Brevet FR2857619A1 — publié le 20050121

La présente invention concerne un pneumatique à armature de carcasse radiale, destiné à équiper des véhicules lourds tels que camions, bus, tracteurs, remorques... etc, et concerne plus particulièrement l'armature de sommet d'un tel pneumatique. L'invention concerne plus spécifiquement un pneumatique du type Un tel pneumatique à armature de carcasse radiale ancrée dans chaque bourrelet à au moins une tringle comprend une armature de sommet constituée par au moins deux couches dites de travail, radialement superposées et formées d'éléments de renforcement 10 parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle du pneumatique des angles dont la valeur peut être comprise entre 10 et 45 en valeur absolue. Des câbles sont dits inextensibles lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à 10% de la force de rupture un allongement relatif au plus égal à 0,2%. Des câbles sont dits élastiques lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à la charge de rupture un allongement relatif au moins égal à 4%. La direction circonférentielle du pneumatique, ou direction longitudinale, est la direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la direction de roulement du pneumatique. La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation 25 normale. Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. Le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, est un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneu et qui divise le pneumatique en deux moitiés. Dans de nombreux cas, la demanderesse a trouvé que plusieurs critères de qualité du pneumatique considéré, en particulier pour utilisation sur véhicules lourds, peuvent être améliorés par la présence dans l'armature de sommet, radialement entre les dites nappes de sommet de travail, d'une nappe additionnelle formée d'éléments métalliques orientés sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle. On peut citer la demande FR 2 744 955 qui, en vue d'abaisser la température de 5 fonctionnement d'un pneumatique 'Poids lourds' au moyen d'une solution économique et efficace, préconise d'utiliser une nappe additionnelle d'éléments de renforcement circonférentiels ayant une largeur axiale au moins égale à 1,05 fois la largeur de la nappe de travail la plus large, les éléments de renforcement de ladite nappe additionnelle ayant un diamètre plus grand que le diamètre des éléments des nappes de travail. Dans le cadre ci-dessus, la nappe additionnelle peut être formée de câbles en acier continus dits semi-élastiques, c'est-à-dire des câbles présentant des allongements relatifs à la rupture supérieurs à 2%. Ces câbles permettent d'obtenir le niveau de rigidité apte à une répartition harmonieuse de la tension circonférentielle entre les nappes de sommet de travail et la nappe additionnelle. Lesdits câbles sont avantageusement dits "bi-module", 15 c'est-à-dire présentant une courbe, représentant la contrainte de traction en fonction de l'allongement relatif, ayant des faibles pentes pour les faibles allongements et une pente sensiblement constante et forte pour les allongements supérieurs. Le module avant cuisson très faible, pour des allongements inférieurs à 2%, permet une augmentation du développement circonférentiel de la nappe additionnelle pendant la cuisson du 20 pneumatique. La nappe additionnelle peut encore être formée de câbles métalliques en acier orientés circonférentiellement et coupés de manière à former des tronçons de longueur très inférieure à la longueur circonférentielle de la nappe, les coupures entre tronçons étant axialement décalées les unes par rapport aux autres. Un tel mode de réalisation permet de 25 conférer, de manière simple, à la nappe additionnelle la rigidité désirée, quelle qu'elle soit. Le choix des câbles élastiques ou coupés pour le renforcement de la nappe additionnelle ne permet pas la meilleure résistance à la fatigue de ladite nappe, soit en conséquence d'une diminution de la force de rupture des câbles élastiques, soit en conséquence de l'existence de concentrations de contrainte dans le mélange de calandrage 30 des câbles coupés. La structure ainsi décrite pénalise donc l'endurance de la nappe additionnelle elle-même. La demande internationale WO 99/24 270 enseigne qu'une meilleure résistance à la séparation entre nappe de carcasse et l'armature de sommet, qu'une meilleure résistance à la séparation entre nappes de sommet et qu'une meilleure résistance à la fatigue des éléments de renforcement circonférentiels de la nappe additionnelle peuvent être obtenues 5 grâce à l'emploi en tant qu'éléments de renforcement de la nappe additionnelle d'éléments métalliques continus circonférentiellement et ondulés dans le plan de la nappe, les ondulations des dits éléments étant parallèles entre elles, en phase et orientées circonférentiellement telles que le rapport a/k de l'amplitude a sur la longueur d'onde. décroisse en allant axialement du centre aux bords de ladite nappe pour être minimal aux 10 dits bords. D'autres documents, tels que le document EP 0 980 770, décrivent, pour des utilisations sur véhicules lourds, la présence dans l'armature de sommet, radialement à l'intérieur des nappes de sommet de travail, d'une nappe additionnelle formée d'éléments métalliques orientés sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle. Selon le document précité, les éléments de renforcement de la nappe additionnelle sont des éléments métalliques continus circonférentiellement et ondulés dans le plan de la nappe et la nappe additionnelle présente des extrémités axiales axialement extérieures aux extrémités axiales des nappes de sommet de travail. La position radialement à l'intérieur des nappes de sommet de travail de la nappe additionnelle conduit à une sollicitation plus 20 importante des éléments de renforcement la constituant et une diminution de la sollicitation des éléments de renforcement des nappes de sommet de travail selon la direction longitudinale. Les essais réalisés avec ce type de pneumatiques ont montré que si l'endurance des pneumatiques ainsi réalisés est satisfaisante, il apparaît des phénomènes d'usure 25 prématurée au niveau des épaules des pneumatiques. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et préconise une solution qui permette une meilleure résistance à l'usure tout en conservant de bons résultats concernant l'endurance des pneumatiques. Ce but a été atteint selon l'invention par un pneumatique comprenant une 30 armature de carcasse radiale surmontée radialement d'une armature de sommet composée d'au moins deux couches de sommet de travail formées d'éléments de renforcement métalliques, croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10 et 45 , et d'au moins une couche additionnelle, formée d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement, au moins une couche additionnelle étant radialement intérieure aux couches de sommet de travail, ladite 5 couche additionnelle présentant une largeur axiale plus grande que la largeur de la couche de sommet de travail la plus large axialement et les éléments de renforcement de ladite couche additionnelle étant des éléments de renforcement métalliques présentant un module sécant à 0,7 % d'allongement compris entre 10 et 120 GPa et un module tangent maximum inférieur à 150 GPa. Selon une réalisation préférée, le module sécant des éléments de renforcement à 0,7 % d'allongement est inférieur à 100 Gpa, de préférence supérieur à 50 GPa et de préférence encore compris entre 60 et 90 GPa. De préférence également, le module tangent maximum des éléments de renforcement est inférieur à 130 GPa. Le module sécant est mesuré sur une courbe contrainte de traction en fonction de l'allongement déterminée avec une précharge inférieure à 5 Kg. Selon un mode de réalisation préféré, les éléments de renforcements de la couche additionnelle sont des éléments de renforcement métalliques présentant une courbe contrainte de traction en fonction de l'allongement relatif ayant des faibles pentes pour les 20 faibles allongements et une pente sensiblement constante et forte pour les allongements supérieurs. De tels éléments de renforcement de la nappe additionnelle sont habituellement dénommés éléments "bi-module". Selon une réalisation préférée de l'invention, la pente sensiblement constante et forte apparaît à partir d'un allongement relatif compris entre 0,2% et 0,8%. Les différentes caractéristiques des éléments de renforcement énoncées cidessus sont mesurées sur des éléments de renforcement prélevés sur des pneumatiques. Des éléments de renforcement plus particulièrement adaptés à la réalisation de la couche additionnelle selon l'invention sont par exemple des assemblages de formule 21.23; ce câble à torons est constitué de 21 fils élémentaires de diamètre égal à 23/100 mm et de 30 formule 3 x (1+6), avec 3 torons, constitués de 7 fils dont un formant une âme centrale, et tordus ensembles. De la même façon, un autre exemple d'éléments de renforcement est un assemblage de formule 21.28. Les essais réalisés ont montré que le pneumatique ainsi réalisé selon l'invention permet de conserver des propriétés d'endurance satisfaisantes associées à une résistance à 5 l'usure notamment au niveau des bords de la bande de roulement nettement améliorée par rapport au pneumatique tel que décrit précédemment. Les inventeurs ont su mettre en évidence que les éléments de renforcement de la couche additionnelle selon l'invention autorise la fabrication du pneumatique, notamment sa mise en forme, et permettent d'obtenir une rigidité satisfaisante au niveau des bords de la bande de roulement qui 10 autorise une résistance à l'usure satisfaisante. En effet, afin de pouvoir fabriquer le pneumatique considéré de la manière la plus simple possible et à un coût le plus faible possible, l'armature, conforme à l'invention, doit présenter pour les faibles forces de traction imprimée parallèlement à la direction des éléments de renforcement un certain allongement relatif, nécessaire à la possibilité d'avoir un développement circonférentiel de 15 l'armature de sommet plus important lors des opérations de confection, finition et vulcanisation du pneumatique. Par ailleurs, la position radialement intérieure de la couche additionnelle par rapport aux couches de sommet de travail conduit à des performances d'endurances satisfaisantes notamment en ce qui concerne les couches de sommet de travail et l'armature 20 de carcasse. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'armature de sommet est composée d'au moins deux couches additionnelles formées d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement. Une telle réalisation permet d'obtenir une rigidité au niveau des épaules du pneumatique satisfaisante avec des diamètres d'éléments 25 de renforcement usuels. De préférence encore, toutes les couches additionnelles formées d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement sont radialement intérieures aux couches de sommet de travail. Une telle réalisation permet d'améliorer encore les propriétés d'endurance des 30 couches de sommet de travail et l'armature de carcasse. Une variante avantageuse de l'invention prévoit que l'armature de sommet comporte en outre une couche de triangulation formée d'éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60 . De préférence, selon cette variante de réalisation de l'invention, la couche de triangulation est radialement intérieure aux autres couches de l'armature de sommet. La présence d'une nappe de triangulation est notamment favorable à l'endurance de l'armature de carcasse, en prévenant les risques de mise en compression de celle-ci. Avantageusement encore, l'armature de sommet comporte en outre une couche de protection radialement extérieure aux autres couches de l'armature de sommet. Une telle 10 couche de protection confère notamment une protection de l'armature de sommet contre les risques de perforation de la bande de roulement. Les éléments de renforcements de la couche de protection sont avantageusement élastiques. Les angles de ces éléments de renforcements sont de préférence identiques à ceux de la couche de travail radialement adjacente pour prévenir en outre les risques d'oxydation de ladite couche de travail 15 radialement adjacente. La nappe de protection peut avoir une largeur axiale inférieure à la largeur axiale de la nappe de travail la moins large, mais avantageusement suffisante pour recouvrir totalement la zone de couplage entre les deux nappes de sommet de travail, et d'autant plus avantageusement que la bande de roulement du pneumatique considéré comprend une 20 rainure circonférentielle ou quasi-circonférentielle axialement disposée radialement sur la zone de couplage entre les deux nappes de travail. Ladite nappe de protection peut aussi avoir une largeur axiale supérieure à la largeur axiale de la nappe de travail la moins large, telle qu'elle recouvre les bords de la nappe de travail la moins large et, dans le cas de la nappe radialement supérieure comme étant le moins large, telle qu'elle soit couplée, dans le 25 prolongement axial de l'armature additionnelle, avec la nappe de sommet de travail la plus large. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la nappe de protection peut avoir une largeur axiale supérieure à la largeur axiale de la couche additionnelle axialement la plus large, formée d'éléments de renforcement métalliques orientés 30 circonférentiellement. Selon ce mode de réalisation de l'invention, lors d'une opération de rechapage, la couche d'éléments de renforcement susceptible d'être mise à nu est sur toute la largeur axiale de l'armature de sommet une couche d'éléments de renforcement dans laquelle, lesdits éléments de renforcement forment avantageusement un angle avec la direction circonférentielle, ou plus exactement n'étant pas des éléments de renforcement circonférentiels. D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci-après de la description d'un exemple de réalisation en référence à la figure qui représente une vue en section méridienne d'un schéma d'une armature de sommet conforme à l'invention. La figure n'est pas représentée à l'échelle pour en simplifier la compréhension. Le pneumatique 1, de dimension 495/45 R22.5, comprend une armature de 10 carcasse radiale, formée d'une seule nappe 2 de câbles métalliques inextensibles, ancrée dans chaque bourrelet (les bourrelets ne sont pas représentés sur la figure). Ladite armature de carcasse 2 est radialement surmontée d'une armature de sommet 3, elle-même surmontée d'une bande de roulement 5. L'armature de sommet 3 est composée radialement de l'intérieur à l'extérieur: - d'une armature additionnelle 31, constituée de deux couches identiques 311, 312, formée de câbles métalliques en acier 21x28, de type "bi- module" et circonférentiels (sont dits circonférentiels des cables faisant avec la direction circonférentielle un angle compris dans l'intervalle 0 + 2,5 ). - l'armature additionnelle 31 étant recouverte d'une première nappe de sommet de 20 travail 32 formée de câbles métalliques 27x23 frettés, en acier et inextensibles (sont dits inextensibles des câbles présentant sous une force égale à 10% de leur force de rupture un allongement relatif au plus égal à 2%), les dits câbles ayant un diamètre de 1,3 mm, parallèles entre eux dans la nappe et disposés avec un pas de 2,5 mm (mesuré perpendiculairement aux dits câbles). Lesdits câbles sont orientés par rapport à la direction 25 circonférentielle avec un angle a, compris entre 10 et 45 et dans le cas décrit égal à 18 ; - la première nappe de sommet de travail 32 étant recouverte de la deuxième nappe de sommet de travail 33 formée de câbles métalliques 27x23 frettés identiques à ceux de la première nappe 32, disposés avec le même pas et faisant avec la direction circonférentielle un angle À, opposé à l'angle (a des câbles de la première nappe, et dans le cas décrit égal 30 audit angle oa (mais pouvant être différent dudit angle az); - l'armature de sommet 3 étant complétée par une nappe 34 de câbles métalliques en acier dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle d'un angle % de même sens que l'angle 3 et égal audit angle f3 (mais pouvant être différent), ladite nappe 34 étant une nappe dite de protection, et des câbles élastiques étant des câbles ayant à la rupture un allongement relatif supérieur à 4%. La largeur axiale L32 de la première nappe de travail (32) est égale à 300 mm. La largeur axiale L33 de la deuxième nappe de travail (33) est égale à 280 mm. Quant à la largeur axiale globale L31 de la nappe additionnelle (31), elle est égale à 400 mm. La dernière nappe de sommet (34), dite de protection, a une largeur L34 sensiblement égale à 10 270 mm. REVENDICATIONS. 1 - Pneumatique comprenant une armature de carcasse radiale surmontée radialement 5 d'une armature de sommet composée d'au moins deux couches de sommet de travail formées d'éléments de renforcement métalliques, croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10 et 45 , et d'au moins une couche additionnelle formée d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement, caractérisé en ce qu'au moins une couche additionnelle est 10 radialement intérieure aux couches de sommet de travail, en ce que ladite couche additionnelle présente une largeur axiale plus grande que la largeur de la couche de sommet de travail la plus large axialement et en ce que les éléments de renforcement de ladite couche additionnelle sont des éléments de renforcement métalliques présentant un module sécant à 0,7 % d'allongement compris entre 10 et 120 GPa et un module tangent maximum 15 inférieur à 150 GPa. 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module sécant des éléments de renforcement à 0,7 % d'allongement est inférieur à 100 Gpa, de préférence supérieur à 50 GPa et de préférence compris entre 60 et 90 GPa. 20 3 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module tangent maximum des éléments de renforcement est inférieur à 130 GPa. 4 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments 25 de renforcement de ladite couche additionnelle sont des éléments de renforcement métalliques présentant une courbe contrainte de traction en fonction de l'allongement relatif ayant des faibles pentes pour les faibles allongements et une pente sensiblement constante et forte pour les allongements supérieurs. - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est composée d'au moins deux couches additionnelles formées d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement. 6 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les couches additionnelles formées d'éléments de renforcement métalliques orientés circonférentiellement sont radialement intérieures aux couches de sommet de travail. 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 10 l'armature de sommet comporte en outre une couche de triangulation formée d'éléments de renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60 . 8 - Pneumatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de triangulation 15 est radialement intérieure aux autres couches de l'armature de sommet. 9 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet comporte en outre une couche de protection et en ce qu'elle est radialement extérieure aux autres couches de l'armature de sommet. 20 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement de ladite couche additionnelle sont des assemblages métalliques de type 21.23 ou 21.28.