EP4633963A1 - Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre pouvant rouler à de très basses températures - Google Patents

Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre pouvant rouler à de très basses températures

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EP4633963A1
EP4633963A1 EP23818057.4A EP23818057A EP4633963A1 EP 4633963 A1 EP4633963 A1 EP 4633963A1 EP 23818057 A EP23818057 A EP 23818057A EP 4633963 A1 EP4633963 A1 EP 4633963A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
equal
tread
shear
supporting structure
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
EP23818057.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florian VILCOT
Baptiste MONNEY
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 EP4633963A1 publication Critical patent/EP4633963A1/fr
Pending 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
    • 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
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    • 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
    • B60B9/00—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces
    • B60B9/02—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces using springs resiliently mounted bicycle rims
    • B60B9/10—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces using springs resiliently mounted bicycle rims of rubber or the like
    • B60B9/12—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces using springs resiliently mounted bicycle rims of rubber or the like in the form of sleeves or rings concentric with the wheel axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/46—Arctic-/Extraterrestric explorers

Definitions

  • the subject of the present invention is an airless tire, intended to equip an extra-terrestrial exploration vehicle, intended to travel, for example, on the moon or on the planet Mars, in an atmosphere which can reach very low temperatures, typically in the range [-243°C; +53°C], as measured at the south pole of the moon.
  • a conventional tire, subjected to the internal pressure of an inflation gas, generally air, or a conventional solid tire are not suitable for such use, because the usual rubber-based materials which constitute them have mechanical properties that are incompatible with use in an environment that can reach very low temperatures, also called cryogenic temperatures.
  • Metal wheels have been made to equip extra-terrestrial vehicles. But such metal wheels have the disadvantages of having a non-linear vertical rigidity, that is to say constant over a restricted operating range and evolving rapidly until a break in rigidity when the maximum load is reached, have a high mass and have limited endurance, which is detrimental for long use.
  • an airless tire or more generally a tire without inflation gas, which carries the load thanks to structural components and which has high performance comparable to those of a conventional tire.
  • An airless tire, mounted on a hub or rim, is sometimes called a “non-pneumatic elastic wheel”.
  • Such an airless tire has been described, by way of example, in the documents WO 2003018332A1, FR 2964597, WO 2012102932A1, WO 2018101937A1, WO 2018102303A1, WO 2018102560A1, WO 2018125186A1.
  • an airless tire generally comprises, radially from the inside to the outside:
  • the supporting structure comprises, radially from the inside to the outside, means of connection with a rim or a hub, radial elements or spokes, and means of connection with a shear band.
  • the supporting structure does not generally delimit a sealed internal cavity intended to contain a gas under pressure, as in a conventional tire. Therefore an airless tire does not need to have a tight connection to a rim or hub.
  • the shear band comprises, in a known embodiment, radially from the inside to the outside:
  • -a shear layer constituted by one or more polymeric materials, -a second exterior membrane.
  • the first and second membrane have a modulus of elasticity in circumferential extension which is often significantly greater than the modulus of elasticity in shear of the shear layer of polymeric material, such that, under the applied load, the membranes do not elongate or only slightly when the tire flattens while rolling.
  • the relative movement of the membranes relative to each other occurs by shear in the shear layer.
  • the respectively inner and outer membranes comprise superimposed layers of reinforcements coated in a polymeric material.
  • the shear layer of polymeric material consists, for example, of a polymeric material, such as a natural rubber or a rubber synthetic, or a polyurethane.
  • the material of the shear layer has a shear modulus at least equal to 3 MPa and at most equal to 20 MPa, which allows easier flattening of the shear strip under load.
  • the company Michelin North America has marketed, for several years, a mounted assembly, consisting of an airless tire, as previously described, and a wheel, under the name MICHELIN® TWEEL®.
  • This technical solution mainly comprises a tread, a shearband, a supporting structure, made up of highly resistant poly-resin spokes and a hub made up of two reinforced steel parts.
  • the usual polymeric materials constituting an airless tire are incompatible with the specified temperature range.
  • the usual polymeric materials, used, in particular, for the shear band have levels of rigidity which will generate high contact pressures, implying a risk of the tire sinking into soft ground (like on the moon). ), and generate high rolling resistance, implying high energy consumption, penalizing the energy autonomy of the extra-terrestrial vehicle.
  • the inventors set themselves the objective of designing an airless tire, as previously described, capable of running in an extra-terrestrial environment, at very low temperatures, typically in the range [-243°C; +53°C], and on soils of various types, which may be sandy or stony.
  • an airless tire for a vehicle comprising, radially from the inside to the outside, a supporting structure, intended to cooperate with a rim or a hub, a shear band and a tread,
  • the shear band comprising, radially from the inside to the outside, a radially inner membrane, a shear structure and a radially outer membrane,
  • the shear band and the tread each being made up of at least one material, -the at least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread having the following mechanical characteristics, measured according to standard ASTM D638 of the ASTM ("American Society for Testing and Materials”: American Society for testing and materials) International:
  • the Young's modulus in tension E and the maximum tensile stress Sm are measured on a "stress - elongation" traction curve, established from a tensile test carried out on a standardized specimen, in accordance with the ASTM standard. D638 (“Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics”), developed by the ASTM (“American Society for Testing and Materials”) International.
  • the standardized test piece has a length equal to 84 mm and a thickness equal to 2 mm, and includes a neck having a length equal to 25 mm and a width equal to 4 mm.
  • the traction speed applied to the specimen is equal to 500 mm/min.
  • Young's tensile modulus E is a tangent modulus measured at low strain.
  • Young's traction modulus E conditions the stiffness and load capacity of the tire without air, at the targeted operating temperatures.
  • the maximum tensile stress Sm determines the endurance of the tire without air, at the target operating temperatures.
  • the airless tire must be capable of carrying a load typically between 16 and 160 daN, and is intended to be mounted on a vehicle that can typically travel up to a maximum speed equal to 20 km/h.
  • the at least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread is a high-performance thermoplastic polymer material.
  • This type of material which performs very well at room temperature, is known to maintain good mechanical properties, in terms of mechanical strength and rigidity, at high temperatures, typically at least equal to 150°C.
  • the inventors have demonstrated, surprisingly, that such a high-performance thermoplastic polymer material also makes it possible to achieve a satisfactory compromise between high structural rigidity, high endurance and low mass. of the airless tire, at very low cryogenic temperatures, as shown by measurements carried out at -196°C.
  • the at least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread is a polyaryletherketone (PAEK).
  • PAEK polyaryletherketones
  • the at least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread is a polyetheretherketone (PEEK).
  • a polyetheretherketone is a thermoplastic polymeric material belonging to the polyaryletherketone family.
  • a polyetheretherketone such as, for example, the materials Victrex CT 100TM and Victrex 450GTM, marketed by the company Victrex®, have the required mechanical characteristics, in particular at cryogenic temperatures.
  • the at least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread is a polyimide (PI).
  • PI polyimide
  • a polyimide such as, for example, the Aurum PL500ATM material, has excellent mechanical characteristics at cryogenic temperatures, but is more difficult to process than a polyetheretherketone, such as the Victrex CT 100TM material.
  • At least one material constituting the supporting structure, the shear band and the tread is a polyetherimide (PEI).
  • PEI polyetherimide
  • a polyetherimide such as, for example, the Ultem 1010TM material, has mechanical properties comparable to those of a polyetheretherketone, such as the Victrex CT 100TM material, although with a lower elongation at break. It has the advantage of being more economical.
  • the supporting structure, the shear band and the tread are each made of the same material.
  • An identical material for all the constituents of an airless tire simplifies manufacturing and allows easier adhesion between the different constituents.
  • the shear structure is constituted by a plurality of shear elements distributed circumferentially.
  • a discrete shear structure has the advantage of being lighter than a continuous shear structure.
  • its rigidities can be more finely optimized.
  • a second object of the invention is a wheel comprising an airless tire as previously described, mounted on a rim.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an airless tire as previously described and comprising, radially from the inside towards the outside, a supporting structure, a shear band and a band of bearing made of at least one high-performance thermoplastic polymer material.
  • a first process for manufacturing an airless tire uses injection technology. Such an injection manufacturing process consists of injecting the constituent material(s) of the tire without air into a mold.
  • a second process for manufacturing an airless tire uses additive manufacturing technology.
  • An additive manufacturing process uses a three-dimensional printing machine depositing a malleable printing material in successive layers, using a nozzle.
  • Such a three-dimensional printing machine generally comprises a chamber which forms an enclosure delimited by a wall, and inside which there is a plate intended to support a part being printed, as well as a nozzle allowing bring the material constituting said part.
  • drive systems including an elevator to move either the plate or the nozzle vertically, and translation tables crossed with respect to each other to drive horizontally, i.e. the plate, or the nozzle responsible for delivering the material constituting the part.
  • a first variant of the manufacturing process by implementing an injection technology or an additive manufacturing technology comprises a single step of manufacturing the tire consisting of a unitary part.
  • a second variant of the manufacturing process by implementing an injection technology or an additive manufacturing technology successively comprises a step of manufacturing elementary parts constituting the airless tire, and an assembly step of said elementary parts.
  • the manufacturing process comprising a step of manufacturing elementary parts, includes a step of assembling the elementary parts by rivets.
  • the manufacturing process comprises a step of assembling the elementary parts by metal rivets, preferably made of stainless steel or aluminum.
  • the manufacturing process comprises a step of assembling the elementary parts by rivets made of thermoplastic polymeric materials.
  • the method of manufacturing includes a step of assembling the elementary parts by rivets made of unitary thermoplastic polymeric materials, heated by thermal or electrical conduction or by ultrasonic heating, and crushed.
  • the manufacturing process comprises a step of assembling the elementary parts by rivets in thermoplastic polymeric materials grouped into plates, heated by thermal or electrical conduction or by ultrasonic heating, and crushed.
  • the manufacturing process comprising a step of manufacturing elementary parts, includes a step of assembling the elementary parts by gluing.
  • the manufacturing process comprises a step of assembling the elementary parts by gluing using a thermoplastic glue of the same nature as the high-grade thermoplastic material. performance of one of the two elementary parts intended to be assembled together.
  • the manufacturing process comprises a step of assembling the elementary parts by gluing using a polymer glue, preferably an epoxy glue.
  • FIG. 1 An example of an airless tire according to the invention is illustrated in Figure 1.
  • Figure 1 is an overall perspective view of an airless tire 1 for a vehicle, comprising, radially from the inside towards the outside, a supporting structure 2, intended to cooperate with a rim or a hub 3, a shear band 4 and a tread 6.
  • the shear band 4 comprises, radially from the inside to the outside, a radially inner membrane 41, a shear structure 40 and a radially outer membrane 42.
  • the shear structure 40 is constituted by a plurality of shear elements 5 distributed circumferentially.
  • the supporting structure 2, the shear band 4 and the tread 6 are each made of a material unique high-performance thermoplastic polymer, identical for each of the components mentioned above.
  • the airless tire 1 is obtained by a manufacturing process using additive manufacturing technology.

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  • Tires In General (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet un pneumatique sans air (1) pour un véhicule pouvant rouler dans un environnement extra-terrestre, à de très basses températures et sur des sols de diverses natures. Un tel pneumatique sans air (1) comprend, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, une structure porteuse (2), destinée à coopérer avec une jante ou un moyeu (3), une bande de cisaillement (4) et une bande de roulement (6). Selon l'invention, l'au moins un matériau constituant la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (4) et la bande de roulement (6) a un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à -196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa, et une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à -196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa, ces caractéristiques mécaniques étant mesurées selon la norme ASTM D638.

Description

Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre pouvant rouler à de très basses températures
[0001] La présente invention a pour objet un pneumatique sans air, destiné à équiper un véhicule d’exploration extra-terrestre, prévu pour se déplacer, par exemple, sur la lune ou sur la planète Mars, dans une ambiance pouvant atteindre de très basses températures, typiquement comprises dans l’intervalle [-243°C ; +53°C], telles que mesurées au pôle Sud de la lune.
[0002] Un pneumatique conventionnel, soumis à la pression interne d’un gaz de gonflage, généralement de l’air, ou un bandage plein classique ne sont pas adaptés à un tel usage, car les matériaux usuels à base de caoutchouc qui les constituent ont des propriétés mécaniques incompatibles avec une utilisation dans une ambiance pouvant atteindre de très basses températures, appelées également températures cryogéniques.
[0003] Des roues en métal ont été réalisées pour équiper des véhicules extra-terrestres. Mais de telles roues métalliques présentent les inconvénients d’avoir une rigidité verticale non linéaire, c’est-à-dire constante sur une plage de fonctionnement restreinte et évoluant rapidement jusqu’à une rupture de rigidité lorsque la charge maximum est atteinte, d’avoir une masse élevée et d’avoir une endurance limitée, ce qui est pénalisant pour un usage long.
[0004] Par ailleurs il est connu d’avoir, comme solution technique alternative à un pneumatique conventionnel, un pneumatique sans air, ou plus généralement un pneumatique sans gaz de gonflage, qui porte la charge grâce à des composants structurels et qui a des performances comparables à celles d’un pneumatique conventionnel. Un pneumatique sans air, monté sur un moyeu ou une jante, est parfois appelé « roue élastique non pneumatique ». Un tel pneumatique sans air a été décrit, à titre d’exemples, dans les documents WO 2003018332A1, FR 2964597, WO 2012102932A1, WO 2018101937A1, WO 2018102303A1, WO 2018102560A1, WO 2018125186A1.
[0005] Dans ce qui suit, la direction circonférentielle ou longitudinale désigne la direction de rotation du pneumatique, la direction axiale ou transversale désigne la direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et la direction radiale désigne une direction perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique. [0006] Un pneumatique sans air comprend généralement, radialement de l’intérieur vers l’extérieur :
-une structure porteuse, destinée à porter structurellement au moins en partie la charge et à coopérer avec une jante ou un moyeu,
-une bande de cisaillement, destinée à transmettre par cisaillement les efforts de roulage à la structure porteuse et à contribuer au moins en partie au port de la charge,
-et une bande de roulement, destinée à transmettre à la bande de cisaillement les efforts de roulage, à être usée et à garantir l’adhérence du pneumatique sur un sol.
[0007] La structure porteuse comprend, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, des moyens de connexion avec une jante ou un moyeu, des éléments radiaux ou rayons, et des moyens de connexion avec une bande de cisaillement. Toutefois la structure porteuse ne délimite généralement pas une cavité interne étanche destinée à contenir un gaz sous pression, comme dans un pneumatique conventionnel. Par conséquent un pneumatique sans air n’a pas besoin d’avoir une liaison étanche par rapport à une jante ou un moyeu.
[0008] La bande de cisaillement comprend, dans un mode de réalisation connu, radialement de l’intérieur vers l’extérieur :
-une première membrane intérieure,
-une couche de cisaillement constituée par un ou plusieurs matériaux polymériques, -une deuxième membrane extérieure.
[0009] Dans le mode de réalisation précédemment décrit, la première et la deuxième membrane ont un module d'élasticité en extension circonférentielle souvent sensiblement supérieur au module d'élasticité en cisaillement de la couche de cisaillement en matériau polymérique, de telle sorte que, sous la charge appliquée, les membranes ne s’allongent pas ou peu lors de la mise à plat du pneumatique en roulage. Le déplacement relatif des membranes Tune par rapport à l’autre se produit par cisaillement dans la couche de cisaillement. Dans un mode de réalisation préféré, les membranes respectivement intérieure et extérieure comprennent des couches superposées de renforts enrobés dans un matériau polymérique.
[0010] La couche de cisaillement en matériau polymérique est constituée, à titre d’exemples, d'un matériau polymérique, tel qu’un caoutchouc naturel ou un caoutchouc synthétique, ou d’un polyuréthane. Typiquement, le matériau de la couche de cisaillement a un module de cisaillement au moins égal à 3 MPa et au plus égal à 20 MPa, ce qui permet une mise à plat facilitée de la bande de cisaillement sous charge.
[0011] La société Michelin North America a commercialisé, depuis plusieurs années, un ensemble monté, constitué d’un pneumatique sans air, tel que précédemment décrit, et d’une roue, sous l’appellation MICHELIN® TWEEL®. Cette solution technique comprend principalement une bande de roulement, une bande de cisaillement (en anglais, « shearband »), une structure porteuse, constituée de rayons (en anglais, « spokes ») hautement résistants en poly-résine et un moyeu constitué de deux pièces en acier renforcé.
[0012] Toutefois, dans des applications à très basses températures, les matériaux polymériques usuels, constitutifs d’un pneumatique sans air, sont incompatibles avec la plage de températures spécifiée. En outre, les matériaux polymériques usuels, utilisés, en particulier, pour la bande de cisaillement, ont des niveaux de rigidités qui vont générer des pressions de contact élevées, impliquant un risque d’enfoncement du pneumatique dans un sol meuble (comme sur la lune), et générer une résistance au roulement élevée, impliquant une forte consommation en énergie, pénalisante vis-à-vis de l’autonomie énergétique du véhicule extra-terrestre.
[0013] Les inventeurs se sont donnés pour objectif de concevoir un pneumatique sans air, tel que précédemment décrit, pouvant rouler dans un environnement extra-terrestre, à de très basses températures, typiquement comprises dans l’intervalle [-243°C ; +53°C], et sur des sols de diverses natures, pouvant être sableux ou caillouteux.
[0014] Cet objectif a été atteint par un pneumatique sans air pour un véhicule, comprenant, radial ement de l’intérieur vers l’extérieur, une structure porteuse , destinée à coopérer avec une jante ou un moyeu, une bande de cisaillement et une bande de roulement,
-la bande de cisaillement comprenant, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, une membrane radialement intérieure, une structure de cisaillement et une membrane radialement extérieure,
-la structure porteuse, la bande de cisaillement et la bande de roulement étant constituées chacune par au moins un matériau, -l’au moins un matériau constituant la structure porteuse, la bande de cisaillement et la bande de roulement ayant les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
-un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à -196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa,
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à - 196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa.
[0015] Pour permettre à un pneumatique sans air de rouler dans un environnement extraterrestre pouvant atteindre de très basses températures, typiquement dans l’intervalle [- 243°C ; +53°C], et sur des sols de diverses natures, pouvant être sableux ou caillouteux, les inventeurs ont été conduits à sélectionner des matériaux ayant, de façon essentielle, un module de Young en traction E et une contrainte maximale en traction Sm compris dans des intervalles spécifiques à la fois à température ambiante, prise égale à 20°C, et à très basse température, prise égale à -196°C.
[0016] Le module de Young en traction E et la contrainte maximale en traction Sm sont mesurées sur une courbe de traction « contrainte - allongement », établie à partir d’un essai de traction réalisée sur une éprouvette normalisée, conformément à la norme ASTM D638 (« Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics » : Méthode de test standard pour les propriétés en traction des plastiques), élaborée par l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International. L’éprouvette normalisée a une longueur égale à 84 mm et une épaisseur égale à 2 mm, et comprend une striction ayant une longueur égale à 25 mm et une largeur égale à 4 mm. La vitesse de traction appliquée à l’éprouvette est égale à 500 mm/mn. Le module de Young en traction E est un module tangent mesurée à faible déformation.
[0017] Le module de Young en traction E conditionne les rigidités et la capacité de charge du pneumatique sans air, aux températures d’utilisation visées. La contrainte maximale en traction Sm conditionne l’endurance du pneumatique sans air, aux températures d’utilisation visées. [0018] Par conséquent les inventeurs ont choisi des matériaux dont les caractéristiques mécaniques précitées permettent de garantir un compromis satisfaisant entre la capacité de charge et l’endurance requises pour le pneumatique sans air dans les conditions d’usage visées. Le pneumatique sans air doit être capable de porter une charge typiquement comprise entre 16 et 160 daN, et est destiné à être monté sur un véhicule pouvant se déplacer typiquement jusqu’à une vitesse maximale égale à 20 km/h.
[0019] Préférentiellement l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse, de la bande de cisaillement et de la bande de roulement est un matériau polymérique thermoplastique hautes performances. Ce type de matériau, très performant à température ambiante, est connu pour conserver de bonnes propriétés mécaniques, en termes de résistance mécanique et de rigidité, à de hautes températures, typiquement au moins égales à 150°C. Dans le contexte de la présente invention, les inventeurs ont mis en évidence, de façon surprenante, qu’un tel matériau polymérique thermoplastique hautes performances permet également d’atteindre un compromis satisfaisant entre une rigidité de structure élevée, une endurance élevée et une masse faible du pneumatique sans air, à de très basses températures cryogéniques, comme le montrent les mesures réalisées à -196°C.
[0020] Selon un premier mode de réalisation avantageux, l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse, de la bande de cisaillement et de la bande de roulement est un polyaryléthercétone (PAEK). Le terme générique « polyaryléthercétones » (PAEK) désigne une famille de polymères techniques à propriétés thermomécaniques élevées, en particulier à haute température. Un polyaryléthercétone, tel que, par exemple, le matériau Victrex AM200™, commercialisé par la société Victrex®, est, en particulier, facile à mettre en œuvre et présente de bonnes caractéristiques mécaniques à très basse température, comme le montre le tableau 1 du présent document.
[0021] Selon un deuxième mode de réalisation avantageux, l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse, de la bande de cisaillement et de la bande de roulement est un polyétheréthercétone (PEEK). Un polyétheréthercétone est un matériau polymérique thermoplastique appartenant à la famille des polyaryléthercétones. Un polyétheréthercétone, tel que, par exemple, les matériaux Victrex CT 100™ et Victrex 450G™, commercialisés par la société Victrex®, ont les caractéristiques mécaniques requises, en particulier aux températures cryogéniques. [0022] Selon un troisième mode de réalisation avantageux, l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse, de la bande de cisaillement et de la bande de roulement est un polyimide (PI). Un polyimide, tel que, par exemple, le matériau Aurum PL500A™, a d’excellentes caractéristiques mécaniques aux températures cryogéniques, mais est plus difficile à mettre en œuvre qu’un polyétheréthercétone, tel que le matériau Victrex CT 100™.
[0023] Selon un quatrième mode de réalisation avantageux, Tau moins un matériau constitutif de la structure porteuse, de la bande de cisaillement et de la bande de roulement est un polyetherimide (PEI). Un polyetherimide tel que, par exemple, le matériau Ultem 1010™, a des propriétés mécaniques comparables à celles d’un polyétheréthercétone, tel que le matériau Victrex CT 100™ avec toutefois un plus faible allongement à rupture. Il présente l’avantage d’être plus économique.
[0024] Préférentiellement la structure porteuse, la bande de cisaillement et la bande de roulement sont constituées chacune par le même matériau. Un matériau identique pour l’ensemble des constituants d’un pneumatique sans air simplifie la fabrication et permet une adhésion facilitée entre les différents constituants.
[0025] Encore préférentiellement la structure de cisaillement est constituée par une pluralité d’éléments de cisaillement répartis circonférentiellement. Une telle structure de cisaillement discrète présente l’avantage d’être plus légère qu’une structure de cisaillement continue. De plus ses rigidités peuvent être plus finement optimisées.
[0026] Un deuxième objet de l’invention est une roue comprenant un pneumatique sans air tel que précédemment décrit, monté sur une jante.
[0027] L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un pneumatique sans air tel que précédemment décrit et comprenant, radial ement de l’intérieur vers l’extérieur, une structure porteuse, une bande de cisaillement et une bande de roulement constituées par au moins un matériau polymérique thermoplastique hautes performances.
[0028] Un premier procédé de fabrication d’un pneumatique sans air met en œuvre une technologie par injection. Un tel procédé de fabrication par injection consiste à injecter le ou les matériaux constitutifs du pneumatique sans air dans un moule. [0029] Un deuxième procédé de fabrication d’un pneumatique sans air met en œuvre une technologie de fabrication additive. Un procédé de fabrication additive met en œuvre une machine d’impression tridimensionnelle déposant un matériau d’impression malléable en couches successives, au moyen d’une buse. Une telle machine d’impression tridimensionnelle comprend généralement une chambre qui forme une enceinte délimitée par une paroi, et à l’intérieur de laquelle se trouve un plateau destiné à soutenir une pièce en cours d’impression, ainsi qu’une buse permettant d’amener le matériau constitutif de ladite pièce. Pour pouvoir générer la forme de la pièce, il est prévu des systèmes d’entraînement comprenant un ascenseur pour déplacer ou le plateau ou la buse verticalement, et des tables de translation croisées l’une par rapport à l’autre pour piloter horizontalement, soit le plateau, soit la buse chargée de délivrer le matériau constitutif de la pièce.
[0030] Une première variante du procédé de fabrication par mise en œuvre d’une technologie par injection ou d’une technologie par fabrication additive comprend une unique étape de fabrication du pneumatique constitué par une pièce unitaire.
[0031] Une deuxième variante du procédé de fabrication par mise en œuvre d’une technologie par injection ou d’une technologie par fabrication additive comprend successivement une étape de fabrication de pièces élémentaires, constitutives du pneumatique sans air, et une étape d’assemblage desdites pièces élémentaires.
[0032] Préférentiellement le procédé de fabrication, comprenant une étape de fabrication de pièces élémentaires, comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets.
[0033] Selon une première variante de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets métalliques, de préférence en acier inoxydable ou en aluminium.
[0034] Selon une deuxième variante de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques.
[0035] Selon un premier mode de réalisation de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques unitaires, chauffés par conduction thermique ou électrique ou par chauffage ultra son, et écrasés.
[0036] Selon un deuxième mode de réalisation de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques regroupés en plaques, chauffées par conduction thermique ou électrique ou par chauffage ultra son, et écrasées.
[0037] Avantageusement le procédé de fabrication, comprenant une étape de fabrication de pièces élémentaires, comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par collage.
[0038] Selon une première variante de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par collage, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par collage au moyen d’une colle thermoplastique de même nature que le matériau thermoplastique hautes performances d’une des deux pièces élémentaires destinées à être assemblées entre elles.
[0039] Selon une deuxième variante de l’étape d’assemblage des pièces élémentaires par collage, le procédé de fabrication comprend une étape d’assemblage des pièces élémentaires par collage au moyen d’une colle polymérique, de préférence une colle époxy.
[0040] Un exemple de pneumatique sans air selon l’invention est illustré par la figure 1.
[0041] La figure 1 est une vue d’ensemble en perspective d’un pneumatique sans air 1 pour un véhicule, comprenant, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, une structure porteuse 2, destinée à coopérer avec une jante ou un moyeu 3, une bande de cisaillement 4 et une bande de roulement 6. La bande de cisaillement 4 comprend, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, une membrane radialement intérieure 41, une structure de cisaillement 40 et une membrane radialement extérieure 42. Dans le mode de réalisation représenté, la structure de cisaillement 40 est constituée par une pluralité d’éléments de cisaillement 5 répartis circonférentiellement. La structure porteuse 2, la bande de cisaillement 4 et la bande de roulement 6 sont constituées chacune par un matériau polymérique thermoplastique hautes performances unique, identique pour chacun des composants précédemment cités. Dans le cas présent, le pneumatique sans air 1 est obtenu par un procédé de fabrication mettant en œuvre une technologie de fabrication additive.
[0042] Les inventeurs ont étudié plusieurs matériaux polymériques thermoplastiques hautes performances, dont les propriétés mécaniques, satisfaisant les critères de l’invention, sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous :
[Tableau 1]
[0043] Le matériau Victrex CT 100™, de type PEEK, est considéré comme particulièrement intéressant pour la réalisation d’un pneumatique sans air, destiné à équiper un véhicule d’exploration extra-terrestre, prévu pour se déplacer, par exemple, sur la lune ou sur la planète Mars, jusqu’à de très basses températures pouvant atteindre, à titre d’exemple, -243°C. Ce matériau a l’avantage d’avoir à la fois un module de Young en traction E élevé (7 GPa), garantissant une rigidité satisfaisante, et une contrainte maximale en traction Sm élevée (252 MPa), garantissant une endurance satisfaisante, à très basse température (-196°C).

Claims

Revendications neumatique sans air (1) pour un véhicule, comprenant, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, une structure porteuse (2) , destinée à coopérer avec une jante ou un moyeu (3), une bande de cisaillement (4) et une bande de roulement (6), -la bande de cisaillement (4) comprenant, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, une membrane radialement intérieure (41), une structure de cisaillement (40) et une membrane radialement extérieure (42),
-la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (4) et la bande de roulement (6) étant constituées chacune par au moins un matériau, caractérisé en ce que l’au moins un matériau constituant la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (4) et la bande de roulement (6) a les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ ASTM
(« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
- module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à -196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa,
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à -196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa. Pneumatique sans air (1) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse (2), de la bande de cisaillement (4) et de la bande de roulement (6) est un matériau polymérique thermoplastique hautes performances. Pneumatique sans air (1) selon la revendication 2, dans lequel Tau moins un matériau constitutif de la structure porteuse (2), de la bande de cisaillement (4) et de la bande de roulement (6) est un polyaryléthercétone (PAEK). Pneumatique sans air (1) selon la revendication 3, dans lequel l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse (2), de la bande de cisaillement (4) et de la bande de roulement (6) est un polyétheréthercétone (PEEK). Pneumatique sans air (1) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse (2), de la bande de cisaillement (4) et de la bande de roulement (6) est un polyimide (PI). Pneumatique sans air (1) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un matériau constitutif de la structure porteuse (2), de la bande de cisaillement (4) et de la bande de roulement (6) est un polyetherimide (PEI). Pneumatique sans air (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (4) et la bande de roulement (6) sont constituées chacune par le même matériau. Pneumatique sans air (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la structure de cisaillement (40) est constituée par une pluralité d’éléments de cisaillement (5) répartis circonférentiellement. Roue comprenant un pneumatique sans air selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 monté sur une jante. Procédé de fabrication d’un pneumatique sans air (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, mettant en œuvre une technologie de fabrication additive. Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant une unique étape de fabrication du pneumatique constitué par une pièce unitaire. Procédé de fabrication selon la revendication 10, comprenant successivement une étape de fabrication de pièces élémentaires, constitutives du pneumatique sans air, et une étape d’assemblage desdites pièces élémentaires. Procédé de fabrication selon la revendication 12, comprenant une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets. Procédé de fabrication selon la revendication 13, comprenant une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques. Procédé de fabrication selon la revendication 14, comprenant une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques unitaires, chauffés par conduction thermique ou électrique ou par chauffage ultra son, et écrasés. Procédé de fabrication selon la revendication 14, comprenant une étape d’assemblage des pièces élémentaires par rivets en matériaux polymériques thermoplastiques regroupés en plaques, chauffées par conduction thermique ou électrique ou par chauffage ultra son, et écrasées.
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