Brevet FR2464834A1 — publié le 19810320

L'invention concerne des pneumatiques à carcasse radia- le et plus particulièrement des pneumatiques à carcasse ra- diale d'un type nouveau pour voitures de tourisme, ces pneu- matiques ayant une meilleure durabilité, une meilleure ré- sistance à l'usure irrégulière et un meilleur confort de conduite, grâce à l'utilisation comme renforcement de cein- ture de câbles d'acier présentant une nouvelle structure de retordage. Dans les pneumatiques à carcasse radiale en acier, par- ticulièrement pour voitures de tourisme, on utilise souvent des câbles d'acier de stucture dite 1X4 ou 1X5, chaque câ- ble étant composé de 4 ou 5 fils d'acier. Dans le pneumatique à carcasse radiale en acier de ce type, il est reconnu qu'il se produit un phénomène de sépa- ration dans la partie terminale de la ceinture. Pour remé- dier à ce phénomène de séparation, on utilise actuellement comme caoutchouc de revêtement de ceinture des caoutchoucs ayant une grande élasticité et une excellente résistance à la propagation des fissures. D'autre part, la vitesse de propulsion du véhicule tend à augmenter graduellement à me- sure qu'on améliore les revêtements de routes et par consé- quent l'efficacité des transports, etc... Par suite les exi- gences concernant l'aplatissement de profil du pneumatique et l'amélioration de la durabilité à grande vitesse sont susceptibles d'augmenter graduellement et il est nécessaire d'accroStre encore l'élasticité du caoutchouc de revêtement de ceinture. Toutefois, lorsqu'on augmente l'élasticité du caoutchouc de revêtement de ceinture, le phénomène de séparation de la partie terminale de la ceinture est certainement atténué mais en revanche, la ceinture est soumise à un mouvement de flexion dynamique en compression pendant l'utilisation du pneumatique, de sorte que les câbles d'acier de la ceinture risquent de subir une fatigue par flambage. Il en résulte la rupture des cables d'acier avant l'usure complète du ca- outchouc de la bande de roulement. En particulier, cette tendance augmente en cas d'aplatissement du pneumatique, ce qui pose un sérieux problème quant à sa durabilité. Quand on compare les pneumatiques classiques à car- casse radiale en acier aux pneumatiques classiques à carcas- se radiale en textile, la rigidité de la ceinture est grande et la tenue de route en virage est excellente mais le confort de conduite est médiocre et la valeur commerciale est amoin- drie par suite du phénomène d'usure irrégulière causé par l'aplatissement du pneumatique et des sculptures de la bande de roulement. En outre, la structure en câbles d'acier utili- sée pour la ceinture du pneumatique classique à carcasse ra- diale d'acier présente une cavité dans sa partie centrale de sorte que lorsqu'un dommage se propage de la surface ex- térieure de la bande de roulement à la ceinture, l'eau qui pénètre dans la ceinture chemine dans la direction longitudi- nale de la structure en câbles, en créant et en propageant de la rouille. Par suite, l'adhérence des câbles d'acier au caoutchouc diminue dans la partie o se forme la rouille et il en résulte l'accident de la séparation. Les inventeurs ont fait diverses études pour réaliser des pneumatiques radiaux comprenant une ceinture de structure nouvelle qui remédie aux inconvénients précités des pneumati- ques à carcasse radiale classiques et ont trouvé qu'on peut remédier à ces inconvénients en utilisant une ceinture compo- sée d'au moins une couche de câbles d'acier à torsion relâ- chée à intervalles, présentant une structure particulière de retordage et noyés dans un caoutchouc de revêtement particu- lier, ce qui a permis la mise au point de l'invention. Selon l'invention, on propose un pneumatique radial comprenant une carcasse radiale et une ceinture placée sur la périphérie extérieure d'une partie de couronne de la car- casse et composée d'une couche de câbles d'acier caoutchoutées, caractérisé en ce que la ceinture se compose d'au moins une couche de câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles, qui sont noyés dans un caoutchouc de revêtement ayant un modu- le à 100 % de 30 à 70 Kg/cm2 (2,94 à 6,86 MPa), chaque câble étant composé de 4 ou 5 filaments d'acier et ayant un allon- gement de 0,2 à 0,7 % sous une charge de 5 Kg câble et un pas 246:4834 de torsion de 8 à 16 mm. On décrira maintenant l'invention à propos des dessins annexés sur lesquels: la figure la est une vue latérale d'un céàble d'acier utilisé dans le pneumatique classique; est La figure lb/une coupe agrandie de filaments d'acier constituant le câble d'acier de la figure la; est La figure 2a/une vue latérale d'un mode d'exécution du câble d'acier à torsion relâchée à intervalles selon l'in- vention et; est La figure 2b/une coupe agrandie de filaments d'acier constituant le câble d'acier de la figure 2â. Comme le montre la figure 1, le câble d'acier classi- que a une structure à torsion serrée dans laquelle tous les filaments d'acier sont retordus de façon serrée dans la direc- tion longitudinale du câble. Au contraire, l'expression "a- ble d'acier à torsion relâchée à intervalles, utilisée dans la présente description, signifie une structure à torsion re- lâchée à intervalles dans laquelle tous les filaments d'acier subissent un retordage sans être serrés les uns contre les autres, structure qui apparait de façon pratiquement pério- dique dans la direction longitudinale du câble comme le mon- tre à titre d'exemple la figure 2. Autrement dit, il est évi- dent d'après les figures la et lb que tous les filaments d'acier sont serrés les uns contre les autres dans toute sec- tion du câble d'acier classique. Par contre, les figures 2a et 2b montrent que le câble à torsion relâchée à intervalles selon l'invention présente une structure de torsion dans la- quelle tous les filaments d'acier ne sont pas serrés les uns contre les autres, de façon alternée ou périodique dans la direction longitudinale du câble. En outre, comme le montre la figure 2b, il existe une partie dans laquelle certains filaments sont serrés les uns contre les autres tandis que les autres filaments ne sont pas serrés les uns contre les autres dans la direction longitudinale du câble ce qui est préférable pour laisser pénétrer le caoutchouc de revêtement à l'intérieur de ce câble. Comme on l'a dit, la ceinture à utiliser dans le pneu- matique de l'invention se compose d'au moins une couche de câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles, formée en noyant les câbles précités dans un caoutchouc de revêtement ayant un module à 100 % de 30 à 70 Kg/cm2 (2,94 à 6,86 MPa). En pareil cas, chaque câble se compose de 4 ou 5 filaments d'acier et a un allongement de 0,2 à 0,7 % sous une charge de Kg câble et un pas de torsion de 8 à 16 mm. La raison pour laquelle l'allongement sous une charge de 5 Kg câble est limité entre 0,2 et 0,7 % est que, lorsque l'allongement est inférieur à 0,2 %, il n'y a pas grande dif- férence entre ce câble et le câble d'acier classique et le but de l'invention ne peut pas être atteint tandis que lors- que l'allongement dépasse 0,7 %, la structure de retordage risque d'être perturbée dans la partie terminale sectionnée du câble, ce qui crée des difficultés dans la fabrication des pneumatiques. Dans le câble d'acier à torsion relâchée à intervalles selon l'invention, il est nécessaire de limiter le pas de torsion entre 8 et 16 mm pour la raison suivante. Quand le pas de torsion est inférieur à 8 mm, la productivité de fabri- cation du câble diminue considérablement et la valeur commer- ciale est pratiquement médiocre tandis que, si le pas de tor- sion dépasse 16 mm, la résistance à la rupture du câble dimi- nue fortement par suite de la fatigue à l'ondulation. Dans le caoutchouc de revêtement qui enrobe les câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles, il est nécessaire que le module à 100 % soit compris entre 30 et 70 Kg/cm2 (2,94 et 6,86 MPa), de préférence entre 35 et 55 Kg/cm2 (3,43 et 5,39 MPa). Quand le module à 100 % est inférieur à 30 Kg/ cm (2,94 NPa) la déformation causée dans la partie terminale du câble augmente et la résistance à la séparation de l'ex- trémité de la ceinture-(formation de fissures dans le caou- tchouc de revêtement de la ceinture, en partant à l'extrémi- té des cfbles) est diminuée. Par contre, quand le module à % dépasse 70 Kg/cm2 (6,86 MPa), la durabilité de la cein- ture risque de diminuer ou bien une rupture de câbles risque de se produire et en même temps, l'aptitude de mise en oeu- vre diminue considérablement. Le filament d'acier constituant le câble d'acier à torsion relâchée à intervalles selon l'invention a de pré- férence un diamètre de 0,12 à 0,4 mm. Quand le diamètre est intérieur à 0, 12 mm, la résistance du filament est assez mé- diocre tandis que, quand le diamètre dépasse 0,4 mm, la ré- sistance à la fatigue du filament diminue à un degré inadmis- sible en pratique. En outre, pour améliorer l'adhérence du filament d'a- cier sur le caoutchouc, on peut revêtir la surface du fila- ment d'un métal tel que Cu, Sn, Zn,etc..., ou d'un alliage desdits métaux contenant Ni, Co, etc... A titre d'exemple, on peut fabriquer le câble d'acier à torsion relâchée à intervalles utilisable dans l'invention en retordant ensemble un nombre donné de filaments d'acier préalablement conditionnés, sans les serrer les uns contre les autres. Dans le pneumatique à carcasse radiale selon l'inven- tion, la résistance à la séparation de l'extrémité de la cein- ture, la résistance à la rupture des câbles, la résistance à l'usure irrégulière et le confort de conduite, qui consti- turaient des points faibles du pneumatique classique à carcas- se radiale en acier, peuvent être améliorés simultanément par le fait qu'on utilise comme ceinture au moins une couche de câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles et formée en enrobant à un caoutchouc de revêtement ayant un module parti- culier, des câbles composés chacun de 4 ou 5 filaments d'acier et ayant un allongement et un pas de torsion particuliers. En outre, le caoutchouc de revêtement pénètre bien à l'intérieur dudit câble, aussi bien dans sa direction longitudinale que dans le plan de section droite, de sorte que la propagation de la rouille est supprimée par comparaison au cas o on utilise un câble à torsion classique. Donc, l'utilisation du câble d'acier à torsion relâchée à intervalles selon l'inven- tion est très efficace pour empêcher l'accident de séparation imputable à la diminution d'adhérence entre le câble et le caoutchouc résultant de la corrosion. Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention et ne doivent pas être considérés comme la li- mitant. EXEMPLE 1 Dans un pneumatique à carcasse radiale pour voitures de tourisme de dimensions 185/70 HR14, comportant comme car- casse un pli caoutchouté de câbles de fibres de polyester, on prépare divers pneumatiques d'essai en utilisant pour cons- tituer la ceinture>deux couches de câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles, forméoe chacuneen enrobant d'un caou- tchouc de revêtement ayant un module à 100 % de -35 Kg/cm2 (3,4_3 MPa) des câbles présentant diverses structures à tor- sion relâchée à intervalles et formés chacun de 5 filaments d'acier de 0,25 mm de diamètre (structure 1X5), comme indi- qué au Tableau 1 ci-après. On a déterminé la résistance à la rupture des câbles de la ceinture, la résistance à la sépa- ration de l'extrémité de la ceinture, la résistance à l'usu- re irrégulière, le confort de conduite et les possibilités de fabrication de ces pneumatiques d'essai et on a obtenu les résultats indiqués au Tableau 1. A titre de comparaison, on a déterminé les mêmes caractéristiques pour un pneumatique témoin (pneumatique no 1) comportant des câbles d'acier de structure classique 1X5 dans la ceinture. En outre, on a déterminé les caractéristiques comme suit: - Résistance à la rupture des câbles de ceinture On a fait rouler le pneumatique d'essai sur route, sur une distance de 40 000 Km, en le gonflant à une pression de 1,5 Kg/cm2 (0,15 MPa) et ensuite sur un parcours fixe de _30 montée et descente, correspondant à une distance de 20 000 Km, en le gonflant à une pression de 1,13 Kg/cm2 (0,13 MPa). En- suite, on a ouvert le pneumatique pour mesurer le nombre de ruptures de câbles de ceinture. Cette propriété a été défi- nie par un indice en prenant pour base la valeur 100 pour 315 le pneumatique témoin. Plus l'indice est grand, plus le pneu- matique présente un petit nombre de ruptures et de bonnes caractéristiques. 246;4834 - Résistance à la séparation de 1 te.tr.mitç 4 de a ACel ntiu- r-e. - On a fait rouler le pneumatique d'essai sur route, sur une distance de 60 000 Km, sous une pression de gonflage de 1,5 Kg/cm2 (0,15 MPa). Ensuite, on a ouvert la partie ter- minale de la ceinture pour mesurer la longueur de fissura- tion du caoutchouc de l'extrémité des cables de la ceinture vers l'intérieur. Cette propriété est définie par un indice en passant pour base la valeur 100 pour le pneumatique témoin. Plus l'indice est grand, plus le pneumatique pré- sente une petite longueur de fissuration et de bonnes pro- priétés. - Résistance à l'usure irrégulière. On a fait rouler le pneumatique d'essai sur route sur une distance de 40 000 Km, sous une pression de gonflage de 1,5 Kg/cm2 (0,15 MPa). Ensuite, on a mesuré la profondeur restante des sculptures de la bande de roulement, à la par- tie centrale et à l'épaulement (rainure la plus extérieure) et on mesure ainsi la résistance à l'usure irrégulière selon la formule suivante: Rrofondeur de sculpture au centre - Rrofondeur de scul- pture à l'épaulement. Profondeur de sculpture au centre Cette propriété est définie par un indice en prenant pour base la valeur 100 pour le pneumatique témoin. Plus l'indice est grand, plus cette propriété est bonne. - Confort de conduite On a placé un véhicule muni des pneumatiques d'essai sur un tambour rotatif muni à sa surface de taquets trapé- zoidaux puis on a porté la vitesse de rotation du pneuma- tique de 40 Km/h à 100 Km/h et pendant ce temps, on a me- suré, à chaque palier d'augmentation de 10 Km/h, la forme d'onde de vibration du pneu au passage sur les taquets sous une charge non suspendue. On a déterminé alors la -35 grandeur maximale de l'amplitude de vibrations à chaque pa- lier, sous forme de valeurs moyennes, et on a calculé d'après celles:ci un indice de confort de conduite, selon l'équation: amplitude maximale amplitude maximale de vibration du - de vibration du pneumatique témoin pneumatique d'essai indice = l0O+lOOx amplitude maximale de vibration du pneuma- tique témoin - Possibilités de fabrication En ce qui concerne les possibilités de fabrication, on a considéré les trois facteurs suivants: (1) possibilité de travail à froid dans la fabrication de câbles d'acier; (2) degré de dérangement des extrémités de câbles lors- qu'on coupe les câbles caoutchoutés à une largeur donnée dans la fabrication de pneumatique et, (3) aptitude de malaxage du caoutchouc de revêtement. Le symbole x représente le cas o il se produit un défaut portant sur l'un quelconque des facteurs ci-dessus, le symbole,& le cas o il se produit peu de défauts et le symbo- le o le cas o il ne se produit aucun défaut. Le tableau 1 montre que les pneumatiques no 3, 4, 5, 8 et 9 selon l'invention présentent des propriétés considéra- blement améliorées et que leurs possibilités de fabrication sont bonnes, EXEMPLE 2 On a fabriqué divers pneumatique d'essai en utilisant des câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles ayant un allongement de 0,4 % et-un pas de torsion de 10 mm avec une structure 1X5, le module à 100 % du caoutchouc de revêtement variant entre 25 et 70 Kg/cm (2,45 et 6,86 MPa), comme l'in- dique le tableau 2 ci-après, de la façon décrite à l'exemple 1. Puis on a fait pour ces pneumatiques les mêmes évaluations que dans l'exemple 1, en obtenant les résultats indiqués au tableau 2. TABLEAU 1 Pneumatique n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 be d'acier Allongement % 0 0,1 0,2 0,4 0,7 0,8 0,4 0,4 0,4 0,4 Cble d'acier pas de tension (mm) 12 12 12 12 12 12 6 8 16 18 Module à 100 % du caoutchouc MPa 3,43 3,43 3,43 3,43 3,43 3, 43 3,43 3,4) 3,43 3,43 RESULTATS Résistance à la rupture des câbles de ceinture 100 102 131 141 151 158 168 158 122 108 Résistance à la séparation de l'extré- mité de la ceinture 100 119 119 119 120 119 101 120 120 119 Résistance à l'usure irrégulière 100 100 107 108 111 111 105 107 114 116 Confort de conduite 100 100 103 103 106 106 107 106 103 100 Possibilités de fabrication o o o o a x x o o x o c0 cm 0% TABLEAU 2. Pneumatique n 11 12 13 14 15 . , Allongement % 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Câble d'acier Cbe d'acie pas de torsion (mm) 10 10 10 10 10 Module à 100 % du caoutchouc MPa 2,45 2,94 3,43 5,39 6,86 RESULTATS Résistance à la rupture des câbles de ceinture 157 154 150 140 136 Résistance à la séparation de l'extrémité de la ceinture 101 106 120 125 138 Résistance à l'usure irrégulière 107 108 108 109 109 Confort de conduite 107 106 105 103 103 Possibilités de fabrication o o o o A , ,, ,,,, 1cr so %W m% Q il On peut voir par le tableau 2 que dans lE pneumatiques n 12, 13, 14 et 15 selon l'invention, les propriétés sont considérablement améliorées et les possibilités de fabrica- tion sont bonnes. EXEMPLE 3 On fabrique les mêmes pneumatiques d'essai que dans l'exemple 1, en utilisant des câbles d'acier ayant une struc- ture à torsion relâchée à intervalles et comportant chacun 4 filaments d'acier de 0,25 mm de diamètre (structure 1X4), comme l'indique le tableau 3 ci-après, pour constituer la couche de /ceintur uis on a fait les mêmes évaluations que dans l'exemple 1 pour obtenir les résultats indiqués au ta- bleau 3. A titre de comparaison, on a utilisé un pneumatique témoin (n 16), comportant une ceinture formée de câbles d'acier de structure 1X4 classique. TABLEAU 3 Pneumatique n 16 17 18 -,,.,..,,,,......,..,. Cble d'acier IAllongement % O 0.4 0.4 pas de torsion (mm) 9.5 9.5 12 Module à 100 % du caoutchouc MPa 3,43 3,2 3,3 RESULTATS Résistance à la rupture des câbles de ceinture 100 146 128 Résistance à la séparation de l'extrémité de la ceinture 100 116 118 Résistance à l'usure irrégulière 100 108 110 Confort de conduite 100 105 104 Possibilités de fabrication o o o On peut voir par le tableau 3 que les propriétés des pneumatiques n 17 et 18 selon l'invention sont améliorées. REVENDICATIONS 1. Pneumatique à carcasse radiale, comprenant une car- casse de structure radiale sur laquelle est placée une cein- ture située sur la périphérie extérieure d'une partie de couronne de ladite carcasse et composée d'une couche de câ- bles d'acier caoutchoutée, caractérisé en ce que ladite cein- ture est composée d'au moins une couche de câbles d'acier à torsion relâchée à intervalles qui est formée par enroba- ge desdits câbles avec un caoutchouc de revêtement ayant un module à 100 %, de 30 à 70 Kg/cm2 (2,94 à 6,86 MPa), chaque câble étant formé de 4 à 5 filaments d'acier et ayant un al- longement de 0,2 à 0,7 % sous une charge de 5 Kg/câble et un pas de torsion de 8 à 16 mm. 2. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caoutchouc de revêtement a un module à 100 % de 35 à 55 Kg/cm2 (3,43 à 5,39 MPa). 3. Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament d'acier à un diamètre de 0,12 à 0,4 mm.