Brevet FR2718390A1 — publié le 19951013

La présente invention concerne le domaine des pneumatiques et en particulier celui des pneumatiques comportant des flancs renforcés. En règle générale, un pneumatique est composé de plusieurs parties assurant chacune un rôle précis dans le fonctionnement dudit pneumatique, à savoir un sommet situé radialement vers l'extérieur, c'est à dire radialement vers les plus grands rayons du pneumatique, et le plus souvent renforcé par une armature de ceinture et comportant une bande de roulement, ledit sommet étant prolongé radialement vers l'intérieur, c'est à dire radialement vers les plus petits rayons, par deux flancs eux-mêmes prolongés radialement vers l'intérieur par des bourrelets. Le rôle des flancs est de transmettre des efforts entre le sommet et les bourrelets du pneumatique. Pour cela, lesdits flancs comportent au moins une armature de carcasse qui peut se prolonger dans le sommet du pneumatique et qui est par ailleurs fermement ancrée dans les bourrelets par des moyens appropriés. L'armature de carcasse est composée de renforts liés entre eux par une matière élastomérique et le plus souvent, mais non exclusivement, réalisée sous la forme de nappe. L'expression "fermement ancrée dans les bourrelets" signifie que lesdits bourrelets sont conçus de façon à reprendre en totalité les efforts qui se développent dans l'armature de carcasse sous l'effet de la pression de gonflage et sous l'effet du roulage du pneumatique. Dans le présent document, le terme "assemblage" désigne tout renfort constitué par la réunion de plusieurs éléments de rigidité très supérieure à la rigidité moyenne des mélanges d'élastomères employés dans l'industrie du pneumatique, comme par exemple des fils ou des filaments ou des torons, quel qu'en soit le matériau. Pour améliorer les performances de comportement à haute vitesse d'un pneumatique et réduire autant que faire se peut les amplitudes des vibrations des flancs et aussi pour pouvoir transmettre un couple important de la roue au sol par l'intermédiaire dudit pneumatique, il est souhaitable d'augmenter la rigidité circonférentielle des flancs et dans le même temps d'ajuster au mieux cette rigidité en fonction de la position radiale considérée dans ledit flanc. Il existe plusieurs brevets décrivant la mise en place d'assemblages dans le sens circonférentiel dans les flancs d'un pneumatique. Outre le fait que ces brevets se sont surtout attachés à résoudre des problèmes de fabrication dans le cas de -2 - l'emploi de renforts circonférentiels continus, il n'est pas fait mention dans ceux- ci de l'intérêt de réaliser une variation appropriée de la rigidité circonférentielle en fonction de la position radiale dans les flancs. En particulier, le brevet français 1 304 907 décrit un procédé de fabrication d'un pneumatique, comportant deux flancs renforcés, qui consiste à disposer de part et d'autre dudit pneumatique à construire et perpendiculairement à l'axe du tambour de fabrication une couronne réalisée séparemment en enroulant en spirale un assemblage sur une forme, et ensuite à former les flancs du pneumatique en venant plaquer progressivement l'armature de carcasse sur lesdites couronnes. Un tel procédé, s'il permet effectivement de fabriquer des pneumatiques avec des renforts circonférentiels comme des assemblages, reste très coûteux dans sa mise en oeuvre et d'autre part il ne permet pas de réaliser aisément un ajustement approprié de la rigidité circonférentielle en fonction de la position radiale dans le flanc. Une autre façon de faire est décrite dans le brevet français 2 170 848. Ce brevet décrit, dans le cas d'un procédé de fabrication comportant une étape de conformation, la possibilité de fabriquer des pneumatiques renforcés dans les flancs par des renforts circonférentiels en employant des assemblages dits "assemblages à âme cassante": lesdits assemblages comportent un fil d'âme rectiligne autour duquel est enroulé hélicoidalement l'assemblage proprement dit. Cet assemblage est posé par enroulement sur l'armature de carcasse ellemême disposée sur un tambour de confection avant conformation. Au cours de la conformation, chaque assemblage va devoir adopter un développement d'autant plus important que le taux de conformation est grand, et il le peut grâce au fait que, dans un premier temps, c'est principalement l'âme dudit assemblage qui reprend l'effort jusqu'à sa rupture libérant alors ledit assemblage en extension. Pour rappel, le taux de conformation d'un produit rentrant dans la composition d'un pneumatique est le rapport entre le rayon du cylindre de pose de ce produit en fabrication et la valeur du rayon dudit produit après la conformation. Toutefois dans cet exemple, seuls les éléments de renfort disposés dans les flancs vers les plus grands rayons auront repris une forme quasiallongée, c'est-à-dire avec un pas d'hélicolde quasi-infini. Par conséquent, l'effet de renfort à la traction n'est maximal que sur les assemblages situés le plus à l'extérieur radialement. Il est ici encore impossible par ce moyen d'ajuster la rigidité circonférentielle des renforts flanc en fonction de la position radiale dans ledit flanc. L'objet de la présente invention est de proposer un pneumatique constitué par deux flancs prolongés radialement vers l'extérieur par un sommet comportant une -3- bande de roulement, et radialement vers l'intérieur par des bourrelets, les flancs comportant au moins une armature de carcasse et au moins l'un desdits flancs comportant des renforts orientés circonférentiellement et couplés mécaniquement à ladite armature de carcasse, caractérisé en ce que lesdits renforts de flanc sont composés de groupements comportant un ou plusieurs tronçons d'assemblages, lesdits tronçons étant de longueur inférieure au 1/10e de la circonférence mesurée au point du sommet le plus à l'extérieur radialement, chaque groupement étant couplé, au voisinage de chacune de ses deux extrémités, avec au moins un autre groupement de tronçons. Le terme "tronçon d'assemblage" désigne une longueur définie d'un assemblage donné, bien inférieure au périmètre du cercle sur lequel est situé ledit tronçon dans le pneumatique. Le terme "groupement de tronçons d'assemblages" désigne un l'ensemble formé par la juxtaposition de plusieurs tronçons sensiblement de même longueur, lesdits tronçons étant disposés parallèlement les uns aux autres et juxtaposés sur quasiment toute leur longueur. La longueur d'un groupement est sensiblement égale à la longueur des tronçons le composant. Les tronçons d'un même groupement peuvent être situés dans un même plan ou bien dans des plans différents et sont maintenus ensemble par un matériau élastomérique. A la limite, un groupement peut ne contenir qu'un seul tronçon. Dans un même pneumatique, il est bien sûr possible d'employer des groupements de longueurs différentes. On dit que deux groupements sont couplés dès lors qu'il existe un chevauchement entre eux et qu'il existe une liaison mécanique entre lesdits groupements permettant la transmission d'un effort de traction d'un groupement à l'autre par cisaillement de ladite liaison. Selon un autre aspect de l'invention, il est souhaitable que chaque groupement de tronçons d'assemblage du renfort flanc soit couplé, à chacune de ses deux extrémités, avec des groupements voisins sur une longueur totale de couplage au moins égale à 20% de la longueur dudit groupement. Pour définir la notion de groupements voisins d'un groupement donné, il est nécessaire de définir le diamètre équivalent dudit groupement comme étant le diamètre d'un tore circonscrit audit groupement. On considère qu'un groupement est voisin d'un groupement donné dès lors qu'existe un chevauchement entre lesdits groupements et dès lors que la distance séparant les génératrices les plus proches desdits groupements est au plus égale au diamètre équivalent du groupement donné. Il y a chevauchement entre deux groupements s'ils existe au -4- moins un plan de coupe radial commun aux deux groupements et s'il n'y a pas d'autre groupement intercalé entre eux. La transmission d'un effort d'extension d'un groupement à un autre est possible si cette longueur totale de couplage, à chaque extrémité du groupement considéré, est obtenue en faisant la somme des longueurs individuelles de couplage de ce groupement avec chacun des groupements voisins. Il est possible de définir pour chaque position radiale dans le flanc, une rigidité équivalente en extension d'une bande circonférentielle comprenant les groupements de renforts disposés circonférentiellement à ladite position et les groupements voisins, par exemple, en effectuant par un calcul de structure une extension circonférentielle uniforme et prédéterminée de ladite bande. La rigidité équivalente est alors égale au rapport entre l'effort calculé et l'extension imposée. L'invention réside dans la mise en oeuvre de moyens permettant de renforcer circonférentiellement les flancs d'un pneumatique tout en ajustant au mieux la rigidité équivalente d'extension circonférentielle desdits flancs. Par exemple, une augmentation de la rigidité équivalente est possible en augmentant la longueur des groupements et/ou en augmentant la longueur de couplage de chaque groupement. De cette façon, il est possible de retarder l'apparition de déformations dans les flancs quand la vitesse d'utilisation du pneumatique augmente, sans pour autant altérer l'aptitude des flancs à fléchir sous l'action des charges supportées. L'invention sera parfaitement comprise en se reportant aux dessins annexés qui représentent deux exemples de réalisation. La figure 1 représente une demi-coupe radiale d'un pneumatique selon l'invention, pour véhicule tourisme, de dimension 235/45 ZR 17, La figure 2 est une vue de face, perpendiculaire à la figure 1, représentant des groupements de tronçons d'assemblage du renfort du flanc, La figure 3 représente une demi-coupe radiale d'un pneumatique selon l'invention, pour moto, de dimension 18/67 R 17, La figure 4 est une vue du couplage entre plusieurs groupements de tronçons d'assemblage, utilisés comme renfort flanc. Seule une demi-coupe radiale d'un pneumatique pour véhicule tourisme de dimension 235/45 ZR 17 est représentée schématiquement sur la figure 1 compte- tenu de la symétrie de ladite coupe par rapport à l'axe XX'. -5- Ce pneumatique est formé d'un sommet 7 comportant radialement à l'extérieur une bande de roulement 9, de deux flancs 1 et de deux bourrelets 5 dont la fonction est d'assurer la liaison mécanique avec la roue d'utilisation. Ce pneumatique comprend deux armatures de carcasse 2 et 2', chacune desdites armatures étant renforcée par des assemblages en rayonne de 244*2 tex de masse linéique et orientés radialement; l'armature 2' est, dans le sommet, radialement à l'extérieur de l'armature 2. Lesdites armatures de carcasse 2 et 2' sont retournées autour de tringle 4 de bourrelet pour former deux retournements 3 et 3' dont les extrémités 31 et 31' sont situées respectivement radialement à l'extérieur du point A du flanc situé le plus à l'extérieur axialement et radialement à l'intérieur dudit point A. Le sommet 7 comporte une ceinture de sommet formée par l'empilement de deux nappes 81, 82, chacune de ces nappes étant renforcée par des assemblages métalliques faisant un angle faible par rapport à la direction circonférentielle. Le développement mesuré, sur le pneumatique monté sur sa jante d'utilisation et gonflé à sa pression nominale, au point S sur la bande de roulement 9 le plus à l'extérieur radialement est égal à 2021mm. Le flanc 1 du pneumatique, compris entre l'extrémité 10 de la nappe 82 la plus large axialement et le bourrelet 5, comporte des renforts 6 disposés dans la direction circonférentielle c'est-à-dire faisant un angle de 90 avec la direction des assemblages des armatures de carcasse 2 et 2'; dans le cas présent et comme représenté sur la figure 2, lesdits renforts sont composés de groupements 63 d'au moins quatre tronçons 65 d'assemblage de longueur 80mm et disposés de façon concentrique les uns aux autres. Les assemblages utilisés sont des assemblages de rayonne de 244*2 tex de masse linéique Dans l'exemple décrit, il a été trouvé avantageux que la rigidité équivalente d'extension circonférentielle des flancs suive une loi de variation de la forme K Ra = Co, o K est la rigidité équivalente d'extension circonférentielle au niveau des renforts situés à un rayon R mesuré par rapport à l'axe de rotation du pneumatique, a un nombre réel et Co est une constante choisie en fonction de la dimension du pneumatique. -6- Dans l'exemple décrit, après avoir posé les deux armatures de carcasse sur un tambour de fabrication, on enroule des nappes de mélange d'élastomère, sur les régions desdites armatures correspondant aux flancs du pneumatique, et par dessus lesdites nappes de mélange une nappe de renfort comportant des assemblages orientés circonférentiellement et dans laquelle lesdits assemblages ont été coupés pour former des groupements composés de tronçons de longueur moyenne 80 mm. En procédant ensuite à la conformation desdites armatures de carcasse renforcées dans les régions des flancs, les groupements vont pouvoir glisser les uns par rapport aux autres par cisaillement du mélange de calandrage présent entre lesdits groupements et ainsi il est possible d'obtenir ladite loi de variation de la rigidité équivalente d'extension circonférentielle avec at égal à 1. Dans ce cas, les groupements situés les plus à l'extérieur radialement vont glisser de façon plus importante par rapport à leurs voisins, mais sans toutefois présenter, entre deux groupements voisins, de recouvrement inférieur à 30mm sur le pneumatique fabriqué. Dans le pneumatique décrit, les renforts circonférentiels 6 sont positionnés entre un cercle de rayon Rs et un cercle de rayon Ri dans le bourrelet 5. Le rayon Rs correspond sensiblement à la distance radiale du point A du flanc le plus à l'extérieur axialement alors que le rayon Ri est compris entre le rayon de l'extrémité 31' du retournement 3' de l'armature de carcasse 2' et le rayon Rt de la tringle 4 du bourrelet 5 mesuré au point de ladite tringle le plus à l'intérieur radialement. Les rayons Rs, Ri sont mesurés par rapport à l'axe de rotation du pneumatique; il en est de même pour le rayon R d'un cercle centré sur l'axe de rotation du pneumatique et passant par un point quelconque du flanc. Le couplage mécanique entre les renforts 6 et les armatures de carcasse 2 et 2' est réalisé par un profilé de mélange d'élastomère 64 pour les renforts les plus proches de la tringle 4 et par les mélanges de calandrage pour les renforts les plus proches du point A. Notons en outre que dans le pneumatique décrit et réalisé selon l'invention, l'emploi de ce type de renfort offre l'avantage d'éviter d'avoir à mettre une nappe de renfort supplémentaire dans le bourrelet, habituellement composé d'assemblages inclinés par rapport à la direction circonférentielle, et ayant pour rôle de réduire les mouvements circonférentiels du bourrelet du pneumatique le long du rebord de la jante de montage dudit pneumatique. La demanderesse a d'ailleurs procédé à un essai comparatif entre des pneumatiques réalisés selon l'invention et des pneumatiques comportant, dans les flancs, des assemblages métalliques faisant un angle non nul par rapport à la direction circonférentielle. L'essai consiste à faire rouler un pneumatique sur un -7- volant, ledit pneumatique gonflé étant soumis à une charge fixée, et à augmenter progressivement la vitesse de rotation dudit volant jusqu'à éclatement dudit pneumatique. Il a été constaté que le pneumatique réalisé selon l'invention permettait, à performance identique dans ce test, un allègement du pneumatique de l'ordre de 5 % par rapport au pneumatique habituel. Une autre application de l'invention est illustrée par le pneumatique moto de dimension 18/67 R 17 dont une demi-coupe méridienne est représentée sur la figure 3. La coupe complète est obtenue par symétrie de la demi-coupe représentée par rapport à l'axe XX'. Dans le cas d'un pneumatique pour véhicule deux roues, il a été trouvé particulièrement avantageux du point de vue des performances à vitesse élevées, de renforcer les flancs dudit pneumatique par des groupements de tronçons d'assemblages, lesdits tronçons étant de longueur inférieure au 1/15e de la circonférence mesurée au point du sommet le plus à l'extérieur radialement et en ce que chaque groupement est couplé, au voisinage de chacune de ses deux extrémités, sur au moins 35% de sa longueur avec les groupements voisins. Le pneumatique conforme à l'invention est formé par un sommet 107, deux flancs 101 et deux bourrelets 105. Le sommet 107 comporte une ceinture 108 renforcée par deux nappes 181, 182, surmontée radialement vers l'extérieur par une bande de roulement 109. L'extrémité radialement vers l'extérieur du flanc correspond à l'extrémité 110 de la nappe 181 la plus à l'extérieur radialement et la plus large axialement. Le développement de ce pneumatique mesuré au point S de la bande de roulement le plus à l'extérieur radialement est de 2010mm. Une armature de carcasse 102 composée d'assemblages nylon disposés radialement est ancrée dans le bourrelet 105 par enroulement autour de la tringle 104 et forme ainsi un retournement 103 dont l'extrémité 131 est située radialement à l'intérieur par rapport au point C du profil de l'armature de carcasse 102 le plus à l'extérieur axialement. Une nappe de renfort 106, composée de groupements de quatre tronçons d'assemblage de rayonne de 368 tex de masse linéique orientés circonférentiellement, est couplée à l'armature de carcasse entre un point 162, radialement vers l'intérieur de l'extrémité 131 du retournement 103, et un point 161 radialement vers l'intérieur de l'extrémité 110 de la nappe de ceinture la plus large axialement. Les groupements ont une longueur d'environ 75mm et sont disposés, dans le pneumatique, de façon à avoir à chacune de leurs extrémités des longueurs de couplage au moins égales à 30mm. Le couplage mécanique entre l'armature de carcasse 102 et la nappe de renfort 106 est réalisé par les mélanges de calandrage respectifs de ladite armature 102 et de ladite nappe 106. -8 - La figure 4 représente, de manière schématique, un exemple de couplage pouvant exister entre un groupement de tronçons d'assemblage G1 et ses groupements voisins G2, G3, G4. Dans la configuration représentée et choisie à titre d'exemple uniquement, les groupements G1, G2, G3 sont situés sur une même couronne cylindrique alors que le groupement G4 n'est pas situé sur ladite couronne mais est situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et contenant aussi le groupement G1. Le groupement G1 est couplé à son extrémité H avec les trois groupements G2, G3, G4: cela signifie qu'il existe un chevauchement entre chacun des trois groupements G2, G3, G4 et le groupement G1 sur des longueurs respectivement L2, L3, L4 et que la liaison mécanique entre ces groupements se fait par l'intermédiaire de mélange d'élastomère. D'autre part, pour assurer une reprise efficace des efforts de tension dans le groupement G1 par les groupements G2, G3, G4 il est souhaitable que la somme des longueurs L2, L3, L4 soit au moins égale à 20% de la longueur du groupement G1. Ainsi, il est possible d'éviter l'apparition de contraintes locales de cisaillement trop élevées et donc pénalisantes vis-à-vis de l'endurance du pneumatique. Les exemples décrits dans présent document ne doivent en aucune façon être considérés comme limitant l'application de l'invention à des fabrications de pneumatiques sur des moyens de fabrication comportant une étape de conformation. Le pneumatique selon l'invention peut être réalisé entièrement par des opérations de bobinage de groupements de tronçons d'assemblage sur un support imposant la forme intérieure du pneumatique et donc sans conformation. 9 - REVENDICATIONS 1 - Pneumatique constitué par deux flancs prolongés radialement vers l'extérieur par un sommet comportant une bande de roulement, et radialement vers l'intérieur par des bourrelets, chaque flanc comportant au moins une armature de carcasse et au moins l'un desdits flancs comportant des renforts orientés circonférentiellement et couplés mécaniquement à ladite armature de carcasse, caractérisé en ce que lesdits renforts de flanc sont composés de groupements comportant un ou plusieurs tronçons d'assemblages, lesdits tronçons étant de longueur inférieure au 1/10e de la circonférence mesurée au point du sommet le plus à l'extérieur radialement, chaque groupement étant couplé, au voisinage de chacune de ses deux extrémités, avec au moins un autre groupement de tronçons. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque groupement de tronçons du renfort flanc est couplé, à chacune de ses deux extrémités, avec des groupements voisins, sur une longueur totale de couplage au moins égale à 20% de la longueur dudit groupement. 3 - Pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur totale de couplage, à chaque extrémité d'un groupement de tronçons du renfort flanc, est obtenue en faisant la somme des longueurs individuelles de couplage de ce groupement avec chacun des groupements voisins. 4 - Pneumatique pour véhicule deux roues selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les renforts de flanc sont composés de groupements de tronçons d'assemblages, lesdits tronçons étant de longueur inférieure au 1/15e de la circonférence mesurée au point du sommet le plus à l'extérieur radialement et en ce que chaque groupement est couplé, au voisinage de chacune de ses deux extrémités, sur au moins 35 % de sa longueur avec les groupements voisins. - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'armature de carcasse est disposée radialement. 6 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la rigidité moyenne d'extension circonférentielle des flancs suit une loi de variation de la forme: K Ra = C0, - 10 - o K est la rigidité équivalente d'extension circonférentielle au niveau des renforts situés à un rayon R mesuré par rapport à l'axe de rotation du pneumatique, a un nombre réel et Co est une constante choisie en fonction de la dimension du pneumatique. 7 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les renforts de flanc sont disposés à partir d'un point radialement vers l'intérieur de l'épaule du pneumatique et jusque dans le bourrelet dudit pneumatique.