Brevet FR2774333A1 — publié le 19990806

La présente invention concerne un pneumatique à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue, tels que, par exemple les camions. tracteurs, remorques ou bus routiers. L'armature de carcasse est ancrée de part et d'autre à au moins une tringle de bourrelet et est surmontée radialement par une armature de sommet constituée d'au moins deux nappes dites de travail, superposées et formées de fils ou câbles parallèles dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle du pneumatique des angles au plus égaux à 450 en valeur absolue. Elle comprend aussi généralement une nappe de fils ou câbles métalliques à faible extensibilité faisant avec la direction circonferentielle un angle compris entre 450 et 900, cette nappe, dite de triangulation, étant radialement située entre l'armature de carcasse et la première nappe de sommet dite de travail. La nappe de triangulation forme avec les deux nappes de travail une armature triangulée, qui présente sous les différentes contraintes qu'elle subit, peu de déformations, la nappe de triangulation ayant pour rôle essentiel de reprendre les eftorts de compression transversale dont est l'objet l'ensemble des renforcements dans la zone du sommet du pneumatique. Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à grande vitesse et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous lesquelles un tel pneumatique est appelé à rouler, permet sans aucun doute un accroissement du nombre de kilomètres parcourus, I'usure du pneumatique étant moindre; par contre l'endurance dc ce dernier et en particulier de l'armature dc sommet est tortement pénalisée. Les contraintes existantes au niveau de l'armature de sommet et plus particulièrement les contraintes de cisaillement entre les deux nappes de sommet de travail, alliées à une élévation non négligeable de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la nappe de travail la plus courte, ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures de la gomme au niveau desdites extrémités, et ceci malgré la présence à la jonction des bords de nappes de sommet de travail d'une couche de caoutchouc épaissie. Le même problème existe dans le cas de bords de deux nappes à éléments de renforcement, croisés d'une nappe à l'autre nappe. ladite autre nappe n'étant pas obligatoirement radialement adjacente à la première. Afin de remédier aux inconvénients ci-dessus et d'améliorer l'endurance de l'armature de sommet du type de pneumatique étudié. un certain nombre de brevets antérieurs revendique des solutions relatives à la structure et qualité des couchcs et/ou profilés de mélanges caoutchouteux qui sont disposés entre et/ou autour des extrémités de nappes de travail et plus particulièrement des extrémités de la nappe de travail la plus courte. Le brevet FR 1 389 428, pour améliorer la résistance à la dégradation des mélanges de caoutchouc situés au voisinage des bords d'armature de sommet, préconise l'utilisation, en combinaison avec une bande de roulement de faible hystérésis, d'un profilé de caoutchouc couvrant au moins les côtés et les bords marginaux de l'armature de sommet et constitué d'un mélange caoutchouteux à faible hystérésis. Le brevet FR 2 222 232, pour éviter les séparations entre nappes d'armature de sommet, enseigne d'enrober les extrémités de l'armature dans un matelas de caoutchouc, dont la dureté Shore A est différente de celle de la bande de roulement surmontant ladite armature, et plus grande que la dureté Shore A du profilé de mélange caoutchouteux disposé entre les bords de nappes d'armature de sommet et armature de carcasse. Le brevet US 5 154 217 utilise une unité de mesure différente et revendique de disposer entre les extrémités de deux nappes, dans le prolongement de la nappe comprise entre lesdites deux nappes un coussin de mélange caoutchouteux dont le module d'élasticité à 100 % d'allongement est supérieur au module du même nom de la bande de roulement. Pour assurer la jonction des deux bords respectifs de deux nappes d'armature de sommet, le brevet FR 2 298 448 I'utilisation de gommes dites de cisaillement, entre les dits bords, de dureté Shore A et de module d'élasticité à 100 % élevés, utilisation combinée à l'emploi de bandes de caoutchouc anisotrope disposées entre les bords de l'armature de sommet et l'armature de carcasse. II cn est de meme dans le cas de la jonction des nappes d'armature de sommet décrites dans le brevet FR 2 499 912, la partie latérale de la couche de caoutchouc disposée entre les deus nappes principales de l'armature de sommet étant constituée d'un mélange caoutchouteux de dureté Shore élevée. D'autres solutions ont été envisagées pour améliorer la résistance à la séparation des nappes d'armature de sommet, solutions consistant à enrober au moins l'extrémité de la nappe axialement la moins large dans au moins une couche de mélange caoutchouteux renforcée ou non par des éléments de renforcement. Dans le cas d'unc seule couche, cette dernière est avantageusement retournée sur l'extrémité de la nappe ,comme, par exemple, décrit et montré sur le document FR 1 226 595, où la couche est renforcée par des fils métalliques très fins, ou sur Ic documcnt JP 266 703, la couche de protection étant uniquement constituée de caoutchouc à fort module d'élasticité, ou encore sur le brevet Fur 9 671 516. Il a été constaté que les différentes structures énumérées ci-dessus ne procuraient pas une solution totalement satisfaisante dans des conditions de roulage fortement pénalisantes pour le pneumatique. Conformément à l'invention, le pneumatique à armature de carcasse radiale, ancrée dans chaque bourrelet à au moins une tringle, et surmontée d'une armature de sommet comprenant au moins deux nappes d'éléments de renforcement, parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante, les dites deux nappes ayant de largeurs asialies inégales, est caractérisé en ce que chaque bord de la nappe axialement la moins large d'au moins un couple de nappes croisées est séparé de la nappe xialement la plus large du meme couple par un profilé P de mélange caoutchouteux, dont l'extrémité axialement extérieure est située à une distance du plan équatorial du pneumatique au moins égale à la distance séparant dudit plan l'extrémité de la nappe la plus large, ledit profilé P étant lui-meme séparé du calandrage C de la nappe la moins large par une gomme de bordure G, dont l'extrémité axialement extérieure est située à une distance dudit plan au moins égale à la demi-largeur de la nappe la moins large, ledit profilé P, ladite gomme de bordure G et ledit calandrage C ayant respectivement des modules d'élasticité sous tension à 10 % d'allongement MP, MG, MC de sorte que MC > MG > MP. La gomme dc bordure G aura son extrémité axialement intérieure située préférentiellement à une distance du plan équatorial au plus égale à la distance séparant dudit plan l'extrémité axialement intérieure dudit profilé P. Ladite gomme dc bordure G peut être retournée sur le bord de la nappe de sommet la moins large des deux nappes croisées considérées, de manière à enrober totalement les extrémités des éléments de renforcement formant ladite nappe d'armature de sommet la moins large. L'épaisseur du profilé P, mesurée à l'extrémité de la nappe la moins large des deux nappes considérées sera préférentiellement comprise entre 30 % et 80 % de l'épaisseur globale de mélange caoutchouteux entre génératrices de câbles respectivement des deux nappes : une épaisseur inférieure à 30 % ne permettant pas d'obtenir des résultats probants et une épaisseur supérieure à 80 % étant inutile vis à vis de l'amélioration à la résistance à la séparation entre nappes et désavantageux du point de vue coût. L'épaisseur de la gomme G de bordure est au moins égale à 15 % de ladite épaisseur globale, de manière à pouvoir être utilisée industriellement de manière aisée une épaisseur trop faible provoquant de nombreuses mises au rebut, en particulier lorsque ladite gomme de bordure est retournée sur l'extrémité de la nappe. Les caractéristiques 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, et sur lequel - la figure 1 représente schématiquement un sommet de pneumatique conforme à l'invention, et - la figure 2 est une vue agrandie des bords des nappes de l'armature de sommet selon une deuxième variante de l'invention. Le pneumatique, conforme à l'invention et dc dimension 385/65 R 22.5 a un rapport de forme H/S sensiblement égal à 0,65, H étant la hauteur du pneumatique sur jante et S la largeur axiale maximale dudit pneumatique monté sur sa jante de service 11.75 x 22.5 et gonflé à une pression recommandée de 9 bars. Ledit pneumatique comprend principalement une armature de carcasse formée, dans le cas décrit, d'une seule nappe (1) de câbles métalliques en acier, susceptibles de résister à une force de tension très nettement supérieure à la force de tension générée par la pression de gonflage du pneumatique. Cette nappe de carcasse (1), isolée du gaz de gonflage par les couches de caoutchouc intérieures, comme connu en soi, est ancrée dans chaque bourrelet à au moins une tringle (non montrée) et surmontée radialement à l'extérieur par une armature de sommet (3). Ladite armature de sommet (3) est constituée, en allant radialement de l'intérieur à l'extérieur, d'une nappe(31) dite de triangulation et formée de câbles métalliques en acier inextensibles faisant avec la direction circonférentielle du pneumatique un angle pouvant être compris 500 et 900, dans le cas étudié égal à 500 et dit orienté à droite. Ladite nappe (31) a une largeur asialie Ljl de 270 mm. La nappe(31) est radialemcnt surmontée par la première nappe de travail (32), formée de câbles métalliques en acier inextensibles, lui permettant d'avoir une rigidité à l'extension par unité de largeur, perpendiculairement à la direction des câbles, au moins égale à la rigidité de meme nom de la nappe (31), les dits câbles faisant avec la direction circonférentielle un angle de 18 , dit orienté à droite, c'est-à-dire la même orientation que les câbles de la nappe (31). La nappe (32) a une largeur Ljr, égale à 280 mm et telle que ses extrémités soient plus éloignées du plan équatorial que les extrémités de la nappe (31). La première nappe sommet de travail (32) est ellc-même surmontée radialement à l'extérieur d'une deuxième nappe dc travail (33), formée des mêmes câbles métalliques en acier que cieux de la nappe de travail (32) et ayant en conséquence la même rigidité d'extension par unité dc largeur, lesdits câbles faisant avec la direction circonférentielle un angle de 18 , dit orienté à gauche, les câbles de cette deuxième nappe de travail étant croisés avec les câbles de la première nappe de travail. La largeur L33 de la deuxième nappe de travail radialement extérieure (33), est égale à 260 mm, est inférieure à la largeur Lj, de 20 mm, d'où une distance axiale de 10 mm séparant chaque extrémité de la première nappe (32) de chaque extrémité de la deuxième nappe (33). Les deux nappes de travail (32) et (33) ont respectivement des calandrages Cl et C2 constitués du même mélange caoutchouteux. La nappe dite de protection (34) complète l'armature de sommet. Composée de câbles métalliques dits élastiques, c'est-à-dire présentant sous une force égale à 10 % de la charge de rupture un allongement relatif au moins égal à 2 %, (alors qu'un allongement inférieur à 2 % est la caractéristique d'un câble inextensible) et faisant avec la direction circonférentielle un angle de 1 8O, égal à l'angle que font les câbles de la deuxième nappe de travail (33), et orienté dans la même direction que la direction suivie par les câbles de la deuxième nappe de travail (33), la nappe(34) ayant une largeur L34 égale à 212 mm, c'est-à-dire inférieure à L" et L32. Le pneumatique est complété par une bande de roulement (2), réunie aux bourrelets du pneumatique par des flancs (5). Entre la première nappe de travail (32), axialement la plus large des deux, et la deuxième nappe de travail (33), axialement la moins large, se trouve un profilé de mélange caoutchouteux PI, de forme triangulaire et disposé de manière qu'il soit inséré entre les bords desdites nappes de travail sur une largeur axiale 1 correspondant à une valeur comprise entre 5 % et 10 % de la largeur L33 de la nappe de travail (33) la plus courte. Ladite nappe la moins large (33) a chacune de ses extrémités recouverte d'une gomme de bordure G1, ladite gomme étant retournée sur l'extrémité de nappe de manière à recouvrir radialement au-dessus et radialement au-dessous le bord de la dite nappe, l'extrémité axialement intérieure du brin de la gomme de bordure radialement au-dessous de la nappe (33) étant située à une distance du plan équatorial légèrement inférieure à la distance séparant dudit plan l'extrémité axialement intérieure du profilé Pl, et l'extrémité axialement intérieure du brin de la gomme de bordure radialement audessus de la nappe (33) étant située à une distance du plan équatorial légèrement inférieure à la distance asialie séparant l'extrémité du brin au-dessous de ladite nappe. L'épaisseur du profilé P (apparaissant plus clairement sur la figure 2), mesurée au droit de l'extrémité de la nappe (33) est égale à 1,25 mm, soit 36 % de l'épaisseur totale e de gomme séparant les câbles respectivement des deux nappes (32) et (33), ladite épaisseur étant mesurée entre les génératrices de câbles et à ladite extrémité de nappe la moins large. L'épaisseur de la gomme de bordure G1 est égale, dans le cas décrit à 1,2 mm, et les modules sécants d'élasticité sous effort dc tension MC2, MG1, MP l respectivement du calandrage C2 de la nappe (33). de la gomme de bordure G1, du profilé P sont égaux à Il MPa, 9 MPa, 3 MPa. et répondent à la formule MC, > MG1 > MPl L'armature de sommet montrée sur la figure 2 diffère de celle de la figure 1 par le fait que la nappe de protection (34) a une largeur axiale L34 de 260 mm et qu'elle est formée de câbles faisant avec la direction circonférentielle un angle de 26 orienté de la même façon que ceux dc la nappe (33), et que la largeur L" de la nappe de travail (33) est égale à 212 mm. II en résulte que nous sommes en présence de deux couples de nappes dc câbles croisés d'une nappe à la suivante un premier couple formé par les nappes (39) et (33) avec la nappe (33) comme étant la moins large, et Ic couple formé par les nappes (32) et (34) avec la nappe (34) comme étant la moins large. Bien que la jonction entre les nappes (33) et (34) soit moins pénalisée du point de vue séparation inter-nappes, la solution optimale consiste, conformément à l'invention, à disposer radialement à l'intérieur de chaque nappe, considérée comme la moins large, c'est-à-dire des nappes (33) et (34), une gomme de bordure G1, sous la nappe (33), et G2 sous la nappe (34), les profilés Pl d'une part assurant la liaison avec le calandrage Cl de la nappe (39) axialement la plus large, et Pr d'autre part la liaison avec le profilé P1 lui même lié au calandrage C1 de la nappe (32). Dans le cas décrit, la gomme de bordure G1 est retournée sur le bord de la nappe de travail (33). il en est de même de la gomme de bordure G2 qui est retournée sur le bord de la nappe (34). Quant aux modules sécants d'élasticité respectivement des gommes de bordure, des profilés et des calandrages de nappes, ils répondent aux inégalités suivantes MC2 # MG1 > MP1 et MC3 # MG2 > MP2, si l'on appelle Cl le calandrage de la nappe (32), C2 le calandrage de la nappe (33) et C; la calandrage dc la nappe (34). Les calandrages Cl et C, sont, dans l'exemple étudié, de même constitution et ont les mêmes propriétés; il en est de même des deux gommes de bordure G1 et G2 qui ne sont pas différentes entre elles du point de vue constitution et propriétés ; les deux profilés P1 et P, sont aussi constitués d'un même mélange caoutchouteux. II est bien entendu que les calandrages peuvent être différents entre eux, que les gommes de bordure peuvent être différentes entre elles et que les profilés peuvent l'être tout autant, dans la mesure où leurs modules sécants d'élasticité sous tension répondent à la relation ci-dessus. Comme dans le cas de la figure 1, l'extrémité axialement intérieure du brin de la gomme de bordure G1 entourant l'extrémité de la nappe (33) est légèrement plus éloignée du plan équatorial que l'extrémité du brin radialement intérieur de la dite gomme Gl. Quant à l'extrémité du brin radialement inférieur de la gomme dc bordure G,. il peut être soit plus proche du plan équatorial que l'extrémité axialement intérieure du brin radialement supérieure de la gomme G1, soit, au contraire plus éloigné. La position de l'extrémité axialement intérieure du brin radialement supérieure de la gomme G2 est sans importance dans le mesure où le recouvrement de l'extrémité de la nappe (34) est assuré. Des pneumatiques correspondant à la structure décrite conformément à la figure 1 ont été comparés à des pneumatiques dont l'armature de sommet était composée des mêmes nappes de sommet, mais avec des bords de nappes de travail (32) et (33) séparés par de simples profilés de mélange caoutchouteux dont le module d'élasticité à 10 % est légèrement inférieur au module de même nom du calandrage identique pour les deux nappes. et les bords de nappes (33) et (34) séparés par la simple couche de gomme formée par les deux épaisseurs de calandrage identique respectivement des nappes (33) et (34). Les roulages comparatifs des pneumatiques considérés donnent un avantage moyen de 20 % en kilomètres parcourus sur circuit autoroutier, c'est-à-dire un circuit où le pourcentage de lignes droites parcouru est très important. et le même avantage de 20 O/O en kilomètres parcourus sur un circuit dit à forte dérive, c'est-à-dire un circuit où le pourcentage de courbes est le plus important, les conditions dc charge ct dc pression de gonflage étant les mêmes pour les deus roulages et celles recommandées par les manufacturiers de pneumatiques REVENDICATIONS I - Pneumatique à armature de carcasse radiale (1), ancrée dans chaque bourrelet à au moins une tringle, et surmontée d'une armature de sommet comprenant au moins deux nappes (32) et (33) d'éléments de renforcement, parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe (32) à la suivante (33), les dits deux nappes (32, 33) ayant de largeurs axiales inégales, caractérisé en ce que chaque bord de la nappe axialement la moins large (33) d'au moins un couple (32,33) de nappes croisées est séparé de la nappe axialement la plus large (32) du même couple par un profilé P de mélange caoutchouteux, dont l'extrémité axialement extérieure est située à une distance du plan équatorial du pneumatique au moins égale à la distance séparant dudit plan l'extrémité de la nappe la plus large (32), ledit profilé P étant lui-même séparé du calandrage C de la nappe la moins large (33) par une gomme de bordure G, dont l'extrémité axialement extéricure est située à une distance dudit plan au moins égale à la demi-largeur de la nappe la moins large (33), ledit profilé P, ladite gomme de bordure G et ledit calandrage C ayant respectivement des modules d'élasticité à 10 % d'allongement MP, MG. MC de sorte que MC > MG > MP. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gomme de bordure G aura son extrémité axialement intérieure située à une distance du plan équatorial au plus égale à la distance séparant dudit plan l'extrémité axialement intérieure dudit profilé P. 3 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gomme de bordure G est retournée sur le bord de la nappe de sommet la moins large (33) de manière à enrober totalement les extrémités d'éléments de renforcement formant ladite nappe. 4- Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du profilé P, mesurée à l'extrémité de la nappe la moins large (33) est comprise entre 30 et 80 % de l'épaisseur globale de mélange caoutchouteux entre génératrices de câbles respectivement des deux nappes (32,33). 5- Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la gomme de bordure G est au moins égale à 15 % de l'épaisseur globale de mélange caoutchouteux entre génératrices de câbles respectivement des deux nappes (32,33).