Brevet FR2921304A1 — publié le 20090327

Pneumatique pour poids lourd Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne les pneumatiques pour véhicules industriels capables de porter de lourdes charges, tels que les véhicules � poids lourd �. Elle concerne plus particulièrement une architecture du bourrelet de tels pneumatiques, permettant d'améliorer leur endurance. Arrière-plan technologique [0002] Le terme � bourrelet � d'un pneumatique désigne la partie du pneumatique qui assure la liaison mécanique entre le pneumatique et la roue sur laquelle le pneumatique est monté, ainsi que la transmission des couples moteur et freineur. Il comprend en général une structure annulaire de renforcement (par exemple, une tringle) qui serre le pneumatique sur la jante de la roue. La liaison entre le sommet du pneumatique et le bourrelet est établie par une armature de carcasse qui est ancrée sur la structure annulaire de renforcement, par exemple par un retournement de l'armature. L'espace entre l'armature de carcasse (ou plus précisément, son � brin aller �, c'est-à-dire la partie de l'armature de carcasse qui s'étend entre le sommet et la structure annulaire de renforcement) et la partie de l'armature de carcasse qui est retournée autour de la structure annulaire de renforcement (et qui sera désignée par � brin retour � dans ce qui suit) est alors rempli par un mélange caoutchouteux (c'est-à-dire une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge) raide, qui est habituellement désigné par le terme � bourrage sur tringle �. [0003] Le bourrelet fait partie des zones qui sont fortement sollicitées, de façon cyclique, en roulage, lorsque le pneumatique porte une charge importante. La résistance du bourrelet aux dommages étant un facteur déterminant pour l'endurance du pneumatique l'amélioration de l'endurance des bourrelets a fait l'objet de nombreuses études. Il a notamment été constaté que l'endommagement du bourrelet se produit le plus souvent aux extrémités libres de l'armature de carcasse. Deux facteurs y contribuent en particulier. [0004] Premièrement, les bourrelets d'un pneumatique peuvent être exposés à de hautes températures, car la localisation des bourrelets à proximité des freins peut provoquer un échauffement de la jante. Les températures les plus hautes sont atteintes au centre du bourrage sur tringle. Si une extrémité de l'armature de carcasse se trouve dans cette région, on peut observer des effets de décohésion entre cette armature et le mélange caoutchouteux qui l'entoure. Pour remédier à ce problème, il a été proposé d'éloigner l'extrémité de l'armature de carcasse de cette zone, en prolongeant radialement vers l'extérieur son brin retour. [0005] Deuxièmement, la déformation du bourrelet due au chargement du pneumatique peut également entraîner un échauffement susceptible de favoriser l'apparition de dommages. La zone de plus grande sollicitation mécanique se trouve axialement à l'extérieur du centre du bourrage sur tringle. (De deux points du pneumatique, l'un est considéré comme � axialement à l'extérieur � de l'autre lorsqu'il est plus éloigné du plan qui est normal à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renforcement de chaque bourrelet.) Ce problème peut être résolu en raccourcissant le brin retour et en renforçant le bourrelet à l'aide d'une armature additionnelle de renforcement qui est disposée axialement à l'extérieur du bourrage sur tringle. Chaque armature additionnelle de renforcement comporte au moins un câble s'étendant axialement à l'extérieur du brin retour de l'armature de carcasse. [0006] On connaît donc deux approches différentes pour améliorer l'endurance du bourrelet en éloignant l'extrémité de l'armature de carcasse des zones de plus haute sollicitation thermique et mécanique : ou bien le brin retour est prolongé, de sorte que l'extrémité de l'armature de carcasse se trouve radialement à l'extérieur de ces zones (de deux points du pneumatique, l'un est considéré comme �radialement à l'extérieur � de l'autre lorsqu'il est plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique), ou bien il est raccourci, au quel cas l'extrémité de l'armature de carcasse est située radialement à l'intérieur de ces zones. [0007] La première approche présente l'inconvénient qu'il est nécessaire de prévoir un brin retour assez long., ce qui a aussi comme conséquence que la distance entre le brin aller de l'armature de carcasse et l'extrémité du brin retour est diminuée. Par conséquent, lorsqu'une fissure naît sur l'extrémité du brin retour, elle atteindra le brin aller avant d'atteindre la surface extérieure du pneumatique. Autrement dit, le défaut ne devient visible qu'un certain temps après avoir atteint le brin aller. [0008] La deuxième approche, quant à elle, rend la fabrication du pneumatique plus difficile : quand on retourne l'armature de carcasse autour de la structure annulaire de renforcement, le retournement n'est pas aussi aisé avec un brin retour plus court ; on n'a pas assez de longueur pour plier l'armature de carcasse. De plus, l'armature de carcasse risque d'être insuffisamment ancrée et se déroule plus facilement. [0009] Il a été proposé de résoudre ce problème en enroulant l'extrémité autour de la tringle, ce qui permet d'augmenter la surface d'interface entre le brin retour de l'armature de carcasse et le bourrage sur tringle tout en évitant que l'extrémité de l'armature de carcasse se trouve dans une zone de forte sollicitation thermomécanique. Les documents US 6,736,177, US 2006/0196591, US 2006/0207710 et US 2007/0056673 divulguent divers modes de réalisation de cette approche. L'inconvénient majeur de cette solution technique réside dans le fait qu'elle complexifie de manière significative le procédé de fabrication. Description de l'invention [0010] La présente invention cherche à proposer une architecture de pneumatique permettant d'améliorer l'endurance du pneumatique sans pour autant alourdir le procédé de fabrication. [0011] Cet objectif est atteint par un pneumatique pour poids lourd, destiné à être monté sur une jante à sièges inclinés, connues sous le nom � drop center �, dont les sièges sont prolongés par des crochets de jante qui comportent, dans une coupe radiale, une partie en arc de cercle, le pneumatique comportant : ù un sommet ; - deux bourrelets comportant chacun une structure annulaire de renforcement ; et au moins une armature de carcasse radiale qui s'étend d'un bourrelet à l'autre et qui est ancrée dans les deux bourrelets par un retournement autour de la structure annulaire de renforcement, de manière à former dans chaque bourrelet un brin aller et un brin retour ; le pneumatique étant configuré tel que, lorsque le pneumatique est monté sur la jante et gonflé, dans au moins un des bourrelets les trois conditions suivantes (A) à (C) sont remplies : (A) un angle a (alpha) formé entre : la ligne droite L1 reliant : (i) le centre de l'arc de cercle formant le crochet de jante et (ii) le point radialement le plus à l'extérieur du brin retour de l'armature de carcasse, et ù la direction axiale est supérieur ou égal à un premier angle al de 30° et inférieur ou égal à un deuxième angle a2 de 60°, l'angle a (alpha) étant mesuré dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, en partant de la ligne droite L1 ; (B) la distance minimale D entre : ù le brin aller de l'armature de carcasse, et - l'extrémité libre du brin retour de l'armature de carcasse est inférieure ou égale à 50 % de la distance maxi Dmax entre le brin aller et le brin retour de l'armature de carcasse, mesurée selon une direction parallèle à L 1 ; et (C) le pneumatique comporte en outre, axialement adjacent à l'armature de carcasse, une armature de renforcement complémentaire dont les renforts sont inclinés d'un angle de moins de 45° par rapport à la direction circonférentielle, et dans laquelle un troisième angle R formé entre : ù la ligne droite L2 reliant : (i) le centre de l'arc de cercle formant le crochet de jante et (ii) le point radialement le plus à l'extérieur de l'armature de renforcement complémentaire, et ù la direction axiale est supérieur ou égal audit deuxième angle a2, et un quatrième angle y formé entre : ù la ligne droite L3 reliant : (i) le centre de l'arc de cercle formant le crochet de jante et (ii) le point radialement le plus à l'intérieur de l'armature de renforcement complémentaire, et la direction axiale est inférieur ou égal audit premier angle al. [0012] Il a été constaté qu'un pneumatique selon l'invention possède une excellente endurance. Ce résultat semble être dû au fait que l'extrémité libre du brin retour de l'armature de carcasse se trouve dans une zone de moindre sollicitation thermique et mécanique, sans qu'il soit nécessaire de renforcer le bourrelet à l'aide d'une armature additionnelle de renforcement disposée axialement à l'extérieur du bourrage sur tringle (cette armature additionnelle, parfois appelée � raidisseur �, est donc exposée à son tour aux fortes sollicitations caractéristiques de cette zone). La présence d'une armature de renforcement complémentaire axialement adjacente à l'armature de carcasse compense judicieusement l'absence de raidisseur. Les difficultés de fabrication dues à un brin retour très court ou enroulé autour de la structure annulaire de renforcement sont également évitées. [0013] De préférence, l'armature de renforcement complémentaire, axialement adjacente au brin aller de l'armature de carcasse, est placée entre le brin aller de l'armature de carcasse et la surface intérieure du pneumatique. Par � surface intérieure du pneumatique � on entend ici la surface du pneumatique qui est destinée à être en contact avec le gaz de gonflage. Ce mode de réalisation comporte l'avantage d'éviter l'introduction d'une extrémité d'armature dans une zone de forte déformation mécanique et de forte sollicitation thermique. [0014] Selon un mode de réalisation alternatif, l'armature de renforcement complémentaire, axialement adjacente au brin aller de l'armature de carcasse, est placée entre le brin aller de l'armature de carcasse et la surface extérieure du pneumatique. Par � surface extérieure du pneumatique � on entend ici la surface du pneumatique qui est librement accessible lorsque le pneumatique est monté sur la jante et gonflé. Ce mode de réalisation alternatif est avantageux dans la mesure où il simplifie le procédé de fabrication. [0015] Selon un mode de réalisation préférentiel, la distance minimale D est inférieure à 25 % de Dmax• L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait que le déroulement du brin retour est rendu plus difficile. [0016] Préférentiellement, les renforts de l'armature de renforcement complémentaire 5 sont inclinés d'un angle de moins de 5° par rapport à la direction circonférentielle. Ainsi les renforts servent à la manière de tringles, ce qui améliore la tenue du pneumatique. [0017] Selon un mode de réalisation préférentiel, les conditions (A) à (C) sont remplies dans les deux bourrelets. Un tel arrangement symétrique simplifie l'architecture du pneumatique et le procédé de fabrication. 10 [0018] L'armature de renforcement complémentaire peut être formée d'une pluralité de câbles disposés sur des cercles concentriques à l'axe de rotation du pneumatique, mais il est également possible de former l'armature de renforcement complémentaire en disposant un ou plusieurs câbles enroulés en spirale autour de l'axe de rotation du pneumatique. Le ou les câbles peuvent notamment être fractionnés, c'est-à-dire coupés 15 (ceci peut notamment être fait lors de la pose) de sorte que chaque spire de la spirale comporte une pluralité d'arcs de cercle, ce qui permet d'optimiser les mouvements de matière lors de la conformation du pneumatique et facilite ainsi la fabrication du pneumatique. [0019] Selon un mode de réalisation avantageux, la distance minimale D est supérieure à 20 3 mm. Ainsi on évite un rapprochement excessif des brins aller et retour, susceptible d'initier la formation de fissures. Brève description des dessins [0020] L'invention sera mieux comprise grâce à la description des dessins selon lesquels : 25 ù la Figure 1 montre une partie d'un pneumatique selon l'art antérieur, monté sur une jante de type � drop center �, dans une coupe radiale ; ù la Figure 2 montre un détail de la Figure 1 ; la Figure 3 montre une partie d'un pneumatique selon l'invention, dans une coupe radiale. Description détaillée des dessins [0021] La Figure 1 montre, en coupe radiale, une partie d'un pneumatique 10 selon l'art antérieur, monté sur une jante 100, ayant des sièges 110 inclinés par rapport à la direction axiale, ici d'un angle de 15°. Le siège 110 est prolongé axialement vers l'extérieur par un crochet de jante 120 qui comporte une partie en arc de cercle. Le rayon R de cet arc de cercle est également indiqué. Le pneumatique 10 comporte un sommet 20 avec une ceinture 21, surmontée d'une bande de roulement. Il comporte également deux flancs 30 et deux bourrelets 40 dont chacun comporte une structure annulaire de renforcement 50, ici sous forme de tringle, entourée d'un � noyau tringle � 51 en mélange caoutchouteux. Le pneumatique 10 comporte encore une armature de carcasse 60 qui s'étend d'un bourrelet 40 a l'autre et qui est ancrée dans chacun des deux bourrelets 40 par un retournement. Dans chaque bourrelet, on peut donc distinguer deux parties de l'armature de carcasse 60 : un � brin aller � 61 qui correspond à la partie de l'armature de carcasse qui relie le bourrelet 40 au sommet 20, et un � brin retour � 62 qui ancre l'armature sur la structure annulaire de renforcement 50. Dans le cadre de ce document, on considère que la limite entre le brin aller 61 et le brin retour 62 dans le bourrelet représenté est constituée par l'intersection de l'armature de carcasse 60 avec un plan (non représenté) perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et qui passe par le point radialement le plus à l'intérieur de l'armature de carcasse 60. [0022] Le pneumatique 10 comporte en outre, axialement à l'intérieur de l'armature de carcasse 60, une armature de renforcement 80, formée d'une pluralité de câbles disposés sur des cercles concentriques à l'axe de rotation du pneumatique, et s'étendant entre une extrémité radialement intérieure 81, ici située sensiblement au niveau de la partie radialement la plus à l'extérieur de la structure annulaire de renforcement 50, et une extrémité radialement extérieure 82. Les câbles sont inclinées d'un angle situé entre -5 et +5° par rapport à la direction circonférentielle. [0023] La position du � bourrage sur tringle � 54, formé d'au moins un mélange caoutchouteux, est également indiquée à la Figure 1 où il est schématiquement délimité par un trait en pointillé. [0024] La Figure 2 montre un détail du pneumatique de la Figure 1 et illustre plusieurs paramètres permettant de caractériser les différences entre un pneumatique selon l'art antérieur et un pneumatique selon l'invention. Tous ces paramètres sont déterminés lorsque le pneumatique 10 est monté sur la jante 100 et gonflé à sa pression de service. [0025] La référence 121 désigne le centre de l'arc de cercle (rayon R) formant le crochet de jante, la référence 63 le point radialement le plus à l'extérieur du brin retour 62 de l'armature de carcasse 60. La ligne droite L1 relie le centre 121 au point 63. Elle forme un angle a (alpha) avec la direction axiale 200. Dans le cadre de ce document, cet angle est mesuré dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, en partant de la ligne droite L1. En l'occurrence, l'angle a est de 58°. [0026] La distance minimale entre le brin aller 61 de l'armature de carcasse et l'extrémité libre du brin retour 62 est désignée par D, la distance maximale entre les brins aller 61 et retour 62, mesurée selon une direction parallèle à L1, par D,,,ax. Pour le pneumatique représenté, le ratio D/DmaX est de 60 %. [0027] Deux autres angles doivent encore être définis : Soit L2 la ligne droite reliant le centre 121 de l'arc de cercle formant le crochet de jante 120 au point radialement le plus à l'extérieur 82 de l'armature de renforcement complémentaire 80. L'angle (3 (beta) est alors l'angle formé entre cette ligne droite L2 et la direction axiale 200. De même, si L3 désigne la ligne droite reliant le centre 121 de l'arc de cercle formant le crochet de jante 120 au point radialement le plus à l'intérieur 81 de l'armature de renforcement complémentaire 80, l'angle y (gamma) est défini comme l'angle formé entre cette ligne droite L3 et la direction axiale 200. Dans les deux cas, l'angle est mesuré dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, en partant de la ligne droite considérée (L2 ou L3). En l'occurrence, p (beta) prend une valeur proche de celle de l'angle a (alpha), à savoir 57°, alors que y (gamma) est de 14°. [0028] La Figure 3 montre une partie d'un pneumatique selon l'invention, en coupe radiale. Le sommet et le flanc sont identiques aux parties correspondantes du pneumatique 10 de la Figure 1, seul le bourrelet a été modifié : le brin retour 62 est davantage enroulé autour de la tringle. [0029] Dans un pneumatique selon l'invention, l'extrémité du brin retour 62 est telle que l'angle a (alpha), défini plus haut, est compris entre un angle al (alpha 1) de 30° et un angle a2 (alpha 2) de 60°. Selon un mode de réalisation avantageux, l'angle a (alpha) est compris entre un angle al (alpha 1) de 40° et un angle a2 (alpha 2) de 50°. Ici, l'angle a (alpha) est de 48°. La condition (A) est donc remplie. [0030] La distance minimale D est inférieure à une valeur Dl, équivalente à 50 % de la distance Dmax. L'ensemble des points ayant la distance minimale Dl de l'armature de carcasse est suggéré par la courbe 91. Pour le pneumatique représenté, le ratio D/Dmax est de 20 %. Ainsi, la condition (B) est également remplie. [0031] Enfin, le pneumatique selon l'invention comporte une armature de renforcement complémentaire 80. Contrairement au pneumatique de la Figure 1, cette armature de renforcement complémentaire 80 s'étend sur une zone plus large, ce qui se traduit par le fait que l'angle R (beta), ici de 78°, est supérieur à l'angle a2 (alpha 2) et que l'angle y (gamma), ici de 14°, est inférieur à l'angle al (alpha 1). La condition (C) est donc également remplie. [0032] Le pneumatique représenté à la Figure 3 correspond à un mode de réalisation préféré, dans la mesure où la distance D, ici de 6 mm, est supérieure à une distance minimale D2 de 3 mm. L'ensemble des points ayant la distance minimale D2 du brin aller 61 de l'armature de carcasse 60 est suggéré par la courbe 92. La zone foncée 95 correspond donc à la zone dans laquelle peut se trouver l'extrémité libre du brin retour 62 de l'armature de carcasse de sorte que les conditions (A) à (C) soient remplies et que la distance minimale D soit supérieure ou égale à D2. [0033] Des essais de roulage comparatifs ont mis en évidence qu'un pneumatique selon la Figure 3 (dimension 295/60 R22.5) a une endurance plus grande qu'un pneumatique selon la Figure 1 (même dimension). Cette amélioration a été constatée dans des tests de -10- type � jante chauffante � où la résistance au déroulement de l'armature de carcasse en fonction de la température s'est avérée plus grande (gain de 20 %), mais aussi dans des tests � cassure bourrelet � (qui consistent à faire rouler un pneu dans des conditions sévères pour amplifier les déformations de flexion et provoquer des initiations de cassures en extrémités de brin retour de carcasse ou d'armatures additionnelles de renforcement) où le gain kilométrique est d'environ 90 % (52000 km au lieu de 27000 km). Revendications 1 ù Pneumatique (10) pour poids lourd, destiné à être monté sur une jante (100) à sièges inclinés dont les sièges sont prolongés par des crochets de jante (120) qui comportent, dans une coupe radiale, une partie en arc de cercle, le pneumatique comportant : un sommet (20) ; deux bourrelets (40) comportant chacun une structure annulaire de renforcement (50) ; et au moins une armature de carcasse (60) radiale qui s'étend d'un bourrelet à l'autre et qui est ancrée dans les deux bourrelets par un retournement autour de la structure annulaire de renforcement, de manière à former dans chaque bourrelet un brin aller (61) et un brin retour (62) ; le pneumatique étant configuré tel que, lorsque le pneumatique est monté sur la jante et gonflé, dans au moins un des bourrelets les trois conditions suivantes (A) à (C) sont remplies : (A) un angle a (alpha) formé entre : ù la ligne droite L1 reliant : (i) le centre (:121) de l'arc de cercle formant le crochet de jante (120) et (ii) le point radialement le plus à l'extérieur (63) du brin retour de l'armature de carcasse, et ù la direction axiale (200) est supérieur ou égal à un premier angle al de 30°, et inférieur ou égal à un deuxième angle a2 de 60°, l'angle a (alpha) étant mesuré dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, en partant de la ligne droite L1 ; (B) la distance minimale D entre : ù le brin aller (61) de l'armature de carcasse, et ù l'extrémité libre du brin retour (62) de l'armature de carcasse est inférieure ou égale à 50 % de la distance maxi Dmax entre le brin aller et le brin retour de l'armature de carcasse, mesurée selon une direction parallèle à L1 ; et (C) le pneumatique comporte en outre, axialement adjacent à l'armature de carcasse, une armature de renforcement complémentaire (80) dont les renforts sont inclinés- 12 - d'un angle de moins de 45° par rapport à la direction circonférentielle, et dans laquelle un troisième angle p formé entre : û la ligne droite L2 reliant : (i) le centre (121) de l'arc de cercle formant le crochet de jante (120) et (ii) le point radialement le plus à l'extérieur (82) de l'armature de renforcement complémentaire, et û la direction axiale (200) est supérieur ou égal audit deuxième angle a2, et un quatrième angle y formé entre : û la ligne droite L3 reliant : (i) le centre (121) de l'arc de cercle formant le crochet de jante (120) et (ii) le point radialement le plus à l'intérieur (81) de l'armature de renforcement complémentaire, et û la direction axiale (200) est inférieur ou égal audit premier angle al. 2 û Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel l'armature de renforcement complémentaire (80), axialement adjacente au brin aller (61) de l'armature de carcasse, est placée entre le brin aller de l'armature de carcasse et la surface intérieure du pneumatique. 3 û Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel armature de renforcement complémentaire (80), axialement adjacente au brin aller (61) de l'armature de carcasse, est placée entre le brin aller de l'armature de carcasse et la surface extérieure du pneumatique. 4 û Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la distance minimale D est inférieure à 25 % de Dmax• 5 û Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les renforts de l'armature de renforcement complémentaire (80) sont inclinés d'un angle de moins de 5° par rapport à la direction circonférentielle. 6 û Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les conditions (A) à (C) sont remplies dans les deux bourrelets.- 13 - 7 ù Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'armature de renforcement complémentaire (80) est formée d'une pluralité de câbles disposés sur des cercles concentriques à l'axe de rotation du pneumatique. 8 ù Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'armature de renforcement complémentaire (80) est formée d'un ou plusieurs câbles enroulés en spirale autour de l'axe de rotation du pneumatique. 9 ù Pneumatique selon la revendication 8, dans lequel le ou les câbles sont fractionnés de sorte que chaque spire de la spirale comporte une pluralité d'arcs de cercle. ù Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la 10 distance minimale D est supérieure à 3 mm.15