Brevet FR2921859A1 — publié le 20090410

NOYAU RIGIDE POUR LA FABRICATION DES PNEUMATIQUES [1] L'invention concerne le domaine de la fabrication des pneumatiques. Plus particulièrement la présente invention s'intéresse au noyau sensiblement rigide utilisé comme support de fabrication d'un pneumatique et comme moyen de moulage de la surface de la cavité intérieure d'un pneumatique. [2] Le brevet EP 1 075 928, et le brevet divisionnaire EP 1 371 479 qui en est issu, décrivent un tel noyau qui a pour fonction de définir au moins partiellement une forme de fabrication pour la surface intérieure du pneumatique. Ce noyau est constitué de plusieurs fragments afin de pouvoir être extrait de l'intérieur du pneumatique par l'espace disponible à l'intérieur des bourrelets. Ces fractions sont disposées côte à côte, en contact les unes contre les autres par leurs faces transversales. Lesdites faces transversales d'au moins une des fractions sont convergentes radialement vers l'intérieur du noyau pour permettre le démontage. [3] Selon les publications citées ci-dessus, il est proposé de réaliser ledites fractions en deux parties distinctes qui répondent chacune à leurs impératifs propres : une partie d'accrochage et une partie principale solidaire de la partie d'accrochage. La fonction de la partie principale est le moulage de la surface intérieure du pneumatique, et la fonction de la partie d'accrochage est la solidarisation des différentes fractions à un organe de solidarisation des différentes fractions constituant un tel noyau. [4] La partie d'accrochage est réalisée en en un premier matériau choisi pour son aptitude à supporter un grand nombre de cycles de montage et de démontage. Cette partie d'accrochage est conçue de façon à optimiser la prise de chacune des fractions par la jante et par les différents autres organes de manipulation qui sont prévus sur les préhenseurs installés sur les postes de fabrication. Typiquement la partie d'accrochage est réalisée en acier usiné, de façon à obtenir toutes les portées et les formes voulues. [5] Chacune desdites fractions comporte également une partie principale, solidaire de la partie d'accrochage, réalisée en un second matériau, différent du premier matériau et 30 choisi pour son aptitude à être moulé et pour sa bonne conductibilité thermique. Une résistance électrique est également moulée dans chacune de ces fractions. Cette résistance électrique est disposée à l'intérieur de la paroi formant le dôme radialement extérieur, de manière à favoriser la conduction thermique. Chaque fraction comprend également un connecteur permettant d'alimenter les résistances en énergie électrique. Typiquement, la partie principale est réalisée en alliage d'aluminium. [6] La publication US 1 810 072 divulgue également un noyau rigide comprenant une partie principale en aluminium et une partie d'accrochage réalisée dans un matériau différent. [7] La publication EP 893 237 s'appuie aussi sur les mêmes principes et met en relief la différence de dilatation entre la partie principale, en aluminium, et la partie d'accrochage en acier, pour augmenter la force de serrage des fractions les unes contres les autres. [8] Toutes les publications citées ci-dessus mentionnent l'intérêt de l'utilisation de l'aluminium pour la réalisation de la partie principale, en raison de sa moulabilité et de ses propriétés de conductivité thermique qui sont mises avantageusement à profit lorsque le noyau est utilisé pour maintenir l'ébauche de pneumatique pendant l'opération de vulcanisation. [9] Ces publications mettent également en évidence l'importance des forces de serrage mises en oeuvre pendant la mise en oeuvre du noyau, en particulier, quand les dilatations thermiques entrent en jeu lorsque ledit noyau est introduit dans la presse de vulcanisation. [010] Aussi, il est proposé de disposer des renforts radiaux pour soutenir ces efforts importants. Ces renforts peuvent prendre la forme de cloisons transversales comme cela est proposé dans la publication EP 893 237, ou de piliers comme cela est indiqué dans les publications US 1 810 072 et EP 1 075 928, ou encore de cloisons circonférentielles comme cela est suggéré dans la publication EP 1 371 479. [011] Toutefois, le développement rapide des pneumatiques de tourisme ayant un rapport hauteur sur largeur de plus en plus faible impose une construction du noyau dans laquelle la largeur de la partie principale augmente par rapport à sa hauteur. Il s'en suit que les forces de pression s'exerçant radialement sur la partie principale pendant la fermeture du noyau et pendant l'opération de moulage et de vulcanisation sont de plus en plus élevées, avec pour conséquence un besoin de renforcement de plus en plus important des structures internes de la partie principale. [12] De plus, la réalisation des moyens de renforcement n'est pas facilitée en raison des propriétés mécaniques des alliages d'aluminium qui diminuent lorsque la température augmente. Dans certaines configurations géométriques, une partie centrale massive, c'est-à-dire dont la totalité du volume intérieur contient de l'aluminium, s'avère encore insuffisante pour supporter les efforts de fermeture, ce qui provoque la rupture ou la déformation du noyau, le rendant par la même impropre à l'usage auquel il est destiné. [13] L'invention a pour objet d'apporter une contribution au traitement de ce problème. [14] Le noyau rigide selon l'invention comporte une pluralité de fractions adjacentes circonférentiellement, disposées côte à côte en contact les unes contre les autres par leurs faces transversales, lesdites faces transversales d'au moins une fraction étant convergentes radialement à l'extérieur du noyau. Chacune desdites fractions comporte une partie d'accrochage à un organe de solidarisation des différentes fractions, ladite partie d'accrochage étant agencée à l'extrémité radialement intérieure de chacune des fractions. Au moins une résistance électrique chauffante circule à l'intérieur de chacune des fractions. Ladite fraction est réalisée essentiellement en fonte d'acier. [15] L'utilisation de la fonte pour la réalisation des fractions du noyau permet d'augmenter considérablement la résistance mécanique desdites fractions et de résoudre ainsi le problème posé. [016] D'autre part, la fonte est un matériau présentant des qualités de moulabilité remarquables, ce qui permet de réaliser des formes dimensionnelles très précises. [017] Selon une première forme de réalisation de l'invention, la résistance électrique chauffante est disposée à l'intérieur d'un canal creux pratiqué dans la masse de fonte de chacune des fractions. [018] Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, la résistance électrique chauffante circule dans un tube d'acier moulé dans la masse chacune des fractions. Le tube d'acier est choisi de telle sorte que la température de fusion dudit acier soit supérieure à la température de fusion de la fonte. [019] La description qui suit, s'appuie sur un mode de mise en oeuvre de l'invention dans 3 laquelle : la figure 1 représente une vue partielle de coté d'un noyau rigide, - la figure 2 représente une vue en coupe selon A-A d'une fraction du noyau, - la figure 3 représente une vue en perspective partielle dudit noyau faisant apparaître la coupe d'une fraction selon A-A. [20] Selon la première forme de réalisation de l'invention, le canal creux, est réalisé au moment du moulage de ladite fraction à l'aide des techniques de fonderie usuelles, telles que les techniques de moulage au sable. La résistance chauffante est introduite dans le canal creux après refroidissement et extraction du sable. Le canal contenant la résistance chauffante peut être utilement rempli d'un matériau apte à conduire la chaleur, tel que de la magnésie; de manière à améliorer le rendement thermique de l'appareil. [21] Toutefois, la réalisation de fractions selon ce premier mode de mise en oeuvre de l'invention s'avère particulièrement coûteux en raison du prix du moule en sable et de l'attention particulière à apporter pour la réalisation des canaux. En effet, il convient de veiller particulièrement à l'homogénéité thermique de l'apport de calories en configurant le passage des canaux au plus près de la surface radialement externe des fractions de noyau. Cette forme impose que les canaux épouse la courbure de la surface et soient situés ni trop prés de la surface pour éviter les points chauds, ni trop loin de la surface pour éviter les pertes thermiques. [022] De plus, ce mode de réalisation ne permet pas de réaliser des canaux dont le diamètre soit inférieur à la dizaine de millimètres, ce qui s'avère pénalisant lorsque l'on cherche à augmenter la réactivité thermique du noyau en améliorant le nombre de canaux et en réduisant les pertes thermiques dans le canal. [23] Aussi, il a été développé une alternative, qui constitue le mode de réalisation préféré de l'invention, et dans laquelle la résistance chauffante est préalablement placée dans un tube, généralement en acier. La description qui suit concernera donc plus particulièrement ce deuxième mode de réalisation de l'invention. [24] La figure 1 illustre les principes généraux d'un noyau rigide, composé de fractions 10 tel que décrites à titre d'exemple dans la publication EP 1 075 928. Ce noyau rigide 30 définit au moins partiellement une forme de fabrication dont la surface 11 correspond à la 4 surface intérieure d'un pneumatique. [025] Il comporte une pluralité de fractions 10d, 10, adjacentes circonférentiellement et disposées côte à côte en contact les unes contre les autres par leurs faces transversales 10d1 et 10,1 ou 10d2 et 10i2. Les faces transversales 10i 1 et l 0i2 d'au moins une fraction 10; sont convergentes à l'extérieur du noyau, afin de permettre le démontage dudit noyau en enlevant cette fraction loi par l'intérieur. En pratique, le noyau comporte deux modèles de fractions : des fraction divergentes 10d dont les faces transversales 10d1 et 10d2 sont divergentes radialement à l'extérieur du noyau, et des fractions dites inversées 10; dont les faces transversales 10,1 et 10i2 sont convergentes à l'extérieur du noyau. [026] Chacune des fractions 10 comporte une partie d'accrochage 13 à une jante 20, ladite partie d'accrochage étant agencée à l'extrémité radialement intérieure de chacune des fractions. La jante 20 est continue circonférentiellement. Le brevet EP 1 075 928 décrit un exemple de réalisation de l'accrochage des fractions sur la jante et le lecteur pourra utilement se référer à cette publication pour ce qui concerne cette fonction spécifique. [027] Lors de l'opération de moulage de ladite fraction, en fonderie, des tubes 16, en acier, sont moulés dans la masse 12 de la fraction comme cela est illustré par la figure 2. A l'intérieur de ces tubes circule un fil chauffant 17, dont l'alimentation électrique est réalisée par l'intermédiaire d'un connecteur 18 relié à la jante 20. En règle générale, le fil chauffant est noyé dans un mélange de magnésie de manière à maintenir le fil en position à l'intérieur du tube. On s'arrange, comme cela a été évoqué ci-dessus, pour disposer les éléments chauffants à une distance précise de la paroi 11 formant le dôme radialement extérieur de ladite fraction du noyau, de manière à assurer une bonne diffusion de la chaleur, tout en évitant la formation de zones froides et des points chauds. [28] Ainsi, chaque fraction de noyau comporte son propre système de chauffage, lequel système de chauffage se présente par exemple sous la forme d'un serpentin circulant sous la surface 11 de la fraction de noyau 10. [29] La fraction de noyau est réalisée en fonte. Ce matériau présente une très bonne résistance mécanique à haute température, ce qui permet de supporter les efforts de serrage imposés aux fractions de noyau 10 lors de la constitution du noyau et de son introduction dans un appareil de vulcanisation. La fonte présente également des propriétés de moulage 5 remarquables, autorisant la réalisation des fractions par les méthodes de fonderie classiques, à l'aide d'un moule en sable par exemple. [30] Les propriétés de conduction thermique de la fonte sont inférieures à celles de l'aluminium, mais sa capacité à stocker de l'énergie thermique est très supérieure. Il en 5 résulte que la consommation d'énergie électrique globale est inférieure à celle qu'il aurait été nécessaire de fournir à un moule en aluminium de dimensions comparables. [31] Les caractéristiques de la fonte sont définies par son taux de carbone, compris entre 1,7% et 6,67% par rapport à la masse de fer. Le point de fusion de la fonte est compris entre 1135°C et 1350°C en fonction du pourcentage en masse de carbone et de silicium 10 qu'elle contient. A titre d'exemple de bons résultats ont été obtenus avec une fonte contenant 5% de carbone, dont le point de fusion s'élève à 1250°C. [32] Des renforts 14 et 15 peuvent être ajoutés pour augmenter la résistance mécanique de la fraction de noyau 10. [33] Le tube 16 contenant le fil chauffant 17 est réalisé en acier, généralement en acier 15 inoxydable. Le point de fusion de l'acier est compris entre 1150°C et 1480°C en fonction principalement du taux de carbone qu'il contient. Aussi, on sélectionnera un acier faiblement chargé en carbone de manière à élever la température de fusion, et à conférer une certaine malléabilité au tube d'acier de manière à faciliter la mise en forme de la résistance chauffante. Le diamètre du tube est compris entre 5 et 10mm, et on s'arrange 20 pour réduire autant que faire se peut ce diamètre, de manière à améliorer la réactivité thermique des moyens de chauffage. En pratique, de bons résultats ont été obtenus avec un tube de diamètre égal à 6,5mm [34] L'écart entre les températures de fusion de la fonte et de l'acier permet de noyer la résistance chauffante à l'intérieur de la masse 12 de la fraction de noyau 10 lors de 25 l'opération de coulage de la masse de fonte, sans que cette opération de fabrication ne détériore la forme et les propriétés de la résistance électrique. On observera également que, plus l'écart entre le point de fusion de la fonte et le point de fusion de l'acier formant le tube est élevé, plus la réalisation de l'étape de fonderie et de moulage sera facilitée en raison de la meilleure stabilité géométrique du tube pendant le coulage de la fonte. 30 [035] En pratique, un acier contenant 0,5% de carbone et dont le point de fusion s'élève à 1450°C présente des propriétés satisfaisantes pour l'application recherchée. [36] Il serait tout à fait possible de réaliser les fractions du noyau en acier en choisissant un grade d'acier dont la température de fusion soit inférieure à la température de fusion du matériau formant le tube contenant la résistance chauffante. Toutefois il est connu que l'acier se coule difficilement et que ses propriétés de moulabilité sont plus faibles que celles de la fonte, ce qui constitue un frein pour la réalisation de pièces ayant des formes complexes. [37] Aussi, les principes de l'invention pourraient s'appliquer de manière équivalente en choisissant un couple de métaux ayant des points de fusion différents et dont au moins un des métaux aurait les propriétés mécaniques suffisantes pour admettre les sollicitations mécaniques du noyau. A ce titre, le couple fonte/acier présente les caractéristiques recherchées et autorise une mise en oeuvre à des coûts intéressants. [38] On observera enfin que les jeux entre les faces des fractions de noyau peuvent être nuls. En effet, les dilatations thermiques intervenant entre l'assemblage des fractions et la cuisson, se font de manière homogène, en raison de la présence majoritaire de la fonte dans le noyau (l'effet de la présence des tubes en acier est considéré comme négligeable). Il en résulte une bien meilleure maîtrise des fuites de gomme entre les fractions au niveau des faces transversales. REVENDICATIONS 1) Noyau rigide définissant au moins partiellement une forme de fabrication pour la surface intérieure d'un pneumatique, le noyau comportant une pluralité de fractions (10i, 10d) adjacentes circonférentiellement, disposées côte à côte en contact les unes contre les autres par leurs faces transversales (10d1 et 10il, 10d2 et 10i2) , lesdites faces transversales (10;1, l 0i2) d'au moins une fraction (l 0i) étant convergentes radialement à l'extérieur du noyau, chacune desdites fractions comportant une partie d'accrochage (13) à un organe de solidarisation (20) des différentes fractions (10), ladite partie d'accrochage (13) étant agencée à l'extrémité radialement intérieure de chacune des fractions (10), dans lequel au moins une résistance électrique (17) chauffante est placée dans un canal circulant à l'intérieur de la paroi (11) formant le dôme radialement extérieur de chacune des fractions (10), caractérisé en ce que chacune desdites fractions (10) sont réalisées essentiellement en fonte. 2) Noyau rigide selon la revendication 1 dans lequel le canal dans lequel circule la résistance chauffante (17) épouse la courbure de la surface radialement extérieure de la fraction de noyau dans laquelle il est disposé. 3) Noyau rigide selon la revendication 2 dans lequel le diamètre des canaux est inférieur à 10mm. 4) Noyau rigide selon la revendication 1 dans lequel la résistance électrique est noyée dans un matériau bon conducteur de la chaleur. 5) Noyau rigide selon la revendication 4 dans lequel la résistance électrique est noyée dans de la magnésie. 6) Noyau rigide selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la résistance électrique est placée dans un tube (16) réalisé dans un matériau dont la température de fusion est supérieure à la température de fusion de la fonte, et dans lequel ledit tube est noyé dans la fonte au cours de l'opération de moulage de ladite portion. 8 7) Noyau rigide selon aa revendication 6, dans lequel le tube (16) est réalisé en acier. 8) Noyau rigide selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel est implanté un connecteur (18) qui. permet de raccorder ledit noyau à une source d'alimentation électrique pour alimenter les résistances électriques (17) en énergie électrique.