Brevet FR2538818A1 — publié le 19840706

J La présente invention est du domaine des pneumatiques radiaux Elle vise plus particulièrement un pneumatique radial présentant une duréed'utilisation prolongée par modification de l'agencement et analogue des filaments d'acier à l'intérieur des deux couches internes dans les câblés d'acier avec une configuration à deux ou trois couches pour améliorerla durée du câblé d'acier. Depuis peu, la configuration de torsion des câblés en acier pour pneus a été modifiée d'une construction dite "à toron" représentée par-pxq (p et q représentent chacun un nombre entier inférieur à 2) à une construction en couche. La construction en couche présente les avantages suivants si on la compare avec la construction en toron du fait que ( 1) l'usure due-au contact mutuel entre les filaments 1-5 est plus faible tandis que la réduction de résistance méca- nique est petite; et ( 2) la productivité par unité de temps est élevée. Toutefois, lorsque les directions de torsion des couches interne et externe sont opposées l'une à l'autre (SZ ou ZS) même dans le cas de-la construction en couche, le même phénomène d'usure que dans la construction en toron se manifeste et l'effet d'amélioration n'est pas observé, ou même si l'effet d'amélioration est observé, -la cassure préliminaire des filaments particuliers dans la couche spécifique est encore observée et l'effet est insuffisant. En conséquence, on a essayé d'utiliser des câblés d'acier avec la construction en couche présentant la même direction de torsion entre les couches interne et externe aux pneumatiques radiaux, comme décrit,-parexemple, dans la publication de la demande de modèle d'utilté japonais no 50-20 104 Dans ce cas, toutefois, le but est de réaliser une forme hélicoïdale idéale ou l'on néglige d'obtenir un- résultat en faisant pénétrer les filaments de la couche externe dans des-espaces de la couche interne comme mention- né ci-dessous, de sorte qu'i ne se produit pas de phénomène de pénétration et que le degré de pénétration est très faible, et en conséquence l'équilibre de tension entre les 253881 3 couches internes et externes est médiocre pendant la défor- mation en tension, et la contrainte n'est pas utilisable pour obtenir une concentration dans la couche interne En conséquence, un objet de l'invention est de réduire la con- centration de contrainte sur la couche interne dans les câblés d'acier avec une construction en couche pendant la déformation de tension en faisant pénétrer les filaments de la couche externe de câblés en acier dans des espaces de la couche interne de ces derniers avec un taux supérieur à la valeur donnée Un autre objet de l'invention est de réduire l'interaction des filaments entre les couches en câblé d'acier pour éviter la cassure du câblé et améliorer sa durée de vie Encore un autre objet de l'invention est d'éviter l'éventualité d'une cassure du câblé en acier uti- lisé dans la couche de ceinture et le pli de la carcasse pour des pneumatiques radiaux afin de prolonger la vie du pneumatique. La présente invention a donc pour objet un pneumatique radial comportant, en tant que structure de renfort du pneu, des câblés en acier présentant chacun une configuration en deux ou trois couches représentée par l'expression 1 + m ou 1 + m + -n dans laquelle 1, m et N représentent chacun un nombre entier, et satisfont à la relation 1 et 1 est un nombre entier de 2 à 5, dans lequel deux couches- du côté central d'une section transversale dans ledit câblé en acier représenté par l'expression 1 + m présente la même direction de torsion mais des pas de torsion différents, ce pneumatique radial étant caractérisé en ce que les fila- ments m constituant une couche externe parmi ces deux couches sont agencées de façon à pénétrer à l'intérieur d'un cercle circonscrit enveloppant des filaments 1 constituant une couche interne parmi les deux couches à un degré tel que les filaments de cette couche extérieure ne viennent pas en contact'avec les filaments de ladite couche interne, et une valeur moyenne x O d'une valeur maximale pour un taux - de pénétration d'un filament à l'intérieur du cercle circons- crit parî?sfilaments/%ans le câblé en acier d'un produit pneumatique satisfait aux équations suivantes: ( 0,24 k 2 + 0,46 k)d filament de la couche interne au pas de torsion P 2 du fila- ment de la couche externe, et d est le diamètre du filament (mm), et chacun des filaments m dans la couche externe présente un rapport de forme de 90 à 110 %. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, lorsque 1 est 2 ou 3, l'effet de pénétration est élevé. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: Fig 1 est une vue en coupe d'un câblé en acier classique avec une configuration à deux couches présentant la même direction de torsion; Fig 2 est une vue en coupe schématique illustrant une trajectoire de torsion d'un filament d'une couche externe dans le câblé en acier de la figure 1 Fig 3 est une vue en coupe d'une forme de réali- sation de câblé en acier avec une configuration en deux couches, présentant la même direction de torsion selon -l'invention, et Fig 4 est une vue en coupe schématique illustrant une trajectoire de torsion d'un filament d'une couche exter- ne dans le câblé en acier de la figure 3. Sur la figure 1, est représenté en coupe le câblé en acier classique 1 avec une configuration en deux couches, dans laquelle le nombre de filaments 2 ' dans -la couche inter- ne est 1 = 3, et le nombre de filaments 3 dans la couche externe est m = 9 Bien que chacune des couches internes et externes soit représentée par des lignes obliques diffé- rentes pour les rendre distinctes l'une de l'autre, les filaments de ces deux couches piésentent la même direction de torsion et les filaments 3 de la couche externe n'ont pas pénétré à l'intérieur d'un cercle circonscrit 4 envelop- pant les filaments de la couche interne Sur la figure 2, est représentée une trajectoire de torsion d'un filament 3 dans la couche externe du câblé d'acier l de la figure 1 La trajectoire de torsion est représentée par une zone entre deux cercles concentriques 5 et 6, dans laquelle deux petits cercles représentés en trait plein et en pointillés représentent les deux positions d'extrémité du même filament 3. Sur la figure 3 est représentée une forme de réalisa- tion de câble en acier selon l'invention présentant la même configuration en deux couches comme dans un câblé en acier classique constitué d'une couche interne de, = 3 et d'une couche externe de m = 9, sauf que les filaments de la couche externe sont agencés-de façon à pénétrer à l'inté- rieur d'un cercle circonscrit 4 enveloppant les filaments 2 de la-couche interne dans une mesure telle que les fila- ments 3 ne viennent pas en contact avec les filaments 2. Le degré de pénétration du filament 3 de la couche externe est représenté par-une distance x entre deux lignes tangen- tes Adesdeux cercles aux deux intersections C 1 et C 2, lorsqu'une ligne droite g reliant un centre d'un cercle en coupe du filament 3 à un centre du cercle circonscrit 4 intersecte ces deux cercles, et une valeur moyenne du maxi- mum de la distance x par les filaments m est représentée par x. Or, le degré de pénétration x du filament 3 et de ce fait sa valeur moyenne x sont critiques, ce qui est déterminé par la configuration du câblé, le diamètre des filaments et le pas de torsion et mesuré en observant la section du câblé en acier obtenu en tordant les filaments sous une force de tension importante Il en résulte qu'on a découvert que dans la configuration en deux couches repré- sentée par 1 + m ou la configuration en trois couches repré- sentée par 1 + m + n, une valeur critique pour la valeur- moyenne du degré de pénétration ou bien un degré de péné- tration limite x L (mm) est représentée par les quatre équa- tions suivantes: XL = (-0,73 k 2 + 1,37 k)d, o 1 est 2 ( 5) XL = (-0,31 k 2 + 0,73 k)d, o 1 est 3 ( 6) XL = (-O,15 k 2 + 0,49 k)d, o lest 4 ( 7) XL = (-0,06 k 2 + 0,35 k)d, o 1 est 5 ( 8) dans lesquelles d et-k sont les mêmes que spécifié dans les équations ( 1)-( 4) Dans un câblé en acier classique, la pénétration du filament n'est pas provoquée, comme représenté à la figure 1, ou bien le degré de pénétration x comme représenté sur la figure 3 et sa valeur moyenne x sont très faibles A cet égard, de nombreux travaux ont été entrepris par la Deman- deresse en ce qui concerne la durée des câblés en acier et on a découvert qu'une valeur moyenne x O du degré de péné- tration dans le câblé en acier d'un produit pneumatique (que l'on désignera dans ce qui suit comme "degré de pénétration du produit") est réalisée au-dessus d'une certaine valeur par rapport à la valeur classique connue, la durée du câblé en acier est considérablement améliorée et également un rapport de forme du filament dans la couche externe dans le préformage du fil présente une grande influence sur la durée du câblé en acier. Le degré de pénétration du produit x dans le câblé o en acier prélevé du pneumatique est mesuré par observation microscopique d'une coupe de câblé, dans laquelle le câblé est noyé dans une résine à prise spontanée après que le caoutchouc de revêtement est éliminé de la surface externe du câblé afin d'éviter le mouvement des filaments pendant le polissage de sa surface coupée En outre, le rapport de forme du filament dans la couche externe est une valeur calculée selon l'équation suivante Rapport de forme (%)= 100 Dr ( 9) dans laquelle Dw est un dimensiond'ondulation du filament dans la couche externe lorsque le cablé en acier est disso- cié, et Dr est le diamètre du câblé en acier - La durée des câblés en acier y compris le câblé en acier classique est déterminéepar un rapport de cassure du filament après qu'un pneu a pratiquement roulé pendant une distance de 200 000 km en faisant varier le degré de péné- tration du produit x 0, le degré de pénétration limite x et le rapport de forme du câblé en acier utilisé dans le pneumatique Comme-résultat, on a découvert que la réduction considérable du rapport de cassure se produit lorsqu'un rapport (x /x L) du degré de pénétration du produit x O au degré de pénétration limite x L n'est pas inférieur à 1/3, et qu'également le rapport de cassure est faible lorsque le rapport de forme se situe dans une plage de 90 à 110 %. Lorsque le rapport x /x est inférieur à 1/3 et que le rapport de forme est hors de la plage de 90 à 110 %, la cassure des filaments dans la couche interne se produit prématurément Dans les câblés en acier classiques, le rapport x O/x L est 0-1/4, de sorte que le taux de cassure est environ 3 %. Afin d'améliorer la durée des filaments dans les câblés en acier, il est de ce fait nécessaire de rendre le degré de pénétration du produit x O supérieur à 1/3 du degré de pénétration limite x L mais inférieur au degré de pénétration limite xl D'autre part, le degré de pénétration 1 1 limite xl varie an fonction du nombre de filaments dans la couche interne, de sorte que le degré de pénétration du produit x doit nécessairement se situer à l'intérieur des o plages représentées par les équations (l)-( 4). Lorsque le rapport de forme est inférieur à 90 %, la couche externe appuie fortement contre la couche interne pour accroître la pression de contact des filaments entre les deux couches et l'usure devient importante Alors que, si le rapport de forme est supérieur à 110 %, il est possi- ble de faire pénétrer les filaments de la couche extérieure dans les espaces entre les filaments de la couche intérieure, mais une telle pénétration est assez difficile et la con- trainte devient importante, tandis qu'il est difficile de contrôler la qualité du câblé en acier résultant. L'effet obtenu en faisant pénétrer profondément-les filaments de la couche externe à l'intérieur du cercle cir- conscrit de la couche interne est exposé de la manière suivante. Lorsque les filaments dans les couches internes et externes du câblé en acier présentent des directions de torsion opposée S de S/Z ou Z/S, la distance entre deux' points, lorsqu'un filament hélicoïdal particulier de la couche externe vient en contact avec les filaments de la couche interne, est faible, de sorte qu'une partie du fila- ment hélicoïdal particulier s'étendant entre les deux points de contact forme un arc, qu-i est difficile à déformer en une corde pendant la déformation sous tension et de provo- quer la -concentration de tension dans la couche interne, et en conséquence la réduction de durée due à l'usure n'est pas empêchée Au contraire, lorsque les filaments dans les couches internes et externes présentent la même d-irec- tion de torsion de S/S ou Z/Z, l'usure est'empêchée, mais la distance entre les deux points de contact-devient relati- vement plus-importante si on la compare avec-le cas d'une relation de torsion opposée, de sorte qué la déformation de l'arc en corde se produit entre les deux points de- contact avant la déformation du filament de la couche externe lui-même pendant la déformation de tension du -câblé en acier, ce qui fait que les filaments de la couche externe pénètrent dans les espaces de torsion -de la couche interne. Etant donné que la déformation en corde devient manifeste, la tension est générée par les filaments de la couche inter- -ne plutôt par les filaments de la couche externe, de sorte que la rupture du filament dans la couche interne se produi- ra de préférence En conséquence, il apparaît qu'un tel déséquilibre d'application de tension'peut-être évité en faisant pénétrer au préalable les filaments de la couche externe dans l'espace de la couche interne-audessus d'une certaine valeur. Lorsque le façonnage du filament est insuffisant ou devient excessif, si de tels filaments -sont utilisés pour réaliser un câblé en acier, ils tendent à se déplacer pour diminuer la déformation élastique, de sorte qu'il se produit- des forces agissant sur les couches internes et externes. De telles forces deviennent très importantes lorsque le rapport de forme est supérieur à 100 %, de sorte qu'il est nécessaire de maintenir le rapport de forme à environ 100 %. En outre la force agissant sur les couches internes et externes (c'est-àdire la force de contact initiale) s'additionne à une force de contact de tension produite par la contrainte appliquée à chacune des deux couches par la tension du câblé en acier, qui joue le rôle de-force de frottement dans l'usure entre des filaments voisins,-de sorte qu'il est préférable de les fabriquer aussi petits que possible. Afin de faire pénétrer les filaments de la couche externe à l'intérieur du cercle circonscrit renfermant les filaments de la couche interne à l'intérieur de la plage XO définie selon l'invention, il est suffisant que la ten- sion du filament dans la couche externe soit rendue aussi élevée que celle de la technique antérieure, par exemple, pendant la formation du- câblé Dans ce cas, toutefois, il faudra prendre soin que la tension de chaque filament dans la couche externe soit rendue uniforme. La trajectoire de torsion d'un filament dans la couche externe du câblé en acier de la figure 3 est représentée par une zone entre les lignes, 5 et 6 représentée à la figure 4, dans laquelle le filament de la couche externe a pénétré dans l'espace entre les filaments de la couche interne pour donner une forme annulaire écrasée. Les exemples suivants sont donnés afin d'illustrer la présente invention-et ne la limitent en aucune façon. Exemples 1-6, exemples comparatifs 1-10 Des pneumatiques devant être testés sont fabriqués en introduisant dans le pli de la carcasse des câblés en acier présentant différents degrés de pénétration du produit xo et de rapportsde forme comme représenté dans le tableau 1 suivant puis soumis à un test de roulage pratique pour évaluer la durée du câblé en acier. Le pneumatique présente une dimension de 1000 R 20 14 PR et a roulé sur des autoroutes et des routes nationales pendant une distance de 200 000 km Par la suite, le câblé en acier est prélevé du pneu pour examiner le rapport de rupture des filaments Après examen de quarante câblés en acier, le rapport de rupture des filaments est déterminé par l'équation suivante: rapport de rupture des filaments (%) = Nombre de filaments cassés x 100 Nombre de filaments total Les résultats ainsi obtenus sont représentés dans le tableau 1 Parmi les exemples comparatifs, l'exemple compa- ratif 1 représente le cas o un câblé en acier classique est utilisé Des câblés en acier présentant un rapport x O/X 1 de 0,33 à 1 et un rapport de forme d'environ 90 à % correspondent aux exemples selon l'invention Comme il apparaît dans le tableau 1, le rapport de rupture des filaments est considérablement amélioré dans les exemples selon l'invention par comparaison avec celui obtenu dans les exemples comparatifs. Tableau 1 (a) Câblé en acier appliqué dans l'épaisseur de la carcasse Indice Direction degré Degré de Rap Rapport de comp Structure du de tor Pas de tor k = de péné pénétration port de rup- tage cablé * 1 sion sion * 2 P 1/P 2 tration limite x O de ture de cablé 5 cm) du produit x(Ulm) forme filament _o(__m) (%) (%) Exemple 1 15,1 3 + 9 x 0,23 + 1 S/S/Z 6/12/3,5 0,50 24 66 0,36 100 0,9 Exemple 2 " " " " 36 " 0,55 90 0,2 Exemple compara tif 1 """ " " 16 " 0,24 80 3,0 Exemple compara- tif 2 " 32 0,48 70 1,4 Exemple compara- tif 3 " " 12 " 0,18 120 5,3 Exemple 3 " " 6/10/3,5 0,60 30 75 0,40 100 0, 3 Exemple compara- tif 4 " " " " " 14 " 0,19 100 3,4 Exemple 4 " 5/12/3,5 0,42 39 57 0,68 90 0,2 Exemple compara- tif 5 " 14 " 0,25 90 2,6 o ru f Ln, Co % Co Tableau 1 (b) Câblé en acier appliqué dans l'épaisseur de la carcasse Indice de Direction degré de Degré de Rapport Rapport de comptage Structure du de Pas de tor k = pénétra pénétra x 0/ de for upture de (cablé 5 cm) cablé * 1 torsion sion * 2 P 1/P 2tion du tion limi me (%) filament 2 produit te x (um) X (%) X, (x O 1 tm), Exemple 5 14,1 4 + 1 l Ox O Oi 22 + 1Z/Z/S 6/12/3,5 0,50 34 45 0,75 100 0,5 Exemple ompara " " 10 " 0,22 90 2,0 tif 6 Exemple compara " " " 5 " 0,11 120 4,8 if 7 xemple À ompara 24 0,53 120 1,4 if 8 xemple ompara e m 28 " 0,62 70 1,1 if 9 Exemple 6 11,6 3 + 9 + 15 x 0, 175S/S/Z/S 5,5/10,5/ 0,52 38 52 0,73 90 0,3 :______ ______ + 1: _ _ 15,3/3,5 xemple -ompara tif 10 " " ""' " 14 " 0,27 80 3,6 w _ _ * 1 Le dernier "+ 1 " de la configuration de câblé représente de compression. un filament guipé pour l'amélioration des caractéristiques * 2 Le dernier " 3,5 " du pas de torsion présente un pas de torsion du filament guipé. 1-y r'j 4. oo Co % Exemples 7-8, exemples comparatifs 11-13 En général, lorsque le pneu roule-sur une route-en mauvais état, et si une bande de roulement du pneu est soumise à un endommagement par pénétration, de l'eau peut pénétrer dans cet endommagement pour provoquer la rupture du câblé en acier dans la couche la plus extérieure de la bande et la couche de la ceinture sous-jacente du fait de la fatigue par corrosion, ce qui se traduit finalement par un éclatement du pneu En conséquence, les câblés devant être utilisés dansla ceinture doivent présenter une résis- tance élevée à la fatigue par corrosion ou bien des carac- téristiques de résistance à la-fatigue élevées. Afin de confirmer le résultat efficace de l'invention pour l'utilisation dansla ceinture, des pneus à essayer sont fabriqués en utilisant des câblés en acier présentant différents degrés de pénétration du produit et de rapports de forme comme indiqué dans le tableau 2 suivant à-une troisième couche de ceinturedans une ceinture à structure à- quatre couches et ensuite rouler en pratique sur des routes en mauvais état pour évaluer la caractéristique à la rup- ture du câblé de la bande Cette évaluation a été réalisée en faisant rouler le pneu sur des routes en mauvais état pendant une distance de 30 000 km, en le rechapant et en le faisant rouler à nouveau sur des routes en mauvais état sur une distance de 30 000 km. Dimension du pneu: 1000 R 20 Structure de ceinture: 4 couches de ceinture Application de câblé en acier Troisième couche de à essayer: ceinture Indice de comptage: 18,6 câblés/5 cm Angle de câblé dans la ceinture: 72 gauche Structure du câblé en acier: 3 + 9 + 15 x 0,23 + 1 Direction de torsion: S/S/Z/S Pas de torsion: 6/12/18/3,5 k= P 1 P 2: 0,5 Dans le câblé en acier ci-dessus,on fait pénétrer L 538818. neuf filaments dans des espaces définis par trois filaments. La caractéristique de rupture du câblé est évaluée en divisant le pneu après roulement en six parties égales, à compter le nombre de câblés cassés dans la troisième couche de bande et à calculer 1 'indice selon l'équation suivante: Indice Nombre de cassures de câblés à essayer x 100 Nomb E de cassures de câblés classiques (exemple comparatif 11) Plus petit sera la valeur de l'indice, meilleure sera la caractéristique de rupture de câblés. Les résultats ainsi obtenus seront présentés au tableau 2 L'exemple comparatif 1 l correspond au cas o l'on utilise le câblé en acier classique Comme il appa- rait dans le tableau 2, les câblés en acier des exemples 7 et 8 sont excellents en ce qui concerne la caractéris- tique de rupture du câblé, par comparaison avec ceux des exemples comparatifs. Tableau 2 câblé en acier appliqué à la Caracté bande Crcé ____ _ Ebande, ristique Degré de Degré de Rapport de de rupture pénétra pénétra forme de câblé tion du tion li o/xl (%) (indice) produit mite x(jum) X 1 (dam) xemple 7 30 66 0,45 100 60 Exemple 8 42 " 0,64 90 45 Exemple ompara 18 " 0,27 80 100 if 11 xemple ompara 28 " 0,42 60 -110 if 12 Exemple ompara 14 " 0,21 120 130 if 13 Selon l'invention, dans un pneumatique radial com- portant comme structure de renforcement du pneu des câblés en acier présentant une configuration à deux ou trois couches, dans laquelle deux couches d'un côté central d'une coupe transversale dans le câblé en acier présentent-la même direction de torsion es différents pas de torsion, on fait pénétrer des filaments constituants une couche ex- terne parmi les deux couches ci-dessus à l'intérieur d'un cercle circonscrit enveloppant les filaments constituant une couche interne audessus d'une valeur prédéterminée et chacun des filaments de la couche externe présente un - rapport de forme de 90 à 100 %, ce qui fait que le déséquilibre de tension dans la même direction de torsion est éliminé sans préjudice de la prévention du phénomène d'usure dans la même direction de torsion afin d'améliorer considérablement la durée du câblé en acier En outre, selon l'invention, de tels câblés en acier sont appliqués à la carcasse ou ceinture d'un pneumatique radial, ce qui se traduit par une amélioration considérable de la durée d'utilisation du pneu. 2538818. REVENDICATIONS 1 Pneumatique radial comportant, en tant que struc- ture de renfort du pneu, des câblés en acier présentant chacun une configuration en deux ou trois couches repré- sentée par l'expression 1 + m ou 1 + m + N dans laquelle 1, m et N représentent chacun un nombre entier et satisfont à la relation 1 les filaments m constituant une couche externe parmi les- dites deux couches sont agencés de façon à pénétrer à l'intérieur d'un cercle circonscrit enveloppant les fila- ments 1 constituant une couche interne parmi ces deux couches dans une mesure telle que les filaments de ladite couche externe ne viennent pas en contact avec les fila- ments de ladite couche interne, et une valeur moyenne xo d'une valeur maximale d'un degré de pénétration du filament à l'intérieur du cercle circonscrit par les filaments m dans le câblé en acier du produit pneumatique satisfait aux équations suivantes: (-0,24 k 2 '+ 0,46 k)d filament de la couche interne au pas de torsion P 2 du fi- lament de la couche externe et d est le diamètre des fila- ments, chacun de ces filaments m dans la coucbe externe présente un rapport de forme de 90 à 110 S ce rapport de forme étant défini par l'expression - Dw x 100 Dr o Dw est une dimension d'ondulation du filament dans La couche externelorsque le câb Lé en acier est dissocié, et Dr est le diamètre. 2.Pneumatique radial selon la revendication 1, dans lequel 1 est 2 ou 3 -