Brevet FR2512747A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne des pneumatiques radiaux de grande capacité et elle a trait plus particulière- ment à un perfectionnement apporté à une structure de ceinture de ce type de pneumatiques en vue d'une utilisation dans des camions, des autobus et des véhicules semblables non seulement pour rouler de façon continue sur une bonne route à grande vitesse, mais également pour être utilisée sur une voie rou- tière, y compris une mauvaise route, telle qu'une route de service sans revêtement ou une voie de chantier de construc- tion. D'une façon générale, il est bien connu que la ceinture d'un pneumatique radial doit simultanément satisfaire à des impératifs dynamiques contraires lors de l'utilisation du pneumatique sur des routes bonnes et mauvaises. Ainsi, lorsque le pneumatique radial est utilisé sur une bonne route, il est souhaitable d'avoir une structure de ceinture telle que sa rigidité soit grande et que sa déformation soit difficile de manière que, non seulement la tension provoquée par la pression interne soit supportée, mais qu'en plus il ne se produise de séparation entre les couches sur la ceinture (qui sera appelée dans la suite "séparation sur bonne route", meme lors d'un roulement à grande vitesse, sous l'effet d'une forte accumulation de chaleur et de sollicitations mécaniques par une force latérale. D'autre part, lorsque le pneumatique radial est utilisé sur une mauvaise route, il est souhaitable d'avoir une structure de ceinture telle que sa rigidité soit faible et que sa déformation soit aisée de manière que non seulement la tension provoquée par la pression interne soit supportée, mais qu'en plus il ne se produise pas de séparation entre la ceinture et le caoutchouc de la bande de roulement (qui sera appelée dans la suite "séparation sur mauvaise route"), lors d'un roulement à des vitesses faibles à moyennes plutôt qu'à une vitesse rapide, du fait de sollicitations mécaniques provoquées lors d'un passage sur des irrégularités telles que des pierres, des saillies ou analogues, réparties sur la surface de route. 12747 En conséquence, quand le pneumatique radial est utilisé sur une route principalement en bon état mais compor- tant des passages mauvais, la ceinture de ce pneumatique doit simultanément satisfaire aux impératifs contraires définis ci-dessus. Par le passé, on a proposé différentes structures de ceinture pour un pneumatique radial devant rouler à la fois sur une bonne route et sur une mauvaise route, mais aucune de ces structures n'a permis de satisfaire encore a la fois à ces impératifs contraires. Par exemple, on a proposé une structure de cein- ture dans laquelle des fils intervenant dans toutes les couches constituant la ceinture sont disposés suivant un angle relativement petit par rapport à la ligne circonféren- tielle centrale du pneumatique (l'expression "angle de fil" intervenant'dans la suite de la description désigne l'angle d'inclinaison par rapport à la ligne circonférentielle centrale) Cependant, puisque cette structure de ceinture ne comporte aucune couche de fils comportant un angle de fil relativement grand, il ne se forme pas, quand les fils de toutes les couches sont projetés sur un plan, ce qu'on appelle "une structure en triangle" qui puisse assurer la rigidité, de sorte que, lors de l'utilisation du pneumatique sur une bonne route, la contrainte de cisaillement augmente entre les couches de la ceinture en produisant une forte accumulation de chaleur. Pour une utilisation sur une bonne route, on emploie habituellement une structure de ceinture telle que celle de la fig 1, o la ceinture 1 comprend quatre couches la-id et o l'angle de fil de la première couche de ceinture la, disposée vers l'intérieur dans la direction radiale du pneumatique, ou la plus rapprochée de la carcasse, est habituellement choisi à une valeur élevée pouvant atteindre environ 60 , tandis que les angles de fils de la seconde à la quatrièmecouche de ceinture lb, le et ld ont des valeurs relativement petites Dans ce cas, l'effet obtenu par la structure en triangle est suffisant et la rigidité est grande, de sorte qu'il ne se pose aucun problème se rapportant à une séparation sur bonne route, mais que la résistance à une séparation sur mauvaise route est extrêmement réduite. Pour améliorer la résistance à la "séparation sur mauvaise route" du pneumatique classique de la fig 1, on a également proposé une structure de ceinture telle que celle de la fig 2, o les angles de fils des couches de ceinture sont les mêmes que sur la fig 1, mais ou la partie centrale de la première couche de ceinture la est évidée Dans ce cas, la rigidité de la zone centrale de la ceinture est diminuée, mais la rigidité à proximité de la partie d'épaulement ne peut pas être réduite de sorte que la résistance à une séparation sur mauvaise route à l'extrémité de ceinture n'est pas toujours suffisamment améliorée. L'invention a en conséquence pour but de remédier aux inconvénients précités des réalisations connues et de fournir une structure de ceinture appropriée pour un pneumatique de ce type pouvant être avantageusement utilisé sur des routes bonnes et mauvaises. Conformément à la présente invention, il est" prévu un pneumatique radial de grande capacité comprenant une carcasse composée d'au moins une couche caoutchoutée contenant des fils disposés essentiellement dans un plan radial du pneumatique et une ceinture superposée sur la partie de couronne de la carcasse juste en dessous de la bande de roulement et composée d'au moins trois couches. Selon l'invention, une première couche de ceinture, la plus rapprochée de ladite carcasse parmi lesdites couches de la ceinture contient des fils métalliques, lesdits fils étant disposés suivant un angle de 25 à 500, sans croiser, par rapport à la ligne circonférentielle centrale du pneumatique, les fils métalliques de la seconde couche de ceinture à partir de ladite carcasse, cette seconde couche étant adja- cente à ladite première couche de ceinture, et ladite seconde couche de ceinture, et=Ia troisième couche de ceinture à partir de la carcasse, adjacente à la seconde couche de ceinture, contiennent des fils métalliques dont la résistance à la traction est comprise entre 1,5 et 2 fois celle du fil métallique de la première couche de ceinture, lesdits fils métalliques de la seconde et de la troisième couche de ceinture étant disposés suivant un angle de 10 à 300, et plus petit que l'angle de fil de la première couche de ceinture, avec croisement des fils de ces deux dernières couches de ceinture par rapport à la ligne circonférentielle centrale du pneumatique. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figs 1 et 2 sont-des vues développées schématiques de la structure de ceinture d'un pneumatique classique. la fig 3 est une vue en coupe équatoriale d'un mode de réalisation du pneumatique conforme à l'inven- tion, les figs 4 a et 4 b sont respectivement une vue développée partiellement schématique et une vue en coupe de la structure de ceinture du pneumatique de la fig 3, et la fig 5 est une vue développée partiellement schématique d'un autre mode de réalisation de la structure de ceinture de pneumatique conforme à l'invention. Sur la fig 3,-on a représenté en coupe équato- riale, un mode de réalisation d'un pneumatique radial de grande capacité conforme à l'invention, dont la structure est la même que celle d'un pneumatique radial de grande capacité classique, sauf en ce qui concerne la structure interne d'une ceinture 1 Sur la fig 3, on a désigné par 2 la bande de roulement et par 3 la carcasse composée d'au moins une couche caoutchoutée contenant des fils métalliques disposés essentiellement dans un plan radial du pneumatique Dans le mode de réalisation représenté, une seule couche de fils métalliques est utilisée comme carcasse, mais il va de soi qu'on pourrait utiliser en fonction des applications envisa- gées, plusieurs couches ou tout au moins une couche de fils en fibres organiques On a désigné par 4 la tringle de talon et par 5 la partie de talon habituellement pourvue d'une autre couche de renforcement non représentée sur la fig 3. La ceinture 1 comprend au moins trois couches caoutchoutées contenant chacune des fils métalliques, en particulier des fils d'acier Ces couches sont appelées la première couche de ceinture la, la seconde couche de ceinture lb, dans l'ordre de distance croissante de la carcasse 3. Les inventeurs ont effectué des études en vue de trouver une solution optimale satisfaisant aux propriétés contraires nécessaires à la fois sur des bonnes et des mauvaises routes, comme précédemment mentionné, et ils ont trouvé que les inconvénients précités étaient réduits au minimum avec un agencement de structure de ceinture tel que celui de la fig 4 a, o les fils métalliques de la seconde et la troisième couche de ceinture lb et le sontjdisposés suivant un angle de 10 à 30 , de préférence de 15 à 25 , en se croisant mutuellement d'une couche à l'autre, par rapport à la ligne circonférentielle centrale C-C du pneumatique et o en même temps des fils métalliques de la première couche de ceinture placés complètement à l'intérieur la sont disposés suivant un angle de 25 à 500, de préférence de 30 à 40, et supérieur aux angles de fils de la seconde et de la troisième couche de ceinture sans se croiser avec les fils métalliques de la seconde couche de ceinture lb, inclinée par rapport à la ligne circonférentielle centrale C-C. Conformément à l'invention, l'angle des fils de la première couche de ceinture est particulièrement important. Ainsi, quand cet angle de fil est inférieur à 25 , on n'obtient pas une rigidité suffisante par coopération avec la seconde et la troisième couche de ceinture, et effet de la structure en triangle et il se pose encore un problème en ce qui concerne la résistance à la séparation sur bonne route du fait de l'accumulation de chaleuralors que, lorsque l'angle de fil dépasse 50 % l'effet de structure en triangle devient excessif et la rigidité est très grande, de sorte que la résistance à la séparation sur mauvaises routes est rédui- te Quand l'angle de fil est compris entre 25 et 500, tous les inconvénients mentionnés ci-dessus sont pratiquement supprimés et il en résulte que l'utilisation sur des routes bonnes et mauvaises devient optimale. En outre, lorsque des fils de la première couche de ceinture la croisent ceux de la seconde couche de ceinture lb par rapport à la ligne circonférentielle centrale C-C, c'est-à-dire lorsque, par exemple, les fils de la première couche de ceinture la sont dirigés vers le haut et vers la droite par rapport à la ligne C-C représentée sur la fig 4 a alors que les fils de la seconde couche lb sont dirigés vers le haut et vers la gauche par rapport à la ligne C-C, à la différence de la fig 4 a, le nombre des couches se croisant et pouvant donner lieu à une séparation, augmente,également la rigidité augmente de façon superflue et en conséquence, les résistances à la séparation sur bonnes routes et à la séparation sur mauvaises routes diminuent toutes les deux. En outre, les fils de la seconde et de la troisième couche de ceinture doivent nécessairement se croiser mutuellement par rapport à la ligne circeinférentielle centrale C-C suivant l'angle défini ci-dessus, du fait qu'ils doivent fondamentalement absorber la tension engendrée par la pression interne Quand l'angle de fil de la seconde couche et de la troisième couche de ceinture est inférieur à , la résistance à la séparation sur bonne route sous l'effet d'un échauffement et la résistance à la séparation sur mauvaise route sous l'effet de chocs mécaniques sont toutes deux diminuées alors que, quand l'angle de fil dépasse 300, il est difficile d'absorber la tension d e à la pression interne et le diamètre du pneumatique augmente en provoquant prématurément une rupture par séparation. L'effet obtenu par optimisation de l'angle de fil de 7 ceinture, en particulier l'angle de fil de la troisième couche de ceinture, peut être encore amélioré quand la résistance à la traction des fils de la seconde et la troisième couche de ceinture est compris entre 1,5 et 2 fois, de préférence entre 1,6 et 1,8 fois celle de la première cou- che de ceinture En conséquence, on a réalisé pour la première fois une structure de ceinture avantageusement utilisable à la fois sur des routes bonnes et mauvaises. Quand la résistance à la traction des fils de la seconde et de la troisième couche de ceinture est inférieure à 1,5 fois celle des fils de la première couche de ceinture, la capacité d'absorption de la tension due à la pression interne est augmentée pour la première couche de ceinture et la rigidité devient plus grande de sorte que la résistance à la séparation sur mauvaise route est diminuée alors que, quand la résistance à la traction dépasse deux fois celle de la première couche de ceinture, l'effet de cette première couche de ceinture est inversement plus faible et la rigidité diminue, ce qui cause une difficulté en ce qui concerne la résistance à la séparation sur bonnes routes. Lorsque la résistance à la traction du fil de la seconde et de la troisième couche de ceinture est augmentée comme décrit ci-dessus, il est avantageux que le rapport entre l'espacement de fils (d) et le diamètre des fils (M) de chacune desdites seconde et troisième couches de ceinture soit compris entre 0,4 et 0,7, de préférence entre 0,5 et 0,6 Quand le rapport d/e est inférieur à 0,4, l'espacement de fils est relativement petit et cela peut provoquer une rupture par séparation sur mauvaise route alors que, quand le rapport dépasse 0,7, la tension sous l'effet d'une pression interne n'est pas suffisamment absorbée et risque de provoquer prématurément une rupture par séparation. L'espacement de fils d est défini comme la distance entre les fils adjacents de la même couche déterminée sur une coupe passant par l'axe de rotation du pneumatique comme indiqué sur la fig 4 b, et le diamètre de fil e est également mesuré dans la coupe mentionnée ci-dessus. Dans la première couche de ceinture, le rapport entre l'espacement de fils d et le diamètre de fil e est de préférence compris entre 0,8 et 1,3 plus particulièrement entre 0,9 et 1,1, de façon à optimiser encore la rigidité de la ceinture par coopération avec la seconde et la troisième couche de ceinture Quand le rapport d/; est inférieur à 0,8, la résistance à la séparation sur mauvaise route est diminuée du fait de l'augmentation de rigidité alors que, quand le rappor d/e dépasse 1,3, l'effet de la structure en triangle pour la première couche de ceinture est trop faible et-la rigidité diminue de sorte que non seulement la résistance à la séparation sur bonne route sur l'effet d'une accumulation de chaleur est altérée, mais également la résistance à la pénétration par coupure sur mauvaise route est mise en question du fait du grand espace- ment entre fils. En adoptant la structure décrite ci-dessus, on obtient en premier lieu pour résultats que la structure de ceinture convient suffisamment pour être utilisée à la fois sur des routes bonnes et mauvaises Conformément à l'inven- tion, la ceinture est non seulement composée de trois couches contenant chacun des fils métalliques comme indiqué sur la fig 4, mais également elle peut comporter au moins une couche supplémentaire ld contenant des fils tels que des fils métaliques, des fils en fibre organique ou analogues, cette couche étant placée à l'extérieur des trois premières couches, c'est-à-dire du côté de la bande de roulement, comme indiqué sur la fig 5, afin d'amortir des sollicitations mécaniques se produisant sur mauvaises routes Dans le dernier cas, l'absorption de sollicitations mécaniques sur mauvaise route est particulièrement efficace quand l'allonge- ment à la rupture du câble de la couche de ceinture supplémentaire id n'est pas inférieur à 1,5 fois celui des fils de la première, de la seconde et de la troisième couche de ceinture. L'invention va faire l'objet d'une comparaison aux pneumatiques du type connu. On a soumis à des essais un pneumatique A conforme à l'invention, d'une dimension de 10 00 R 20, ce pneumatique comportant une ceinture composée de quatre couches, comme indiqué sur la fig 5, les détails concernant 12747 les angles de fils et les paramètres semblables étant indiqués dans le tableau 1, en même temps que ceux concernant un pneumatique témoin de type connu En outre, la structure interne du pneumatique A proprement dit, à l'exception de la ceinture, est la même que celle du pneumatique radial classique représenté sur la fig 3. La structure de ceinture des pneumatiques témoins B et C de type connu, est composée de quatre couches comme indiqué sur les figs 1 et 2 Les caractéristiques de détail du pneumatique témoin B sont indiquées sur le tableau 1 Le pneumatique témoin C comporte la même structure de ceinture que le pneumatique témoin B, excepté que la partie centrale de la première couche de ceinture la du pneumatique témoin C est évidée dans une zone correspondant à environ 35 % de la largeur de la première couche de ceinture La structure de ces pneumatiques témoins, exceptéela ceinture, est identique à celle du pneumatique A selon l'invention. En outre, les fils intervenant dans toutes les couches de ceinture sont formés d'acier. TABLEAU 1 Première Seconde Troisième Quatrième couche de couche de couche de couche de ceinture ceinture ceinture ceinture la lb le i Pneuma Angle de fil 350 à droite 200 à 200 à 20 à tique droite gauche gauche A selon d/e 0,9 0, 5 0,5 0,8 l'inven Résistance à tion la traction du fil 165 kg 280 kg 280 kg 100 kg index ( 100) ( 170) ( 170) ( 61) Pneu Angle de fil 600 à 200 à 200 à 200 à matique droite droite gauche gauche témoin Bto d/u 0,5 0,3 0, 3 0,3 Résistance à la traction du fil 165 kg 165 kg 165 kg 165 kg index ( 100) ( 100) ( 100) ( 100) Chacun de ces trois pneumatiques a été soumis a des essais pratiques sur route et on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau 2 suivant. Les essais ont été effectués sur trois types de routes, à savoir une route bonne à 100 %, une route mauvaise à 100 % et une route se composant d'une bonne route pour 70 % et d'une mauvaise route pour 30 % Au bout d'un parcours sur une distance de 20 000 km, on a mesuré la longueur de fissuration produite entre la seconde et la troisième couche de ceinture à leurs extrémités, ce qui permet de comparer les résistarrces à la rupture par séparation à l'aide d'un index établi en prenant la valeur de base 100 pour le pneumatique- témoin B. TABLEAU 2 Route bonne Route mauvaise route bonne à 70 % - à 100 % à 100 % route mauvaise à 30 % Pneumatique A selon l'invention 100 35 50 Pneumatique témoin B 100 100 100 Pneumatique témoin C (enlèvement de la partie centrale de la première couche de ceinture) 110 50 75 Comme le montre le tableau 2, la résistance à la rupture par séparation, notamment sur mauvaise route, du pneumatique conforme à l'invention est considérablement améliorée par comparaison à celle des pneumatiques classiques. Comme mentionné ci-dessus, l'invention permet d'obtenir une structure de ceinture qui est appropriée pour être utilisée dans des pneumatiques radiaux de grande capacité qu'on doit utiliser à la fois sur des routes bonnes et mauvaises, l'invention éliminant les inconvénients de l'art antérieur et faisant er Ort" qu'une rupture par séparation ou un autre incident semblable puisse se produire difficilement dans des conditions d'utilisation sur des routes à la fois bonnes et mauvaises. REVENDICATIONS 1 Pneumatique radial de grande capacité compre- nant une carcasse ( 3) composée d'au moins une couche caout- choutée contenant des fils disposés essentiellement dans un plan radial du pneumatique et une ceinture superposée sur la partie de couronne de la carcasse juste en-dessous de la bande de roulement ( 2) et composée d'au moins trois couches (la, lb, le), caractérisée en ce que la première couche de ceinture (la) la plus rapprochée de ladite carcasse parmi lesdites couches de la ceinture, contient des fils métalliques, lesdits fils étant disposés suivant un angle de 25 à 500, sans croiser, par rapport à la ligne circonférentielle centrale (C-C) du pneumatique, les fils métalliques de la seconde couche de ceinture (lb) à partir de la carcasse, cette seconde couche étant adjacente à ladite première couche de ceinture (la), et en ce que ladite seconde couche de ceinture (lb) et une troisième couche de ceinture ( 1 c) à partir de la carcasse, adjacente à la seconde couche de ceinture, contiennent des fils métalliques dont la résistance à la traction est comprise entre 1,5 et 2 fois celle du fil métallique de la première couche de ceinture, lesdits fils métalliques de la seconde et de la troisième couche de ceinture étant disposés suivant un angle de 10 à 300, et plus petit que l'angle de fil de la première couche de ceinture, avec croisementdes fils de ces deux couches de ceinture (lb, le) par rapport à la ligne circon- férentielle centrale du pneumatique. 2 Pneumatique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que chacune desdites seconde et troisième couches de ceinture présente un rapport de l'espacement entre fils au diamètre de fil, qui est compris entre 0,4 et 0,7. 3 Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première couche de ceinture présente un rapport de l'espacement entre fils au diamètre de fil qui est compris entre 0,8 et 1,3. 4 Pneumatique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite ceinture est composée d'au moins quatre couches (la, lb, lc, ld), contenant chacune des fils et en ce que chacun des fils d'au moins une couche de ceinture (ld) autre que les trois premières (la à le) présente un allongement à la rupture qui n'est pas inférieur à 1,5 fois celui de-chacun des fils des trois premières couches.