FR3117410A1

FR3117410A1 - Architecture optimisée d’un pneumatique de type Génie Civil

Info

Publication number: FR3117410A1
Application number: FR2013266A
Authority: FR
Inventors: Jean-Luc Guerbert-Jubert; François Barbarin; Olivier Reix; Philippe Mansuy; Lucas LAUBY; Sébastien Noel
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: CN116615342A; US20240100885A1; AU2021403914A9; FR3117410B1; AU2021403914A1; WO2022129741A1

Abstract

L’invention est un pneumatique radial (1), pour véhicule lourd, comprenant au moins deux couches de travail (321, 322, 323, 324) dont les éléments de renforcement formant un angle avec la direction circonférentielle au moins égal à 10° et au plus égal à 45°. Les renforts métalliques de toutes les couches de sommet de l’armature de sommet sont extensibles et donc tels que, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, leurs allongement structurels As soient au moins égaux à 0.5%, leurs allongements totaux At à la rupture soient au moins égaux à 3% et leurs modules Young en traction E au plus égaux à 150 GPa. Les deux couches de travail ont une largeur axiale au moins égale à 60% de la largeur de la bande de roulement pour la moins large et au moins égale à 70% de la largeur de la bande de roulement pour la plus large. Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Architecture optimisée d’un pneumatique de type Génie Civil

La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil et plus spécifiquement les véhicules lourds ou chargeuses des mines souterraines et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique.

Les pneumatiques radiaux destinés à équiper un véhicule lourd de type génie civil, sont désignés au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO – Organisation technique européenne du pneu et de la jante.

Par exemple un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension destiné à être monté sur une chargeuse, véhicule de transport de matériaux extraits de mines souterraines, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 35 pouces.

Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l’axe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique.

Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur», respectivement «axialement extérieur», on entend «plus proche», respectivement «plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à l’axe de rotation.

De façon générale, un pneumatique comprend une bande de roulement, destinée à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.

Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet.

L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts, ou éléments de renforcement, généralement métalliques enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d’enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique autour d’un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d’une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.

L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange d’enrobage.

Parmi les couches de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l’armature de protection et radialement les plus à l’extérieur, et les couches de travail, constitutives de l’armature de travail et radialement comprises entre l’armature de protection et l’armature de carcasse.

L’armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physico-chimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l’intérieur du pneumatique.

L’armature de protection comprend souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 10°.

L’armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de lui conférer de la rigidité et de la tenue de route. Elle reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l’armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l’oxydation et aux chocs et perforations, grâce à sa conception intrinsèque et à celle de l’armature de protection chargée de protéger les autres couches de sommet des agressions externes, déchirures ou autres perforations.

L’armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radialement superposées, formées de renforts métalliques non extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 60°, et, de préférence, au moins égaux à 10° et au plus égaux à 45°. Pour une bonne reprise des efforts radiaux et transverses, les concepteurs cherchent à maximiser la rigidité et la force à rupture des éléments de renforcement des couches de travail.

Pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage transmises à l’armature de travail, il est connu de disposer, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse, une armature de frettage. L’armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore l’endurance de l’armature de sommet par une rigidification de l’armature de sommet. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.

Dans les applications de type génie Civil, l’armature de frettage peut comprendre deux couches de frettage, radialement superposées, formées de renforts métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 10° mais au moins égaux à 5°. Dans ce cas, les éléments de renforcement des couches de frettage sont posés par couches et vont d’un bord axial à l’autre desdites couches de frettage en moins d’une révolution du pneumatique sur son axe de rotation.

L’armature de frettage peut comprendre usuellement une couche de frettage réalisée par l’enroulement circonférentiel d’un fil de frettage ou d’une bande de frettage continue en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 5°.

En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mécaniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force-allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l’allongement structurel As (en %), l’allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ASTM D 2969-04 de 2014.

L'allongement total à la rupture At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structurel, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap) et particulièrement à la rupture où chacun des allongements est non nul. L’allongement structurel As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L’allongement élastique Ae résulte de l’élasticité même du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L’allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c’est-à-dire de la déformation irréversible, au-delà de la limite d’élasticité, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l’homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, WO2005/014925 et WO2007/090603.

On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d’un renfort métallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d’Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force-allongement.

Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques extensibles, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles, tels que ceux utilisés dans les couches de travail.

Un renfort métallique extensible, dans son état non gommé, est caractérisé par un allongement structurel As au moins égal à 1% et un allongement total à la rupture At au moins égal à 3%. En outre, un renfort métallique extensible a un module extensible en extension au plus égal à 180 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa.

Dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique, à savoir extrait du pneumatique, un renfort métallique extensible est caractérisé par un allongement structurel As au moins égal à 0.5% et un allongement total à la rupture At au moins égal à 3%. En outre, un renfort métallique extensible a, dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique, un module extensible en extension, ou module d’Young, au plus égal à 150 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 120 GPa. Pour un allongement structurel compris entre 1% et 3% on parlera de renfort métallique hyperextensible.

Un renfort métallique non extensible est caractérisé par un allongement total à la rupture At, sous une force de traction égale à 10% de la force à la rupture Fm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension, ou module d’Young, compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa.

Lors du roulage du pneumatique sur des pierres ou d’autres objets plus ou moins tranchants présents dans les souterrains dans lesquelles circulent les chargeuses, le sommet d’un pneumatique est fréquemment soumis à des coupures susceptibles de le traverser radialement vers l’intérieur et selon la taille de l’objet, de perforer l’ensemble de l’armature de sommet et de carcasse créant une perte de pression et la défaillance du pneumatique. L’utilisation de renforts métalliques extensibles dans les couches de protection est connue pour améliorer la résistance des pneumatiques à la perforation en permettant une meilleure adaptation de ladite couche de protection à la forme de l’obstacle, néanmoins étant donné le coût de ces pneumatiques de grande dimension et la fréquence de ces incidents, il est toujours utile d’améliorer la performance.

Cependant si ces architectures sommet sont efficaces contre des obstacles de dimension relativement petites ou moyennes, elles s’avèrent moins efficaces contre des obstacles de dimensions plus grandes présents dans les mines. En effet, dans ces cas, les efforts exercés sur les câbles sont supérieurs à la force à la rupture des câbles et l’obstacle vient alors ‘couper’ les éléments de renforcement des couches de travail, d’autant plus facilement que ces câbles sont rigides et s’opposent à la déformation imposée par l’obstacle.

Les inventeurs se sont donnés pour objectif, pour un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, de diminuer le risque de perforation du sommet du pneumatique à la suite d’agressions de la bande de roulement lors d’un roulage sur des pierres tranchantes tout en conservant une bonne performance en fissuration du sommet avec une diminution de la masse de l’armature de sommet.

Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil comprenant :

une armature de sommet, radialement intérieure à une bande de roulement ayant une largeur axiale Lbdr et radialement extérieure à une armature de carcasse, et comprenant des couches de sommet ayant des éléments de renforcement métalliques,
l’armature de sommet comprenant au moins une armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, dont une de plus grande largeur axiale ayant une largeur axiale Ltmax et une de plus petite largeur axiale ayant une largeur axiale Ltmin,
chaque couche de travail comprenant des éléments de renforcement métalliques, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle, des angles orientés au moins égaux à 10° et au plus égaux à 45°, et au moins deux angles de deux couches de travail étant de signes opposés,
chaque élément de renforcement de chacune des couches de sommet étant caractérisé par un allongement structurel As, une force à la rupture Fm (charge maximale en N), une résistance à la rupture Rm (en MPa), un allongement total à la rupture At et un module d’Young en traction E, ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ASTM D 2969-04 de 2014,
chaque élément de renforcement métallique de chaque couche de sommet est extensible et a, dans un état gommé extrait d’une matrice polymérique, un allongement structurel As au moins égal à 0.5%, un allongement total At à la rupture au moins égal à 3% et un module d’Young en traction E au plus égal à 150 GPa,
la largeur axiale Ltmin de la couche de travail de plus petite largeur axiale est au moins égale à 60% de la largeur axiale Lbdr de la bande de roulement (Ltmin ≥0.6*Lbdr).
la largeur axiale Ltmax de la couche de travail de plus grande largeur axiale est au moins égale à 70% de la largeur axiale Lbdr de la bande de roulement (Ltmax ≥0.7*Lbdr).

L’invention consiste en un pneumatique dont tous les renforts métalliques de l’armature de sommet sont extensibles ou hyperextensibles contrairement aux pneumatiques selon l’état de l’art dont au moins les couches de travail sont inextensibles afin de permettre une rigidité circonférentielle et transverse adéquate. De façon étonnante, sur les pneumatiques de génie civil existants, cette caractéristique n’est pas considérée comme essentielle et plus encore utiliser des câbles extensibles pour les couches de travail permet de faire des gains substantiels en résistance à la perforation du sommet et en fissuration avec une possible réduction de masse. Il est alors possible, grâce aux propriétés extensibles des renforts de maintenir un niveau correct de cisaillement des matériaux caoutchouteux, aux extrémités des couches de travail, et une rigidité de sommet adéquate à la condition que les couches de travail aient une largeur minimale par rapport à la largeur de la bande de roulement, typiquement au moins égale à 70% de la largeur de la bande de roulement pour la couche de travail de plus grande largeur axiale et au moins égale à 60% de la largeur de la bande de roulement pour la couche de travail de plus faible largeur axiale. En deçà de cette largeur axiale minimale de la couche de renforts transverses de plus petite largeur, les efforts transverses sont moins bien repris, le comportement mécanique du pneumatique se dégrade, en particulier ses performances en fissuration des extrémités axiales des couches de renforts transverses.

Les inventeurs ont constaté que l’invention fonctionne correctement, avec ou sans couches de frettage. Néanmoins les couches de frettage dont les renforts sont strictement circonférentiels génèrent des contraintes de fabrication en raison de leur plus faible capacité de déformation : ainsi il est avantageux de ne pas les utiliser. Ce n’est pas le cas si les renforts extensibles des éventuelles couches de frettage font avec la direction circonférentielle mesurée au niveau du plan circonférentiel médian, un angle au moins égal à 5°. On peut également associer aux couches de travail une couche de sommet comprenant des renforts extensibles ou hyperextensibles faisant avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 45° et au plus égal à 70°, dite couche de triangulation. Ce type de couche de renforts présente l’intérêt de s’opposer au cisaillement entre les au moins deux couches de travail et également de reprendre des efforts de compression habituellement repris par l’armature de carcasse. On peut également utiliser des renforts extensibles différents entre la couche de triangulation et les couches de travail notamment pour que la couche de travail la plus radialement extérieure soit plus extensible et protège les autres en cas de choc sur le sommet.

L’invention est donc réalisable selon plusieurs modes avec 2, 3, 4 ou plus couches de travail, dont les angles ont des signes opposés d’une couche de travail à la suivante, ou par paires, de signes différents d’une couche à la suivante dans chaque paire , associées ou non à une ou deux couches de frettage dont les renforts forment avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 5° et au plus 10°, associés ou non à une couche de triangulation dont les renforts forment avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 45° et au plus égal à 70°. La couche de travail la plus radialement extérieure pouvant être significativement plus extensible que la couche de travail la plus radialement intérieure.

Parmi toutes les solutions possibles, il est avantageux notamment pour économiser des ressources en matière première que l’armature de sommet consiste en deux couches de travail.

Il reste également avantageux pour des raisons d’économie de matière première que l’armature de sommet consiste en deux couches de travail et d’une troisième couche de sommet dont les renforts métalliques extensibles forment un angle avec la direction circonférentielle compris entre 5° et 70°. Dans ce cas, le sommet est constitué de deux couches de travail et selon l’angle choisi, d’une couche de frettage, d’une troisième couche de travail ou d’une couche de triangulation.

Il reste toujours avantageux pour des économies de matières premières que l’armature de sommet consiste en quatre couches de travail.

Avantageusement, toujours pour des économies de matières, l’armature de sommet comprend trois couches de travail et une couche de sommet de renforts transverses dont les renforts extensibles forment un angle avec la direction circonférentielle compris entre 5° et 70°, les angles des renforts avec la direction circonférentielle étant opposés d’une couche de travail à la suivante. Dans ce cas, le sommet est constitué de trois couches de travail et selon l’angle choisi, d’une couche de frettage, d’une quatrième couche de travail ou d’une couche de triangulation.

Une solution intéressante est que l’armature de sommet comprend au moins deux couches de travail et deux couches de renforts transverses dont les renforts extensibles forment un angle avec la direction circonférentielle compris entre 5° et 10°, les angles de ces renforts avec la direction circonférentielle étant opposés d’une couche à l’autre.

Pour protéger plus efficacement l’armature de sommet des chocs, notamment en roulage sur des obstacles souvent présents sur le sol, il est avantageux que, si l’armature de sommet comprend au moins trois couches de sommet, alors les éléments de renforcement de la couche de sommet la plus radialement extérieure aient un allongement structurel Asp au moins égal à un pourcent plus l’allongement structurel Ast (Asp≥1%+Ast) des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure, chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique. Une version avantageuse est une version de l’invention comprenant une armature de sommet comprenant deux couches, les plus radialement extérieures, dont les éléments de renforcement ont un allongement structurel Asp au moins égal à un pourcent plus l’allongement structurel Ast (Asp≥1%+Ast) des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure, chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique.

Préférentiellement, l’allongement As structurel des éléments de renforcement de chaque couche de renforts est au moins égal à 85% et au plus égal à 110% de l’allongement structurel Ast des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure, chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique. Sauf à avoir la couche de renforts la plus radialement extérieure plus extensible, il est avantageux que les allongements totaux respectifs des renforts de chaque couche de renforts soient proches afin qu’en cas de choc, les couches de renforts aient un comportement proche et qu’elles reprennent de manière équilibrée les déformations, évitant ainsi une défaillance prématurée de l’une ou de l’autre des dites couches sous le choc avec un obstacle.

Identiquement, il est préférable que le module d’Young Ef des éléments de renforcement de chaque couche de renforts est au moins égal à 85% et au plus égal à 110% du module d’Young Et des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure, chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique. Cette condition comme la précédente permet un bon équilibre de fonctionnement des différentes couches de sommet mais dans ce cas d’un point de vue des contraintes plutôt que des déformations.

Il est avantageux que chaque élément de renforcement métallique extensible de chaque couche de sommet ait, dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique, un allongement structurel au moins égal à 1% et au plus égal à 3% qui est la plage optimale pour les allongements structurels des renforts desdites couches pour la meilleure protection contre les perforations et chocs sur le somment. Si l’allongement structurel desdites couches est trop élevé, le pneumatique se déforme trop et les matériaux caoutchouteux du pneumatique se déforment de manière importante également dès le gonflage, consommant une partie de leur résistance notamment à la fissuration. Un allongement structurel pour des renforts extensibles gommés extraits d’une matrice polymérique de 0.5%, qui est une limite basse de l’allongement structurel, n’est pas optimal pour une meilleure résistance du pneumatique vis-à-vis de la perforation.

Identiquement, il est préférable que chaque élément de renforcement métallique extensible de chaque couche de sommet, dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique, ait un module d’Young (Ef, Et) au plus égal à 85 GPa et au moins égal à 50 GPa, pour un comportement optimal vis-à-vis des mêmes performances.

Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par la schématique et non représentée à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 24.00R35, représentant la coupe méridienne d’un sommet de pneumatique selon l’invention comprenant 4 couches de sommet.

La ne représente pas dans sa totalité les possibilités offertes par l’invention. Par exemple pour une version de l’invention comprenant deux couches de travail et une couche de frettage. Il existe de nombreuses variantes possibles de positionnement des différentes couches de frettage, de triangulation comprises dans l’invention qui ne sont pas représentées.

Sur la , est représentée une coupe méridienne d’un pneumatique 1 pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une armature de sommet 3, radialement intérieure à une bande de roulement 2 et radialement extérieure à une armature de carcasse 4. L’armature de sommet 3 comprend des couches de sommet 321, 322, 323, 324, dont au moins deux sont des couches de travail. Toutes les couches de sommet 321, 322, 323, 324, comprenant des renforts métalliques extensibles enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux. Pour les couches de travail, les renforts forment un angle compris entre 10° et 45°, avec une direction circonférentielle XX’ tangente à la circonférence du pneumatique, et croisés d’une couche à la suivante. Sont représentées également la largeur axiale de la bande de roulement Lbdr, les largeurs axiales respectivement minimale Ltmin et maximale Ltmax des couches de travail

L’invention a été testée sur des pneumatiques de dimension 24.00R35 ayant une largeur axiale de bande de roulement de 590 mm. Les pneumatiques selon l’invention sont comparés à des pneumatiques de référence de même dimension pour chacun des tests.

Concernant la performance de la résistance du sommet à la perforation, des tests quasi statiques sont effectués utilisant un indenteur cylindrique de 300 mm de long, à base circulaire de diamètre 76,6 mm dont l’extrémité, destinée à venir au contact du pneumatique, est biseautée par des plans, symétriques par rapport à l’axe du cylindre, la pointe du biseau ayant un angle de 46°.

Le test en quasi statique consiste à enfoncer l’indenteur à une vitesse de 50 mm/min. Le pneumatique est écrasé sur un sol plan avec une force égale à la charge recommandée, le pneumatique étant gonflé à la pression recommandée. L’indenteur est enfoncé au centre de l’aire de contact. Le résultat du test est la distance de pénétration nécessaire à la rupture de l’armature de sommet. Les résultats sont donnés en base 100, 100 étant le résultat du pneumatique de référence. Un résultat supérieur à 100 indique une meilleure performance.

Les performances en endurance à la fissuration du sommet appelée également résistance au clivage du sommet sont mesurées sur des tests sur machine dans lesquels deux pneumatiques de même type (référence sur référence, invention sur invention) roulent l’un sur l’autre à la vitesse de 28 km/h, les pneumatiques étant gonflés à 7.25 b pour une force d’écrasement de 20 t. Le test est arrêté au moment de la perte de pression d’un des pneumatiques. Le résultat considéré est le nombre de kilomètres effectués avant la défaillance du pneumatique.

Les pneumatiques de référence et selon l’invention sont identiques exceptée l’armature de sommet. Ils ont la même sculpture et les mêmes renforts pour la couche de carcasse et les mêmes composés caoutchouteux pour les différentes parties du pneumatiques.

Concernant l’armature de sommet, les pneumatiques de référence sont constitués, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, d’une armature de protection, d’une armature de travail et d’une armature de frettage :

Les éléments de renforts des couches de protection sont des câbles extensibles E24.26 (24 fils de 26 centièmes de millimètre de diamètre), ayant un pas de pose de 2.5mm, leur allongement structurel As étant égal, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, à 0.6%, leur allongement total à la rupture At étant égal à 3.9% et leur module d’Young étant égal à de 75GPa. Ils forment un angle de 24° avec la direction circonférentielle et sont croisés d’une couche à l’autre. La couche la plus radialement extérieure a une largeur axiale de 520 mm, l’autre une largeur axiale de 400 mm.
Les éléments de renforts des couches de travail sont des câbles inextensibles 26.30 (26 fils de 30 centièmes de millimètre de diamètre), ayant un pas de pose de 3.4 mm, leur allongement structurel As étant égal, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, à 0%, leur allongement total à la rupture At étant égal à 2.4% et leur module d’Young étant égal à 180 GPa. Ils forment un angle de -33° pour la couche la plus radialement intérieure et 19° pour la couche la plus radialement extérieure, avec la direction circonférentielle et sont croisés d’une couche à l’autre. La couche la plus radialement extérieure a une largeur axiale de 380 mm de largeur axiale, l’autre une largeur axiale de 450 mm.
Les éléments de renforts des couches de frettage sont identiques aux éléments de renforcement des couches de travail avec le même pas de pose. Ils forment un angle de 8° avec la direction circonférentielle et sont croisés d’une couche à l’autre. Ils sont posés sous forme de nappe. La couche la plus radialement extérieure a une largeur axiale de 200 mm, l’autre une largeur axiale de 240 mm.

Compte tenu des rigidités des couches de travail et des couches de frettage, il n’est pas possible d’élargir les couches de frettage. Si seules les couches de frettage sont extensibles, elles n’ont plus d’effet.

L’invention a été testée selon deux versions, une version dite extensible dite E et deux versions dite hyperextensibles dite HE1 et HE2, HE2 ayant des renforts plus hyperextensibles que HE1. Pour les trois versions E, HE1 et HE2 de l’invention, l’architecture de l’armature de sommet est identique mais les éléments de renforcement des différentes couches de sommet sont différents. L’armature de sommet est composée radialement de l’extérieur vers l’intérieur :

Une couche de travail formant un angle de 33° avec la direction circonférentielle de 380 mm de largeur axiale, soit 64% de la largeur bande de roulement,
Une couche de travail formant un angle de -33° avec la direction circonférentielle de 450 mm de largeur axiale, soit 76% de la largeur bande de roulement,
Une couche de travail formant un angle de 33° avec la direction circonférentielle de 380 mm de largeur axiale, soit 64% de la largeur bande de roulement,
Une couche de travail formant un angle de -33° avec la direction circonférentielle de 450 mm de largeur axiale, soit 76% de la largeur bande de roulement.

Pour la version E de l’invention, toutes les couches de l’armature de sommet sont réalisées avec des renforts constitués de câbles E21.28 (21 fils de 28 centièmes de millimètre de diamètre) posés selon un pas de 2.4 mm, et dont l’allongement structurel As est, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, égal à 0.5%, l’allongement total à la rupture At est égal à 3.3% et le module d’Young est égal à 95 GPa.

Pour la version HE1 de l’invention, toutes les couches de l’armature de sommet sont réalisées avec des renforts constitués de câbles E24.35_1 (24 fils de 35 centièmes de millimètre de diamètre) posés selon un pas de 3.9 mm, et dont l’allongement structurel As est, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, égal à 1.1%, l’allongement total à la rupture At est égal à 4.3% et le module d’Young est égal à 70 GPa. L’élasticité et l’hyperélasticité autrement dit le caractère extensible ou hyperextensible des câbles sont obtenues en travaillant sur l’agencement des fils dans le câble et également sur le mélange disposé entre les fils.

Pour la version HE2 de l’invention, toutes les couches de l’armature de sommet sont réalisées avec des renforts constitués de câbles E24.35_2 (24 fils de 35 centièmes de diamètre) posés selon un pas de 4.2 mm, et dont l’allongement structurel As est, dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, égal à 1.6%, l’allongement total à la rupture At est égal à 5.5% et le module d’Young est égal à 50 GPa. L’élasticité et l’hyperélasticité des câbles sont obtenues en travaillant sur l’agencement des fils dans le câble et également sur le mélange disposé entre les fils.

Le module d’élasticité pendant la phase d’allongement structurel de l’ensemble des câbles extensibles ou hyperextensibles des pneumatiques de référence ou selon l’invention est compris entre 10 et 20 GPa dans leur état non gommé, et entre 10 et 30 GPa dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique.

Concernant la performance de résistance à la pénétration, les résultats montrent que, malgré un allégement du pneumatique par une diminution de la masse métallique de son armature de sommet, la hauteur critique de l’indenteur lors d’un choc sur la surface de la bande de roulement est significativement supérieure. La version E montre une performance identique au témoin, améliorée de 10% pour la version HE1 et de 20% pour la version HE2.

Concernant les tests de fissuration ou clivage du sommet les pneumatiques selon l’invention effectuent un kilométrage identique au pneumatique de référence avant sa défaillance, soit une performance identique.

Concernant la performance sur la masse des pneumatiques, la version E et HE1 montre un allègement de la masse métallique de 20% et la version HE2 de 22% soit pour le pneumatique testé une baisse de la masse d’environ 100 Kg.

L’invention telle que proposée permet donc pour une résistance à la perforation sommet identique ou améliorée, une résistance de l’armature de sommet à la fissuration constante, une réduction de masse de l’armature de sommet et donc de la masse du pneumatique.

Claims

Pneumatique radial (1) pour véhicule de type génie civil comprenant :
une armature de sommet (3), radialement intérieure à une bande de roulement (2) ayant une largeur axiale Lbdr et radialement extérieure à une armature de carcasse (4), et comprenant des couches de sommet ayant des éléments de renforcement métalliques,

l’armature de sommet (3) comprenant au moins une armature de travail (32), comprenant au moins deux couches de travail (321, 322, 323, 324), dont une de plus grande largeur axiale ayant une largeur axiale Ltmax (321) et une de plus petite largeur axiale (322) ayant une largeur axiale Ltmin,

chaque couche de travail (321, 322, 323, 324) comprenant des éléments de renforcement métalliques, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle, des angles orientés au moins égaux à 10° et au plus égaux à 45°, et au moins deux angles de deux couches de travail étant de signes opposés,
chaque élément de renforcement de chacune des couches de sommet étant caractérisé par un allongement structurel As, une force à la rupture Fm (charge maximale en N), une résistance à la rupture Rm (en MPa), un allongement total à la rupture At et un module d’Young en traction E, ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ASTM D 2969-04 de 2014,

caractérisé en ce quechaque élément de renforcement métallique de chaque couche de sommet est extensible et a, dans un état gommé extrait d’une matrice polymérique, un allongement structurel As au moins égal à 0.5%, un allongement total At à la rupture au moins égal à 3% et un module d’Young en traction E au plus égal à 150 GPa,

en ce quela largeur axiale Ltmin de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322) est au moins égale à 60% de la largeur axiale Lbdr de la bande de roulement (Ltmin ≥0.6*Lbdr).
et en ce quela largeur axiale Ltmax de la couche de travail de plus grande largeur axiale (322) est au moins égale à 70% de la largeur axiale Lbdr de la bande de roulement (Ltmax ≥0.7*Lbdr).
Pneumatique (1) selon la revendication 1 dans lequel l’armature de sommet consiste en deux couches de travail et une troisième couche de sommet de renforts transverses dont les renforts métalliques extensibles forment un angle avec la direction circonférentielle compris entre 5° et 70°.
Pneumatique (1) selon la revendication 1 dans lequel l’armature de sommet consiste en quatre couches de travail (321, 322, 323, 324).
Pneumatique (1) selon la revendication 1 dans lequel l’armature de sommet comprend trois couches de travail et une couche de sommet de renforts transverses dont les renforts métalliques extensibles forment un angle avec la direction circonférentielle compris entre 5° et 70°, les angles des renforts avec la direction circonférentielle étant de signes opposés d’une couche de travail à la suivante.
Pneumatique (1) selon la revendication 1 dans lequel l’armature de sommet consiste en deux couches de travail.
Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’allongement structurel As à la rupture des éléments de renforcement de chaque couche de sommet est au moins égal à 85% et au plus égal à 110% de l’allongement structurel Ast des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure (321), chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique.
Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le module d’Young Ef des éléments de renforcement de chaque couche de sommet est au moins égal à 85% et au plus égal à 110% du module d’Young Et des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure (321) (0.85*Et ≤Ef ≤1.10*Et), chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique.
Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel chaque élément de renforcement métallique extensible de chaque couche de sommet a, dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique, un allongement structurel (As) au moins égal à 1% et au plus égal à 3%.
Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel chaque élément de renforcement métallique extensible de chaque couche de sommet (3), dans leur état gommé extrait d’une matrice polymérique, a un module d’Young (Ef, Et) au plus égal à 85 GPa et au moins égal à 50 GPa.
Pneumatique (1) selon la revendication 1 à 4 dont l’armature de sommet comprend au moins trois couches de sommet, les éléments de renforcement de la couche de sommet la plus radialement extérieure ont un allongement structurel Asp au moins égal à un pourcent plus l’allongement structurel Ast des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure (321). (Asp≥Ast+1%), chacun des renforts étant dans son état gommé extrait d’une matrice polymérique.