Brevet FR2939362A1 — publié le 20100611

-1 (0001) L'invention concerne les bandes de roulement pour pneu et en particulier une sculpture pour de telles bandes comportant une nouvelle géométrie d'incision conférant auxdites bandes une amélioration des performances en adhérence sur sol revêtu d'eau sans pour autant diminuer la durée de vie sur usure. (0002) L'invention concerne les bandes de roulement destinées à la fabrication de pneus neufs ou au rechapage de pneus, et en particulier les sculptures pour lesdites bandes comportant un grand nombre de découpures se présentant sous la forme de rainures et/ou d'incisions. Par incision, on entend, dans la présente description, une découpure de largeur quasi-nulle et en tout état de cause inférieure ou égale à 2 mm, tandis qu'une rainure est une découpure de largeur supérieure à 2 mm. (0003) Il est connu de la demande de brevet JP 2003104012-Al pour obtenir une bonne adhérence sur sol mouillé, de réaliser une incision dont la trace sur la surface de roulement est de forme carrée et fermée dans des blocs de gomme d'une bande de roulement, ayant la même profondeur que les rainures délimitant lesdits blocs. (0004) Il est en outre connu, par exemple dans les brevets US 2100084, US 2339558, de réaliser des incisions dont la trace sur la surface de roulement de la bande de roulement est de forme circulaire fermée de diamètre constant permettant d'avoir des arêtes efficaces dans toutes les directions tangentes à la surface de roulement. Chacune de ces incisions délimite et isole un plot de gomme (dont la section transversale a des dimensions relativement petites devant la largeur de la bande de roulement) uniquement relié à la bande par sa base, c'est-à-dire la partie du plot la plus éloignée de la surface de roulement. Ce plot de gomme est comprimé lors du contact avec le sol et en outre soumis à des forces agissant tangentiellement à la surface de contact avec le sol pendant le roulage, ces dernières forces ayant tendance à le déformer à la fois en cisaillement et en flexion. Ce plot de gomme est légèrement incliné par rapport à la perpendiculaire à la surface de roulement ce qui provoque, en raison de la flexion du plot, une ouverture de l'incision qui le délimite. (0005) Le brevet DE 4107547-C2 décrit une bande de roulement qui comporte une incision dont la trace sur la surface de roulement est circulaire et fermée, de diamètre constant dans la profondeur et qui est inclinée, par rapport à une perpendiculaire à la surface de roulement, sur une partie de sa hauteur selon un angle pouvant aller de 20°à 60° puis selon un angle plus faible pouvant aller jusqu'à 20° sur la partie la plus éloignée de la surface de roulement. Cette incision délimite un plot de matière. Le changement -2 d'inclinaison de l'incision circulaire intervient à environ un tiers de la profondeur des rainures dont est pourvue la bande de roulement. (0006) La demande de brevet DE 4426950-Al décrit une bande de roulement qui comporte des incisions de forme circulaire fermée et de diamètre constant, chacune de ces incisions délimite et isole un plot dont la surface est inclinée par rapport à une perpendiculaire à la surface de roulement, cette surface étant décalée radialement vers l'intérieur de la surface de roulement pour éviter l'arrachement du plot au cours de la vie du pneu muni d'une telle bande de roulement. (0007) Le brevet EP 0664230-B1 décrit une bande de roulement qui comporte des incisions dont la trace sur la surface de roulement est par exemple de forme circulaire fermée, chacune de ces incisions délimite et isole un plot de gomme dont le périmètre mesuré sur toute surface parallèle à la surface de roulement est continuellement croissant sur au moins une partie de sa hauteur puis est décroissant tout en restant supérieur au périmètre du plot au niveau de la surface de roulement afin de réduire les problèmes lors du démoulage et de réduire le risque de voir la surface des plots venir en saillie par rapport à la surface de roulement. (0008) Les solutions de l'état de la technique décrites ci-dessus concernent toutes des incisions qui ne sont pas bloquantes, c'est-à-dire des incisions dont les parois les délimitant ne comportent pas de moyens réduisant ou annulant les déplacements relatifs d'une paroi par rapport à la paroi en vis-à-vis. Il en résulte que les déformations du plot se traduisent par des pertes hystérétiques qui conduisent à une résistance au roulement augmentée et par des usures irrégulières, notamment autour des plots. Par usure irrégulière, on entend ici des usures qui ne sont pas uniformes sur toute la surface de roulement, c'est-à-dire des usures qui sont localement plus fortes que sur l'ensemble de la bande. (0009) Par durée de vie d'une bande de roulement d'un pneu, il faut entendre la durée d'utilisation de ladite bande avant que l'usure n'atteigne un niveau limite d'usure impliquant un retrait du pneu pour remplacement ou pour rechapage. (0010) Un des objectifs de l'invention est de proposer une bande de roulement pourvue d'une pluralité de plots de gomme délimités par des incisions bloquantes et dont la résistance au roulement et la résistance aux usures irrégulières est améliorée par rapport aux bandes de roulement de l'état de la technique, sans pour autant diminuer la durée de -3 vie sur usure et dont le démoulage est facilité et ne génère pas la mise en saillie des plots par rapport à la surface de roulement à l'état neuf (0011) Cet objectif est atteint grâce à une bande de roulement pour pneu ayant une épaisseur E et pourvue d'une surface de roulement destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage, cette bande de roulement comportant une pluralité de plots de gomme d'axe moyen XX' coupant la surface de roulement de la bande. Chaque plot de gomme a une hauteur H au plus égale à l'épaisseur E de la bande et comprend une paroi latérale faisant le tour dudit plot autour de l'axe moyen XX', cette paroi latérale coupant la surface de roulement selon une arête dont le tracé sur la surface de roulement est fermé, cette arête délimitant une face de contact du plot avec la chaussée. Chaque plot comprend une base située à la distance H de la face de contact dudit plot avec la chaussée. (0012) La paroi latérale de chaque plot est reliée à sa base à l'intérieur de la bande par une partie de raccordement à une paroi en vis-à-vis, lesdites paroi latérale et paroi en vis-à-vis délimitant une incision de largeur moyenne e et de profondeur égale à la hauteur H du plot. (0013) En outre, la paroi latérale de chaque plot et la paroi latérale en vis-à-vis de cette paroi latérale sur la bande de roulement comportent, sur une première partie de l'incision de profondeur P1 au plus égale à 60% de la profondeur H de l'incision, des moyens destinés à limiter les mouvements de la paroi latérale par rapport à la paroi en vis-à-vis, lesdits moyens consistant en des formes géométriques de première amplitude prévues pour s'interconnecter avec ou s'imbriquer dans les formes géométriques prévues sur l'autre paroi en vis-à-vis, et sur une deuxième partie de l'incision, de profondeur P2 au plus égale à 60% de la profondeur H de l'incision et prolongeant la première partie de profondeur P1, des formes géométriques de deuxième amplitude ou rectiligne (c'est-à-dire d'amplitude nulle), la deuxième amplitude étant inférieure à la première amplitude. (0014) De plus, la première partie de l'incision de profondeur P1 délimitant une première partie de plot et la deuxième partie de l'incision de profondeur P2 délimitant une deuxième partie de plot, l'aire de la section maximale de la deuxième partie du plot est supérieure à l'aire de section maximale de la première partie dudit plot. Par section, on entend la trace du plot obtenue sur un plan de coupe coupant ledit plot selon un plan perpendiculaire à l'axe moyen XX' du plot. Par section maximale, on entend la trace du plot qui a une aire maximale pour la partie du plot considérée. -4 (0015) L'axe moyen XX' coupe la surface de roulement de la bande selon une direction perpendiculaire ou bien une direction oblique (c'est-à-dire non perpendiculaire) à ladite surface. (0016) Selon une forme d'exécution de l'invention, les formes géométriques de l'incision délimitée par la paroi latérale de chaque plot et la paroi latérale en vis-à-vis de la bande de roulement, en section droite, ont un tracé en ligne brisée ou en zigzag de forte amplitude sur la première partie d'une profondeur au plus égale à 60% de la hauteur du plot, et celles de la deuxième partie ont un tracé ondulé de faible amplitude et de grande longueur d'onde ou rectiligne sur une profondeur au plus égale à 60% de la hauteur du plot. Pour tout plan de coupe perpendiculaire à la surface de roulement, le segment de droite joignant l'extrémité de l'incision sur la surface de roulement à l'état neuf et le point le plus à l'intérieur de la bande a une inclinaison telle que la surface de la base du plot est supérieure à la surface de contact du plot située à la surface de contact de la bande de roulement. (0017) Chaque incision est définie par l'espace délimité principalement entre deux parois principales en regard l'une de l'autre, lesdites parois étant perpendiculaires à ou obliques par rapport à la surface de roulement. Avantageusement, pour des bandes de roulement destinées à des véhicules poids lourd, la largeur d'une incision délimitant un plot de gomme est inférieure à 2 mm et préférentiellement comprise entre 0.05 mm et 2mm. (0018) Par axe moyen XX' d'un plot de gomme délimité par une incision fermée, on entend un segment de droite reliant le barycentre géométrique de la base du plot, c'est-à-dire la partie du plot la plus à l'intérieur de la bande, au barycentre géométrique de la surface de contact du plot avec la chaussée ; cette direction fait un angle de 90° avec la surface de roulement quand le plot de gomme est perpendiculaire à cette surface. (0019) Une sculpture de bande de roulement, comportant des incisions délimitant les plots de gomme selon l'invention, outre l'avantage d'avoir une grande longueur d'arêtes actives dans le contact avec le sol, présente l'avantage de repousser significativement le moment où apparaît l'usure irrégulière à la surface de la bande de roulement autour des incisions. Cette invention permet un démoulage efficace et plus facile sans arrachement de gomme de ladite bande du moule après vulcanisation en raison de la limitation significative des forces qui ont tendance à tirer les plots vers l'extérieur de la bande de roulement au moment du démoulage. -5 (0020) Comme il est connu dans la technique, on utilise des éléments moulants pour mouler des incisions dans une bande de roulement. Dans le cas de l'invention, l'élément moulant employé pour mouler ce type d'incision comprend une partie élargie (moulant la deuxième partie de plot) qui autorise, lors de son extraction de la bande, la première partie du plot à reprendre sa place dans la bande de roulement de manière à ce que la face de contact du plot se trouve au plus au même niveau que la surface de roulement (c'est-à-dire que cette face de contact du plot ne se trouve pas en saillie par rapport à cette surface). (0021) La première partie de l'incision comprend des moyens (ligne brisée ou zigzag ou ondulations de forte et première amplitude) permettant durant la première partie de la vie de la bande de roulement de limiter les mouvements dans le sens de la profondeur, par imbrication, de la paroi latérale du plot par rapport à la paroi en vis-à-vis de la gomme de la bande. (0022) L'ensemble de ces caractéristiques prisent en combinaison permet d'éviter que les plots ne restent en saillie par rapport à la surface de la bande de roulement et permet ainsi d'éviter l'arrachement des plots hors de la bande de roulement durant la vie du pneu. (0023) Une sculpture selon l'invention permet en outre un gain en résistance au roulement en raison de la limitation des pertes hystérétiques liées aux déformations cycliques des plots de la bande de roulement. (0024) Selon une variante d'exécution préférentielle, l'amplitude du tracé en ligne brisée de la première partie du plot décroît dans le sens de la profondeur. (0025) Selon une autre variante d'exécution, l'aire de la face de contact du plot augmente de façon continue à partir de la surface de jonction entre la première partie de plot et la deuxième partie de plot. Ainsi, la surface de la section maximale est, sous la surface de jonction, inférieure à la surface de la section minimale de la deuxième partie de l'incision. (0026) Selon une autre variante d'exécution, la surface de contact maximale du plot vu en section droite de la première partie du plot est supérieure à la surface en contact avec la chaussée et avantageusement la surface de contact maximale se trouve au point de jonction de la première avec la deuxième partie du plot. -6 (0027) Selon une autre variante d'exécution, la paroi de la seconde partie du plot est dépourvue de tout moyen interagissant mécaniquement avec la paroi en vis-à-vis sur une profondeur située à une distance de la surface de contact du plot comprise entre 75% et 100% de la hauteur du plot, c'est-à-dire près de la base du plot. (0028) Selon une autre variante d'exécution, la deuxième partie de plot peut éventuellement comprendre des moyens pour interagir mécaniquement avec la paroi en vis-à-vis. Dans ce cas, ces moyens sont choisis pour être d'amplitude inférieure à ceux des moyens prévus sur la première partie afin de ne pas créer de blocage au moment du démoulage pouvant conduire à ce que le plot fasse saillie sur la surface de roulement. (0029) Selon une forme d'exécution préférentielle, chaque incision est terminée dans sa partie radialement la plus à l'intérieur de la bande de roulement, c'est-à-dire à l'extrémité délimitant la base du plot, par une partie élargie formant un canal entourant le plot, ce canal ayant une largeur maximale supérieure à la largeur e de l'incision. La base du plot correspond dans ce cas à la partie la plus à l'intérieur de la bande limitée par ce canal. La présence de ce cordon intervient de façon favorable pour permettre un bon démoulage de la bande de roulement. (0030) Selon une autre forme d'exécution, l'axe moyen XX' du plot est faiblement incliné par rapport à une perpendiculaire à la surface de roulement, c'est-à-dire faisant un angle au plus égal à 10° avec cette perpendiculaire, et préférentiellement incliné selon un angle de 5°. (0031) Pour permettre une meilleure compréhension de l'invention et de ses avantages, il est maintenant décrit plusieurs variantes de réalisation de l'invention au moyen des figures suivantes : (0032) La figure lA montre un élément d'une bande de roulement et une partie de moule pour mouler un plot de gomme selon l'art antérieur ; (0033) La figure 1B montre l'élément de bande de roulement de la figure 1 avec un plot de gomme faisant saillie sur la surface de roulement après démoulage ; (0034) La figure 2A montre en coupe une partie de bande de roulement comprenant un plot selon une première variante de l'invention ; (0035) La figure 2B représente la surface de roulement de la bande montrée à la figure 1A ; -7 (0036) La figure 3 montre une deuxième variante de plot selon l'invention selon laquelle la forme générale du plot est tronconique ; (0037) La figure 4 montre une troisième variante de plot selon l'invention, selon laquelle la deuxième partie de plot est bi tronconique ; (0038) La figure 5 montre une quatrième variante selon laquelle l'extrémité de l'incision délimitant un plot est formée par un canal entourant le plot ; (0039) La figure 6 montre une cinquième variante selon laquelle la première partie de plot présente une variation décroissante du zigzag de sa paroi vue en coupe. (0040) Pour rendre aisée la lecture des figures et de la description, une même référence est employée dans les figures dès lors qu'elle désigne un même élément fonctionnel et/ou structurel. (0041) La figure lA montre un élément 1 d'une bande de roulement selon l'art antérieur, cet élément 1 comprenant une incision 2 fermée délimitant un plot de gomme 3. On montre ici une partie de moule 50 comportant un élément moulant 51 en saillie sur la surface de moulage 52, cet élément moulant étant en place dans la matière composant la bande pour mouler une incision bloquante 2 et délimitant un plot 3 d'axe moyen XX' perpendiculaire à la surface de roulement. Cette incision est dite bloquante car les parois 31 et 31' qui la délimitent comportent des moyens de blocage destinés à interagir en eux de manière à limiter les mouvements relatifs d'une paroi par rapport à l'autre. Les moyens de blocage sont ici des reliefs 61 sur la paroi latérale 31 du plot et des creux 60' sur la paroi 31' en vis-à-vis. (0042) On a constaté que cette configuration n'était pas conservée sur la bande après démoulage et que l'on pouvait obtenir la configuration représentée à la figure 1B. Dans cette configuration, l'élément moulant utilisé pour mouler l'incision et donc les parois du plot et en vis-à-vis, entraînait avec lui le plot 3 pendant le démoulage vers l'extérieur de la surface de roulement 10 de la bande de roulement. Compte tenu de l'élasticité du caoutchouc il existe une force de rappel F qui tend à ramener le plot dans une position correspondant à celle de la figure 1A. Toutefois, à l'équilibre entre les forces de rappel et les forces de blocage générées par les moyens de blocage 61 et 61' eux-mêmes, le plot peut rester partiellement en saillie à l'extérieur de la bande comme cela est visible sur cette figure 1B. Ceci est particulièrement défavorable en aspect visuel et en performance en usure puisqu'il se produit une usure plus prononcée sur les plots en saillie, voire des arrachements de gomme sous certaines conditions de roulage. -8 (0043) La figure 2A montre en coupe une partie d'une bande de roulement 1 pour pneu de dimension 315/70 R22.5, ladite bande 1 ayant une épaisseur E (ici égale à 17.5 mm) mesurée à l'état neuf comme la distance séparant la surface de roulement 10 destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage et une surface intérieure 10' destinée à être appliquée sur la surface radialement à l'extérieur d'une ébauche de pneu. Cette coupe est faite dans un plan contenant l'axe de rotation du pneu. (0044) La bande 1 selon l'invention est pourvue d'une sculpture formée par des rainures 11 et par des incisions. Au moins certaines de ces incisions, sont des incisions 2 dont la trace sur la surface de roulement est de contour fermé. Chacune de ces incisions délimite dans la bande de roulement un plot de gomme 3 comportant une paroi latérale 31 faisant le tour du plot 3. L'incision 2 est de profondeur H au plus égale à l'épaisseur E de la bande, ici égale à 17.5mm. L'intersection de la paroi latérale 31 avec la surface de roulement forme une arête 32 délimitant une face de contact 33 du plot. Chaque plot de gomme 3 comprend une base 30 (partie la plus à l'intérieur de la bande et située à une distance égale à la profondeur de l'incision 2) par laquelle ce plot 3 est relié à la bande 1 et présente un axe moyen XX' coupant la surface de roulement 10 de la bande. Cet axe moyen XX' est une droite fictive passant par les barycentres géométriques G1, G2 de la face de contact 33 du plot 3 et de la base 30 dudit plot. (0045) La paroi latérale 31 de chaque plot 3 est reliée à la base du plot 30 à une paroi en vis-à-vis 31' par une partie de raccordement 20. La paroi latérale 31 du plot 3 et la paroi en vis-à-vis 31' délimitent une incision 2 de largeur moyenne e égale, dans le cas présent, à 0.5 mm. Le plot 3 a une géométrie de révolution autour de l'axe XX' : on entend ici que la géométrie selon tout autre plan de coupe contenant l'axe XX' est sensiblement identique à celle qui est montrée avec cette figure 2A. (0046) Dans le cas présenté, le plot 3 comprend, en partant de la surface de roulement de la bande à l'état neuf, une première partie de plot 301 prolongée par une deuxième partie de plot 301. La première partie de plot 301 est de forme cylindrique d'axe XX' et comprend comme cela est visible sur cette figure 1 un tracé en zigzag destiné à interagir avec un tracé en zigzag complémentaire sur la paroi en vis-à-vis. Les moyens de blocage prévus sur la première partie de l'incision 2 ont une amplitude A non nulle. (0047) Cette première partie de plot comprend une section maximale de diamètre DO (dans le cas présent DO est égal à 6 mm) et une section d'aire minimale de diamètre Dl. Le diamètre maximal DO est mesuré sur la surface de roulement tandis que le -9 diamètre minimal Dl (dans le cas présent Dl est égal à 5.4 mm) est mesuré à la profondeur P1 correspondant aux points les plus à l'intérieur de la bande (ici P1 est égale à 60% de H, soit 10.5 mm). (0048) Dans le prolongement de cette première partie, se trouve la deuxième partie de plot 302 qui est de forme générale tronconique et est dépourvue de tout moyen de blocage ou interaction mécanique avec la paroi en vis-à-vis. Cette deuxième partie de plot 302 s'étend à partir de la profondeur P1 jusqu'à la profondeur H (c'est-à-dire sur une profondeur P2 égale à 40% de H, ici égale à 7 mm). (0049) La base 30 du plot 3 est circulaire et a un diamètre D2, (dans le cas présent D2 est égal à 10 mm) qui est supérieur au diamètre maximal DO de toute section de la première partie de plot 301. Grâce à la forme en tronc de cône, s'élargissant vers l'intérieur, de la deuxième partie de plot 302, les efforts de rappel élastique de la matière caoutchoutique sont suffisants pour remettre en place ce plot à l'intérieur de la bande dans la position voulue et sans que le plot soit en saillie sur la surface de roulement. (0050) Dans des variantes intéressantes, le diamètre D2 de la base 30 du plot est au moins égal à 1,3 fois le diamètre DO et au plus égal à 2,5 fois le même diamètre DO. (0051) Sur la figure 2B, on montre une vue de la surface de roulement du plot de gomme 3 représenté en coupe à la figure 2A. On distingue la surface de contact 33 du plot de forme circulaire de diamètre DO ainsi que l'incision 2 de forme générale circulaire et de largeur moyenne e. Le diamètre Dl de la section du plot 3 au niveau du plan de jonction J entre la première partie de plot et la deuxième partie de plot est inférieur au diamètre DO. (0052) Sur la figure 3, on montre une deuxième variante de plot 3 selon laquelle l'incision 2 est portée par une forme générale tronconique de génératrice YY' passant par le point le plus à l'intérieur et le point le plus à l'extérieur. La première partie de plot 301, comporte des moyens pour interagir mécaniquement avec la paroi en vis-à-vis et a un diamètre DO sur la surface de roulement à l'état neuf et un diamètre maximal Dl au niveau de la jonction J avec la deuxième partie de plot 302. L'angle de cette génératrice YY' avec l'axe moyen XX' du plot est ici de 20°. Les moyens pour interagir mécaniquement avec la paroi en vis-à-vis sont ici des zigzags formés en hélice autour de la première partie de plot. (0053) La figure 4 montre une autre variante de plot selon l'invention selon laquelle la première partie de plot est de forme générale cylindrique prolongée par une deuxième -10 partie de plot de forme doublement tronconique. À partir du plan de jonction J entre la première et la deuxième partie de plot, la deuxième partie prend une forme tronconique dont le diamètre de section va en augmentant jusqu'à prendre une valeur maximale D2 (supérieure au diamètre maximal de la première partie de plot) pour ensuite prendre une forme tronconique dont le diamètre va en décroissant vers la base du plot. Dans cette variante, la forme doublement tronconique ne génère pas de blocage du plot en saillie sur la surface de roulement par sa localisation près de la base du plot dès lors que les forces de rappel élastique de la matière sont déterminées pour être suffisantes pour ramener le plot dans la position voulue. (0054) Dans la variante de la figure 5, on reprend le plot montré avec la figure 1 auquel on adjoint un canal entourant la base du plot. Ce canal 20' de dimension maximale de section supérieure à la largeur e de l'incision 2 participe également à un bon démoulage du plot, d'autant qu'il agrandit sensiblement le diamètre de la base du plot. Les moyens de blocage prévus sur la première partie de l'incision 2 ont une amplitude A non nulle tandis que la deuxième partie de l'incision ne comporte pas de moyen de blocage (cette partie étant, vue en coupe, rectiligne). (0055) Dans d'autre variantes non montrées ici, l'axe moyen XX' du plot tel que défini peut faire un angle différent de 0° avec une perpendiculaire à la surface de roulement. (0056) Dans une autre variante montrée avec la figure 6, on cherche plus particulièrement à assurer une transition entre la première partie de plot et la deuxième partie de plot. Dans cette variante, les moyens de blocage des parois du plot de la première partie de plot avec la paroi en vis-à-vis sont formés par des reliefs formant, dans un plan de coupe contenant l'axe XX', une ligne brisée dont l'amplitude décroît en allant vers la surface de jonction ou raccordement avec la deuxième partie de plot (c'est-à-dire en allant vers la base du plot). Dans le cas présent le sommet de l'angle B formé entre deux droites tangentes aux points d'amplitude maximale des lignes brisées est positionné à l'intérieur de la bande. (0057) Dans les variantes précédentes, les tracés géométriques, sur la surface de roulement 10 du pneu neuf, des incisions 2 délimitant des plots de gomme 3 ont une forme circulaire : bien entendu, ce qui a été décrit peut s'appliquer à la mise en oeuvre de formes différentes : ovale, rectangulaire ou autres. 5 - 11 ù (0058) L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Par exemple et bien que tous les exemples présentés montrent des plots de gomme dont la surface de contact à l'état neuf est au même niveau que la surface de roulement de la bande, il est aisé d'appliquer le même enseignement avec un plot de gomme dont la surface de contact est décalée vers l'intérieur de la bande par rapport à la surface de la bande de roulement. Dans une autre variante, la largeur de l'incision délimitant le plot peut être différente entre les deux parties de plot.