WO2016139348A1 - Armature de sommet de pneumatique pour vehicule lourd de type genie civil - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a tire for a heavy vehicle type civil engineering and more particularly, the top of such a tire.
  • the invention is more particularly described with reference to a radial tire of large size, intended, for example, to be mounted on a dumper, transport vehicle of materials extracted from quarries or surface mines.
  • the nominal diameter of the rim of such a tire within the meaning of the European Tire Standard and Rim Technical Organization or ETRTO, is at least equal to 25 inches.
  • a tire having a geometry of revolution with respect to an axis of rotation the tire geometry is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire.
  • the radial, axial and circumferential directions respectively designate the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane.
  • a tire comprises a crown comprising a tread intended to come into contact with the ground via a rolling surface, two beads intended to come into contact with a rim and two flanks connecting the top to the beads.
  • a radial tire as generally used for a civil engineering vehicle, more particularly comprises a radial carcass reinforcement and a crown reinforcement, as described, for example, in document WO2014-095957.
  • the carcass reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type usually comprises at least one carcass layer comprising reinforcements generally made of metal coated with an elastomeric material called a coating mixture.
  • the carcass layer comprises a main portion, connecting the two beads together and wound in each bead, from the inside to the outside of the tire around a generally metallic circumferential reinforcing element called a bead wire, to form a turnaround.
  • the metal reinforcements of a carcass layer are substantially parallel to each other and form, with the circumferential direction, an angle of between 85 ° and 95 °.
  • the crown reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type comprises a superposition of crown layers arranged circumferentially, radially outside the carcass reinforcement.
  • Each crown layer comprises reinforcements generally metallic, parallel to each other and coated with an elastomeric material or coating mixture.
  • the crown reinforcement comprises at least one working reinforcement comprising at least two working layers, radially external to the carcass reinforcement and radially inner to the tread. These working layers are superimposed and formed of reinforcements or parallel cables in each layer and crossed from one layer to the next in making with the circumferential direction angles between 10 ° and 45 °. Their respective axial widths are at least equal to two thirds of the maximum axial width of the tire. The maximum axial width of the tire is measured at the sidewalls, the tire being mounted on its rim and slightly inflated, that is to say inflated to a pressure equal to 10% of the nominal pressure as recommended, for example, by the Tire and Rim Association or TRA.
  • the working reinforcement comprising at least two working layers, serves to surround the tire and to give rigidity and grip to the tire.
  • the reinforcement resumes both mechanical loading of inflation, generated by the inflation pressure of the tire and transmitted by the carcass reinforcement, and mechanical stresses of rolling, generated by the rolling of the tire on a floor and transmitted by the tread. It must also withstand oxidation, shocks and perforations.
  • the said working layers, forming the working frame may be radially inner to a protective reinforcement comprising at least one so-called protective layer and formed of reinforcements generally metal and extensible or elastic.
  • a protective frame comprising at least one protective layer is advantageous. It essentially protects the working layers from mechanical or physico-chemical aggressions, which can propagate through the tread radially towards the inside of the tire. If the protective layer is unique then it is advantageous that the angle formed by the reinforcements of the protective layer, with the circumferential direction, is identical to that formed by the reinforcements of the most radially outermost working layer.
  • the reinforcements are crossed from one layer to the next and the reinforcements of the radially inner protective layer are crossed with the inextensible reinforcements of the radially outer working layer and adjacent to said radially inner protective layer.
  • the crown reinforcement may also comprise a layer of inelastic metal reinforcements making with the circumferential direction an angle between 45 ° and 90 °.
  • This so-called triangulation layer is radially external to the carcass reinforcement and radially inner to the radially innermost working layer, comprising reinforcements parallel to each other and forming, with the circumferential direction, an angle at most equal to 45 ° in absolute value.
  • the triangulation layer forms with at least said working layer a triangulated reinforcement, and its essential role is to take up the transverse compression forces to which the reinforcements are subjected in the area of the crown of the tire.
  • This type of vertex architecture comprising triangulation, working and protection layers, implies a flexible top undergoing inflating a significant deformation at the equatorial plane and the shoulders, that is to say at the axial ends of the tread.
  • the flexibility at the equatorial plane allows the top to deform without failure when the vehicle is traveling on an obstacle whose size is, for example, the order of magnitude of the tire deflection under its nominal load.
  • By arrow means the variation of radius at the mid-point of the tread in the equatorial plane when the tire changes from an unloaded inflated state to a loaded inflated state under its nominal load.
  • tires for a heavy vehicle of the civil engineering type may comprise one or more narrow reinforcing layers radially external to the carcass reinforcement and radially inner to the frame, centered around the equator. These layers are called shrink thin layers and their function is to limit the radial deformation of the tire to inflation. This limitation makes it possible to reduce the deformation of the top during flattening under the effect of the load and thus the decrease of the temperature allowing an improvement in endurance performance at the top cleavage.
  • narrow shrink layers is meant layers whose axial width is less than 0.6 times the axial width of the most radially inner working layer.
  • These narrow hooping layers comprise generally metal inextensible reinforcements which form with the circumferential direction angles greater than 6 ° and less than 12 °.
  • the respective reinforcements of these narrow hooping layers are crossed from one layer to the next to provide greater rigidity at the top and better endurance resistance at the top cleavage.
  • the first disadvantage relates to the manufacture of narrow hooping layers and their laying for tires for heavy vehicles of the large civil engineering type. Indeed, for tires of more than 3 m in diameter and 0.8 m in width, to make a narrow hooping layer whose reinforcements form with the circumferential direction an angle of the order of 8 °, supposes to cut layers narrow hooping over a length of cutting more than 2.5 m in length, out of the range of commercial industrial machines and to achieve the welding of the narrow shrink layer on the tire before baking on the same length, which requires know-how and precision almost double that of laying work or protection layers.
  • the second disadvantage is a sensitivity of the tire to shocks related to the presence of large obstacles on the tracks.
  • the object of the invention is to improve both the endurance performance cleavage and impact resistance of the top of a heavy vehicle tire type civil engineering.
  • a radial carcass reinforcement radially inner to the tread and comprising at least one carcass layer, a crown reinforcement, radially inner to the tread and radially external to the radial carcass reinforcement, and comprising a working reinforcement and a hooping reinforcement
  • the working armature comprising at least two working layers, each comprising inelastic metal reinforcements crossed from one working layer to the next and forming, with the circumferential direction, angles at least equal to 15 ° and at most equal to 40 °
  • -the shrinking armature being formed by a circumferential winding of a sheet comprising circumferential elastic metal reinforcements making, with the circumferential direction angles at most equal to 2.5 °, said circumferential winding of the sheet extending from a first circumferential end to a second circumferential end radially external to the first circumferential end, so as to form a radial stack of at least two shrink layers
  • the hooping reinforcement being radially positioned between the working layers, and the circumferential metal reinforcements of the hooping reinforcement having a breaking force of at least 800 daN.
  • such an architecture allows, through the use of circumferential reinforcements, located near the neutral fiber of the summit, to limit the deformation of the crown to the shoulders at a level close to a deformation of the top shoulders obtained in the case of an architecture according to the state of the art, comprising narrow layers of hooping.
  • This therefore makes it possible to obtain both the endurance performance at the expected peak cleavage and the impact resistance performance aimed at thanks to a flexible crown at the center that is able to withstand the deformation due to impacts when the vehicle is traveling on obstacles.
  • the top of the tire operates as a beam whose neutral fiber is between the working layers according to an imposed deformation mode.
  • the hooping frame is formed by a circumferential winding of a sheet.
  • the circumferential winding of a sheet is advantageous with respect to the circumferential winding of a reinforcement or of a strip consisting of several reinforcements, for example 10 reinforcements, this type of winding being conventionally used for tires for passenger vehicles or heavy goods vehicles. This conventional winding solution would be prohibitively expensive because of the size of tires for heavy vehicles of the civil engineering type.
  • a metal reinforcement is mechanically characterized by a curve representing the tensile force (in N), applied to the metal reinforcement, as a function of the relative elongation (in%) of the metal reinforcement, called the force-elongation curve. From this force-elongation curve are deduced tensile mechanical characteristics, such as the structural elongation A s (in%), the total elongation at break A t (in%), the breaking force F m (load maximum in N) and the breaking strength R m (in MPa), these characteristics being measured according to ISO 6892 of 1984.
  • the structural elongation A s results from the relative positioning of the constituent metal wires of the metal reinforcement under a low tensile force.
  • the elastic elongation A e results from the elasticity of the metal of the metal wires, constituting the metal reinforcement, taken individually (Hooke's law).
  • the plastic elongation A p results from the plasticity (irreversible deformation beyond the limit of elasticity) of the metal of these metal wires taken individually.
  • an extension module in GPa which represents the slope of the line tangent to the force-elongation curve at this point.
  • elastic module in extension or Young modulus the modulus in extension of the elastic linear part of the force-elongation curve.
  • metal reinforcements there are usually used elastic metal reinforcements, such as those generally used in the protective layers, and non-elastic metal reinforcements, such as those generally used in the working layers.
  • An elastic metal reinforcement is characterized by a structural elongation A s of at least 1% and a total elongation at break A t of at least 4%.
  • an elastic metal reinforcement has an elastic modulus in extension usually between 40 GPa and 150 GPa.
  • a non-elastic or inelastic metal reinforcement is characterized by a relative elongation, under a tensile force equal to 10% of the breaking force F m , at most equal to 0.2%. Furthermore, a non-elastic metal reinforcement generally has an elastic modulus in extension usually between 150 GPa and 200 GPa.
  • the circumferential reinforcements of the hooping reinforcement are reinforcements which form, with the circumferential direction, angles in the range [-2.5 °, + 2.5 °]. They are elastic to allow the expansion of laying diameter that involves cooking tires in a mold. Indeed, a tire is generally obtained by laying the various elements that constitute it to specific initial diameters.
  • the tire is then placed in a baking mold with a diameter greater than the maximum diameter of the tire before firing, in which the elastomeric materials are vulcanized by thermal effect.
  • the tire is pressurized in the mold and all the elements that constitute it take a diameter greater than their initial specific diameter.
  • this diameter change is made by deformation of the coating mixture of the various reinforcements.
  • this circumferential extension is permitted by the reinforcements which are elastic with a structural elongation at least equal to the extension due to molding.
  • the circumferential reinforcements of the hooping reinforcement have a breaking force at least equal to 800 daN, to be able to withstand the tensile stresses induced by the passage over obstacles encountered by the tire in use.
  • the circumferential metal reinforcements of the hooping reinforcement have a modulus of elasticity at 10% elongation at least equal to 70 GPa and at most equal to
  • the circumferential ends of the web constituting the hooping reinforcement make, with the axial direction, angles (A) at least equal to 25 °.
  • angles (A) at least equal to 25 °.
  • Such an angle makes it possible to avoid having the circumferential ends of the hooping reinforcement contained in a meridian plane and thus to desensitize the surrounding elastomeric materials to cracking.
  • each circumferential reinforcing end of the hoop reinforcement is a potential zone of cracking of the surrounding elastomeric materials, these potential areas of cracking must not be concentrated in the same meridian plane in order to avoid the junction of microcracks which may lead to cracking harmful to the endurance of the tire.
  • the stress is maximum in the meridian plane corresponding to the maximum deflection.
  • This angle thus makes it possible to prevent all the ends of the reinforcements and the elastomeric materials surrounding them from undergoing maximum stresses and deformations in the same meridian plane.
  • the angles of each of the circumferential ends of the web constituting the hooping frame with the axial direction are equal and of the same sign.
  • the circumferential distance between the first and second circumferential ends of the hooping reinforcement is at least equal to 0.6 m and at most equal to 1.2 m.
  • the first and second circumferential ends of the hoop reinforcement are not contained in the same meridian plane and overlap on a circumferential portion of the periphery of the tire, to ensure the presence of the hooping reinforcement over the entire periphery of the tires.
  • the circumferential distance between the two circumferential ends of the hooping frame is called the overlap length.
  • Per recovery length means the distance circumferential circumferential circumferential circumference of the hooping reinforcement, measured in the equatorial plane, circumferential plane passing through the middle of the tread.
  • the overlap length is greater than 0.6 m makes it possible, firstly, to avoid that no area of the tire, under the effect of the diameter change during firing, has a layer of circumferential reinforcements less between the that the number of layers required for use, and second, that each end of a reinforcement being a potential zone of cracking of the surrounding elastomeric materials, these potential areas of cracking are not concentrated in the same meridian plane. even at different rays.
  • this length is limited to 1.2 ma consequence of not increasing the raw material cost of the solution, without bringing gain in endurance.
  • the average surface of the sheet constituting the hooping reinforcement, in the vicinity of the first circumferential end of the hooping reinforcement makes, with the circumferential direction, an angle, measured in the equatorial plane, at most equal at 45 °.
  • one solution consists in arranging, along this end of the hooping frame, a transverse band of elastomeric materials of triangular section. This solution has the effect of reducing the bending stresses in the reinforcement of the hooping reinforcement in the vicinity of the first end of the hooping frame, the most radially inner.
  • the average surface of the winding of the hoop reinforcement undergoes a variation in diameter equal to the diameter of the reinforcements of the hooping frame.
  • This variation of diameter is done by a bending of the cable that should be limited to preserve the endurance of the top.
  • this solution consisting of the laying of a transverse web of elastomeric materials of triangular section fills a cavity which otherwise fills with air before the firing of the tire can generate holes in the elastomeric materials after firing, decreasing the endurance of the tire.
  • the average surface of the working layer in the vicinity of the second circumferential end of the hooping reinforcement, makes, with the circumferential direction, an angle, measured in the equatorial plane, at most equal at 45 °.
  • the working layer undergoes a variation in diameter equal to the diameter of the reinforcements of the hooping reinforcement, implying a bending of the working layer.
  • One solution is to also dispose along this end of a transverse band of elastomeric materials of triangular section to obtain the same technical effects described above, namely the reduction of the bending stresses in the reinforcements of the working layer and the it is impossible to trap air at this point before cooking the tire.
  • the preferred solution is such that the axial width of the hooping reinforcement is less than half the axial width of the tire, because, beyond this maximum width, the cycle of the constraints at the wheel turn in the reinforcements of the hooping frame causes significant fatigue reinforcements and a loss of endurance.
  • the angle formed by the metal reinforcements of the working layers, with the circumferential direction is at least equal to 28 ° and at most equal to 35 °.
  • the hooping frame modifies the rigidities so that the optimum operating is for working layers forming an angle with the circumferential direction of between 28 ° and 35 °. This thus makes it possible to reduce shear at their axial ends and thus improve endurance performance at the top cleavage.
  • the two working layers are coupled, in the axial direction, on a coupling portion having an axial width at least equal to 1.5% of the axial width of the tire.
  • the axial coupling of the working layers axially outside the axial ends of the reinforcements of the hooping reinforcement, locally allows an increase in the rigidity of the top and therefore a decrease in deformations, hence a decrease in the temperature and an improvement in endurance at the summit cleavage.
  • the two working layers are coupled, in the axial direction, on a coupling portion having an axial width at most equal to 5% of the axial width of the tire. Beyond a certain coupling length, the working layers must be decoupled again in order to reduce the shearing of the elastomeric materials in the vicinity of the axial ends of the working layers.
  • Another preferred solution is such that the radial distance between the working layer, radially inner to the hooping reinforcement, and the carcass reinforcement, measured at the center of the coupling portion of the two working layers, is at least twice the radial distance between the working layer, radially inner to the hooping reinforcement, and the carcass reinforcement, measured in the equatorial plane.
  • one of the possible solutions for coupling the two working layers is to maintain the most radially inner working layer on a laying radius close to its radius at the equator, and to reduce the working layer radially to the coupling radius. outside the hooping frame.
  • the differences in radius between the working layers are such that folding the radially outer working layer to the hoop reinforcement generates folds within said layer and molding defects in the zone. coupling.
  • the distance from the most radially inner working layer to the highest carcass layer should be increased. radially outside, in the coupling zone, with respect to this same distance to the equator.
  • the modulus of elasticity at 10% elongation of a first radially inner elastomeric material and in contact with the coupling portion of the working layers is at least equal to the modulus of elasticity.
  • the coupling zone of the working layers is an area of greater rigidity than the decoupling zone being axially external to it.
  • the modulus of elasticity at 10%> elongation of the first elastomeric material is greater than or equal to the modulus of elasticity at 10%> d elongation of the second material.
  • the modulus of elasticity at 10% elongation of a first elastomeric material, radially inward and in contact with the coupling portion of the working layers may also be advantageous for the modulus of elasticity at 10% elongation of a first elastomeric material, radially inward and in contact with the coupling portion of the working layers, to be at least equal to the modulus of elasticity. at 10%> elongation of an elastomeric material coating the metal reinforcements of the working layer, radially inner to the hooping frame.
  • the modulus of elasticity at 10% elongation of the first material is equal to the modulus of elasticity at 10% elongation of the calendering mixture of the working layer.
  • the average surfaces of the working layers are, with the axial direction, angles at most equal to 45 °.
  • the working layers are not deformed during the manufacture of the tire so as not to induce bending stresses in their reinforcements
  • the average surfaces of the working layers which make with the axial direction an angle close to 0 ° in the axially inner portion at the end of the circumferential reinforcements preferentially join the coupling zone with an angle less than 45 °.
  • This geometry can be obtained by laying a strip of an elastomeric material at the axial end of the circumferential reinforcing layers of triangular section.
  • the modulus of elasticity at 10% elongation of an elastomeric material, axially between each axial end of the shrinking frame and the coupling portion of the working layers is equal to the modulus of elasticity at 10%> elongation of the elastomeric material coating the metal reinforcements of the working layers in order to avoid stress discontinuities related to the changes in stiffness of the elastomeric materials.
  • the width of a portion of the working layer, radially inner to the shrinking frame and axially between the outer axial end of the coupling portion and the outer axial end of said working layer at most equal to half the axial width of the hooping frame.
  • the axial width of the portion of the working layer, radially external to the shrinking frame and axially between the outer axial end of the coupling portion and the outer axial end of said working layer at most equal to the width of the portion of the working layer, radially inner to the shrinking frame and axially between the outer axial end of the coupling portion and the outer axial end of said working layer; working layer, in order to limit the movements of the axial ends of the working layers in order to improve the endurance at the cleavage of the tire.
  • the figures represent only a partial view of a tire which extends symmetrically with respect to the axis XX 'which represents the circumferential median plane, or equatorial plane, of a tire.
  • Figure 1 shows a broken perspective view of the top of a tire according to the prior art showing:
  • a carcass reinforcement 30 comprising a carcass layer whose reinforcements form an angle close to 90 ° with the circumferential direction XX ',
  • a hooping reinforcement 40 comprising two hooping layers 41 and 42 whose reinforcements respectively form angles of 8 ° to 15 ° with the circumferential direction XX ',
  • a working frame 50 comprising two working layers 51 and 52, and radially external to the hooping frame 40,
  • Figure 2 shows a meridian section of the top of a tire according to the invention having:
  • a crown reinforcement 100 comprising a working reinforcement 50 comprising two working layers 51 and 52, a hooping reinforcement 70 comprising a winding of two towers of circumferential reinforcements 71 and 72 having an axial width L1 and a protective reinforcement 60 comprising two protective layers 61 and 62,
  • a second elastomeric mixture Z2 radially inner to the radially inner working layer 51 and axially outside the coupling zone of the working layers 51 and 52,
  • Figure 3 shows a broken perspective view of the top of a tire according to the invention. It differs essentially from FIG. 1, representing the state of the art, by a hooping reinforcement 70 comprising a winding of two circumferential reinforcing towers 71 and 72, the most radially outermost circumferential end 74 of which is with the axial direction. an angle (A).
  • Figure 4 shows a broken perspective and partial view of the top of a tire according to the invention including:
  • FIG. 5 represents a circumferential cut, in the equatorial plane, of the circumferential covering portion of the hooping reinforcement 70.
  • the hooping reinforcement 70 comprises a radial superposition of two layers 71 and 72
  • the hooping frame comprises a radial superposition of three layers.
  • the hooping frame 70 makes an angle A2 with the circumferential direction XX '.
  • FIG. 6 represents a section of the summit, in a meridian plane, at the axial ends of the hooping layers 71 and 72, where the radially inner and radially outer working layers 52 respectively make angles A4 and A5 with the axial direction YY '.
  • Figure 7 shows the displacements in mm of the rolling surface points, located in a meridian plane, during inflation of the tire at the pressure recommended by the manufacturer in the following three cases:
  • a tire A of the prior art comprising two narrow hooping layers having the advantage of limiting the rise to the shoulders and thus the risk of cleavage of the working layers, but having the disadvantage of stiffening the center, thus making it sensitive to shocks,
  • a tire C of the invention comprising a hooping reinforcement constituted by two layers of circumferential reinforcements radially positioned between the working layers, having both the advantage of limiting the rise to the shoulders and being flexible at the center allowing improved impact resistance.
  • the invention was carried out on a tire for civil engineering heavy vehicle of size 40.00R57, of maximum axial width equal to 1115 mm.
  • the reference tire according to the state of the art; is composed of a carcass layer with metal reinforcements, two narrow shrinking layers of width equal to 400 mm, having reinforcements forming, with the circumferential direction, an angle equal to 8 °, and crossed from one layer to the following, two working layers of respective widths equal to 740 mm and 680 mm and having reinforcements forming, with the circumferential direction, respective angles equal to 33 ° and 19 °, and two protective layers having reinforcements making, with the circumferential direction, an angle equal to 24 °, and crossed from one layer to the next.
  • the tire according to the invention differs from the pneumatic tire of the state of the art by the working reinforcement having two working layers whose respective reinforcements form, with the circumferential direction, an angle equal to 33 °, and by the frettage frame. Between the working layers is arranged the hoop reinforcement constituted by the circumferential winding of two turns of a sheet having an axial width equal to 350 mm and comprising elastic metal circumferential reinforcements having a breaking strength equal to 900 daN and an elastic modulus equal to 90 GPa, these mechanical characteristics being measured on reinforcements extracted from the tire.
  • the circumferential ends of the hoop reinforcement of the tire according to the invention form with the axial direction an angle equal to 30 °, and the circumferential covering length of the hooping frame is equal to 1 m.
  • At these ends are arranged transverse strips of elastomeric material identical to the mixture coating the reinforcements of the working layers, and of triangular section, having a circumferential width equal to 15 mm and a radial height equal to the diameter of the reinforcements of the hooping frame .
  • the two working layers are coupled over an axial width of 25 mm.
  • the radial distance between the carcass reinforcement and the most radially inner working layer is equal to 4.6 mm in the equatorial plane, and is equal to 13 mm under the coupling zone of the working layers.
  • the elastomeric materials in the different zones around the coupling zone are identical to the elastomeric material coating the reinforcements of the working layers.
  • the length of the radially inner working layer to the shrink reinforcement, measured from the outer axial end of the coupling zone to the outer axial end of said working layer, is equal to 107 mm and the length of the working layer radially external to the shrink fitting, measured from the outer axial end of the coupling zone to the outer axial end of said working layer, is equal to 70 mm.
  • the tire according to the invention reveals a cleavage damage size 20% lower than for the tire according to the state of the art.
  • the tire according to the invention has both an impact resistance at least equal to that of a tire without hoop reinforcement and a peak cleavage gain of 30% with respect to a tire comprising a hooping reinforcement according to the invention. state of the art.

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Abstract

L'invention concerne un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une bande de roulement (10), une armature de carcasse radiale (30) une armature de sommet (100), comprenant une armature de travail (50) et une armature de frettage (70). L'armature de travail (50) comprend au moins deux couches de travail (51, 52), chacune comprenant des renforts métalliques inélastiques croisés d'une couche de travail à la suivante et faisant, avec la direction circonférentielle des angles au moins égaux à 15° et au plus égaux à 40°. L'armature de frettage (70) est formée par un enroulement circonférentiel d'une nappe de façon à former un empilement radial d'au moins deux couches de frettage (71, 72), comprenant des renforts métalliques élastiques circonférentiels faisant, avec la direction circonférentielle des angles au plus égaux à 2.5°. L'armature de frettage (70) est radialement positionnée entre les couches de travail (51,52), et les renforts métalliques circonférentiels de l'armature de frettage (70) ont une force à rupture au moins égale à 800 daN.

Description

ARMATURE DE SOMMET DE PNEUMATIQUE POUR VEHICULE LOURD DE
TYPE GENIE CIVIL
[001] La présente invention concerne un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil et plus particulièrement, le sommet d'un tel pneumatique.
[002] Bien que non limitée à ce type d'application, l'invention est plus particulièrement décrite en référence à un pneumatique radial de grande dimension, destiné, par exemple, à être monté sur un dumper, véhicule de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface. Le diamètre nominal de la jante d'un tel pneumatique, au sens de la norme European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est au moins égal à 25 pouces.
[003] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l'axe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien.
[004] Dans ce qui suit, les expressions « radialement intérieur à» et « radialement extérieur à» signifient respectivement « plus proche de l'axe de rotation du pneumatique, selon la direction radiale, que » et « plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique, selon la direction radiale, que ». Les expressions « axialement intérieur à» et « axial ement extérieur à» signifient respectivement « plus proche du plan équatorial, selon la direction axiale, que » et « plus éloigné du plan équatorial, selon la direction axiale, que ». Une « distance radiale » est une distance par rapport à l'axe de rotation du pneumatique, et une « distance axiale » est une distance par rapport au plan équatorial du pneumatique. Une « épaisseur radiale » est mesurée selon la direction radiale, une « largeur axiale » est mesurée selon la direction axiale, une « longueur circonférentielle » est une longueur d'arc de cercle suivant la direction circonférentielle.
[005] Un pneumatique comprend un sommet comprenant une bande roulement destinée à venir en contact avec le sol par l'intermédiaire d'une surface de roulement, deux bourrelets destinés à venir en contact avec une jante et deux flancs reliant le sommet aux bourrelets. Un pneumatique radial, tel que généralement utilisé pour un véhicule de génie civil, comprend plus particulièrement une armature de carcasse radiale et une armature de sommet, telles que décrites, par exemple, dans le document WO2014-095957
[006] L'armature de carcasse d'un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts généralement métalliques enrobés d'un matériau élastomérique appelé mélange d'enrobage. La couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s 'enroulant, dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique autour d'un élément de renforcement circonférentiel généralement métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d'une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et font, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.
[007] L'armature de sommet d'un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil comprend une superposition de couches de sommet disposées circonférentiellement, radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse. Chaque couche de sommet comprend des renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés d'un matériau élastomérique ou mélange d'enrobage.
[008] L'armature de sommet comprend au moins une armature de travail comprenant au moins deux couches de travail, radialement extérieures à l'armature de carcasse et radialement intérieures à la bande de roulement. Ces couches de travail sont superposées et formées de renforts 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°. Leurs largeurs axiales respectives sont au moins égales aux deux tiers de la largeur axiale maximale du pneumatique. La largeur axiale maximale du pneumatique est mesurée au niveau des flancs, le pneumatique étant monté sur sa jante et faiblement gonflé, c'est-à-dire gonflé à une pression égale à 10% de la pression nominale telle que recommandée, par exemple, par la Tire and Rim Association ou TRA. L'armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de donner de la rigidité et de la tenue de route au pneumatique. L'armature de travail reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l'armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l'oxydation, aux chocs et aux perforations.
[009] Les dites couches de travail, formant l'armature de travail, peuvent être radialement intérieures à une armature de protection comprenant au moins une couche dite de protection et formée de renforts généralement métalliques et extensibles ou élastiques. Dans le cas d'un pneumatique pour un véhicule lourd de type génie civil destiné à rouler sur des sols accidentés, la présence d'une armature de protection comprenant au moins une couche de protection est avantageuse. Elle protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physico-chimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l'intérieur du pneumatique. Si la couche de protection est unique alors il est avantageux que l'angle formé par les renforts de la couche de protection, avec la direction circonférentielle, soit identique à celui formé par les renforts de la couche de travail adjacente la plus radialement extérieure. Dans le cas de couches de protection multiples, il est avantageux que les renforts soient croisés d'une couche à la suivante et les renforts de la couche de protection radialement intérieure soient croisés avec les renforts inextensibles de la couche de travail radialement extérieure et adjacente à ladite couche de protection radialement intérieure.
[010] L'armature de sommet peut également comprendre une couche de renforts métalliques inélastiques faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 45° et 90°.
Cette couche, dite de triangulation, est radialement extérieure à l'armature de carcasse et radialement intérieure à la couche de travail radialement la plus intérieure, comprenant des renforts parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 45° en valeur absolue. La couche de triangulation forme avec au moins ladite couche de travail une armature triangulée, et a pour rôle essentiel de reprendre les efforts de compression transversale auxquels sont soumis les renforts dans la zone du sommet du pneumatique. Ce type d'architecture de sommet comprenant des couches de triangulation, de travail et de protection, implique un sommet souple subissant au gonflage une déformation importante au niveau du plan équatorial et aux épaules, c'est-à-dire aux extrémités axiales de la bande de roulement. La souplesse au niveau du plan équatorial permet au sommet de se déformer sans défaillance lorsque le véhicule roule sur un obstacle dont la taille est, par exemple, de l'ordre de grandeur de la flèche du pneumatique sous sa charge nominale. Par flèche, on entend la variation de rayon au niveau du point milieu de la surface de roulement, dans le plan équatorial, lorsque le pneumatique passe d'un état gonflé non chargé à un état gonflé chargé sous sa charge nominale.
[011] En revanche, avec cette susdite architecture de sommet, lors du roulage, cette même souplesse à l'épaule a pour conséquence un taux de déformation important des matériaux élastomériques présents dans le sommet, générant une température élevée desdits matériaux élastomériques. Aux températures atteintes, les matériaux élastomériques du sommet perdent une partie de leur résistance à la fissuration, rendant le sommet moins endurant. Cette fissuration des matériaux élastomériques peut dans les cas extrêmes amener à la séparation des couches de travail, appelée clivage du sommet.
[012] Pour résoudre ce problème, il est connu, selon le document FR 2419182, que les pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil peuvent comprendre une ou plusieurs couches étroites de renforcement radialement extérieures à l'armature de carcasse et radialement intérieures à l'armature de travail, centrées autour de l'équateur. Ces couches sont dites couches étroites de frettage et ont pour fonction de limiter la déformation radiale du pneumatique au gonflage. Cette limitation permet la diminution de la déformation du sommet lors de la mise à plat sous l'effet de la charge et ainsi la diminution de la température permettant une amélioration de la performance d'endurance au clivage du sommet. Par couches étroites de frettage, on entend des couches dont la largeur axiale est inférieure à 0,6 fois la largeur axiale de la couche de travail la plus radialement intérieure. Ces couches étroites de frettage comprennent des renforts inextensibles généralement métalliques qui forment avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 6° et inférieurs à 12°. Les renforts respectifs de ces couches étroites de frettage sont croisés d'une couche à la suivante pour assurer une plus grande rigidité au sommet et une meilleure résistance en endurance au clivage du sommet.
[013] Néanmoins cette solution présente deux inconvénients. Le premier inconvénient concerne la fabrication des couches étroites de frettage et de leur pose pour les pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil de grande dimension. En effet, pour des pneumatiques de plus de 3 m de diamètre et 0,8 m de largeur, fabriquer une couche étroite de frettage dont les renforts forment avec la direction circonférentielle un angle de l'ordre de 8°, suppose de découper des couches étroite de frettage sur une longueur de coupe de plus de 2,5 m de longueur, soit hors gabarit des machines industrielles du commerce et de réaliser la soudure de la couche étroite de frettage sur le pneumatique avant cuisson sur cette même longueur, ce qui demande un savoir-faire et une précision près du double de celui de la pose des couches de travail ou de protection. Le deuxième inconvénient est une sensibilité du pneumatique aux chocs liée à la présence de gros obstacles sur les pistes. En effet, en cas de choc, ces couches étroites de frettage très rigides et éloignées de la fibre neutre du sommet subissent une importante déformation imposée qui entraine l'endommagement ou la rupture de l'armature de sommet engendrant la défaillance du pneumatique. Il n'est pas possible de rapprocher ce type de couche de frettage de la fibre neutre en raison de la nécessité d'être en mesure a minima de déformer le pneumatique lors de sa mise en presse. Ceci permet en effet de générer les éléments de sculpture de la bande de roulement du pneumatique par pression du pneumatique dans le moule. Il n'est pas non plus possible d'ouvrir davantage les angles pour assouplir le sommet au risque de perdre le bénéfice en endurance au clivage du sommet, de la rigidification du sommet.
[014] Pour résoudre ce problème de sensibilité aux chocs des sommets comprenant des couches étroites de frettage, les documents WO 2014048897 et WO 2014095957 proposent l'utilisation soit de couches étroites de frettage élastiques, soit de couches étroites de frettage non élastiques associées avec une première couche de travail dont l'angle des renforts est au moins égal à 50°. Mais ces solutions, même si elles améliorent la résistance aux chocs du sommet, ne garantissent pas sa tenue mécanique en toutes circonstances, compte tenu des dimensions de certains obstacles rencontrés sur les lieux d'utilisation des pneumatiques.
[015] Le but de l'invention est d'améliorer à la fois les performances d'endurance au clivage et de résistance aux chocs du sommet d'un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil.
[016] Ce but est atteint selon l'invention par un pneumatique pour véhicule lourd de génie civil comprenant :
-une bande de roulement destinée à entrer en contact avec un sol,
-une armature de carcasse radiale radialement intérieure à la bande de roulement et comprenant au moins une couche de carcasse, -une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement et radialement extérieure à l'armature de carcasse radiale, et comprenant une armature de travail et une armature de frettage,
-l'armature de travail comprenant au moins deux couches de travail, chacune comprenant des renforts métalliques inélastiques croisés d'une couche de travail à la suivante et faisant, avec la direction circonférentielle des angles au moins égaux à 15° et au plus égaux à 40°, -l'armature de frettage étant formée par un enroulement circonférentiel d'une nappe comprenant des renforts métalliques élastiques circonférentiels faisant, avec la direction circonférentielle des angles au plus égaux à 2.5°, ledit enroulement circonférentiel de la nappe s'étendant depuis une première extrémité circonférentielle jusqu'à une deuxième extrémité circonférentielle radialement extérieure à la première extrémité circonférentielle, de façon à former un empilement radial d'au moins deux couches de frettage,
l'armature de frettage étant radialement positionnée entre les couches de travail, et les renforts métalliques circonférentiels de l'armature de frettage ayant une force à rupture au moins égale à 800 daN.
[017] En effet, une telle architecture permet, grâce à l'utilisation de renforts circonférentiels, situés près de la fibre neutre du sommet, de limiter la déformation du sommet aux épaules à un niveau proche d'une déformation du sommet aux épaules obtenue dans le cas d'une architecture selon l'état de l'art, comprenant des couches étroites de frettage. Ceci permet donc d'obtenir à la fois la performance d'endurance au clivage du sommet attendue et la performance de résistance aux chocs visée grâce à un sommet souple au centre apte à supporter la déformation due aux chocs lorsque le véhicule roule sur des obstacles. En effet, lors du franchissement d'un obstacle, le sommet du pneumatique fonctionne comme une poutre dont la fibre neutre se situe entre les couches de travail selon un mode de déformation imposée. La fibre neutre en flexion de l'armature de sommet se situe entre les couches de sommet les plus rigides, à savoir entre les couches de travail. En positionnant les renforts circonférentiels entre ces dites couches de travail, la solution minimise les contraintes et les déformations de flexion associées à cette sollicitation que doivent supporter les renforts circonférentiels. [018] Selon l'invention, l'armature de frettage est formée par un enroulement circonférentiel d'une nappe. L'enroulement circonférentiel d'une nappe est avantageux par rapport à l'enroulement circonférentiel d'un renfort ou d'une bande constituée de plusieurs renforts, par exemple de 10 renforts, ce type d'enroulement étant classiquement utilisée pour des pneumatiques pour des véhicules de tourisme ou des véhicules poids lourds. Cette solution classique d'enroulement présenterait un coût prohibitif en raison de la dimension des pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil. En effet le périmètre ainsi que la largeur de pose, et la masse du pneumatique implique, lors de la pose de ces renforts circonférentiels, une vitesse de rotation du pneumatique beaucoup plus faible pour éviter une déformation du pneumatique cru sous l'effet de la force centrifuge. Cette solution déboucherait par conséquent sur un temps d'opération prohibitif. Par ailleurs une telle solution rigidifïerait le sommet de manière excessive ne résolvant pas le problème de l'endurance aux chocs.
[019] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mécaniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de l'allongement relatif (en %) du renfort métallique, dite courbe force-allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction, telles que l'allongement structural As (en %), l'allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ISO 6892 de 1984.
[020] L'allongement total à la rupture At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap). L'allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L'allongement élastique Ae résulte de l'élasticité même du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement (loi de Hooke). L'allongement plastique Ap résulte de la plasticité (déformation irréversible au-delà de la limite d'élasticité) du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l'homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US 5843583, WO 2005014925 et WO2007090603.
[021] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement, un module en extension (en GPa) qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force- allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d'Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force- allongement.
[022] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux généralement utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non élastiques, tels que ceux généralement utilisés dans les couches de travail.
[023] Un renfort métallique élastique est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 1% et un allongement total à rupture At au moins égal à 4%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa.
[024] Un renfort métallique non élastique ou inélastique est caractérisé par un allongement relatif, sous une force de traction égale 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non élastique généralement a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa. [025] Les renforts circonférentiels de l'armature de frettage sont des renforts qui font, avec la direction circonférentielle, des angles compris dans l'intervalle [-2,5°, +2,5°]. Ils sont élastiques afin de permettre l'expansion de diamètre de pose qu'implique la cuisson des pneumatiques dans un moule. En effet un pneumatique est généralement obtenu par la pose des différents éléments qui le constituent à des diamètres spécifiques initiaux. Le pneumatique est ensuite disposé dans un moule de cuisson d'un diamètre supérieur au diamètre maximal du pneumatique avant cuisson, dans lequel les matériaux élastomériques sont vulcanisés par effet thermique. Pour ce faire le pneumatique est mis sous pression dans le moule et l'ensemble des éléments qui le constituent prennent un diamètre supérieur à leur diamètre spécifique initial. Pour l'ensemble des couches de travail, des couches de carcasse, des couches de protection dont les renforts sont non circonférentiels, ce changement de diamètre se fait par déformation du mélange d'enrobage des différents renforts. Pour les couches de renforts circonférentiels de l'armature de frettage, cette extension circonférentielle est permise par les renforts qui sont élastiques avec un allongement structural au moins égal à l'extension due au moulage. [026] En outre, les renforts circonférentiels de l'armature de frettage ont une force à rupture au moins égale à 800 daN, pour pouvoir résister aux efforts de traction induits par le passage sur les obstacles rencontrés par le pneumatique en utilisation.
[027] Avantageusement les renforts métalliques circonférentiels de l'armature de frettage ont un module d'élasticité à 10% d'allongement au moins égal à 70 GPa et au plus égal à
110 GPa afin de supporter les déformations imposées lors du franchissement d'obstacles pour l'usage en génie civil.
[028] Il est avantageux que les extrémités circonférentielles de la nappe constituant l'armature de frettage fassent, avec la direction axiale, des angles (A) au moins égaux à 25°. Un tel angle permet d'éviter d'avoir les extrémités circonférentielles de l'armature de frettage contenues dans un plan méridien et donc de désensibiliser les matériaux élastomériques environnants à la fissuration. En effet chaque extrémité circonférentielle de renfort de l'armature de frettage étant une zone potentielle de fissuration des matériaux élastomériques environnants, ces zones potentielles de fissuration ne doivent pas être concentrées dans un même plan méridien afin d'éviter la jonction de microfissures pouvant entraîner une fissuration dommageable à l'endurance du pneumatique. Par ailleurs, en cas de choc, la contrainte est maximale dans le plan méridien correspondant à la flèche maximale. Cet angle permet ainsi d'éviter que toutes les extrémités des renforts et les matériaux élastomériques les entourant subissent un maximum de contraintes et de déformations dans le même plan méridien. Pour avoir un seul réglage de coupe de l'armature de frettage en fabrication, les angles de chacune des extrémités circonférentielles de la nappe constituant l'armature de frettage avec la direction axiale sont égaux et de même signe.
[029] Préférentiellement la distance circonférentielle entre les première et deuxième extrémités circonférentielles de l'armature de frettage est au moins égale à 0.6 m et au plus égale à 1.2 m. En effet, les première et deuxième extrémités circonférentielles de l'armature de frettage ne sont pas contenues dans un même plan méridien et se recouvrent sur une portion circonférentielle de la périphérie du pneumatique, pour garantir la présence de l'armature de frettage sur toute la périphérie du pneumatiques. La distance circonférentielle entre les deux extrémités circonférentielles de l'armature de frettage est nommée longueur de recouvrement. Par longueur de recouvrement, on entend la distance circonférentielle minimale entre les extrémités circonférentielles de l'armature de frettage, mesurée dans le plan équatorial, plan circonférentiel passant par le milieu de la bande de roulement. Le fait que la longueur de recouvrement soit supérieure à 0,6 m permet, premièrement d'éviter qu'aucune zone du pneumatique, sous l'effet du changement de diamètre lors de la cuisson, ait une couche de renforts circonférentiels de moins entre les couches de travail que le nombre de couches nécessaire à l'usage, et deuxièmement, que, chaque extrémité d'un renfort étant une zone potentielle de fissuration des matériaux élastomériques environnants, ces zones potentielles de fissuration ne soient pas concentrées dans le même plan méridien, même à des rayons différents. Le fait que cette longueur soit limitée à 1,2 m a pour conséquence de ne pas augmenter le coût en matière première de la solution, sans apporter de gain en endurance.
[030] Préférentiellement la surface moyenne de la nappe constituant l'armature de frettage, au voisinage de la première extrémité circonférentielle de l'armature de frettage, fait, avec la direction circonférentielle, un angle, mesuré dans le plan équatorial, au plus égal à 45°. Pour ce faire une solution consiste à disposer le long de cette extrémité de l'armature de frettage, une bande transversale de matériaux élastomériques de section triangulaire. Cette solution a pour effet de diminuer les contraintes de flexion dans les renforts de l'armature de frettage au voisinage de la première extrémité de l'armature de frettage, la plus radialement intérieure. En effet à cette extrémité, la surface moyenne de l'enroulement de l'armature de frettage subit une variation de diamètre égale au diamètre des renforts de l'armature de frettage. Cette variation de diamètre se fait par une flexion du câble qu'il convient de limiter pour préserver l'endurance du sommet. Par ailleurs, cette solution consistant en la pose d'une bande transversale en matériaux élastomériques de section triangulaire remplit une cavité qui sinon se remplit d'air avant la cuisson du pneumatique pouvant générer des trous dans les matériaux élastomériques après cuisson, diminuant l'endurance du pneumatique.
[031] Pour des raisons similaires, la surface moyenne de la couche de travail, au voisinage de la deuxième extrémité circonférentielle de l'armature de frettage, fait, avec la direction circonférentielle, un angle, mesuré dans le plan équatorial, au plus égal à 45°. A cette extrémité de l'armature de frettage, la couche de travail subit une variation de diamètre égale au diamètre des renforts de l'armature de frettage, impliquant une flexion de la couche de travail. Une solution est de disposer aussi le long de cette extrémité d'une bande transversale en matériaux élastomériques de section triangulaire pour obtenir les mêmes effets techniques décrits précédemment, à savoir la diminution des contraintes de flexion dans les renforts de la couche de travail et l'impossibilité de piéger de l'air à cet endroit avant la cuisson du pneumatique.
[032] La solution préférée est telle que largeur axiale de l'armature de frettage est inférieure à la moitié de la largeur axiale du pneumatique, car, au-delà de cette largeur maximale, le cycle des contraintes au tour de roue dans les renforts de l'armature de frettage entraîne une fatigue importante des renforts et une perte d'endurance. [033] Il est particulièrement avantageux que l'angle formé par les renforts métalliques des couches de travail, avec la direction circonférentielle, soit au moins égal à 28° et au plus égal à 35°. En effet, l'armature de frettage modifie les rigidités de telle sorte que l'optimum de fonctionnement se situe pour des couches de travail faisant un angle avec la direction circonférentielle compris entre 28° et 35°. Ceci permet ainsi une diminution des cisaillements au niveau de leurs extrémités axiales et donc une amélioration de la performance en endurance au clivage du sommet.
[034] Préférentiellement, les deux couches de travail sont couplées, selon la direction axiale, sur une portion de couplage ayant une largeur axiale au moins égale à 1,5% de la largeur axiale du pneumatique. En effet le couplage axial des couches de travail, axialement à l'extérieur des extrémités axiales des renforts de l'armature de frettage, permet localement une augmentation de la rigidité du sommet et donc une baisse des déformations, d'où une baisse de la température et une amélioration de l'endurance au clivage du sommet.
[035] Il est également préférable que les deux couches de travail soient couplées, selon la direction axiale, sur une portion de couplage ayant une largeur axiale au plus égale à 5% de la largeur axiale du pneumatique. Au-delà d'une certaine longueur de couplage, les couches de travail doivent être de nouveau découplées pour diminuer les cisaillements des matériaux élastomériques au voisinage des extrémités axiales des couches de travail.
[036] On dit que deux couches de renforts, telles que des couches de travail par exemple, sont couplées à l'ordonnée axiale considérée si la distance radiale entre les centres géométriques de deux renforts adjacents de ces deux couches est inférieure à 3 fois le rayon moyen des renforts considérés. Si cette même distance est supérieure à 4 fois ce rayon moyen, les deux couches de renforts considérées sont dites découplées.
[037] Une autre solution préférée est telle que la distance radiale entre la couche de travail, radialement intérieure à l'armature de frettage, et l'armature de carcasse, mesurée au centre de la portion de couplage des deux couches de travail, soit au moins égale à deux fois la distance radiale entre la couche de travail, radialement intérieure à l'armature de frettage, et l'armature de carcasse, mesurée dans le plan équatorial. En effet une des solutions possibles pour coupler les deux couches de travail est de maintenir la couche de travail la plus radialement intérieure sur un rayon de pose proche de son rayon à l'équateur, et de rabattre au rayon de couplage la couche de travail radialement extérieure à l'armature de frettage. Pour un pneumatique de type génie civil, les différences de rayon entre les couches de travail sont telles que rabattre la couche de travail radialement extérieure à l'armature de frettage génère des plis au sein de la dite couche et des défauts de moulage dans la zone de couplage. Pour limiter les différences de rayons des deux couches de travail entre leur rayon à l'équateur et leur rayon dans la zone de couplage, il convient d'augmenter la distance de la couche de travail la plus radialement intérieure à la couche de carcasse la plus radialement extérieure, dans la zone de couplage, par rapport à cette même distance à l'équateur.
[038] Il est encore avantageux que le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un premier matériau élastomérique, radialement intérieur et en contact avec la portion de couplage des couches de travail soit au moins égal au module d'élasticité à 10%> d'allongement d'un deuxième matériau élastomérique, axialement extérieur et en contact avec le premier matériau élastomérique. La zone de couplage des couches de travail est une zone de plus grande rigidité que la zone de découplage lui étant axialement extérieure. Selon l'usage et les cisaillements dans le matériau élastomérique adjacent et radialement intérieur à la zone de couplage, dit premier matériau, il peut être préféré d'assurer un gradient de rigidité entre le matériau élastomérique axialement extérieur, dit deuxième matériau, et le matériau élastomérique enrobant la couche de travail adjacente et radialement extérieure, dit de calandrage, et dans ce cas, le module d'élasticité à 10%> d'allongement du premier matériau élastomérique est supérieur ou égal au module d'élasticité à 10%> d'allongement du deuxième matériau. [039] Il peut être également avantageux que le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un premier matériau élastomérique, radialement intérieur et en contact avec la portion de couplage des couches de travail soit au moins égal au module d'élasticité à 10%> d'allongement d'un matériau élastomérique enrobant les renforts métalliques de la couche de travail, radialement intérieure à l'armature de frettage. Ceci permet d'assurer la plus grande rigidité possible de la zone de couplage, tout en évitant une différence de rigidité entre le mélange de calandrage de la couche de travail adjacente et le premier matériau et donc les contraintes associées à toute discontinuité de rigidité. Dans ce cas, le module d'élasticité à 10% d'allongement du premier matériau est égal au module d'élasticité à 10% d'allongement du mélange de calandrage de la couche de travail.
[040] Avantageusement, au niveau des extrémités axiales des couches de frettage, les surfaces moyennes des couches de travail font, avec la direction axiale, des angles au plus égaux à 45°. En effet, il est avantageux que les couches de travail ne soient pas déformées lors de la fabrication du pneumatique pour ne pas induire des contraintes de flexion dans leurs renforts, les surfaces moyennes des couches de travail qui font avec la direction axiale un angle proche de 0° dans la partie axialement intérieure à l'extrémité des renforts circonférentiels, rejoindront préférentiellement la zone de couplage avec un angle inférieur à 45°. Cette géométrie peut être obtenue par la pose d'une bande d'un matériau élastomérique à l'extrémité axiale des couches de renforts circonférentiels de section triangulaire.
[041] Encore avantageusement le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un matériau élastomérique, axialement compris entre chaque extrémité axiale de l'armature de frettage et la portion de couplage des couches de travail est égal au module d'élasticité à 10%> d'allongement du matériau élastomérique enrobant les renforts métalliques des couches de travail afin d'éviter les discontinuités de contraintes liées aux changements de rigidité des matériaux élastomériques.
[042] Il est particulièrement avantageux que la largeur d'une portion de la couche de travail, radialement intérieure à l'armature de frettage et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail, soit au plus égale à la moitié de largeur axiale de l'armature de frettage. En effet compte tenu de la présence de matériaux élastomériques de différentes rigidités impliquant la présence de contraintes à leurs frontières, tels qu'entre autres ceux la bande de roulement, il convient de limiter les déplacements des extrémités axiales des couches de travail. Pour cela il est intéressant de limiter la largeur de leurs parties découplées pour améliorer l'endurance au clivage du pneumatique. [043] Il est également avantageux que la largeur axiale de la portion de la couche de travail, radialement extérieure à l'armature de frettage et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail, soit au plus égale à la largeur de la portion de la couche de travail, radialement intérieure à l'armature de frettage et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail, afin de limiter les déplacements des extrémités axiales des couches de travail pour améliorer l'endurance au clivage du pneumatique..
[044] D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci-après de la description des exemples de réalisation de l'invention en référence aux figures 1 à 7. [045] Les figures ne sont pas représentées à l'échelle pour en simplifier la compréhension.
Les figures ne représentent qu'une vue partielle d'un pneumatique qui se prolonge de manière symétrique par rapport à l'axe XX' qui représente le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, d'un pneumatique.
[046] La figure 1 présente une vue écorchée en perspective du sommet d'un pneumatique selon l'art antérieur présentant :
-une bande de roulement 10,
-des flancs 20,
-une armature de carcasse 30, comprenant une couche de carcasse dont les renforts forment un angle proche de 90° avec la direction circonférentielle XX',
-une armature de frettage 40, comprenant deux couches de frettage 41 et 42 dont les renforts forment respectivement des angles de 8° à 15° avec la direction circonférentielle XX',
-une armature de travail 50, comprenant deux couches de travail 51 et 52, et radialement extérieure à l'armature de frettage 40,
-une armature de protection 60, comprenant deux couches de protection 61 et 62. [047] La figure 2 représente une coupe méridienne du sommet d'un pneumatique selon l'invention présentant :
-une bande de roulement 10,
-une armature de carcasse 30,
-une armature de sommet 100 comprenant une armature de travail 50 comprenant deux couches de travail 51 et 52, une armature de frettage 70 comprenant un enroulement de deux tours de renforts circonférentiels 71 et 72 ayant une largeur axiale Ll et une armature de protection 60 comprenant deux couches de protection 61 et 62,
-une zone de couplage des couches de travail 51 et 52, ayant une largeur axiale L2, -une portion d'extrémité libre de la couche de travail radialement intérieure 51 ayant une largeur axiale L3,
-une portion d'extrémité libre de la couche de travail radialement extérieure 52 ayant une largeur axiale L4,
-un premier mélange élastomérique ZI, radialement intérieur à la zone de couplage des couches de travail 51 et 52 et ayant une épaisseur radiale maximale El,
-un deuxième mélange élastomérique Z2, radialement intérieur à la couche de travail radialement intérieure 51 et axialement extérieur à la zone de couplage des couches de travail 51 et 52,
-un troisième mélange élastomérique Z3, radialement compris entre les couches de travail 51 et 52 et axialement compris entre l'armature de frettage 40 et la zone de couplage des couches de travail 51 et 52.
[048] La figure 3 représente une vue écorchée en perspective du sommet d'un pneumatique selon l'invention. Elle diffère essentiellement de la figure 1, représentant l'état de la technique, par une armature de frettage 70 comprenant un enroulement de deux tours de renforts circonférentiels 71 et 72, dont l'extrémité circonférentielle 74 la plus radialement extérieure fait avec la direction axiale un angle (A).
[049] La figure 4 représente une vue écorchée en perspective et partielle du sommet d'un pneumatique selon l'invention présentant notamment :
-l'armature de carcasse 30,
-la couche de travail la plus radialement intérieure 51 ,
-l'extrémité circonférentielle 73 de l'armature de frettage 70 la plus radialement intérieure faisant avec la direction axiale un angle (A). [050] La figure 5 représente une coupe circonférentielle, dans le plan équatorial, de la portion de recouvrement circonférentiel de l'armature de frettage 70. En zone courante, l'armature de frettage 70 comprend une superposition radiale de deux couches 71 et 72. Dans la zone de recouvrement ayant une longueur circonférentielle L5, l'armature de frettage comprend une superposition radiale de trois couches. Au niveau de sa première extrémité circonférentielle 73 radialement intérieure, l'armature de frettage 70 fait un angle A2 avec la direction circonférentielle XX'. Au niveau de la deuxième extrémité circonférentielle 74, radialement extérieure, de l'armature de frettage 70, la couche de travail 52 radialement extérieure fait un angle A3 avec la direction circonférentielle XX'. [051] La figure 6 représente une coupe du sommet , dans un plan méridien, au niveau des extrémités axiales des couches de frettage 71 et 72, où les couches de travail radialement intérieure 51 et radialement extérieure 52 font respectivement des angles A4 et A5 avec la direction axiale YY'. Elle représente en particulier l'épaisseur radiale El du premier mélange élastomérique ZI, radialement compris entre l'armature de carcasse 30 et la couche de travail la plus radialement intérieure 51 et radialement à l'intérieur de la zone de couplage des couches de travail 51 et 52, et l'épaisseur radiale E2 de mélange élastomérique radialement compris entre la couche de travail radialement intérieure et l'armature de carcasse 30, mesurée dans le plan équatorial.
[052] La figure 7 représente les déplacements en mm des points de la surface de roulement, situés dans un plan méridien, lors du gonflage du pneumatique à la pression préconisée par le fabricant dans les trois cas suivants:
-un pneumatique A de l'art antérieur comprenant deux couches étroites de frettage présentant l'avantage de limiter la montée aux épaules et ainsi le risque de clivage des couches de travail, mais présentant l'inconvénient de rigidifier le centre, le rendant ainsi sensible aux chocs,
-un pneumatique B de l'art antérieur sans armature de frettage, donc avec un sommet souple au centre et une bonne résistance aux chocs, mais souple également aux épaules avec comme conséquence une température d'usage au sommet élevée pouvant entraîner un clivage des couches de travail,
-un pneumatique C de l'invention comprenant une armature de frettage constituée deux couches de renforts circonférentiels radialement positionnées entre les couches de travail, ayant à la fois l'avantage de limiter la montée aux épaules et d'être souple au centre permettant une résistance aux chocs améliorée.
[053] L'invention a été réalisée sur un pneumatique pour véhicule lourd de génie civil de dimension 40.00R57, de largeur axiale maximale égale à 1115 mm. Le pneumatique de référence, selon l'état de la technique ; est composé d'une couche de carcasse avec renforts métalliques, de deux couches étroites de frettage de largeur égale à 400 mm, ayant des renforts faisant, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 8°, et croisés d'une couche à la suivante, de deux couches de travail de largeurs respectives égales à 740 mm et 680 mm et ayant des renforts formant, avec la direction circonférentielle, des angles respectifs égaux à 33° et 19°, et deux couches de protection ayant des renforts faisant, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 24°, et croisés d'une couche à la suivante.
[054] Le pneumatique selon l'invention diffère du pneumatique de l'état de la technique par l'armature de travail ayant deux couches de travail dont les renforts respectifs font, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 33°, et par l'armature de frettage. Entre les couches de travail est disposée l'armature de frettage constituée par l'enroulement circonférentiel de deux tours d'une nappe ayant une largeur axiale égale à 350 mm et comprenant des renforts circonférentiels métalliques élastiques ayant une résistance à la rupture égale à 900 daN et un module élastique égal à 90 GPa, ces caractéristiques mécaniques étant mesurées sur des renforts extraits du pneumatique.
[055] De plus, les extrémités circonférentielles de l'armature de frettage du pneumatique selon l'invention forment avec la direction axiale un angle égal à 30°, et la longueur de recouvrement circonférentiel de l'armature de frettage est égale à lm. A ces extrémités sont disposées des bandes transversales en matériau élastomérique identique au mélange enrobant les renforts des couches de travail, et de section triangulaire, ayant une largeur circonférentielle égale à 15 mm et une hauteur radiale égale au diamètre des renforts de l'armature de frettage. Ces bandes entraînent un angle égal à 18°entre la couche de frettage radialement extérieure à l'extrémité circonférentielle radialement intérieure et la direction circonférentielle, au niveau de la première extrémité circonférentielle de l'armature de frettage, la plus radialement intérieure, et entre la couche de travail radialement extérieure à l'armature de frettage et la direction circonférentielle au niveau de la seconde extrémité circonférentielle de l'armature de frettage, la plus radialement extérieure
[056] Les deux couches de travail sont couplées sur une largeur axiale de 25 mm. La distance radiale entre l'armature de carcasse et la couche de travail la plus radialement intérieure est égale à 4,6 mm dans le plan équatorial, et est égale à 13 mm sous la zone de couplage des couches de travail. Les matériaux élastomériques dans les différentes zones autour de la zone de couplage sont identiques au matériau élastomérique enrobant les renforts des couches de travail. La longueur de la couche de travail radialement intérieure à l'armature de frettage, mesurée de l'extrémité axiale extérieure de la zone de couplage à l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail, est égale à 107 mm et la longueur de la couche de travail radialement extérieure à l'armature de frettage, mesurée de l'extrémité axiale extérieure de la zone de couplage à l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail, est égale à 70 mm.
[057] Les performances en endurance au clivage du sommet sont mesurées sur des tests sur véhicule dumper avec 60t de charge par pneumatique, gonflé à froid à 6 bars et roulant
640 heures à 17km/h. Suite à cet usage, les pneumatiques sont coupés en 6 secteurs, la bande de roulement est déchapée afin d'extraire les couches de travail et de détecter les fissures éventuelles présentes entre ces deux couches. La performance d'endurance au clivage du sommet est estimée au prorata des largeurs des fissures de clivage. Le pneumatique selon l'invention révèle une taille des dommages de clivage 20% plus faible que pour le pneumatique selon l'état de la technique.
[058] Pour des pneumatiques de cette dimension, la résistance aux chocs sommet des différentes versions de pneumatiques est testée directement en usage chez les clients. Ces expérimentations in situ ont démontré que les pneumatiques sans armature de frettage, plus souples au sommet, ont une meilleure résistance aux chocs que ceux disposant de couches étroites de frettage suivant l'état de l'art, tandis que ces derniers sont meilleurs en endurance au clivage du sommet. Le pneumatique selon l'invention présente à la fois une résistance aux chocs au moins égale à celle d'un pneumatique sans armature de frettage et un gain en clivage du sommet de 30% par rapport à un pneumatique comprenant une armature de frettage selon l'état de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil comprenant :
-une bande de roulement (10) destinée à entrer en contact avec un sol,
-une armature de carcasse radiale (30) radialement intérieure à la bande de roulement (10) et comprenant au moins une couche de carcasse,
-une armature de sommet (100), radialement intérieure à la bande de roulement (10) et radialement extérieure à l'armature de carcasse radiale (30), et comprenant une armature de travail (50) et une armature de frettage (70),
-l'armature de travail (50) comprenant au moins deux couches de travail (51, 52), chacune comprenant des renforts métalliques inélastiques croisés d'une couche de travail à la suivante et faisant, avec la direction circonférentielle des angles au moins égaux à 15° et au plus égaux à 40°,
-l'armature de frettage (70) étant formée par un enroulement circonférentiel d'une nappe comprenant des renforts métalliques élastiques circonférentiels faisant, avec la direction circonférentielle des angles au plus égaux à 2.5°, ledit enroulement circonférentiel de la nappe s'étendant depuis une première extrémité circonférentielle (73) jusqu'à une deuxième extrémité circonférentielle (74) radialement extérieure à la première extrémité circonférentielle, de façon à former un empilement radial d'au moins deux couches de frettage (71, 72),
caractérisé en ce que l'armature de frettage (70) est radialement positionnée entre les couches de travail (51,52) et en ce que les renforts métalliques circonférentiels de l'armature de frettage (70) ont une force à rupture au moins égale à 800 daN.
2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel les renforts métalliques circonférentiels de l'armature de frettage (70) ont un module d'élasticité à 10% d'allongement au moins égal à 70 GPa et au plus égal à 110 GPa.
3. Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les extrémités circonférentielles (73,74) de la nappe constituant l'armature de frettage (70) font, avec la direction axiale, des angles (A) au moins égaux à 25°.
4. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la distance circonférentielle (L5) entre les première (73) et deuxième (74) extrémités circonférentielles de l'armature de frettage (70) est au moins égale à 0.6 m et au plus égale à 1.2 m.
5. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface moyenne de la nappe constituant l'armature de frettage (70), au voisinage de la première extrémité circonférentielle (73) de l'armature de frettage (70), fait, avec la direction circonférentielle, un angle (A2), mesuré dans le plan équatorial, au plus égal à 45°.
6. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la surface moyenne de la couche de travail (52), au voisinage de la deuxième extrémité circonférentielle (74) de l'armature de frettage (70), fait, avec la direction circonférentielle, un angle (A3), mesuré dans le plan équatorial, au plus égal à 45°.
7. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la largeur axiale (Ll) de l'armature de frettage (70) est inférieure à la moitié de la largeur axiale (LT) du pneumatique.
8. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'angle formé par les renforts métalliques des couches de travail (51, 52), avec la direction circonférentielle, est au moins égal à 28° et au plus égal à 35°.
9. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les deux couches de travail (51, 52) sont couplées, selon la direction axiale, sur une portion de couplage ayant une largeur axiale (L2) au moins égale à 1,5% de la largeur axiale du pneumatique (LT).
10. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les deux couches de travail (51, 52) sont couplées, selon la direction axiale, sur une portion de couplage ayant une largeur axiale (L2) au plus égale à 5% la largeur axiale du pneumatique (LT).
11. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel la distance radiale (El) entre la couche de travail (51), radialement intérieure à l'armature de frettage (70), et l'armature de carcasse (30), mesurée au centre de la portion de couplage des deux couches de travail (51,52), est au moins égale à deux fois la distance radiale (E2) entre la couche de travail (51), radialement intérieure à l'armature de frettage (70), et l'armature de carcasse (30), mesurée dans le plan équatorial.
12. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un premier matériau élastomérique (ZI), radialement intérieur et en contact avec la portion de couplage des couches de travail (51, 52) est au moins égal au module d'élasticité à 10% d'allongement d'un deuxième matériau élastomérique (Z2), axialement extérieur et en contact avec le premier matériau élastomérique (ZI).
13. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un premier matériau élastomérique (ZI), radialement intérieur et en contact avec la portion de couplage des couches de travail (51, 52) est au moins égal au module d'élasticité à 10% d'allongement d'un matériau élastomérique enrobant les renforts métalliques de la couche de travail (51), radialement intérieure à l'armature de frettage (70).
14. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel, au niveau des extrémités axiales des couches de frettage (71, 72), les surfaces moyennes des couches de travail (51, 52) font, avec la direction axiale, des angles (A4, A5) au plus égaux à 45°.
15. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un troisième matériau élastomérique (Z3), axialement compris entre chaque extrémité axiale de l'armature de frettage (70) et la portion de couplage des couches de travail (51, 52) est égal au module d'élasticité à 10%> d'allongement du matériau élastomérique enrobant les renforts métalliques des couches de travail (51, 52).
16. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, dans lequel la largeur (L3) d'une portion de la couche de travail (51), radialement intérieure à l'armature de frettage (70) et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail (51), est au plus égale à la moitié de largeur axiale (Ll) de l'armature de frettage (70).
17. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, dans lequel la largeur axiale (L4) de la portion de la couche de travail (52), radialement extérieure à l'armature de frettage (70) et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail (52), est au plus égale à la largeur (L3) de la portion de la couche de travail (51), radialement intérieure à l'armature de frettage (70) et axialement comprise entre l'extrémité axiale extérieure de la portion de couplage et l'extrémité axiale extérieure de ladite couche de travail (51).
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