Brevet FR2839015A1 — publié le 20031031

BANDAGE FLEXIBLE NON PNEUMATIQUE La presente invention concerne les bandages montes sur roues et conc,us pour etre capables de porter une charge substantielle sans pression de gonflage, appeles s bandages non pneumatiques. La demande de brevet WO 00/37.269 propose un tel bandage elastique non pneumatique. Wile decrit une structure porteuse comportant essentiellement une pluralite d'elements de supports disposes sensiblement radialement, se repetant avec o une symetrie cyclique tout autour de la circonference du bandage. Lorsque le bandage decrit dans la demande de brevet WO 00/37.269 porte une charge, un certain nombre d'elements de support presents dans l'aire de contact vent soumis a une flexion importante, ce qui leur permet de developper un effort de reprise d'une partie de la charge. Une structure diinterconnexion fait travailler ensemble les elements de s support, en reportant les sollicitations sur les elements de support adjacents. La capacite de ce bandage a porter une certaine charge provient de la sollicitation en flexion des elements de support presents dans l'aire de contact du bandage elastique non pneumatique, et elle provient egalement de la sollicitation egalement en flexion, des elements de support en dehors de l'aire de contact du bandage elastique non pneumatique, de par le fonctionnement de la structure dtinterconnexion. Enfin, on peut rappeler que selon ltenseignement de la demande de brevet WO 00/37.269 precitee, chacun des elements de support est capable de supporter de la torsion, et qu'il existe une difference de flexion entre elements de support adjacents. On salt aussi que, avant de penetrer dans l'aire de contact, les elements de support subissent une certaine deradialisation. Pendant le roulage en service normal du bandage, la penetration des elements de support dans l'aire de contact est quelque peu retardee. Au fur et a mesure que les elements de support franchissent l'aire de contact, ils reprennent une position radiale et, en sortie de l'aire o de contact, ils subissent une deradialisation sensiblement symetrique de la premiere par rapport au plan vertical passant par l'axe de rotation du bandage. P1 0-1 445-FR - 2 Quant 3 la structure d'interconnexion, tout en etant capable de transmettre une partie de la sollicitation des elements de support sur les elements de support voisins, on salt qutelle est suffisamment flexible pour autoriser des deplacements relatifs des elements s de support les uns par rapport aux autres, non seulement dans le sens radial mais egalement dans le sens circonferentiel. La difference de deplacement des elementsde support dans le sens radial correspond 3 une difference de sollicitation en flexion de ceux-ci. La difference de deplacement dans le sens circonferentiel correspond 3 une sollicitation circonferentielle de la structure dtinterconnexion, mise en evidence par la o deradialisation. Bien que le bandage elastique non pneumatique propose siavere parfaitement capable de supporter une charge importante en service normal, I'objectif de la presente invention est de perfectionner la structure porteuse proposee de facon 3 lui conferer une endurance considerablement amelioree, tout en maintenant sa tres grande aptitude 3 supporter la charge. L'invention propose un bandage flexible comportant une structure portante flexible s'etendant circonferentiellement autour d'un axe de rotation, et comportant une o bande de rouiement 3 la peripherie radialement exterieure de la structure portante, et au moins une zone de fixation, radialement du cote de l'axe de rotation, pour l'immobilisation de ladite structure portante a un disque de roue, la structure portante comportant: une pluralite d'elements de support s'etendant essentiellement transversalement, dont une premiere partie est disposee au moins sous une partie de la bande de roulement, et dont une autre partie est disposee au del3 de la bande de roulement ou les elements de support vent flechis lorsque le bandage est charge, lesdits elements de support etant juxtaposes circonferentiellement et repartis tout autour de la circonference, ao une structure d'interconnexion entre les elements de support, capable de repartir une sollicitation radiale circonferentiellement entre plusieurs elements de support P 10-1 445-FR - 3 tout en autorisant des differences de deplacement entre elements de support adjacents, dans lequel le bandage comporte une pluralite d'aFticulations elastiques, chacune disposee au moins entre la structure diinterconnexion et la premiere partie de chaque s element de support. L'invention est decrite plus en detail au moyen des figures suivantes, sur lesquelles: Ia figure 1 est une perspective partielle du bandage non pneumatique, avec un ecorche permettant de voir des elements internee; o À Ia figure 2 est un agrandissement de la zone identifiee par la lettre A 3 la figure 1; Ia figure 3 est une coupe partielle, par le plan perpendiculaire a!'axe et passant par latraceBalafigurel; Ies figures4 a 6 illustrent la deformation des articulations elastiques lorsqu'elles passent dans l'aire de contact; Ia figure 7 montre une variante de realisation des articulations elastiques. La figure 1 illustre un mode de realisation dans lequel le profil du bandage delimite une cavite interne torique de section ovode. Le bandage 1 comporte deux zones de fixation 11 separables axialement, deux francs 12 et une bande de roulement 13. Les o francs 12 vent arrondis et occupent la majeure partie de la hauteur radiale du bandage 1. La structure portante comporte des elements de support 2. Les elements de support2 vent adjacents circonferentiellement et s'etendent chacun sensiblement radialement d'une zone de fixation 11 a l'autre. Comme on le volt 3 la figure 2, les elements de support 2 comportent un empilage de lames 21 en matiere composite, :5 flexibles, superposees avec interposition d'une couche d'elastomere 22 entre les lames 21. Le faisceau de lames ainsi collees les unes sur les autres forme une poutre apte a etre sollicitee en flexion. Cet aspect de la constitution du lamifie ntest cependant pas limitatif. o La structure portante comporte aussi une structure d'interconnexion 3 des elements de support 2, de preference arrangee radialement entre la bande de roulement et les P1 0-1445-FR - 4 elements de support 2. La structure dtinterconnexion 3 comporte de preference un renfort monofilamentaire30 noye dans une matrice elastomerique 31, ceinturant ['ensemble des elements de support 2 sous la bande de roulement, elle-meme etant de preference en caoutchouc. Les elements de support 2 vent arranges par dessus une couche 32 d ' u ne matiere elastomerique. Le renfort monofi la mentaire 3 0 est enrou le sensiblement circonferentiellement, c'est 3 dire a un angle proche de 0 par rapport 3 un plan perpendiculaire a ['axe. Notons que l'on pourrait, en variante, utiliser de nombreux cables parmi ceux qui vent couramment utilises comme renforcement a zero degre dispose sous la bande de roulement des pneumatiques usuels. Pour d'autres details sur la constitution de ces elements de support et de la structure dtinterconnexion, le lecteur pourra se reporter utilement a la demande de brevet WO 00/37.269 precitee. Soulignons encore qutil est avantageux que la structure portante ne comporte que des elements structurels de renforcement orientes radialement, a savoir les elements de support 2, et des elements structurels orientes circonferentiellement, a savoir les renforts monofilamantaires 30. Rappelons que la matiere composite des lames 21 et du renfort monofilamentaire 30 comporte des fibres de renforcement noyees dans une resine. On utilise de preference o une matrice en resine thermodurcissable, mais dans certaines applications moins sollicitantes, une resine thermoplastique pourrait convening Les fibres vent de preference disposees majorita irement longitud inalement da ns chaque lame et da ns cha q ue renfort monofila manta ire. O n util ise pa r exem p le d es fib res de verre. B ien entendu, on pourrait utiliser de nombreuses autres fibres, comme par exemple des fibres de carbonne. On pourrait aussi utiliser un hybride prepare avec des fibres de differentes natures. Notamment, on peut utiliser des renforts monofilamentaires tels que decrits dans la demande de brevet EP 1 167 080. Cette demande propose un element composite o longiligne, de longueur tres grande par rapport a la section, comportant des fibres techniques sensiblement symetriques, lesdites fibres etant en grandes longueurs, P10-1445-FR s lesdites fibres etant impregnees dans une resine thermodurcie ayant un module initial d'extension valant au moins 2.3 GPa, dans lequel lesdites fibres vent toutes sensiblement pa ralleles entre elles, la teneu r en fibres eta nt comprise entre 3 0 % et % de la masse globale de lielement composite longiligne, la densite de ['element composite longiligne etant inferieure 3 2.2, ledit element composite longiligne ayant en flexion une contrainte de rupture en compression superieure 3 la contrainte de rupture en extension, ledit element composite longiligne ayant une deformation elastique en compression au moins egale a 2%. Par exemple, lesdites fibres techniques sensiblement symetriques vent des fibres de verre. On volt que les elements de support 2 et la structure dtinterconnexion 3 vent separes par des articulations elastiques 4. Chaque element de support 2 est surmonte d'une telle articulation elastique 4, qui assure la liaison entre les elements de support 2 et la structure dtinterconnexion 3. Dans le mode prefere de realisation de ['invention, lesdits s elements de support 2 vent axialement continus sous la bande de roulement, et meme au del3, jusqu'aux zones de fixation 11. On volt que chaque element de support 2 comporte une partie mediane 25 correspondent sensiblement 3 la largeur de la structure dtinterconnexion 3. La structure dtinterconnexion 3 occupe sensiblement toute la largeur de la bande de roulement 13. On volt aussi que chaque element de o support 2 comporte, de chaque cote du bandage, une partie laterale 26 s'etendant dans le franc 12 et rejoignant la zone de fixation 11. Chaque articulation elastique 4 permet de relier la partie mediane 25 des elements de support 2 a la structure dtinterconnexion 3. L'articulation elastique 4 proposee par la presente invention pourrait trouver a siappliquer dans bien d'autres modes de realisations de bandage non pneumatique dont la structure portante comporte des elements de support dont la flexion sous charge procure liessentiel sinon toute la capacite de supporter une charge, et une structure d'interconnexion entre elements de support. Interessons-nous ao essentiellement a la partie du bandage illustree a la figure 2, pour souligner que la partie mediane 25 s'etendant transversalement sous la totalite de la bande de P] 0-1445-FR - 6 roulement n'est qutun cas pa rticulier d' un bandage ayant un premiere partie de chaque element de support disposee au moins sous une partie de la bande de roulement, comme evoque dans la presentation de ['invention. De meme, soulignons que la partie laterale 26 stetendant dans le franc 12 et rejoignant la zone de fixation 11 n'est qu'un cas particulier d'un bandage ayant une autre partie de chaque element de support disposee au dela de la bande de roulement, 13 ou les elements de support vent flechis lorsque le bandage est charge. Chaque articulation elastique 4 est de preference en matiere elastomerique. On utilise o avantageusement une matiere elastomerique 3 faible hysterese. A titre d'exemple, notons que l' utilisation de melanges de caoutchoucs vu lcanisables au souire du genre de ceux que l'on utilise pour les francs des pneumatiques donnent de bons resultats. De tels melanges vent d'hysterese suffisamment faible et resistent suffisamment bien aux dechirures, ce qui permet aux articulations elastiques de fonctionner correctement s dans leur role de transmission des efforts entre les elements de support2 et la structure dtinterconnexion, tout en acceptant des deformations importantes et repetees. Une autre matiere donnant d'excellents resultats est le polyurethane. A la figure 3, on volt que chacun des elements de support 2 a une largeur > dans le sens circonferentiel et une hauteur > dans le sens radial. On volt que liecart circonferentiel entre deux arceaux adjacents presente une longueur >. Quant aux articulations elastiques 4, elles presentent une hauteur radiale ' et une largeur circonferentielle >. On a dej3 vu que, dans ce mode de realisation de 1'invention, chaque articulation elastique 4 est continue sensiblement sur toute la largeur > de la structure dtinterconnexion 3. On volt egalement que chaque articulation elastique 4 presente des faces transversales 41 sensiblement concaves, de sorte que la largeur de ['articulation elastique 4 au centre de celui-ci, largeur 1c, est quelque peu inferieure 3 la largeur totale L. P1 0-1 445-FR - 7 A titre d'illustration, les valeurs de dimensionnement ci-dessous donnent quelques points de repere qui se vent averes permettre un tres bon fonctionnement de la structure proposee pour un bandage elastique non pneumatique: À Ia largeur maximale d'une articulation elastique 4 est sensiblement egale a3 la s largeur L d'un element de support 2; Ia longueur axiale d'une articulation elastique 4 est sensiblement egale 3 la largeur > de la structure d'interconnexion 3; À Ia hauteur h d'une articulation elastique4 est plus petite que la hauteur H d'un element de support 2; o. Ia largeur Ic au centre d'une articulation elastique4 vaut environ 80 % de la largeur L de ['articulation elastique 4. A la figure 7, on volt plusieurs troncons 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v juxtaposes transversalement, tout en laissant un petit espace entre tronc, ons. La longueur cumulee des tronc,ons 4i, s 4ii, 4iii, 4iY, 4v est inferieure a la largeur > de la structure dtinterconnexion 3. Ensemble, les troncons 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v constituent une articulation elastique liant ['element de support 2 3 la structure diinterconnexion 3. Une autre variation possible est que la section de ['articulation par un plan perpendiculaire 3a ['axe, que ['articulation soit continue axialement ou formee par o plusieurs tronc,ons 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v, soit variable lorsque l'on deplace de plan de section axialement. Bien entendu, la largeur " L" des elements de support 2 obeit notamment 3 des considerations d'uniformite (plus il y en a, plus l'uniformite du bandage sera grande) s et de commodite de fabrication (plus il y en a, plus faible sera la raideur en torsion autour de l'axe du bandage). A titre diillustration encore, on donne quelques points de reperes cidessous: À Ia hauteur H d'un element de support 2 est du meme ordre de grandeur que sa largeur L; P10-1445-FR - 8 À Ia largeur L des elements de support 2 peut varier typiquement entre 5 et 15 mm pour un bandage elastique non pneumatique dimensionne pour une charge nominale de l'ordre de 500 kg; À I'espace s entre deux elements de support adjacents, mesure dans la partie s representee 3a la figure 3, varie correlativement typiquement entre 4 et 8 mm. Revenons aux zones de fixation 11 visibles 3 la figure 1. On utilise ici la designation > pour designer en general la partie du bandage destinee 3 cooperer avec une piece mecanique rigide solidaire par ailleurs d'un moyeu. De o preference, la zone de fixation est encastree sur ladite piece mecanique. L3 encore, pour d'autres details sur la liaison du bandage 3 un moyeu, par exemple concernant la possibilite d'utiliser une seule zone de fixation monobloc, sur l'interet de modifier la largeur d'appui de la surface radialement interieure du bandage sur une piece mecanique rigide, le lecteur pourra se reporter utilement 3 la demande de ts brevet WO 00/37.269 precitee. En ce qui concerne par exemple le montage des zones de fixations 11 separables axialement, on volt aux figures 8 et 9 de la demande de brevet WO 00/37. 269, une sorte de jante tres etroite formee par deux viroles interieures 380 et 381 et un insert 321 dont une partie forme une virole exterieure, ce qui permet de pincer chacune des zones de fixation pour obtenir un encastrement de la partie radialement interieur de la structure porteuse. Abordons plus en detail le fonctionnement du bandage elastique non pneumatique en roulage sous charge. Rappelons d'abord que le bandage illustrant ['invention comporte des elements ramifies disposes sensiblement radialement. A ['image de ce que lton salt du fonctionnement d'un pneu radial usuel, notons que les elements ramifies se > quelque peu lors du passage dans l'aire de contact ce qui, outre la flexion, les sollicitent aussi en torsion. On appelle " deradialisation " le fait que des renforts qui vent normalement orientes radialement dans les francs (firs de carcasse pour un pneu radial usuel, elements de support pour les modes de realisation du P10-1445-FR bandage decrits ici) s'ecartent quelque peu de cette orientation radiale, le maximum de cet ecart etant observe pour les renforts en regard de ltentree et de la sortie de l'aire de contact avec le sol. Notons que cette deradialisation est possible par ['aptitude qu'ont les elements de support de siaccommoder 3 d'autres deformations qu'une simple flexion dans un plan radial. La structure portante, en se deformant, permet une certaine mise 3 plat de la zone sous la bande de roulement concernee par le contact avec le sol, de sorte que l'empreinte au sol du bandage charge presente une certaine surface, 3 I'instar du o fonctionnement bien connu des pneumatiques gonfles. Les figures 4 3 6 permettent de visualiser la partie du bandage elastique correspondent 3 I'aire de contact en fonctionnement sous une charge nominale et montrent la deformation des articulations elastiques 4 provenant de la deformation des elements de support 2 et de la structure d'interconnexion 3. Selon le sens de rotation du bandage, on apercoit la deformation des articulations elastiques 3 I'entree de l'aire de contact (figure 4), en observant ['articulation elastique 4A. On apercoit egalement la deformation des articulations elastiques au centre de l'aire de contact (figure 5), la ou la flexion radiale des elements de support 2 est maximale, en observant ['articulation o elastique 4B. Enfin, on apercoit 3 la sortie de l'aire de contact (figure 6) la deformation de ['articulation elastique 4C, symetrique de celle de ['articulation elastique 4A.. On volt que les elements de support 2, non seulement vent flechis, mais egalement basculent par rapport 3 I'orientation moyenne de la structure dtinterconnexion 3. La presence des articulations elastiques 4 realise une liaison des elements de support 2 3 la structure d'interconnexion 3 permettant le transfert des sollicitations mecaniques de service tout en autorisant des deplacements suffisants afin de procurer 3 I'ensemble de Ia structure porteuse une tres grande endurance. Les elements de support 2 se trouvent ainsi lies 3 la structure dtinterconnexion 3 avec une sorte d'articulation un peu comme des elements de bras de suspension vent lies 3 la caisse des vehicules le plus souvent par des articulations elastiques en caoutchouc. P10-1445-FR - 10 L'existence diun couple moteur ou diun couple freineur ou d'un angle de carrossage ou de derive va bien entendu superposer d'autres deformations 3 celles expliquees ci- dessus. Soulignons que si lton s'est attache ci-dessus a decrire la structure porteuse, il n'est pas exclu que le bandage comporte une peau exterieure 120 lui donnant un aspect uniforme comme on le volt 3 la figure 1. Cette peau recouvre ['ensemble des elements de support 2, par ltexterieur de ceux-ci. II pourrait egalement y avoir une matiere entre o les elements de support 2, comblant partiellement ou completement l'espace entre deux elements de support 2 adjacents. Dans une autre variante constructive, on pourrait installer la structure dtinterconnexion radialement 3 I'interieur des elements de support, avec interposition d'articulations elastiques, et disposer une partie d'usure, circonferentiellement continue ou non, radialement 3 I'exterieur des elements de support 2. L'architecture du bandage proposee permet de construire des bandages conc, us pour fonctionner sans pressidn de gonflage (bandage non pneumatique). Notons que, et ceci est une remarque importante, rien n'empeche de mettre dans le bandage propose o une certaine pression d'air. II suffit bien entendu de faire en sorte que le bandage soit etanche a3 I'air, ou soit nanti d'une chambre 3 air. On ajoute par exemple 3 la structure portante une peau adequate, qui de toutes facons est utile pour eviter l'encrassement de la cavite interne. On peut alors ajuster les caracteristiques, notamment de flexibilite, en jouant sur une certaine mise en pression " p " de la cavite interne. En faisant une analogie avec un pneu gonfle, la mise en pression " p " evoquee ici pour le bandage selon ['invention se compare 3 la variation de pression Ap autour d'une pression - nominale P pour laquelle ledit pneu a gonfler est concu. Ainsi et pour fixer les idees, lorsque selon ses destinations, on utilise un pneu conventionnel 3 des niveaux de pressions allant de P 3 P+6p, on va utiliser le bandage selon ['invention, selon ses o destinations, 3 des " niveaux " de pression allant de 0 (c'est 3 dire pas de pression) 3 Ap. P1 0-1 445-FR - 11 En resume, et pour dire ltessentiel, les elements de support 2 portent la charge; ils ne travaillent pas de fac,on completement isolee les uns des autres, mais ils vent relies entre eux par une structure dtinterconnexion 3 avec interposition d'articulations s elastiques 4, de facon a assurer un bon fonctionnement d'ensemble, en evitant des cisaillements trop intenses entre deux elements ramifies adjacents, et de facon a offrir une bonne uniformite, c'est a dire une relative constance des proprietes queue que soit la position circonferentielle du bandage par rapport au sol. P] 0-1 445-FR - 12 REVENDICATIONS 1. Bandage flexible ayant une structure portante flexible s'etendant s circonferentiellement autour d'un axe de rotation, une bande de roulement 3 la peripherie radialement exterieure de la structure portante, et au moins une zone de fixation, radialement du cote de l'axe de rotation, pour l'immobilisation de ladite structure portante 3 un disque de roue, la structure portante comportant: une pluralite d'elements de support stetendant essentiellement transversalement, o dont une premiere partie est disposee au moins sous une partie de la bande de roulement, et dont une autre partie est disposee au del3 de la bande de roulement ou les elements de support vent flechis lorsque le bandage est charge, lesdits elements de support etant juxtaposes circonferentiellement et repartis tout autour de la circonference, une structure d'interconnexion entre les elements de support, capable de repartir une sollicitation radiale circonferentiellement entre plusieurs elements de support tout en autorisant des differences de deplacement entre elements de support adjacents, caracterisee en ce que le bandage comporte une pluralite d'articulations elastiques, o chacune disposee au moins entre la structure diinterconnexion et la premiere partie de chaque element de support. 2. Bandage selon la revendication 1, dans lequel la structure dtinterconnexion est arrangee radialement entre les elements de support et la bande de roulement. 3. Bandage selon la revendication 1, dans lequel chaque articulation elastique est en matiere elastomerique. 4. Bandage selon la revendication 1, dans lequel chaque articulation elastique est en o melange de caoutchouc vulcanisable au soufre. P] 0-1445-FR - 13 5. Bandage selon la revendication l, dans lequel chaque articulation elastique est en polyurethane. 6. Bandage selon la revendication 1, dans loquel chaque articulation elastique comporte plusieurs troncons 4' juxtaposes transversalement. 7. Bandage selon la revendication l, dans loquel la largeur L des elements de support est comprise entre 5 et 15 mm pour un bandage elastique non pneumatique dimensionne pour une charge nominale de l'ordre de 500 kg. 8. Bandage selon l'une des revendications l 3 7, dans loquel lesdits elements de support vent axialement continus sous la bande de roulement. 9. Bandage selon l'une des revendications l a 8, dans lequel les elements de support vent constitues par un empilage de lames en matiere composite avec interposition d'une couche d'elastomere entre chaque lames. l O.Bandage selon l'une des revendications l a 9, comportant deux zones de fixation separables axialement. ll.Bandage selon l'une des revendications 1 a lO, dans lequel dans lequel chaque element de support est continu d'une zone de fixation a l'autre. 12.Bandage selon la revendication 9, dans loquel les lames vent constituees d'une matrice en resine thermodurcissable ou thermoplastique, renforcee par des fibres disposees majoritairement longitudinalement dans chaque lame. l 3.Bandage selon l'une des revendications l a l l dans loquel la structure portante ne comporte que des elements structurels orientees radialement et des elements structurels orientees circonferentiellement. P 10-1 445-FR - 14 14.Bandage selon l'une des revendications l 3 11, dans lequel les elements de support vent disposes sensiblement radialement.