Brevet FR3030348A1 — publié le 20160624

PROCEDE POUR L'ASSEMBLAGE D'UNE EBAUCHE DE PNEUMATIQUE [1] L'invention concerne le domaine de la fabrication des pneumatiques pour véhicules de tourisme ou utilitaires et s'intéresse plus particulièrement aux procédés d'assemblage des ébauches de pneumatiques et plus particulièrement encore des constituants de la zone basse des pneumatiques. [2] On appelle zone basse du pneumatique la partie du pneumatique s'étendant de la zone de contact avec la jante de la roue jusqu'aux flancs du pneumatique. [3] La zone basse a essentiellement pour rôle de relier la carcasse du pneumatique à la jante afin de transmettre les efforts tout en assurant l'étanchéité de la zone de contact. La zone basse comprend en particulier une armature circonférentielle assurant le serrage du pneumatique sur le seat de la jante. [4] Cette armature circonférentielle a le plus souvent la forme d'un assemblage annulaire de fils métalliques groupés sous forme de paquets de section rectangulaire ou torsadés sous forme de câbles. On désigne généralement ces types d'armature circonférentielle par le mot « tringle ». [5] Lors de la fabrication des pneumatiques, on assemble d'abord une ébauche dans laquelle on associe tous les éléments constitutifs du futur pneumatique. Les produits à base de caoutchouc qui représentent une grande part de l'ébauche ne sont pas encore vulcanisés à ce stade. Une fois l'ébauche terminée, elle est placée dans un moule au sein d'une presse de vulcanisation dans laquelle la température et la pression appliquées à l'ébauche provoque à la fois le moulage final de la forme du pneumatique et la vulcanisation du caoutchouc. [6] L'assemblage de l'ébauche de pneumatique est un procédé complexe dont la précision est déterminante pour la qualité et les performances du pneumatique fini. Ceci est particulièrement vrai pour l'assemblage de la partie de l'ébauche destinée à constituer la zone basse du pneumatique. [7] Afin de fixer les renforts de carcasse généralement radiaux dans la zone basse, ceux-ci sont conventionnellement repliés autour de la tringle lors de l'assemblage de l'ébauche sur un tambour rotatif sensiblement cylindrique. On parle de « pose à plat » pour désigner cette partie du procédé conventionnel. L'ébauche est ensuite conformée, c'est à dire gonflée pour prendre sa forme toroïdale et recevoir les renforts de sommet et la bande de roulement du pneumatique. L'ébauche complète (on utilise aussi le terme « bandage » pour désigner l'ébauche complète) peut alors être placée dans le moule de vulcanisation. Une difficulté de ce type de procédé est la maitrise dimensionnelle du pneumatique fini car la carcasse tend à se déplacer lors la conformation de l'ébauche qui s'accompagne d'une rotation de la tringle. D'autre part lors de l'utilisation du pneumatique, les variations cycliques de la tension des renforts de carcasse provoquent également des mouvements de rotation de la tringle et donc des déformations importante du caoutchouc de la zone basse. Du fait de l'hystérèse du caoutchouc, ces déformations élastiques de la zone basse gênèrent des pertes énergétiques non négligeables dans le bilan de résistance au roulement du pneumatique. [8] On connaît également des procédés dans lesquels on utilise ce qu'on appelle un tambour épaulé (« shoulder drum »). Ce type de tambour d'assemblage comprend des épaules contre lesquelles on place les tringles et qui ont pour effet de réaliser l'assemblage de la zone de bourrelet dans une configuration proche de celle du pneumatique fini. La rotation de la tringle lors de la conformation est alors pratiquement éliminée mais les pertes énergétiques lors de l'utilisation du pneumatique demeurent importantes. [9] Selon un autre procédé de fabrication des pneumatiques, on a également proposé d'assembler l'ensemble des constituants de l'ébauche sur une forme sensiblement toroïdale correspondant à la forme intérieure du pneumatique fini avant de placer ladite forme avec l'ébauche complète dans le moule de vulcanisation. Dans ce type de procédé de fabrication, on a proposé de réaliser l'armature circonférentielle par enroulement de plusieurs tours d'un renfort filaire de part et d'autre des renforts de carcasse. Une difficulté de ce type de procédé est sa complexité et donc son coût industriel. [10] L'invention a donc pour objectif de pallier l'un au moins des inconvénients décrits ci-dessus. [11] L'invention propose pour cela un procédé de fabrication d'un pneumatique comprenant une étape consistant à assembler une ébauche sur un tambour épaulé, ladite ébauche comprenant au moins une nappe de carcasse et des renforts circonférentiels de bourrelets, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - Le tambour épaulé comporte des épaules ayant une hauteur au moins égale à 25 MM, - Les renforts circonférentiels de bourrelets sont des renforts enroulés sur plusieurs tours autour de l'ébauche, - L'on place les renforts circonférentiels de bourrelets en spirale contre l'épaule du tambour, les renforts circonférentiels de bourrelets étant positionnés dans ladite ébauche selon une disposition sensiblement définitive, - La nappe de carcasse ne comporte pas de repli autour des renforts circonférentiels de bourrelets. [12] De préférence, la hauteur de l'épaule du tambour est au moins égale à 50 mm. [13] De préférence, les faces axiales des épaules du tambour épaulé forment avec l'axe du tambour un angle inférieur à 900 . [14] De préférence, les faces axiales des épaules du tambour épaulé forment avec l'axe du tambour un angle compris entre 60 et 80°. [15] De préférence, on prépare l'enroulement des renforts circonférentiels de bourrelets sous la forme de produits semi-finis annulaires comprenant chacun au moins une partie desdits renforts enroulés en spirale et un anneau de caoutchouc non vulcanisé. [16] De préférence encore, on place successivement : - un premier produit semi-fini annulaire contre chacune des épaules du tambour, - La nappe de carcasse venant recouvrir au moins en partie le premier produit semi-fini annulaire, et - un deuxième produit semi-fini annulaire contre chacune des extrémités de la nappe de carcasse. [017] Selon une variante, l'enroulement des renforts circonférentiels de bourrelets est réalisé in situ en combinant la rotation du tambour avec la pose desdits renforts contre l'épaule du tambour. [018] De préférence encore, on enroule également une bandelette de gomme non vulcanisée destinée à constituer le remplissage de la zone basse. [019] De préférence, on superpose une pluralité d'enroulements de renforts circonférentiels de bourrelets dans la zone basse. [020] De préférence, le procédé comprend en outre une étape ultérieure consistant à réaliser la conformation de la carcasse de l'ébauche et à associer l'ébauche au bloc sommet du pneumatique tout en maintenant ladite ébauche sur ledit tambour épaulé. [21] L'invention concerne en outre un pneumatique obtenu par un procédé tel que décrit ci-desus. [22] La description qui suit permet de mieux comprendre le procédé selon l'invention selon des modes préférés de réalisation de l'invention et s'appuie sur les figures 1 à 7 dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique montrant en coupe un principe essentiel du procédé selon l'invention, - les figures 2 à 4 montrent une succession d'étape d'un premier mode de réalisation du procédé de l'invention. - la figure 5 montre la coupe d'une ébauche obtenue au cours du procédé des figures 2 à 4. - La figure 6 représente schématiquement le détail d'un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention. - La figure 7 illustre une variante du mode de réalisation de la figure 6. [23] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références. La description de la structure et de la fonction de ces éléments identiques ou similaires n'est donc pas systématiquement reprise. [24] Sur la figure 1, on voit les principes essentiels du procédé selon l'invention. On a représenté schématiquement en coupe les parties pertinentes d'un tambour épaulé 2. La partie centrale du tambour est interrompue afin de rendre le dessin plus clair. On voit ainsi à une plus grande échelle chacune des épaules 21 du tambour et les particularités de l'assemblage selon le procédé de l'invention des zones basses 10 de l'ébauche de pneumatique 1. [025] Le tambour 2 comporte un axe de rotation A. Chaque épaule 21 du tambour épaulé comporte une face axiale 22 faisant un angle a avec l'axe A du tambour. l'angle a est de préférence inférieur à 900 et de préférence encore compris entre 60 et 80°. [026] Les épaules ont une hauteur H. Cette hauteur H est supérieure à 25 mm selon l'invention et de préférence supérieure à 50 mm en particulier pour l'assemblage de pneumatiques pour véhicules utilitaires (« véhicules poids-lourds ») c'est à dire des pneumatiques destinés à porter des charges importantes sous une pression d'au moins 5 bars et dont l'indice de charge est supérieur à 120. [27] On voit bien sur la figure 1 les principaux constituants de l'ébauche 1 à ce stade de l'assemblage et en particulier ceux des zones basses 10. La nappe de carcasse 3 couvre l'ensemble du tambour, d'une zone basse à l'autre. Une couche intérieure d'étanchéité 4 est visible à l'intérieur de la nappe carcasse. Dans chaque zone basse, la nappe de carcasse est placée entre deux paquets de renforts circonférentiels de bourrelet. On distingue ici des renforts extérieurs 11 et des renforts intérieurs 12. Chacun desdits paquets de renforts circonférentiels est constitué d'un enroulement en spirale de plusieurs tours d'un renfort filaire disposés contre la face axiale 22 de l'épaule du tambour, c'est à dire parallèlement à celle-ci. Vu en coupe, chaque paquet peut se présenter comme ici en une couche unique ou en plusieurs couches. Des profils de gomme 13 et 14 protègent à la fois les renforts circonférentiels et la nappe carcasse en empêchant tout contact direct entre eux et avec l'environnement extérieur de la zone basse. On parle aussi de « remplissage de la zone basse ». [28] La nappe de carcasse 3 ne comporte donc aucun repli autour des renforts circonférentiels de bourrelet. Elle est simplement tenue entre les deux paquets de renforts. A ce stade du procédé, la zone basse est complète et on comprend que les renforts circonférentiels de bourrelets mais aussi les volumes de gomme sont déjà positionnés dans l'ébauche selon leur disposition sensiblement définitive, c'est à dire sensiblement selon la disposition qu'ils auront dans le pneumatique fini, après son moulage. Une telle zone basse ne subit donc pas de déformation ou rotation significative, ni lors de la conformation, ni lors de l'utilisation du pneumatique fini. [29] Après l'étape du procédé représentée à la figure 1, le tambour peut être extrait de l'ébauche. L'ébauche peut alors être reprise sur un autre support avant d'être conformée (c'est-à-dire d'être gonflée pour prendre sa forme toroïdale) et de recevoir les renforts de sommet et la bande de roulement. [30] Aux figures 2 à 4, on a représenté un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention dans lequel les étapes ultérieures de l'assemblage sont réalisées sur le même tambour 2 qui a été utilisé pour les étapes représentées à la figure 1. Par souci de simplicité, on n'a pas représenté la partie centrale du tambour. [031] On voit donc à la figure 2 l'ébauche 1 dans l'état de la figure 1 c'est à dire carcasse et zones basses assemblées sur le tambour épaulé 2. A la figure 3, l'ébauche reste liée au tambour par ses zones basses 10 tandis que la longueur du tambour est progressivement réduite (les épaules du tambour se rapprochent l'une de l'autre) alors qu'une pression interne oblige la carcasse à prendre une forme toroïdale puis à venir se plaquer à l'intérieur d'un anneau de sommet 5. L'anneau de sommet peut regrouper l'ensemble des renforts de sommet et la bande de roulement de manière connue en soi dans le domaine de l'assemblage des pneumatiques. La figure 4 correspond au moment où l'ébauche est complètement assemblée et conformée, prête à être séparée du tambour puis placée dans le moule de vulcanisation. [32] La figure 5 montre l'ébauche complète séparée du tambour et prête à être moulée. [33] La figure 6 illustre un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention dans lequel les renforts circonférentiels de bourrelets sont préparés sous forme de produits semi- finis annulaires comprenant lesdits renforts enroulés en spirale associés à un anneau de caoutchouc non vulcanisé destiné au remplissage de la zone basse. Ces sous-ensembles 1311 et 1412 sont ainsi d'une manipulation aisée un peu à la manière des tringles dans le procédé conventionnel. Afin d'obtenir l'architecture de zone basse décrite dans les figures précédentes, le procédé consiste ici à placer un premier anneau semi-fini 1412 contre la face axiale 22 de chaque épaule du tambour, puis à rabattre les extrémités de la nappe carcasse 3 par-dessus cet anneau intérieur avant de venir placer un deuxième anneau semi-fini 1311 par-dessus chacune des extrémités de la nappe carcasse 3. On comprend que l'on peut obtenir selon l'invention d'autres architectures de pneumatiques en variant le nombre et le type d'anneaux semi-finis placés de part et d'autre de la carcasse. L'armature de carcasse peut également être constituée de deux ou plusieurs nappes superposées entre lesquelles on peut aussi intercaler dans la zone basse de tels produits semi-finis annulaires. [34] Une autre manière de constituer l'enroulement en spirale du renfort filaire peut être de procéder à la pose d'un fil nu et d'une bandelette de gomme selon le procédé décrit dans la demande de brevet publiée sous le numéro W02006/067069. Dans ce cas les profils de gomme 13 et 14 sont de préférence réalisés par un grand nombre de tours de bandelette de gomme. La figure 7 illustre cette variante. Les renforts circonférentiels 11 et 12 comprennent plusieurs tours de fil enroulés in situ au cours de la rotation du tambour et associés sur plusieurs couches avec une bandelette de gomme enroulée selon le même principe, simultanément ou non comme décrit dans le document W02006/067069. On comprend que de manière similaire à la figure 6, la partie intérieure (12, 14) de la zone basse est réalisée contre le tambour, puis la nappe carcasse 3 est rabattue sur ce premier sous-ensemble avant que la partie extérieure (11, 13) soit réalisée par-dessus la carcasse. Cette figure illustre également le cas d'une pluralité de couches de renforts tel qu'évoqué plus haut. [35] Le procédé de l'invention permet de fabriquer de manière simple et donc robuste sur le plan industriel des pneumatiques dont la zone basse est légère, résistante et très faiblement contributrice à la résistance au roulement du pneumatique. [36] Dans le cadre de l'invention, on peut utiliser pour les enroulements circonférentiels tout type de renfort filaire adapté, par exemple un monofilament ou un câble métallique, un fil textile (comme un câble aramide ou hybride) ou minéral (fibre de verre). REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un pneumatique comprenant une étape consistant à assembler une ébauche (1) sur un tambour épaulé (2), ladite ébauche comprenant au moins une nappe de carcasse (3) et des renforts circonférentiels de bourrelets (11, 12), ledit procédé étant caractérisé en ce que : - Le tambour épaulé comporte des épaules (21) ayant une hauteur (H) au moins égale à 25 mm, - Les renforts circonférentiels de bourrelets sont des renforts enroulés sur plusieurs tours autour de l'ébauche, - L'on place les renforts circonférentiels de bourrelets en spirale contre l'épaule du tambour, les renforts circonférentiels de bourrelets étant positionnés dans ladite ébauche selon une disposition sensiblement définitive, - La nappe de carcasse ne comporte pas de repli autour des renforts circonférentiels de bourrelets. 2. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la hauteur (H) de l'épaule du tambour est au moins égale à 50 mm. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les faces axiales (22) des épaules du tambour épaulé forment avec l'axe du tambour (A) un angle inférieur à 90°. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les faces axiales des épaules du tambour épaulé forment avec l'axe du tambour (A) un angle (a) compris entre 60 et 80°. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on prépare l'enroulement des renforts circonférentiels de bourrelets sous la forme de produits semi-finis annulaires (1311, 1214) comprenant chacun au moins une partie desdits renforts enroulés en spirale et un anneau de caoutchouc non vulcanisé. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel on place successivement :- un premier produit semi-fini annulaire (1412) contre chacune des épaules du tambour, - La nappe de carcasse (3) venant recouvrir au moins en partie le premier produit semi-fini annulaire, et - un deuxième produit semi-fini annulaire (1311) contre chacune des extrémités de la nappe de carcasse. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'enroulement des renforts circonférentiels de bourrelets est réalisé in situ en combinant la rotation du tambour avec la pose desdits renforts contre l'épaule du tambour. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on enroule également une bandelette de gomme non vulcanisée destinée à constituer le remplissage de la zone basse. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on superpose une pluralité d'enroulements de renforts circonférentiels de bourrelets dans la zone basse. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre une étape ultérieure consistant à réaliser la conformation de la carcasse de l'ébauche et à associer l'ébauche au bloc sommet du pneumatique tout en maintenant ladite ébauche sur ledit tambour épaulé. 11. Pneumatique obtenu par le procédé des revendications 1 à 10.