Brevet FR2504067A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne les pneumatiques à carcasse radiale, c'esft-à-dire les pneumatiques dans lesqu -ls lc-s: cablés des nappes de la carcasse s'étendent d'un talon à l'autre suivant des plans radiaux ou tout au moins en formant de petits angles avec ces mêmes plans. Plus particulièrement, la présente invention concerne des pneumati- ques pour voitures automobiles et notamment les pneumatiques à carcasse radiale dotés d'une faible résistance au roulement et par conséquent d'une absorption de puissance inférieure à celle des pneumatiques connus. Le probleme de l'absorption de puissance des pneumatiques a pris au cours de ces derniers temps une importance de plus en plus grande, et ce- ci essentiellement pour deux motifs: d'une part l'amélioration obtenue au niveau des autres caractéristiques structurelles du pneumatique rend toute amélioration qualitative supplémentaire assez problématique, de sorte que si l'on veut obtenir ces améliorations supplémentaires il est maintenant important d'intervenir également au niveau de l'absorption de puissance et, d'autre part, le coût de plus en plus élevé de l'énergie, et en particulier celui des carburants, fait que les pneumatiques dotés de caractéristiques de roulement améliorées sont de plus en plus deman- dés. Les constructeurs de pneumatiques ont de ce fait porté leur atten- tion aux différents éléments qui constituent les pneumatiques, et en par- ticulier à la bande de roulement qui est l'élément qui absorbe une grande partie de l'absorption totale du pneu Toutefois, jamais personne n'a pu se consacrer avec des résultats pratiques valables à l'amélioration de la structure de la ceinture des pneumatiques à carcasse radiale, car cette ceinture des pneumatiques à carcasse radiale possède une structure aux équilibres extrémément délicats qui conditionne d'une manière prépondé- rante le comportement sur route du pneu ainsi que sa durée de vie utile. En d'autres termes, la ceinture conditionne le mouvement des barret- tes sous la zone de contact du pneu, et par conséquent sa tenue de route dans les virages, sa capacité de guidage, sa sensibilité et sa vitesse de réponse à l'action du volant et son confort en marche. De ce fait, toute modification éventuelle de la structure de la cein- ture en vue de diminuer l'absorption de puiss Fnce du pneu comporterait inévitablement son affaiblissement et ne garantirait aucun gain au niveau du la résistance au roulement, car la ceinture se révèlerait ainsi plus déformable De plus, cela aurait pour conséquence d'amoindrir les qualités fonctionnelles du pneu, en particulier les plus importantes, et débouche- t 2 2504067 rait vers une dégradation Ce la progressivité de réponse aux sollicita- tions transversales dans les virages (dérive), ainsi que vers une dimi nution de la capacité de contrôle du véhicule et vers une plus grande sensibilité de la structure aux efforts tangentiels par rapport à la sur- face de contact du pneu. Il est vrai que l'on peut envisager de rétablir au moins en partie les caractéristiques ainsi compromises moyennant une augmentation de la pression de service du pneu, mais cette mesure a pour conséquence d'aug- menter la charge spécifique sur les barrettes de la bande de roulement sous la zone de contact du pneu, ce qui a pour effet d'augmenter l'usure de la bande de roulement et la puissance absorbée, de sorte que cette mesure va à l'encontre du but poursuivi. La Demanderessea toutefois trouvé qu'il est possible d'obtenir une réduction non négligeable de la résistance au roulement d'un pneumatique en intervenant sur les caractéristiques structurelles de la ceinture sans compromettre le comportement qualitatif global du pneumatique sur route. L'objet de la présente invention est par conséquent constitué par un pneumatique pour roues de véhicules, notamment pour roues de voitures automobiles, comprenant une carcasse constituée par des câblés radiaux, deux talons chacun desquels comprend au moins une tringle autour de la- quelle s'enroulent de l'intérieur vers l'extérieur les extrémités dés cablés de ladite carcasse, une bande de roulement disposée en couroipg à ladite carcasse et une structure annulaire de renforcement, inextensi- ble dans le sens de la circonférence du pneu et interposée entre ladite bande de roulement et ladite carcasse, ladite structure annulaire de ren- forcement ayant une largeur sensiblement égale à celle de ladite bande de roulement et comprenant deux couches superposées radialement de tissu caoutchouté et renforcé avec des câblés métalliques, lesdits c&bles étant disposés parallèlement entre eux, croisés par rapport à ceux de la cou- che opposée et inclinés suivant un angle compris entre 5 et 300 par rap- port au plan équatorial du pneumatique, ledit pneumatique étant caracté- risé par le fait que le diamètre desdits câblés métalliques est inférîeur ouau plus égal à 0,603 mm, la distance radiale réciproque entre les centres de deux cables disposés face à face sur le plan de la section droite du pneu ne dépassant pas 1,0 mm et étant de préférence comprise entre 0,5 et 1,0 mm. Très avantageusement, lesdits câbles métalliques pourront être cons- 3 - titués par trois, quatre cu: inq fils élémentaiï retordus ensemble, chaque fil ayant un diamètre compris entre 0,12 et 0,25 mm. Comme variante auxdits câbles métallique, il est également pos- sible d'utiliser des monofilaments d'acier, toujours d'un diamètre s'in- scrivant dans la plage de valeurs susmentionn:es. La densité de ces câbles ou monofiliments d'acier est supérieure a soixante câblés par décimètre et de préférence comprise entre 70 et 140. Enfin, le rapport hauteur/section (H/S) des pneumatiques selon l'invention est, de préférence, non supérieur à 0,8. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription qui va suivre, donnée ici uniquement à titre d'exemple nullement limitatif en regard des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une sectiondroite radia 1 edu pneumatique selon l'invention; les figures 2, 3, 4 et 5 montrent quatre formes de réalisation diffé- -rentes de la structure annulaire du pneumatique de la figu- re 1; la figure 6 est un graphique montrant les résultats des essais de compa- raison entre un pneumatique selon l'invention et un pneuma- tique correspondant de la technique connue. Conformément à la figure 1, le pneumatique selon l'invention com- prend une carcasse de cables textiles ou métalliques 1, disposés prati- quement à 90 par rapport à la circonférence du pneumatique et enroulées à leurs extrémités autour d'une tringle 2 de renforcement du talon. Cette carcasse présente sur sa couronne une bande de roulement 3 et, interposée entre cette même bande de roulement et lesdits câblés de la carcasse, une structure annulaire de renforcement 4, inextensible le long de la circonférence et généralement connue sous le nom de ceinture. Les techniciens utilisent habituellement les expressions suivantes: L (largeur, c'est-à-dire la largeur de l'enveloppe gonflée ou en d'autres termes la distance axiale réciproque maximum entre les flancs 5 du pneu), H (hauteur, c'est-à-dire la hauteur de la section du pneumatique gonflé) et surtout leur rapport H/L, qui définit le type de pneumatique I 1 est bien connu qu'avec le temps on est progressivement pass:s de ce que l'on appelait les "séries debout" (H/L = 1) des premiers pneumatiques à nappes croisées à la valeur actuelle H/L = 0,65 des plus modernes pneumatiques à carcasse radiale (serie ultra-basse). -4- La structure annulaire 4, reprsentée N àtall sur les figures suc- c,":sive's de 2 à 5, prset ie uxl 'h k e radi ti V:nent superposées de tissu môtallique caoutchoute,:'est dire deux cc;:'hes v et 7 de cables métal- liques H noyés dan:s u:le gemrnt,ia:tomre qui,-p J:he tout contact réci- pruque entre 1,s câbles adjacn-ts d'une mmn cçwuche (c'est-d-dire dans le t:ns axial) et dans lt, sens radial, entre lus 'blés de: deux couches ad- j tcentes. Il n'est pas exclu que cette structure puisse être complétée en y ajoutant une ou plusieurs couches ou bandes de cables textiles, de pré- férence, mais non exclusivement, en matière rêtractable par effet de la chaleur, comme par exemple du nylon Plus particulièrement, cette structure de ceinture de renforcement peut présenter dans une position radiieexténeure par rapport aux deux couches 6 et 7 de tissu métallique caoutchouté, une ban- de supplémentaire 9 (fig 3) de cables en nylon, de préférence aussi lar- ge que les bandes sous-jacentes 6 et 7, avec lesdits c bles orientés sui- vant un angle compris entre O et 10 par rapport à la ligne de circon- férence du pneumatique, ou bien deux bandelettes 10 (fig 4) de câbles de nylon,disposées suivant la même orientation, chaussées & chaque extrémi- té du paquet de bandes 6 et 7 et enroulées sur un ou plusleurs tours, ou également une combinaison de ces deux agencements Quoi qu'il en soit, il est entendu que ces bandes textiles ne constituent que des éléments add 1- tionnels de la structure selon l'invention En d'autres termes, ce sont des éléments qui, tout en étant importants en raison de leur effet sur le comportement global du pneumatique, ne sont qu'accessoires et sans in- fluence au regard de la présente invention. Selon l'invention, lesdits câblés 8 ont donc un diamètre d, en sec- tion droite, d'une valeur ne dépassant pas 0,603 mnm, tandis que la distan- ce radiale réciproque h entre les centres de deux câbles disposes face & face, sur le plan de la section droite, n'est pas supérieure & 1,0 mm. Cet agencement, du reste parfaitement compréhensible, est clairement visible sur les figures successives à la figure 1, sur lesquelles les di- mensions h (distance radiale réciproque entre les calles) et S (épaisseur de la couche de gomme élastomère dans le sens radial entre les câbles des couches adjacentes) sont repérées par le chiffre correspondant à celui de leur figure respective. La figure 2 illustre une des différentes versions ré alisées par le demandeur, et plus précisément celle développ Se sur une série de pneuma- tiques taille 185/65 13, 185 étant la largeur maximum du pneu en mm, c'est-*-dire la valcur L ausmentionnée, 65 étant la valeur du rapport H/L x 100 (c'est-à-dire H 1/L = 0,65) et 13 6 tant le diamètre d'accrochage en pouces. Les câbles métalliques des dux couches 6 et 7 de la figure 2 sont des torons 1 x 3/0,25, c'est-à-dire des torons constitues chacun par trois fils élémentaires l-, le diamètre de chaque fil éllmentaire étant de 0,25 mm. Ces c 5 blés sont répartis sur les couches 6 et 7 suivant une densité D de 100 câbles au décimètre. Sur la figure 2 on peut voir également les lignes m m et N N sur lesquelles sont situés les centres des câbles 8 Ces lignes représentent évidemment les plans intermédiaires, au niveau de la section droite, des couches métalliques formées par les plans p, q r, z tangents aux câbles métalliques 8 de chaque couche,dans des positions respectives radiale ex- térieure et radiale intérieure, comme plus clairement représenté sur les figures 4 et 5. La distance radiale h entre les centres des câblés, prise en compte par l'invention, coincide naturellement avec la distance entre les plans m m et N N et, pour tous les câbles ayant un agencement qui admet une circonférence circonscrite à leur section droite, cette distance coincide également avec la distance entre les centres desdites circonférences cir- conscrites. Cette condition est par exemple valable pour les cables 1 X 3 et 1 x 4, mais non pas pour l'agencement 1 x 5 comme on le précisera ci-après. On a dit que la structure de la figure 2 a été réalisée avec des câ- bles I x 3, et par conséquent avec des câbles qui admettent une circonfe- rence circonscrite à leur section droite, commeon le voit clairement sur la figure, de sorte que le centre du câble coincide avec le centre de la cinconférence circonscrite et se situe sur la ligne intermédiaire m m, l'épaisseur de la couche métallique coincidant avec le diamètre de cette même circonférence circonscrite. Si l'on passe maintenant à la figure 3, la structure annulaire de l'invention a été réalisée d'une manière tout à fait analogue à celle de la figure 2, avec des câbles métalliques 1 x 4 Il apparait clairement que ces câbles admettent eux aussi une circonférence circonscrite à leur section droite, de sorte que ce que l'on a dit précédemment pour les ca- blés 1 x 3 est toujours valable. 6 2504067 En revanche, sur la figure 4 cette structure annulaire a été réali- se avec des câblés I x 5, et danis ce cas il n'est plus possible de par- ler, dans la pratique, d'uie circonféronce rt:n-critc à la section droi- te. En effet, cette circinférence exi:te, uniquoment en cas de distribu- tioni régulière des 5 brins autour de l'axc du:alle, distribution diffi- cile à obtenir lors de la r&alisation du c Abl ( et impossible à maintenir lors de l'opération habituelle de caoutchouitage du tissu métallique par calandrage. 1 ( Dans ce cas, comme distance radiale h entre les centres des câbles des deux couches on devra adopter la distance radiale h entre les lignes m m et N n, sur le plan de la section droite, qui constituent les li- gnes intermédiaires par rapport aux couches métalliques déterminées parles deux plans(p et q; r et z) tangents, dans chaque bande de tissu métallique, aux câbles métalliques de la bande respectivement en position radiale in- térieure et radiale extérieure. On peut ainsi comprendre clairement qu'une fois pratiqué une section droite du pneumatique en examen, il est relativement facile de déterminer dans la pratique la position des lignes m m et N n, et par conséquent leur distance radiale réciproque h 4,tandis qu'il serait absolument impos- sible de déterminer le centre des câbles 1 x 5. Enfin, sur la figure 5 la structure annulaire de renforcement a 6 té réalisée avec des monofilaments métalliques Suivant que ces monofilaments seront situés sur le même plan dans chaque couche (voir marge droite sur la figure 5) ou qu'il seront répartis suivant des hauteurs radiales dif- férentes (voir marge droite sur la figure 5) on pourra appliquer soit les considérations valables pour les circonférences circonscrites, coïncidant dans ce cas avec la section droite de chaque monofilament, soit les consi- dérations émises pour la précédente figure 4. Il est clair, qu'en cas d'emploi d'un monifilament métallique, le terme "câblé métallique" utilisé dans le présent texte désigne également le monofilament. On a déjà dit que la valeur h sur toute la largeur de la structure n'est pas supérieure à 1,0 mm et de préférence comprise entre 0,5 et 1,0 mm Dans la réalisation pratique, ces valeurs p)jurront être obtenues gra- ce à l'emploi de câbles métalliques ayant une configuration 1 x 3, 1 x 4 ou 1 x 5, ainsi que de monofilaments, avec un diamètre de chaque fil d'a- cier compris entre 0,12 et 0,25 mm, en combinant différemment lesdites 04 067 -7- caractéristiques, à condition toutefois de r'specter 'es valeurs criti- ques précisées précédemment. Si l'on considère ensuite l'épaisseur du ma Lériau élastomère (celui qui est utilisé pour le cacutchoutage du tissu métallique, ou même ileiui d'une couche additionnelle interposée entre les couches 6 et 7) comprise entre les câblés métalliques des deux couches, ou mieux entre deux plans "q et r" tangents en position radiale intérieure (par rapport à la struc- ture de la ceinture) aux câblés des deux couches, épaisseur indiquce avec "s" sur les figures 2-5, on doit noter que cette valeur "s" pourra être réduite à volonté pour autant que les caractéristiques de résistance au déchirement et au vieillissement du mélange utilisé (par exemple pour le caoutchoutage du tissu métallique) le permettront, mais elle ne pourra pas toutefois être complètement annulée car ceci comporterait un contact réciproque métal-métal entre les câblés des deux couches radialement su- perposées Dans la pratique cette valeur ne sera pas inférieure à 0,20 mm. Enfin, en ce qui concerne la densité à adopter pour les câbles mé- talliques des couches 6 et 7 du pneumatique selon l'invention, celle-ci sera toujours supérieure à 60 câbles au décimètre. Il est clair que la valeur maximum de cette densité est conditionnée par le fait que l'on devra toujours garantir, grâce à une épaisseur suffi- sante de matériau élastomère, une isolation dans le sens axial entre câ- blés adjacents Quoi qu'il en soitla Demanderessea trouvé que les valeurs de densité à adopter sont de préférence comprises entre 70 et 140 câblés au décimètre. Pour mettre plus clairement en évidence la portée de l'invention, il est utile de préciser que dans: les pneumatiques de la technique connue la distance h est toujours de l'ordre de 1,50 mm, tandis que dans les struc- tures de ceinture on n'utilise pratiquement jamais des câbles ayant un diamètre inférieur à 0,600 mm. Si l'on considère par exemple un pneumatique connu de la même taille que celui de l'invention précédemment décrit, c'est-à-dire le pneumatique /65 13 de production et de -commercialisation courante, celui-ci pré- des couches 6 et 7 en tissu métallique caoutchouté dotés de câbles 1 x 5/ 0,25 F 60, l'épaisseur "s" du matériau élastomère interposé entre les cà- bles étant de à,8 mm, le tout donnant lieu à une distance h d'environ 1,50 mm. Le pneumatique selon l'invention est celui qui est illustré sur la figure 2. 8 - Les résultats obtenus par la comparaison des deux pneumatiques sont indiqu Ss sur le graphique de -la figure 6 qui illustre l'évolution de la c:,)urbe de la résistance au roulement (en Kg de force tractive par tonne de poids agissant sur ia roue) en fonction dle la variation de vitesse. les valeurs de la résistance au roulement (R R) sont exprim 4 es en pour- centage, de manière à faire abstraction de l'effet des autres caracté- ristiques géométriques et structurelles du pneu, qui sont identiques pour les deux pneumatiques. La courbe A représente le comportement du pneumatique de la techni- que connue, tandis que la courbe B représente celui du pneumatique selon l'invention Le graphique permet de constater imnddiatement un gain d'en- viron 10 % en ce qui concerne la résistance au roulement du pneu selon l'in- vention. Les motifs pour lesquels les pneumatiques selon la présente invention ont atteint ces résultats sont différents et probablement en partie in- connus. Une explication possible nous est donnée par le fait qu'une structure annulaire de renforcement aven une valeur de h s'inscrivant dans les limi- tes de l'invention s'avère plus flexible que celles connues Jusqu'à pr 4- sent, sans pour autant donner lieu dans le pneu sous charge à des défor- mations plus grandes que celles qui se produisent dans les pneous de Sl ' " technique connue ' Par ailleurs, l'amincissement de la ceinture aurait pu faire prévoir, sur la base des connaissances actuelles, une diminution de la flexibilité- transversale, d'o une perte au niveau de la progressivité de réponse du pneumatique sollicité par des forces transversales Dans cette situation, la ceinture est assimilable à une lame sollicitée de flanc dans le sens transversalet par conséquent assez facile à s'incurver (en fonction de la diminution d'épaisseur), d'o une faible stabilité latérale et, ce qui est pire, une défaillance soudaine de la tenue de route du pneumatique en dérive. En revanche, l'absence surprenante de ces inconvénients pourrait peut-être avoit un lien avec la compacité de la ceinture obtenue à tra- vers une variation de la dimension h en mime temps que du diamètre des cables métalliques de renforcement des nappes de la ceinture Cette compa- cité a peut-etre conditionné également les caractéristiques de mobilité des barrettes sous la zone de contact de la bande de roulement,et par con- séquent la résistance à l'usure du pneu, qui s'est révélée du même ordre 9- que celle des pneumatiques connus et donc exempte de toute augmentation d'usure liée à la plus grande flexibilité de la ceinture. La structure de ceinture selon l'invention a d' ailleurs permis (en passant de l'emploi des câblés 1 x 5 à celui des c Able's x 4 e 1 x 3, ainsi qu'au monofilament, d'obtenir tun avantage supplémentaire en ce qui concerne l'ancrage gomme-métal et la résistance à la fatigue de l'épais- seur intermédiaire de matériau élastomèrs entre les câblés des nappes 6 et 7. En effet, l'augmentation de la surface de métal exposée au scelle- ment de la gomme en faisant appel à des câblt Is avec un nombre réduit de brins a pour effet de diminuer l'éffort spécifique sur la surface d'an- crage en favorisant ainsi la l'endurance à la fatigue ou, en variante, en permettant une réduction de ladite couche intermédiaire, ou mieux de l'épaisseur de caoutchoutage des tissus de la ceinture. Dans les deux cas, la chaleur développée dans la couche intermé- diaire à la suite des flexions répétées dues à la marche du pneu s'en trouve diminuée, ce qui a pour effet de retarder considérablement les dé- collements bien connus entre les nappes de la ceinture, en particulier à leurs extrémités, qui se produisent sur les pneumatiques de la technique connue par effet du vieillissement par fatigue de la couche de matériau élastomère interposée. Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée à la pré- sente description, donnée ici uniquement à titre d'exemple nullement li- mitatif, mais qu'elle est au contraire susceptible de toutes les modifi- cations et variantes pouvant être envisagées par l'homme de l'art, sans pour autant sortir du cadre de présent brevet. R E V E N D I C A T IONS 1. Pneumatique pour roues de véhicules, notamment pour roues de voitures automobiles, comprenant une carcasse ( 1) consti- tuée par des câblés radiaux, deux flancs ( 5) dont la distance axiale réciproque maximale L détermine la largeur de la section du pneumatique, deux talons chacun desquels comprend au moins une tringle ( 2) autour de laquelle s'enroulent de l'intérieur vers l'extérieur les extré- mités des câblés de ladite carcasse, une bande de roulement ( 3) dispo- sée en couronne autour de ladite carcasse et une structure annulaire de renforcement ( 4) inextensible le long de la circonférence du pneuma- tique et interposée entre ladite bande de roulement ( 3) et ladite car- casse (I), ladite structure annulaire de renforcement ( 4) ayant une lar- geur sensiblement égale à celle de ladite bande de roulement ( 3) et comprenant deux couches ( 6, 7) radialement superposées de tissu caout- choutés et renforcé avec des câblés métalliques ( 8), lesdits cibles mé- talliques étant disposés parallèlement entre eux, croisés par rapport à ceux de la couche opposée et inclinés suivant un angle compris entre et 30 ' par rapport au plan équatorial du pneumatique, ledit pneuma- tique étant caractérisé par le fait que le diamètre desdits cîb 16 S mé- talliques ( 8) n'est pas supérieur à 0,603 en, la distance radiale ré- ciproque entre les centres de deux cablés disposée fa ee I face sur le plan de la section droite du pneu ne dépassant pas 1,0 m. 2. Pneumatique selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que ladite distance radiale réciproque est comprise entre 0,50 et 1,0 mm. 3. Pneumatique selon la revendication I o U 2 carac- térisé en ce que la distance réciproque entre le plan tangent, en posi- tion radiale intérieure, aux câblés de la couche radiale extérieure, et le plan tangent, en position radiale extérieure, aux câblés de la cou- che radiale intérieure n'est pas inférieure à 0,2 m. 4. Pneumatique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que lesdits câblés métalli- ques ont une configuration géométrique choisie entre I x 3, I x 4 et I x 5. 5 Pneumatique selon la revendication 4, caractéri- sé par le fait que les fils élémentaires ( 11) qui constituent lesdits câblés ont un diamètre compris entre 0,12 et 0,25 umm. Il 6. Pneumatique selon l'une quelconque des revendica- tiomsl à 3, caractérisé par le fait que lesdits câblés métalliques sont des monofilaments d'acier ayant un diamètre compris entre 0,12 et 0,25 nmm. 7. Pneumatique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les câblés métalliques pré- sentent dans chaque couche une densité de 70 à 140 câblés par décimètre. 8. Pneumatique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que le rapport H/L n'a pas une valeur supérieure à 0,8. 9 Pneumatique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend, dans une position radiale extérieure auxdites couches ( 6, 7) de câblés métalli- ques et au niveau de leurs extrémités, un enroulement ( 9) de câblés textiles en matière rétractable par effet de la chaleur et inclinés - suivant un angle compris entre O et 10 par rapport à la circonfé- rence du pneumatique, sur un ou plusieurs tours radialement superposés. 10. Pneumatique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend, dans une position radiale extérieure auxdites couches de câblés métalliques, au moins une bande de câblés en matière textile rétractable par effet de la chaleur, lesdits câblés étant inclinés suivant un angle compris entre 0- et 10 par rapport à la circonférence du pneumatique, ladite bande de câblés étant pratiquement aussi large que les couches sous-jacentes de câbles métalliques. ONZE PAGES Société dite: SOCIETI PNEUMATICI PIRELLI S p A. Mandataire: Cabinet A Rmengaud Jeuni CASANOVA et LEPEUD PARIS