Brevet FR2812240A1 — publié le 20020201

L'invention concerne un pneumatique à armature de carcasse semi-radiale ou radiale, pneumatique destiné plus particulièrement à équiper des véhicules pouvant rouler à grande vitesse. Dans le pneumatique considéré, l'armature de carcasse, dont les éléments de renforcement font avec la direction circonférentielle des angles compris entre 80 et , l'armature étant alors dite radiale, ou dont les éléments font avec la direction circonférentielle des angles pouvant être compris entre 65 et 80 , l'armature étant dite semi-radiale, est ancrée dans chaque bourrelet à une tringle d'ancrage ou de bourrelet. L'armature de carcasse est surmontée radialement d'une armature de sommet formée d'au moins deux nappes d'éléments de renforcement parallèles entre eux dans chaque nappe et croisés d'une nappe à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles de faible valeur. Les dites nappes de sommet croisées sont généralement complétées radialement à l'extérieur par au moins une nappe de câbles textiles i 5 circonférentiels. Les flancs du pneumatique, avec des éléments de renforcement radiaux ou semi- radiaux, sont structurellement les parties les plus souples du dit pneumatique, les dits éléments ayant une résistance généralement calculée pour simplement résister aux efforts de tension imposés par la pression de gonflage. Les éléments de renforcement, dans le cas des pneumatiques considérés, sont de plus, et dans la grande majorité des cas, des éléments textiles, et en conséquence dans l'incapacité totale de résister seuls à des efforts de compression. Dans le cas des pneumatiques radiaux appelés à travailler à grande vitesse, les problèmes surviennent lorsqu'il y a accélération ou freinage brutaux des véhicules, car le couple, qui s'accroît ou décroît très rapidement, ne peut être immédiatement transmis à la bande de roulement du pneumatique qui est en contact avec le sol. Par exemple lors d'une accélération brutale le couple moteur est transmis du moyeu de la - 2roue à la bande de roulement par l'intermédiaire des éléments de renforcement de l'armature de carcasse. La résistance offerte par l'armature de carcasse est insuffisante et les éléments de renforcement sont sujets à des déformations qui entraînent la rotation du bourrelet sur la jante de montage du pneumatique sans aucune transmission de couple. Un phénomène similaire se produit dans le cas d'un freinage urgent à haute vitesse. Dans le but de réduire l'insuffisance notoire vis à vis des problèmes ci-dessus des pneumatiques radiaux connus, différente voies ont été explorées: une première voie a 0o consisté à abaisser le rapport de la hauteur du pneumatique sur sa largeur axiale maximale; une deuxième voie a consisté à avoir une armature de carcasse renforcée dans la région sensible des flancs de pneumatique, par addition d'armatures supplémentaires d'éléments croisés. La multiplication des armatures additionnelles de renforcement de flancs ne résout que partiellement les problèmes posés, le nombre et l'épaisseur de tels renforts étant limités en particulier par l'augmentation de poids, les augmentations de température de fonctionnement et la réduction du confort en roulage qu'ils provoquent. Le brevet US 2 186 178, dans le but de conférer au pneumatique, plus particulièrement à armature de carcasse radiale, une plus grande stabilité en roulage sans cependant pénaliser le confort, propose de disposer à la jonction entre bourrelet et flanc du pneumatique une tringle additionnelle ou secondaire. L'armature de carcasse et armatures de renforcement additionnelles sont telles que les deux tringles sont des tringles qui servent à ancrer les armatures. Le brevet FR 1 590 0525 reprend sensiblement le même principe en le perfectionnant par l'apport d'un profil d'armature de carcasse adapté dans le flanc de pneumatique. Dans le pneumatique monté sur sa jante de service et gonflé à sa pression nominale, la portion d'armature de carcasse adjacente à la bande de roulement s'étend jusqu'au-delà 3 - de la mi-hauteur de flanc en s'écartant progressivement du plan médian et présentant un profil méridien relativement peu incurvé, alors que la seconde portion intercalée radialement entre la première portion et la tringle d'ancrage d'armature de carcasse a une hauteur radiale réduite et un profil méridien relativement très incurvé, les deux portions décrites étant jointes par un deuxième renfort circonférentiel sous forme de tringle. Le même principe d'une tringle additionnelle placée à la jonction du flanc et du bourrelet est repris par le brevet DE 2 357 265. Pour ne pas perdre les avantages bien connus conférés par la grande rigidité globale de l'armature de sommet d'un pneumatique radial et réaliser des pneumatiques à grandes performances, l'invention propose une solution d'accroissement des rigidités transversale et longitudinale des flancs basée sur ledit principe d'anneau de renforcement additionnel dans les flancs. Le pneumatique, conforme à l'invention, comprend une armature de carcasse d'au moins une nappe d'éléments de renforcement parallèles entre eux dans la nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle o( tel que 65 _ axialement à l'extérieur. -4- Il faut entendre par élément annulaire d'ancrage de bourrelet tout élément qui permet de reprendre les efforts de tension de l'armature de carcasse sous l'effet de la pression de gonflage. Ledit élément peut être, comme connu en soi, une tringle, en général formée de fils ou câbles circonférentiels, ou plus généralement un empilement de plusieurs bandes de fils ou câbles faisant avec la direction circonférentielle un angle nul ou au plus égal à 10 . L'ancrage se fait, comme connu, par l'adhésion, sur une longueur suffisante, de l'armature de carcasse sur l'élément annulaire et la surface d'adhésion pouvant être sous forme demi-torique (c'est le cas de l'enroulement de l'armature de carcasse autour d'une tringle enrobée), ou être une surface cylindrique, 1o tronconique ou sous forme de couronne circulaire( c'est le cas d'une armature de carcasse accolée à ou insérée entre une(des) bande(s) de fils ou câbles circonférentiels ou quasi-circonférentiels). L'anneau additionnel de flanc est préférentiellement situé radialement à une distance H2 de la base de bourrelet supérieure au tiers de la hauteur H sur jante du pneumatique, ce qui permet de modifier le profil méridien de l'armature de carcasse en particulier dans la zone épaule du pneumatique. La rigidité transversale du pneumatique est fonction de l'inclinaison du segment de droite joignant les deux centres de gravité des sections méridiennes des élément d'ancrage de bourrelet et anneau additionnel de flanc: ledit segment de droite fait de manière avantageuse un angle, ouvert radialement et axialement vers l'extérieur, d'au plus 70 avec la direction axiale. Quant au profilé de mélange caoutchouteux axialement à l'intérieur de la nappe de carcasse axialement à l'extérieur, il possède une dureté Shore A au moins égale à 65, de manière à présenter une bonne résistance aux efforts de compression. -5- L'anneau additionnel de flanc peut se présenter sous plusieurs formes: il peut être un monofilament plus ou moins important en dimensions de section transversale; il peut être sous forme d'un ensemble câblé, que ce soit une tringle ou un câble proprement dit; il peut être sous forme d'empilement de bandes de fils ou câbles circonférentiels, l'empilement pouvant être parallèle au plan équatorial ou parallèle à un plan radial. Le matériau employé pour la réalisation dudit anneau peut être de l'acier ou du polyamide aromatique; ledit anneau peut aussi être constitué de deux matériaux. Afin d'accroître l'efficacité de la transmission des efforts et couples, l'armature de carcasse comprend préférentiellement au moins deux nappes d'éléments de renforcement parallèles entre eux dans chaque nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 65 et 90 , au moins une des nappes étant ancrée dans chaque bourrelet par enroulement autour de l'élément d'ancrage et la deuxième nappe dite axialement intérieure étant située axialement à l'intérieur de i5 l'anneau additionnel de flanc et du profilé de caoutchouc entre anneau additionnel et élément d'ancrage de bourrelet. Ladite armature de carcasse a avantageusement trois nappes de carcasse * la nappe axialement extérieure, qui est préférentiellement discontinue et composée de deux demi-nappes d'éléments de renforcement textiles radiaux parallèles entre eux dans chaque demi-nappe en faisant avec la direction circonférentielle un angle pouvant être compris entre 80 et 90 , chaque demi-nappe ayant d'une part une extrémité radialement supérieure sous le bord de l'armature de sommet et d'autre part un bord radialement inférieur avec une extrémité au niveau de l'élément d'ancrage de bourrelet, et étant disposée axialement à l'extérieur du profilé entre élément d'ancrage et anneau de flanc, à l'extérieur de l'anneau de flanc et à l'extérieur, dans la zone haute de flanc, * de deux nappes principales de carcasse, axialement à l'intérieur, formées d'éléments de renforcement textiles croisés d'une nappe à la -6- suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 65 et 80 , et enroulées dans chaque bourrelet autour de l'élément d'ancrage pour former des retournements axialement à l'extérieur du bord de nappe de carcasse axialement à l'extérieur. Préférentiellement, les nappes d'armature de carcasse sont formées d'éléments de renforcement textiles, tel que polyamide aliphatique ou aromatique, polyester, rayonne, parallèles entre eux dans chaque nappe. 0o Au moins une armature de renforcement additionnelle peut compléter la structure de chaque bourrelet. Composée d'au moins une nappe d'éléments textiles et/ou métalliques faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 0 et 45 , ladite nappe pouvant être disposée axialement à l'extérieur ou à l'intérieur des nappes principales d'armature de carcasse, à l'intérieur ou à l'extérieur de la nappe axialement 1 5 extérieure. L'épaisseur du profilé en caoutchouc entre armature principale de carcasse et nappe additionnelle, mesurée perpendiculairement à la droite réunissant les centres de gravité des élément d'ancrage et anneau additionnel, est minimale sensiblement au niveau des dits élément et anneau, et maximale approximativement vers le milieu géométrique du profilé, en conservant une forme quasi-longiligne, ladite épaisseur maximale étant au moins égale à 3% de la hauteur du pneumatique sur jante. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide du dessin, annexé à la description et ne comportant qu'une seule figure illustrant un exemple non limitatif d'exécution d'un pneumatique conforme à l'invention. Le pneumatique montré sur la figure lest un pneumatique destiné à l'équipement d'un véhicule haut de gamme. Ledit pneumatique comprend, vu en section méridienne, une -7 - bande de roulement 9 reliée aux bourrelets dudit pneumatique par l'intermédiaire de deux flancs. Il est renforcé par une armature de carcasse 1 composée de deux nappes et 11, axialement à l'intérieur et dites principales, continues d'un bourrelet à l'autre et ancrées dans chaque bourrelet à une tringle 2 de type tressé pour former des retournements 100 et 110. Les dites nappes 10 et 1 1 sont constituées de câbles en polyamide aliphatique, parallèles entre dans chaque nappe 10 ou 11, et croisés d'une nappe 10 à la suivante 11 en faisant avec la direction circonférentielle un angle de 74 , ledit angle étant mesuré dans le plan équatorial du pneumatique. Deux demi-nappes de carcasse 12 axialement extérieures complètent l'annature 1, et sont formées des mêmes éléments que ceux constituant les nappes principales 10 et 11; chaque demi-nappe 12 a une extrémité inférieure radialement située légèrement au-dessus de la parallèle à l'axe de rotation tangente au contour de la tringle 2, et une extrémité supérieure radialement sous le bord de l'armature de sommet 5. Ladite armature de sommet 5 radialement au-dessous de la bande de roulement est composée d'une armature de travail de deux nappes 51 et 52 de câbles en polyamide aromatique, croisés d'une nappe 51 à la suivante 52 en faisant avec la direction circonférentielle un angle de 34 . De largeurs axiales inégales sensiblement égales à la largeur de bande de roulement 9, les dites nappes de travail 51 et 52 sont surmontées radialement d'une nappe 53 de largeur supérieure aux deux largeurs cidessus et obtenue par enroulement d'un câble de polyamide aromatique, ce qui lui confère une direction approximativement circonférentielle. Un anneau additionnel de renforcement 3 inextensible est disposé dans le flanc du pneumatique, et le centre de gravité G2 de sa section méridienne est radialement situé à une distance H2 de la base du bourrelet égale à 59% de la hauteur H du pneumatique (mesurée sur le pneumatique monté sur jante et gonflé à la pression recommandée par rapport à la base de bourrelet qui est aussi base de jante). On entend par anneau inextensible un anneau qui, sous une force de tension circonférentielle égale à 10% de sa force de rupture présente un allongement relatif au plus égal à 1%. Par ailleurs, la -8 - base d'un bourrelet est par convention la droite parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et passant par le point d'intersection de la trace de la paroi verticale de bourrelet avec la génératrice du siège de bourrelet. Ledit anneau additionnel 3 sépare le flanc renforcé par l'armature de carcasse d'une part axialement,et d'autre part radialement en deux parties distinctes. La partie axialement intérieure est la partie de flanc renforcée par les nappes principales 10 et 1 1 de carcasse, alors que la partie axialement extérieure est renforcée par la demi-nappe de carcasse 12. De même, la partie radialement supérieure de faible hauteur radiale H1 est la partie o les nappes de carcasse 10, 11, 12 sont pratiquement axialement superposées, à l'exception de la i0 région, la plus petite possible, du profilé 81, et o le flanc du pneumatique est de faible épaisseur, ce qui correspond à ce qu'on appelle usuellement une partie pneumatique de flanc, alors que la deuxième partie radialement inférieure de forte hauteur H2 o les nappes de carcasse 10, 11, et 12 sont axialement séparés par un profilé de mélange caoutchouteux 80 de forte épaisseur, et de dureté Shore A élevée, puisqu'égale à 80, et qui correspond à ce qu'on appelle usuellement une partie structurelle. La dureté Shore A est mesurée selon la nonrme ASTM D2240. L'épaisseur du profilé 80, maximale sensiblement en son milieu, est égale dans le cas étudié à 8 mm et correspond à 4,8% de la hauteur H. Ladite deuxième partie radialement inférieure est fortement inclinée par rapport à la direction axiale. On admet que l'inclinaison de ladite partie est représentée par la direction de la droite D qui réunit les centres de gravité des sections méridiennes respectivement G. de la tringle d'ancrage 2 et G2 de l'anneau additionnel 3: ladite droite D fait avec la direction axiale un angle 1 ouvert axialement et radialement vers l'extérieur au plus égal à 70 , et dans le cas décrit égal à 56 . En outre, ladite partie radialement inférieure est renforcée, en plus des trois nappes de carcasse 10, 11, et 12 par des armatures de renforcement additionnelles 40 et 41: l'armature 40, composée d'une seule nappe 40 d'éléments de renforcement en acier faisant avec la direction circonférentielle un angle de 45 , forme avec les deux nappes principales de carcasse 10 et 1 1 une triangulation, -9- ce qui améliore la résistance aux efforts de compression de la partie radialement inférieure; de même l'armature additionnelle 41, composée d'une seule nappe des mêmes éléments que précédemment avec la même orientation, renforce la demi-nappe 12 de carcasse la partie axialement extérieure. Le profilé de caoutchouc, axialement entre les deux nappes retournées autour de la tringle d'ancrage et la demi-nappe additionnelle, offre une grande résistance aux efforts de compression et diminue ainsi très fortement l'amplitude de déplacement axial possible de l'anneau de flanc, ce qui conduit à obtenir un rapport force l o transversale développée entre sol et pneumatique sur force verticale appliquée très élevé pour les faibles angles de dérive. On ne sort pas du cadre de l'invention si d'autres armatures additionnelles de renforcement sont ajoutées dans les flancs du pneumatique considéré, par exemple une nappe d'éléments de renforcement enroulée autour de l'anneau (3) de flanc pour former deux brins radialement au-dessus dudit anneau, brins axialement adjacents qui peuvent avantageusement remplacer le profilé caoutchouteux (81) entre les nappes (10, 11) et (12). La présence d'un anneau additionnel de flanc, combinée à une grande rigidité de la partie inférieure de flanc permet, de plus et en fonction des dimensions imposées, l'utilisation d'une jante plus étroite que lajante normalement utilisée pour la même dimension de pneumatique, d'o un gain de poids non négligeable pour l'ensemble roulant et les conséquences qui s'ensuivent: moindre coût, meilleure protection de la jante. La structure essentiellement pneumatique de la partie supérieure du flanc a en outre la faculté de faciliter la mise à plat de la bande de roulement sur le sol et ainsi d'augmenter la largeur d'aire de contact entre ledit pneumatique et le sol, tout en - 10 - conservant audit pneumatique des dimensions normalisées. L'augmentation de volume de caoutchouc de bande de roulement qui travaille entraîne de multiples avantages et en particulier une amélioration de toutes les performances liées au contact entre le pneumatique et le sol: adhérence, usure, échauffement, comportement, pour ne citer que les performances les plus fortement influencées. -11- REVENDICATIONS. 1 - Pneumatique comprenant une armature de carcasse (1) d'au moins une nappe (12) d'éléments de renforcement parallèles entre eux dans la nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle (x tel que 65 l'intérieur de la nappe de carcasse (12) dite axialement à l'extérieur. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce l'armature de carcasse (1) est formée d'au moins deux nappes (10, 12) d'éléments de renforcement parallèles entre eux dans chaque nappe et faisant avec la direction circonférentielle un angle ca tel que 65 élément d'ancrage de bourrelet. 3 - Pneumatique selon la revendications 2, caractérisé en ce que l'armature de carcasse (1) comprend une troisième (11) nappe axialement intérieure formée d'éléments de renforcement croisés avec les éléments de la première nappe (10) en faisant avec la - 12 - direction circonférentielle des angles compris entre 65 et 80 , ladite troisième nappe (11) étant enroulée autour de l'élément d'ancrage de bourrelet (2) pour former un retournement (1 10). 4 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau additionnel de flanc (3) est préférentiellement situé radialement à une distance H2 de la base de bourrelet supérieure au tiers de la hauteur H sur jante du pneumatique. - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment de droite D o joignant les deux centres de gravité (G1, G2) des sections méridiennes des élément d'ancrage (2) et anneau de flanc (3) fait avec la direction axiale un angle 4 d'au plus . 6 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé (80) de mélange caoutchouteux entre les deux nappes de carcasse (10, 12) possède une dureté Shore A au moins égale à 65. 7 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé (80) de forme longiligne, a une épaisseur maximale au moins égale à 3% de la hauteur H du pneumatique sur jante. 8 - Pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les nappes de carcasse (10, 11, 12) sont formées d'éléments de renforcement textiles, parallèles entre eux dans chaque nappe. 9 - Pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première nappe de carcasse (12) axialement extérieure est discontinue et composée de deux demi-nappes d'éléments de renforcement textiles radiaux, faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 80 et 90 , chaque demi-nappe ayant d'une part une extrémité - 13 - radialement supérieure sous le bord de l'armature de sommet (5) et d'autre part un bord radialement inférieur avec une extrémité au niveau de l'élément d'ancrage (2). - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure des bourrelet et flanc est complétée par au moins une armature additionnelle, composée d'au moins une nappe (40, 41) d'éléments de renforcement faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 0 et 45 , ladite nappe (40, 41) pouvant être disposée axialement à l'extérieur ou à l'intérieur des nappes principales (10, 11) d'armature de carcasse, à l'intérieur ou à l'extérieur de la nappe (12) de flanc.