Brevet FR2661865A1 — publié le 19911115

L'invention a pour objet un galet, rouleau, roue ou analogue à bandage "plein" et un procédé pour la fabrication d'un tel galet, roue, rouleau ou analogue. Des dispositifs de galet, rouleau, roue ou analogue à bandage plein, -c'est-à-dire formé par un anneau de matière homogène par opposition aux dispositifs à pneumatique avec ou sans chambre à air-, doivent satisfaire à des exigences nombreuses et parfois contradictoires. I1 en est ainsi, notamment, dans le cas de dispositifs où le bandage est en un matériau du type élastomère, comme du caoutchouc, solidaire d'une jante ou armature métallique propre à être montée sur un essieu, dans le cas d'une roue de véhicule, ou sur un axe dans le cas d'un galet, ou sur un arbre dans le cas d'une roulette, etc...Lorsque, par exemple, le dispositif est un galet de roulement pour véhicule à chenilles il doit non seulement présenter de bonnes caractéristiques de tenue mécanique, thermique et de souplesse, mais aussi de durée de vie, en particulier en ce qui concerne la conservation au cours du temps de l'intégrité du bandage quand celui-ci est soumis à des phénomènes de déchiquetage tels que ceux qui prennent naissance lors de la circulation de véhicules à chenilles, civils ou militaires, sur des terrains caillouteux. En ce qui concerne certaines de ces exigences, notamment la tenue à l'échauffement et au déchirement, on a déjà proposé de remplacer des matériaux caoutchoutiques connus par d'autres matériaux, par exemple du type polyuréthanne ou encore de modifier les compositions mises en oeuvre (généralement à base de polyisoprène et de polybutadiène pour tirer parti des caractéristiques de tenue mécanique à l'échauffement du premier de ces composants et des caractéristiques du second de résistance à l'abrasion et au déchirement).Ces solutions sont cependant relativement onéreuses, d'une part, et limitées dans leurs possibilités si l'on veut conserver les autres propriétés des mélanges caoutchoutiques, d'autre part, de sorte qu'elles ne sont pratiquement pas exploitées dans le domaine des véhicules, par exemple pour la fabrication de galets de roulement de véhicules chenillés où les impératifs de normes à respecter sont stricts, en particulier pour des véhicules militaires comme des engins blindés, chars de combat, etc... Le besoin existe donc, dans le domaine des organes de roulement à bandage plein, d'un organe à bandage en matériau élastomère du type caoutchoutique qui satisfasse à l'ensemble des desiderata de la pratique, notamment en ce qui concerne la tenue mécanique en température et la résistance au déchiquetage et c'est, par conséquent, un but général de l'invention de fournir un tel galet, rouleau, roue ou organe analogue. C'est notamment, un but de l'invention de fournir un tel galet, rouleau, roue ou analogue qui tout en présentant les mêmes avantages que les dispositifs connus eu égard à la souplesse du bandage, aux caractéristiques de roulement ou aux autres qualités de mobilité dans le cas d'organes appliqués à des véhicules, ait cependant une aussi bonne ou une meilleure tenue en température en réponse à un échauffement interne lors de son utilisation, d'une part et, d'autre part, une bonne ou très bonne tenue mécanique à l'encontre d'un endommagement par déchirement ou déchiquetage dudit bandage. C'est, aussi, un but de l'invention, de fournir un tel organe à durée de vie nettement supérieure à celle des organes connus. C'est également, un but de l'invention de fournir un procédé de fabrication d'un tel organe. Ces buts sont atteints, dans un galet, rouleau roue ou analogue selon l'invention, par le fait que le bandage plein en un matériau élastomère du type caoutchouc comporte au moins un, et de préférence plusieurs, pli(s) de renfort en tissu régnant dans le bandage sensiblement parallèlement à la bande de roulement et aux flancs dudit galet, rouleau, roue ou analogue. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tissu est du type à chaîne et trame, à mailles ouvertes de taille moyenne à grande, avantageusement à base de fils de polyamide (Nylon) ou de fils de polyester. Pour la fabrication d'un tel galet, rouleau, roue ou analogue l'invention prévoit de rapporter sur un tambour des couches successives de gomme crue, puis au moins un pli de tissu s'étendant sensiblement parallèlement au flanc du galet, rouleau, roue ou analogue et à la bande de roulement avec toutefois une gorge annulaire circonférentielle telle qu'après mise en place de l'ensemble dans un moule de vulcanisation à plan de joint diamétral la pression de moulage qui provoque la migration de la gomme en excès déforme le ou les plis de tissu pour disposer ce ou ces dernier(s) sensiblement parallèlement à la surface de roulement, d'une part, et aux flancs du galet, rouleau, roue ou analogue, d'autre part. Dans une forme de réalisation préférée d'un galet de roulement, notamment pour véhicules chenillés, le bandage a un diamètre externe de 700 mm et une épaisseur de 80 mm ; il est réalisé en un mélange de caoutchouc polyisoprène et de caoutchouc polybutadiène armé de deux plis de tissu en fils de polyamide ou de polyester à chaîne et trame d'un poids compris entre 60 et 90 g au m2 et d'une dimension de mailles de 5 à 8 mm. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe partielle, schématique, d'un galet de roulement selon l'invention pour véhicule chenillé - la figure 2 est une vue correspondant à celle de la figure 1 illustrant le galet avant vulcanisation - la figure 3 est une vue très schématique relative à un procédé de fabrication d'un galet de roulement à bandage plein selon l'invention. Cette dernière est illustrée, dans ce qui suit, en référence à un galet de roulement pour chenilles, comme celles équipant des chars de combat, des véhicules blindés ou autres, étant bien entendu qu'aucun caractère limitatif ne doit être attaché à cet exemple, l'invention trouvant également application pour la réalisation de rouleaux, roulettes, roues de chariots élévateurs ou autres engins de manutention, etc... ou encore d'organes analogues à bandages pleins.Dans un tel galet de roulement 10, le moyeu 11, en aluminium, est prévu pour coopérer avec un arbre, non représenté, d'axe A ; sur le moyeu 11 est collé un bandage plein 12 en matériau du type élastomère, comme du caoutchouc, avantageusement un mélange de polyisoprène et de polybutadiène, le premier apportant ses qualités mécaniques et de résistance à l'échauffement et le second ses qualités de résistance à l'abrasion et au déchirement. Comme visible sur la figure 1, le bandage plein 12 présente une bande de roulement 13 et des flancs 14 et 15, respectivement, reliés par des congés 16 et 17 à des faces latérales 18 et 19 sensiblement dans le prolongement des faces latérales 20 et 21 du moyeu 11. Conformément à l'invention, le bandage 12 est renforcé par au moins un et avantageusement plusieurs pli(s) de tissu 25, 26 disposé(s) dans le bandage suivant des anneaux dont la section droite est en forme d'auget à fond parallèle à la bande de roulement 13 et à ailes disposées parallèlement aux flancs 14 et 15. Lorsque, comme montré sur la figure 1, le galet de roulement est garni de plusieurs plis de tissu, les ailes 27 et 28 du pli le plus interne 26 règnent jusqu'au niveau des congés 16 et 17, tandis que les ailes 29 et 30 du pli 25 le plus externe sont de plus courte longueur que les ailes 27 et 28. Conformément à l'invention, également, les tissus mis en oeuvre pour former le ou les plis de renfort sont des tissus à chaîne et trame, de préférence à mailles grosses ou moyennes, en fils synthétiques de polyamide (Nylon) ou de polyester. De bons résultats ont été obtenus avec des tissus d'un poids compris entre 60 et 100 g au mètre carré et pour lesquels le nombre de mailles au centimètre carré est compris entre 2 et 4. Pour la fabrication d'un galet de roulement du type de celui qui vient d'être décrit, on confectionne d'abord un bandage renforcé cru que l'on soumet ensuite à un traitement de vulcanisation dans un moule 30 en deux parties 31 et 32 séparées par un plan de joint diamétral 33 et qui comportent pour leur positionnement respectif des ergots 34 et des creusures 35 (figure 3). De façon plus précise, le bandage cru est confectionné en enroulant d'abord sur le moyeu ou corps 11 et suivant plusieurs couches superposées 371t 372, 373, etc ... un matériau vulcanisable, avantageusement à base d'un mélange de polyisoprène et de polybutadiène jusqu'à formation d'un anneau 40 dont l'épaisseur correspond à la distance séparant la surface externe 41 du moyeu 11 des extrémités des ailes 27 et 28 du premier pli de tissu 26.On effectue alors l'enroulement des couches 37' de plus faible largeur que les couches 37 pour constituer le corps 42 du bandage plein ainsi à section droite quelque peu trapézoïdale. On rapporte alors sur le corps 42 le premier pli de tissu 26 à la fois sur la surface externe radiale et sur les flancs, avec toutefois sur la surface externe radiale une gorge 43 formée dans la gomme crue à l'aide d'un outil à maroufler ou analogue. On poursuit alors la confection du bandage aussi bien à l'extérieur du pli 26 que sur les côtés de celui-ci et, lorsque ledit bandage comporte plusieurs plis, on rapporte alors le deuxième pli de tissu 25 présentant lui aussi une gorge périphérique circonférentielle 44 analogue à la gorge 43.Au-dessus de ce pli de tissu et latéralement à lui sont alors disposées des couches successives de gomme crue jusqu'à l'obtention d'un diamètre externe légèrement supérieur à celui souhaité pour le galet de roulement. L'ensemble ainsi obtenu est alors introduit dans le moule 30 et, lorsque celui-ci est porté pendant le temps voulu à une température appropriée tout en étant soumis à la pression de moulage requise, la gomme en excès s'échappe par le plan de joint 33, comme montré par la flèche E, les mouvements de gomme ainsi induits provoquant un "lissage" des gorges 43 et 44 pour que le produit fini soit, après démoulage, un bandage plein 12 dans lequel le ou les pli(s) de tissu de renfort est (sont) dirigé(s) parallèlement à la bande de roulement 13 et aux flancs 14 et 15. EXEMPLES Un galet de roulement à bandage plein de dimensions 700 x 135 x 620 a été fabriqué par enroulement sur un noyau ou moyeu de 620 mm de diamètre externe de couches successives ayant une épaisseur de 5 mm d'un élastomère à base de polyisoprène et de polybutadiène. Simultanément à la confection du bandage de gomme crue de la façon indiquée ci-dessus deux plis de tissu ont été mis en place, à la configuration montrée sur la figure 2, le premier à environ 20 mm de la surface latérale 41 du moyeu 11 et le second à environ 3 mm du premier. Après moulage et vulcanisation on procède aux essais explicités ci-après qui se réfèrent à la mise en oeuvre de différents tissus, d'une part, à un essai de référence sans renfort, d'autre part, et à des essais dans lesquels le nombre de plis de tissu de renfort est supérieur à 2. Les tissus mis en oeuvre sont les suivants I - Tissus à base de fils d'aramide (KEVLAR, une marque déposée de la Société DUPONT DE NEMOURS). I-A : Tissu à mailles très fines d'un poids de 112 g/m2 I-B : Tissu extensible d'un poids de 50 g/m2 II - Tissus à base de fils polyamide (Nvlon). II- : Tissu à grosses mailles d'un poids de 82 g/m2 II-B : Tissu à mailles moyennes d'un poids de 125 g/m2 II-C : Tissu à mailles très fines d'un poids de 425 g/m2 III - Tissus à base de fils polyester III-A : Tissu à grosses mailles d'un poids de 80 g/m2 III-B : Tissu à grosses mailles d'un poids de 100 g/m2 III-C : Tissu à grosses mailles d'un poids de 60 g/m2 III-D : Tissu à grosses mailles d'un poids de 60 g/m2 Pour chacun des tissus répertorié ci-dessus, un premier essai a été effectué destiné à déterminer ses caractéristiques d'adhésion au matériau élastomère. L'essai a été effectué conformément à la note technique ARE N" 140 CT, suivant laquelle une languette de 25 mm de largeur et de 10 mm d t épaisseur est arrachée par "pelage" l'effort déployé caractérisant les résultats d'essai. Pour les tissus répertoriés ci-dessus, les résultats de ce premier essai sont donnés dans le Tableau A ci-après. TABLEAU A Réf. I-A I-B II-A II-B II-C III-A III-B III-C III-D tissu Résistance 25 21 25 20 20 25 25 25 25 daN/mm Les divers galets de roulement obtenus à l'aide des tissus indiqués ci-dessus sont ensuite soumis à un essai de déchiquetage. Celui-ci est conduit en rapportant sur un tambour deux barrettes transversales sur chacune desquelles sont fixées quatre têtes de vis d'une hauteur de 15 mm et d'un diamètre de 8 mm. Le galet de roulement appliqué sur le tambour à barrettes sous une charge de deux tonnes est mis en rotation à une vitesse de l'ordre de 15 km/h, durant deux heures.On détermine à la fin de l'essai, -qui peut être de plus courte durée que deux heures en cas de destruction anticipée-, la masse d'élastomère perdue par le galet de roulement ; on mesure aussi la température en fin d'essai et la variation de flèche de l'axe du galet en cours d'essai. Les résultats obtenus sont indiqués dans le Tableau B ci-après. TABLEAU B Réf. Nbre de Durée Masse Temp. Variation Remarque Tissu plis de Essai Perdue finale flèche en Tissu (mn) (g) ("C) cours Essai(mm) Caout chouc 0 120 500 90 + 3 Il-A 2 120 400 85 + 3 I-A 2 39 Déchap page I-B 2 120 1000 100 + 3 II-B 2 120 600 90 + 3 Il-C 2 10 Déchap page III-A 2 120 300 90 + 2 111-B 2 100 + 6 Déchap page III-C 2 120 500 80 + 1 III-B 2 120 200 80 + 3 Il-A 5 120 400 95 + 2 111-A 5 120 400 100 + 3 Comme le montre ce Tableau, les galets comprenant les tissus les plus lourds (I-A ; II-C ; III-B) subissent un déchappage au bout d'un temps d'essai parfois très bref et ces tissus sont donc inappropriés.De façon surprenante, le tissu I-A mais aussi le tissu I-B, pourtant légers et à base de fils d'aramide (très résistant) sont inappropriés. Sans vouloir être liée par son interprétation du phénomène, la Demanderesse pense que les fils constitutifs de tels tissus très résistants ne sont pas rompus au contact du tambour d'essai, -comme pourraient le faire des fils moins résistants-, et entraînent de la sorte avec eux l'élastomère qui en est solidaire. Il apparaît également, du Tableau ci-dessus, que pour un même tissu, par exemple II-A ou III-A l'accroisse- ment du nombre de plis de renfort (5 au lieu de 2), ne conduit pas à de meilleurs résultats. Une dernière série d'essais d'endurance en roulement est alors effectuée. Ces essais sont conduits conformément à la note technique ARE N" 140 CT, c'est-à-dire en mesurant, -pour un galet de roulement auquel on imprime une vitesse linéaire de 68 km/h sous une charge de 1000 daN pendant 10 heures puis une charge 1400 daN de la dixième heure à la trentième heure-, les températures atteintes sur la bande de roulement, sur les flancs du galet et au coeur de celui-ci. Les résultats des essais sont indiqués dans le Tableau C. TABLEAU C Roulement Flancs Coeur Ref. Nbre de Temp. B.R. ( C) Temp. F ( C) Temp. C ( C) Tissu plis de 10h 24h 30h 10h 24h 30h 10h 24h 30h tissu Caout chouc 0 60 65 70 45 60 65 80 130 150 II-A 2 52 55 58 40 50 52 70 88 118 III-A 2 68 80 116 62 70 85 110 163 170 III-C 2 58 68 68 50 63 66 75 128 145 III-D 2 43 58 66 39 59 63 68 88 120 Il-A 5 62 68 68 52 65 67 77 110 135 Il apparaît à la lecture de ce Tableau que, par rapport à un bandage plein en caoutchouc uniquement, l'utilisation de deux renforts de tissu, par exemple celui répertorié II-A ou III-D et à un degré moindre, III-C, permet d'améliorer les performances d'endurance en roulement, les températures mesurées à coeur des bandages munis de renforts étant nettement inférieures aux températures du bandage plein sans renforts, un accroissement du nombre des renforts étant cependant sans incidence, voir défavorable, par rapport aux deux plis qui paraissent constituer la réalisation la plus avantageuse. REVENDICATIONS 1. Galet de roulement, rouleau, roulette, roue ou analogue comportant un bandage plein en un matériau du type élastomère, comme du caoutchouc, caractérisé en ce que le bandage plein comporte au moins un, et de préférence plusieurs pli(s) de renfort (25, 26) en tissu régnant dans le bandage (12) parallèlement à la bande de roulement (13) et aux flancs (14, 15) dudit galet, rouleau, roue ou analogue. 2. Galet de roulement, rouleau, roulette, roue ou analogue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tissu est du type à chaîne et trame, à mailles ouvertes et de taille moyenne à grande, avantageusement à base de fils de polyamide (Nylon) ou de fils polyester. 3. Galet selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu est à base de fils polyamide et d'un poids d'environ 80 g/m2 ou à base de fils polyester et d'un poids d'environ 60 g/m2. 4. Galet de roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que son bandage (12) réalisé en un mélange de caoutchouc polyisopropene et de caoutchouc polybutadiène avec un diamètre externe de 700 mm et une épaisseur de 80 mm et est renforcé par deux plis de tissu à chaîne et trame en fil de polyamide ou de polyester d'un poids de 60 à 100 g au mètre carré. 5. Procédé de fabrication d'un galet, rouleau, roue ou analogue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on rapporte sur un tambour des couches successives de gomme crue puis au moins un pli de tissu s'étendant sensiblement parallèlement au flanc du galet, rouleau, roue ou analogue et à la bande de roulement avec toutefois une gorge annulaire circonférentielle telle qu'après mise en place de l'ensemble dans un moule de vulcanisation à plan de joint diamétral, la pression de moulage qui provoque la migration de la gomme en excès déforme le ou les pli(s) de tissu (25, 26) pour disposer ce ou ces dernier(s) sensiblement parallèlement à la surface de roulement (13), d'une part, et aux flancs (14, 15) du galet, roue ou analogue (10), d'autre part.