dégagement de. chaleur résultant normalement de l'incorporation de caoutchouc sup plémentaire dans les bandages. En même temps, le confort du bandage, c'est-à-dire son aptitude à absorber les obstacles de la route sans transmettre de vibrations désagréables à l'essieu, et de là au véhicule et à ses occupants, peut être conservé et, dans certains cas, amélioré. Les figures du dessin annexé, donné X titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente les stades de la fabrication d'un bandage plein selon l'invention. La figure 2 représente un autre procédé de fabrication d'un bandage comprenant du caoutchouc précomprimné. La figure 3 représente une configuration de section transversale possible pour l'anneau. La figure 4 représente un autre procédé de fabrication d'un bandage non pneumatique à air contenant un anneau de caoutchouc comprimé. La figure 5 représente l'application d'un anneau dans un bandage pneumatique. La figure 6 est un graphique montrant l'effet du caoutchouc précomprimé sur la réaction aux vibrations verticales et horizontales d'un bandage pneumatique. Le comportement des bandages élastomères pleins est limité en ce qui concerne la vitesse et la capacité de support de charge par l'hystérésis des matières utilisées pour les confectionner, Ces limitations sont approximativement conformes à l'équation T t2HS 4 LIMIT MA dans laquelle T = épaisseur radiale du bandage ; L = charge verticale exercée sur le bandage ; H = facteur de perte par hystérésis du caoutchouc du bandage ; S = vitesse (cycles de fléchissement/unité de temps) M = module d'élasticité du caoutchouc ; A = aire utile de la zone de contact. La limite précitée dépend de la vitesse de refroidissement effective du bandage particulier mis en jeu. La présente invention concerne l'améliora- tion de la capacité de support de charge des bandages par précontrainte d'un anneau de caoutchouc dans le bandage en compression. La valeur de précompression peut s'entendre de façon générale, par référence X l'équation ci-dessus, du fait que l'effet de la précompression dans le caoutchouc est d augmenter le module d'élasticité (M) sans augmenter le facteur H de pertes par hystérésis. Ainsi, la précompression réduit la valeur de T2L2HS et permet, par conséquent, au bandage de supporter une charge L supérieure sans dépasser la limite. On notera que cette équation représente une approximation simplifiée de la situation dans un bandage. Selon le mode de fabrication du bandage, le degré de précompression peut nitre pas uniforme dans tout le caoutchouc comprimé. En général, cependant, l'on préfère qu'aucune partie de l'anneau de caoutchouc précomprimé n'ait un degré de précompression supérieur i 30 %. La précompression moyenne sur l'ensemble de l'anneau de caoutchouc précomprimé est de préférence comprise entre 10 % et 20 %, bien que des précompressions inférieures puissent également être précieuses, notamment dans des bandages du type décrit plus loin ici. Il y a également lieu de noter que, plus le module du caoutchouc est élevé, moins le degré de précompression nécessaire pour obtenir un effet donné sur la capacité de charge est élevé. L'ensemble de la figure 1 montre comment l'on peut fabriquer un pneumatique plein contenant un anneau de caoutchouc précomprimé. La figure la représente une cour roie prévulcanisée 7 comprenant, par exemple, des nappes transversales croisées de câblés textiles ou d'acier,incorpo- rées dans un mélange de caoutchouc tel qu'on en utilise dans les structures de protecteur de bandages radiaux classiques. Cette courroie formera une structure de renforcement annulaire appropriée dans le bandage. La figure 7b montre la masse principale 2 ou coussin du bandage qui est vulcanisée un diamètre extérieur supérieur au diamètre intérieur de la structure de renforcement. La figure lo montre le coussin 2 après sa compression et son montage b l'intérieur de la courroie 1. Il est nécessaire de prévoir des moyens pour le fixer en place. Cependant, des techniques de collage classiques, ou m9me des saillies et rainures complémentaires sont adéquates, du fait que la précompression du caoutchouc contenu dans le coussin le pousse vers l'extérieur dans la structure de renforcement et serre donc mutuellement les deux surfaces. La figure id est une coupe transversale du pneumatique fini. La ligne en tirets indique une couche de bande de roulement 3 qui n'a pas été représentée dans les figures précédentes. Il n'y a pas de précompression dans la couche de bande de roulement 3 représentée sur la figure id et cette région est encore soumise aux limites initiales avant précompression. Ce n'est pas un problème essentiel du fait que, pour la couche de bande de roulement 3, l'épaisseur T peut être très faible et le module M peut entre très élevé sans amoindrir l'aptitude du bandage à amortir les obstacles. Cette fonction est à présent effectuée séparément par la matière située à l'intérieur de l'anneau. En pratique, par conséquent l'utilisation du caoutchouc précomprimé augmente les capacités de charge et de vitesse pour une dimension donnée de bandage plein. Jusqu'à présent, on n'a décrit que la réalisation la plus simple et le procédé de fabrication le plus simple. On peut cependant fabriquer le bandage en une seule opération en le confectionnant et en le vulcanisant retourné, comme sur la figure 2a, où la bande de roulement 4 se trouve à l'intérieur d'une courroie 5 et le coussin 6 est la portion située le plus à l'extérieur. Après cela, on le retourne à nouveau, comme le montre la figure 2b. Du fait que, comme le montrent les figures 2a et 2b, le procédé produit un pré-étirement indésirable dans la bande de roulement, ainsi qu'une précompression du coussin, il est préférable d'appliquer la bande de roule- ment après avoir retourné un ensemble comprenant la structure de renforcement annulaire et le coussin. Si on le désire, on peut fabriquer le bandage en retournant seulement le -ooussin avant de monter l'anneau et la bande de roulement. Pour un grand nombre de ces procédés, la précompression dans le coussin s'avérerait augmenter vers le centre, et il est possible d'exploiter cette propriété en utilisant une section transversale à cotés en pente, triangulaire ou trapézoIdale. La figure 3a montre un anneau de caoutchouc ayant en coupe un profil triangulaire, avant le retournement. Les faces 7 en pente sont concaves. La figure 3b montre la mème section, après retournement. Les faces 7 en pente se sont alors bombées vers l'extérieur et sont moins concaves. Cette concavité contribue à éviter des contraintes de traction et des fissures par fatigue. Les figures 4a et 4b représentent un mode de fabrication préféré d'un bandage plein selon l'invention, n'impliquant pas de retournement pour aucun des composants. On fabrique le bandage dans la forme de section transversale représentée sur la figure 4a, et il comprend une portion de bande de roulement 10, un renforcement annulaire inextensible 11 et deux composants 12 et 13 de bandage de caoutchouc plein qui sont moulés à ltintérieur du renforcement, mais s'évasent axialement vers l'extérieur et radialement vers 1'intérieur. Comme le montre la figure 4b, on utilise le bandage sur une jante divisée 14 qui a un diamètre égal au diamètre intérieur des deux composants 12 et 13, lorsqu1 ils sont moulés. Lorsqu'on monte le bandage sur la jante, on rapproche les composants 12 et 13 pour former un bandage pratiquement plein. Au cours de ce stade, on oblige ces composants à avoir une longueur de section transversale réduite et ainsi ils deviennent précomprimés. La -figure Sa représente une coupe transversale d'un bandage pneumatique 15 à nappes radiales sur une jante 16. La figure 5b représente une coupe transversale d'un anneau 17 de matière élastomère de plus grand diamètre que la surface intérieure de la région du protecteur. La figure 5c représente l'anneau 17 fixé en place sur la surface intérieure. A l'échelle représentée, cette modification peut augmenter la capacité de charge du bandage pneumatique d'environ 20 y sans augmentation notable des pertes d'énergie par hystérésis normalement associées aux revêtements intérieurs épais, L'effet de l'anneau de caoutchouc comprimé sur le confort de roulement d'un bandage pneumatique est illustré par l'exemple non limitatif qui suit. On munit deux bandages pneumatiques à nappes radiales textiles "155-12 Dunlop SP Sport" d'anneaux de caoutchoucs placés au-dessous de la région de couronne à l'intérieur du pneumatique. Dans un cas, l'anneau n'est pas préoontraint et, dans l'autre, il l'est. Le degré de précontrainte, dans oe dernier cas, est de l'ordre de 4 . Le caoutchouc utilisé dans les anneaux est un mélange de caoutchouc naturel dont la composition est indiquée dans le tableau ci-dessous. TABLEAU Parties en poids tSMR 20" ................................. 100 Paillettes de "Flectol" , 2,5 "Monox ZA" ................. 1,0 Huile minérale ................... ........ 5,0 ZnO 4,0 Acide stéarique ...... 1,0 Noir "GPF" ............................... 65,0 Soufre ................................... 3,0 "Santocure"............................... 1,0 "PVI 50" o,8 Le "SMR 20" est un caoutchouc naturel classique de Malaisie. Les paillettes de "Flectol" sont un produit consistant en de la 2,2,4-triméthyl-dihydroquinoléine. Le "Nonox ZA" est la phényl-isopropyl-pphénylène-diamine (IPPD). Le "Santocure" est 1 'N-cyclohexyl-benzothiazol- sulfénamide (CBS). Le "PVI 50" est constitué par 50 ffi de cyclohexyl-thiophtalimide + 50 % de charge minérale inerte. La dureté du mélange est de 640 (nom britannique BS 903, partie A7), et son module d'élasticité est de 7,00 MN/m2 , mesuré dynamiquement à 15 Hz et à 10 % d'amplitude, c'est-à-dire oscillant entre O et 10 y d'allongement. On trace les courbes charge-fléchissement pour chaque pneumatique, et il s'avère que pour une pression 2 programmée de 0,14 kg/cm , le pneumatique comportant l'anneau précontraint présente une courbe charge-fléchissement dont la pente est supérieure d'environ 7 % au témoin sans précompres- sion, c'est-8-dire que le pneumatique comportant 11 anneau de caoutchouc précontraint fléchit moins que le témoin sous l'effet d'une charge donnée. On mesure la transmission des vibrations des pneumatiques en les montant gonflés à 0,14 kg/cm2 sur une suspension de laboratoire Machpherson de type à jambe de force, en faisant tourner les pneumatiques sous une charge de 250 kg sur un tambour à lames pour faire vibrer les pneumatiques et en mesurant l'accélération provoquée de l'essieu de la roue sur laquelle est monté le pneumatique, pour une large gamme de fréquences d'excitation.Pour itaccélération radiale (ou verticale) VA comme pour l'accélération longitudinale LA, on a représenté les résultats pour 11 anneau précontraint, sur la figure 6, sous la forme d'un rapport des accélérations transmises par le pneumatique contenant le caoutchouc précontraint et le pneumatique contenant le caoutchouc non précontraint, respectivement, en fonction de la fréquence de vibration à laquelle on soumet le pneumatique, c'est-à-dire la fréquence d'excitation. Les zones hachurées représentent les parties de la gamme de fréquence;pour lesquelles le pneumatique contenant du caoutchouc précontraint donne de meilleures performances. L'accélération longitudinale est partie lièrement importante, du fait que les constructeurs de véhicules sont soumis à de plus grandes limitations pour le calcul de la rigidité de la suspension dans cette direction que dans la direction verticale. L'anneau précontraint présente un net avantage, en ce qui concerne la réduction de la transmission des vibrations sur la plus grande partie de la gamme de fréquences, pour l'effet longitudinal. REVENDICATIONS 1.- Bandage, caractérisé en ce qu'il comprend comme parties intégrantes de sa structure, les parties suivantes a) une portion de bande de roulement en matière élastomère ; b) renforçant la portion de bande de roulement et située à 1'intérieur de celle-ci, une structure annulaire de renforcement pratiquement inextensible à la fois dans sa direction circonférentielle et dans sa direction transversale ; et c) radialement à l'intérieur de la structure annulaire de renforcement, un anneau de caoutchouc qui, dans l'état non chargé et, si cela est approprié, non gonflé du bandage, est maintenu dans un état comprimé par la structure annulaire de renforcement. 2.- Bandage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en un bandage plein non pneumatique. 3.- Bandage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion de bande de roulement a une épaisseur radiale inférieure à celle de l'anneau de caoutchouc comprimé. 4.- Bandage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bandage, tel que moulé, comprend deux composants pleins de bandage en caoutchouc qui s'dvasent axialement vers l'extérieur et radialement vers l'intérieur de la structure de renforcement annulaire, pour permettre leur compression par serrage mutuel entre la structure de renforcement annulaire et une jante de roue. 5.- Bandage selon la revendication 7, qui consiste en un bandage pneumatique, caractérisé en ce que l'anneau de caoutchouc est situé au niveau de la couronne du pneumatique. 6.- Bandage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux talons renforcés et une structure de carcasse constituée' par des câblés s'étendant dans des plans sensiblement radiaux d'un talon à l'autre. 7.- Bandage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'anneau de caoutchouc a une forme de section transversale s'amincissant vers l'axe de rotation du bandage. 8.- Bandage selon I une quelconque des revendications 7 à 7, caractérisé en ce que le degré de compression moyen dans l'anneau de caoutchouc est compris entre 10 % et 20 %. 9.- Bandage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'aucune partie de l'anneau de caoutchouc n'est comprimée à un degré supérieur à 30 %.