Brevet FR2547776A1 — publié le 19841228

L'invention concerne un bandage pneumatique destiné aux véhicules automobiles, et elle a trait plus particulièrement à un perfectionnement apporté à un câble d'acier utilisé en tant qu'armature et entrant dans la constitution d'un bandage pneumatique d'automobile. Le perfectionnement a trait à la réalisation d'un câble d'acier dans lequel une matière du type caoutchouc pénètre totalement dans les espaces d'un câble d'acier et les remplit afin d'améliorer la résistance à la corrosion, l'adhésion et la résistance à la fatigue de ce râble d'acier. Avec l'accroissement récent de la vitesse des automobiles dû à une amélioration des performances et à une extension du réseau autoroutier, les câbles d'acier ont été largement utilisés comme armatures de pneumatique pour augmenter la longévité des pneumatiques d'automobiles à vitesse élevée. Les pneumatiques à câble radial de grande dimension, montés sur les autocars ou camions de fort tonnage et utilisant des câbles d'acier en tant qu'armature, souffrent de plusieurs inconvénients. Ainsi, les filaments du câble d'acier ayant une haute frigidité, un phénomène de corrosion par frottement, dû à un contact mutuel des filaments du câble d'acier, provoque un entaillage partiel de ce câble ou une abrasion superficielle des filaments, formant une surface irregulière à la partie de contact.Cette irrégularité réduit l'aire utile de la section des câbles d'acier et donc la résistance, ce qui peut avoir pour conséquence des problèmes tels qu'un éclatement. il est également apparu que les câbles d'acier souffrent d'une oxydation due à la pénétration de l'eau par suite d'une détérioration d'un flanc, l'eau pénétrant dans les espaces des câbles d'acier et entrainant une diminution de la longévité de roulement du pneumatique. Dans l'art antérieur, un câble d'acier à trois couches, du type 3 + 9 + 15 tel que montré sur la figure 1 des dessins annexés, a été utilisé pour accroître la résistance par unité de section. Un câble d'acier tel que montré sur la figure 1 comporte une couche centrale de trois filaments 1, une couche intermédiaire de neuf filaments 2 et une couche extérieure de quinze filaments 3 et, par conséquent, chaque filament est en contact étroit, soit entre des couches, soit entre des filaments adjacents de chaque couche, ou encore l'espace disponible de chaque filament est très réduit. Le contact des filaments entraîne l'apparition des problèmes mentionnés ci dèssus. L'une des mesures s'opposant à ces problèmes est décrite dans la demande de brevet japonais NO 54-50640. Conformément à cette demande, en raison du fait que le câble d'acier de structure 3 + 9 + 15 est inférieur, en ce qui concerne l'aptitude à la pénétration du caoutchouc dans le câble e il est proposé de former des espaces, dans les câbles, en réduisant le nombre de filaments de la couche centrale, de la couche intermédiaire et de la couche extérieure pour permettre ainsi la pdné- tration du caoutchouc dans les espaces. La structure du câble décrit est alors, par exemple, 2 + 7 + 12. Cependant, cette structure de câble présente les défaut indiqués ci-dessous. L'un des défauts de la structure décrite cidessus est la réduction de la résistance des câbles d'acier en raison du nombre réduit des filaments. Un autre défaut est une productivité inférieure des câbles d'acier en raison d'une production horaire plus faible. Ces inconvénients rendent nécessaires d'augmenter le nombre final de câbles lors de la production des pneumatiques. Un phénomène secondaire résultant de ceci est une réduction de l'écartement des câbles et, par conséquent une détérioration de la résistance à la séparation. L'invention a pour objet un bandage pneumatique ayant une excellente longévité de roulement, dans lequel une corrosion par frottement des filaments des câbles d'acier utilisés pour l'armature du bandage est éliminée et tous les filaments présentent une fatigue égale. Conformément à l'invention, un bandage pneumatique est renforcé d'un câble d'acier de structure 4 + 9 + 14 qui comprend une couche centrale de quatre filaments torsadés, une couche intermédiaire de neuf filaments enroulés autour de la couche centrale, et une couche extérieure de quatorze filaments enroules autour de la couche intermédiaire, tous les filaments ayant sensiblement le même diamètre. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 est une cOupe transversale d'un câble d'acier de bandage de l'art antérieur - la figure 2 est une coupe transversale du câble d'acier du bandage pneumatique selon l'invention ; et - la figure 3 est une demi-coupe transversale d'un bandage pneumatique du type 11 R 22.5 selon l'invention. La figure 2 représente une forme de réalisation du câble d'acier selon l'invention qui comprend quatre filaments 1 torsadés les uns autour des autres afin de former la couche centrale. Neuf filaments 2, enroulés autour de cette couche centrale, forment la couche intermédiaire, et quatorze autres filaments 3 sont enroulés sur cette couche intermédiaire pour former la couche extérieure. Tous les filaments ont sensiblement le même diamètre. Le câble d'acier selon l'invention présente un rapport d'écartement des filaments supérieur à celui des câbles de l'art antérieur en ce qui concerne la couche intermédiaire et la couche extérieure, car tous les filaments ont sensiblement le même diamètre et la couche centrale est constituée de quatre filaments. Un fil d'enveloppement peut être enroulé autour de la couche extérieure, conformément aux objectifs et comme exécuté dans l'art antérieur. Une première forme de réalisation du câble selon l'invention séra à présent décrite. On prépare des filaments d'acier comme indiqué dans le tableau I. TABLEAU I Diamètre Résistance Revêtement de Quantité de revêtement (mm) (daN) cuivre (%) (g/kg) 0,175 6,70 63,1 6,2 0,20 8,31 62,8 6,0 0,22 10,11 63,3 5,5 0,25 13,02 63,0 5,1 0,15 5,14 67,0 60 A l'aide des filaments d'acier du tableau I, on prépare des câbles d'acier tels que montrés sur la figure 2. Les câbles d'acier préparés peuvent être divisés en deux groupes, à savoir un Groupe A et un Groupe B. Les câbles d'acier du Groupe B comportent un petit filament supplémentaire enroulé fermement autour des câbles d'acier, à un faible pas, afin de stabiliser la structure du câble, tandis que les câbles d'acier du Groupe A ne comportent pas de filament d'enveloppement. Dans le Groupe A, le câble A-5 est un câble témoin, A-4 est un câble d'acier conforme à l'invention et les autres câbles sont utilisés à des fins de comparaison. A-i et A-2 sont des exemples du câble décrit dans la demande de brevet japonais N 54-50640, ayant une plus faible résistance due à la diminution du nombre des filaments par rapport au câble témoin. Le câble d'acier A-4, de structure 4 + 9 + 14 x 0,22, conformément à l'invention, présente un taux d'écartement libre supérieur à celui du câble témoin A-5. La productivité des câbles d'acier est approximativement proportionnelle au taux de résistance. L'utilisation de câbles d'acier constitues de filaments de diamètres différents présente une tendance à détériorer la productivité. Dans le Groupe B, 25 à 27 filaments de 0,175 mm de diamètre sont utilisés. Le câble B-4 est un câble témoin. Le diamètre du câble (mm) indiqué dans le tableau ne comprend pas le filament d'enveloppement. La productivité du câble est indiquée sous la forme d'un indice, les valeurs des témoins A-5 et B-4 étant considérées comme égales à 100. L'espace du câble et le taux d'écartement libre sont calculés à l'aide des équations suivantes Espace du câble (mm) 25 - (diamètre du câble x nombre de bouts) Nombre de bouts Taux d'écartement libre (e) : , Espace compris entre les filements, x (nombre de filaments) de chaque couche Circonférence du cercle sur lequel les axes des filaments sont situés, dans chaque couche TABLEAU II Groupe A Groupe B Groupe C Groupe D A - 1 2 + 7 + 12 x 0,22 B - 1 4 + 8 + 13 x 0,175 + 1 C - 1 2 + 7 + 12 x 0,15 D - 1 3 + 7 + 12 x 0,25 A - 2 4 + 8 x 0,22 + 15 x 0,20 B - 2 4 x 0,20 + 9 + 15 + 0,175 + 1 C - 2 3 + 9 + 15 X 0,15 D - 2 3 + 9 + 15 x 0,25 A - 3 4 x 0,25 + 9 + 15 x 0,22 B - 3 4 + 9 + 14 x 0,175 + 1 C - 3 4 + 9 + 14 x 0,15 D - 3 4 + 9 + 14 x 0,25 A - 4 4 + 9 + 14 x 0,22 B - 4 3 + 9 + 15 x 0,175 + 1 A - 5 3 + 9 + 15 x 0,22 Groupe A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 B-1 B-2 B-3 B-4 C-1 C-2 C-3 D-1 D-2 D-3 Nombre de filaments 21 27 28 27 27 25 28 27 27 21 27 27 22 27 27 Résistance 210 249 292 270 270 167 187 180 180 107 138 138 285 351 351 Taux de résistance/ temoin 73 92 106 100 100 93 104 101 100 78 100 100 81 100 100 Diamètre du câble (mm) 1,33 1,37 1,49 1,41 1,36 1,12 1,18 1,12 1,08 0,89 0,91 0,96 1,53 1,53 1,60 Nbre de bouts (nombre/ 15,43 13,01 11,10 12,00 12,00 14,01 12,51 72,00 13,00 18,06 14,00 14,00 12,27 10,00 10,00 2,5 cm) Résistance de ceinture 3240 3239 3241 3240 3240 2140 2339 2340 2340 1932 1932 1932 3570 3570 3570 (daN/2,5 cm) Espace du 0,250 0,552 0,762 0,763 0,723 0,664 0,818 0,813 0,843 0,494 0,276 0,825 0,607 0,970 0,970 câble (mm) Taux d'écart. libre Couche inter médiaire 22,4 22,9 21,5 14,08 7,23 22,9 21,8 14,1 7,16 22,4 7,23 14,08 29,4 7,23 14,08 Couche extérieure 22,5 17,7 16,2 16,64 6,65 16,6 16,4 16,81 6,61 22,5 6,65 16,84 25,7 6,65 16,84 Effort de se partion 58 70 85 84 84 59 66 66 63 53 61 60 80 91 89 (deN/5 cm) Productivité du câble 78 90 105 100 100 93 166 100 100 78 100 100 81 100 100 Comme indiqué dans le tableau II, pour obtenir une résistance de ceinture d'environ 3240 daN/2,5 cm, le câble d'acier A - 1 ayant une résistance inférieure doit avoir un plus grand nombre de bouts. Il en résulte une diminution de l'espace entre câbles, comme indiqué dans la colonne de l'espace de câble. En conséquence, le pont de pénétration des matières du type caoutchouc dans le câble d'acier est réduit et l'effort de séparation l'est également. Ceci signifie que le câble de l'art antérieur, décrit dans la demande japonaise N 54-50640 précitée, présente un défaut imprévu. Une tendance similaire apparait également dans le Groupe B.Par contre, les câbles d'acier A - 4 et B - 3 conformes à l'invention présentent un taux d'écartement libre supérieur à celui des témoins A - 5 et B - 4 tout en étant aussi bons que les témoins en ce qui concerne la résistance, l'effort de séparation, les nombres de bouts et la productivité. L'exemple suivant décrit l'enduisage du câble d'acier par du caoutchouc. Composé de caoutchouc d'enduisage Parties en poids Caoutchouc naturel - - 100 H A F ------------------- 55 ZnO ------------------- 7 Acide stéarique ------------------ 1 Copolymère triméthyl-dihydroquinone - 2 SiO2 ------------------- 8 Résorcine ------------------ 2,5 Dérivé de mélamine ------------------ 2,5 naphténate de cobalt ----------------- 2,5 Soufre ------------------- 4 Dicyclohexylbenzothiazylsulfénamide 0,8 Ensuite, on a préparé des bandages pneumatiques du type 1000 R 20 14 PR à l'aide des câbles d'acier B - 1, B-2, B-3 et B-4 utilisés comme armature de carcasse.On a procédé à un essai au tambour et on a obtenu le taux de maintien de résistance ainsi que le coefficient de variation indiqué dans le tableau III. TABLEAU III Taux de maintien de résistance (%)/coefficient de variation (%) i N du pneu-l Câble # Filaments de la couche i mastique # utilisé Centrale Intermédiaire # Extérieure Câble - tu i 1 # B - 1 # 98/2,4 98/2,4 . 82/5,9 90/4,8 TS - 2 B - 2 0/0 65/9,7 : 71/10,6 53/10,8 TB - 3 B - 3 98/2,1 - 98/2,5 98/2,6 97/3,5 TB - 4 B - 4 98/2,3 89/11,6 65/21,4 73/17,6 * Condition de l'essai Mesure après roulement de 70 000 km dans les conditions suivantes Pression de gonflage 6 kg/cm2 Charge JIS 120 % Vitesse 45 km/heure Coefficient de variation Ecart type x 100 (chaque n = 10) moyenne Ainsi qu'il ressort du tableau III, le câble d'acier du bandage TB-1 présente un espace libre beaucoup trop important dans les filaments intermédiaires et un déplacement est apparu dans le câble. Plus précisément, on a détecté l'apparition de corrosion par frottement dans les filaments de la couche extérieure. On peut considérer qu'un déplacement s'est produit en tout point de la direction longitudinale des câbles par suite de cette corrosion. En ce qui concerne le câble TB-2, quatre filaments de la couche centrale, constituant l'âme du câble d'acier, ont été coupés perpendiculairement à leur axe, en une position légèrement supérieure à celle de la largeur maximale du bandage. Toute mesure de résistance est donc devenue impossible. En raison de la rupture de l'âme centrale, la charge a été transmise aux filaments environnants et, par conséquent, la résistance s'est détériorée. En outre, on a noté une dispersion considérable de la résistance des filaments entre les couches et la résistance du câble s'est révélée instable. Ce râble désigné B-2 est connu comme étant un câble d'acier, conforme à la demande de modèle d'utilité japonais NO 56-103093. Par contre, le bandage pneumatique TB-3 conforme à l'invention a montré une fatigue égale des filaments entre les couches, une plus faible dispersion de la résistance et un taux de maintien de résistance plus élevé. L'une des raisons en est que le câble d'acier est de construction 4 + 9 + 14 utilisant des filaments ayant sensiblement le même diamètre et qu'il se déforme difficilement, de sorte qu'il peut conserver sa réalisation stable et de section idéale dans la direction longitudinale par rapport aux autres réalisations de câbles. La plus faible diminution de résistance et le niveau élevé de.stabilité, sans dispersion, de ce câble B-3 peuvent être aisément compris par une comparaison du taux de maintien de résistance et du coefficient de variation donnés dans le tableau III. Le tableau IV montre les résultats de l'observation microscopique de l'apparition de rouille et du phénomène de corrosion par frottement, après déroulage des câbles. TABLEAU IV Corrosion par frottement Apparition de rouille N du pneuma- Câble Couche Couche inter- Couche Couche Couche intermé- Couche tique utilisé centrale médiaire extérieure centrale diaire extérieure TB - 1 B - 1 Nulle Nulle Faible Nulle Nulle Faible TB - 2 B - 2 Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne TB - 3 B - 3 Nulle Nulle Nulle Nulle Nulle Nulle TB - 4 B - 4 Faible Importante Moyenne Faible Importante Moyenne Comme indiqué dans le tableau IV, le bandage pneumatique TB-3 selon l'invention ne présente jamais de phénomène de corrosion par frottement ni d'apparition de rouille, que ce soit dans la couche centrale, dans la couche intermédiaire ou dans la couche extérieure. Il est évident que le. câble d'acier de construction 4 + 9 + 14 selon l'invention présente une résistance aussi bonne et possède le même nombre de bouts et la mêmeproductivité qu'un câble d'acier de construction 3 + 9 + 15, et que ledit câble d'acier selon l'invention présente une résistance à la séparation satisfaisante et bénéficie de meilleures propriétés en ce qui concerne la prévention contre la rouille et la corrosion par frottement. En outre, il a pour avantage une fatigue égale des filaments, ce qui améliore la résistance à la fatigue du câble. Par conséquent, un bandage pneumatique utilisant ce câble d'acier présente une longévité de roulement très améliorée. Une deuxième forme de réalisation de l'invention sera à présent décrite. Dans cette forme de réalisation, on utilise des câbles d'acier comme armatures de talon. Des bandages pneumatiques sans chambre du type 11 R 22. 5 ont été préparés comme montré sur la figure 3. Sur cette figure, la référence numérique 4 désigne une bande de roulement, la référence 5 une ceinture, la référence 6 une couche de carcasse, la référence 7 un talon et la référence 8 une tringle de talon. Les câbles d'acier B-l, B-2, B-3 et B-4 montrés dans le tableau II ont été utilisés à la fois pour la carcasse et le talon. Un talon de câbles à enduisage de caoutchouc, coupés à 300, a été disposé à une inclinaison de 30 par rapport à la direction circonférentielle du bandage. Un essai au tambour a été effectué sur les bandages pneumatiques préparés pour un essai de longévité d'adhésion dynamique du talon dans des conditions suffisamment sévères pour provoquer une déformation considérable du talon et de la partie adjacente. Une évaluation a été réalisée en onction de la distance de roulement et de l'apparition d'une détérioration, comme indiqué dans le tableau V. TABLEAU V N du Distance de pneu- # Câble roulement Détérioration Evaluation metique utilisé (km) TB-5 B-1 2670 Séparation entre talon Mauvaise et caoutchouc TB-6 B-2 3840 Rupture à partir de l'extrémité @@@@@ @@@@ du talon Mauvaise TB-7 B-3 10830 Fuite d'air due à un empâtement étanche int de la couche Bonne l étanche intérieure TB-8 B-4 6200 Rupture à partir de l'extrémité du talon Normale * Conditions de l'essai : Pression de gonflage : 883 kPa Vitesse : 25 km/h Charge : 210 % Dans le bandage TB-5, un pont avantageux entre le câble de talon et le caoutchouc environnant n'a pas été réalisé, ainsi qu'il ressort de la plus faible résistance à la séparation, indiquée dans le tableau II, et le câble d'acier a été mis à découvert sensiblement sur toute la circonférence du bandage. Dans un bandage TB-6, des fissures sont apparues à l'extrémité supérieure du talon et se sont propagées jusqu'à la surface extérieure du bandage, ce qui semble être dû à une grande résistance à la flexion. Le bandage TB-8 a présenté une tendance similaire. Le bandage TB-7, utilisant le câble d'acier B-1, a présenté la plus grande distance de roulement. Le problème observé était une fuite d'air due à un empâtement analogue à un asphalte d'une couche intérieure d'étanchéité, résultant de la présence prolongée, à l'intérieur du pneumatique, d'une température élevée due aux conditions sévères de l'essai. Ce résultat explique la supériorité du câble B-3, conforme à l'invention, en tant qu'armature de talon. Une troisième forme de réalisation sera à présente décrite. Dans cette forme de réalisation, des câbles d'acier sont utilisés comme couche de ceinture pour bandage pneumatique. On a préparé des bandages pneumatiques du type 14/80 R 20. On utilise, comme couche de carcasse, le câble d'acier A-4 du tableau II. Un câble d'acier destiné à la couche de ceinture a été constitué des cinq types A-1, A-2, A-3, A-4 et A-5 du tableau II. Les nombres de bouts sont évidemment égaux à ceux indiqués dans le tableau Il. L'angle du câble de la couche de carcasse est de 900 par rapport à la direction circonférentielle du bandage. En ce qui concerne l'angle du câble de la couche de ceinture, en comptant à partir du côté couche de carcasse, la première couche forme 550 et les trois couches, allant de la deuxième couche à la quatrième couche, forment toutes des angles de 180. Les résultats de l'essai de roulement de ces cinq types de bandages pneumatiques, en Europe, sont donnés dans le tableau VI. TABLEAU VI N du Câble Distance de roule- ff Détérioration bandage utilisé ment (km) TA-i A - 1 43 000 Séparation entre les deuxiè me et troisième couches TA-2 A - 2 72 000 Détérioration superficielle par entaillage TA-3 A - 3 58 000 Séparation entre les deuxiè me et troisième couches TA-4 A - 4 126 000 Usure complète TA-5 A - 5 97 000 Séparation entre la qua trière couche et la bande de roulement Des examens détaillés ont été réalisés sur les pneumatiques récupérés et les résultats sont donnés dans le tableau VII. TABLEAU VII N du pneu matique Observation de la détérioration TA-1 Séparation entre les deuxième et troisième couches sur toute la circonférence du ban dage ; raccourcissement du pont de caout chouc TA-2 Idem que pour TA-1 TA-3 Croissance d'une rupture, apparue à l'extrémité de la ceinture, entre les deuxième et troisième couches, vers l'intérieur du bandage, sur 50 mm de longueur TA-4 Rupture de 3 mm apparue à l'extrémité de la ceinture entre les deuxième et troisième couches TA-5 Séparation sur toute la circonférence du bandage due à un raccourcissement de la pénétration du caoutchouc. Câbles de cou leur rouille Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, les câbles d'acier A-1 et A-2, utilisés dans les bandages TA-1 et TA-2, respectivement, ont provoqué une détério- ration par séparation due à un raccourcissement du pont de caoutchouc, ce raccourcissement provenant d'un nombre accru de bouts. Le défaut du bandage TA-3 utilisant le câble d'acier A-3 est qu'une rupture risque d'apparaître ou peut aisément croître et se propager. Dans le bandage TA-4 utilisant le câble d'acier A-4 conforme à l'invention, l'apparition d'une rupture ou la croissance de cette rupture disparaît. Dans le bandage TA-5, étant donné que la pénétration du caoutchouc dans le câble A-5 est raccourcie, l'adhérence d'interface entre le câble et le caoutchouc est rompue. Il ressort de la description précédente qu'un bandage pneumatique utilisant un câble d'acier de construction 4 + 9 + 14, en tant qu'armature de carcasse, de talon ou de couche de ceinture, présente une longévité de roulement très supérieure. REVENDICATIONS 1. Bandage pneumatique armé d'un câble d'acier de construction 4 + 9 + 14, caractérisé en ce que le câble comprend une couche centrale de quatre filaments (1) torsadés les uns autour des autres, une couche intermédiaire de neuf filaments (2) enroulés autour de la couche centrale, et une couche extérieure de quatorze filaments (3) enroulés autour de la couche intermédiaire, tous les filaments ayant sensiblement le même diamètre 2. Bandage pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble d'acier est utilisé comme armature de carcasse (6). 3. Bandage pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble d'acier est utilisé comme armature de talon (7). 4. Bandage pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble d'acier est utilisé comme armature de couche de ceinture (5). 5. Bandage pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le diamètre des filaments est compris entre 0,15 et 0,25 mm