Brevet FR3000919A1 — publié le 20140718

- 1 - PNEUMATIQUE COMPORTANT UNE ARMATURE SOMMET ALLEGEE [0001] La présente invention concerne un pneumatique, à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges, tels que, par exemple les camions, tracteurs, remorques ou bus routiers. [0002] D'une manière générale dans les pneumatiques de type poids-lourds, l'armature de carcasse est ancrée de part et d'autre dans la zone du bourrelet et est surmontée radialement par une armature de sommet constituée d'au moins deux couches, superposées et formées de fils ou câbles parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. Lesdites couches de travail, formant l'armature de travail, peuvent encore être recouvertes d'au moins une couche dite de protection et formée d'éléments de renforcement avantageusement métalliques et extensibles, dits élastiques. Elle peut également comprendre une couche de fils ou câbles métalliques à faible extensibilité faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 45° et 90°, cette couche, dite de triangulation, étant radialement située entre l'armature de carcasse et la première couche de sommet dite de travail, formées de fils ou câbles parallèles présentant des angles au plus égaux à 45° en valeur absolue. La couche de triangulation forme avec au moins ladite couche de travail une armature triangulée, qui présente, sous les différentes contraintes qu'elle subit, peu de déformations, la couche de triangulation ayant pour rôle essentiel de reprendre les efforts de compression transversale dont est l'objet l'ensemble des éléments de renforcement dans la zone du sommet du pneumatique. [0003] 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%. [0004] 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 3% avec un module tangent maximum inférieur à 150 GPa. - 2 - [0005] Des éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement qui font avec la direction circonférentielle des angles compris dans l'intervalle + 2,5°, - 2,5° autour de 0°. [0006] 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. [0007] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. [0008] La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. [0009] L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation normale. [0010] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0011] 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. [0012] En ce qui concerne les fils ou câbles métalliques, les mesures de force à la rupture (charge maximale en N), de résistance à la rupture (en MPa) et d'allongement à la rupture (allongement total en %) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984. [0013] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à des vitesses moyennes élevées et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous lesquelles un tel pneumatique est appelé à rouler, permet sans aucun doute un accroissement du nombre de kilomètres parcourus, l'usure du pneumatique étant moindre. Cette augmentation de la durée de vie en termes kilométriques, conjuguée au fait que de telles conditions d'usage sont susceptibles de se traduire, sous forte charge, par des - 3 - températures sommet relativement élevées, nécessite une augmentation au moins proportionnelle du potentiel d'endurance de l'armature sommet des pneumatiques. [0014] Il existe en effet des contraintes au niveau de l'armature de sommet et plus particulièrement des contraintes de cisaillement entre les couches de sommet qui, dans le cas d'une trop forte élévation de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la couche de sommet axialement la plus courte, ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures dans la gomme au niveau desdites extrémités. Le même problème existe dans le cas de bords de deux couches d'éléments de renforcement, ladite autre couche n'étant pas obligatoirement radialement adjacente à la première. [0015] Dans le but d'améliorer l'endurance de l'armature sommet des pneumatiques, la demande française FR 2 728 510 propose de disposer, d'une part entre l'armature de carcasse et la nappe de travail d'armature de sommet, radialement la plus proche de l'axe de rotation, une nappe axialement continue, formée de câbles métalliques inextensibles faisant avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 60°, et dont la largeur axiale est au moins égale à la largeur axiale de la nappe de sommet de travail la plus courte, et d'autre part entre les deux nappes de sommet de travail une nappe additionnelle formée d'éléments métalliques, orientés sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle. [0016] En complément, la demande française WO 99/24269 propose notamment, de part et d'autre du plan équatorial et dans le prolongement axial immédiat de la nappe additionnelle d'éléments de renforcement sensiblement parallèles à la direction circonférentielle, de coupler, sur une certaine distance axiale, les deux nappes de sommet de travail formées d'éléments de renforcement croisés d'une nappe à la suivante pour ensuite les découpler par des profilés de mélange de caoutchouc au moins sur le restant de la largeur commune aux dites deux nappes de travail. [0017] La couche d'éléments de renforcement circonférentiels est usuellement constituée par au moins un câble métallique enroulé pour former une spire dont l'angle de pose par rapport à la direction circonférentielle est inférieur à 8°. Les câbles initialement fabriqués sont enduits d'un mélange caoutchouteux avant d'être mis en place. Ce mélange caoutchouteux vient ensuite pénétrer le câble sous l'effet de la pression et de la température lors de la cuisson du pneumatique. - 4 - [0018] Les résultats ainsi obtenus en termes d'endurance et d'usure lors de roulages prolongés sur routes à grande vitesse sont le plus souvent satisfaisants. Toutefois, il apparaît que dans certaines conditions de roulage, notamment dans le cas de surcharge, certains pneumatiques présentent parfois une usure plus prononcée sur une partie de leur bande de roulement. [0019] En outre, quelles que soient les solutions envisagées telles que présentées précédemment, la présence d'une couche d'éléments de renforcement supplémentaire conduit à une masse plus importante du pneumatique et à des coûts de fabrication des pneumatiques plus importants. [0020] Le document WO 10/069676 propose une couche d'éléments de renforcement circonférentiels répartis selon un pas variable. Selon les pas choisis, plus espacés dans les parties centrale et intermédiaires de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels, il est possible de réaliser des pneumatiques dont les performances en termes d'endurance sont satisfaisantes avec des performances en termes d'usure améliorées. En outre, par rapport à un pneumatique comportant une couche d'éléments de renforcement circonférentiels répartis selon un pas constant, il est possible de diminuer la masse et le coût de tels pneumatiques bien qu'il soit nécessaire de combler l'absence d'éléments de renforcement par des masses polymériques. [0021] Un but de l'invention est de fournir des pneumatiques pour véhicules "Poids- Lourds", dont les performances d'endurance et d'usure sont conservées, voire améliorées, pour des usages routiers quelles que soient les conditions d'usage et dont la masse est encore réduite par rapport à celle des pneumatiques tels que décrits précédemment. [0022] Ce but est atteint selon l'invention par un pneumatique à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant entre deux couches de sommet de travail au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels, les extrémités axiales de la couche de travail d'élément de renforcement radialement la plus - 5 - proche de l'armature de carcasse étant retournées pour couvrir les extrémités axiales d'une couche de sommet de travail radialement extérieure à la couche d'éléments de renforcement circonférentiels, les éléments de renforcement desdites au moins deux couches de sommet de travail présentant un diamètre inférieur à 0.95 mm, lesdits éléments de renforcement étant eux-mêmes composés de fils de diamètre inférieur à 0.2 mm et lesdits éléments de renforcement satisfaisant la relation suivante : (Fr x 4 cos2a) / (P x 0.75 Pg x 0) Conformément à l'invention, le retournement de la couche de travail 41 associé à la réduction du diamètre des éléments de renforcement des couches de travail ainsi que celle du diamètre des fils qui les composent permet de réaliser un pneumatique de masse inférieure à celle d'un pneumatique de conception usuelle et présentant des performances en termes d'endurance satisfaisantes. La couche 42 d'éléments de renforcement circonférentiels qui contribue aux performances d'endurance participe en outre à l'amélioration notamment de la résistance à l'usure du pneumatique, en association avec le retournement de la couche de travail 41, du fait de l'augmentation des rigidités. Elle permet encore d'améliorer la stabilité du sommet du pneumatique lors du gonflage. En outre, les retournements de la couche de travail 41 couvre les extrémités de ladite couche 42 d'éléments de renforcement circonférentiels et améliore ainsi l'endurance des éléments de renforcement circonférentiels du fait notamment de la participation des parties retourné de la couche de travail 41 à la rigidité de l'armature notamment dans les parties axialement extrêmes de la couche 42. La largeur de recouvrement est avantageusement supérieure à quatre fois le pas des éléments de renforcement circonférentiels de la couche 42. -15- [0075] Sur la figure 2, le pneumatique 1 diffère de celui représenté sur la figure 1 en ce que les extrémités retournées 6 de la couche de travail 41 sont radialement couvertes par la couche de protection 44. [0076] Sur la figure 3, le pneumatique 1 diffère de ceux représentés sur les figures précédentes en ce qu'il ne comporte pas de couche de protection. Par contre, les retournements de la couche de travail 41 sont axialement prolongés et les extrémités 6 sont axialement contiguës l'une à l'autre. Les retournements de la couche de travail 41 se substituent ainsi fonctionnellement à une couche de protection. Avantageusement les angles des deux couches de travail 41, 43 sont alors identiques en valeur absolue de sorte que la fonctionnalité de protection remplie par les retournements de la couche de travail 41 soit optimale. [0077] Sur la figure 4, le pneumatique 1 diffère de celui représenté sur la figure 1 en ce que la largeur axiale L42 de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42 est inférieure à celle de la couche de travail 43. [0078] Une telle réalisation du pneumatique est plus proche de réalisations usuelles. Les inventeurs ont toutefois su mettre en évidence que le retournement de la couche de travail 41 permet un élargissement de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42 tel que représenté sur les figures 1 à 3, sans observer un affaiblissement des performances en termes d'endurance de ladite couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42. [0079] Selon l'invention, il est également possible de réaliser des pneumatiques, non représentés sur les figures, semblables à ceux des figures 2 et 3 dans lesquels la largeur axiale L42 de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42 est inférieure à celle de la couche de travail 43. [0080] Des essais ont été réalisés avec le pneumatique réalisé selon l'invention conformément à la représentation de la figure 1 et comparés avec un pneumatique de référence identique en dimension et comportant deux couches de travail et une couche comportant des éléments de renforcement orientés circonférentiellement intercalée -16- radialement entre les deux couches de travail, les câbles des deux couches de travail étant de formule 9.35. [0081] Ce pneumatique de référence ne comporte donc pas de retournement de la couche d'élément de renforcement de travail radialement la plus proche de l'armature de carcasse qui est constituée de câbles de plus gros diamètres, celui-ci étant égal à 1.35 mm. [0082] La masse cumulée des couches de travail 41 et 43 et de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42, comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, se monte pour le pneumatique selon l'invention à 8.2 Kg. [0083] Pour le pneumatique de référence, la masse cumulée des couches de travail 41 et 43 et de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels 42, comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, se monte ainsi à 9.4 Kg. [0084] Les essais réalisés ont consisté en des tests de roulage destructif sur volant ; ce type de tests sur volant simule des essais sur circuit soit en ligne droite, soit à forte dérive. [0085] Deux types d'essais de roulage destructif ont ainsi été réalisés : le premier essai consiste en un test de roulage sur un volant, le pneu suivant un parcours en ligne droite. Les conditions de charge et de pressions sont les mêmes pour le pneumatique selon l'invention et le pneumatique de référence. La pression de gonflage des pneumatiques est de 8.5 bars à chaud. La charge nominale est de 4500 kg et le pneumatique subit une augmentation de 150 daN tous les 5000Km. Le pneumatique selon l'invention a parcouru un kilométrage sensiblement supérieur à celui parcouru par le pneumatique de référence. le deuxième essai est semblable au précédent, le pneu subissant un cycle de mises en dérive. Les conditions de charge et de pressions sont les mêmes pour le pneumatique selon l'invention et le pneumatique de référence. La pression de gonflage des pneumatiques est de 7.2 bars. La charge est progressive pour atteindre 7200 Kg. Il apparaît comme dans le test précédent que le pneumatique selon l'invention a parcouru un kilométrage sensiblement supérieur à celui parcouru par le pneumatique de référence. [0086] Enfin, d'autres tests ont été réalisés pour évaluer, en conditions réelles sur véhicules, les performances en usure des pneumatiques. Les conditions de roulage, -17- notamment le circuit emprunté, sont déterminées pour être représentatives d'un type d'usage particulier, en la circonstance un usage de type autoroutier plus pénalisant vis-à-vis de l'usure irrégulière. A l'issue des roulages, on constate une régularité de l'usure sensiblement équivalente des pneumatiques selon l'invention et du pneumatique de référence. REVENDICATIONS1 - Pneumatique pour véhicule de type poids lourd, à armature de carcasse radiale comprenant une armature de sommet formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, l'armature de sommet comportant entre deux couches de sommet de travail au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels, caractérisé en ce que les extrémités axiales de la couche de travail d'élément de renforcement radialement la plus proche de l'armature de carcasse sont retournées pour couvrir les extrémités axiales d'une couche de sommet de travail radialement extérieure à la couche d'éléments de renforcement circonférentiels, en ce que les éléments de renforcement desdites au moins deux couches de travail présentent un diamètre inférieur à 0.95 mm, en ce que lesdits éléments de renforcement sont composés de fils de diamètre inférieur à 0.2mm et en ce que lesdits éléments de renforcement satisfont la relation suivante : (Fr x 4 cos2a) / (P x 0.75 Pg x 0) 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments de renforcement d'au moins ladite couche de sommet de travail radialement la plus proche de l'armature de carcasse satisfont la relation suivante : e x sin2a 3 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'au moins ladite couche de sommet de travail radialement la plus proche de l'armature de carcasse sont des éléments de renforcements inextensibles. 4 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle 10 moyen formé par les éléments de renforcement desdites au moins deux couches de travail avec la direction circonférentielle est supérieur à 20°. 5 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités axiales de la couche d'élément de renforcement radialement la plus proche de l'armature de carcasse sont axialement intérieures aux extrémités axiales de la couche 15 d'éléments de renforcement circonférentiels. 6 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités axiales de la couche d'élément de renforcement radialement la plus proche de l'armature de carcasse couvrent les extrémités axiales de la couche de sommet de travail radialement la plus à l'extérieur. 20 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels 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 inférieur à 150 GPa. 8 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 25 éléments de renforcement d'au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels 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.-20- 9 - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments de renforcement d'au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement métalliques coupés de manière à former des tronçons de longueur inférieure à la circonférence de la couche la moins longue, mais supérieure à 0,1 fois ladite circonférence, les coupures entre tronçons étant axialement décalées les unes par rapport aux autres, le module d'élasticité à la traction par unité de largeur de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels étant de préférence inférieur au module d'élasticité à la traction, mesuré dans les mêmes conditions, de la couche de sommet de travail la plus extensible. - Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments de 10 renforcement d'au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement métalliques ondulés, le rapport a/X de l'amplitude d'ondulation a sur la longueur d'onde X étant au plus égale à 0,09, le module d'élasticité à la traction par unité de largeur de la couche d'éléments de renforcement circonférentiels étant de préférence inférieur au module d'élasticité à la traction, mesuré dans les mêmes conditions, de la couche de sommet de travail la plus extensible. 11 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 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 50° en valeur absolue. 12 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une couche supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 10° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la couche de travail qui lui est radialement adjacente. 13 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités de la couche de protection sont axialement juxtaposées aux extrémités axiales de la couche d'élément de renforcement radialement la plus proche de l'armature de carcasse retournées pour couvrir les extrémités axiales de la couche de sommet de travail radialement extérieure à la couche d'éléments de renforcement circonférentiels.