Brevet FR2861334A1 — publié le 20050429

La présente invention concerne les appuis de sécurité pour pneumatiques de véhicules, destinés à être montés sur leurs jantes, à l'intérieur des pneumatiques pour supporter la charge en cas de défaillance du pneumatique ou de pression de gonflage anormalement basse. Elle concerne plus particulièrement les appuis de sécurité dits structurels , généralement réalisés à partir d'un matériau élastomérique et comportant: - une base sensiblement cylindrique destinée à s'adapter autour de la jante; - un sommet avec une paroi radialement extérieure destinée à entrer en contact avec la paroi interne du sommet du pneumatique en cas de perte de pression et laissant une garde par rapport à celle-ci à la pression nominale de fonctionnement du pneumatique; et un corps annulaire reliant la base et le sommet. Le document EP 0 796 747 décrit un tel appui de sécurité dans lequel le sommet a une paroi extérieure qui est sensiblement cylindrique de révolution et comporte des rainures longitudinales. La demande WO 00/76791 décrit aussi un tel appui de sécurité. Pour améliorer l'endurance en roulage à plat ou à pression de gonflage réduite des ensembles appuis de sécurité et pneumatiques, on incorpore usuellement sur la face interne du pneumatique des compositions lubrifiantes ou gels. Ces gels sont destinés à réduire la friction entre l'appui et la face interne du pneumatique entourant l'appui. De tels gels comportent usuellement un agent lubrifiant tel de la glycérine et un agent 25 épaississant tel de la silice. L'invention a pour objet un appui de sécurité dont la performance d'endurance en roulage à plat est améliorée relativement aux appuis précédents. Un tel appui de sécurité selon l'invention est caractérisé en ce que, en considérant E, surface de révolution d'axe X commun avec l'appui définie, l'appui étant monté sur sa jante de service, en tout plan axial passant par une zone de contact entre l'appui et le pneumatique lors d'une condition de roulage à plat, par le cercle dont le rayon est égal au rayon du point de ladite paroi extérieure du sommet de l'appui le plus éloigné de l'axe X, et f étant la flèche prise par ledit appui monté sur sa jante de service et sous une charge Z, charge nominale dudit pneumatique, ladite surface E est circonscrite entre deux cylindres de révolution de rayons Rmax et Rmin satisfaisant la relation suivante: 0.2f - Cette surface de révolution E peut être déterminée pratiquement par des mesures géométriques de l'appui monté sur sa jante de service. E est aussi très proche du profil théorique E' de l'enveloppe de la paroi extérieure du sommet de l'appui. Dans ce qui suit, on appellera la surface de révolution E l'enveloppe de la paroi extérieure du sommet de l'appui. Les différences entre les deux surfaces de révolution E et E' sont liées notamment à toutes les incertitudes de fabrication des appuis, les retraits des matériaux après leur moulage, leur réticulation ou leur vulcanisation, le faux rond de la jante de service, etc.. Il est avantageux de disposer la zone de rayon minimum de la surface E, enveloppe de la 30 paroi extérieure du sommet, axialement à au moins une extrémité latérale du sommet de l'appui. La zone de rayon minimum Rm;n est préférentiellement disposée du côté de l'appui destiné à être placée du côté extérieur du véhicule. L'enveloppe E de la paroi extérieure du sommet d'un appui de sécurité selon l'invention peut aussi comprendre une seconde zone de rayon R'min, supérieure ou égale à Rmin, disposée axialement de l'autre côté du plan médian circonférentiel P relativement à la zone de rayon Rmin et satisfaisant la relation: 0.2f - Plusieurs modes de réalisation d'appuis de sécurité selon l'invention sont maintenant 20 décrits à l'aide du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue de côté d'un appui de sécurité ; - la figure 2 est une coupe AA tel qu'indiqué à la figure 1 d'un exemple de corps annulaire d'un appui de sécurité selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un ensemble composé d'un appui de sécurité 25 selon l'invention monté sur une jante de roue et d'un pneumatique; - la figure 4 est une vue schématique de côté d'un appui de sécurité monté sur une jante de roue, l'ensemble étant soumis à une charge Z; - la figure 5 est une coupe axiale d'un second exemple d'appui de sécurité selon l'invention; et - la figure 6 est une coupe axiale d'un troisième exemple d'appui de sécurité selon l'invention. La figure 1 présente en vue de côté un appui de sécurité 1 correspondant à ceux de la demande W000/76791. Cet appui comprend essentiellement trois parties: - une base 2, de forme généralement annulaire; - un sommet 3, sensiblement annulaire, avec sur sa paroi radialement extérieure des rainures longitudinales 5; et - un corps annulaire 4 de liaison entre la base 2 et le sommet 3. La figure 1 précise aussi les conventions géométriques utilisés dans la présente demande. L'axe X passant par O est l'axe de rotation de l'appui. Après montage de l'appui dans la cavité d'un pneumatique et autour d'une jante, l'axe X est aussi l'axe commun de rotation de l'appui, du pneumatique et de la jante. La direction T est une direction radiale c'est-à-dire passant par l'axe X et perpendiculaire à celui-ci. La direction C est une direction circonférentielle, en tout point de l'appui, du pneumatique ou de la jante, cette direction circonférentielle est perpendiculaire à la direction radiale passant par ce point ainsi qu'à l'axe X. La figure 2 est une coupe AA tel qu'indiqué à la figure 1 d'un exemple de corps annulaire d'un appui de sécurité selon l'invention. Cet exemple est décrit dans le document WO 00/76791. Ce corps annulaire 4 est constitué d'une pluralité de cloisons 42, radiales, réparties sur la circonférence de l'appui et s'étendant axialement de part et d'autre du plan P, plan médian circonférentiel, et par des jonctions 43 et 44, radiales, s'étendant sensiblement circonférentiellement et reliées à chacune de leurs extrémités à deux cloisons 42 adjacentes. Dans l'exemple présenté, les jonctions 43 et 44 ont des longueurs circonférentielles différentes. On place de préférence les jonctions circonférentielles les plus longues 44 du côté de l'appui destiné à être disposé vers l'intérieur du véhicule. Les jonctions peuvent être disposées en bordure latérale du corps annulaire (exemple 43) ou en retrait (exemple 44). La géométrie de cette figure 2 n'est présentée qu'à titre d'exemple et de très nombreuses autres géométries de corps annulaire sont utilisables par les appuis de sécurité selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale d'un ensemble composé d'un appui de sécurité selon l'invention monté sur une jante de roue et d'un pneumatique. Sur cette figure sont indiqués les côtés dits extérieur et intérieur de l'ensemble, c'est-à-dire destinés à être disposés vers l'extérieur du véhicule ou vers l'intérieur du véhicule. L'appui de sécurité 10 comprend comme précédemment décrit une base 2, un corps annulaire 4 et un sommet 30. La jante de roue 6 est notamment décrite dans le document WO 00/05083 et comprend deux sièges de jante 61 extérieur et 61' intérieur, de diamètres inégaux et dont les génératrices sont inclinées vers l'extérieur. Le siège intérieur 61' disposé du côté intérieur a un diamètre supérieur à celui du siège extérieur 61. Les deux sièges sont prolongés extérieurement par des saillies ou humps 62 et 62'. Le siège extérieur 61 est prolongé axialement vers l'intérieur par une première portée 63 suivie d'une gorge circonférentielle 64, et d'une seconde portée 63'. La seconde portée 63' est munie à son extrémité vers l'intérieur du véhicule d'une butée de positionnement 65. Comme l'indique la figure, l'appui de sécurité 10 vient en appui radialement sur les deux portées 63 et 63' et axialement contre la butée 65. Il est à noter que l'élément de jonction circonférentiel 44 est disposé axialement en regard de la portée 63' pour assurer une bonne transmission des efforts entre l'appui et la jante. De même, l'élément de jonction 43 est préférentiellement disposé en regard de la portée 63. Le siège intérieur 61' est prolongé axialement vers l'extérieur du véhicule par un rebord de jante 66, rebord délimitant avec la butée de positionnement 65 une gorge de montage 67. La jante 6 comporte aussi un trou de valve 68 disposé dans le flanc extérieur de la gorge circonférentielle 64. Une valve et un dispositif de mesure de la pression de gonflage 69 sont fixés à ce trou de valve. Un pneumatique 7 est monté sur la jante 6. Ce pneumatique 7 comporte notamment deux bourrelets 71 et 71' entourant les sièges de jante 61 et 61' et un sommet 72 dont la paroi intérieure 73 est destinée à venir s'appuyer contre le sommet 30 de l'appui en cas de perte notable de pression de gonflage et de roulage à plat. L'appui 10 est un appui conforme à l'invention. Son sommet 30 comporte trois parties, une partie centrale 31 dont l'enveloppe extérieure atteint le rayon maximum Rmax, une partie latérale extérieure 32 dont l'enveloppe extérieure à un rayon Rmi et une partie latérale intérieure 33 dont l'enveloppe extérieure à un rayon R'mi,,. Les parties latérales extérieure 32 et intérieure 33 ont sensiblement une géométrie de cylindre de révolution. La partie centrale 32 comprend axialement de l'intérieur vers l'extérieur du véhicule une zone 310 sensiblement conique dont le rayon varie de R'min à Rmax, une zone 311 dont l'enveloppe extérieure est cylindrique de révolution de rayon Rm., puis une seconde zone de transition 312 avec la zone extérieure 32. Les zones 311 et 312 comportent des rainures circonférentielles. De telles rainures peuvent aussi être disposées dans les zones latérales 33 et 32. Le sommet 30 de l'appui 10 comprend donc à ses deux extrémités latérales une zone de 15 rayon inférieur au rayon maximum de la partie centrale. La valeur de ces écarts entre Rm et Rmi ainsi que R'mi est explicité à l'aide de la figure 4 qui présente schématiquement la mise en appui sur une surface plane S d'un ensemble roue (composée d'un disque 9 et d'une jante 6) et appui de sécurité 10. L'ensemble roue et appui de sécurité 10 est monté sur un mandrin (non représenté) d'axe X passant par O. A l'état libre, le rayon extérieur R de l'ensemble correspond au rayon Rmax de la partie centrale 31 du sommet 30 de l'appui 10. En revanche, au centre de la zone de contact entre l'ensemble roue appui de sécurité et la surface S, lorsqu'une charge Z est appliqué en O, le rayon diminue et devient Ro. On appelle flèche f, la valeur de l'écart entre R et Ro en ayant choisi comme charge Z la charge nominale du pneumatique qui est la charge maximale que le pneumatique peut supporter en service. Cette valeur est définie par les normes ETRTO. La détermination expérimentale de f est aisément réalisée en suivant le mode opératoire précédent. Cette détermination est réalisée à 20 C. Il est bien entendu indispensable de choisir comme roue et jante la roue et la jante de service de l'appui de sécurité. C'est-à-dire, les roue et jante pour lesquelles l'appui de sécurité a été conçu. Les demanderesses ont observé de façon surprenante que le fait de choisir pour les valeurs de Rmax Rmin et R'min des valeurs qui satisfont la relation suivante: 0.2f - Il est à noter que le matériau constitutif principal des appuis de sécurité peut varier très fortement. Les propriétés mécaniques de ces appuis et en particulier la flèche f prise sous une charge et une géométrie de jante données vont aussi varier fortement. A titre d'exemple, le module d'élasticité d'un mélange caoutchouteux peut varier entre 8 et 40 MPa alors que celui d'un élastomère de polyuréthanne ou un élastomère thermoplastique entre 20 et 150 MPa. On considère par exemple le module d'extension à 10% de déformation et à 20 C. Des essais ont été réalisés avec un appui de sécurité 120x440-40 en matériau caoutchouteux, où 120 correspond à la largeur en mm de l'appui, 440 à son diamètre en mm et 40 à sa hauteur aussi en mm. On a constaté que la valeur de la flèche prise par l'ensemble appui et sa jante de service sous la charge nominale Z = 450 kg est de 6 mm. L'écart entre les valeurs de Rmax et Rmin ou R'min a été de zéro pour le témoin (géométrie sensiblement cylindrique de révolution du sommet) et de 2 mm pour l'appui selon l'invention. Les ensembles appui jante et pneumatique ont été testés à 100 km/h, après l'introduction de 90 grammes d'un lubrifiant composé principalement de glycérine et de silice. Le véhicule de test était un Scenic 2 de Renault et l'ensemble pneumatique roue et appui testé en roulage à plat était disposé à l'arrière du véhicule. Le circuit du test était un circuit de type roulage autoroutier. L'ensemble témoin a parcouru une distance de 70 km en roulage à plat, c'est-à-dire avec une pression relative de gonflage nulle entre la cavité du pneumatique et l'air ambiant avant endommagement de la paroi intérieure 73 du pneumatique notamment en regard de l'extrémité extérieure du sommet de l'appui. L'arrêt a été provoqué par une abrasion entre ces deux surfaces en regard. On peut penser que cette abrasion a été due à un défaut de lubrification entre ces surfaces. L'ensemble comportant un appui selon l'invention 10 a parcouru une distance de 180 km avant arrêt. Ce résultat montre l'intérêt très net de modifier la géométrie extérieure du sommet des appuis pour optimiser les performances en endurance à plat des ensembles appuis de sécurité roues et pneumatiques. La figure 5 présente un second exemple d'appui de sécurité. Le sommet 35 comporte une paroi extérieure avec une courbure axiale telle que le rayon extérieur de l'appui est Rmax au centre du sommet et Rmin aux deux extrémités latérales. Comme précédemment, l'ordre de grandeur de la flèche prise par cet appui dans ses conditions de fonctionnement en roulage à plat sur sa jante de service est de l'ordre de 6 mm et la variation de rayon de l'ordre de 2 mm. La figure 6 présente un troisième exemple d'appui de sécurité. Le sommet 37 comporte une paroi extérieure avec axialement de l'extérieur vers l'intérieur une première zone cylindrique de révolution 373 de rayon Rmin, une zone conique 372 puis une zone de courbure sensiblement constante 371 telle qu'à l'extrémité intérieure du sommet on retrouve un rayon R'min très proche du rayon RminÉ Sur les figures des trois exemples d'appuis de sécurité selon l'invention présentés, les surfaces E et E' ont été confondues. Les demanderesses ont aussi constatées que lorsque la variation de rayon est inférieure à 0.2 f, les conséquences en performance n'étaient pas significatives compte tenu de la dispersion inhérente à la fabrication des appuis et aux essais d'endurance. D'autre part, lorsque l'on augmente cette variation de rayon au-delà de 2 f, on observe un effet inverse à celui désiré. Les trois géométries de sommet décrites ne l'ont été qu'à titre d'exemples et de nombreuses autres possibilités sont possibles sans sortir du cadre de cette invention. - 10 - REVENDICATIONS 1. Appui de sécurité destiné à être monté sur une jante à l'intérieur d'un pneumatique équipant un véhicule, pour supporter la bande de roulement de ce pneumatique en cas de 5 perte de pression de gonflage, comportant: une base sensiblement cylindrique destinée à s'adapter autour de la jante; - un sommet avec une paroi radialement extérieure destinée à entrer en contact avec la paroi interne du sommet du pneumatique en cas de perte de pression et laissant une garde par rapport à celle-ci à la pression nominale de fonctionnement du pneumatique; et - un corps annulaire reliant la base et le sommet; caractérisé en ce que, en considérant E, surface de révolution d'axe X commun avec l'appui définie, l'appui étant monté sur sa jante de service, en tout plan axial passant par une zone de contact entre l'appui et le pneumatique lors d'une condition de roulage à plat, par le cercle dont le rayon est égal au rayon du point de ladite paroi extérieure du sommet de l'appui le plus éloigné de l'axe X, et f étant la flèche prise par ledit appui monté sur sa jante de service et sous une charge Z, charge nominale dudit pneumatique, ladite surface E est circonscrite entre deux cylindres de révolution de rayons R. et Rmin satisfaisant la relation suivante: 0.2f - 4. Appui selon la revendication 3, dans lequel ladite zone de rayon Rmin est disposée du 30 côté de l'appui destiné à être placée du côté extérieur du véhicule. 5. Appui selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel E, enveloppe de la paroi extérieure du sommet dudit appui, comprend une seconde zone de rayon R'min supérieure ou égale à Rmin disposée axialement de l'autre côté du plan médian circonférentiel P relativement à la zone de rayon Rmin et satisfaisant la relation: 0.2f - 7. Appui selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel E, enveloppe de la paroi extérieure du sommet, présente, en section axiale, au moins une zone de courbure sensiblement constante. 8. Appui selon la revendication 7, dans lequel l'ensemble de E, enveloppe de la paroi extérieure du sommet, présente, en section axiale, une zone de courbure sensiblement constante. 9. Appui selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel au moins une extrémité latérale de E comprend une zone sensiblement cylindrique de révolution de rayon minimum (Rmin, R'min). 10. Appui selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le corps annulaire dudit appui comporte une pluralité de cloisons radiales, réparties sur la circonférence et s'étendant axialement de part et d'autre du plan médian circonférentiel P et des jonctions radiales s'étendant sensiblement circonférentiellement et reliées à chacune de leurs extrémités à deux cloisons adjacentes.