Brevet FR2467715A1 — publié le 19810430

La présente invention se rapporte aux pneu- matîques du type radial, c'est-à-dire aux pneumatiques munis d'une carcasse dont les cablés sont contenus dans des plans sensiblement méridiens et d'une structure an- nulaire de renforcement, qui sera appelée fréquemment cein- ture dans la suite de la description pour simplier, et qui est disposée en couronne sous la bande de roulement. Dans tout pneumatique, les caractéristiques principales exigées sont le rendement kilométrique, la io durée, comprise comme résistance à la fatigue et à la vitesse, le comportement de guidage et la faible résis- tance au roulement, qui se traduit par une réduction de la consommation de carburant. Le degré auquel ces carac- téristiques sont exigées s'accroit de jour en jour avec l'introduction sur le marché de moyens de transport de plus en plus puissants et rapides et avec l'élargissement du réseau de routes à voies rapides et prolongées sur de longues distances. Les structures des pneumatiques radiaux adoptées jusqu'à présent sont désormais à la limite de leurs Drestations en ce qui concerne les spécifications exigées, tant en ce qui concerne la résistance à la fa- tigue et à la vitesse qu'en ce qui concerne le rendement ki.ométrique, spécialement aux grandes vitesses de croisière. En outre, ces types d'utilisations exigent une plus grande sQreté de guidage, en raison de la plus faible stabilité des véhicules industriels aux grandes vitesses, dont le centre de gravité est situé relative- ment haut au-dessus du sol, par exemple dans le cas du transport de marchandises. L'abaissement du centre de gravité obtenu par une réduction du diamètre de l'enveloppe à égalité de capacité de port, c'est-à-dire la réduction de la hau- teur de section H par rapport à la largeur du pneumatique C, n'est plus suffisant pour garantir la sécurité en ce sens que, tout en améliorant le guidage et l'absorption de puissance, cet abaissement tend à nuire à la résis- tance de structure de la carcasse à la fatigue et à la vitesse ainsi qu'au rendement kilométrique et à aggra- ver la différence de degré d'usure entre les épaulements de la bande de roulement, qui sont plus sujets à l'usure, et le centre. En dépit des nombreuses tentatives effec- tuées dans différentes directions, il n'a pas été possi- ble d'éliminer ces inconvénients par l'utilisation des structures de ceinture habituelles et bien connues. La Demanderesse a découvert qu'il est possible d'apporter - remède aux défauts mentionnés plus haut en même temps que d'améliorer les caractéristiques qualitatives des pneumatiques qui font l'objet de la description donnée ci-après. La présente invention a donc pour objet un nouveau type de ceinture pour pneumatiques à carcasse radiale qui élimine les inconvénients mentionnés en ré- solvant efficacement le problème posé. L'invention a pour objet un pneumatique pour roues de véhicules comprenant une carcasse du type radial, une bande de roulement superposée à cette car- casse dans la zone-de couronne et une structure annulaire de renforcement interposée entre la carcasse et la bande de roulement, structure qui comprend au moins deux bandes superposées radialement, faites de tissu métallique, de largeur sensiblement égale à celle de la bande de roule- - ment, munies de cablés qui possèdent un allongement à la Zupture -compris entre 2,6% et 3,2%, ces câblés étant parallèles entre eux dans chaque bande et les cablés d'une bande étant croisés par rapport à ceux de la bande adjacente, les câblés étant inclinés symétriquement par rapport à la direction longitudinale du pneumatique avec un angle d'inclinaison compris entre 10 et 300, ce pneu- matique étant caractérisé en ce que ladite structure an- nulaire de renforcement est munie,dans chacune de ses parties latérales et dans une position radialement exté- rieure par rapport auxdites bandes, d'une couche annulaire de renforcement munie de cablés métalliques possédant un allongement à la rupture compris entre 4 et 8%, disposés parallèlement entre eux et parallèlement au plan équato- rial du pneumatique, cette couche annulaire de renforce- ment étant composée d'au moins deux tours radialement su- perposés desdits cablés, le bord extérieur de cette couche étant sensiblement en coïncidence avec le bord desdites bandes qui sont situées radialement plus à l'intérieur, la largeur axiale des couches étant comprise entre 7 et % de la largeur axiale de ladite structure annulaire de renforcement. Suivant des formes avantageuses de réalisa- tion lesdites couches sont faites, soit d'un seul et même enroulement hélicoïdal monofil disposé en deux tours superposés dont chacun comprend des spires juxtaposées, soit de deux enroulements distincts, un pour chaque couche, toujours en monofil hélicoïdal et disposé en deux tours superposés dont chacun est composé de spires juxtaposées, soit encore chaque couche peut être composée de deux tours concentriques superposés d'une bande de tissu dont les extrémités sont superposées l'une à l'autre. Ladite structure annulaire de renforcement peut' avantageusement être améliorée, d'une part, par une ou plusieurs bandes supplémentaires faites de tissu mé- tallique insérées dans la zone comprise entre les deux couches dans une position radialement extérieure auxdites couches inclinées de 10 à 300, cette bande ou ces bandes étant munie(s) de câblés tant du type à faible allonge- ment que du type à haut allongement, orientés avec un angle d'inclinaison compris entre 10 et 40 et, d'autre part, en combinaison avec ces bandes supplémentaires, ou en remplacement de ces bandes, par une ou plusieurs ban- de(s) de tissu métallique disposée(s) dans une position 2467715. radialement intérieure par rapport à ladite structure annulaire de renforcement, munie(s) de câblés tant de l'un que de l'autre des types précités, orientés avec un angle d'inclinaison quelconque (toujours par rapport à la direc- tion longitudinale du pneumatique). Les figures du dessin annexé, données à ti- tre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente par une coupe ra- diale du pneumatique un premier exemple de ceinture sui- vant l'invention. Les figures 2, 3 et 4 montrent trois diffé- rents exemples de réalisation de la structure de la figure 1. La figure 5 illustre une deuxième version de la structure de ceinture suivant l'invention. La figure 6 illustre les déformations d'une structure de ceinture de type connu dans la zone de la surface d'empreinte. La figure 7, combinée étroitement à la figure 6, représente un diagramme des déformations préci- tées dans la direction longitudinale. La figure 8, montre les déformations de la structure de ceinture suivant l'invention dans la zone de la surface d'empreinte. La figure 9, combinée étroitement à la fi- gure 8 montre le diagramme des déformations précitées dans la direction longitudinale. La figure 10 représente la surface d'em- preinte d'un pneumatique pendant la marche. La figure 1l montre l'allure des efforts de traction engendrés dans une structure de ceinture, en coupe transversale, pendant la marche du pneumatique, d'une part en ligne droite et d'autre part en dérive. 24 67715 Dans une forme de réalisation particulière prévue pour un pneumatique du type 315/70 R22,5 de la série 70 (H/C = 0,7), la structure de ceinture suivant l'invention comprend donc (figure 1) deux Landes 1 et 2 de tissu métallique de largeur L sensiblement égales à celle de la bande de roulement, la différence de largeur entre les deux bandes étant de 1' ordre des habituels échelonnements entre bandes superposées, c'est-à-dire de mm ou de toute façon comprise entre 5 et l0 mm. Les câblés de ces deux bandes sont les ha- bituels cablés de type commun, qui sont caractérisés par un allongement à la rupture compris entre 2,6% et 3,2%; ces cablés sont disposés parallèlement entre eux dans chaque bande mais ceux d'une bande sont croisés par rap- port à ceux de la bande adjacente. En outre, ces cablés sont inclinés symétri- quemen.t des deux côtés par rapport au plan équatorial du pneumatique, avec un angle de 20 (de toute façon compris entre 10 et 30 ). Les extrémités de la bande radialement exté- rieure 2 sont surmontées chacune d'une couche annulaire de renforcement 3 constituée par deux tours 4 et 5 ra- dialement superposés de cablés métalliques possédant un allongement à la rupture compris entre 4% et 8%fi, habi- 2 tu5llemre t qualifiés de "à haut allongement" et désignés par le sigle international HE (High Elongation) Le bord extérieur de chaque couche, par rapport au plan équatorial du pneumatique, est sensible- ment en coïncidence avec le bord du paquet de bandes si- tué radialement plus à l'intérieur, sauf la différence due à la nécessité de prévoir un décalage entre les élé- ments textiles superposés, décalage qui est de l'ordre d'un demicentimètre, tandis que la largeur 1 de chaque couche est d'environ 24% (comprise de toute façon entre 7% et 40%), de la largeur maximum de la ceinture. Les cablés métalliques HE peuvent être 2467715. déposés sur la bande 2 suivant diverses modalités d'exécution. Une première possibilité (figure 2) est représentée par un unique enroulement hélicoïdal monofil disposé en deux tours superposés composés chacun de spi- res juxtaposées avec saut sur la partie intermédiaire de la structure annulaire de renforcement; en d'autres ter- mes, on enroule un câblé HE unique sur le paquet des ban- des 1 et 2, avec un mouvement hélicoïdal, en spires juxta- posées, en commençant au bord axialement intérieur d'une couche, en progressant jusqu'au bord axialement extérieur de cette couche puis en revenant en sens inversejusqu'au bord axialement intérieur mais dans une position radialement extérieure. Revenu au bord axialement intérieur, le dis- positif poseur de cablés exécute un saut sur la partie centrale de la bande 2 et recommence à enrouler le cablé, en commençant au bord axialement-intérieur de la couche opposée pour aller jusqu'à son bord axialement extérieur puis en se dirigeant à nouveau en sens inverse dans une position radialement extérieure, jusqu'à ce qu'il soit revenu au bord axialement intérieur. Dans ce cas, les deux couches, qui ont été réalisées l'une à la suite de l'autre, sont évidemment reliées entre elles par une spire de cablé, située sur la partie centrale de la bande 2 et qui main- tient la continuité du fil entre une couche et l'autre. En variante, dans la forme de réalisation illustrée par la figure 3, on réalise chacune des deux couches simultanément avec l'autre, en enroulant héli- coldalement un cablé HE en deux tours superposés radia- lement, composés chacun de spires juxtaposées, en com- mençant au bord axialement extérieur, en progressant jusqu'au bord axialement intérieur puis en se dirigeant en sens inverse, dans une position radialement extérieure, pour parvenir à nouveau au bord axialement extérieur. Naturellement, il est également possible de procéder en sens inverse, c'est-à-dire en commençant au bord axialement intérieur au lieu-de commercer au bord axialement extérieur. En d'autres termes, la zone d'inversion du mouvement du dispositif poseur de câblé peut se trouver aussi bien en une position axialement intérieure qu'en une position axialement extérieure par rapport à la couche. Suivant une autre solution (figure 4), on réalise au contraire les deux couches en enroulant deux bandes ou, de préférence deux tours d'une même bande, la ou les bandes étant faites d'un tissu métallique com- prenant lesdits cablés HE orientés longitudinalement, parallèlement entre eux, et en faisant en sorte que les extrémités de la bande ou des bandes soient à recouvrement- entre elles. Dans la forme de réalisation indiquée, la structure de ceinture de la figure 1 comprend en outre une troisième bande 6 (figure 4) composée de cablés HE inclinés de 350 par rapport à la direction longitudinale du pneumatique, et qui sont croisés par rapport aux cablés de la couche 2, cette troisième bande étant dis- posée dans une position radialement extérieure par rap- port à la bande 2, entre les couches 3, pour assurer une fonction de pare-cailloux. En tous cas, ainsi qu'on l'a déjà indiqué, cette bande 6 pourrait être remplacée par une ou plusieurs bandes de tissu métallique, ce tissu pouvant comprendre aussi bien des câblés du type normal que des cablés du type HE, ces cablés étant d'inclinaison comprise entre 0 et 40 , suivant le type de fonction exigée. Finalement, la structure de la forme par- ticulière de réalisation précitée peut comprendre une autre bande ou quatrième bande 7 (figure 5) faite de tis- su métallique, placée en position radialement intérieure par rapport à ladite structure annulaire de renforcement et en contact avec la nappe de carcasse, cette bande com- prenant des cablés du type normal (allongement à la rupture de 3%) et croisés par rapport à ceux de la bande adjacente 1, et orientés avec un angle d'inclinaison de 600 sur la direction longitudinale du pneumatique. Dans ce cas, également, cette bande pourrait 2467715. être remplacée par une ou plusieurs bandes de tissu mé- tallique, comprenant des cablés d'un type quelconque, orientés avec un angle d'inclinaison quelconque sur la direction longitudinale du pneumatique. Les structures de ceinture qui viennent d'être décrites se sont révélées capables de résoudre efficacement les problèmes énumérés au début de la des- cription, en apportant une nette amélioration qualitative des caractéristiques des pneumatiques en question. Par ailleurs, pour mieux faire comprendre le problème qui est à la base de l'invention et la raison pour laquelle les habituelles structures de ceintures connues ne sont pas en mesure de résoudre ce problème, la Demanderesse estime utile de chercher à donner une explication plus détaillée (à laquelle elle n'entend abso- lument pas être liée) du phénomène des déformations que les structures de ceinture subissent au cours de leur passage sous la surface d'empreinte du pneumatique. Pour cela, on utilisera une schématisation que l'on considère comme suffisamment proche de la réali- té du phénomène, et on se reportera aux figures 6 à 11. On considérera tout d'abord l'ensemble du pneumatique de la technique antérieure en mouvement sui- vant une trajectoire rectiligne, comme on l'a indiqué sur la figure 6 par la flèche représentant le sens du mouve- ment. Cette figure 6 indique le contour de la surface d'empreinte 8, limitée à une moitié du pneumatique, lequel est supposé coupé suivant le plan équatorial m-m, la figure montre également la trace de l'extrémité cor- respondante de la structure annulaire de renforcement dans laquelle on a indiqué des paires de cablés des couches 1 et des paires de cablés de la couche 2, ces paires étant désignées par les numéros des couches auxquelles ils appartiennent. La figure montre clairement que les inter- sections de ces paires de cablés donnent naissance à des losanges. La figure 6 montre donc, naturellement uniquement un point de vue qualitatif et en exagérant les dimensions réelles du phénomène, l'allure des déformations dans une zone structure de ceinture composée des seules bandes portantes 1 et 2. Lorsqu'une partie de la ceinture pénètre dans la surface d'empreinte, la variation du rayon de roulement du pneumatique et l'aplatissement du profil curviligne de la bande de roulement sur le sol provoquent tout d'abord un étirement longitudinal dans les bandes de la ceinture, avec contraction transversale consécutive, puis une déformation de signe opposé, c'est-à-dire une dilatation transversale qui est de valeur nulle au centre et croît lorsqu'on se dirige vers les extrémités. Autrement dit, ce sont en particulier les parties extrêmes des cablés appartenant auxdites couches 1 et 2 qui se déplacent suivant la combinaison de deux mouvements, un mouvement de ciseaux des cablés de l'une des couches par rapport aux càblés de l'autre couche et un mouvement relatif de translation parallèle entre les câ.blas de chaque couche. A la sortie de la surface d'empreinte, on observe un nouveau changement de signe de déformations, qui entraîne des résultats analogues à ceux que l'on observe à l'entrée de la surface d'empreinte. La figure 7, mise en corrélation directe avec la surface d'empreinte dessinée sur la figure 6, est un diagramme représentatif de la déformation longitu- dinale (ligne 9) subie par la ceinture traditionnelle, laquelle atteint son allongement maximum, comparativement à l'état de simple gonflage et dans le pneumatique immobile (ligne 10), à l'entrée et à la sortie de la surface d'empreinte et sa contraction maximum dans la zone cen- trale de la surface d'empreinte. Les glissements de la bande de roulement sur le sol, qui sont consécutifs à la déformation de la ceinture, contribuent notablement à-la formation des irrégularités et différences de degré d'usure qui ont déjà été cités, qui sont gravement préjudiciables au rendement kilométrique du pneumatique. On se reportera maintenant aux figures cor- respondantes 8 et 9 respectivement, qui illustrent gra- phiquement l'allure qualitative du même type de déforma- tion, c'est-à-dire du type de déformation déjà représenté sur les figures 6 et 7, mais pour la ceinture suivant l'invention, c'est-à-dire la ceinture comprenant la cou- che 3 de cablés à 00. Sur la figure 8, la ligne Il indique la po- sition suivant laquelle se place un câblé HE de la couche de renforcement 3; ce cablé, étant en particulier métal- lique, réagit à l'effort appliqué avec des déformations de faible amplitude, de sorte que, lorsquton a disposé sur les couches portantes 1 et 2 un double enroulement de cablés HE orientés longitudinalement conformément à l'in- vention, tous les mouvements des cablés des couches 1 et 2 sont fortement limités et, en pratique, ils sont limi- tés à l'amplitude permise par l'ordre de grandeur de l'al- longement subi par les cablés HE pour la tension suppor- tée par ces cablés (ligne 12 sur la figure 9). En d'au- tres termes, le cablé longitudinal tend à bloquer les noeuds des losanges, c'est-à-dire les mouvements rela- tifs des cablés des bandes portantes et, par conséquent, à bloquer également les déformations de la ceinture sur le plan d'appui du pneumatique sur le sol et les glisse- ments relatifs de la bande dé roulement. Il est clair que le résultat de tout ceci est une nette amélioration des caractéristiques de ré- sistance à l'abrasion de la bande de roulement. 1l En conséquence de la limitation des mouve- ments des cablés desdites bandes portantes, les états de tension engendrés dans le mélange de caoutchouc des ban- des sont notamment réduits et se déchargent sur le cablé a 0 , qui est beaucoup plus résistant, du fait qu'il est fait d'acier, et il en résulte une amélioration de la résistance à la fatigue dans toutes les conditions de marche. On considérera maintenant le pneumatique en dérive c'est-àdire lorsqu'il parcourt une trajectoire curviligne. La surface d'empreinte se modifie et prend une forme "en haricot" (figure 10), de sorte que la par- tie de la structure annulaire de renforcement qui est axialement extérieure au virage subit, comparativement à l'état de tension qu'elle support-e pendant le parcours d'une trajectoire rectiligne, une augmentation supplémen- taire de la tension tandis que la partie de cette struc- ture qui est intérieure au virage subit une action con- traire, et peut même entrer en compression; en d'autres termes, d'autres efforts additionnels se déchargent sur les couches à 0 de la ceinture suivant l'invention. La situation est représentée sur la figure 11, qui montre le diagramme qualitatif des efforts engen- drés dans la structure de ceinture, en coupe transversale tracée dans le plan de coupe XI-XI de la figure 10, dans un pneumatique qui roule d'une part, dans les conditions de dérive précitées, d'autre part dans les conditions de marche en ligne droite. Sur la figure 11, le segment A-B représente la largeur de la ceinture; A indiquant le côté extérieur au virage et B le côté intérieur. La ligne 13 représente schématiquement l'ef- fort de tension sur toute la largeur de la ceinture, dans un pneumatique roulant en ligne droite, la ligne 14 représente l'axe de référence de l'effort représenté par la ligne 13, la ligne 15 montre le diagramme des efforts 2467715. engendrés dans la structure de ceinture dans les condi- tions de marche en dérive, la zone hachurée représente la partie de la ceinture qui est en compression. On comprend donc que, alors que les dété- riorations de la ceinture qui sont dues à la plus grande sollicitation à la traction pourraient peut être être résolues par l'utilisation d'une seule couche de câblés à 0 , convenablement renforcés, les détériorations dues à la sollicitation de la compression ne sont pas entière- ment éliminées par une seule couche, en raison de la très faible résistance à la pointe de charge résultant d'une compression appliquée aux câblés à 00. Au contraire, une double couche de câblés à 0 , même à égalité de résistance à la traction rela- tivement à une couche unique, présente une résistance beaucoup plus forte aux sollicitations de pointe de charge, grâce à l'accroissement de l'épaisseur, de sorte que la Demanderesse a constaté que, même en présence de sollicita- * tions en virage, à la limite d'adhérence du pneumatique sur la route, et après avoir amené le pneumatique à un degré d'usure totale de la bande de roulement en marchant dans les conditions précitées, on n'observe aucune ruptu- re des câblés HE dans la double couche de cablés à O' suivant l'invention. La Demanderesse a en outre remarqué que toutes les caractéristiques de guidage en virage et en dépassement rapide, sont nettement améliorées grâce à la plus grande rigidité de flexion dans le sens longitu- dinal et à la plus grande résistance au repliage des extrémités de la ceinture, par suite de l'accroissement de l'épaisseur de la double couche, comparativement à une couche simple, également composée de cablé à 0 . Pour finir, la structure de ceinture sui- vant l'invention permet d'obtenir une répartition des efforts de tension qui-agissent dans le pneumatique gon- flé à la pression de service et à l'état de repos, à raison d'environ 2/3 dans les bandes portantes 1 et 2 et d'environ 1/3 dans lesdites couches de câblés à 0 , de sorte que la totalité de la structure participe à l'action de résistance aux sollicitations en service. Il est clair que ce résultat ne pourrait pas être obtenu par l'utilisation de câblés disposés longitu- dinalement et du type habituel à faible taux d'allonge- ment à la rupture. En effet, ces câblés, en raison de leur inextensibilité sensiblement absolue, et en raison de leur disposition particulière à 0 , absorberaient tota- l.ement les efforts de traction qui agissent sur la structure, en déchargeant ainsi les bandes portantes sous-jacentes, ce qui entraînerait un grave bouleverse- ment de la géométrie de la distribution des efforts. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d3être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents. REVENDICATIONS 1.- Pneumatique pour roues de véhicules comprenant une carcasse du type radial, une bande de rou- lement superposée à cette carcasse dans la zone de cou- ronne et une structure annulaire de renforcement inter- posée entre la carcasse et la bande de roulement, struc- ture qui comprend au moins deux bandes (L et 2) super- posées radialement, faites de tissu métallique, de lar- geur sensiblement égale à celle de la bande -de roulement, munies de cablés qui possèdent un allongement à la ruptu- re compris entre 2,6% et 3,2%, ces cablés étant parallè- les entre eux dans chaque bande et les cablés d'une bande étant croisés par rapport à ceux de la bande adja- cente, les cablés étant inclinés symétriquement par rap- port à la direction-longitudinale du pneumatique avec un angle d'inclinaison compris entre 10 et 30 , ce pneuma- tique étant caractérisé en ce que ladite structure annu- laire de renforcement est munie, dans chacune de ses par- ties latérales et dans une position radialement exté- rieure par rapport auxdites bandes (1 et2) d'une couche annulaire de renforcement. (3) munie de cablés métalliques (4 et 5) possédant un allongement à la rupture compris entre 4% et 8o/., disposés parallèlement entre eux et parallèlement au plan équatorial du pneumatique, cette couche annulaire de renforcement étant composée d'au moins deux tours radialement superposés desdits cablés, le bord extérieur de cette couche étant sensiblement en coïncidence avec le bord desdites bandes qui sont situées radialement plus à l'intérieur, la largeur axiale des couches étant comprise entre 7 et 40 %0 de la largeur axia- le de ladite structure annulaire de renforcement. 2.- Pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches sont formées d'un seul et même enroulement hélicoïdal monofil réparti en deux tours (4,5) superposés dont chacun est composé de spires juxtaposées. 3.- Pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches (3) sont formées chacune d'un enroulement hélicoïdal monofil distinct, réparti en deux tours superposés et chacun est composé de spires juxtaposées. 4.- Pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches sont formées cha- cune de deux tours concentriques superposés d'une même bande de tissu dont les extrémités sont à recouvrement. 5.- Pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu dans une position radialement extérieure auxdites bandes, sur la partie centrale comprise entre lesdites couches, au moins une autre bande (6) de tissu métallique comprenant des cablés d'un type quelconque orientés avec un angle d'inclinaison compris entre O et 400. 6.- Pneumatique suivant-l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il com- prend, dans une position radialement intérieure par rap- port auxdites bandes, au moins une autre bande de tissu métallique comprenant des cablés d'un type quelconque orientés avec un angle d'inclinaison quelconque sur le plan équatorial du pneumatique.