LU82869A1 - Perfectionnement aux structures annulaires de renforcement pour pneumatiques radiaux - Google Patents

Description

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La présente invention concerne les pneumatiques de type radial/ c'est-à-dire les pneumatiques pourvus d'une carcasse dont les cordelettes se trouvent dans des plans substantiellement méridiens et en couronne en-dessous de la bande de roulement, et d'une structure annulaire de renforcement gue l'on désignera souvent simplement par le mot "ceinture" dans la suite de la description.

Dans chaque pneumatique, les principales qualités exigées concernent l'importance du rendement kilométrique (kilométrage parcouru), la durée exprimée par la résistance à la fatigue et aux vitesses élevées, le comportement au pilo-! tage et une faible résistance au roulement, qui se traduit par j une moindre consommation de carburant. La nécessité des carac téristiques susmentionnées s'accroît de jour en jour du fait i de l'entrée sur le marché de moyens de transport toujours plus puissants et plus rapides et en raison de l'amélioration de l'état du réseau routier pour la circulation à vitesse élevée et sur de longues distances.

Les structures des pneumatiques radiaux adoptées jusqu'ici sont désormais arrivées au maximum accessible pour ce qui concerne les exigences se rapportant à la résistance à la fatigue et à la vitesse, ainsi qu'au rendement kilométrique, spécialement aux vitesses de croisière élevées.

En outre, ces types d'utilisation requièrent une sécurité de conduite ou de pilotage plus grande du fait de la plus faible stabilité des véhicules industriels circulant à des vitesses élevées et avec un centre de gravité de la charge assez élevé par rapport au sol comme c'est le cas pour le transport de marchandises.

L'abaissement du centre de gravité obtenu par la . réduction du diamètre du pneumatique tout en maintenant au même niveau la capacité portante, c'est-à-dire par la réduction de la hauteur de section H par rapport à la largeur du pneumatique C, n'est pas suffisant pour garantir la sécurité car, bien qu'on améliore le comportement à la conduite et l'absorption de la puissance, ce moyen tend à réduire la résistance structurale de la caracasse à la fatigue et à la vitesse ainsi Îque le rendement kilométrique, et on provoque un manque d'uniformité de l'usure entre les épaules (plus sujettes à l'abra- 7 a - 2 - sion) et le centre de la bande de roulement.

Malgré les nombreux essais effectués dans des directions différentes, ces inconvénients n'ont pas été éliminés en utilisant les structures de ceinture usuelles bien connues.

La Demanderesse a trouvé à présent qu'il est possible de porter remède à ces défauts en améliorant, en supplément, les caractéristiques qualitatives des pneumatiques formant l'objet de ' la présente description.

La présente invention vise dès lors à procurer un nouveau type de ceinture pour pneumatiques à carcasse radiale qui élimine les inconvénients signalés et qui résout efficace-, ment le problème proposé.

! L'objet de la présente invention est constitué par | un pneumatique pour roues de véhicules comprenant une carcasse | de type radial, une bande de roulement superposée à celle-ci ! dans la zone de couronne et une structure annulaire de renfor- i cernent intercalée entre la carcasse et la bande de roulement | comprenant au moins deux couches radialement superposées d'un | tissu métallique, substantiellement aussi larges que la bande | de roulement, pourvues de cordelettes ayant un allongement à i la rupture compris entre 2,6 % et 3,2 % , ces cordelettes étant J parallèles entre elles dans chaque couche et croisant celles de i la couche adjacente, et étant inclinées symétriquement par rapport à la direction longitudinale du pneumatique suivant un angle compris entre 10° et 30°, caractérisé par le fait que | ladite structure annulaire de renforcement est pourvue, sur les parties latérales et en position radialement externe par ; rapport auxdites couches, d'une bande annulaire de renforcement pourvue de cordelettes métalliques à sens de torsion non inversé ayant un allongement à la rupture compris entre 4% et 8%, disposées parallèlement entre elles et au plan équatorial du pneumatique, ladite bande annulaire de renforcement étant constituée par au moins deux tours radialement superposés desdites cordelettes, le bord extérieur de cette bande étant substantiellement en coïncidence avec le bord desdites couches radialement internes, la largeur axiale des bandes étant comprise entre 7% et 40% de la largeur axiale de la structure annulaire de renforcement.

* Suivant certaines formes d'exécution avantageuses, ces bandes sont formées par un enroulement hélicoïdal unique - 3 - d'un seul fil en deux tours superposés de spires adjacentes ou bien par deux enroulements distincts, un pour chacuhe des bandes, toujours en un fil unique hélicoïdal en deux tours superposés de spires adjacentes, ou encore en constituant chaque bande par deux tours concentriques superposées d'une bande de tissu dont les extrémités se superposent.

La structure annulaire de renforcement susdite peut être adéquatement améliorée au moyen d'une ou plusieurs couches de tissu métallique intercalées dans .la zone entre les deux bandes susdites, en une position radialement externe par rapport aux bandes à 10e - 30°, pourvues du type à faible allongement ou à allongement élevé orientées suivant un angle compris entre 10° et 40° et, en combinaison avec ces couches supplémentaires ou e.n remplacement de celles-ci, au moyen d'une ou plusieurs couches de tissu métallique placées en une position radialement interne par rapport à la structure annulaire de renforcement, pourvues de cordelettes de l'un ou l'autre des types susmentionnés, orientées suivant un angle quelconque, toujours par rapport à la direction longitudinale du pneumatique.

De toute manière, la présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des figures annexéés, données à titre d'exemples mais non limitatives, dans lesquelles: - la figure 1 montre, en coupe radiale, un premier exemple de ceinture de pneumatique conforme à l'invention, - les figures 2,3,4 illustrent trois exemples différents de réalisation de la structure de la figure 1, - la figure 5 montre une deuxième version de la structure de ceinture suivant l’invention, - la figure 6 représente les déformations d'une structure de x ceinture de type connu dans la zone de la surface de contact, - la figure 7, placée en corrélation étroite avec la figure 6, montre le diagramme des déformations susdites en direction longitudinale, - la figure 8 représente les déformations de la structure de ceinture suivant l'invention dans la zone de la surface de contact, - la figure 9, placée en corrélation étroite avec la figure 8, j montre le diagramme des déformations susdites en direction ^ h 'S 1 rvnrii 1-nrlî ns 1 e* _ - 4 - - la figure 10 représente la surface de contact d'un pneumatique au cours de la marche en tajectoire curviligne.

- la figure 11 représente l'allure des forces de tension dans une structure de ceinture, en section transversale, au cours de la marche du pneumatique en ligne droite ainsi que dans un virage.

La structure de ceinture suivant l'invention, dans une réalisation particulière préparée pour un pneumatique de mesure 315/70 R 22,5 de la série 70 (H/C = 0,7), comprend donc (figure 1) deux couches 1 et 2 de tissu métallique de largeur L substantiellement égale à celle de la bande de roulement, la différence de largeur entre les deux couches étant de l'ordre des gradations usuelles entre des couches superposées, c'est-à-dire égale a 5mm, de toute façon comprise entre 5 et 10 mm.

Les cordelettes de ces deux couches sont les cordelettes usuelles de type commun, caractériséës par un allongement à la rupture compris entre 2,6% et 3,2%. Elles sont placées, dans chaque couche, parallèlement entre elles mais croisées à l'égard de celles de la couche adjacente.

De plus, elles sont inclinées symétriquement, des deux côtés par rapport au plan équatorial du pneumatique, suivant un angle de 20° (compris de toute façon entre 10° et 30°).

Les parties latérales de la couche radialement externe 2 sont surmontées par une couche annulaire de renforcement 3 constituée par deux tours 4 et 5 superposées radialement de cordelettes métalliques à sens de torsion non inversé, ayant un allongement à la rupture compris entre 4% et 8%, appelées habituellement "cordelettes à allongement élevé" et designées par l'abréviation internationale "HE" (high élongation).

. Le bord extérieur de chaque bande par rapport au plan équatorial du pneumatique , coïncide substantiellement avec le bord du paquet de couches radialement interne, en dehors de la différence due à la nécessité de décalage entre des éléments textiles superposés, de l'ordre d'un demi-centimètre, tandis que la largeur "1" de chaque couche est égale à 24% (comprise de toute façon entre 7% et 40%) de la largeur maximale de la ceinture.

ÎLes cordelfettes métalliques HE peuvent être déposées sur la couche 2 suivant diverses modalités d'exécution.

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Une première possibilité (figure 2) est offerte par un fil unique enroulé hélicoïdalement en deux tours superposés de spires adjacentes avec un saut sur la partie intermédiaire de la structure annulaire de renforcement. En d'autres mots, on enroule une cordelette HE unique sur le paquet de couches 1 et 2, en un mouvement hélicoïdal, suivant des spires adjacentes, encommençant par le bord axialement interne d'une bande, et en avançant jusqu'au bord axialement externe et ensuite en sens inverse, en position radialement externe.

Lorsque le dispositif de dépôt de la cordelette a de nouveau atteint le bord axialement interne, il exécute un ♦ saut sur la partie centrale de la couche 2 et il recommence 5 à enrouler la cordelette à partir du bord axialement interne de la bande opposée jusqu'au bord axialement externe et puis de nouveau en sens inverse, en une position radialement externe, jusqu'à ce qu'il retourne au bord axialement interne.

Dans ce cas, les deux bandes qui ont été réalisées l'une après l'autre sont évidemment raccordées l'une à l'autre par une spire de cordelette sur la partie centrale de la couche 2, qui maintient la continuité du fil d'une bande à l'autre.

En variante, conformément à la réalisation représentée à la figure 3, chacune des deux bandes est réàlisée en même temps que l'autre, en enroulant hélicoïdalement une cordelette HE en deux tours radialement superposés de spires adjacentes en commençant par le bord axialement externe, en continuant jusqu'au bord axialement interne et puis en sens inverse, en position radialement externe, de nouveau jusqu'au bord axialement externe.

Il est possible, naturellement, d'exécuter le mouvement inverse, c'est-à-dire en commençant par le bord axialement interne plutôt que le bord axialement externe; en d'autres mots, la zone d'inversion du mouvement du dispositif de dépôt de cordelette peut être aussi bien en position axialement interne qu'en position axialement externe par rapport à la bande.

Suivant une autre solution (fig.4), les deux bandes sont au contraire réalisées en enroulant deux rubans, ou de préférence un ruban tourné deux fois, de tissu métallique pour-j vu des cordelettes HE susdites orientées longitudinalement, - 6 - du ruban ou des. rubans soient en superposition.

La structure de ceinture de la figure 1, dans la réalisation susdite, comprend en outre une troisième couche 6 (figure 4) de cordelettes HE orientées à 35° par rapport à la direction longitudinale du pneumatique, croisant les cordelettes de la couche 2, disposée en position radialement externe par rapport à ladite couche 2, entre les bandes 3, servant de pare-„ cailloux.

De toute manière, comme on l'a déjà signalé, cette couche 6 pourrait être remplacée par une ou plusieurs couches de tissu métallique, pourvu de cordelettes de type normal ou de cordelettes de type HE, orientées suivant des angles compris entre 0° et 40°, suivant le type de fonction désirée.

Enfin, la structure de la réalisation particulière susdite comprend une quatrième couche supplémentaire 7 (figure 5) de tissu métallique, en position radialement interne par rapport à la structure annulaire de renforcement et en contact avec la toile de carcasse, pourvue de cordelettes de type normal (allongement à la rupture égal à 3%) croisant celles de la couche adjacente 1 et orientées par rapport à la direction longitudinale du pneumatique suivant un angle de 60°.

Dans ce cas également, cette couche pourrait être remplacée par une ou plusieurs couches de tissu métallique, pourvu de cordelettes de type quelconque, orientées suivant un angle quelconque par rapport à la direction longitudinale du pneumatique.

Les structures de ceinture qui viennent d'être décrites ont prouvé qu'elles apportaient une solution efficace aux problèmes énoncés au début de la présente description, en conférant une nette amélioration qualitative aux caractéristiques des ; pneumatiques en question.

D'autre part, pour mieux comprendre le problème qui se trouve à la base de l'invention et aussi la raison pour laquelle les structures de ceinture connues usuelles ne sont pas à même de résoudre ce problème, la Demanderesse estime utile de chercher à donner une explication plus détaillée (mais à laquelle elle n'entend nullement lier l'invention) du phénomène des déformations subies par les structures de ceinture lors de leur passage sous la surface de contact du pneumatique.

Pour ce faire, la Demanderesse utilise une schématisa- - 7 - tion qu'elle considère comme suffisamment proche de la réâlité du phénomène, ainsi que les figures 6 à 11.

On considère d'abord un pneumatique conforme à l'état antérieur de la technique en mouvement suivant une trajectoire rectiligne, comme indiqué à la figure 6 par la flèche de direction du mouvement.

Cette figure 6 indique le contour de la surface de contact 8, limitée à une moitié du pneumatique, coupée suivant le plan équatorial m - m, et les traces de.1'extrémité correspondante de la structure annulaire de renforcement dans lesquelles sont mises en évidence des paires de cordelettes de la couche 1 et des paires de cordelettes de la couche 2, identi -fiées par les nombres mêmes de la couche d'appartenance.

Il est clair que le croisement des paires de cordelettes susdites donne lieu à une pluralité de losanges.

Il va de soi que la figure 6 ne donne qu'un aspect qualitatif du phénomène, en exagérant les dimensions réelles de celui-ci, et représente l'allure des déformations dans une structure de ceinture constituée par les seules couches portantes 1 et 2.

Chaque fois qu'une partie de la ceinture entre en-dessous de la surface de contact, la variation du rayon de roulement du pneumatique et l'aplatissement du profil curviligne de la bande de roulement contre le sol provoquent dans les couches de ceinture d'abord un étirement longitudinal accompagné d'une contraction transversale et ensuite une déformation de signe opposé, c'est-à-dire une dilatation transversale de valeur nulle au centre mais qui s'accroît en direction des extrémités.

En d'autres mots, particulièrement les parties : extrêmes des cordelettes appartenant aux couches 1 et 2 susdi tes se déplacent suivant la combinaison de deux mouvements, le premier en forme de ciseaux l'une vers l'autre et un de translation parallèle entre lesdites cordelettes.

A la sortie de la surface de contact, il se produit ünnouveau changement de signe dans les déformations, lesquelles . redeviennent analogues aux déformations présentes à l'entrée .. J de la surface de contact.

La figure 7, placée en corrélation directe avec la - 8 - ! surface de contact de la figure 6, donne le diagramme de la ; déformation longitudinale (ligne 9) subie par la ceinture tradi tionnelle qui atteint l'allongement maximal, par rapport à la condition d'un pneumatique simplement gonflé et stationnaire (ligne 10), à l'entrée et à la sortie de la surface de contact | et sa réduction maximale dans la zone centrale de la surface de contact.

Les glissements de la bande de roulement sur le terrain, dus aux déformations de la ceinture, contribuent considérablement à la formation des irrégularités et des inégalités d'usure déjà mentionnées, qui portent un grave préju-I . dice au rendement kilométrique du pneumatique.

! Si l'on passe à présent aux figures correspondantes 1 8 et 9, on voit que celles-ci représentent graphiquement l'allu re qualitative du même type de déformations que celles reprësen-f tëes respectivement aux figures 6 et 7, mais pour ce qui concer ne la ceinture conforme à l'invention, c'est-à-dire celle pourvue des bandes 3 de cordelettes à 0°.

Dans la figure 8, la ligne 11 indique la position selon laquelle se place une cordelette HE de la bande de ren-| forcement 3. Comme cette cordelette particulière est métallique, elle réagit à l'effort appliqué avec des déformations de valeur minimale pour lesquelles, grâce au placement sur les couches portantes 1 et 2 d'un double enroulement de cordelettes HE orientées longitudinalement suivant l'invention, tous les mouvements des cordelettes susdites des couches 1 et 2 sont fortement contenus et restent pratiquement d'une valeur permise par l'ordre de grandeur de l'allongement de la cordelette HE en réponse à la valeur de la tension qu'elle supporte (ligne 12 dans la figure 9).

s En d’autres mots, la cordelette longitudinale tend à bloquer les points de jonction des losanges, c'est-à-dire les mouvements relatifs des cordelettes des couches portantes et par conséquent aussi les déformations de la ceinture sur le plan d'appui sur le terrain et les glissements relatifs de la 1 bande de roulement.

Manifestement, le résultat de tout cela est une nette | amélioration des caractéristiques de résistance à l'abrasion de . j la bande de roulement.

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Par suite de la limitation des mouvements des cordelettes des couches portantes susdites, les états de tension dans le mélange de caoutchouc des couches sont aussi notablement réduits et déchargés sur les cordelettes à 0°, beaucoup plus résistantes puisqu’elles sont en-.acier, et il en résulte une amélioration de la résistance à la fatigue dans toutes les conditions de marche.

Considérons à présent le comportement du pneumatique en dérive, c'est-à-dire lorsqu'il parcourt un trajet curviligne.

La surface de contact prend alors la forme d'un haricot (figure 10), à la suite de quoi la partie de la structure annulaire de renforcement axialement externe par rapport à la courbe , subit, en comparaison de la condition de tension pendant la trajectoire rectiligne, une nouvelle augmentation de ladite tension tandis que la partie interne par apport à la courbe subit une action contraire et arrive même à entrer en compression. En d'autres mots, des forces additionnelles se déchargent sur les couches à 0° de la ceinture de l'invention.

La situation est représentée à la figure 11 qui montre le diagramme qualitatif des forces dans la structure de ceinture, en coupe transversale au niveau du plan de section XI-XI de la figure 10 dans un pneumatique utilisé soit dans les conditions de dérive ci-dessus soit en marche rectiligne. Dans la figure 11, la droite A-B représente la largeur de la ceinture, A étant le côté externe par rapport à la courbe et B le côté interne.

La ligne 13 représente schématiquement la force de tension dans le pneumatique, à travers toute la largeur de la ceinture, au cours d'une trajectoire rectiligne; la ligne 14 indique l'axe de référence pour les valeurs de la force repré-ï sentée par la ligne 13; la ligne 15 montre le diagramme des forces dans la structure de ceinture dans les conditions de marche en dérive; la zone hachurée représenté la partie de la ceinture qui se trouve en compression.

On comprend alors que bien que les dommages causés à la ceinture du fait de la plus grande sollicitation en tension • pourraient peut-être être annulés par une couche unique de cordelettes à 0° adéquatement renforcée, ceux qui sont dus à la solli-ji citation en compression ne sont pas, en fait,éliminés par cette 'J-- couche en raison de la très faible résistance à la charge de - 10 - pointe résultant d'une compression sur les cordelettes a 0°. j Au contraire, une double-couche de bandes à 0°, même i si elle a une résistance égale à celle de la couche unique à t des efforts de tension, présente une résistance beaucoup plus grande aux sollicitations de charge de pointe en raison de l'augmentation de l'épaisseur. C'est ainsi que la Demanderesse a constaté que même en présence de sollicitations dans une courbe, à la limite de l'adhérence du pneumatique sur la route, et après avoir porté le pneumatique à l'usure totale de la bande de roulement utilisée dans les conditions susdites, la double couche de cordelettes à 0° de l'invention ne subit aucune rupture des cordelettes HE.

- La Demanderesse a en outre constaté que toutes les caractéristiques de conduite dans un virage et en dépassement rapide sont nettement améliorées grâce à la plus grande rigidi-: té en flexion dans le sens longitudinal et à la plus grande 1 résistance au pliage des parties latérales de la ceinture confé rées par l'augmentation de l'épaisseur de la couche double par rapport à une couche unique, dans les deux cas de cordelettes | à 0°.

Enfin, la structure de ceinture de l'invention permet de répartir les forces de tension qui agissent dans un pneumatique gonflé à la pression de service et à l'état de repos à raison d'environ 2/3 dans les couches portantes 1 et 2 et 1/3 dans les bandes de cordelettes à 0e susdites, ce qui entraîne la participation de toute la structure à l'action de résistance aux sollicitations en cours de service.

Il est clair que ce résultat ne pourrait être obtenu au moyen de cordelettes disposées longitudinalement, du type usuel à basse valeur d'allongement à la rupture (2,6% à 3,2%).

* En fait ces cordelettes, par suite de leur substantielle inex tensibilité et en raison de leur disposition particulière à 0°, absorberaient complètement les forces de tension agissant sur la structure en déchargeant ainsi les couches portantes sous-jacentes et en portant gravement préjudice à la géométrie de la distribution des forces.

Sur la base de tout ce qui précède, on voit clairement fj que la présente description n'a qu'un objectif exemplatif mais Λ l non limitatifi Pour ce motif, il y a lieu de considérer que sont éaalement comDrises dans le cadre du orésent brevet toutes - 11 - les modifications ou variantes qui ne sont pas expressément indi-, quées mais que tout technicien de la branche peut aisément dédui re de la présente idée inventive.

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Claims (4)

1. 3. Pneumatique suivant la revendication 1 caractérisé j par le fait que lesdites bandes sont formées chacune par un | enroulement hélicoïdal distinct d'un seul fil en deux tours | superposés de spires adjacentes.
2. 4. Pneumatique suivant la revendication 1 caractérisé j par le fait que lesdites bandes sont formées chacune par deux i I tours concentriques superposés d'un‘ ruban de tissu dont les ( ! r j extrémités se superposent. ! ! - 13 -
3. 5. Pneumatique suivant l'une quelconque des revendi- ' cations précédentes caractérisé par le fait qu’on prévoit, en j une position radialement externe par rapport auxdites couches, sur la partie centrale comprise entre les bandes, au moins une couche de tissu métallique supplémentaire pourvu de cordelettes de type quelconque orientées suivant un angle compris entre 0° et 40°.
4. 6. Pneumatique suivant l'une quelconque des renvendi-cations précédentes caractérisé par le fait qu'on prévoit, en une position radialement interne par rapport auxdites couches, au moins une couche supplémentaire de tissu métallique pourvu * de cordelettes de type quelconque orientées suivant des angles quelconques par rapport au plan équatorial du pneumatique. | ___ / : «