Brevet FR3121072A1 — publié le 20220930

Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant une bande annulaire (2) de roulage destinée à rouler sur un sol, une pluralité de rayons (3) s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire (2) de roulage. La bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa. Les rayons (3) reliant la bande annulaire de roulage à la jante ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa. Figure d’abrégé : Figure 1 Enveloppe déformable sans air à support structurel La présente invention a pour objet une enveloppe déformable sans air à support structurel, destinée à équiper un objet roulant poussé ou tiré tel qu’une brouette, un diable, un lit sur roulette, d’hôpital ou non, un meuble sur roulette, une mise à l’eau pour bateau, un chariot etc… ou une roue folle le tout ayant une vitesse maximale inférieure à 25 Km/h. Ce type d’objet roulant est soit équipé de pneumatiques dont l’élasticité est assurée par le volume d’air qu’il contient (1937FR-0833640D), soit équipé d’une roue dont l’enveloppe extérieure est un bandage en thermoplastique ou en résine peu ou pas déformable. Les pneumatiques ont le désavantage de crever et dans de nombreux cas, le prix du pneumatique et son remplacement est plus onéreux que l’objet lui-même. Ceci est particulièrement vrai pour les brouettes qui sont utilisées sur les chantiers où les sols contiennent des objets métalliques tels que des clous, des vis, fils de fer capables de perforer les pneumatiques. Les roues rigides à jantes métalliques ou thermoplastiques entourées d’un bandage rigide thermoplastique ne sont pas adaptées à un usage régulier sur un sol comportant des planches, des rebords abruptes de quelques centimètres d’épaisseur tels qu’il s’en trouve sur les chantiers pour passer un trou, pour mener à une zone un peu élevée, et cætera. Une roue de brouette pneumatique se déforme localement sur l’obstacle qu’elle franchit. Elle absorbe une partie de l’énergie du choc avec l’obstacle et crée deux surfaces de contact une verticale et une horizontale. Ces deux surfaces génèrent chacune une composante d’effort de contact, chacune normale à la surface. Sur la surface verticale, l’effort est dans le sens de rotation de la roue et tend à la faire tourner. Sur la surface horizontale, la composante est verticale, elle s’oppose à la rotation mais tend également à soulever l’axe de la brouette. Avec l’inertie, il est possible de passer l’obstacle, d’autant que la roue pneumatique rend l’énergie de déformation en reprenant sa forme normale contribuant à soulever également l’axe de brouette. Pour une roue avec un bandage en thermoplastique ou en résine, la rigidité de la roue est telle que sa déformation est quasi nulle et qu’elle restitue quasi instantanément l’énergie du choc perpendiculairement au coin de contact, à travers tout le corps rigide de la brouette dans les bras de l’utilisateur générant beaucoup plus de fatigue et à la longue des troubles musculosquelettiques. Ainsi malgré l’avantage de ne pas crever, les roues avec un bandage plein en thermoplastique ou autres matériaux rigides n’ont connu aucun succès sur les marchés professionnels où les usages sont pourtant les plus sévères et où l’avantage d’une roue increvable est le plus important. Ces problématiques existent pour de nombreux autres véhicules tirés ou poussés soit par des personnes soit par des animaux. La problématique est double : il peut s’agir de remplacer une roue pneumatique et de supprimer le problème de sa maintenance, quand l’usage exige l’utilisation d’une roue pneumatique. Par exemple les mises à l’eau pour bateau qui utilisent des roues pneumatiques qu’il faut regonfler ou réparer quand elles sont percées, qui roulent sur le sable ou des roues indéformables s’enfoncent et rendent la traction très difficile et ne sont donc pas utilisées. Il peut également s’agir de remplacer des roues avec un bandage plein qui doivent passer parfois rarement ou pas des obstacles, comme les roues de brancards, de chariot, les roues folles de fauteuil roulant. Une roue ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie de la roue est généralement décrite dans un plan méridien contenant l’axe de rotation de la roue. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation de la roue, parallèle à l’axe de rotation de la roue et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence de la roue. La direction axiale est indifféremment nommée axiale ou transverse. Un plan perpendiculaire à l’axe est nommé plan circonférentiel. Les inventeurs se sont donnés pour objectif de trouver un dispositif increvable ayant la même ou une meilleure capacité de franchissement d’obstacle qu’une roue munie d’un pneumatique pour des objets roulant poussé ou tiré, ou pour des roues folles de véhicule, le tout à une vitesse inférieure à 25 km/h. Cet objectif est réalisé avec une enveloppe déformable sans air à support structurel pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant : une bande annulaire de roulage destinée à rouler sur un sol, une pluralité de rayons s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire de roulage, la bande annulaire de roulage ayant des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa, les rayons ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa. Par enveloppe déformable sans air, nous entendons un objet déformable destiné à être monté sur une jante en matériau rigide, plastique, bois, métal, dont l’ensemble forme une roue pour un objet roulant ou un véhicule. Cette roue est dépourvue d’une cavité fermée destinée à contenir de l’air ou un gaz de manière hermétique ou globalement hermétique. Elle est déformable de manière élastique, à savoir qu’après usage dans les conditions d’usage normales de l’objet roulant ou du véhicule, l’enveloppe déformable sans air à support structurel revient à sa forme initiale. L’enveloppe déformable sans air est à support structurel, c’est-à-dire que sa fonction déformable élastique est assurée par une structure matérielle, l’ensemble bande annulaire de roulage et la pluralité de rayons. Les rayons sont reliés à la bande annulaire de roulage par leurs extrémités les plus radialement extérieurs et reliés à la jante par un moyen d’accrochage qui peut être une bande annulaire intérieure, radialement intérieure aux rayons. La fonction déformable élastique n’est pas assurée par une cavité hermétique contenant de l’air ou un gaz. A l’inverse, les pneumatiques contiennent un air ou un gaz dont la compression dans une chambre hermétique permet un fonctionnement élastique. Cette enveloppe déformable sans air à support structurel est destinée à un usage dans lequel elle ne transmet pas d’effort de couple ou de dérive à l’objet sur lequel elle est montée. Elle peut être montée sur une roue folle non motrice non directrice d’un véhicule motorisé roulant à une vitesse inférieure à 25 km/h, comme des roues folles de fauteuils roulants électriques non poussés ou tirés, dont la seule fonction est de reprendre une partie de la masse et de stabiliser le fauteuil. En effet la particularité de cette enveloppe déformable sans air à support structurel est d’être particulièrement déformable et de ne pas contenir de renforts structurels habituellement contenus dans ce type d’objet et dans les pneumatiques en règle générale. Ces renforts structurels, câbles métalliques ou textiles type aramide, PET… dont la longueur est au moins égale à la largeur axiale du pneumatique ou du bandage déformable, ont pour fonction de reprendre les efforts de couple et de dérive, ce qui n’a pas d’intérêt pour les véhicules tirés ou poussés ou les roues folles. Ils existent dans les pneumatiques, même pour des applications comme celles visées par l’invention pour simplement reprendre les efforts de pression. Or ces renforts textiles ou métalliques rigidifient obligatoirement de manière inutile les pneumatiques en question et rendent la déformation autour de l’obstacle moins efficiente quant à la performance « facilité du passage d’obstacle ». Ces renforts assurent la reprise des efforts et notamment la charge par traction des rayons à l’opposé de l’aire de contact. Pour une déformation locale optimale autour de l’obstacle, l’enveloppe déformable sans air à support structurel doit reprendre l’effort par écrasement local de la bande annulaire de roulage et des rayons entre l’aire de contact et la jante. L’enveloppe déformable sans air à support structurel ne doit donc pas contenir de renforts textiles ou métalliques longs. En contenir donnerait à la bande annulaire de roulage ou aux rayons, une rigidité supérieure à 100 MPa. De ce fait, l’enveloppe sans air à support structurel n’a pas la résistance structurelle nécessaire pour résister à une centrifugation pour une vitesse supérieure à 25 Km/h, ou pour passer du couple ou de la dérive. Une roue munie d’un bandage plein composé même d’un matériau de basse rigidité, inférieure à 100 MPa, ne satisferait pas davantage au but de l’invention, car un bandage plein ne permet pas une déformation suffisante autour des obstacles. En compression un bandage plein a une rigidité très supérieure à une enveloppe déformable sans air selon l’invention. Cette déformabilité de l’invention est assurée d’une part par la structure ajourée des rayons qui représentent moins de 50% du volume compris entre la bande annulaire de roulage et la jante de la roue. Cette déformabilité est d’autre part assurée par les caractéristiques mécaniques des composants subissant la déformation, de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, à savoir la bande annulaire de roulage et la pluralité des rayons reliant la bande annulaire de roulage aux moyens pour raccorder les dits rayons à la jante. Les modules élastiques circonférentiel et transverse de la bande annulaire de roulage sont au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa de préférence au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa. Dans cette plage de matériaux de 1 à 100 MPa, l’enveloppe déformable sans air à support structurel est apte à remplir la fonction de porter la charge et passer des obstacles et elle se déforme de manière optimale sur l’obstacle. Les renforts textiles ou métalliques des pneumatiques, les font sortir de cette plage, de même les bandages pleins de matériaux rigides. En ciblant un intervalle plus restreint de 5 à 15 MPa, l’avantage est que l’enveloppe déformable sans air à support structurel est alors plus résistante à l’usure au roulage et ce d’autant plus si elle est en matériaux caoutchouteux. De préférence, la bande annulaire de roulage de l’enveloppe déformable sans air à support structurel est en mélange caoutchouteux, une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. Pour optimiser le matériau, pour de la tenue à l’abrasion ou des usages particuliers, il est toujours possible d’y ajouter des fibres courtes en textile ou en métal dont la longueur est inférieure à 25% de la largeur axiale de la bande annulaire de roulage qui ne rigidifient pas de manière excessive les composants de l’enveloppe déformable sans air à support structurel. L’utilisation de telles fibres peut générer des modules différents selon les directions transverse et circonférentielle. Il est essentiel pour assurer un bon franchissement des obstacles que ces deux modules soient compris entre 1 et 100MPa, de préférence entre 5 et 15 MPa. De même pour la pluralité des rayons reliant la bande annulaire de roulage aux moyens d’accrochage à la jante. Ils sont de préférence en mélange caoutchouteux. Ils peuvent contenir des fibres courtes textiles ou métalliques qui peuvent induire des modules radiaux et transverses différents mais qui doivent être compris entre 1 et 100 MPa et de préférence entre 5 et 15 MPa. Les épaisseurs de la bande annulaire de roulage et des rayons ainsi que leur nombre seront déterminés par l’homme de l’art en fonction du cahier des charges de l’objet et de son utilisation. Les matériaux, notamment les mélanges caoutchouteux, utilisés dans l’enveloppe déformable sans air à support structurel selon l’invention ont des rigidités estimées par leurs modules sécants dits "nominaux" à 10% d'allongement selon la norme NF ISO 37 de décembre 2005, compris entre 1 MPa et 100 MPa, de préférence entre 5 et 15 MPa. Il est intéressant que l’enveloppe déformable soit constituée d’un unique matériau. Ainsi il est possible de la fabriquer par injection dans un moule, procédé particulièrement efficace quant à la cohésion des différents composants et très intéressant en termes de productivité. Par l’enveloppe déformable, on entend tous ses différents composants, à savoir la bande annulaire de roulage, les rayons et les moyens pour raccorder la pluralité de rayons avec une jante d’un objet roulant ou d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h. Parmi les moyens de raccorder les rayons à la jante, un moyen avantageux est une bande annulaire radialement intérieure aux rayons et reliée à eux, apte à être montée sur la jante sans risque de décoincement. Il est préféré que les rayons soient courbes dans un plan circonférentiel, perpendiculaire à l’axe de rotation. Ainsi ils ploient tous dans le même sens lors de l’usage et les contacts entre ces rayons ne s’opposent pas à leurs déformations. Par courbes on entend que les rayons n’ont pas une section purement radiale dans les différents plans circonférentiels mais présentent au moins un point d’inflexion. Ils peuvent être constitués de deux segments de droites faisant des angles avec la direction radiale. Il est avantageux que les rayons fassent un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction axiale, dite transverse. Ainsi il est possible de répartir la rigidité donnée par chaque rayon sur une certaine longueur circonférentielle de la bande annulaire de roulage. En créant cette continuité de rigidité, le roulage est également continu, nécessite moins d’énergie et augmente le confort d’usage. Pour mesurer l’angle moyen d’un rayon avec la direction axiale, on considèrera l’angle fait par la droite reliant les deux points les plus axialement extérieurs, de part et d’autre du plan circonférentiel passant au centre de la bande annulaire de roulage, du rayon considéré au niveau de son raccordement à la bande annulaire de roulage et situés sur la fibre neutre du rayon. Une solution préférée est que chaque rayon fasse un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles moyens faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents. Par cette alternance des angles des rayons faits avec la direction transverse, les espaces entre les deux rayons ont une forme conique. Un moule en deux parties, chacune portant un type de motif conique dont les plus grandes bases seront extraites les premières de l’objet moulé, offrira une facilité de démoulage accrue. Cette solution a été développée en particulier pour les roues de brouettes bien que cette application de soient pas exclusive. Une solution préférée est donc une enveloppe déformable sans air à support structurel destinée à être montée sur une brouette dont le diamètre extérieur est compris entre 300 mm et 450 mm, constituée d’un mélange caoutchouteux unique dont le module d’élasticité est compris entre 5 MPa et 15 MPa, ce qui est parfaitement adapté à cet usage. De préférence cette enveloppe déformable sans air à support structurel pour brouette comprend une bande annulaire intérieure destinée à assurer le maintien de ladite enveloppe déformable sur une jante de brouette, la bande annulaire de roulage ayant une épaisseur radiale comprise entre 10 mm et 20 mm, le nombre des rayons reliant la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure est compris entre 25 et 35 et les dits rayons ont une épaisseur circonférentielle comprise entre 5 et 10 mm. Une telle structure est optimale en termes de volume de matériau utilisé et donc de masse. Une solution préférée est que cette enveloppe déformable sans air à support structurel destinée à être montée sur une brouette ait, pour un effort appliqué sur son axe de 70 kg, une variation de diamètre comprise entre 10 et 20 mm. Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 à 3 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à une enveloppe déformable sans air à support structurel : figure 1 : vue perpendiculaire à l’axe de rotation d’une enveloppe déformable sans air à support structurel. Figure 2 : vue perpendiculaire à l’axe de rotation d’un quart d’enveloppe déformable sans air à support structurel illustrant la courbure des rayons 3 de ladite enveloppe déformable sans air à support structurel. Figure 3 : vue de 3 quarts de 3 rayons (3) consécutif de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, faisant des angles a1, a2, a3 avec la direction transverse tels que a2 est de signe opposé à a1 et a3. Les figures 1 et 2 illustrent une enveloppe déformable sans air à support structurel 1 ou une partie de celle-ci, comprenant une bande annulaire de roulage 2, une pluralité de rayons 3 s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire 2 de roulage et des moyens 5 pour raccorder la pluralité de rayons 3 avec une jante 4 d’un objet roulant non représenté, ces moyens 5 étant ici une bande annulaire intérieure. La représente une des disposition les plus simples de l’invention avec des rayons purement radiaux. La représente sur un quart de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, la courbure des rayons 3 dans le plan circonférentiel perpendiculaire à l’axe de rotation. Ainsi les rayons sont contraints de tous se plier selon la même direction évitant ainsi qu’un contact rentre deux rayons viennent s’opposer à la mise à plat de la roue lors du roulage. La illustre une des possibilité de l’invention où chaque rayon 3 fait un angle a au moins égal à 3° et au plus à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents, le tout représenté sur 3 rayons. Cette configuration permet, en raison du faible espace entre deux rayons 3 consécutifs et la présence d’un rayon 3 sur une longueur circonférentielle de la bande annulaire de roulage plus importante que la simple épaisseur du rayon, d’avoir une bonne continuité de la rigidité de l’enveloppe déformable sans air à support structurel sur tout le tour de roue donnant un grand confort d’utilisation. Un tel objet offre également l’avantage de pouvoir être réalisé dans un moule se fermant par le déplacement relatif de deux pièces suivant l’axe de rotation de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, chaque pièce portant formes globalement coniques très faciles à démouler. Cette invention a été appliquée sur une roue de brouette et comparée à une roue pneumatique gonflée à 1.25 bar selon les indications du fabricant (entre 1 et 1.5 bar) et une roue rigide en PET du commerce. Ces solutions ont le même diamètre et la même largeur à 5% près. Les usagers professionnels du bâtiment refusent d’utiliser la roue rigide car le franchissement d’obstacle est trop difficile avec cette solution. La roue pneumatique reste la référence des utilisateurs malgré le risque de crevaison. L’invention à un diamètre de 400 mm de diamètre. La bande annulaire de roulage a 12 mm d’épaisseur radiale et 85 mm de largeur transverse. Le moyen pour accrocher l’enveloppe déformable sans air à support structurel est une bande annulaire intérieure de 200 mm de diamètre et de 4 mm d’épaisseur radiale. 30 rayons courbés dans plan circonférentiel relient les deux bandes annulaires. Ils sont constitués selon la de deux demi-rayons formant un angle de 5° avec la direction radiale se rejoignant à mi-distance des deux bandes annulaires intérieure et de roulage. Ils sont d’épaisseurs circonférentielles variables de 6 à 8 mm. Les surépaisseurs de 8 mm se trouvant à la jonction des rayons avec la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure et en leur milieu, zones de flexion de ces rayons. Ce type de variation d’épaisseur permet d’alléger la solution. L’enveloppe déformable sans air à support structurel est montée en force sur une jante plate avec des rebords extérieurs empêchant tout mouvement transverse de la bande annulaire intérieure vis-à-vis de la jante. Les rayons ont un angle (a1) de 8° avec la direction transverse de signe opposé d’un rayon au suivant comme montré . La variation du rayon écrasé pour 70 kg de charge à l’axe, est de 15 mm, identique au pneumatique de la brouette du commerce. Les différentes solutions sont testées sur une brouette devant franchir une marche en bois de 40 mm de haut fixée au sol. Les bras de la brouette sont munis de roues folles de manière à ne générer aucune résistance. La brouette est tractée via un câble muni d’un dynamomètre à une vitesse de 1 m par seconde, soit la vitesse d’un homme marchant en poussant une telle charge, soit 3.6 km/h. La brouette est chargée d’un poids de 100Kg. Avec la roue rigide, la brouette ne franchit pas l’obstacle. Avec les roues à pneumatique ou à enveloppe déformable sans air à support structurel, la brouette franchit l’obstacle. L’effort nécessaire pour faire franchir l’obstacle est réduit de 10 à 20% pour la roue selon l’invention comparativement à la roue munie d’un pneumatique. L’invention est donc bien un dispositif increvable ayant la même ou une meilleure capacité de franchissement d’obstacle qu’une roue munie d’un pneumatique pour des objets roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h. Cette solution est également intéressante pour les roues folles de véhicules roulant à une vitesse inférieure à 25 km/h. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant : une bande annulaire (2) de roulage destinée à rouler sur un sol, une pluralité de rayons (3) s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire (2) de roulage, caractérisé en ce que la bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa, et en ce que les rayons (3) ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon la revendication 1 dans laquelle la bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans laquelle les rayons (3) ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’enveloppe déformable est constituée d’un unique matériau. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les rayons (3) sont courbes dans un plan circonférentiel. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les rayons font un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction transverse Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle chaque rayon (3) fait un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes destinée à être montée sur une brouette, dont le diamètre extérieur est compris entre 300 mm et 450 mm, constituée en un mélange caoutchouteux unique dont le module d’élasticité est compris entre 5 MPa et 15 MPa, Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes destinée à être montée sur une brouette, comprenant une bande annulaire intérieure destinée à assurer le maintien de ladite enveloppe déformable sur une jante de brouette et dans laquelle la bande annulaire de roulage a une épaisseur radiale comprise entre 10 mm et 20 mm, le nombre des rayons reliant la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure est compris entre 25 et 35 et les dits rayons ont une épaisseur circonférentielle comprise entre 5 et 10 mm. . Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) destinée à être montée sur une brouette selon l’une quelconque des revendications précédentes telle que pour un effort appliqué sur son axe de 70 kg, sa variation diamètre soit comprise entre 10 et 20 mm.