EP4313623A1 - Enveloppe deformable sans air a support structurel - Google Patents

Enveloppe deformable sans air a support structurel

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Publication number
EP4313623A1
EP4313623A1 EP22715131.3A EP22715131A EP4313623A1 EP 4313623 A1 EP4313623 A1 EP 4313623A1 EP 22715131 A EP22715131 A EP 22715131A EP 4313623 A1 EP4313623 A1 EP 4313623A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mpa
equal
airless
spokes
deformable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP22715131.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yves Potin
Bruno CHARASSON
Bertrand JUILLARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of EP4313623A1 publication Critical patent/EP4313623A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/14—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs
    • B60C7/146—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs extending substantially radially, e.g. like spokes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B1/00—Spoked wheels; Spokes thereof
    • B60B1/006—Spoked wheels; Spokes thereof specially adapted for light-weight wheels, e.g. of strollers or wheel-chairs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B9/00—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces
    • B60B9/26—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces comprising resilient spokes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C11/00—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts
    • B60C11/0008—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts characterised by the tread rubber
    • B60C2011/0016—Physical properties or dimensions
    • B60C2011/0025—Modulus or tan delta

Definitions

  • the subject of the present invention is a deformable envelope without air with structural support (cf. US2010/200131A1, US2004/012246A1, US2021/061011, WO2019/119155A1, US2020/009916A1, AT394827B), intended to equip a rolling object pushed or pulled such as a wheelbarrow, a trolley, a bed on wheels, hospital or not, a piece of furniture on wheels, a boat launch, a trolley etc... or an idler wheel all having a maximum speed less than 25 km/h.
  • a rolling object pushed or pulled such as a wheelbarrow, a trolley, a bed on wheels, hospital or not, a piece of furniture on wheels, a boat launch, a trolley etc... or an idler wheel all having a maximum speed less than 25 km/h.
  • This type of rolling object is either equipped with tires whose elasticity is ensured by the volume of air that it contains (1937FR-0833640D), or equipped with a wheel whose outer casing is a tire thermoplastic or resin with little or no deformability.
  • Tires have the disadvantage of puncturing and in many cases the price of the tire and its replacement is more expensive than the object itself. This is particularly true for wheelbarrows which are used on construction sites where the ground contains metal objects such as nails, screws, iron wire capable of perforating tires.
  • Rigid wheels with metal or thermoplastic rims surrounded by a rigid thermoplastic tire are not suitable for regular use on ground comprising planks, steep edges a few centimeters thick such as on construction sites to pass a hole, to lead to a slightly elevated area, and so on.
  • a pneumatic wheelbarrow wheel deforms locally on the obstacle it crosses. It absorbs part of the energy of the impact with the obstacle and creates two contact surfaces, one vertical and one horizontal. These two surfaces each generate a contact force component, each normal to the surface. On the vertical surface, the force is in the direction of rotation of the wheel and tends to make it turn. On the horizontal surface, the component is vertical, it opposes the rotation but also tends to lift the axis of the wheelbarrow. With inertia, it is possible to pass the obstacle, especially since the pneumatic wheel releases the deformation energy by returning to its normal shape, helping to also lift the wheelbarrow axle.
  • the rigidity of the wheel is such that its deformation is almost zero and that it almost instantaneously restores the impact energy perpendicular to the contact corner, through the entire rigid body of the wheelbarrow in the arms of the user generating much more fatigue and in the long run problems musculoskeletal.
  • wheels with a solid tire made of thermoplastic or other rigid materials have not been successful in the professional markets where the uses are nevertheless the most severe and where the advantage of a puncture-proof wheel is the most important.
  • a wheel having a geometry of revolution with respect to an axis of rotation the geometry of the wheel is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the wheel.
  • the radial, axial and circumferential directions designate respectively the directions perpendicular to the axis of rotation of the wheel, parallel to the axis of rotation of the wheel and perpendicular to the meridian plane.
  • the circumferential direction is tangent to the circumference of the wheel.
  • the axial direction is indifferently named axial or transverse.
  • a plane perpendicular to the axis is called the circumferential plane.
  • the inventors have set themselves the objective of finding a puncture-proof device having the same or better obstacle-clearing capacity than a wheel fitted with a tire for pushed or pulled rolling objects, or for idler wheels of vehicle, all at a speed of less than 25 km/h.
  • This objective is achieved with a deformable envelope without air with structural support for a rolling object pushed or pulled at a speed of less than 25 km/h, or for an idler wheel of a vehicle whose maximum speed is less than 25 km/h, including:
  • annular rolling strip having circumferential and transverse elastic moduli at least equal to 1 MPa and at most equal to 100 MPa
  • the rays have radial and transverse elastic moduli at least equal to 1 MPa and at most equal to 100 MPa.
  • deformable envelope without air we mean a deformable object intended to be mounted on a rim made of rigid material, plastic, wood, metal, the whole of which forms a wheel for a rolling object or a vehicle.
  • This wheel does not have a closed cavity intended to contain air or a gas in a hermetic or generally hermetic manner.
  • It is elastically deformable, i.e. after use under the normal conditions of use of the rolling object or the vehicle, the deformable envelope without air with structural support returns to its initial shape.
  • the airless deformable envelope is structurally supported, i.e. its elastic deformable function is ensured by a material structure, the annular rolling strip assembly and the plurality of spokes.
  • the spokes are connected to the annular rolling strip by their most radially outer ends and connected to the rim by an attachment means which may be an inner annular strip, radially inner to the spokes.
  • the elastic deformable function is not ensured by an airtight cavity containing air or a gas.
  • tires contain air or a gas, the compression of which in an airtight chamber allows elastic operation.
  • This structurally supported airless deformable casing is intended for use in which it does not transmit torque or drift stress to the object on which it is mounted. It can be mounted on a non-steering non-driving idler wheel of a motorized vehicle traveling at a speed of less than 25 km/h, such as the idler wheels of non-pushed or pulled electric wheelchairs, the sole function of which is to take up part of weight and stabilize the wheelchair.
  • this deformable tire without air with structural support is that it is particularly deformable and does not contain the structural reinforcements usually contained in this type of object and in tires as a general rule.
  • the airless deformable casing with structural support must take up the force by local crushing of the annular rolling strip and of the spokes between the contact area and the rim.
  • the structurally supported airless crushable envelope should therefore not contain long textile or metal reinforcements. Containing it would give the annular tread or the spokes a stiffness greater than 100 MPa.
  • the structurally supported airless envelope does not have the necessary structural strength to withstand centrifugation for a speed greater than 25 Km/h, or to pass torque or drift.
  • a solid bandage In compression, a solid bandage has a much greater rigidity than a deformable envelope without air according to the invention.
  • This deformability of the invention is ensured on the one hand by the openwork structure of the spokes which represent less than 50% of the volume between the annular rolling strip and the rim of the wheel. This deformability is also ensured by the mechanical characteristics of the components undergoing deformation, of the deformable envelope without air with structural support, namely the annular rolling strip and the plurality of spokes connecting the annular rolling strip to the means for connect said spokes to the rim.
  • the circumferential and transverse elastic moduli of the annular rolling strip are at least equal to 1 MPa and at most equal to 100 MPa, preferably at least equal to 5 MPa and at most equal to 15 MPa.
  • the structurally supported airless deformable envelope is able to perform the function of carrying the load and passing obstacles and it deforms optimally on the obstacle.
  • the textile or metal reinforcements of the tires take them out of this range, as do the tires filled with rigid materials.
  • the annular rolling strip of the airless deformable casing with structural support is made of a rubbery mixture, a rubber composition comprising at least one elastomer and one filler.
  • a rubbery mixture a rubber composition comprising at least one elastomer and one filler.
  • short textile or metal fibers whose length is less than 25% of the axial width of the annular band. that do not excessively stiffen the components of the structurally supported airless crushable tire.
  • the use of such fibers can generate different moduli according to the transverse and circumferential directions. It is essential to ensure good clearance of obstacles that these two moduli are between 1 and 100MPa, preferably between 5 and 15 MPa.
  • spokes connecting the annular rolling strip to the attachment means to the rim are preferably made of a rubbery mixture. They may contain short textile or metal fibers which may induce different radial and transverse moduli but which must be between 1 and 100 MPa and preferably between 5 and 15 MPa.
  • the materials, in particular the rubbery mixtures, used in the deformable envelope without air with structural support according to the invention have stiffnesses estimated by their so-called "nominal" secant moduli at 10% elongation according to standard NL ISO 37 of December 2005, between 1 MPa and 100 MPa, preferably between 5 and 15 MPa.
  • the deformable envelope is made of a single material.
  • the deformable envelope is made of a single material.
  • the deformable casing means all of its various components, namely the annular rolling strip, the spokes and the means for connecting the plurality of spokes with a rim of a rolling object or of a vehicle whose maximum speed is less than 25 kph.
  • an advantageous means is an annular strip radially inside the spokes and connected to them, capable of being mounted on the rim without risk of unseating.
  • the spokes be curved in a circumferential plane, perpendicular to the axis of rotation. Thus they all bend in the same direction during use and the contacts between these spokes do not oppose their deformations.
  • curves we mean that the spokes do not have a purely radial section in the various circumferential planes but have at least one point of inflection. They can be made up of two line segments making angles with the radial direction.
  • the rays it is advantageous for the rays to make an average angle at least equal to 3° and at most equal to 10° with respect to the axial direction, called the transverse direction.
  • the transverse direction it is possible to distribute the rigidity given by each spoke over a certain circumferential length of the annular rolling strip.
  • rolling is also continuous, requires less energy and increases comfort of use.
  • To measure the average angle of a ray with the axial direction we will consider the angle made by the straight line connecting the two most axially exterior points, on either side of the circumferential plane passing through the center of the annular band of rolling, of the spoke considered at the level of its connection to the annular rolling strip and located on the neutral fiber of the spoke.
  • each ray to make an average angle at least equal to 3° and at most equal to 10° with respect to the transverse direction and of opposite sign to the average angles made with respect to the transverse direction by the two rays adjacent to it.
  • the spaces between the two rays have a conical shape.
  • a mold in two parts, each bearing a type of conical pattern whose larger bases will be extracted first from the molded object, will provide increased ease of release.
  • This deformable casing without air with structural support for a wheelbarrow preferably comprises an inner annular band intended to ensure the maintenance of said deformable casing on a wheelbarrow rim, the annular rolling band having a radial thickness of between 10 mm and 20 mm, the number of spokes connecting the annular rolling strip and the inner annular strip is between 25 and 35 and said spokes have a circumferential thickness of between 5 and 10 mm.
  • Such a structure is optimal in terms of the volume of material used and therefore of mass.
  • this airless deformable casing with structural support intended to be mounted on a wheelbarrow has, for a force applied on its axis of 70 kg, a variation in diameter of between 10 and 20 mm.
  • figure 1 view perpendicular to the axis of rotation of a deformable envelope without air with structural support.
  • FIG. 2 view perpendicular to the axis of rotation of a quarter of a deformable airless envelope with structural support illustrating the curvature of the radii 3 of said deformable airless envelope with structural support.
  • FIG. 3 view of 3 quarters of 3 consecutive rays (3) of the deformable envelope without air with structural support, forming angles al, a2, a3 with the transverse direction such that a2 has the opposite sign to al and a3.
  • Figures 1 and 2 illustrate a structurally supported airless deformable casing 1 or part thereof, comprising an annular rolling strip 2, a plurality of spokes 3 extending transversely and radially inside the annular rolling strip 2 and means 5 for connecting the plurality of spokes 3 with a rim 4 of a rolling object, not shown, these means 5 here being an internal annular strip.
  • Figure 1 shows one of the simplest arrangements of the invention with purely radial rays.
  • Figure 2 shows on a quarter of the airless deformable envelope with structural support, the curvature of the spokes 3 in the circumferential plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the spokes are all forced to bend in the same direction, thus avoiding contact between two spokes opposing the flattening of the wheel during rolling.
  • Figure 3 illustrates one of the possibilities of the invention where each spoke 3 forms an angle a at least equal to 3° and at most 10° with respect to the transverse direction and of opposite sign to the angles made with respect to the transverse direction by the two rays being adjacent to it, the whole represented on 3 rays.
  • This configuration makes it possible, due to the small space between two consecutive spokes 3 and the presence of a spoke 3 over a circumferential length of the annular rolling strip greater than the mere thickness of the spoke, to have good continuity of rigidity. from the deformable envelope without air to structural support all around the wheel giving a great comfort of use.
  • Such an object also offers the advantage of being able to be produced in a mold closing by the relative displacement of two parts along the axis of rotation of the deformable envelope without air with structural support, each part bearing generally conical shapes which are very easy to unmold.
  • This invention was applied to a wheelbarrow wheel and compared with a pneumatic wheel inflated to 1.25 bar according to the manufacturer's instructions (between 1 and 1.5 bar) and a commercially available rigid PET wheel. These solutions have the same diameter and the same width within 5%. Professional building users refuse to use the rigid wheel because obstacle clearance is too difficult with this solution. The pneumatic wheel remains the benchmark for users despite the risk of punctures.
  • the invention has a diameter of 400 mm in diameter.
  • the annular rolling strip is 12 mm radially thick and 85 mm transversely wide.
  • the means for hanging the structurally supported airless crushable envelope is an inner annular band 200 mm in diameter and 4 mm in radial thickness.
  • 30 curved spokes in the circumferential plane connect the two annular bands. They consist according to Figure 2 of two half-spokes forming an angle of 5 ° with the radial direction joining halfway between the two inner annular bands and rolling. They are of variable circumferential thicknesses of 6 to 8 mm. The extra thicknesses of 8 mm located at the junction of the spokes with the annular rolling strip and the inner annular strip and in their middle, bending zones of these spokes.
  • the structurally supported airless crushable shell is force-fitted to a flat rim with outer flanges preventing transverse movement of the inner annular band relative to the rim.
  • the rays have an angle (al) of 8° with the transverse direction of opposite sign from one ray to the next as shown in figure 3.
  • the variation of the crushed radius for 70 kg of load at the axis is 15 mm, identical the tire of the commercial wheelbarrow.
  • the wheelbarrow is towed via a cable equipped with a dynamometer at a speed of 1 m per second, the speed of a man walking pushing such a load, or 3.6 km/h.
  • the wheelbarrow is loaded with a weight of lOOKg.
  • the wheelbarrow With the rigid wheel, the wheelbarrow does not cross the obstacle. With pneumatic tires or structurally supported airless crushable casing wheels, the wheelbarrow overcomes the obstacle. The effort required to overcome the obstacle is reduced by 10 to 20% for the wheel according to the invention compared to the wheel fitted with a tire.
  • the invention is therefore indeed a puncture-proof device having the same or better obstacle-clearing capacity than a wheel fitted with a tire for rolling objects pushed or pulled at a speed of less than 25 km/h.
  • This solution is also interesting for the idler wheels of vehicles traveling at a speed of less than 25 km/h.

Landscapes

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Abstract

Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d'un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant une bande annulaire (2) de roulage destinée à rouler sur un sol, une pluralité de rayons (3) s'étendant transversalement et radialement à l'intérieur de la bande annulaire (2) de roulage. La bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa. Les rayons (3) reliant la bande annulaire de roulage à la jante ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa.

Description

Enveloppe déformable sans air à support structurel
[0001] La présente invention a pour objet une enveloppe déformable sans air à support structurel (cf. US2010/200131A1, US2004/012246A1, US2021/061011, WO2019/119155A1, US2020/009916A1, AT394827B), destinée à équiper un objet roulant poussé ou tiré tel qu’une brouette, un diable, un lit sur roulette, d’hôpital ou non, un meuble sur roulette, une mise à l’eau pour bateau, un chariot etc... ou une roue folle le tout ayant une vitesse maximale inférieure à 25 Km/h.
[0002] Ce type d’objet roulant est soit équipé de pneumatiques dont l’élasticité est assurée par le volume d’air qu’il contient (1937FR-0833640D), soit équipé d’une roue dont l’enveloppe extérieure est un bandage en thermoplastique ou en résine peu ou pas déformable.
[0003] Les pneumatiques ont le désavantage de crever et dans de nombreux cas, le prix du pneumatique et son remplacement est plus onéreux que l’objet lui-même. Ceci est particulièrement vrai pour les brouettes qui sont utilisées sur les chantiers où les sols contiennent des objets métalliques tels que des clous, des vis, fils de fer capables de perforer les pneumatiques.
[0004] Les roues rigides à jantes métalliques ou thermoplastiques entourées d’un bandage rigide thermoplastique ne sont pas adaptées à un usage régulier sur un sol comportant des planches, des rebords abruptes de quelques centimètres d’épaisseur tels qu’il s’en trouve sur les chantiers pour passer un trou, pour mener à une zone un peu élevée, et cætera.
[0005] Une roue de brouette pneumatique se déforme localement sur l’obstacle qu’elle franchit. Elle absorbe une partie de l’énergie du choc avec l’obstacle et crée deux surfaces de contact une verticale et une horizontale. Ces deux surfaces génèrent chacune une composante d’effort de contact, chacune normale à la surface. Sur la surface verticale, l’effort est dans le sens de rotation de la roue et tend à la faire tourner. Sur la surface horizontale, la composante est verticale, elle s’oppose à la rotation mais tend également à soulever l’axe de la brouette. Avec l’inertie, il est possible de passer l’obstacle, d’autant que la roue pneumatique rend l’énergie de déformation en reprenant sa forme normale contribuant à soulever également l’axe de brouette.
[0006] Pour une roue avec un bandage en thermoplastique ou en résine, la rigidité de la roue est telle que sa déformation est quasi nulle et qu’elle restitue quasi instantanément l’énergie du choc perpendiculairement au coin de contact, à travers tout le corps rigide de la brouette dans les bras de l’utilisateur générant beaucoup plus de fatigue et à la longue des troubles musculosquelettiques. Ainsi malgré l’avantage de ne pas crever, les roues avec un bandage plein en thermoplastique ou autres matériaux rigides n’ont connu aucun succès sur les marchés professionnels où les usages sont pourtant les plus sévères et où l’avantage d’une roue increvable est le plus important.
[0007] Ces problématiques existent pour de nombreux autres véhicules tirés ou poussés soit par des personnes soit par des animaux. La problématique est double :
• il peut s’agir de remplacer une roue pneumatique et de supprimer le problème de sa maintenance, quand l’usage exige l’utilisation d’une roue pneumatique. Par exemple les mises à l’eau pour bateau qui utilisent des roues pneumatiques qu’il faut regonfler ou réparer quand elles sont percées, qui roulent sur le sable ou des roues indéformables s’enfoncent et rendent la traction très difficile et ne sont donc pas utilisées.
• Il peut également s’agir de remplacer des roues avec un bandage plein qui doivent passer parfois rarement ou pas des obstacles, comme les roues de brancards, de chariot, les roues folles de fauteuil roulant.
[0008] Une roue ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie de la roue est généralement décrite dans un plan méridien contenant l’axe de rotation de la roue. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation de la roue, parallèle à l’axe de rotation de la roue et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence de la roue. La direction axiale est indifféremment nommée axiale ou transverse. Un plan perpendiculaire à l’axe est nommé plan circonférentiel.
[0009] Les inventeurs se sont donnés pour objectif de trouver un dispositif increvable ayant la même ou une meilleure capacité de franchissement d’obstacle qu’une roue munie d’un pneumatique pour des objets roulant poussé ou tiré, ou pour des roues folles de véhicule, le tout à une vitesse inférieure à 25 km/h.
[0010] Cet objectif est réalisé avec une enveloppe déformable sans air à support structurel pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant :
• une bande annulaire de roulage destinée à rouler sur un sol, • une pluralité de rayons s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire de roulage,
• la bande annulaire de roulage ayant des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa,
• les rayons ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa.
[0011] Par enveloppe déformable sans air, nous entendons un objet déformable destiné à être monté sur une jante en matériau rigide, plastique, bois, métal, dont l’ensemble forme une roue pour un objet roulant ou un véhicule. Cette roue est dépourvue d’une cavité fermée destinée à contenir de l’air ou un gaz de manière hermétique ou globalement hermétique. Elle est déformable de manière élastique, à savoir qu’après usage dans les conditions d’usage normales de l’objet roulant ou du véhicule, l’enveloppe déformable sans air à support structurel revient à sa forme initiale. L’enveloppe déformable sans air est à support structurel, c’est-à-dire que sa fonction déformable élastique est assurée par une structure matérielle, l’ensemble bande annulaire de roulage et la pluralité de rayons. Les rayons sont reliés à la bande annulaire de roulage par leurs extrémités les plus radialement extérieurs et reliés à la jante par un moyen d’accrochage qui peut être une bande annulaire intérieure, radialement intérieure aux rayons. La fonction déformable élastique n’est pas assurée par une cavité hermétique contenant de l’air ou un gaz.
[0012] A l’inverse, les pneumatiques contiennent un air ou un gaz dont la compression dans une chambre hermétique permet un fonctionnement élastique.
[0013] Cette enveloppe déformable sans air à support structurel est destinée à un usage dans lequel elle ne transmet pas d’effort de couple ou de dérive à l’objet sur lequel elle est montée. Elle peut être montée sur une roue folle non motrice non directrice d’un véhicule motorisé roulant à une vitesse inférieure à 25 km/h, comme des roues folles de fauteuils roulants électriques non poussés ou tirés, dont la seule fonction est de reprendre une partie de la masse et de stabiliser le fauteuil. En effet la particularité de cette enveloppe déformable sans air à support structurel est d’être particulièrement déformable et de ne pas contenir de renforts structurels habituellement contenus dans ce type d’objet et dans les pneumatiques en règle générale. Ces renforts structurels, câbles métalliques ou textiles type aramide, PET... dont la longueur est au moins égale à la largeur axiale du pneumatique ou du bandage déformable, ont pour fonction de reprendre les efforts de couple et de dérive, ce qui n’a pas d’intérêt pour les véhicules tirés ou poussés ou les roues folles. Ils existent dans les pneumatiques, même pour des applications comme celles visées par l’invention pour simplement reprendre les efforts de pression. Or ces renforts textiles ou métalliques rigidifïent obligatoirement de manière inutile les pneumatiques en question et rendent la déformation autour de l’obstacle moins efficiente quant à la performance « facilité du passage d’obstacle ». Ces renforts assurent la reprise des efforts et notamment la charge par traction des rayons à l’opposé de l’aire de contact. Pour une déformation locale optimale autour de l’obstacle, l’enveloppe déformable sans air à support structurel doit reprendre l’effort par écrasement local de la bande annulaire de roulage et des rayons entre l’aire de contact et la jante. L’enveloppe déformable sans air à support structurel ne doit donc pas contenir de renforts textiles ou métalliques longs. En contenir donnerait à la bande annulaire de roulage ou aux rayons, une rigidité supérieure à 100 MPa. De ce fait, l’enveloppe sans air à support structurel n’a pas la résistance structurelle nécessaire pour résister à une centrifugation pour une vitesse supérieure à 25 Km/h, ou pour passer du couple ou de la dérive.
[0014] Une roue munie d’un bandage plein composé même d’un matériau de basse rigidité, inférieure à 100 MPa, ne satisferait pas davantage au but de l’invention, car un bandage plein ne permet pas une déformation suffisante autour des obstacles. En compression un bandage plein a une rigidité très supérieure à une enveloppe déformable sans air selon l’invention.
[0015] Cette déformabilité de l’invention est assurée d’une part par la structure ajourée des rayons qui représentent moins de 50% du volume compris entre la bande annulaire de roulage et la jante de la roue. Cette déformabilité est d’autre part assurée par les caractéristiques mécaniques des composants subissant la déformation, de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, à savoir la bande annulaire de roulage et la pluralité des rayons reliant la bande annulaire de roulage aux moyens pour raccorder les dits rayons à la jante. Les modules élastiques circonférentiel et transverse de la bande annulaire de roulage sont au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa de préférence au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa. Dans cette plage de matériaux de 1 à 100 MPa, l’enveloppe déformable sans air à support structurel est apte à remplir la fonction de porter la charge et passer des obstacles et elle se déforme de manière optimale sur l’obstacle. Les renforts textiles ou métalliques des pneumatiques, les font sortir de cette plage, de même les bandages pleins de matériaux rigides. [0016] En ciblant un intervalle plus restreint de 5 à 15 MPa, l’avantage est que l’enveloppe déformable sans air à support structurel est alors plus résistante à l’usure au roulage et ce d’autant plus si elle est en matériaux caoutchouteux.
[0017] De préférence, la bande annulaire de roulage de l’enveloppe déformable sans air à support structurel est en mélange caoutchouteux, une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. Pour optimiser le matériau, pour de la tenue à l’abrasion ou des usages particuliers, il est toujours possible d’y ajouter des fibres courtes en textile ou en métal dont la longueur est inférieure à 25% de la largeur axiale de la bande annulaire de roulage qui ne rigidifïent pas de manière excessive les composants de l’enveloppe déformable sans air à support structurel. L’utilisation de telles fibres peut générer des modules différents selon les directions transverse et circonférentielle. Il est essentiel pour assurer un bon franchissement des obstacles que ces deux modules soient compris entre 1 et lOOMPa, de préférence entre 5 et 15 MPa.
[0018] De même pour la pluralité des rayons reliant la bande annulaire de roulage aux moyens d’accrochage à la jante. Ils sont de préférence en mélange caoutchouteux. Ils peuvent contenir des fibres courtes textiles ou métalliques qui peuvent induire des modules radiaux et transverses différents mais qui doivent être compris entre 1 et 100 MPa et de préférence entre 5 et 15 MPa.
[0019] Les épaisseurs de la bande annulaire de roulage et des rayons ainsi que leur nombre seront déterminés par l’homme de l’art en fonction du cahier des charges de l’objet et de son utilisation.
[0020] Les matériaux, notamment les mélanges caoutchouteux, utilisés dans l’enveloppe déformable sans air à support structurel selon l’invention ont des rigidités estimées par leurs modules sécants dits "nominaux" à 10% d'allongement selon la norme NL ISO 37 de décembre 2005, compris entre 1 MPa et 100 MPa, de préférence entre 5 et 15 MPa.
[0021] Il est intéressant que l’enveloppe déformable soit constituée d’un unique matériau. Ainsi il est possible de la fabriquer par injection dans un moule, procédé particulièrement efficace quant à la cohésion des différents composants et très intéressant en termes de productivité.
[0022] Par l’enveloppe déformable, on entend tous ses différents composants, à savoir la bande annulaire de roulage, les rayons et les moyens pour raccorder la pluralité de rayons avec une jante d’un objet roulant ou d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h. Parmi les moyens de raccorder les rayons à la jante, un moyen avantageux est une bande annulaire radialement intérieure aux rayons et reliée à eux, apte à être montée sur la jante sans risque de décoincement.
[0023] Il est préféré que les rayons soient courbes dans un plan circonférentiel, perpendiculaire à l’axe de rotation. Ainsi ils ploient tous dans le même sens lors de l’usage et les contacts entre ces rayons ne s’opposent pas à leurs déformations. Par courbes on entend que les rayons n’ont pas une section purement radiale dans les différents plans circonférentiels mais présentent au moins un point d’inflexion. Ils peuvent être constitués de deux segments de droites faisant des angles avec la direction radiale.
[0024] Il est avantageux que les rayons fassent un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction axiale, dite transverse. Ainsi il est possible de répartir la rigidité donnée par chaque rayon sur une certaine longueur circonférentielle de la bande annulaire de roulage. En créant cette continuité de rigidité, le roulage est également continu, nécessite moins d’énergie et augmente le confort d’usage. Pour mesurer l’angle moyen d’un rayon avec la direction axiale, on considérera l’angle fait par la droite reliant les deux points les plus axialement extérieurs, de part et d’autre du plan circonférentiel passant au centre de la bande annulaire de roulage, du rayon considéré au niveau de son raccordement à la bande annulaire de roulage et situés sur la fibre neutre du rayon.
[0025] Une solution préférée est que chaque rayon fasse un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles moyens faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents. Par cette alternance des angles des rayons faits avec la direction transverse, les espaces entre les deux rayons ont une forme conique. Un moule en deux parties, chacune portant un type de motif conique dont les plus grandes bases seront extraites les premières de l’objet moulé, offrira une facilité de démoulage accrue.
[0026] Cette solution a été développée en particulier pour les roues de brouettes bien que cette application de soient pas exclusive. Une solution préférée est donc une enveloppe déformable sans air à support structurel destinée à être montée sur une brouette dont le diamètre extérieur est compris entre 300 mm et 450 mm, constituée d’un mélange caoutchouteux unique dont le module d’élasticité est compris entre 5 MPa et 15 MPa, ce qui est parfaitement adapté à cet usage. [0027] De préférence cette enveloppe déformable sans air à support structurel pour brouette comprend une bande annulaire intérieure destinée à assurer le maintien de ladite enveloppe déformable sur une jante de brouette, la bande annulaire de roulage ayant une épaisseur radiale comprise entre 10 mm et 20 mm, le nombre des rayons reliant la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure est compris entre 25 et 35 et les dits rayons ont une épaisseur circonférentielle comprise entre 5 et 10 mm. Une telle structure est optimale en termes de volume de matériau utilisé et donc de masse.
[0028] Une solution préférée est que cette enveloppe déformable sans air à support structurel destinée à être montée sur une brouette ait, pour un effort appliqué sur son axe de 70 kg, une variation de diamètre comprise entre 10 et 20 mm.
[0029] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 à 3 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à une enveloppe déformable sans air à support structurel :
- figure 1 : vue perpendiculaire à l’axe de rotation d’une enveloppe déformable sans air à support structurel.
- Figure 2 : vue perpendiculaire à l’axe de rotation d’un quart d’enveloppe déformable sans air à support structurel illustrant la courbure des rayons 3 de ladite enveloppe déformable sans air à support structurel.
- Figure 3 : vue de 3 quarts de 3 rayons (3) consécutif de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, faisant des angles al, a2, a3 avec la direction transverse tels que a2 est de signe opposé à al et a3.
[0030] Les figures 1 et 2 illustrent une enveloppe déformable sans air à support structurel 1 ou une partie de celle-ci, comprenant une bande annulaire de roulage 2, une pluralité de rayons 3 s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire 2 de roulage et des moyens 5 pour raccorder la pluralité de rayons 3 avec une jante 4 d’un objet roulant non représenté, ces moyens 5 étant ici une bande annulaire intérieure. La figure 1 représente une des disposition les plus simples de l’invention avec des rayons purement radiaux.
[0031] La figure 2 représente sur un quart de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, la courbure des rayons 3 dans le plan circonférentiel perpendiculaire à l’axe de rotation. Ainsi les rayons sont contraints de tous se plier selon la même direction évitant ainsi qu’un contact rentre deux rayons viennent s’opposer à la mise à plat de la roue lors du roulage. [0032] La figure 3 illustre une des possibilité de l’invention où chaque rayon 3 fait un angle a au moins égal à 3° et au plus à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents, le tout représenté sur 3 rayons. Cette configuration permet, en raison du faible espace entre deux rayons 3 consécutifs et la présence d’un rayon 3 sur une longueur circonférentielle de la bande annulaire de roulage plus importante que la simple épaisseur du rayon, d’avoir une bonne continuité de la rigidité de l’enveloppe déformable sans air à support structurel sur tout le tour de roue donnant un grand confort d’utilisation. Un tel objet offre également l’avantage de pouvoir être réalisé dans un moule se fermant par le déplacement relatif de deux pièces suivant l’axe de rotation de l’enveloppe déformable sans air à support structurel, chaque pièce portant formes globalement coniques très faciles à démouler.
[0033] Cette invention a été appliquée sur une roue de brouette et comparée à une roue pneumatique gonflée à 1.25 bar selon les indications du fabricant (entre 1 et 1.5 bar) et une roue rigide en PET du commerce. Ces solutions ont le même diamètre et la même largeur à 5% près. Les usagers professionnels du bâtiment refusent d’utiliser la roue rigide car le franchissement d’obstacle est trop difficile avec cette solution. La roue pneumatique reste la référence des utilisateurs malgré le risque de crevaison.
[0034] L’invention à un diamètre de 400 mm de diamètre. La bande annulaire de roulage a 12 mm d’épaisseur radiale et 85 mm de largeur transverse. Le moyen pour accrocher l’enveloppe déformable sans air à support structurel est une bande annulaire intérieure de 200 mm de diamètre et de 4 mm d’épaisseur radiale. 30 rayons courbés dans plan circonférentiel relient les deux bandes annulaires. Ils sont constitués selon la figure 2 de deux demi-rayons formant un angle de 5° avec la direction radiale se rejoignant à mi-distance des deux bandes annulaires intérieure et de roulage. Ils sont d’épaisseurs circonférentielles variables de 6 à 8 mm. Les surépaisseurs de 8 mm se trouvant à la jonction des rayons avec la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure et en leur milieu, zones de flexion de ces rayons. Ce type de variation d’épaisseur permet d’alléger la solution. L’enveloppe déformable sans air à support structurel est montée en force sur une jante plate avec des rebords extérieurs empêchant tout mouvement transverse de la bande annulaire intérieure vis-à-vis de la jante. Les rayons ont un angle (al) de 8° avec la direction transverse de signe opposé d’un rayon au suivant comme montré figure 3. La variation du rayon écrasé pour 70 kg de charge à l’axe, est de 15 mm, identique au pneumatique de la brouette du commerce. [0035] Les différentes solutions sont testées sur une brouette devant franchir une marche en bois de 40 mm de haut fixée au sol. Les bras de la brouette sont munis de roues folles de manière à ne générer aucune résistance. La brouette est tractée via un câble muni d’un dynamomètre à une vitesse de 1 m par seconde, soit la vitesse d’un homme marchant en poussant une telle charge, soit 3.6 km/h. La brouette est chargée d’un poids de lOOKg.
[0036] Avec la roue rigide, la brouette ne franchit pas l’obstacle. Avec les roues à pneumatique ou à enveloppe déformable sans air à support structurel, la brouette franchit l’obstacle. L’effort nécessaire pour faire franchir l’obstacle est réduit de 10 à 20% pour la roue selon l’invention comparativement à la roue munie d’un pneumatique.
[0037] L’invention est donc bien un dispositif increvable ayant la même ou une meilleure capacité de franchissement d’obstacle qu’une roue munie d’un pneumatique pour des objets roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h. Cette solution est également intéressante pour les roues folles de véhicules roulant à une vitesse inférieure à 25 km/h.

Claims

Revendications
1. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) pour un objet roulant poussé ou tiré à une vitesse inférieure à 25 km/h, ou pour une roue folle d’un véhicule dont la vitesse maximale est inférieure à 25 km/h, comprenant :
• une bande annulaire (2) de roulage destinée à rouler sur un sol,
• une pluralité de rayons (3) s’étendant transversalement et radialement à l’intérieur de la bande annulaire (2) de roulage,
• caractérisé en ce que la bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa, les rayons (3) ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 1 MPa et au plus égaux à 100 MPa, les modules élastiques étant estimées par leurs modules sécants dits "nominaux" à 10% d'allongement selon la norme NF ISO 37 de décembre 2005,
• et en ce que chaque rayon (3) fait un angle moyen au moins égal à 3° et au plus égal à 10° par rapport à la direction transverse et de signe opposé aux angles faits par rapport à la direction transverse par les deux rayons lui étant adjacents.
2. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon la revendication 1 dans laquelle la bande annulaire (2) de roulage a des modules élastiques circonférentiel et transverse au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa.
3. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans laquelle les rayons (3) ont des modules élastiques radial et transverse au moins égaux à 5 MPa et au plus égaux à 15 MPa.
4. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’enveloppe déformable est constituée d’un unique matériau.
5. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les rayons (3) sont courbes dans un plan circonférentiel.
6. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes destinée à être montée sur une brouette, dont le diamètre extérieur est compris entre 300 mm et 450 mm, constituée en un mélange caoutchouteux unique dont le module d’élasticité est compris entre 5 MPa et 15 MPa,
7. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes destinée à être montée sur une brouette, comprenant une bande annulaire intérieure destinée à assurer le maintien de ladite enveloppe déformable sur une jante de brouette et dans laquelle la bande annulaire de roulage a une épaisseur radiale comprise entre 10 mm et 20 mm, le nombre des rayons reliant la bande annulaire de roulage et la bande annulaire intérieure est compris entre 25 et 35 et les dits rayons ont une épaisseur circonférentielle comprise entre 5 et 10 mm. .
8. Enveloppe déformable sans air à support structurel (1) destinée à être montée sur une brouette selon l’une quelconque des revendications précédentes telle que pour un effort appliqué sur son axe de 70 kg, sa variation diamètre soit comprise entre 10 et 20 mm.
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