Brevet FR3020313A1 — publié le 20151030

ENSEMBLE ROULANT [0001] L'invention concerne un ensemble roulant formé principalement d'un pneumatique et d'une jante. [0002] On rappelle ci-après les définitions utilisées dans la présente invention : - « direction axiale » : direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique, - « direction radiale » : direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci, - « direction circonférentielle » : direction perpendiculaire à un rayon et comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, - « coupe radiale » : coupe selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique, - « plan équatorial » : plan perpendiculaire à l'axe de rotation et qui passe par le milieu de la bande de roulement [0003] Dans le souci de diminuer les émissions de gaz carbonique des véhicules automobiles, les constructeurs souhaitent diminuer la masse de ces véhicules mais également la résistance au roulement de leurs pneumatiques. La réduction de cette résistance au roulement peut s'effectuer en augmentant le diamètre extérieur des pneumatiques et par conséquent celui des roues. [0004] Mais ceci entraîne une augmentation de la masse de la roue et par conséquent celle du véhicule. [0005] Aussi une solution connue consiste à utiliser des matériaux plus légers que l'acier pour constituer la jante, tels que des alliages d'aluminium. Mais de telles jantes, si elles sont plus légères et présentent un aspect visuel plus aéré facilitant ainsi le dégagement de la chaleur issue des freins, ne sont pas suffisamment résistantes à des chocs, tels que nids de poule et/ou chocs trottoirs. P10-3304 [0006] En effet, les chocs occasionnés sur de tels éléments roulant peuvent entraîner la rupture d'un ou plusieurs des constituants de l'élément roulant (pneumatique et/ou jante). [0007] Aussi il subsiste le besoin de disposer d'un ensemble roulant plus léger que les ensembles roulant dont la jante est en acier, et qui présente une meilleure résistance aux chocs du fait d'une meilleure protection du pneumatique, tout en maintenant à un haut niveau les performances de tenue de route du pneumatique, en particulier son aptitude à développer d'importantes poussées de dérive. [0008] L'invention a donc pour objet un ensemble roulant ayant un axe de rotation et comprenant un pneumatique ayant deux bourrelets, une jante, ledit adaptateur assurant la jonction entre l'un des bourrelets et la jante, ladite jante ayant deux sièges de jante, ledit adaptateur ayant : - une extrémité axialement intérieure destinée à être monté sur le siège de la jante et comprenant un élément de renfort intérieur, - une extrémité axialement extérieure comprenant un élément de renfort extérieur, - un corps connectant ladite extrémité extérieure avec ladite extrémité intérieure de manière à former une pièce unitaire et comprenant au moins une armature de renforcement principale assurant la liaison entre ledit renfort extérieur et ledit renfort intérieur, - un siège d'adaptateur sensiblement cylindrique destiné à recevoir l'un desdits bourrelets, ledit siège étant situé à l'extrémité axialement extérieure dudit corps, - une face d'appui d'adaptateur sensiblement comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, ladite face d'appui étant située sur la face axialement intérieure de l'extrémité axialement extérieure, [0009] L'adaptateur se caractérise en ce que l'élément de renfort de l'extrémité axialement extérieure est en totalité située axialement à l'extérieur de la face d'appui, en ce que le corps comprend en regard du siège d'adaptateur un renfort annulaire de siège, et en ce que la jante est constituée en un matériau choisi parmi les alliages d'aluminium et/ou de magnésium, les matériaux composites à base de fibres de carbone, de fibres de verre, de fibres d'aramide, de fibres végétales, lesdites fibres étant comprises dans une matrice à base de composés thermodurcissables ou de composés thermoplastiques, ou en un composé complexe comprenant un élastomère et un complexe à base de résine et de fibres choisies parmi les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d'aramide, les fibres végétales ou parmi toutes combinaisons de matériaux. [0010] Le renfort annulaire de siège et l'élément de renfort de l'extrémité axialement extérieure sont distincts l'un de l'autre. [0011] L'ensemble selon l'invention présente l'avantage d'être de constitution et de montage simples. L'adaptateur de l'ensemble selon l'invention permet par ailleurs, de par l'augmentation du serrage sous les bourrelets du pneumatique, d'empêcher sa rotation sur l'adaptateur en forte sollicitation latérale. [0012] Enfin l'adaptateur de l'ensemble selon l'invention présente l'avantage de diminuer de manière significative le niveau des efforts mécaniques vers le châssis lors d'un choc, et de permettre ainsi de diminuer la masse du véhicule. [0013] De préférence, les matériaux composites à base de fibres comprennent des fibres ayant une longueur supérieure ou égale à 5mm. [0014] La matrice à base de composés thermodurcissables est choisie parmi les résines époxy, le vinylester, les polyesters insaturés, le cyanate ester, le bismaléimide, les résines acryliques, les résines phénoliques, les polyuréthanes et leur combinaison. [0015] La matrice à base de composés thermoplastiques est choisie parmi le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), les polyamides (PA), les polyamides semiaromatiques, le polyester (PET), le polytéréphtalate de butylène (PBT), le polyétheréthercétone (PEEK), le polyéthercétonecétone (PEKK), le polyéthersulfone (PSU), le polyétherimide (PET), le polyimide (PI), le polyamideimide (PAT), le polyphénylénesulfide (PPS), le polyoxyméthylène (POM), le polyoxyde de phénylène (PPO). [0016] De préférence, l'élément de renfort de l'extrémité axialement extérieur est disposé radialement à l'extérieur de la face d'appui. Le corps comprend de préférence en regard du siège d'adaptateur un renfort annulaire de siège. [0017] De préférence, le renfort annulaire de siège présente un module de compression supérieure ou égale à 1GPa, préférentiellement supérieur à 4GPa, et plus préférentiellement supérieur à 10GPa. Le renfort annulaire peut être constitué d'une âme entourée d'un élastomère, ou d'une succession de couches de composés élastomères et de renforts métalliques et/ou textiles disposés selon toutes les combinaisons possibles. L'âme peut comprendre au moins un élément choisi parmi un métal, un matériau composite, un composé thermoplastique et leur mélange. Le matériau composite put être réalisé à base de fibres de verre noyées dans une matrice de résine. [0018] Parmi les élastomères pouvant être utilisés dans le composé complexe et dans le renfort annulaire de siège, on liste, en premier lieu, les caoutchoucs réticulables par des réactions chimiques de vulcanisation par des ponts soufre, par des liaisons carbone-carbone créées par l'action de peroxydes ou de rayonnements ionisants, par d'autres chaînes d'atomes spécifiques de la molécule de l'élastomère, en second lieu, les élastomères thermoplastiques (TPE) où la partie deformable élastiquement forment un réseau entre des régions « dures » peu déformables dont la cohésion est le fruit de liaisons physiques (cristallites ou régions amorphes au-dessus de leur température de transition vitreuse), ensuite les élastomères non thermoplastiques et enfin les résines thermodurcissables. [0019] Le renfort annulaire de siège peut être constitué d'au moins deux couches de constituants différents disposés successivement et en alternance. Par disposition en alternance, on définit une disposition successive d'une première puis d'une seconde couches, plusieurs fois. [0020] Le renfort annulaire de siège peut avoir une longueur axiale totale supérieure ou égale à 30% de la largeur du bourrelet du pneumatique, et inférieure à 150% de cette même largeur, et plus préférentiellement comprise entre 40 et 110% de la largeur du bourrelet du pneumatique. [0021] Le renfort annulaire de siège peut avoir une épaisseur radiale moyenne supérieure ou égale à 0,3mm et inférieure ou égale à 20mm en fonction de la dimension et de l'utilisation du pneumatique. Ainsi pour un pneumatique tourisme, l'épaisseur est de préférence comprise entre 0,5 et lOmm. [0022] Le renfort annulaire de siège comprend de préférence au moins un élément choisi parmi un métal, un matériau composite, un composé thermoplastique, et leur mélange. Cet âme ou ce multicouche est de préférence compris entre deux couches d'une matrice comprenant au choix un élastomère tel que cité ci-dessus, une résine ou leurs mélanges. [0023] Le renfort annulaire de siège est de préférence constitué d'un empilage de différentes couches de composés élastomères de nature chimique identique ou différente. [0024] Lorsqu'il est sous forme d'un empilage de couches, le renfort a de préférence une longueur axiale supérieure à 5mm et inférieure à 25mm, et une épaisseur radiale supérieure ou égale à 0,1mm et inférieure ou égale à 4mm. [0025] Chaque élément unitaire constituant l'empilage du renfort peut avoir une largeur axiale supérieure à lmm et inférieure à 25mm, et une épaisseur radiale, identique ou différente, supérieure ou égale à 0,1mm et inférieure ou égale à 2mm. [0026] Le renfort annulaire de siège peut encore se présenter sous la forme d'un empilage de fils unitaires entre une couche d'une matrice comprenant au choix un élastomère, un composé thermoplastique, une résine ou leurs mélanges. Les fils unitaires peuvent être des fils classiquement utilisés, tels que textiles (polyester, nylon, PET, aramide, rayonne, fibres naturelles (coton, lin chanvre)), métalliques, composites (carbone, verre-résine) ou les mélanges de ces constituants. [0027] Le renfort annulaire de siège peut encore se présenter sous la forme d'une ou plusieurs nappes, dont les renforts sont disposés avec un angle compris entre 0 et 90° avec la direction circonférentielle du pneumatique. [0028] De préférence, le renfort annulaire peut être disposé radialement à l'extérieur ou radialement à l'intérieur du corps de l'adaptateur, de part et d'autre dudit corps, ou bien encore, entre les nappes d'éléments de renforcement du corps de l'adaptateur. [0029] L'élément de renfort extérieur peut être constitué en métal (acier), nylon, PET, aramide. Il peut comprendre une matrice en résine et/ou fibres de renforcement, telle que rayonne, aramide, PET, nylon, fibre de verre, fibre de carbone, fibre de basalte, poly(éthylène2,6 naphtalate) (PEN), polyvinyl alcool (PVA). [0030] L'armature de renforcement principal dudit corps peut présenter un module supérieur ou égal à 4GPa ; il peut être constitué en métal (acier) en câble textile (rayonne, aramide, PET, nylon, fibre de de verre, fibre de carbone, fibre de basalte, poly(éthylène2,6 naphtalate) (PEN), polyvinyl alcool (PVA). [0031] De préférence, l'adaptateur peut être disposé d'un seul côté de la jante, et préférentiellement du côté extérieur du véhicule. Dans ce cas, la jante possède une forme géométrique dissymétrique de manière à s'adapter à la présence de l'adaptateur présent sur un seul côté. [0032] Lorsque l'ensemble monté comprend deux adaptateurs, ces derniers peuvent être symétriques ou non symétriques. La notion de symétrie ou de dissymétrie de l'adaptateur est définie par la longueur axiale du corps de l'adaptateur. Deux adaptateurs sont dissymétriques lorsque le corps de l'un d'entre eux a une longueur axiale plus grande que celle de l'autre. [0033] De préférence, l'ensemble roulant selon l'invention, comprend un premier et un second adaptateur ayant chacun un corps de longueur différente ou identique. [0034] L'invention va maintenant être décrite à l'aide des exemples et des figures qui suivent et qui sont donnés uniquement à titre d'illustration, et dans lesquels : - la figure 1 représente de manière schématique et en coupe radiale un ensemble roulant selon l'invention comprenant un pneumatique monté sur deux adaptateurs, eux-mêmes encastrés sur une jante de manière démontable ; et - la figure 2 représente une vue schématique en coupe radiale d'un adaptateur non monté, selon l'invention. [0035] La figure 1 représente un ensemble roulant qui comprend un pneumatique P (partiellement représenté), un adaptateur A et une jante J. [0036] Le pneumatique de conception en soi inchangée dans l'invention, est formé d'une bande de roulement renforcée par une armature de sommet réunie à deux bourrelets B de part et d'autre d'un plan équatorial XX' par l'intermédiaire de deux flancs 1. Une armature de carcasse 2 renforçant principalement les flancs 1 est ancrée dans chaque bourrelet B à au moins une tringle, ici de type « tressée » 3 pour former des retournements 4, séparés de la partie principale d'armature de carcasse par des profilés de forme quasi-triangulaire 5. [0037] Il est important de noter que l'invention peut être mise en oeuvre avec de très nombreux types de pneumatiques, qu'ils soient à carcasse radiale ou diagonale, voire même avec des pneumatiques de type à flancs autoporteurs. [0038] La jante J constituée en composite carbone/époxy comprend une gorge 6, dite de montage, et réunissant de part et d'autre du plan équatorial, deux sièges de jante 7 axialement prolongés par des crochets de jante 8 dont les bords radialement extérieurs sont recourbés. [0039] L'adaptateur A comprend principalement une extrémité axialement extérieure 9, une extrémité axialement intérieure 10 et un corps 11 connectant ladite extrémité 9 à ladite extrémité 10. [0040] L'extrémité axialement extérieure 9 comprend un élément de renfort extérieur 20 constitué d'une première portion 20a reliée à une seconde portion 20b et formant un angle sensiblement perpendiculaire entre elles. Lors du montage du pneumatique, le siège de bourrelet du bourrelet B s'encastre dans l'espace créée par cet élément de renfort extérieur 20. [0041] Les adaptateurs de cette figure 1 sont démontables par rapport à la jante J et aux bourrelets B du pneumatique. [0042] L'adaptateur A, disposé au niveau de chaque bourrelet B du pneumatique peut être symétrique ou non symétrique. Par symétrie, on définit que la longueur totale du corps 11 est identique sur les deux adaptateurs. Lorsque l'ensemble (pneumatique, jante et adaptateur) est monté, les bourrelets B du pneumatique sont disposés sur le siège d'adaptateur 14 et mis en appui axial contre une face d'appui 21. [0043] La figure 2 représente un adaptateur selon l'invention, non monté sur jante. Cet adaptateur comprend, d'une part, une extrémité axialement extérieur 9 avec un renfort extérieur 15, de forme géométrique sensiblement sphérique, en coupe, constitué en matériau composite tel que du verre-résine, d'autre part, une extrémité axialement intérieur 10 avec un renfort métallique 16, et enfin un corps 11 constitué de deux nappes 17 comprenant des câbles textiles. Les câbles de chaque nappe sont parallèles entre eux. Lesdites nappes 17 sont, d'une part, accolée axialement à l'intérieur et radialement à l'extérieur aux parois du renfort 15, et d'autre part, ancrée dans l'extrémité 10 au renfort métallique 16, tel qu'une tringle formant un retournement à chaque extrémité. [0044] Le corps 11 comprend un siège d'adaptateur 18 sensiblement cylindrique destiné à recevoir un bourrelet du pneumatique (voir figure 2) disposé à l'extrémité axialement extérieure du corps 11. [0045] Le corps 11 comprend également une face d'appui 21 d'adaptateur sensiblement comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, située sur la face axialement intérieure de l'extrémité axialement extérieure, et destiné à maintenir en place le bourrelet dans son logement. Ce siège d'adaptateur 18 comprend un renfort annulaire de siège 19 ayant un module de compression égal à 100GPa. Selon la représentation de cette figure 2, la totalité du renfort 19 est disposée à la surface radialement extérieure de la surface du corps 11. [0046] Le renfort annulaire de siège 19 n'est pas solidaire du renfort extérieur 15. Ces deux renforts 19, 15 sont totalement indépendants l'un de l'autre. [0047] Le renfort 19 est constitué d'un tricouche comprenant des renforts métalliques sous forme de fils, alternés avec un élastomère de type caoutchouc-résine. Le renfort 19 a une épaisseur radiale d'environ 1,5mm et une longueur axiale d'environ 15mm. [0048] La couche d'élastomère du renfort 19 a une épaisseur radiale d'environ 0,3mm et une longueur axiale d'environ 15mm. [0049] Une couche d'élastomère 20 recouvre l'ensemble des éléments constituant l'adaptateur, à savoir le renfort 15, le renfort 16, le corps 11 et, la surface radialement extérieure du renfort 19. [0050] Les exemples qui suivent montrent les résultats obtenus avec l'adaptateur selon l'invention. [0051] Exemple : Essais sur choc trottoir Cet essai consiste à faire monter un ensemble monté sur un trottoir selon un angle d'attaque de 30°. Le choix de cet angle est basé sur le fait qu'il constitue une sollicitation très pénalisante pour un pneumatique. L'essai s'effectue avec deux hauteurs de trottoir différentes (90mm et 110mm).Le test se déroule de la manière suivante. On effectue plusieurs passages de la roue à des vitesses différentes jusqu'à obtenir la crevaison du pneumatique. La vitesse de départ est de 20km/h, puis on incrémente la vitesse de 5km/h à chaque nouveau passage. On compare un ensemble classique sans adaptateur et avec une jante en acier classique (témoin 1) à un ensemble muni d'un adaptateur selon le document W000/78565 (témoin 2), et à un ensemble muni d'un adaptateur et d'une jante en composite selon l'invention (invention). Ces ensembles sont tous de dimension 205/55R16 comprenant une jante 6.5J16. Les résultats sont rassemblés dans le tableau I suivant et sont donnés en pourcentage : Témoin 1 Témoin 2 Invention Pourcentage de la 100 >150 >150 vitesse de crevaison par rapport au témoin - hauteur trottoir 90mm Niveau d'effort de 100 50 40 portée verticale (Fz) relevée à la vitesse de crevaison Etat de l'ensemble -crevaison du pneu -Pneu et roue intacts Pneu, adaptateur et monté suite aux chocs - roue comprenant des marques -Adaptateur déformé plastiquement roue intacts Tableau I Les résultats supérieurs à 100 montrent une amélioration du comportement face à un choc latéral. L'essai réalisé sur la hauteur de trottoir de 90mm aboutit à la crevaison du pneumatique témoin à une vitesse de 30km/h, alors que l'ensemble selon l'invention ne subit aucun dommage à cette même vitesse, voire à une vitesse de 50km/h. L'essai réalisé sur la hauteur de trottoir de 110mm aboutit à la crevaison du pneumatique témoin à une vitesse de 20km/h, alors que l'ensemble selon l'invention ne subit aucun dommage à cette même vitesse, voire à une vitesse de 50km/h. REVENDICATIONS1 - Ensemble roulant ayant un axe de rotation et comprenant : - un pneumatique ayant deux bourrelets, - une jante, - ledit adaptateur assurant la jonction entre l'un des bourrelets et la jante ladite jante ayant deux sièges de jante, ledit adaptateur ayant : - une extrémité axialement intérieure destinée à être monté sur le siège de la jante et comprenant un élément de renfort intérieur, - une extrémité axialement extérieure comprenant un élément de renfort extérieur, - un corps connectant ladite extrémité extérieure avec ladite extrémité intérieure de manière à former une pièce unitaire et comprenant au moins une armature de renforcement principale assurant la liaison entre ledit renfort extérieur et ledit renfort intérieur, - un siège d'adaptateur sensiblement cylindrique destiné à recevoir l'un desdits bourrelets, ledit siège étant situé à l'extrémité axialement extérieure dudit corps, - une face d'appui d'adaptateur sensiblement comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, ladite face d'appui étant située sur la face axialement intérieure de l'extrémité axialement extérieure, caractérisé en ce que l'élément de renfort de l'extrémité axialement extérieure est en totalité située axialement à l'extérieur de la face d'appui, en ce que le corps comprend enregard du siège d'adaptateur un renfort annulaire de siège, et en ce que la jante est constituée en un matériau choisi parmi les alliages d'aluminium et/ou de magnésium, les matériaux composites à base de fibres de carbone, de fibres de verre, de fibres d'aramide, de fibres végétales, lesdites fibres étant comprises dans une matrice à base de composés thermodurcissables ou de composés thermoplastiques, ou en un composé complexe comprenant un élastomère et un complexe à base de résine et de fibres choisies parmi les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d'aramide, les fibres végétales, ou parmi toutes les combinaisons de matériaux. 2 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux composites à base de fibres comprennent des fibres ayant une longueur supérieure ou égal à 5mm. 3 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice à base de composés thermodurcissables est choisie parmi les résines époxy, le vinylester, les polyesters insaturés, le cyanate ester, le bismaléimide, les résines acryliques, les résines phénoliques, les polyuréthanes et leur combinaison. 4 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice à base de composés thermoplastiques est choisie parmi le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), les polyamides (PA), les polyamides semi-aromatiques, le polyester (PET), le polytéréphtalate de butylène (PBT), le polyétheréthercétone (PEEK), le polyéthercétonecétone (PEKK), le polyéthersulfone (PSU), le polyétherimide (PET), le polyimide (PI), le polyamideimide (PAT), le polyphénylénesulfide (PPS), le polyoxyméthylène (POM), le polyoxyde de phénylène (PPO). 5 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de renfort de l'extrémité axialement extérieur est disposé radialement à l'extérieur du siège d'adaptateur. 6 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort annulaire de siège présente un module de compression supérieur ou égale à 1GPa, et de préférence supérieure à 4MPa, et plus préférentiellement supérieur à 10GPa. 7 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort annulaire de siège est constitué d'une âme entourée d'un élastomère. 8 - Ensemble roulant selon l'une des revendications 1 ou 7, caractérisé en ce que l'élastomère est choisi parmi les caoutchoucs réticulables, les élastomères thermoplastiques, les élastomères non thermoplastiques. 9 - Ensemble roulant selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'âme comprend au moins un élément choisi parmi un métal, un matériau composite, un composé thermoplastique, et leur mélange. - Ensemble roulant selon l'une des revendications 1, 6 ou 7, caractérisé en ce que le 10 renfort annulaire de siège est constitué d'au moins deux couches de constituants différents disposées en alternance. 11 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau composite est réalisé à base de fibres de verre noyées dans un matériau résine. 12 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort annulaire de siège a une longueur axiale totale supérieure ou égal à 30% de la largeur du bourrelet du pneumatique, et inférieure à 150% de cette même largeur. 13 - Ensemble roulant selon la revendication 12, caractérisé en ce que le renfort annulaire de siège a une longueur axiale comprise entre 40 et 110% de la largeur du bourrelet du pneumatique. 14 - Ensemble roulant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort annulaire de siège a une épaisseur radiale moyenne supérieure ou égale à 0,3mm et inférieure ou égale à 20mm.25