Brevet FR2756221A1 — publié le 19980529

La présente invention concerne un ensemble roulant pour véhicules, ensemble destiné à pouvoir rouler après une perte de pression conséquente et inattendue du pneumatique de l'ensemble, ledit pneumatique étant plus particulièrement soit un pneumatique sans chambre de type Poids-Lourd, soit un pneumatique pour véhicule de tourisme, le rapport de forme H/B étant au plus égal à 0,8 dans les deux cas. Ledit ensemble, outre le pneumatique et la jante de montage, comprend un moyen de support de la bande de roulement du pneumatique lorsqu'il y a perte de pression. L'invention concerne aussi ledit moyen de support. Bien que les pneumatiques à armature de carcasse radiale et armature de sommet soient de moins en moins sujets à un dégonflement lent ou rapide, et à une mise à plat, quelle que soit la(les) cause(s) de ladite mise à plat, il n'en reste pas moins vrai que les accidents existent encore et qu'une perte de pression peut entraîner de nombreux inconvénients, selon la position du pneumatique sur le véhicule et selon la rapidité du dégonflement. Les inconvénients les plus répandus restent la perte de contrôle du véhicule, le remplacement du pneumatique dans des conditions qui ne sont pas toujours les plus appropriées, et pratiquement dans tous les cas une dégradation des propriétés du pneumatique, dégradation partielle ou totale. De nombreuses propositions ont été faites pour obtenir un ensemble roulant pouvant rouler malgré la perte de pression du pneumatique de l'ensemble, et il serait fastidieux d'énumérer tous les demandes de brevets et/ou brevets relatifs au problème posé. Nous ne citerons que les moyens usuels et universellement connus pour résoudre ledit problème. Ainsi un anneau de soutien de bande de roulement, qui peut être en une seule partie ou en plusieurs parties, soit constitué d'un seul matériau, en général métallique, soit constitué de deux matériaux, métal et caoutchouc, pouvant être de différentes formes géométriques, est inséré dans la cavité pneumatique, de manière à ce que la paroi intérieure du sommet du pneumatique puisse prendre contact avec la paroi radialement supérieure de l'anneau de soutien. Un tel exemple d'anneau de soutien est décrit dans la demande française FR 2 707 923. Il est aussi possible d'utiliser des anneaux en mousse ou matériau cellulaire, qui occupe dans les conditions normales de pression du pneumatique un certain volume de la cavité pneumatique, et qui se dilate, lorsque la pression interne décroît, jusqu'à occuper le volume total de ladite cavité. Une autre solution consiste à insérer dans la cavité intérieure du pneumatique un deuxième pneumatique dit intérieur, et ayant une structure comparable à celle du premier pneumatique. Le pneumatique intérieur, de plus petites dimensions, est alors gonflé à une pression supérieure à la pression existante dans la cavité intérieure du premier pneumatique, ou du moins dans l'espace libre entre la paroi intérieure du pneumatique extérieur et la paroi extérieure du pneumatique intérieur, de manière à ce que le pneumatique extérieur vienne s'appuyer sur le pneumatique intérieur en cas de dé gonflement du pneumatique extérieur. Le brevet JP 77/049604 décrit un tel pneumatique intérieur. Quelle que soit la solution adoptée, elle présente des inconvénients : un anneau de soutien de bande de roulement métallique ou en deux matériaux est coûteux, lourd, et difficile à manipuler malgré sa faible hauteur, comparée à celle du pneumatique dans lequel il est inséré. Il ne permet pas au pneumatique de l'ensemble de rouler, après dégonflement, sous une flèche compatible avec une bonne résistance à la dégradation interne du pneumatique. Il en est de même des pneumatiques intérieurs, quoique moins lourds, mais tout aussi difficilement maniables du fait de leur unité. Quant aux anneaux de mousse ou matériau cellulaire, ils ne peuvent être utilisés pour toutes les dimensions de pneumatique, car pénalisant trop fortement le prix de revient de l'ensemble roulant, tout en ne présentant aucun avantage particulier du point de vue montage et manipulation par rapport à l'utilisation d'un pneumatique intérieur. Bien au contraire, I'accroissement de l'échauffement intérieur du pneumatique dû à la présence d'un "boudin mousse" interdit pratiquement son emploi dans un pneumatique de grandes dimensions. Afin de pouvoir utiliser un ensemble roulant, formé d'un pneumatique extérieur monté sur sa jante de service, et d'un moyen de soutien de la bande de roulement dudit pneumatique, lorsque ce dernier est sujet à un dégonflement, ledit moyen permettant d'atténuer voire de supprimer les inconvénients induits par les dispositifs connus cités ci-dessus, I'invention propose l'utilisation, en tant que moyen de support ou de soutien de bande de roulement, d'une membrane torique en caoutchouc renforcé, gonflée à une pression po supérieure à la pression pl de la cavité du pneumatique, et ayant, à l'état gonflé, un rayon de sommet KM inférieur au rayon écrasé RE du pneumatique utilisé à sa pression recommandée, ladite membrane étant au moins en son sommet renforcée par une armature de sommet formée d'au moins une nappe de fils ou câbles parallèles entre eux dans chaque nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle ce tel que 50 La force de rupture par cm de nappe, mesurée perpendiculairement aux fils ou câbles circonférentiels de la nappe sera préférentiellement le produit du rayon de sommet de ladite nappe par une fonction linéaire de la pression de gonflage p 1 du pneumatique, dont le coefficient angulaire est compris entre 0,05 et 0,5 et l'ordonnée à l'origine est précisément la pression correspondante à la force centrifuge maximale. Par exemple, pour la gamme de pneumatiques dits "Poids-Lourds", cette pression est choisie égale à 0,3.105 Pa, alors que pour la gamme de pneumatiques de véhicules de tourisme cette pression sera de 1,2. 105 Pa. La membrane torique peut être fermée ou ouverte. Elle est dite fermée lorsque sa section transversale présente un contour continu, c'est à dire ressemblant à une section de chambre à air gonflée ; elle est dite ouverte si le contour de sa section transversale est discontinu, par exemple lorsque les flancs de ladite membrane ont des extrémités jointes par un moyen approprié aux bourrelets du pneumatique dans lequel est insérée ladite membrane. La pression intérieure po de ladite membrane, mesurée à froid, c'est-à-dire à 20O C, est supérieure à la pression pl de la cavité interne du pneumatique d'une quantité comprise entre 0,5.105 Pa et 5,0.105 Pa, selon les dimensions de pneumatique concernées. Etant donné que le rayon sommet KM de la membrane torique est préférentiellement compris entre 0,80 et 0,95 fois le rayon écrasé RE du pneumatique, principalement pour des raisons d'échauffement dudit pneumatique, une différence de pression trop forte risque d'altérer un certain nombre de propriétés du pneumatique luimême, par exemple ltendurance de l'armature de carcasse dudit pneumatique, tout en exigeant une armature de frettage trop importante. L'armature de sommet est préférentiellement formée de deux nappes de fils ou câbles parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 50" et 75 . Les câbles ou fils sont avantageusement textiles pour des raisons de légèreté, de souplesse et de bonne tenue à la corrosion, et préférentiellement en polyamide aromatique. Les extrémités axiales des deux nappes sont préférentiellement situées sur les flancs de la membrane, de sorte que, si l'on appelle S la largeur axiale maximale de l'armature de carcasse du pneumatique, la largeur des nappes est préférentiellement comprise entre S et 1,30 S. La membrane torique, conforme à l'invention, peut éventuellement comporter des flancs renforcés chacun par au moins une nappe de fils ou câbles radiaux. Elle peut aussi comprendre, radialement au dessus de l'ensemble armature de sommet-armature de frettage, une bande de support caoutchouteuse, ladite bande pouvant être munie d'éléments en relief de hauteur au moins égale à 14 mm et délimités par des évidements circonférentiels et/ou transversaux débouchant sur les bords latéraux de ladite bande. Les évidements ci-dessus, qui peuvent être des rainures, ont pour rôle de permettre l'écoulement du gaz de gonflage intérieur lorsque le pneumatique prend effectivement appui sur la membrane torique et de réduire la sensibilité aux perforations de la membrane lors du roulage en mode dégradé. Il est avantageux que les éléments en relief de la bande de support soient sensiblement tronconiques et forment des rangées circonférentielles de blocs ou plots. Cette forme préférentielle des blocs de la bande permet un volume d'évidements plus important, un écoulement du gaz de gonflage et une répartition des températures dudit gaz plus homogènes. Ecoulement et répartition sont d'autant plus homogènes que les flancs peuvent être pourvues avantageusement de rainures radiales débouchant sur la jante métallique de montage du pneumatique. La présence d'évidements ou de rangées circonférentiels permet un autre avantage. En effet, si l'armature de frettage peut être incorporée à la membrane torique et faire partie intégrante de ladite membrane, c'est-à-dire, par exemple disposée sur et/ou sous l'armature de sommet, elle est préférentiellement située sur la face radialement extérieure de la bande de support et se présente sous forme de plusieurs bandelettes de plusieurs câbles circonférentiels textiles de largeurs sensiblement égales aux largeurs des évidements ou rainures entre rangées d'éléments en relief de la bande de support et disposées dans lesdits évidements ou rainures, de manière indépendante de la bande de support. Cette structure de frettage permet, lorsque la cavité intérieure du pneumatique est dépourvue de gaz de gonflage et par rupture des câbles circonférentiels des bandelettes due au différentiel de pression nettement accru, une expansion plus rapide et plus complète de la membrane torique. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux comprises à l'aide de la description qui suit et qui se réfère au dessin illustrant à titre non limitatif des exemples d'exécution, dessin sur lequel - les figures 1A et 1B représentent schématiquement, dans un plan radial perpendiculaire au sol, les sections méridiennes diamétralement opposées d'un ensemble, conforme à l'invention, lorsque le pneumatique est écrasé sous charge et roulant sous des conditions normales, - les figures 2A et 2B représentent schématiquement, de la même manière que sur la figure 1, les sections méridiennes de l'ensemble soumis au roulage en mode dégradé, - la figure 3 représente schématiquement, vu en section méridienne, un ensemble roulant, conforme à l'invention, selon une première variante préférentielle, - la figure 4 représente schématiquement, vu en section méridienne, un ensemble selon une deuxième variante préférentielle. Sur la figure 1A, l'ensemble E est composé du pneumatique P, de dimension 495/45-R-22.5 dans l'exemple décrit, de la jante de montage J, et de la membrane torique M conforme à l'invention. Le pneumatique P est un pneumatique universellement connu, avec des flancs (20) réunis radialement à l'extérieur à une bande de roulement (21) et prolongés radialement à l'intérieur à deux bourrelets(22), chaque bourrelet (22) étant renforcé par au moins une tringle (23) autour de laquelle vient s'ancrer une armature de carcasse radiale (24) pour former des retournements (25). Ladite armature de carcasse (24) est surmontée radialement dans le sommet par une armature de sommet (26), composée d'au moins deux nappes de fils ou câbles métalliques parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle un angle pouvant être compris entre 5a et 45 . Le pneumatique P est dit sans chambre, et comprend intérieurement une couche de mélange de caoutchouc imperméable aux gaz de gonflage. La jante J, dite 17.00 x 22.5 et sur laquelle est monté le pneumatique P est une jante de type connu. Quant à la membrane torique M, conforme à l'invention, elle est, dans l'exemple décrit, fermée et renforcée en son sommet (1). D'épaisseur constante sur sa partie radialement intérieure (10) et sur ses flancs (11), elle est plus épaisse au sommet (l) et est renforcée d'une part par un armature de sommet (12) composée de deux nappes (120) de câbles en polyester, parallèles entre eux dans chaque nappe avec un pas correspondant à 102 câbles par dm, et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la ligne équatoriale XX' de l'ensemble un angle égal à 60 . La largeur des nappes est plus grande que la largeur axiale maximale du pneumatique de 6% environ. Cette armature de sommet (12), facilement expansible, est associée à une armature de frettage (13), radialement à l'extérieur dans l'exemple décrit et composée d'une seule nappe (130) de câbles orientés circonférentiellement, lesdits câbles étant en polyamide aromatique et formés de trois fils de 330 TEX, et posés avec une densité de 10 câbles par dm. Ladite nappe de câbles présente une courbe force de traction par cm de nappe (perpendiculairement à la direction des câbles) en fonction de l'allongement relatif F cm = f(E) ayant une pente relativement élevée pour une force comprise entre 0 et la force de rupture de 145.daN par câble. La nappe (13) de câbles circonférentiels ainsi définis assure la fonction de frettage de la membrane M, frettage d'une part contre les efforts dus à la force centrifuge et d'autre part contre les efforts dus au différentiel de pression po - pl, po étant la pression de gonflage de la membrane torique M, égale à 9,5.10 5 Pa, et pl étant la pression du pneumatique P égale à 9,0.10 5 Pa. Ladite fonction de frettage permet à la membrane M de conserver, dans les conditions normales de roulage de l'ensemble, c'est-à-dire dans les conditions de charge, de pression et de vitesse recommandées pour le pneumatique concerné, un rayon KM pratiquement constant et inférieur au rayon KE écrasé du pneumatique P (figure lB représentant la partie écrasée de l'ensemble dans les conditions normales de roulage). La membrane M est complétée par le recouvrement de l'armature de frettage (13) par une couche de mélange de caoutchouc (14) d'épaisseur faible et égale à 0,6 mm. Il est alors avantageux, pour éviter les perforations de la membrane torique, de disposer à l'intérieur de cette dernière une couche de produit semi-pâteux et auto-obturant. Lorsque le pneumatique P perd de la pression interne, de manière lente ou subite et quelle que soit la raison de ladite perte de pression (pl décroît), le différentiel de pression po - pl devient tel que les câbles de la nappe (130) rompent et permettent ainsi l'expansion de la membrane torique M jusqu'à occupation complète de la cavité du pneumatique P (figures 2A et 2B). L'augmentation de volume entraînant une diminution de la pression intérieure po initiale de la membrane M, l'ensemble roulant opère sous une pression p2 inférieure, conduisant à un rayon écrasé R'E en roulage en mode dégradé (figure 2B) inférieur au rayon écrasé RE en roulage normal figure lB). Le rayon R'E permet cependant un roulage à vitesse modérée jusqu'à la prochaine aire d'entretien sans dégradation majeure du pneumatique P et sans intervention humaine, aire d'entretien où il est alors possible d'apporter le supplément de pression nécessaire pour obtenir un rayon très voisin du rayon RE et permettre un roulage sous des conditions pratiquement normales, la vitesse du véhicule devant cependant être réduite légèrement du fait des échauffements de l'ensemble sensiblement supérieurs. Il va de soi qu'un tel système de sauvegarde est indissociable d'une information reportée au tableau de bord du véhicule, signalant à son conducteur le pneumatique en défaut. La variante de membrane torique M, représentée sur la figure 3, diffère de la membrane montrée sur les figures 1 et 2, par les points suivants a) la couche (14) de mélange de caoutchouc recouvrant les armatures de sommet et de frettage est nettement plus épaisse, épaisseur égale à 21 mm. Elle est en outre sculptée, munie de rainures circonférentielles (142) d'une part et transversales (141) d'autre part, lesdites rainures délimitant entre elles des blocs (140) de caoutchouc. Ces rainures ont une profondeur h égale à 20 mm, et une largeur comprise entre 10 mm et 14 mm; b) les flancs (11) de la membrane sont eux aussi épaissis et rainurés par des évidements radiaux (110), lesdits évidements occupant une surface sensiblement comprise entre 40% et 60% de la surface totale des flancs (11), et débouchant sur la jante métallique J de l'ensemble E, ce qui permet un meilleur acheminement des calories produites vers la jante J et une meilleure déperdition desdites calories. La membrane torique fermée M, montrée sur la figure 4, insérée dans le même pneumatique P que précédemment, comprend aussi un sommet (1) renforcé par deux nappes (120) de câbles croisés, une couche ou bande de recouvrement (14), et des flancs (11). Elle présente les particularités suivantes 1) la bande de roulement (14) est munie d'éléments en relief tronconiques (140) séparés entre eux par des évidements (141). Ces "plots" tronconiques, comme pourraient l'être des éléments en relief circonférentiels et continus, sont munis latéralement de saillies ou ergots (143) de petites dimensions, et forment sur la surface de la bande (14) des rangées circonférentielles, de sorte que 2) entre deux rangées de plots (140) axialement adjacentes, est disposée une bandelette de frettage (131) de câbles circonférentiels, possédant la propriété d'avoir une force de rupture par cm au plus égale à 600 daN. Le nombre de bandelettes (131), égal au nombre d'intervalles axiaux entre rangées de plots (140) remplace fonctionnellement la nappe (130) montrée sur la figure 3. Lesdites bandelettes (131), étant à l'extérieur de la membrane M proprement dite, évitent, comme dans le cas des câbles guipés, la présence de multiples ruptures, avec l'avantage fondamental que ces bandelettes (131), non seulement permettent un kilométrage plus important en mode dégradé mais aussi l'utilisation ultérieure de la membrane M après remplacement desdites bandelettes (131). Les ergots (143) permettent de maintenir lesdites bandelettes (131) en place dans les intervalles entre rangées de plots, d'une part lors de l'opération de mise en place de la membrane dans le pneumatique, et d'autre part lors de la rupture des câbles circonférentiels des bandelettes, 3) la membrane M étant dans cet exemple appelée à servir plusieurs fois, chaque flanc (11) de ladite membrane est renforcée par une nappe (111) de câbles radiaux, l'extrémité radialement supérieure de ladite nappe étant radialement à l'extérieur de l'extrémité de l'armature (12) de sommet de ladite membrane. Les moyens de soutien de bande de roulement après dégonflement du pneumatique peuvent utiliser différentes possibilités permettant de maîtriser les opérations de gonflage et dégonflage du pneumatique d'une part, de la membrane d'autre part. On peut utiliser deux valves, l'une permettant le gonflage de la membrane M, l'autre étant raccordé à un tube flexible cheminant dans la cavité de la membrane M, et débouchant dans la cavité pneumatique. Cette deuxième valve peut aussi débiter l'air de gonflage dans l'un des évidements radiaux (110) prévus sur les flancs (11) de la membrane M. REVENDICATIONS. 1 - Membrane torique M en caoutchouc renforcé, utilisée comme moyen de support de la bande de roulement d'un pneumatique P sans chambre à air, et constituant avec ledit pneumatique P et sa jante de montage J un ensemble roulant E permettant de pouvoir rouler lorsque ledit pneumatique P est sujet à une perte de pression interne, caractérisée en ce que, gonflée à une pression po supérieure à la pression p 1 de la cavité du pneumatique P, elle a, à l'état gonflé, un rayon de sommet KM inférieur au rayon écrasé RE du pneumatique utilisé à sa pression recommandée, ladite membrane M étant au moins en son sommet (1) renforcée par une armature de sommet (12) formée d'au moins une nappe (120) de fils ou câbles parallèles entre eux dans chaque nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle a tel que 50 2 - Membrane torique M selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe (130) de fils ou câbles orientés circonférentiellement présente une force de rupture par cm de nappe, égale au produit du rayon de sommet de ladite nappe par une fonction linéaire de la pression de gonflage p 1 du pneumatique, dont le coefficient angulaire étant compris entre 0,05 et 0,5 et l'ordonnée à l'origine est la valeur de la pression correspondante à la force centrifuge maximale. 3 - Membrane torique m selon la revendication 2. caractérisée en ce que l'ordonnée à l'origine de la fonction linéaire est égale à 0,3. I 105 Pa pour la gamme de pneumatiques dits "Poids-Lourds". 4 - Membrane torique M selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est fermée, sa section transversale présentant un contour continu. 5 - Membrane torique M selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'armature de sommet (12) est formée de deux nappes (120) de fils ou câbles textiles, en polyamide aromatique, parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 50 et 75". 6 - Membrane torique M selon la revendication 5, caractérisée en ce que les extrémités axiales des deux nappes (120) sont préférentiellement situées sur les flancs (11) de la membrane M, de sorte que, si l'on appelle S la largeur axiale maximale du pneumatique, les largeurs des nappes (120) sont préférentiellement comprises entre S et 1,30 S. 7 - Membrane torique M selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, radialement au dessus de l'ensemble armature de sommet-armature de frettage, une bande de support caoutchouteuse (14), ladite bande pouvant être munie d'éléments en relief(140) de hauteur au moins égale à 14 mm et délimités par des évidements circonférentiels (141) et/ou transversaux (142) débouchant sur les bords latéraux de ladite bande. 8 - Membrane torique M selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments en relief(140) de la bande de support (14) sont sensiblement tronconiques et forment des rangées circonférentielles (141) de blocs ou plots. 9 - Membrane torique M selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que les éléments en relief(l40) de la bande de support (14) sont munis latéralement de saillies ou ergots (143). 10 - Membrane torique M selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'armature de frettage (13) est intégrée au sommet (1) de la membrane M. 1 1 - Membrane torique M selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que l'armature de frettage (13) est préférentiellement située sur la face radialement extérieure de la bande de support (14) et se présente sous forme de plusieurs bandelettes (130) de plusieurs câbles circonférentiels textiles, de largeurs sensiblement égales aux largeurs des évidements ou rainures (141) entre rangées d'éléments en relief (140) de la bande de support (14) et disposées dans lesdits évidements ou rainures (141), de manière indépendante de la bande de support (14). 12 - Membrane torique M selon la revendication 1, caractérisée en ce que les flancs (11) sont renforcés par au moins une nappe (111) de fils ou câbles radiaux. 13 - Membrane torique M selon la revendication 1, caractérisée en ce que les flancs (11) sont pourVues de rainures radiales (110) débouchant sur la jante métallique J de montage du pneumatique, et permettant l'écoulement de gaz. 14 - Ensemble roulant E pour véhicules, destiné à pouvoir rouler après une perte de pression conséquente et inattendue du pneumatique P de l'ensemble, ledit pneumatique étant plus particulièrement un pneumatique sans chambre de type Poids Lourd dont le rapport de forme H/B est au plus égal à 0,8, et comportant outre le pneumatique P, la jante de montage J, et une membrane torique M selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la pression intérieure po de la membrane M, mesurée à froid, c'est-à-dire à 20C C, est supérieure à la pression p t de la cavité interne du pneumatique d'une quantité comprise entre 0,5.105 Pa et 5,0.105 Pa.