Brevet FR2773519A1 — publié le 19990716

La présente invention concerne un pneumatique à armature de carcasse radiale destiné à porter de lourdes charges, et plus particulièrement un pneumatique de type "Poids Lourds", destiné à équiper des véhicules tels que, par exemple, les camions, tracteurs routiers, autobus, remorques et autres, et plus particulièrement la nouvelle structure de renforcement des bourrelets dudit pneumatique. En général, un pneumatique du type considéré comprend une armature de carcasse formée d'au moins une nappe de câbles métalliques, ancrée dans chaque bourrelet à au moins une tringle, en formant un retournement. L'armature de carcasse est radialement surmontée d'une armature de sommet, composée d'au moins deux nappes de câbles métalliques, croisés d'une nappe à la suivante en formant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10 et 450 Les retournements d'armature de carcasse sont généralement renforcés par au moins une nappe de renforcement de bourrelet formée de câbles métalliques orientés à un faible angle par rapport à la direction circonférentielle, compris généralement entre 10 et 300. Dans le cas de la présence d'une seule nappe de renforcement de bourrelet, cette dernière est généralement située axialement à l'extérieur, le long du retournement d'armature de carcasse, avec une extrémité radialement supérieure située au dessus ou au dessous de l'extrémité radialement supérieure du retournement d'armature de carcasse. Quant à l'extrémité radialement inférieure d'une telle nappe de renforcement, elle est généralement située sous une droite parallèle à l'axe de rotation et passant approximativement par le centre de gravité de la section méridienne de la tringle d'ancrage de l'armature de carcasse. La solution connue a pour but d'éviter la déradialisation des câbles du retournement de l'armature de carcasse, ainsi que de minimiser les déformations radiales et circonférentielles subies par l'extrémité dudit retournement, et par la couche de caoutchouc extérieure recouvrant le bourrelet et assurant la liaison avec la jante. La durée de vie des pneumatiques "Poids-Lourds", du fait des progrès accomplis, du fait que certains roulages sont rendus moins pénalisants en ce qui concerne l'usure de la bande de roulement, est devenue telle qu'il est encore nécessaire d'améliorer l'endurance des bourrelets. Ladite amélioration doit porter sur la dégradation des couches de caoutchouc au niveau des extrémités de retournement d'armature de carcasse et extrémités radialement extérieures des nappes de renforcement de bourrelets. Plus particulièrement dans le cas de pneumatiques soumis à des roulages prolongés, roulages induisant souvent une température élevée des bourrelets, du fait des températures atteintes par les jantes de montage, les mélanges de caoutchouc en contact avec la jante sont alors sujets à une diminution de leurs rigidités, ainsi qu'à une oxydation plus ou moins lente, d'où une tendance très marquée de l'armature de carcasse à se dérouler autour de la tringle sous l'effet de la pression de gonflage intérieure, malgré la présence d'une ou plusieurs nappes de renforcement de bourrelets Prennent alors naissance des mouvements de tringle, des déformations de cisaillement à toutes les extrémités de nappes, pour aboutir à la destruction du bourrelet. Ladite amélioration doit aussi, et principalement, porter sur cette deuxième possibilité de dégradation. L'armature de carcasse d'un pneumatique radial, monté sur sa jante de service et gonflé à la pression recommandée, a dans un flanc un profil méridien régulièrement convexe entre approximativement les zones de raccordement avec le profil méridien de l'armature de sommet et avec le bourrelet. En particulier, à partir du rayon où l'armature de carcasse subit l'influence de la(des) nappe(s) de renforcement de bourrelets, ladite armature possède dans le bourrelet un profil méridien soit sensiblement rectiligne soit incurvé dans le sens opposé à la courbure dans les flancs, c'est-à-dire sensiblement parallèle à la courbure des rebords de jante à partir d'un point d'inflexion situé radialement approximativement au niveau de l'extrémité radialement supérieure de la nappe de renforcement de bourrelet placée le long du retournement d'armature de carcasse. Un tel profil méridien d'armature de carcasse ne semble pas propice à une bonne endurance des bourrelets, qui se doit d'être améliorée lorsque les charges supportées deviennent supérieures ou les pressions de gonflage inférieures aux charges et pressions recommandées. Les recherches de la demanderesse ont permis d'arriver à la conclusion que le profil méridien d'armature de carcasse dans la région du changement de courbure dans le bourrelet devait être renforcé par au moins une armature de renforcement de bourrelet. Afin d'améliorer l'endurance des bourrelets d'un pneumatique, pour véhicule destiné à porter de lourdes charges, ledit pneumatique, conforme à l'invention, comprenant au moins une armature de carcasse radiale, formée d'au moins une nappe d'éléments de renforcement inextensibles et ancrée dans chaque bourrelet B à une tringle pour former un retournement, chaque bourrelet B étant renforcé par au moins une armature additionnelle de renforcement formée d'éléments métalliques, est caractérisé en ce que, vue en section méridienne, la partie non retournée de l'armature de carcasse, dans la région de bourrelet où le tracé de son profil méridien change de courbure pour devenir rectiligne ou concave jusqu'au point de tangence T avec la couche d'enrobage quasi-circulaire de la tringle d'ancrage, est renforcée, au moins axialement à l'intérieur, par une armature additionnelle de renforcement d'au moins une nappe formée d'éléments de renforcement circonférentiels, dont l'extrémité radialement inférieure est radialement au dessous de la droite D', parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la couche d'enrobage de la tringle d'ancrage radialement le plus éloigné de l'axe de rotation, mais au dessus de la droite D, parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la couche d'enrobage de la tringle d'ancrage radialement le plus proche de l'axe de rotation, et dont l'extrémité radialement supérieure est située à une distance radiale de la droite D, comprise entre une quantité égale à la demi-distance radiale entre les droites D et D" augmentée de la demi-distance radiale entre les droites D et D' et une quantité égale à la demi-distance entre les droites D et D" diminuée de la demi-distance radiale entre les droites D et D', la droite D" étant la droite de plus grande largeur axiale. La droite D" de plus grande largeur axiale est, par définition, la droite parallèle à l'axe de rotation et passant par le point du profil méridien d'armature de carcasse correspondant au point de plus grade largeur axiale lorsque le pneumatique est monté sur sa jante de service et gonflé à la pression recommandée et non chargé. Les éléments de l'armature additionnelle de renforcement sont dits circonférentiels si l'angle qu'ils forment avec la direction circonférentielle est compris entre + 50 et - 5 . Cette structure permet ainsi une reprise partielle des efforts de tension subis par l'armature de carcasse, et ainsi minimise les déformations radiales en extrémités de retournement d'armature de carcasse, quelles que soient les conditions de roulage. La reprise des efforts sera d'autant plus importante que les éléments de renforcement de l'armature additionnelle seront plus nombreux ; ils seront préférentiellement métalliques, en acier, parallèles entre eux dans la(les) nappe(s) additionnelle(s) et jointifs sur toute la largeur de l'armature de renforcement. Des éléments de renforcement sont dits jointifs, si, dans la direction perpendiculaire aux dits éléments, la distance séparant deux éléments adjacents est réduite au maximum. La présence d'une deuxième armature additionnelle de renforcement de bourrelet située axialement à l'extérieur du retournement d'armature de carcasse est particulièrement bénéfique pour l'endurance des bourrelet en roulage sous forte surcharge. Ladite deuxième armature additionnelle sera préférentiellement formée d'au moins une nappe d'éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle un angle pouvant être compris entre 0" et 300, la valeur de O" étant incluse dans l'intervalle considéré. La reprise des efforts de tension méridienne d'une armature de carcasse est connue en soi par de nombreux documents. Le brevet FR 750 726 de la demanderesse enseigne le collage des nappes d'armature de carcasse à des armatures auxiliaires, chacune formée de fil enroulé en spirale et présentant en conséquence une flexibilité notable dans le sens transversal. Ledit collage est réalisé de sorte que deux nappes d'armature de carcasse enserrent une armature auxiliaire, ledit enserrement se faisant en l'absence de tringle et de retoumement d'armature de carcasse. Le brevet FR 1 169 474 enseigne aussi de supprimer la tringle usuellement employée par des petites nappes de fils ou câbles métalliques inclinées sur le parallèle d'accrochage, l'angle d'inclinaison pouvant descendre jusqu'à 5 , la (les) nappe(s) d'armature de carcasse étant retournées on non. Le brevet FR 1 234 995 prévoit le remplacement des éléments de renforcement usuellement obliques de la(des) nappe(s) de renforcement de bourrelet destinée(s) à réduire les mouvements de l'accrochage contre le rebord de jante, par des éléments circonférentiels, l'armature de renforcement pouvant être disposée entre la partie principale de l'armature de carcasse et le retournement de ladite armature, ou axialement à l'extérieur dudit retournement d'armature de carcasse. Nous retrouvons les mêmes armatures de renforcement de bourrelet à éléments circonférentiels dans le brevet FR 1 256 432, les dits éléments étant destinés à la reprise dans son intégralité des efforts de tension d'armature de carcasse, et dans le cas de pneumatiques pour véhicules de tourisme, en l'absence de tringles d'ancrage ou de toute autre nappe de renforcement. Le document FR 2 055 988 décrit un certain nombre d'applications possibles d'une armature de renforcement de bourrelet à éléments circonférentiels, en particulier l'utilisation d'une telle armature au lieu et place de l'armature usuelle à éléments obliques disposés axialement à l'extérieur du retournement d'armature de carcasse. Le brevet FR 2 730 190, afin d'améliorer l'endurance des bourrelets d'un pneumatique, propose le renforcement des dits bourrelets par au moins une nappe additionnelle de câbles métalliques circonférentiels enroulée autour de la tringle d'ancrage d'armature de carcasse, et dont les deux brins axialement intérieur et extérieur sont situés au-dessus d'une droite parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la tringle le plus éloigné dudit axe. Non seulement la combinaison du profil méridien d'armature de carcasse à points d'inflexion dans les bourrelets avec la présence d'une armature de renforcement de bourrelet, à éléments circonférentiels, et disposée à l'intérieur de la partie non retournée de l'armature de carcasse, permet l'amélioration de l'endurance des bourrelets, mais elle permet en outre d'obtenir une très nette diminution du poids d'un pneumatique tout en n'altérant pas ses propriétés, lorsque l'on combine la présence d'une armature de renforcement de bourrelet, décrite ci-dessus, au remplacement de la tringle à fils métalliques rectangulaires, généralement utilisée dans le type de pneumatique considéré, par une tringle plus économique de type tressé, c'est-à-dire formée d'un tressage hélicoïdal de plusieurs fils métalliques, ou une tringle de type paquet à section polygonale, c'est-à-dire une tringle obtenue par l'enroulement sur une forme d'un fil métallique conduisant à plusieurs couches de différentes largeurs. Les types de tringle ci-dessus permettent un moindre encombrement du fait de la forme de leur section transversale et de la diminution possible de ladite section, respectivement de l'ordre de 30 % et 50 %, ce qui conduit par rapport à l'application de l'invention au cas d'une tringle à fils rectangulaires plus encombrante, à avoir soit une épaisseur de bourrelet plus amincie. L'armature de renforcement de bourrelet ainsi décrite peut être réalisée séparément par enroulement en spirale sur un support horizontal de forme appropriée, et ensuite transférée sur l'ébauche de pneumatique non vulcanisée. La fabrication d'un tel pneumatique sera cependant avantageusement facilitée par l'emploi, à titre d'éléments de renforcement, de tronçons ou d'ensembles ou groupes de tronçons de câbles, de longueur circonférentielle comprise entre 0,2 et 0,4 fois la longueur circonférentielle de l'armature de renforcement, ce qui permet la pose de l'armature de renforcement de bourrelet sur le tambour de confection de l'ébauche crue d'armature de carcasse et la mise sous forme torique de la dite ébauche sans difficultés majeures, et ladite longueur moyenne étant mesurée à la pose sur ledit tambour de confection. Les interstices ou coupures circonférentielles entre éléments coupés seront préférentiellement décalés les uns par rapport aux autres. I1 en est de même de la deuxième armature additionnelle, axialement à l'extérieur du retournement d'armature de carcasse, lorsque cette dernière est formée d'éléments métalliques à 0 , lesdits éléments étant alors avantageusement des tronçons ou des ensembles de tronçons de câbles, de longueur circonférentielle comprise entre 0,2 et 0,4 fois la longueur circonférentielle moyenne de la nappe de renforcement. 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 unique 1 représente schématiquement une structure de pneumatique, conforme à l'invention. Le pneumatique P représenté sur la figure 1 est un pneumatique de dimension 315/80 R 22,5, destiné à être monté sur une jante comportant des sièges de jante J inclinés à 15". Ledit pneumatique comprend une bande de roulement (4) (non montrée) réunie à deux bourrelets B par l'intermédiaire de deux flancs (5). Chaque bourrelet B est renforcé par une tringle (1) formée par l'enroulement sur une forme appropriée d'un fil à section quadrilatère jusqu'à obtention de plusieurs rangées de fils radialement juxtaposées. Autour de ladite tringle (1) est ancrée une armature de carcasse (2), composée d'une seule nappe de câbles métalliques. L'armature de carcasse (2) possède, vue en section méridienne, un profil méridien, entre le point A de plus grande largeur axiale et le point de tangence T dudit profil avec la couche d'enrobage (10) quasi-circulaire de la tringle (1) (il est écrit quasi circulaire parce que la couche d'enrobage n'a pratiquement jamais une forme transversale parfaitement circulaire), présentant deux courbures: le profil est convexe du point A au point J d'inflexion situé radialement au-dessus de la tringle, et il est concave dudit point d'inflexion J jusqu'au point T de tangence. L'ancrage de l'armature de carcasse se fait par un retournement (20) autour de la couche (10) de mélange caoutchouteux qui recouvre la tringle (1), la distance radiale h, séparant l'extrémité radialement supérieure dudit retournement (20) de la droite YY' parallèle à l'axe de rotation et définissant le diamètre nominal du bourrelet (qui est le même, dans le cas décrit, que le diamètre de la jante de service) étant égale, dans l'exemple étudié du pneumatique de dimension 315/80 R 22,5, à 37 mm. Entre l'armature de carcasse (2) et son retournement (20), radialement au dessus de la tringle (1), est disposé un bourrage tringle (71) en mélange caoutchouteux de dureté Shore généralement élevée. Le bourrelet B du pneumatique, conforme à l'invention, est renforcé par une première armature additionnelle de renforcement (6A) composée d'une nappe d'éléments à haut module d'élasticité et disposés circonférentiellement, ladite nappe (6A) étant située axialement à l'intérieur de la partie non retournée ou principale de l'armature de carcasse (2), dans la région où le profil méridien d'armature de carcasse passe par le point d'inflexion J. Les éléments de renforcement de la nappe (6A) sont des câbles 27 x 23. métalliques coupés, la longueur desdits éléments ou tronçons de câbles étant égale au quart de la longueur circonférentielle de ladite nappe (6A), mesurée lors de sa pose sur le tambour de confection de l'ébauche d'armature de carcasse, et les espaces entre extrémités d'éléments sont de faible amplitude: 3 mm (mesurés aussi lors de la pose) et sont décalés circonférentiellement entre eux. L'extrémité radialement inférieure de la nappe (6A) est sensiblement disposée sur une droite parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la tringle (1) le plus proche de l'axe de rotation, point qui est situé à une distance de l'axe de rotation de 290 rnrn, comprise entre la distance de 280mm séparant de l'axe de rotation la droite D passant par le point de la couche d'enrobage (10) de la tringle d'ancrage (1) le plus proche de l'axe de rotation et la distance de 305 mm séparant de l'axe de rotation la droite D' passant par le point de la couche d'enrobage (10) le plus éloigné dudit axe de rotation. Quant à l'extrémité radialement supérieure, elle est située radialement, dans le cas décrit, à une distance re de l'axe de rotation égale à 335 mm, quantité qui est comprise entre une quantité de 357,5 mm, égale à la demi-somme 345 mm des distances respectives à l'axe de rotation des droites D et D" (410 + 280/2, la droite D" de plus grande largeur axiale passant par le point A étant à 410 mu de l'axe de rotation) augmentée de la demi-distance radiale de 12,5 mm entre les droites D et D' (305- 280/2), et une quantité de 332,5 mm, égale à la demi-somme 345 mm des distances respectives à l'axe de rotation des droites D et D" diminuée de la demi-distance radiale de 12,5 mm entre les droites D et D'. Le bourrelet B est en outre renforcé axialement à l'extérieur du retournement (20) de l'armature de carcasse (2) par une deuxième armature additionnelle (6B), composée d'une nappe de câbles métalliques 27x23 continus, parallèles entre eux dans la nappe (6B) et faisant avec la direction circonférentielle un angle plus grand que 0 et précisément égal à 22". L'extrémité radialement extérieure de cette deuxième nappe additionnelle (6B) est située radialement au-dessus de l'extrémité du retournement (20) d'armature de carcasse (2), alors que son extrémité radialement inférieure est pratiquement située sur la même droite, parallèle à l'axe de rotation, et où est située l'extrémité radialement inférieure de la première nappe additionnelle(6A). La dite nappe (6B) est d'une part séparée de l'armature de carcasse (2) et du bourrage tringle (71) par un deuxième bourrage (72) de remplissage et d'autre part séparée du mélange caoutchouteux de protection (8), qui entoure le bourrelet B, par un troisième bourrage (73). Des pneumatiques tels que décrits ci-dessus, et dits PAB, ont été d'une part compares: - à des pneumatiques usuels PA, c'est à dire avec des bourrelets ne comprenant qu'une seule nappe additionnelle de renforcement (6B) de bourrelet, ladite une nappe étant formée de câbles métalliques continus orientés à 22 par rapport à la direction circonférentielle et disposée axialement à l'extérieur du retournement d'armature de carcasse, - à des pneumatiques PT ne comprenant dans les bourrelets aucune nappe d'armature additionnelle, - à des pneumatiques PB avec des bourrelets ne comprenant qu'une seule nappe additionnelle de renforcement (6A) de bourrelet, ladite une nappe étant formée de tronçons de câbles métalliques orientés circonférentiellement, et disposée axialement à l'intérieur de l'armature de carcasse. La comparaison s'est réalisée sur deux critères de qualité, fondamentaux pour l'endurance des bourrelets de pneumatiques: endurance sous surcharge, et l'endurance sur jante chauffante. Dans les mêmes conditions de roulage pour toutes les enveloppes testées, les pneumatiques PT font en moyenne (2 testés par catégorie) 24000km en roulage surchargé et 2 600 km en roulage jante chauffante. Les pneumatiques Pg à une seule nappe de tronçons à 0 font respectivement 101 000 km et 8 100 km dans les mêmes roulages, ce qui représente un gain remarquable quel que soit le type de roulage. Les pneumatiques PA, qui sont des pneumatiques usuels, ont réalisé respectivement dans les deux tests 53 000 km et 5 200 km, alors que les pneumatiques PAB, tels que décrits ci-dessus, ont réalisé 156 000 km et 8 200 km respectivement dans les deux roulages considérés. Ces résultats, qui représentent un progrès considérable et pour le moins inattendu, mettent parfaitement en lumière l'effet de la présence d'une nappe de renforcement additionnelle d'éléments métalliques circonférentiels discontinus et axialement à l'intérieur de l'armature de carcasse, combinée à la présence d'une nappe de renforcement additionnelle d'éléments métalliques continus faisant avec la direction circonférentielle un angle faible et axialement à l'extérieur du retournement d'armature de carcasse. REVENDICATIONS 1- Pneumatique, comprenant au moins une armature de carcasse radiale (2), formée d'au moins une nappe d'éléments de renforcement inextensibles (2) et ancrée dans chaque bourrelet B à une tringle (1) pour former un retournement (20), chaque bourrelet B étant renforcé par une armature additionnelle de renforcement (6) formée d'éléments métalliques, caractérisé en ce que, vue en section méridienne, la partie non retournée de l'armature de carcasse (2), dans la région de bourrelet où le tracé de son profil méridien change de courbure pour devenir rectiligne ou concave jusqu'au point de tangence T avec la couche d'enrobage (10) quasi-circulaire de la tringle d'ancrage (1), est renforcée, au moins axialement à l'intérieur, par une armature additionnelle de renforcement (6A) d'au moins une nappe (6A), formée d'éléments de renforcement circonférentiels, dont l'extrémité radialement inférieure est radialement au dessous de la droite Dl, parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la couche d'enrobage (10) de la tringle d'ancrage (1) radialement le plus éloigné de l'axe de rotation, mais au dessus de la droite D, parallèle à l'axe de rotation et passant par le point de la couche d'enrobage (10) de la tringle d'ancrage (1) radialement le plus proche de l'axe de rotation, et dont l'extrémité radialement supérieure est située à une distance radiale de la droite D, comprise entre une quantité égale à la demi distance radiale entre les droites E > et D" augmentée de la demi distance radiale entre les droites D et D' E > ' et une quantité égale à la demi-distance radiale entre les droites E > et Dll diminuée de la demi distancie radiale entre les droites D et Dl, la droite D" étant la droite de plus grande largeur axiale. 2- Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de renforcement circonférentiels de l'armature additionnelle (6A) sont métalliques et en acier. 3 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les éléments de renforcement de l'armature additionnelle (6A) de renforcement sont des tronçons ou des ensembles de tronçons de câbles, de longueur circonférentielle comprise entre 0,2 et 0,4 fois la longueur circonférentielle de l'armature de renforcement (6A), mesurée à la pose de ladite nappe. 4- Pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les interstices ou coupures circonférentielles entre tronçons coupés sont décalés les uns par rapport aux autres. 5 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins un bourrelet B est renforcé par une deuxième armature additionnelle (6B) de renforcement, située axialement à l'extérieur du retournement (20) d'armature de carcasse (2), et composée d'au moins une nappe (6B) formée d'éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle un angle pouvant être compris entre 0 et 30 , la valeur de 0 étant incluse dans l'intervalle considéré. 6- Pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la(les) nappe(s) (6B) est(sont) formée(s) d'éléments métalliques en acier continus et faisant avec la direction circonférentielle un angle plus grand que 0". 7 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tringle d'ancrage (1) de l'armature de carcasse (2) est une tringle de type "tressé".