La présente invention concerne un nouveau type d'enveloppe de roue pour les véhicules automobiles ou tractés.
Depuis l'invention de la roue, plusieurs solutions ont été développées, visant à protéger les roues des véhicules contre les agressions du terrain où ils évoluent, tout en améliorant la sécurité et le confort des éventuels passagers et en abaissant le niveau des nuisances sonores, provoquées par le fonctionnement même desdites roues percutant les obstacles qu'elles rencontrent. Les solutions couramment développées ont toujours consisté à doter la roue d'une enveloppe de protection.
La dernière grande évolution en date est la technique, aujourd'hui généralisée, de l'enveloppe pneumatique radiale. Les enveloppes pneumatiques radiales, désormais montées sans chambre à air, ont atteint un très haut niveau de longévité, d'adhérence, de confort, alors que les nuisances sonores imputables à la roue ont été considérablement réduites.
Reste toutefois le problème de la crevaison. Il est inhérent à une enveloppe pneumatique, c'est-à-dire gonflée avec un gaz sous pression. Il implique une surveillance de la pression de gonflage et, le plus souvent, la présence d'une roue de secours et donc d'un emplacement pour loger ladite roue dans le véhicule. De nombreux dispositifs ont été proposés soit pour surveiller la pression des enveloppes pneumatiques des roues, aujourd'hui appelées pneus, soit pour tenter d'éliminer la roue de secours. On peut dire, qu'à ce jour, aucun d'eux ne connaît, ou n'a connu, un réel développement. Les problèmes posés par la toujours possible crevaison, et ceux relatifs à la roue de secours et à son logement, restent pour ainsi dire entiers et non encore bien résolus de façon économique et efficace pour l'utilisateur.
Des solutions connues existent toutefois pour apporter une réponse définitive au problème de la crevaison, ou plus généralement au problème de la mise à plat, par exemple par fuite lente de la valve.
Ces solutions consistent notamment à augmenter la rigidité de la ceinture inextensible qui supporte la bande de roulement permettant ainsi à l'enveloppe de devenir auto-porteuse, c'est-à-dire de porter la charge sans l'aide de la pression de gonflage. Elles sont décrites dans les brevets ou demandes de brevet d'invention W001/42033 A1, UK35662/77, US4673014, US4241775 et US4456048, lesquelles complètent des inventions beaucoup plus anciennes, parmi lesquelles les brevets US1502908 de 1923 et FR1041576 de 1950.
In fine, toutes ces inventions permettent à l'enveloppe de roue de supporter la charge du véhicule, sans l'obligation d'être gonflée, ce qui élimine de facto les problèmes inhérents à la crevaison. L'enveloppe de roue devient donc une enveloppe non pneumatique, le terme pneumatique impliquant qu'elle soit gonflée. Une telle enveloppe non pneumatique permet, entre autres évolutions, la suppression de la roue de secours.
Tout ceci a été largement développé dans trois demandes de brevet précédentes : n[deg] 0211402 du 12 septembre 2002, n[deg]0213782 du 31 octobre 2002 et n[deg] 0303662 du 20 mars 2003, notamment en ce qui concerne l'architecture de la ceinture inextensible, dite aussi pièce annulaire, qui supporte la bande de roulement d'une enveloppe non pneumatique selon l'invention, le dessin de la jante et l'architecture de liaison de l'enveloppe non pneumatique à ladite jante, la roue comprenant le plus souvent, en sus de l'enveloppe non pneumatique et de la jante sur laquelle l'enveloppe est fixée, un disque, solidaire de ladite jante et solidaire du moyeu du véhicule concerné. Le disque est destiné à positionner la roue sur ledit moyeu et à lui transmettre les efforts nés dans l'interface entre l'enveloppe non pneumatique et le sol où se déplace le véhicule.
L'objet de la présente invention est une roue dotée d'une enveloppe non pneumatique ayant un nouveau type d'architecture permettant, selon l'invention, d'en augmenter la performance, notamment en ce qui concerne la résistance à l'avancement et la capacité de charge.
Cette invention constitue un perfectionnement des inventions décrites dans deux précédentes demandes de brevet déjà citées, n[deg] 0211402 du 12 septembre 2002 et n[deg]0213782 du 31 octobre 2002.
La surface extérieure de la bande de roulement de l'enveloppe non pneumatique, selon lesdites demandes de brevet, est une surface de révolution d'aspect général sensiblement cylindrique ou torique, d'axe de symétrie confondu avec l'axe de rotation de ladite roue. Cette surface extérieure, celle la plus éloignée dudit axe de rotation, est destinée à rouler sur le sol. Sa largeur, dimension de ladite bande de roulement mesurée sensiblement parallèlement à son axe de rotation, est suffisante pour que les efforts de contact avec le sol soient répartis sur une surface assez grande et engendrent ainsi des contraintes supportables par les matériaux constituant ladite bande.Elle est, le plus souvent, sculptée, c'est-à-dire dotée de sculptures destinées à améliorer l'adhérence au sol et le comportement du véhicule, à limiter son usure au cours de l'utilisation et à amoindrir les nuisances sonores générées par le roulage de ladite roue selon l'invention. Le plan, perpendiculaire à l'axe de rotation et passant sensiblement par le milieu de la largeur de la bande de roulement, est appelé plan médian de la roue dans la suite du texte. A noter que ce plan médian n'est pas obligatoirement un plan de symétrie de l'ensemble.
La surface intérieure de la bande de roulement est séparée de ladite surface extérieure par l'épaisseur de ladite bande, la surface intérieure étant plus proche de l'axe de rotation que la surface extérieure.
La bande de roulement est reliée, par sa surface intérieure, à une pièce annulaire, appelée aussi ceinture de l'enveloppe, sensiblement cylindrique ou torique, d'axe de symétrie sensiblement confondu avec l'axe de rotation de la roue. La liaison entre ladite pièce annulaire et la surface intérieure de la bande de roulement peut être directe, ladite face intérieure de la bande de roulement étant alors collée sur la face extérieure de la pièce annulaire, c'est-à-dire sur la face de la pièce annulaire la plus éloignée de l'axe. La liaison entre ladite pièce annulaire et la surface intérieure de la bande de roulement peut aussi être indirecte, un élément de liaison, le plus souvent un mélange d'élastomères à faible hystérésis, étant alors interposé entre ladite face intérieure de la bande de roulement et la face extérieure de ladite pièce annulaire.
La pièce annulaire de l'enveloppe non pneumatique, selon lesdites demandes de brevet, est reliée à la jante, dont le diamètre hors tout est inférieur à celui de la face intérieure de ladite pièce, par deux flans réalisés dans un matériau souple, situés de part et d'autre du plan médian, le flan visible, lorsque la roue selon l'invention est montée sur le véhicule concerné, étant appelé flan extérieur, l'autre flan étant le flan dit intérieur.
Les liaisons des flans à la pièce annulaire sont le plus souvent réalisées par collage, la zone desdits flans collée sur ladite pièce faisant dès lors partie intégrante de celle-ci et participant à sa rigidité. Lesdites liaisons peuvent aussi être réalisées par des moyens mécaniques.
La pièce annulaire, ainsi reliée à la jante par les deux flans, reprend les efforts de contact avec le sol, supportés par la bande de roulement, et les transmet à la jante par le biais des flans. Sous l'effet desdits efforts, la pièce annulaire et les flans se déforment.
La présente demande de brevet concerne plus précisément des réalisations avantageuses et originales de la pièce annulaire et des flans qui, utilisées simultanément, permettent une augmentation de la performance de l'enveloppe non pneumatique selon l'invention.
Il est notable que la déformation de la pièce annulaire est plus importante lorsque les flans sont radiaux , c'est-à-dire constitués d'une nappe de tissu, dite radiale, de câbles métalliques ou de textile sensiblement disposés dans des demiplans méridiens, c'est-à-dire passant par l'axe de rotation de la roue, que dans le cas où lesdits flans sont croisés , c'est-à-dire sont constitués d'au moins deux nappes de tissu de câbles, sensiblement parallèles entre eux, dont les chaînes, orientées différemment, se croisent, les câbles de chacun des tissus considérés, radiaux ou croisés, étant éventuellement reliés entre eux par un mélange à base d'élastomères.A noter que la quantité de câbles utilisée dans les flans croisés, pour une même capacité de charge, est le plus souvent très inférieure à celle nécessaire à la réalisation des flans radiaux. Il résulte de ces observations que, toutes choses égales par ailleurs, les enveloppes non pneumatiques réalisées avec des flans radiaux ont une capacité de charge inférieure à celles qui sont dotées de flans croisés.
Il est aussi notable et connu que dans le cas où les câbles desdits tissus sont reliés entre eux par un mélange à base d'élastomères, les pertes énergétiques de l'enveloppe non pneumatique concernée en fonctionnement, c'est-à-dire en rotation sous charge, dues à l'hystérésis dudit mélange, sont notablement plus importantes avec des flans dits croisés, qu'avec des flans dits radiaux.Ce phénomène se traduit pratiquement par une résistance à l'avancement plus élevée dans le cas des flans dits croisés, qu'avec des flans dits radiaux, la résistance à l'avancement étant la force qu'il faut appliquer au niveau du moyeu de la roue pour simplement faire tourner ladite roue dans des conditions de charge définies, observation faite que cette force est entièrement dissipée sous forme de chaleur, donc en pures pertes énergétiques, à cause desdits phénomènes d'hystérésis, lesquels, d'ailleurs, ne concernent pas seulement les flans mais l'ensemble de l'enveloppe non pneumatique.A noter qu'avec des flans dits croisés, dans le cas de l'enveloppe non pneumatique, les pertes énergétiques générées par le mélange d'élastomères reliant entre elles les nappes de tissu calandrées dont les chaînes sont orientées différemment, sont très élevées, et que dans certains cas, réduire sensiblement ou annuler seulement cette portion des pertes peut se révéler être une augmentation suffisante du niveau de performance pour les applications concernées. A noter qu'un tissu ou une nappe sont dits calandrés si les câbles les constituant sont reliés entre eux par un mélange d'élastomères. Le terme calandré provient de la méthode de réalisation, sur une calandre, d'un tel tissu ou d'une telle nappe.
L'invention consiste à simultanément modifier la pièce annulaire, pour en accroître judicieusement la rigidité, et les flans souples pour en diminuer l'hystérésis, de telle sorte que la performance globale de l'enveloppe non pneumatique se trouve sensiblement accrue, tant en terme de capacité de charge qu'en terme de résistance à l'avancement.
La pièce annulaire, dite ceinture de l'enveloppe, est principalement caractérisée par son rayon, par sa section, c'est-à-dire la surface qu'elle occupe sur une coupe de l'enveloppe non pneumatique par un demi-plan méridien, c'est-à-dire un demi-plan contenant l'axe de rotation de la roue, et par sa rigidité en flexion. Celle-ci, pour un rayon donné, est généralement évaluée par la somme des produits de chacun des moments d'inertie des différentes zones de ladite section, calculés par rapport à un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation et le plus voisin possible de sa fibre neutre en flexion, par le module de Young en flexion de la zone considérée, la fibre neutre en flexion étant la ligne sur laquelle les contraintes engendrées par une mise en flexion de ladite pièce annulaire sont nulles.Par exemple, pour une pièce annulaire de rayon (r) et de section rectangulaire, de largeur (b), d'épaisseur (h), réalisée dans un matériau homogène de module de Young (E), la rigidité en flexion sera caractérisée par le produit [( /4) -(2/ )].E.b.h /(12r ). Pratiquement, la rigidité en flexion de la ceinture ou pièce annulaire peut être mesurée ou calculée en prenant en compte les différents matériaux et renforts la composant.Elle se définit, pour une ceinture libre, c'est-à-dire non reliée à la jante, les flans souples ayant été par exemple coupés au ras de ladite ceinture, comme le rapport entre la valeur absolue des deux efforts égaux et opposés appliqués sur ladite ceinture, sur un même diamètre, en direction de son centre, et la diminution obtenue dudit diamètre à l'équilibre, la mesure ou le calcul étant conduits à un niveau desdits efforts tel que la diminution dudit diamètre est de quelques centièmes de sa valeur initiale.
Selon l'invention, l'adjonction sur la pièce annulaire, dite ceinture de l'enveloppe, de deux renforts circulaires, représentant au total une augmentation de la rigidité en flexion d'au moins 10%, chacun d'eux disposé près de la zone de liaison d'un des deux flans souples avec ladite pièce annulaire, permet d'en accroître sensiblement la capacité de charge, sans pénaliser sa capacité à se déformer localement, par exemple lors du franchissement d'un obstacle posé sur la chaussée sur laquelle roule le véhicule concerné. Cette adjonction permet, par exemple, dans certains cas, d'utiliser des flans radiaux au lieu de flans croisés, diminuant ainsi sensiblement la résistance au roulement.
Selon l'invention, cette adjonction de renforts circulaires est toutefois le plus souvent combinée avec un perfectionnement des flans souples, lequel perfectionnement consiste à éviter au maximum les phénomènes d'échauffement liés à l'hystérésis des mélanges d'élastomères. Le fonctionnement desdits flans souples mérite d'être analysé pour bien comprendre en quoi consiste ledit perfectionnement. Il faut pour cela, d'abord, se référer à la situation des enveloppes pneumatiques standards, c'est-à-dire gonflées avec de l'air sous pression. Dans ce cas, les flans remplissent deux missions distinctes: ils constituent d'abord les parois d'un réservoir sous pression et servent, parallèlement, à transmettre les efforts, générés dans l'aire de contact du pneumatique sur le sol, à la jante.Pour remplir le rôle de parois d'un réservoir sous pression, les flans des pneumatiques sont renforcés avec des câbles métalliques ou de textile, lesquels câbles sont toujours reliés entre eux par des ponts d'un mélange d'élastomères, destinés à assurer l'étanchéité dudit réservoir, une couche encore plus étanche, le plus souvent d'un mélange halogéné, recouvrant généralement l'intérieur dudit réservoir. A l'extérieur, une couche d'un mélange adapté, dite couche extérieure, protège chacun des flans des agressions chimiques et mécaniques auxquelles les enveloppes pneumatiques des roues sont ordinairement soumises. Il faut donc retenir que dans le cas d'une enveloppe pneumatique classique, les liaisons entre les câbles sont inhérentes à l'existence de la pression de gonflage.
Ceci, évidemment, n'est plus nécessaire dans le cadre d'une enveloppe non pneumatique. Il suffira de protéger lesdits câbles des agressions extérieures, pour assurer leur pérennité dans le cas d'un usage normal de ladite enveloppe, observation faite que, dans ce cas, les matériaux constituant les flans sont soumis à des tensions circulaires dans la zone proche de l'aire de contact avec le sol alors que dans cette zone les tensions radiales sont nulles. Ceci permet d'expliquer la meilleure capacité de charge, toutes choses égales par ailleurs, ci-dessus évoquée, des enveloppes non pneumatiques réalisées avec des flans croisés en comparaison de celles dotées de flans radiaux.
La confection d'une enveloppe avec des tissus radiaux ou croisés non calandrés, c'est-à-dire sans liaison des câbles constituant lesdits tissus par un mélange d'élastomère, est tout à fait possible. Deux inconvénients peuvent toutefois apparaître : lors de la fabrication de l'enveloppe et plus probablement lors de la cuisson, lesdits tissus non calandrés vont se coller sur la couche protectrice extérieure, recréant le problème de liaison entre les câbles par un mélange d'élastomères que l'on cherche précisément à éviter. Le deuxième inconvénient est que les câbles nus, mis en tension par la charge transportée par l'enveloppe non pneumatique, et finalement soumis, dans certains cas, à des frottements mutuels périodiques du fait de la rotation, vont finir par s'user et se rompre. Il faut donc aussi éviter ce phénomène.D'où le perfectionnement apporté par l'invention : soit des couches d'un matériau à faible coefficient de frottement mais stable en température et assez inerte chimiquement, pour ne pas adhérer aux mélanges d'élastomères environnant, notamment pendant l'opération de cuisson, sont interposées entre les couches de tissus calandrés ou non, ou entre une couche de tissus et une couche d'un mélange d'élastomère, ou entre les câbles, susceptibles de frotter les uns sur les autres, soit chacun des câbles est recouvert d'une couche d'un tel matériau dans les zones de contact possible avec d'autres câbles ou avec d'autres éléments constitutifs de ladite roue selon l'invention.Dans certains cas, ledit matériau à faible coefficient de frottement mais stable en température et assez inerte chimiquement, sera une simple couche d'un lubrifiant pâteux ou fluide, présentant les caractéristiques requises. L'adjonction d'un tel matériau, entre les couches de tissus ou entre les câbles, permet d'éviter les deux inconvénients ci-dessus évoqués, et in fine, de faire transiter les efforts traversant la structure au maximum par les câbles la renforçant, sollicitant ainsi au minimum les mélanges d'élastomères dont l'hystérésis générait la plus grande partie des pertes énergétiques ci-dessus décrites.
Les exemples suivants de réalisation d'enveloppes non pneumatiques, selon l'invention, permettront d'en mieux comprendre la conception et le fonctionnement.
La Figure-1-A- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien, c'est-à-dire un plan passant par l'axe de rotation (100) de la roue, d'un exemple de réalisation de roue selon l'invention. Ledit exemple de roue est aussi conforme aux inventions décrites dans les demandes de brevet n[deg] 0211402 du 12 septembre 2002 et n[deg]0213782 du 31 octobre 2002. Il comporte une enveloppe non pneumatique (9), fixée sur une jante (10), laquelle est solidaire du moyeu (110) par le biais du disque (11), soudé sur ladite jante et lié au moyeu par les 4 vis (1100) dont une seule est visible sur la figure.L'enveloppe non pneumatique (9) est reliée à la jante par les deux bourrelets circulaires (391) et (392), respectivement en appui sur les rebords (103) et (303) et sur les sièges (101) et (1038) de la jante, le bourrelet extérieur (392), c'est-à-dire celui qui est visible lorsque la roue est montée sur le véhicule, et donc situé du même coté du plan médian (1000) que la vis (1100), étant doté d'un talon circulaire (37). Ledit talon maintient le bourrelet (392) en place grâce à la gorge circulaire (1037) dans laquelle il se trouve. Dans ledit exemple de roue, selon l'invention représenté sur la Figure-1-A-, les câbles (301) de renfort des flans (3), sont placés de façon radiale, c'est-à-dire qu'ils se trouvent sensiblement dans des plans méridiens et ne sont pas liés entre eux par un mélange d'élastomères.Lesdits câbles (301) sont de plus, selon l'invention, séparés du flan de protection extérieur (32) par une feuille de téflon (302) de 0.4mm d'épaisseur. Ils sont ancrés dans les bourrelets (391) et (392) par collage sur les anneaux (35), réalisés en polyamide renforcé par des fibres de verre disposées circulairement. Lesdits câbles sont ancrés sur la face extérieure (132) de la pièce annulaire (1) qu'ils enveloppent complètement, également par collage. A noter que la bande de roulement (93), dont la face extérieure (932) est destinée à être en contact avec le sol, est reliée à la face extérieure (132) de la pièce annulaire (1) par sa face intérieure (931), lesdits câbles (301) étant évidemment dans cette interface, mais seulement ici, reliés entre eux par le mélange d'élastomères constituant la bande de roulement (93).Ledit exemple de roue selon l'invention est aussi remarquable en ce que deux renforts circulaires (121), concentriques à la roue, sont respectivement disposés sur chacune des faces circulaires (133) et (134) de la pièce annulaire (1) et reliés à cette dernière par collage, observation faite que l'adjonction desdits renforts circulaires, réalisés, comme la pièce annulaire dans une résine de type polyamide renforcée avec des fibres d'aramide, augmente la rigidité en flexion de ladite pièce annulaire d'environ 75%, le module de Young desdits renforts circulaires étant d'environ 10 000 MPa (Méga Pascals = Newton/mm ), et celui de la pièce annulaire (1) d'environ 4 000 MPa.
La Figure-1-B- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien, c'est-à-dire un plan passant par l'axe de rotation (100) de la roue, d'un exemple de réalisation de roue selon l'invention. Il est voisin de celui de la Figure-1-A-, mais dans cet exemple, la pièce annulaire (1) et les renforts circulaires (121) sont réalisés dans le même matériau et constituent ensemble une seule et même pièce, réalisée en une seule opération, par injection. L'exemple de réalisation de la Figure-1-C- diffère de celui de la Figure-1-B- par le fait que le matériau constituant la pièce annulaire (1) et les renforts circulaires (121) a un module de Young beaucoup plus faible, la rigidité en flexion requise étant obtenue par des enroulements sensiblement circulaires (122) de fibres de carbone.
La Figure-2-A- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien d'un exemple de réalisation de roue selon l'invention. Comme celui de la Figure-1-A-, cet exemple de roue est aussi conforme aux inventions décrites dans les demandes de brevet n[deg] 0211402 du 12 septembre 2002 et n[deg]0213782 du 31 octobre 2002. Il présente quatre principales différences par rapport à celui de la Figure-1-A-.
Tout d'abord, dans cet exemple, la pièce annulaire (1) est, contrairement à celui de la Figure-1-A-, une pièce composite réalisée à partir d'anneaux (1212), coaxiaux avec la roue, juxtaposés de façon régulière, dont la section est sensiblement rectangulaire, réalisés dans une résine de type polyamide ou polyester, renforcés par des fibres de verre ou de carbone et reliés entre eux par deux nappes (1213) et (1214) de tissus calandrés, de câbles en fibres de polyester, disposés sensiblement dans des plans méridiens.
Ensuite, les deux renforts circulaires (121) sont chacun d'eux aussi composés de deux anneaux concentriques (1210) et (1211), les anneaux (1210) étant solidarisés de la pièce annulaire (1) par collage, simultanément sur les deux nappes (1213) et (1214), les anneaux (1211) n'étant collés que sur la nappe (1214).
De plus, les flans souples (3) sont réalisés dans deux nappes de tissus, dont la chaîne est composée de câbles (303) de textile parallèles entre eux, croisées et non calandrées, les angles de chacune des chaînes desdites nappes de tissus avec un plan méridien quelconque étant respectivement d'environ (+45[deg]) et (-45[deg]), observation faite que, comme indiqué sur le dessin de détail figurant sur ladite Figure-2-A-, dans les deux zones des flans (3), situées entre la pièce annulaire et la jante, lesdites nappes de tissus sont séparées par une mince feuille de téflon (302), et qu'une feuille similaire (302), toujours dans les mêmes zones, est interposée entre lesdites nappes de tissu croisées et le flan protecteur (32).A noter que dans la zone située entre la face intérieure (931) de la bande de roulement (93) et la face extérieure (132) de la pièce annulaire (1), les câbles (303) desdits tissus croisés sont reliés entre eux par un mélange d'élastomères et sont évidemment solidaires des deux faces (931) et (132). En fait, ils participent à la rigidité de la pièce annulaire. Les mêmes câbles (303) sont visibles sur le dessin de détail, dans la zone des flans souples (3), et dans cette zone, ils ne sont évidemment pas reliés entre eux par un mélange d'élastomères. A noter, que dans certains cas, les flans souples pourront évidemment contenir plus de deux nappes de tissus croisées entre elles avec les feuilles de téflon (302) correspondantes les séparant les unes des autres.
Enfin, les bourrelets (391) et (392) permettant l'ancrage de l'enveloppe non pneumatique sur la jante sont différents de ceux de la Figure-1-A-, alors que la jante (10) est sensiblement identique. Evidemment, dans les bourrelets (391) et (392), les câbles (303) desdits tissus croisés sont reliés entre eux par un mélange d'élastomères et sont évidemment solidaires desdits bourrelets dans lesquels ils sont ancrés par collage.
La Figure-2-B- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien d'un exemple de réalisation de roue selon l'invention de conception voisine de celle de la Figure-2-A- précédemment décrite. La conception et la réalisation des flans souples (3), celle des bourrelets (391) et (392) et celle de la jante (10), d'axe de rotation (100), sont identiques à l'exemple de la Figure-2-A-. Par contre, si la conception de la pièce annulaire (1) est, elle aussi, la même, la réalisation est différente: les anneaux (1212) de la Figure-2-A- sont remplacés par un fil tréfilé d'acier (1217), à haute limite d'élasticité, de diamètre voisin de 2.0 mm, enroulé selon une hélice coaxiale à la roue et dont le pas est adapté pour obtenir localement la rigidité requise.Aux deux extrémités de ladite hélice, c'est-à-dire dans les deux zones de celle-ci les plus éloignées du plan médian (1000) et près des liaisons entre la pièce annulaire et les deux flans souples, le pas de l'hélice est réduit et l'enroulement est agencé de façon à obtenir en fait deux doubles hélices (1215) constituant les deux renforts circulaires (121) selon l'invention. Deux nappes de tissu (1213) et (1214), constituées de câbles de textile sensiblement parallèles à l'axe.de rotation (100), collées sur le fil (1217), maintiennent en place les éléments de la ceinture de cet exemple d'enveloppe non pneumatique selon l'invention.Un profilé circulaire (1216) d'un mélange d'élastomères est interposé entre chacun des renforts circulaires (121) et le flan souple (3) correspondant, dans la zone d'ancrage de ce dernier sur la ceinture de ladite enveloppe non pneumatique (9). Il sert à positionner correctement ledit flan tout en le protégeant d'une usure prématurée par frottements répétitifs sur ledit renfort circulaire (121).
La Figure-3-A- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien d'un autre exemple de réalisation de roue selon l'invention. Dans cet exemple, les flans (3), les bourrelets (391) et (392), la jante (10) d'axe de rotation (100) sont identiques à ceux de la Figure-2-A-. Par contre, l'architecture de la ceinture est très différente. Celle-ci est constituée d'une première nappe (721), dite nappe à zéro degré, réalisée avec un câble métallique enroulé en une hélice d'axe (100) et de pas adapté pour obtenir une nappe dont le module de Young mesuré dans le sens circulaire, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe (100), est supérieur à 20000MPa, un mélange d'élastomères remplissant l'espace entre les spires de l'hélice, l'épaisseur de la nappe, considérée pour le calcul du module de Young, étant égale au diamètre du câble utilisé.La bande de roulement (93) est collée, par sa face intérieure (931), la face la plus proche de l'axe de rotation (100), directement sur la face extérieure (132) de ladite nappe (721), laquelle face (132) est aussi la face extérieure de la ceinture ou pièce annulaire (1). L'autre face (1320), dite face intérieure de ladite nappe (721), est collée sur la face extérieure d'une nappe calandrée (720) de tissu de câbles de textile, disposés sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (100). Entre ladite nappe (720) et la nappe (3010) constituant en fait l'ancrage des flans souples (3) dans la ceinture de l'enveloppe, et leur prolongement dans cette zone, ladite nappe (3010) participant à la rigidité de ladite ceinture et se trouvant plus près de l'axe (100) que la nappe (720), est interposée une couche d'environ 2 mm d'un mélange d'élastomère à faible hystérésis.Plus près de l'axe (100), collée sur la nappe (3010), est disposée une autre nappe (723), réalisée avec un câble de textile, par exemple d'aramide ou de polyester naphtalate, enroulé en une hélice d'axe (100) et de pas adapté pour obtenir une nappe dont le module de Young, mesuré dans le sens circulaire, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe (100), est supérieur à 2000MPa, un mélange d'élastomères remplissant l'espace entre les spires de l'hélice, l'épaisseur de la nappe considérée pour le calcul du module de Young étant égale au diamètre du câble utilisé. Corrélativement et selon l'invention, deux renforts circulaires (121), concentriques à la roue, sont respectivement disposés aux extrémités de ladite nappe (723), c'est-à-dire proches des zones de celles-ci les plus éloignées du plan médian (1000).Ici encore, un profilé circulaire (1216) d'un mélange d'élastomères est interposé entre chacun des renforts circulaires (121) et le flan souple (3) correspondant dans la zone d'ancrage de ce dernier sur la ceinture de ladite enveloppe non pneumatique (9). L'avantage d'une telle architecture est qu'en usage, elle est peu génératrice de chaleur car elle sollicite peu les mélanges d'élastomère dont l'hystérésis est toujours trop élevée, tout en conservant une capacité de déformation importante, notamment lors du franchissement d'obstacles, la nappe (721) étant quasi inextensible dans le sens circulaire, mais peut le cas échéant, comme la nappe (723), se déformer de façon importante dans le sens radial.
La Figure-3-B- est une vue partielle agrandie de la Figure-3-A- dans la zone d'un des renforts circulaires (121). Sont visibles sur cette figure: ledit renfort (121), le flan (3), la couche de protection (32) dudit flan la bande de roulement (93), dont la face intérieure (931) est collée sur la nappe (721), le profilé (1216), les quatre nappes (721), (720), (3010) et (723) et la couche d'élastomère (3009) séparant les nappes (720) et (3010).
Les Figures 3-C, 3-D, 3-E, et 3-F sont des vues partielles en coupe par un demi-plan méridien de différents modes de réalisation dudit renfort circulaire (121). La Figure-3-C- montre un renfort réalisé à l'aide d'un profilé plein, d'une résine (1219) renforcée par des fibres de verre (1218), disposées sur sa périphérie. La Figure-3-Dmontre un renfort réalisé à l'aide d'un profilé creux, d'une résine renforcée par des fibres de verre ou par un autre matériau. L'exemple de la Figure-3-E- montre un renfort circulaire selon l'invention réalisé par surmoulage d'un mélange d'élastomères (1220) sur une couronne constituée d'un fil tréfilé d'acier (1217), à haute limite d'élasticité, de diamètre voisin de 2.0 mm, tressé, c'est-à-dire enroulé selon une hélice autour d'une âme circulaire (1222) réalisée avec la même qualité de fil.L'exemple de la Figure-3-F- montre une autre façon d'arranger ledit fil (1217) pour la réalisation du renfort circulaire (121). Apparaissent sur cette figure la nappe (723) et le profilé (1216).
Les Figures 4-A-, 4-B- et 4-C- montrent une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien d'un autre exemple de réalisation de roue selon l'invention, les Figures 4-B- et 4-C- étant des vues détaillées. Ce nouvel exemple est une variante de celui de la Figure-3-A- dont il se distingue par deux différences essentielles.
D'une part, les flans (3) sont un assemblage de deux nappes de tissu croisées et calandrées (3000) et (3001), alors qu'ils ne sont pas calandrés dans l'exemple de réalisation de la Figure-3-A-. Ainsi, les câbles (303) constituant lesdites nappes sont reliés entre eux par un mélange (3031) visible sur la Figure 4-C. Mais entre lesdites nappes calandrées, dans la zone des flancs (3), une mince feuille de téflon (302), de quelques dixièmes de mm d'épaisseur, est interposée, visant à réduire le pertes dues à l'hystérésis des mélanges d'élastomères, en reportant le plus possible la transmission des efforts directement sur les câbles (303) eux-mêmes, évitant donc le plus possible de les faire transiter par les mélanges d'élastomères.A noter que hors de la zone des flans souples (3), c'est-à-dire dans les zones des bourrelets (391) et (392), le seul bourrelet (392) étant visible sur la Figure-4-A-, et dans les zones (390) de liaison des flans (3) à la pièce annulaire (1), lesdits tissus (3000) et (3001) sont collés l'un sur l'autre, soit directement, soit par le biais d'un mélange d'élastomères (39), comme il apparaît sur les Figures 4-B et 4-C.
A noter que sur chacun des flans (3), une mince feuille de téflon (302), de quelques dixièmes de mm d'épaisseur, est également interposée entre la nappe calandrée la plus éloignée du plan médian (1000) et la couche de protection (32).
D'autre part, contrairement au cas de la Figure-3-A-, les deux flans souples (3) sont ici complètement indépendants l'un de l'autre : dans cet exemple de réalisation, de part et d'autre du plan médian (1000), lesdits flans souples ont un prolongement circulaire (3010) de quelques centimètres, encastré dans la pièce annulaire (1), dans la zone (390) et maintenu par collage. Un seul des deux prolongements (3010) et une seule des deux zones (390) sont visibles sur ladite Figure-4-A-.
Il convient de souligner que les feuilles de téflons peuvent dans certains cas, être remplacées par un agent anti-collant à faible coefficient de frottement, à base de silicones par exemple.
La Figure-5- montre une vue partielle en coupe par un demi-plan méridien d'un autre exemple de réalisation d'une roue selon l'invention. Il ne diffère de l'exemple de la Figure-3-A- que par la position du renfort annulaire (121), lequel est ici positionné à une distance plus élevée du plan médian (1000) que la zone de jonction du flan souple (3) à la pièce annulaire (1). Par ailleurs, figurent, dans cet exemple, les mêmes éléments que ceux décrits dans la Figure-3-A-.
Les Figures 6-A et 6-B concernent un exemple de réalisation de roue, selon l'invention, dont les flans souples sont renforcés de façon particulière, dite agencement en tangentes . Pour comprendre l'agencement des câbles (303) de polyester utilisés dans cet exemple, il faut commencer par regarder la Figure-6-B. C'est une vue de côté desdits câbles relatifs à un des deux flans souples, le regard de l'observateur étant parallèle à l'axe de rotation (100), c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la Figure-6-B, les autres éléments constitutifs de la roue et de l'enveloppe non pneumatique n'étant pas représentés pour une meilleure compréhension. Autrement dit, la vue de la Figure-6-B- représente les projections sur un plan perpendiculaire à l'axe (100) desdits câbles (303).L'un d'eux est représenté de façon surlignée en noir, pour mettre en évidence ledit agencement. Le câble en question, ainsi que tous les autres, dans la zone du flan souple considéré, se projette sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (100) selon un segment sensiblement tangent à un cercle concentrique à la jante (10), dont le diamètre est égal à celui du siège considéré de la jante, (1038) ou (101), majoré de 10 mm environ, dans le cas desdites Figures 6-A et 6-B, observation faite que cette majoration peut être de 2 à 100 mm dans certains cas liés à l'architecture du bourrelet considéré (391, 392). Ledit câble est, par ailleurs, enroulé autour de ladite jante dans la zone (350) sur une portion angulaire de (t) degrés d'angle.Dans l'exemple des Figures 6-A et 6-B, (t) est égal à 60[deg], mais il peut varier de 0[deg] à n fois 360[deg], n pouvant être supérieur à un. Les parties du câble situées en dehors de cette zone d'enroulement sont sensiblement rectilignes et rejoignent la pièce annulaire aux points (X) et (Y). En ces points (X) et (Y), le câble est prolongé, en direction du plan médian (1000) et est collé sur, ou dans, la pièce annulaire (1), comme cela apparaît sur la Figure-6-A-.Il est clair que le même câble peut être prolongé et ressortir au point (Y) ou (X) correspondant de l'autre flan souple (3), et sur ce flan, être agencé comme ci-dessus décrit pour le renforcer, avant de revenir de la même façon au flan précédent, et ainsi de suite, de telle sorte que le renforcement des deux flans peut être ainsi réalisé avec un seul et même câble, sans aucune interruption. Nous continuerons toutefois, par facilité de langage, de parler des câbles (303) de renforts des flans souples agencés en tangentes, car ils seront, en pratique, assez souvent indépendants les uns des autres.
A noter que lesdits câbles (303), réalisés dans cet exemple des Figures 6-A et 6-B dans un matériau de textile, pourraient aussi être, dans certaines applications, des câbles métalliques.
A noter aussi que seulement une partie des câbles de renforcement des flans souples (3) peut être réalisée selon ledit agencement en tangentes, les autres l'étant, par exemple, de façon plus classique, à l'aide de nappes de tissus radiales ou croisées.
Selon l'invention, lesdits câbles (303), dans la zone des flans (3) souples, sont revêtus d'une gaine en téflon (3030), comme cela apparaît sur la Figure-6-A-, et n'adhèrent pas au flan de protection extérieur (32), sauf éventuellement près de la pièce annulaire (1) dans les zones (X ) et (Y), et près de la jante.
Il apparaît que si l'angle (t) est supérieur à 20[deg] ou 30[deg], selon les charges transportées et selon la vitesse du véhicule, la combinaison des différents câbles de renfort (303) dans les deux zones (350), proches de la jante (10), remplace le renfort circulaire (35) habituellement utilisé pour relier les flans souples à la jante, lequel a été décrit sur quelques-uns uns des exemples de réalisation précédents.
Il convient de souligner que cet arrangement en tangentes, des renforts des flans permet d'atteindre une forte capacité de charge de l'enveloppe non pneumatique, sans en dégrader la résistance au roulement.The present invention relates to a new type of wheel casing for motor vehicles or towed vehicles.
Since the invention of the wheel, several solutions have been developed, aiming to protect the wheels of vehicles against the aggressions of the terrain where they are moving, while improving the safety and comfort of possible passengers and by reducing the level of noise pollution, caused by the very operation of said wheels striking the obstacles they encounter. The solutions commonly developed have always consisted in providing the wheel with a protective envelope.
The latest major development is the technique, now widespread, of the radial pneumatic envelope. The radial pneumatic covers, now mounted without an inner tube, have reached a very high level of longevity, grip, comfort, while the noise pollution attributable to the wheel has been considerably reduced.
There remains however the problem of the puncture. It is inherent in a pneumatic envelope, that is to say inflated with a gas under pressure. It involves monitoring the inflation pressure and, more often than not, the presence of a spare wheel and therefore a location for accommodating said wheel in the vehicle. Numerous devices have been proposed either for monitoring the pressure of the pneumatic casings of the wheels, today called tires, or for attempting to eliminate the spare wheel. It can be said that, to date, none of them has known, or has known, a real development. The problems posed by the always possible puncture, and those relating to the spare wheel and to its housing, remain, so to speak, whole and not yet well resolved economically and effectively for the user.
Known solutions exist, however, to provide a definitive answer to the problem of the puncture, or more generally to the problem of flattening, for example by slow leakage from the valve.
These solutions consist in particular in increasing the rigidity of the inextensible belt which supports the tread thus allowing the envelope to become self-supporting, that is to say to carry the load without the aid of the inflation pressure. . They are described in patents or patent applications W001 / 42033 A1, UK35662 / 77, US4673014, US4241775 and US4456048, which supplement much older inventions, including patents US1502908 from 1923 and FR1041576 from 1950.
Ultimately, all these inventions allow the wheel casing to support the vehicle load, without the obligation to be inflated, which de facto eliminates the problems inherent in punctures. The wheel casing therefore becomes a non-pneumatic casing, the pneumatic term implying that it is inflated. Such a non-pneumatic casing allows, among other evolutions, the elimination of the spare wheel.
All this has been widely developed in three previous patent applications: n [deg] 0211402 of September 12, 2002, n [deg] 0213782 of October 31, 2002 and n [deg] 0303662 of March 20, 2003, in particular with regard to architecture of the inextensible belt, also called annular part, which supports the tread of a non-pneumatic casing according to the invention, the design of the rim and the architecture of connection of the non-pneumatic casing to said rim, the wheel generally comprising, in addition to the non-pneumatic casing and the rim on which the casing is fixed, a disc, integral with said rim and integral with the hub of the vehicle concerned. The disc is intended to position the wheel on said hub and to transmit to it the forces born in the interface between the non-pneumatic casing and the ground where the vehicle is moving.
The object of the present invention is a wheel provided with a non-pneumatic casing having a new type of architecture making it possible, according to the invention, to increase its performance, in particular as regards resistance to advancement and carrying capacity.
This invention constitutes an improvement of the inventions described in two previous patent applications already cited, n [deg] 0211402 of September 12, 2002 and n [deg] 0213782 of October 31, 2002.
The outer surface of the tread of the non-pneumatic casing, according to said patent applications, is a surface of revolution of generally cylindrical or toric appearance, with an axis of symmetry coincident with the axis of rotation of said wheel. . This outer surface, that furthest from said axis of rotation, is intended to roll on the ground. Its width, dimension of said tread measured substantially parallel to its axis of rotation, is sufficient for the contact forces with the ground to be distributed over a fairly large area and thus generate stresses that can be tolerated by the materials constituting said tread. is most often sculpted, that is to say with sculptures intended to improve the grip on the ground and the behavior of the vehicle, to limit its wear during use and to reduce the noise pollution generated by the rolling of said wheel according to the invention. The plane, perpendicular to the axis of rotation and passing substantially through the middle of the width of the tread, is called the median plane of the wheel in the remainder of the text. Note that this median plane is not necessarily a plane of symmetry for the whole.
The inner surface of the tread is separated from said outer surface by the thickness of said strip, the inner surface being closer to the axis of rotation than the outer surface.
The tread is connected, by its internal surface, to an annular part, also called belt of the envelope, substantially cylindrical or toric, of axis of symmetry substantially coincident with the axis of rotation of the wheel. The connection between said annular part and the inner surface of the tread can be direct, said inner face of the tread then being glued to the outer face of the annular part, that is to say on the face of the annular part furthest from the axis. The connection between said annular part and the inner surface of the tread can also be indirect, a connecting element, most often a mixture of elastomers with low hysteresis, being then interposed between said inner face of the tread and the outer face of said annular part.
The annular part of the non-pneumatic casing, according to said patent applications, is connected to the rim, the overall diameter of which is less than that of the inner face of said part, by two blanks made of a flexible material, located on either side of the median plane, the visible blank, when the wheel according to the invention is mounted on the vehicle concerned, being called external blank, the other blank being the so-called internal blank.
The connections of the blanks to the annular part are most often carried out by gluing, the area of said blanks glued to said part therefore forming an integral part thereof and contributing to its rigidity. Said connections can also be made by mechanical means.
The annular part, thus connected to the rim by the two blanks, takes up the contact forces with the ground, supported by the tread, and transmits them to the rim via the blanks. Under the effect of said efforts, the annular part and the blanks deform.
The present patent application relates more precisely to advantageous and original embodiments of the annular part and the blanks which, used simultaneously, allow an increase in the performance of the non-pneumatic envelope according to the invention.
It is notable that the deformation of the annular part is greater when the blanks are radial, that is to say made up of a sheet of fabric, said to be radial, of metallic cables or of textile substantially arranged in meridian half-planes, that is to say passing through the axis of rotation of the wheel, that in the case where said blanks are crossed, that is to say consist of at least two plies of fabric of cables, substantially parallel between them, whose chains, oriented differently, cross each other, the cables of each of the tissues considered, radial or crossed, being possibly linked together by a mixture based on elastomers. Note that the quantity of cables used in the blanks crossed, for the same load capacity, is most often much lower than that necessary for the realization of the radial blanks. It follows from these observations that, all other things being equal, the non-pneumatic envelopes produced with radial blanks have a lower load capacity than those which have crossed blanks.
It is also notable and known that in the case where the cables of said fabrics are interconnected by a mixture based on elastomers, the energy losses of the non-pneumatic envelope concerned in operation, that is to say in rotation under load, due to the hysteresis of said mixture, are notably greater with so-called crossed blanks, than with so-called radial blanks. This phenomenon practically results in higher resistance to advancement in the case of so-called crossed blanks , that with so-called radial blanks, the advancing resistance being the force which must be applied at the hub of the wheel to simply rotate said wheel under defined load conditions, observation made that this force is entirely dissipated in the form of heat, therefore in pure energy losses, because of said hysteresis phenomena, which, moreover, do not concern only the blanks but the entire envelope no n pneumatic. Note that with so-called crossed blanks, in the case of the non-pneumatic envelope, the energy losses generated by the mixture of elastomers connecting together the sheets of calendered fabric whose chains are oriented differently, are very and that in some cases significantly reducing or eliminating only this portion of the losses may prove to be a sufficient increase in the level of performance for the applications concerned. Note that a fabric or a tablecloth is said to be calendered if the cables constituting it are connected together by a mixture of elastomers. The term calendered comes from the method of producing, on a calender, such a fabric or such a tablecloth.
The invention consists in simultaneously modifying the annular part, to judiciously increase its rigidity, and the flexible blanks to reduce its hysteresis, so that the overall performance of the non-pneumatic envelope is significantly increased, both in terms of load capacity only in terms of resistance to advancement.
The annular part, known as the envelope belt, is mainly characterized by its radius, by its section, that is to say the surface it occupies on a section of the non-pneumatic envelope by a meridian half-plane , that is to say a half-plane containing the axis of rotation of the wheel, and by its bending rigidity. This, for a given radius, is generally evaluated by the sum of the products of each of the moments of inertia of the different zones of said section, calculated with respect to an axis substantially parallel to the axis of rotation and as close as possible of its neutral fiber in bending, by the Young's modulus in bending of the zone considered, the neutral fiber in bending being the line on which the stresses generated by a bending of said annular part are zero. For example, for a part annular of radius (r) and rectangular section, of width (b), of thickness (h), produced in a homogeneous material of Young's modulus (E), the bending stiffness will be characterized by the product [(/ 4 ) - (2 /)]. Ebh / (12r). In practice, the bending stiffness of the belt or annular part can be measured or calculated by taking into account the different materials and reinforcements composing it. It is defined, for a free belt, that is to say not connected to the rim , the flexible blanks having for example been cut flush with said belt, as the ratio between the absolute value of the two equal and opposite forces applied to said belt, on the same diameter, in the direction of its center, and the reduction obtained from said diameter at equilibrium, the measurement or calculation being carried out at a level of said forces such that the reduction in said diameter is a few hundredths of its initial value.
According to the invention, the addition on the annular part, called the envelope belt, of two circular reinforcements, representing in total an increase in the bending stiffness of at least 10%, each of them disposed near the connection zone of one of the two flexible blanks with said annular part, makes it possible to increase its load capacity appreciably, without penalizing its capacity to deform locally, for example when crossing an obstacle placed on the roadway on which drive the affected vehicle. This addition makes it possible, for example, in certain cases, to use radial blanks instead of crossed blanks, thus significantly reducing the rolling resistance.
According to the invention, this addition of circular reinforcements is however most often combined with an improvement of the flexible blanks, which improvement consists in avoiding as much as possible the heating phenomena linked to the hysteresis of the mixtures of elastomers. The operation of said flexible blanks deserves to be analyzed in order to understand clearly what this improvement consists of. For this, it is first necessary to refer to the situation of standard pneumatic envelopes, that is to say inflated with pressurized air. In this case, the blanks fulfill two distinct missions: they first constitute the walls of a pressure tank and serve, in parallel, to transmit the forces generated in the contact area of the tire on the ground, to the rim .To fulfill the role of walls of a pressure tank, the tire blanks are reinforced with metal or textile cables, which cables are always connected together by bridges of a mixture of elastomers, intended to ensure the sealing of said tank, an even more tight layer, most often of a halogenated mixture, generally covering the interior of said tank. On the outside, a layer of a suitable mixture, called the outer layer, protects each of the blanks from the chemical and mechanical attacks to which the pneumatic casings of the wheels are usually subjected. It should therefore be remembered that in the case of a conventional pneumatic envelope, the connections between the cables are inherent in the existence of the inflation pressure.
This, of course, is no longer necessary in the context of a non-pneumatic envelope. It will suffice to protect said cables from external aggressions, to ensure their durability in the case of normal use of said envelope, observation made that, in this case, the materials constituting the blanks are subjected to circular tensions in the area close to the area of contact with the ground while in this zone the radial tensions are zero. This makes it possible to explain the best load capacity, all other things being equal, above mentioned, non-pneumatic envelopes produced with crossed blanks in comparison with those provided with radial blanks.
Making an envelope with radial or crossed non-calendered fabrics, that is to say without bonding the cables constituting said fabrics with a mixture of elastomer, is entirely possible. Two drawbacks can however appear: during the manufacture of the envelope and more probably during cooking, said non-calendered fabrics will stick to the outer protective layer, recreating the problem of connection between the cables by a mixture of elastomers that one seeks precisely to avoid. The second drawback is that the bare cables, tensioned by the load transported by the non-pneumatic envelope, and ultimately subjected, in certain cases, to periodic mutual friction due to rotation, will eventually wear out and become to break up. This phenomenon must therefore also be avoided. Hence the improvement brought by the invention: either layers of a material with a low coefficient of friction but stable in temperature and chemically inert enough, so as not to adhere to the mixtures of surrounding elastomers , in particular during the cooking operation, are interposed between the layers of calendered or non-calendered fabrics, or between a layer of fabrics and a layer of an elastomer mixture, or between the cables, capable of rubbing on each other , or each of the cables is covered with a layer of such a material in the areas of possible contact with other cables or with other constituent elements of said wheel according to the invention. In certain cases, said material with low coefficient of friction but stable in temperature and fairly inert chemically, will be a single layer of a pasty or fluid lubricant, having the required characteristics. The addition of such a material, between the layers of fabrics or between the cables, makes it possible to avoid the two drawbacks mentioned above, and ultimately, to pass the forces passing through the structure to the maximum by the cables reinforcing it. , thus requesting at least the mixtures of elastomers whose hysteresis generated most of the energy losses described above.
The following exemplary embodiments of non-pneumatic envelopes according to the invention will make it possible to better understand the design and the operation thereof.
Figure-1-A- shows a partial sectional view through a meridian half-plane, that is to say a plane passing through the axis of rotation (100) of the wheel, of an exemplary embodiment of wheel according to the invention. Said example wheel also conforms to the inventions described in patent applications n [deg] 0211402 of September 12, 2002 and n [deg] 0213782 of October 31, 2002. It comprises a non-pneumatic casing (9), fixed on a rim ( 10), which is integral with the hub (110) by means of the disc (11), welded to said rim and connected to the hub by the 4 screws (1100), only one of which is visible in the figure. 9) is connected to the rim by the two circular beads (391) and (392), respectively supported on the flanges (103) and (303) and on the seats (101) and (1038) of the rim, the bead exterior (392), that is to say that which is visible when the wheel is mounted on the vehicle, and therefore situated on the same side of the median plane (1000) as the screw (1100), being provided with a heel circular (37). Said heel keeps the bead (392) in place thanks to the circular groove (1037) in which it is located. In said example wheel, according to the invention shown in Figure-1-A-, the cables (301) for reinforcing the blanks (3) are placed radially, that is to say that they are found substantially in meridian planes and are not linked to each other by a mixture of elastomers. Said cables (301) are further, according to the invention, separated from the external protective blank (32) by a teflon sheet (302 ) 0.4mm thick. They are anchored in the beads (391) and (392) by bonding to the rings (35), made of polyamide reinforced with glass fibers arranged in a circular pattern. Said cables are anchored on the outer face (132) of the annular part (1) which they completely envelop, also by gluing. Note that the tread (93), the outer face (932) of which is intended to be in contact with the ground, is connected to the outer face (132) of the annular part (1) by its inner face (931 ), said cables (301) obviously being in this interface, but only here, connected together by the mixture of elastomers constituting the tread (93). Said example wheel according to the invention is also remarkable in that two circular reinforcements (121), concentric with the wheel, are respectively arranged on each of the circular faces (133) and (134) of the annular part (1) and connected to the latter by gluing, observation made that the addition of said circular reinforcements , produced, like the annular part in a polyamide-type resin reinforced with aramid fibers, increases the bending stiffness of said annular part by approximately 75%, the Young's modulus of said circular reinforcements being approximately 10 000 MPa (Me ga Pascals = Newton / mm), and that of the annular part (1) of approximately 4,000 MPa.
Figure-1-B- shows a partial sectional view through a meridian half-plane, that is to say a plane passing through the axis of rotation (100) of the wheel, of an exemplary embodiment of wheel according to the invention. It is close to that of Figure-1-A-, but in this example, the annular piece (1) and the circular reinforcements (121) are made of the same material and together constitute a single piece, made in one single operation, by injection. The embodiment of Figure-1-C- differs from that of Figure-1-B- in that the material constituting the annular part (1) and the circular reinforcements (121) has a Young's modulus much lower, the required flexural rigidity being obtained by substantially circular windings (122) of carbon fibers.
Figure-2-A- shows a partial view in section through a meridian half-plane of an exemplary embodiment of a wheel according to the invention. Like that of Figure-1-A-, this example of a wheel also conforms to the inventions described in patent applications n [deg] 0211402 of September 12, 2002 and n [deg] 0213782 of October 31, 2002. It presents four main differences compared to that of Figure-1-A-.
First of all, in this example, the annular part (1) is, unlike that of Figure-1-A-, a composite part produced from rings (1212), coaxial with the wheel, juxtaposed so regular, whose section is substantially rectangular, made of a polyamide or polyester type resin, reinforced with glass or carbon fibers and connected together by two layers (1213) and (1214) of calendered fabrics, of fiber cables of polyester, arranged substantially in meridian planes.
Then, the two circular reinforcements (121) are each also composed of two concentric rings (1210) and (1211), the rings (1210) being secured to the annular part (1) by gluing, simultaneously on the two plies (1213) and (1214), the rings (1211) being glued only on the web (1214).
In addition, the flexible blanks (3) are produced in two layers of fabric, the chain of which is made up of cables (303) of textile which are parallel to each other, crossed and not calendered, the angles of each of the chains of said layers of fabric with a any meridian plane being respectively about (+45 [deg]) and (-45 [deg]), observation made that, as indicated on the detail drawing appearing on said Figure-2-A-, in the two zones of blanks (3), located between the annular piece and the rim, said sheets of fabric are separated by a thin sheet of teflon (302), and a similar sheet (302), still in the same areas, is interposed between said sheets crossed sheets of fabric and the protective blank (32). Note that in the area between the inner face (931) of the tread (93) and the outer face (132) of the annular piece (1), the cables (303) of said crossed fabrics are connected together by a mixture of elastomers and are obviously integral with the two faces (931) and (132). In fact, they participate in the rigidity of the annular part. The same cables (303) are visible in the detail drawing, in the area of the flexible blanks (3), and in this area, they are obviously not interconnected by a mixture of elastomers. Note that in some cases, the flexible blanks may obviously contain more than two layers of fabric crossed between them with the corresponding teflon sheets (302) separating them from each other.
Finally, the beads (391) and (392) allowing the non-pneumatic casing to be anchored on the rim are different from those of Figure-1-A-, while the rim (10) is substantially identical. Obviously, in the beads (391) and (392), the cables (303) of said crossed fabrics are interconnected by a mixture of elastomers and are obviously integral with said beads in which they are anchored by bonding.
Figure-2-B- shows a partial sectional view through a meridian half-plane of an exemplary embodiment of a wheel according to the invention with a design similar to that of Figure-2-A- previously described. The design and construction of the flexible blanks (3), that of the beads (391) and (392) and that of the rim (10), with an axis of rotation (100), are identical to the example in FIG. 2-A. On the other hand, if the design of the annular part (1) is also the same, the construction is different: the rings (1212) of Figure-2-A- are replaced by a drawn wire of steel (1217 ), with a high yield strength, of a diameter close to 2.0 mm, wound on a helix coaxial with the wheel and the pitch of which is adapted to locally obtain the required rigidity. At both ends of said propeller, that is to say say in the two zones thereof furthest from the median plane (1000) and near the connections between the annular part and the two flexible blanks, the pitch of the propeller is reduced and the winding is arranged so as to obtain in fact two double helices (1215) constituting the two circular reinforcements (121) according to the invention. Two sheets of fabric (1213) and (1214), made up of textile cables substantially parallel to the axis of rotation (100), glued to the thread (1217), hold the elements of the belt of this example d in place. non-pneumatic casing according to the invention. A circular profile (1216) of a mixture of elastomers is interposed between each of the circular reinforcements (121) and the corresponding flexible blank (3), in the anchoring zone of the latter on the belt of said non-pneumatic envelope (9). It serves to correctly position said blank while protecting it from premature wear by repetitive friction on said circular reinforcement (121).
Figure-3-A- shows a partial view in section through a meridian half-plane of another embodiment of a wheel according to the invention. In this example, the blanks (3), the beads (391) and (392), the rim (10) of axis of rotation (100) are identical to those of Figure-2-A-. However, the architecture of the belt is very different. This consists of a first ply (721), called a zero-degree ply, produced with a metal cable wound in a helix with an axis (100) and a pitch not suitable for obtaining a ply whose Young's modulus measured in the circular direction, that is to say perpendicular to the axis (100), is greater than 20,000 MPa, a mixture of elastomers filling the space between the turns of the propeller, the thickness of the sheet, considered for the calculation of the Young's modulus, being equal to the diameter of the cable used.The tread (93) is glued, by its internal face (931), the face closest to the axis of rotation (100), directly on the outer face (132) of said ply (721), which face (132) is also the outer face of the belt or annular part (1). The other face (1320), called the inner face of said ply (721), is glued to the outer face of a calendered ply (720) of fabric of textile cables, arranged substantially parallel to the axis of rotation (100 ). Between said ply (720) and the ply (3010) constituting in fact the anchoring of the flexible blanks (3) in the belt of the envelope, and their extension in this zone, said ply (3010) contributing to the rigidity of said belt and being closer to the axis (100) than the ply (720), there is interposed a layer of about 2 mm of a mixture of elastomer with low hysteresis.More close to the axis (100), glued to the tablecloth (3010), another tablecloth (723) is arranged, made with a textile cable, for example of aramid or polyester naphthalate, wound in a helix with an axis (100) and not adapted to obtain a sheet whose Young's modulus, measured in the circular direction, that is to say perpendicular to the axis (100), is greater than 2000 MPa, a mixture of elastomers filling the space between the turns of the helix, the thickness of the sheet considered for the calculation of the Young's modulus being equal to the diameter of the cable used. Correlatively and according to the invention, two circular reinforcements (121), concentric with the wheel, are respectively arranged at the ends of said ply (723), that is to say close to the zones thereof most distant from the plane Here again, a circular profile (1216) of a mixture of elastomers is interposed between each of the circular reinforcements (121) and the flexible blank (3) corresponding in the anchoring zone of the latter on the belt of said non-pneumatic envelope (9). The advantage of such an architecture is that in use, it generates little heat because it requires little elastomer mixtures whose hysteresis is always too high, while retaining a significant deformation capacity, especially during obstacle clearance, the ply (721) being almost inextensible in the circular direction, but can if necessary, like the ply (723), deform significantly in the radial direction.
Figure-3-B- is an enlarged partial view of Figure-3-A- in the area of one of the circular reinforcements (121). Are visible in this figure: said reinforcement (121), the blank (3), the protective layer (32) of said blank the tread (93), the inner face (931) of which is bonded to the ply (721) , the profile (1216), the four plies (721), (720), (3010) and (723) and the elastomer layer (3009) separating the plies (720) and (3010).
Figures 3-C, 3-D, 3-E, and 3-F are partial sectional views through a meridian half-plane of different embodiments of said circular reinforcement (121). Figure-3-C- shows a reinforcement made using a solid profile, a resin (1219) reinforced by glass fibers (1218), arranged on its periphery. Figure-3-D shows a reinforcement made using a hollow profile, a resin reinforced with glass fibers or another material. The example of Figure-3-E- shows a circular reinforcement according to the invention produced by overmolding a mixture of elastomers (1220) on a crown made of a drawn wire of steel (1217), at high yield strength, with a diameter close to 2.0 mm, braided, that is to say wound around a helix around a circular core (1222) produced with the same quality of wire. The example of Figure-3 -F- shows another way of arranging said wire (1217) for the production of the circular reinforcement (121). Appear on this figure the tablecloth (723) and the profile (1216).
Figures 4-A-, 4-B- and 4-C- show a partial sectional view through a meridian half-plane of another embodiment of a wheel according to the invention, Figures 4-B- and 4 -C- being detailed views. This new example is a variant of that of Figure-3-A- from which it is distinguished by two essential differences.
On the one hand, the blanks (3) are an assembly of two crossed and calendered sheets of fabric (3000) and (3001), while they are not calendered in the embodiment of Figure-3-A -. Thus, the cables (303) constituting said layers are connected together by a mixture (3031) visible in Figure 4-C. But between said calendered sheets, in the area of the sides (3), a thin sheet of teflon (302), a few tenths of a mm thick, is interposed, aimed at reducing the losses due to the hysteresis of the mixtures of elastomers, by transferring the force transmission as much as possible directly on the cables (303) themselves, thus avoiding as much as possible passing them through mixtures of elastomers. Note that outside the area of the flexible blanks (3 ), that is to say in the zones of the beads (391) and (392), the only bead (392) being visible in Figure-4-A-, and in the areas (390) of connection of the blanks (3) to the annular piece (1), said fabrics (3000) and (3001) are bonded to each other, either directly or by means of a mixture of elastomers (39), as it appears in Figures 4-B and 4-C.
Note that on each of the blanks (3), a thin sheet of teflon (302), a few tenths of a mm thick, is also interposed between the calendered sheet furthest from the median plane (1000) and the protective layer (32).
On the other hand, unlike the case of Figure-3-A-, the two flexible blanks (3) are here completely independent of each other: in this embodiment, on either side of the plane median (1000), said flexible blanks have a circular extension (3010) of a few centimeters, embedded in the annular part (1), in the area (390) and held by gluing. Only one of the two extensions (3010) and only one of the two zones (390) are visible in said Figure-4-A-.
It should be emphasized that the teflon sheets can in certain cases be replaced by an anti-sticking agent with a low coefficient of friction, based on silicones for example.
Figure-5- shows a partial sectional view through a meridian half-plane of another embodiment of a wheel according to the invention. It differs from the example of Figure-3-A- only by the position of the annular reinforcement (121), which is here positioned at a greater distance from the median plane (1000) than the junction area of the flexible blank ( 3) to the annular part (1). In addition, appear, in this example, the same elements as those described in Figure-3-A-.
Figures 6-A and 6-B relate to an exemplary embodiment of a wheel according to the invention, the flexible blanks of which are reinforced in a particular way, known as tangent arrangement. To understand the arrangement of the polyester cables (303) used in this example, it is necessary to start by looking at Figure-6-B. It is a side view of said cables relating to one of the two flexible blanks, the gaze of the observer being parallel to the axis of rotation (100), that is to say perpendicular to the plane of Figure-6 -B, the other constituent elements of the wheel and of the non-pneumatic envelope not being shown for a better understanding. In other words, the view of Figure-6-B- represents the projections on a plane perpendicular to the axis (100) of said cables (303). One of them is shown in black highlighting, to highlight evidence said arrangement. The cable in question, like all the others, in the area of the flexible blank considered, projects on a plane perpendicular to the axis of rotation (100) according to a segment substantially tangent to a circle concentric with the rim (10), whose diameter is equal to that of the seat considered on the rim, (1038) or (101), increased by approximately 10 mm, in the case of said Figures 6-A and 6-B, observation made that this increase may be 2 at 100 mm in certain cases linked to the architecture of the bead considered (391, 392). Said cable is, moreover, wound around said rim in zone (350) over an angular portion of (t) degrees of angle. In the example of FIGS. 6-A and 6-B, (t) is equal to 60 [deg], but it can vary from 0 [deg] to n times 360 [deg], n may be greater than one. The parts of the cable situated outside this winding zone are substantially rectilinear and join the annular part at points (X) and (Y). At these points (X) and (Y), the cable is extended, in the direction of the median plane (1000) and is glued to, or in, the annular part (1), as it appears in Figure-6-A- It is clear that the same cable can be extended and come out at the corresponding point (Y) or (X) of the other flexible blank (3), and on this blank, be arranged as described above to reinforce it, before to return in the same way to the previous blank, and so on, so that the reinforcement of the two blanks can thus be achieved with a single cable, without any interruption. We will however continue, for ease of language, to speak of cables (303) for reinforcing flexible blanks arranged in tangents, because they will, in practice, quite often be independent of each other.
Note that said cables (303), produced in this example of Figures 6-A and 6-B in a textile material, could also be, in certain applications, metallic cables.
Note also that only part of the flexible blank reinforcement cables (3) can be made according to said arrangement in tangents, the others being, for example, more conventionally, using plies of radial fabrics or cross.
According to the invention, said cables (303), in the area of the flexible blanks (3), are coated with a teflon sheath (3030), as shown in Figure-6-A-, and do not adhere to the external protective blank (32), except possibly near the annular part (1) in the zones (X) and (Y), and near the rim.
It appears that if the angle (t) is greater than 20 [deg] or 30 [deg], depending on the loads transported and depending on the speed of the vehicle, the combination of the various reinforcement cables (303) in the two zones (350 ), close to the rim (10), replaces the circular reinforcement (35) usually used to connect the flexible blanks to the rim, which has been described on some of the previous embodiments.
It should be emphasized that this arrangement in tangents, of the blank reinforcements makes it possible to achieve a high load capacity of the non-pneumatic envelope, without degrading the rolling resistance.
REVENDICATIONS
1- Roue de véhicule dotée d'une enveloppe non pneumatique (9) dont la bande de roulement (93) est reliée à une pièce annulaire (1), appelée aussi ceinture de l'enveloppe, sensiblement cylindrique ou torique, d'axe de symétrie sensiblement confondu avec l'axe de rotation de la roue, la pièce annulaire (1) de l'enveloppe non pneumatique (9) étant reliée à la jante (10), dont le diamètre hors tout est inférieur à celui de la face intérieure de ladite pièce, par deux flans (3) réalisés dans des matériaux souples, situés de part et d'autre du plan médian (1000), c'est-à-dire le plan, perpendiculaire à l'axe de rotation, et passant sensiblement par le milieu de la largeur de la bande de roulement, la largeur étant la dimension de ladite bande de roulement, mesurée parallèlement à l'axe de rotation (100),ce plan médian n'étant pas obligatoirement un plan de symétrie de l'ensemble, remarquable d'une part en ce que ladite ceinture (1) est dotée de deux renforts circulaires (121) dont la rigidité en flexion totale, c'est-à-dire des deux renforts considérés ensemble, représente au moins 10% de celle de la ceinture (1), chacun d'eux étant relié à ladite ceinture et disposé près de la zone de liaison d'un des deux flans souples (3) avec celle-ci, ou, d'autre part, en ce que des couches d'un matériau (302, 3030) à faible coefficient de frottement mais stable en température et assez inerte chimiquement, pour ne pas adhérer aux mélanges d'élastomères environnant, sont interposées entre les nappes de tissu calandrées ou non, ou entre une nappe de tissus et une couche d'un mélange d'élastomères, ou directement entre les câbles (303)de renforcement des flans souples (3), chacun des câbles concerné étant alors recouvert d'une couche d'un tel matériau (3030) dans les zones de contact possible avec d'autres éléments constitutifs de ladite roue selon l'invention. 1- Vehicle wheel with a non-pneumatic casing (9) whose tread (93) is connected to an annular part (1), also called the casing belt, substantially cylindrical or toric, with an axis of symmetry substantially coincident with the axis of rotation of the wheel, the annular part (1) of the non-pneumatic casing (9) being connected to the rim (10), the overall diameter of which is less than that of the inner face of said part, by two blanks (3) made of flexible materials, located on either side of the median plane (1000), that is to say the plane, perpendicular to the axis of rotation, and passing substantially through the middle of the width of the tread, the width being the dimension of said tread, measured parallel to the axis of rotation (100), this median plane not necessarily being a plane of symmetry of the '', remarkable on the one hand in that said belt (1) is provided with two reinforcements ci rcles (121) whose rigidity in total flexion, that is to say of the two reinforcements considered together, represents at least 10% of that of the belt (1), each of them being connected to said belt and disposed near of the connection zone of one of the two flexible blanks (3) therewith, or, on the other hand, in that layers of a material (302, 3030) with low coefficient of friction but stable in temperature and chemically inert enough, not to adhere to the mixtures of surrounding elastomers, are interposed between the sheets of fabric, calendered or not, or between a sheet of fabrics and a layer of a mixture of elastomers, or directly between the cables ( 303) for reinforcing the flexible blanks (3), each of the cables concerned then being covered with a layer of such a material (3030) in the areas of possible contact with other constituent elements of said wheel according to the invention.