WO2009033620A1 - Roue élastique non pneumatique - Google Patents

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WO2009033620A1
WO2009033620A1 PCT/EP2008/007316 EP2008007316W WO2009033620A1 WO 2009033620 A1 WO2009033620 A1 WO 2009033620A1 EP 2008007316 W EP2008007316 W EP 2008007316W WO 2009033620 A1 WO2009033620 A1 WO 2009033620A1
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WO
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fibers
wheel according
membranes
wheel
cylinders
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Application number
PCT/EP2008/007316
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Antonio Delfino
Jean-Paul Meraldi
François POZO
Original Assignee
Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60B9/00—Wheels of high resiliency, e.g. with conical interacting pressure-surfaces
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T152/10—Tires, resilient
    • Y10T152/10279—Cushion
    • Y10T152/10288—Sectional
    • Y10T152/10297—Annular
    • Y10T152/10306—Superimposed

Definitions

  • the present invention relates to laminated products, that is to say to products made of several layers or strips of flat or non-planar shape which are interconnected, for example of the cellular or honeycomb type.
  • the invention is more particularly related to elastic (flexible) wheels for motor vehicles of the "non-pneumatic" type, that is to say not requiring inflation gases such as air to take their usable form, and the inclusion in such wheels composite laminates of which all or part is made of fibers embedded in a resin matrix.
  • Such non-pneumatic tires when associated with any rigid mechanical element intended to ensure the connection between the flexible tire and the hub of a wheel, replace the assembly constituted by the tire, the rim and the disc such that they are known on most current road vehicles.
  • This annular band (or shear band) comprises two membranes formed of substantially inextensible cords, coated with natural or synthetic rubber, separated by a shear layer itself rubber.
  • the operating principle of such a strip is that the shear modulus of the shear layer is very significantly lower than the module in extension of the two membranes, while being sufficient to be able to properly transmit the forces of a membrane to another and thus work said band shear.
  • the present invention relates (with reference to the appended FIG. 1), a non-pneumatic elastic wheel (10), defining three perpendicular, circumferential (X), axial (Y) and radial (Z) directions, said wheel comprising at least:
  • a hub (11); an annular so-called shear strip (13) comprising at least one inner circumferential membrane (14) and one outer circumferential membrane (16) oriented in the circumferential direction X; a plurality of support members (12) connecting the hub (1 1) to the inner circumferential membrane (14),
  • the two membranes (14, 16) are connected to each other via a series extending in the circumferential direction (X) of cylinders (15) called connecting cylinders, said connecting cylinders (15) being non contiguous in the circumferential direction X and having their generatrix oriented in the axial direction Y; the connecting cylinders (15) are composite cylinders comprising fibers embedded in a resin matrix.
  • This non-pneumatic elastic wheel of the invention has a deformable cellular structure, very aerated, which has been found to have, unexpectedly, a high resistance to bending and / or compression forces and a high endurance to such repeated efforts or alternated. It has the advantage of being non-hysteretic.
  • annular shear band consists in particular of a composite material based on glass fibers and / or carbon fibers embedded in a thermosetting resin of the polyester or vinylester type
  • this Moreover, the wheel has proved not only capable of withstanding extremely low temperatures but also suitable for use in a very wide range of temperatures, typically ranging from -50 ° C. to + 150 ° C.
  • FIG. 1 in cross-section, a portion of the annular shear band of the wheel of FIG. 1, shown flat (Fig. 2); a perspective view of the cross-section of FIG. Previous 2 (Fig. 3); in radial section, a non-pneumatic elastic wheel according to another embodiment of the invention (FIG. 4); in cross-section, a portion of the annular shear band of the wheel of FIG. 4 above, shown flat (Fig. 5); a perspective view of the cross section of FIG. Previous 5 (Fig. 6); in radial section, a non-pneumatic elastic wheel according to another embodiment of the invention (FIG 7); a complete perspective view of an example of a non-pneumatic elastic wheel according to the invention (FIG 8).
  • composite speaking of a material or object: a material or article comprising fibers, short or continuous, embedded in a resin matrix; "layer” or “strip”: a sheet or any other element of relatively small thickness relative to its other dimensions, this layer possibly being of homogeneous or cohesive nature;
  • cylinder means any hollow cylinder (ie, without a bottom) in the widest sense of the term, that is to say any cylindrical object of any right (orthonormal) cross section, that is to say of which the contour defines a closed line without point of inflection (for example of a circular, oval, elliptical section) or with point (s) of inflection; according to such a definition, it will be understood that terms such as tube, cylindrical tube, cylindrical tube portion, tubular element, tubular column, cylindrical element all designate
  • unidirectional fibers means a set of fibers essentially parallel to each other, that is to say oriented along the same axis;
  • non-pneumatic in reference to a wheel or tire: a wheel or tire designed to be capable of carrying a substantial load without inflation pressure, that is to say not requiring an inflation gas such as air to take its usable form and support the load;
  • any element such as a strip, fiber or other elongated reinforcing element, an element which is oriented substantially parallel to that axis or direction, that is, that is to say, making with this axis or this direction an angle not diverging by more than ten degrees (thus zero or at most equal to 10 degrees), preferably not more than five degrees;
  • oriented perpendicular to an axis or direction speaking of any element such as a strip, a fiber or other elongated reinforcing element, an element which is oriented substantially perpendicular to that axis or direction, that is to say, making with a perpendicular to this axis or this direction an angle not diverging by more than ten degrees, preferably not more than five degrees;
  • radially oriented speaking of a wheel element (or tire): oriented in any direction passing through the axis of rotation of the wheel (or tire) and substantially perpendicular to that direction, that is, that is to say, making with a perpendicular to this direction an angle not diverging by more than ten degrees, preferably not more than five degrees;
  • circumferentially oriented speaking of a wheel element (or tire): oriented substantially parallel to the circumferential direction of the wheel (or tire), that is to say making with this direction an angle not not more than ten degrees apart, preferably no more than five degrees;
  • laminated product as defined in the International Patent Classification: any product having at least two layers or strips, of flat or non-planar form, which are connected and connected together; the term “bound” or “connected” should be interpreted extensively to include all connecting or joining means, for example by gluing, nailing, riveting, bolting;
  • resin any synthetic resin, of thermoplastic type or of thermosetting type (also said for the latter curable, polymerizable or crosslinkable), and by extension any composition, formulation based on said resin and further comprising one or more additives such as for example a curing agent.
  • FIG. 1 very schematically represents a radial section (ie, in a plane perpendicular to the axis of rotation Y of the wheel) of a non-pneumatic elastic wheel (10), structurally supported (ie , thanks to a supporting structure), whose circumferential shear band (13) is constituted by a laminate product.
  • This wheel defining three perpendicular, circumferential (X), axial (Y) and radial (Z) directions, has the essential characteristic of comprising at least:
  • the two membranes (14, 16) are connected to each other via a series extending in the circumferential direction (X) of cylinders (15) called connecting cylinders, said connecting cylinders (15) being non contiguous in the circumferential direction X and having their generatrix oriented in the axial direction Y; the connecting cylinders (15) are composite cylinders comprising fibers embedded in a resin matrix.
  • connecting cylinders also have the characteristic of being composite material cylinders, that is to say to include embedded fibers (or coated, both being considered synonymous) in a resin matrix.
  • the shear band (13) of the non-pneumatic elastic wheel of the invention thus forms a hollow structure, very cellular, which can be described as "cellular” in the sense that no other material is necessary (such as illustrated in Fig. 1) between the two membranes and the connecting cylinders (hollow and bottomless, by definition).
  • This deformable cellular structure used as a non-planar elastic beam, has unexpectedly proved to have a high resistance to flexion-compression forces and a high endurance to such repeated or alternating forces, thanks to its ability to generate a deformation comparable to shear between its two membranes under the action of various stresses in traction, flexion or compression.
  • the annular shear band With its connecting cylinders (15) made of composite material, the annular shear band has a high deformation potential in a purely elastic field.
  • the connecting cylinders are particularly enduring and have the advantage of a purely elastic behavior until rupture, without plastic deformation, unlike for example a metal structure which under strong deformation plastic behavior, ie, irreversible, harmful to known way to endurance.
  • This advantageous property also applies to the membranes (14, 16) when the latter are also made of composite material (fibers / resin).
  • the fibers of the connecting rolls (15) may be continuous fibers or short fibers, it is preferred to use continuous fibers.
  • these fibers are more preferably unidirectional and oriented circumferentially in a radial plane (perpendicular to the Y axis).
  • the connecting cylinders (15) work essentially in bending. According to the circumferential axis of their reinforcing fibers, they have a modulus in extension (ASTM D 638) and in flexion (ASTM D 790) which are preferably greater than 15 GPa, more preferably greater than 30 GPa, in particular between 30 and 50 GPa.
  • the invention applies to cases where the two membranes could be made of a material other than that of the rolls, for example metal or polymer.
  • the inner (14) and outer (16) membranes are also composite membranes comprising embedded fibers. in a resin matrix.
  • the entire basic structure of the annular shear band (13), constituted by the two membranes (14, 16) and their plurality of connecting cylinders (15), is made of composite material.
  • these fibers of the membranes (14, 16) are continuous fibers; more preferably, these continuous fibers are unidirectional, oriented parallel to the main direction X so that the membranes have a maximum tensile strength in the main direction X.
  • the two membranes or flanges have an extension module (ASTM D 638) which is preferably greater than 15 GPa, more preferably greater than 30 GPa (for example between 30 and 50 GPa).
  • connection cylinders (15) and the membranes (14, 16), if appropriate composite, may consist of a single filamentary layer or of several superimposed elementary filamentary layers whose fibers are all oriented in the main direction X.
  • multilayers may be interposed one or more additional layers of crossed son, in particular oriented along the Y axis (generator of the rolls), in order to reinforce the structure laterally and thus, according to a term used in the composites trade, to balance the structure overall.
  • the connecting cylinders (15) have a diameter D which is substantially constant in a radial direction Z, normal to the X direction and to the Y axis, so as to maintain the outer membranes ( 16) and internally (14) substantially (ie, approximately) equidistant.
  • the cylinders (15) may also have a diameter D which is linearly variable in the main direction X, when a structure is desired in which the distance between the two strips is likely to vary gradually along the main axis X.
  • the term "diameter” must be considered here, extensively, as the dimension of the cylinder (thickness included) in the direction radial Z.
  • FIG. 2 schematizes, in cross section (or radial section), a portion of the annular shear band (13) of the wheel (10) of FIG. 1 while FIG. 3 gives a schematic perspective view. of the same cross section of Figure 2.
  • this portion of the annular shear band has been shown flat (X-axis circumferential represented rectilinear).
  • annular shear band (13) An essential feature of the annular shear band (13) is that its connecting rolls (15) are non-contiguous in the circumferential direction (X) so that they can deform and work in bending.
  • the ratio d / D is between 0.10 and 0.50, where d represents the average distance d, measured along the X direction, between two consecutive connecting rolls, as illustrated in FIGS. 2 and 3.
  • Mean distance means an average calculated on all the connecting cylinders (15) present in the annular shear band
  • the d / D ratio is more preferably in the range of about 0.15 to 0.40.
  • annular shear band (13) of the non-pneumatic elastic wheel (10) there is at least one any one, more preferably still all of the following characteristics which is verified:
  • a diameter D which is between 10 and 100 mm; an average distance d which is between 1 and 50 mm; a width Lm of the membranes and a width Lc of the cylinders, both measured in an axial direction (parallel to the Y axis), which are each between 5 and 200 mm; a thickness Em of the membranes and a thickness Ec of the cylinders (measured for example in the radial direction Z) which are each between 0.25 and 3 mm.
  • non-pneumatic elastic wheel of the invention has a usual diameter for a wheel, for example between 200 and 2000 mm.
  • a diameter D which is between 15 and 45 mm; an average distance d which is between 1.5 and 40 mm (in particular between 3 and 40 mm, more particularly between 5 and 15 mm); a width Lm and a width Lc which are each between 20 and 100 m; a thickness Em and a thickness Ec which are each between 0.5 and 2 mm.
  • D values of less than 10 mm or greater than 100 mm are possible depending on the diameters of wheels envisaged.
  • a diameter D between 10 and 100 cm, in particular between 15 and 45 cm; an average distance d of between 1 and 50 cm, in particular between 1.5 and 40 cm; a width Lm and a width Lc each of between 5 and 200 cm, in particular between 20 and 100 cm; a thickness Em and a thickness Ec each of between 0.25 and 3 cm, in particular between 0.5 and 2 cm.
  • the various constituent parts of the annular shear band (13) of the non-pneumatic elastic wheel (10) of the invention, in particular the connecting cylinders (15) and the inner (14) and outer (16) membranes which constitute the base parts thereof, can be connected directly to one another by means of chemical, physical or mechanical fixing means.
  • fastening means include, for example, adhesives, rivets, bolts, staples, ligatures or seams.
  • the mechanical fastening means such as rivets or bolts for example may be of various materials, such as metal, metal alloy, plastic or composite material (for example based on glass fibers and / or carbon).
  • the connecting cylinders (15) can also partially penetrate into the outer (16) and / or inner (14) membranes to which they are connected.
  • the connecting cylinders (15) can be indirectly connected to the outer (16) and inner (14) membranes, that is to say by means of intermediate connecting pieces.
  • These intermediate pieces or “inserts” can take different geometric shapes, for example in the form of parallelepiped, dovetail, shaped "I", "T”, “U”; they can themselves be fixed to the base parts (membranes and connecting cylinders) by fastening means such as those described above.
  • inserts may be used as reinforcement pieces whenever the forces that are supported are too great, these inserts being able to reduce the stresses transmitted to the composite structure to acceptable levels.
  • These inserts are for example metal, metal alloy, plastic or composite material (for example fiberglass and / or carbon embedded in a resin).
  • the connecting rolls (25) for at least a part of them or more preferably for the whole of between them are reinforced by a reinforcement element called "radial cylinder reinforcement” (26) passing completely along their diameter, parallel to a radial direction Z.
  • FIG. 4 shows that, in accordance with a preferred embodiment, there is a wheel radius (12) facing each connecting cylinder (25), each wheel radius (12) being more preferably substantially aligned, in a radial direction Z, with each radial cylinder reinforcement (26).
  • FIG. 5 schematizes, in cross-section (or radial), a portion of the annular shear band (23) of the wheel (20) of FIG.
  • FIG. 6 gives a schematic perspective view of this same cross-section of FIG. 4.
  • this portion of the annular shear band (23) has been represented flat (circumferential X-axis shown rectilinear).
  • the radial cylinder reinforcement (26) operates as a beam which prevents the deformation of the connecting cylinders (25) perpendicular to their Y axis (generator). By its stiffness in tension and in compression, it avoids the annular shear band (23) of this other example of wheel (20) according to the invention of the invention, flambé when the composite structure is subjected to flexions particularly severe.
  • the radial cylinder reinforcement (26) it preferably has a small thickness relative to its other dimensions, it can take various slender shapes such as wire or monofilament shapes, film or ribbon. Its diameter ⁇ if it is a monofilament of circular cross section or its smallest lateral dimension in the other cases (measured along the main direction X), is preferably between 0.25 and 3 mm more preferably between 0.5 and 1.5 mm.
  • the radial cylinder reinforcement (26) passes entirely in the direction Z, the connecting cylinder so as to be anchored in the inner (14) and outer (16) membranes; such an embodiment is illustrated in Figure 5 where it can be seen that the ends (26a, 26b) of each radial cylinder reinforcement (26) penetrate into the membranes to anchor.
  • the radial cylinder reinforcement (26) completely traverses, in the Z direction, the connecting cylinder (25). ), the inner (14) and outer (16) membranes, so as to be anchored in these inserts or even beyond these inserts.
  • the radial cylinder reinforcement (26) is itself made of composite material and comprises unidirectional continuous fibers embedded in a resin matrix.
  • the radial cylinder reinforcement (26) is constituted by a series of discrete (elementary) reinforcements oriented radially (parallel to the radial direction Z), said series being aligned axially along the generatrix Y of the connecting cylinders (25).
  • These discrete reinforcements (26) are preferably monofilaments of any cross section, in particular circular.
  • the density of reinforcements (26), measured along the Y axis, is preferably in a range from 5 to 50, more preferably from 10 to 40, for example 15 to 35 reinforcements per dm of width (Lc, measured according to Y) of connecting cylinder (25).
  • fiber applies to any type of reinforcing fiber, usable as long as the latter is compatible with its resin matrix.
  • a fiber is for example chosen from the group consisting of polyvinyl alcohol, aromatic polyamide (or “aramid”), polyamide-imide, polyimide fibers, polyester fibers, aromatic polyester, polyethylene, polypropylene, cellulose fibers. , rayon, viscose, polyphenylene benzobisoxazole (or “PBO”), polyethylene naphthenate (“PEN”), glass fiber, carbon fiber, silica fiber, ceramic fiber, and blends of such fiber.
  • fibers selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers and mixtures of such fibers. More preferably still, glass fibers are used.
  • the resin employed is a resin which is preferably thermosetting. It is for example a resin crosslinkable by ionizing radiation, such as for example a UV-visible radiation emitting preferably in a spectrum extending from 300 nm to 450 nm, an accelerated electron beam or rays X. It is also possible to choose a composition comprising a resin crosslinkable with a peroxide, the subsequent crosslinking can then be carried out, when the time comes, by means of a supply of calories, for example by the action of microwaves.
  • a composition of the ionizing radiation curable type is used, the final polymerization being able to be triggered and easily controlled by means of an ionizing treatment, for example of UV or UV-visible type.
  • the resin used, in the thermoset state has an extension modulus (ASTM D 638) which is preferably at least equal to 2.3 GPa, more preferably greater than 2.5 GPa, especially greater than 3.0 GPa.
  • Its glass transition temperature (Tg), measured by DSC, is preferably greater than 130 ° C., more preferably greater than 140 ° C.
  • a crosslinkable resin a polyester resin (i.e., based on unsaturated polyester) or a vinylester resin is more preferably used.
  • a vinylester resin is used. Surprisingly, it has been found that a vinyl ester resin withstands better than the others at extremely low temperatures.
  • a simple test makes it possible to measure that the bending strength of a fiberglass / vinylester resin composite is substantially increased at very low temperature. This test consists of making a loop with a composite monofilament (for for example, diameter 1 mm) and to reduce the radius of curvature until rupture (clearly visible with the naked eye) of the outer part of the monofilament which is in extension. It is then unexpectedly realized that the minimum radius reached becomes smaller when the monofilament loop has been plunged just before into liquid nitrogen (-196 ° C). In immersion test or thermal quenching in liquid nitrogen, one can also test the resin as such, giving preference to resins that do not crack during such a test.
  • the annular shear band of the wheel of the invention consists entirely of glass and / or carbon fibers, more preferably still glass fibers, embedded in a vinylester resin matrix.
  • Vinylester resins are well known in the field of composite materials. Without this definition being limiting, the vinylester resin is preferably of the epoxyvinylester type.
  • a vinylester resin in particular of the epoxy type, which is at least partly based on novolak and / or bisphenol (or preferably a vinylester resin based on novolak, bisphenol or novolak and bisphenol), is used more preferably, as described, for example, in the applications EP 1 074 369 and EP 1 174 250 (or US Pat. No. 6,926,853).
  • An epoxyvinylester resin of novolac and bisphenolic type has shown excellent results; for example, mention may be made in particular of the vinylester resins "ATLAC 590" or “” ATLAC E-Nova FW 2045 “from the company DSM (both diluted with styrene) Such epoxyvinylester resins are available from other manufacturers such as Reichhold, Cray Valley, UCB.
  • the annular shear band may advantageously consist solely of composite glass fiber parts embedded in a vinylester resin.
  • the support elements (12) also called “wheel spokes", with low compression stiffness, work in tension to transmit the forces between the annular shear band and the hub (11) of the wheel, as described for example in the above-mentioned US Pat. No. 7,201,194 (see for example, Fig. 7 to Fig. 11 of said patent).
  • Their thickness is fine relative to that of the membranes, preferably less than 0.5 mm, more preferably less than 0.3 mm.
  • wheel spokes (12) can be made of materials as diverse as metal (or metal alloys), polymers or hybrid materials, reinforced or not.
  • polymers such as polyurethanes, composite materials comprising fibers, in particular glass and / or carbon fibers, coated or impregnated with a resin.
  • the module in extension of the materials used is of course adapted to the load that will be supported by each spoke wheel. In known manner, by adjusting the elongation capacity of the wheel spokes (or that of the materials constituting them), it is possible to adjust the footprint of the wheel.
  • wheel spokes which are themselves made of a composite material, for example a PTFE (polytetrafluoroethylene) impregnated glass fiber cloth or more preferably continuous, unidirectional layers of glass fibers embedded in a vinylester resin matrix.
  • a composite material for example a PTFE (polytetrafluoroethylene) impregnated glass fiber cloth or more preferably continuous, unidirectional layers of glass fibers embedded in a vinylester resin matrix.
  • any suitable method of assembly of the elements described above can be used, for example by adopting the following consecutive steps:
  • the connecting cylinders positioning the connecting cylinders on a mounting template; - Fixing by gluing (for example using an epoxy adhesive) of the two circumferential membranes on the connecting rolls; positioning and gluing the wheel spokes; for example, the wheel spokes are adjusted to the right length and glued at their two ends to the strips (inserts) of composite adapted one to the membrane, the other to the metal hub; the membrane side bar is both glued and bolted, while the hub side is only bolted;
  • the wheel of the invention satisfies the relation 0.7 ⁇ Di / De ⁇ 1, more preferably the relation 0.8 ⁇ Di / De ⁇ 1, Di being the diameter of the inner circumferential membrane and De being the diameter of the outer circumferential membrane.
  • Di and De are in a range of about 200 mm to 2000 mm.
  • connecting cylinders can be connected directly to the circumferential membranes by means of appropriate fastening means already described, or indirectly connected by means of intermediate connecting parts, in particular by means of inserts made of metal, plastic or composite material, also having the function of reinforcing the assembly points.
  • FIGS 7 and 8 illustrate other examples of non-pneumatic elastic wheel (30, 40) according to various embodiments.
  • FIG. 7 schematizes, in radial section, a non-pneumatic elastic wheel (30) in which, in accordance with a particularly preferred embodiment, each cylinder (25) is reinforced by a series of radial radially oriented cylinder reinforcements (26) ( according to Z), said series being aligned along the generatrix (axial direction Y) of the cylinders (25) and containing in this direction, for example a density of 5 to 15 threads per cylinder dm.
  • Each radial cylinder reinforcement (26) completely traverses the connecting cylinder (25) according to its diameter so as to anchor its two ends in the inner (14) and outer (16) membranes.
  • each circumferential membrane (14, 16), of thickness approximately equal to 1 mm consists for example of two times three layers of continuous glass fibers ("Advantex” from the company Owens Corning title 1200 tex), degassed and impregnated with a vinylester resin ("Atlac 590” from the company DSM + photoinitiator “Irgacure 819” from the company Ciba), between which was added a fiberglass screen fabric (glass " 125 g / m 2 ), impregnated with vinylester resin, for balancing the composite assembly.
  • the membrane was obtained by filament winding (ribbon from a nozzle of 0.2 x 5 mm) at an angle close to zero degrees.
  • each membrane has, for example, in the direction of its reinforcing fibers, a tensile modulus of the order of 45 GPa.
  • the connecting cylinders (25), of diameter and thickness respectively equal to about 30 mm and 0.8 mm, were prepared as the membranes above, by filament winding in four layers, perpendicular to the axis (generator) of the cylinder. After which the whole was cured under UV (on the winding support).
  • the connecting rolls have a constant diameter D in the radial direction, so as to maintain the outer (16) and inner (14) circumferential membranes substantially equidistant.
  • the average distance d, measured along the circumferential direction X, between two consecutive connecting rolls (25) is, for example, approximately 7 mm.
  • the radial cylinder reinforcements (26) are, for example, composite monofilaments consisting of glass fibers ("Advantex”) coated in a vinylester resin (“Atlac” resin).
  • the fiber content is for example about 70% (ie about 30% resin).
  • the wheel spokes (32), of very thin thickness (approximately 0.15 mm), are assembled by means of inserts (110, 140), on the one hand to the hub (11). wheel, on the other hand to the inner circumferential membrane (14).
  • the inserts (110) assembling the wheel spokes (32) on the rigid hub (1 1) are for example in the form of half "U", made of a composite material (fiber-resin), for example fiberglass vinylester resin, with a thickness of about 1 mm. They have for example been manufactured as previously indicated for the connecting cylinders, by filament winding in 5 successive layers, on a support having the shape of a flattened cylinder. After UV polymerization, the half U were obtained by cutting the flattened cylinder.
  • a composite material for example fiberglass vinylester resin
  • the inserts (140) assembling the wheel spokes (32) on the inner circumferential membrane (14) are for example of the same thickness but of smaller size, for example in the form of "I", themselves made of composite material such as fiberglass / vinylester resin; they were manufactured as previously indicated for the other inserts (110).
  • FIG. 8 shows a perspective view of another example of a non-pneumatic wheel (40) whose shear band (33) comprises, as it were, a plurality of elementary shear strips arranged in radial planes (ie, perpendicular to the axial direction Y) parallel.
  • FIG. 8 shows that each elementary outer circumferential membrane (16a, 16b, 16c, 16d) is relatively narrow (axial width equal, for example, to 40 mm, measured along Y) relative to the total axial width of the wheel (by example equal to 200 mm).
  • the inner circumferential membrane (14), hardly visible in this view, may itself consist of one or more elementary internal circumferential membranes, for example two in number (for example each of axial width equal to 80 mm) or four (for example each of axial width equal to 40 mm).
  • the elementary shear bands are here circumferentially disposed with respect to each other such that their connecting rolls (25) (width equal to 40 mm) are substantially aligned from one elementary shear band to the other in the axial direction Y.
  • Such a configuration gives the wheel greater axial flexibility and can provide an advantageous decoupling to "absorb" more effectively an obstacle when driving.
  • the shear bands These elementary elements could be arranged in such a way that their connecting cylinders (25) are staggered in the axial direction Y, from one elementary shear band to the other.
  • a tread could be optionally added to the wheels of the invention described above, arranged radially above the outer circumferential membrane (16) when the latter is not intended for direct contact with the ground when rolling the non-pneumatic wheel.
  • This tread may consist of materials as diverse as metal (or metal alloys), polymers or hybrid materials metal-polymer.
  • polymers that may be mentioned include, for example, polyesters such as PET, PTFE, cellulose such as rayon, rubbers such as diene rubbers or polyurethanes.
  • a tread made of metal or polymer other than rubber is preferred.
  • the tread is in the form of a three-dimensional fabric, especially in the abovementioned materials, the thickness of which is for example between 5 and 20 mm.
  • This tread may be fixed to the shear band of the wheel by various fastening means as described above, for example by gluing or bolting, or even using assembly means such as the previously described inserts. According to another possible embodiment, it could be incorporated directly into the outer circumferential membrane (16) during its manufacture.
  • the non-pneumatic elastic wheel of the invention is therefore characterized by an annular shear band whose specific structure, equivalent to a structure of the honeycomb type, opens to it a very wide range of possible applications.
  • shearing is made of elastic materials retaining their properties over a very wide range of temperatures, and capable of mimicking the shear deformation of an elastomer of a shear band as known in the prior art.
  • the non-pneumatic elastic wheel of the invention can be used in all types of motor vehicles, terrestrial or non-terrestrial, in particular vehicles intended to cope with severe or aggressive driving conditions, or extreme temperatures such as those that might be encountered, for example lunar vehicles, road transport units, off-the-road vehicles such as agricultural or civil engineering vehicles, or any other type of transport or handling vehicle for which the use of an elastomeric material is not possible or is not desired.

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Abstract

Roue (10) élastique non pneumatique, supportée structurellement, définissant trois directions perpendiculaires, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), cette roue comportant au moins : un moyeu (1 1); une bande annulaire dite de cisaillement (13) comprenant au moins une membrane circonférentielle interne (14) et une membrane circonférentielle externe (16) orientées selon la direction circonférentielle X; une pluralité d'éléments de support (12) connectant le moyeu (11) à la membrane circonférentielle interne (14), et étant caractérisée en ce que : les deux membranes (14, 16) sont connectées entre elles par l'intermédiaire d'une série s'étendant dans la direction circonférentielle (X) de cylindres (15) dits cylindres de connexion, lesdits cylindres de connexion (15) étant non jointifs selon la direction circonférentielle X et ayant leur génératrice orientée selon la direction axiale Y; les cylindres de connexion (15) sont des cylindres composites comportant des fibres noyées dans une matrice de résine.

Description

ROUE ELASTIQUE NON PNEUMATIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative à des produits stratifiés, c'est-à-dire à des produits faits de plusieurs couches ou bandes de forme plane ou non plane qui sont reliées entre elles, par exemple du type cellulaire ou nid d'abeilles.
L'invention est plus particulièrement relative aux roues élastiques (flexibles) pour véhicules automobiles du type « non-pneumatiques », c'est-à-dire ne nécessitant pas de gaz de gonflage tels que l'air pour prendre leur forme utilisable, et à l'incorporation dans de telles roues de produits stratifiés composites dont tout ou partie est constituée de fibres enrobées dans une matrice de résine.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les bandages ou roues flexibles non pneumatiques sont bien connus de l'homme du métier. Ils ont été décrits dans de très nombreux documents brevets, par exemple dans les brevets ou demandes de brevet EP 1 242 254 (ou US 6 769 465), EP 1 359 028 (ou US 6 994 135), EP 1 242 254 (ou US 6 769 465), US 7 201 194, WO 00/37269 (ou US 6 640 859), WO 2007/085414.
De tels bandages non pneumatiques, lorsqu'il sont associés à tout élément mécanique rigide destiné à assurer la liaison entre le bandage flexible et le moyeu d'une roue, remplacent l'ensemble constitué par le bandage pneumatique, la jante et le disque tels qu'on les connaît sur la plupart des véhicules routiers actuels.
En particulier, le brevet US 7 201 194 précité décrit un bandage non pneumatique, supporté structurellement (sans pression interne), qui a pour caractéristique essentielle de comporter une bande annulaire de renfort qui supporte la charge sur le bandage et une pluralité d'éléments de support ou rayons, à très faible rigidité de compression, qui travaillent en tension pour transmettre les efforts entre la bande annulaire et le moyeu de la roue.
Cette bande annulaire (ou bande de cisaillement) comporte deux membranes formées de câblés essentiellement inextensibles, enrobés de caoutchouc naturel ou synthétique, séparées par une couche de cisaillement elle-même en caoutchouc. Le principe de fonctionnement d'une telle bande est que le module de cisaillement de la couche de cisaillement est très nettement inférieur au module en extension des deux membranes, tout en étant suffisant pour pouvoir transmettre correctement les efforts d'une membrane à l'autre et faire travailler ainsi ladite bande en cisaillement.
Grâce à cette bande annulaire, il est possible de fabriquer des bandages ou roues non pneumatiques, aptes à rouler dans des conditions sévères ou agressives sans risque aucun de crevaison et sans l'inconvénient de devoir maintenir une pression d'air à l'intérieur du bandage.
En outre, comparativement aux bandages non pneumatiques de l'art antérieur, est obtenue ici une pression de contact au sol qui est plus uniformément répartie, d'où un meilleur travail du bandage, une tenue de route et une résistance à l'usure améliorées.
Toutefois, une telle bande de cisaillement en caoutchouc n'est pas dépourvue d'inconvénients.
Tout d'abord, aux températures usuelles d'utilisation, par exemple entre - 300C et + 40°C, elle est relativement hystérétique, c'est-à-dire qu'une partie de l'énergie fournie pour le roulage est dissipée (perdue) sous forme de chaleur. Ensuite, pour des températures d'utilisation notamment plus basses, comme celles que l'on peut trouver par exemple dans des zones géographiques de type polaires, typiquement inférieures à - 500C voire moins, il est bien connu que le caoutchouc devient rapidement fragile, cassant et donc inutilisable. Sous de telles conditions extrêmes, on comprend d'autre part que des fluctuations plus ou moins larges et rapides de température, combinées par exemple à des contraintes mécaniques relativement élevées, pourraient aussi entraîner des problèmes d'adhésion entre les deux membranes et la couche de cisaillement, avec un risque de flambage localisé de la bande de cisaillement au niveau des membranes et d'endurance finalement dégradée.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Poursuivant leurs recherches, les Demanderesses ont trouvé une roue élastique non pneumatique, à base de matériau composite, qui permet de pallier au moins en partie les inconvénients précités.
Ainsi, selon un premier objet, la présente invention concerne (en référence à la figure 1 annexée), une roue élastique non pneumatique (10), définissant trois directions perpendiculaires, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), ladite roue comportant au moins :
o un moyeu (11) ; o une bande annulaire dite de cisaillement (13) comprenant au moins une membrane circonférentielle interne (14) et une membrane circonférentielle externe (16) orientées selon la direction circonférentielle X ; o une pluralité d'éléments de support (12) connectant le moyeu (1 1) à la membrane circonférentielle interne (14),
et étant caractérisée en ce que :
o les deux membranes (14, 16) sont connectées entre elles par l'intermédiaire d'une série s'étendant dans la direction circonférentielle (X) de cylindres (15) dits cylindres de connexion, lesdits cylindres de connexion (15) étant non jointifs selon la direction circonférentielle X et ayant leur génératrice orientée selon la direction axiale Y ; o les cylindres de connexion (15) sont des cylindres composites comportant des fibres noyées dans une matrice de résine.
Cette roue élastique non pneumatique de l'invention possède une structure cellulaire déformable, très aérée, qui s'est révélée présenter, de manière inattendue, une résistance élevée aux efforts en flexion et/ou compression et une haute endurance à de tels efforts répétés ou alternés. Elle présente l'avantage d'être non hystérétique.
En outre, selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, lorsque sa bande annulaire de cisaillement est notamment constituée d'un matériau composite à base de fibres de verre et/ou de fibres de carbone noyées dans une résine thermodurcissable du type polyester ou vinylester, cette roue s'est révélée par ailleurs non seulement capable de résister à des températures extrêmement basses mais aussi apte à être utilisée dans un très large gamme de températures s'étendant typiquement de - 250°C jusqu'à + 15O0C.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description détaillée et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures relatives à ces exemples qui schématisent (sans respect d'une échelle spécifique) :
en coupe radiale, une roue élastique non pneumatique selon un premier mode de réalisation de l'invention (Fig. 1) ; en coupe transversale, une portion de la bande annulaire de cisaillement de la roue de la Fig. 1, représentée à plat (Fig. 2) ; une vue en perspective de la coupe transversale de la Fig. 2 précédente (Fig. 3) ; en coupe radiale, une roue élastique non pneumatique selon un autre mode de réalisation de l'invention (Fig .4) ; en coupe transversale, une portion de la bande annulaire de cisaillement de la roue de la Fig. 4 précédente, représentée à plat (Fig. 5) ; - une vue en perspective de la coupe transversale de la Fig. 5 précédente (Fig. 6) ; en coupe radiale, une roue élastique non pneumatique selon un autre mode de réalisation de l'invention (Fig. 7) ; une vue complète en perspective d'un exemple de roue élastique non pneumatique selon l'invention (Fig. 8).
DEFINITIONS
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse.
D'autre part, dans la présente demande, on entend par :
- "composite", en parlant d'un matériau ou objet quelconque : un matériau ou objet comportant des fibres, courtes ou continues, enrobées dans une matrice de résine ; "couche" ou "bande" : une feuille ou tout autre élément d'épaisseur relativement faible par rapport à ses autres dimensions, cette couche pouvant être ou non de nature homogène ou cohésive ; - "cylindre", tout cylindre creux (i.e., sans fond) au sens le plus large du terme, c'est-à-dire tout objet de forme cylindrique de section droite (orthonormale) quelconque, c'est-à-dire dont le contour définit une ligne fermée sans point d'inflexion (cas par exemple d'une section circulaire, ovale, elliptique) ou avec point(s) d'inflexion ; selon une telle définition, on comprendra que des termes tels que tube, tube cylindrique, portion de tube cylindrique, élément tubulaire, colonne tubulaire, élément cylindrique désignent tous ledit
"cylindre" ;
- "fibres unidirectionnelles", un ensemble de fibres essentiellement parallèles entre elles, c'est-à-dire orientées selon un même axe ;
- "non pneumatique", en parlant d'une roue ou d'un bandage : une roue ou un bandage conçu(e) pour être capable de porter une charge substantielle sans pression de gonflage, c'est-à-dire ne nécessitant pas un gaz de gonflage tel que l'air pour prendre sa forme utilisable et supporter la charge ;
- "orienté selon un axe ou une direction" en parlant d'un élément quelconque tel qu'une bande, une fibre ou autre élément de renforcement longiligne, un élément qui est orienté sensiblement parallèlement à cet axe ou cette direction, c'est-à-dire faisant avec cet axe ou cette direction un angle ne s'écartant pas de plus de dix degrés (donc nul ou au plus égal à 10 degrés), préférentiellement pas de plus de cinq degrés ;
"orienté perpendiculairement à un axe ou une direction" : en parlant d'un élément quelconque tel qu'une bande, une fibre ou autre élément de renforcement longiligne, un élément qui est orienté sensiblement perpendiculairement à cet axe ou cette direction, c'est-à-dire faisant avec une perpendiculaire à cet axe ou cette direction un angle ne s'écartant pas de plus de dix degrés, préférentiellement pas de plus de cinq degrés ; "orienté radialement", en parlant d'un élément de roue (ou de bandage) : orienté selon une direction quelconque passant par l'axe de rotation de la roue (ou du bandage) et sensiblement perpendiculairement à cette direction, c'est-à-dire faisant avec une perpendiculaire à cette direction un angle ne s'écartant pas de plus de dix degrés, préférentiellement pas de plus de cinq degrés ;
"orienté circonférentiellement", en parlant d'un élément de roue (ou de bandage) : orienté sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle de la roue (ou du bandage), c'est-à-dire faisant avec cette direction un angle ne s'écartant pas de plus de dix degrés, préférentiellement pas de plus de cinq degrés ;
"produit stratifié", au sens de la classification internationale des brevets : tout produit comportant au moins deux couches ou bandes, de forme plane ou non plane, qui sont liées, connectées entre elles ; l'expression "lié" ou "connecté" doit être interprétée de façon extensive de manière à inclure tous les moyens de liaison ou d'assemblage, par exemple par collage, clouage, rivetage, boulonnage ;
"résine" : toute résine synthétique, de type thermoplastique ou de type thermodurcissable (encore dite pour cette dernière durcissable, polymérisable ou réticulable), et par extension toute composition, formulation à base de ladite résine et comportant en outre un ou plusieurs additifs tels que par exemple un agent durcissant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
A titre d'exemple, la figure 1 représente de manière très schématique une coupe radiale (i.e., dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation Y de la roue) d'une roue élastique non pneumatique (10), supportée structurellement (i.e., grâce à une structure porteuse), dont la bande de cisaillement (13) circonférentielle est constituée par un produit stratifié.
Cette roue, définissant trois directions perpendiculaires, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), a pour caractéristique essentielle de comporter au moins :
o un moyeu (11) ; o une bande annulaire dite de cisaillement (13) comprenant au moins une membrane circonférentielle interne (14) et une membrane circonférentielle externe (16) orientées selon la direction circonférentielle X ; o une pluralité d'éléments de support (12) ou "rayons de roue" connectant le moyeu (11) à la membrane circonférentielle interne (14),
et elle est caractérisée en ce que : o les deux membranes (14, 16) sont connectées entre elles par l'intermédiaire d'une série s'étendant dans la direction circonférentielle (X) de cylindres (15) dits cylindres de connexion, lesdits cylindres de connexion (15) étant non jointifs selon la direction circonférentielle X et ayant leur génératrice orientée selon la direction axiale Y ; o les cylindres de connexion (15) sont des cylindres composites comportant des fibres noyées dans une matrice de résine.
En d'autres termes, l'axe (génératrice) des cylindres de connexion est aligné parallèlement à l'axe Y de rotation de la roue, tout au moins dans la structure de la roue non déformée (au repos). Ces cylindres de connexion (15) ont en outre pour caractéristique d'être des cylindres en matériau composite, c'est-à-dire de comporter des fibres noyées (ou enrobées, les deux étant considérés comme synonymes) dans une matrice de résine.
La bande de cisaillement (13) de la roue élastique non pneumatique de l'invention forme ainsi une structure creuse, très alvéolée, que l'on peut qualifier de "cellulaire" en ce sens qu'aucune autre matière n'est nécessaire (comme illustré à la Fig. 1) entre les deux membranes et les cylindres de connexion (creux et sans fond, par définition).
Cette structure cellulaire déformable, utilisée comme une poutre élastique non plane, s'est révélée présenter, de manière inattendue, une résistance élevée aux efforts en flexion- compression et une haute endurance à de tels efforts répétés ou alternés, ceci grâce à sa capacité à générer une déformation assimilable à du cisaillement entre ses deux membranes sous l'action de diverses sollicitations en traction, flexion ou compression.
Grâce à ses cylindres de connexion (15) en matériau composite, la bande annulaire de cisaillement présente un potentiel de déformation important dans un domaine purement élastique. Les cylindres de connexion sont particulièrement endurants et présentent l'avantage d'un comportement purement élastique jusqu'à la rupture, sans déformation plastique, contrairement par exemple à une structure métallique qui connaît sous forte déformation un comportement plastique, i.e., irréversible, nuisible de manière connue à l'endurance. Cette propriété avantageuse s'applique également aux membranes (14, 16) lorsque ces dernières sont elles aussi en matériau composite (fibres/ résine).
Comparativement à une structure en métal, on obtient ainsi une structure plus endurante, nettement plus légère (densité du composite proche de 2) et résistant en outre à la corrosion.
Les fibres des cylindres de connexion (15) peuvent être des fibres continues ou des fibres courtes, on préfère utiliser des fibres continues. Pour une meilleure résistance des cylindres, ces fibres sont plus préférentiellement unidirectionnelles et orientées circonférentiellement dans un plan radial (perpendiculaire à l'axe Y).
Les cylindres de connexion (15) travaillent essentiellement en flexion. Selon l'axe circonférentiel de leurs fibres de renforcement, ils présentent un module en extension (ASTM D 638) et en flexion (ASTM D 790) qui sont de préférence supérieurs à 15 GPa, plus préférentiellement supérieurs à 30 GPa, notamment compris entre 30 et 50 GPa.
L'invention s'applique aux cas où les deux membranes pourraient être constituées d'un matériau autre que celui des cylindres, par exemple en métal ou en polymère.
Toutefois, selon un mode de réalisation préférentiel, les membranes interne (14) et externe (16) (appelées plutôt "semelles" par l'homme du métier dans le domaine des produits stratifiés composites) sont des membranes elles aussi composites comportant des fibres noyées dans une matrice de résine. Ainsi, l'ensemble de la structure de base de la bande annulaire de cisaillement (13), constitué par les deux membranes (14, 16) et leur pluralité de cylindres de connexion (15), est en matériau composite. De préférence, ces fibres des membranes (14, 16) sont des fibres continues ; plus préférentiellement, ces fibres continues sont unidirectionnelles, orientées parallèlement à la direction principale X afin que les membranes aient un maximum de résistance en traction dans la direction principale X.
Dans cette direction X, les deux membranes ou semelles présentent un module en extension (ASTM D 638) qui est de préférence supérieur à 15 GPa, plus préférentiellement supérieur à 30 GPa (par exemple entre 30 et 50 GPa).
Les cylindres de connexion (15) et les membranes (14, 16) le cas échéant composites peuvent être constitués d'une seule couche filamenteuse ou de plusieurs couches filamenteuses élémentaires superposées dont les fibres sont toutes orientées selon la direction principale X. Dans cette structure multicouches peuvent être intercalées une ou plusieurs autres couches additionnelles de fils croisés, notamment orientés selon l'axe Y (génératrice des cylindres), ceci afin de renforcer la structure latéralement et ainsi, selon un terme consacré dans le métier des composites, équilibrer la structure d'ensemble.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les cylindres de connexion (15) ont un diamètre D qui est sensiblement constant selon une direction Z dite radiale, normale à la direction X et à l'axe Y, de manière à maintenir les membranes externe (16) et interne (14) sensiblement (i.e., à peu près) équidistantes.
Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, les cylindres (15) peuvent également avoir un diamètre D qui est linéairement variable dans la direction principale X, lorsqu'on souhaite une structure dans laquelle la distance entre les deux bandes est susceptible de varier progressivement selon l'axe principal X.
Comme déjà indiqué, la définition des cylindres (15) n'étant pas limitée à des cylindres de section droite circulaire, le terme "diamètre" doit être considéré ici, de manière extensive, comme la dimension du cylindre (épaisseur comprise) dans la direction radiale Z.
L'homme du métier saura, en fonction des applications particulières visées, ajuster les dimensions particulières de la bande annulaire de cisaillement, des cylindres de connexion (15) et des membranes (14, 16), leur arrangement relatif, aux dimensions de la roue élastique non pneumatique visée. La dimension D par exemple permet d'ajuster la raideur en flexion des cylindres de connexion.
Pour plus de détail, la figure 2 schématise, en coupe transversale (ou radiale), une portion de la bande annulaire de cisaillement (13) de la roue (10) de la figure 1 tandis que la figure 3 donne une vue schématique en perspective de cette même coupe transversale de la figure 2. Dans les deux cas, pour simplifier le schéma, cette portion de la bande annulaire de cisaillement a été représentée à plat (axe X circonférentiel représenté rectiligne).
Une caractéristique essentielle de la bande annulaire de cisaillement (13) est que ses cylindres de connexion (15) sont non jointifs dans la direction circonférentielle (X) afin qu'ils puissent se déformer et travailler en flexion.
De préférence, le rapport d/D est compris entre 0,10 et 0,50, d représentant la distance moyenne d, mesurée selon la direction X, entre deux cylindres de connexion consécutifs, tel qu'illustré aux Fig. 2 et 3. Par distance moyenne, on entend une moyenne calculée sur l'ensemble des cylindres de connexion (15) présents dans la bande annulaire de cisaillement
(13). Si d/D est inférieur à 0,10, on risque s'exposer à un certain manque de souplesse en cisaillement de la bande annulaire (13) alors que si d/D est supérieur à 0,50, un manque d'uniformité de la déformation de flexion peut apparaître. Pour ces raisons, le rapport d/D est plus préférentiellement compris dans un domaine d'environ 0,15 à 0,40.
On notera à ce titre que, sur la figure 1 précédemment commentée comme sur la figure 4 qui suit, toutes deux très schématiques, les cylindres de connexion (15) et les rayons de roue (12) ont été représentés en nombre relativement réduit comparativement aux modes de réalisation préférentiels de l'invention, ceci dans un simple but de simplification des figures.
A titre d'exemples préférentiels de structures possibles pour la bande annulaire de cisaillement (13) de la roue élastique non pneumatique (10) selon l'invention, on a au moins une quelconque, plus préférentiel lement encore l'ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifié(e) :
un diamètre D qui est compris entre 10 et 100 mm ; - une distance moyenne d qui est comprise entre 1 et 50 mm ; une largeur Lm des membranes et une largeur Lc des cylindres, mesurées toutes deux dans une direction axiale (parallèle à l'axe Y), qui sont chacune comprises entre 5 et 200 mm ; une épaisseur Em des membranes et une épaisseur Ec des cylindres (mesurées par exemple selon la direction radiale Z) qui sont chacune comprises entre 0,25 et 3 mm.
Ces caractéristiques préférentielles correspondent particulièrement au cas où la roue élastique non pneumatique de l'invention a un diamètre usuel pour une roue, par exemple compris entre 200 et 2000 mm.
Plus préférentiellement, pour les raisons indiquées ci-dessus, on a au moins une quelconque, plus préférentiellement encore l'ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifié(e) :
- un diamètre D qui est compris entre 15 et 45 mm ; - une distance moyenne d qui est comprise entre 1,5 et 40 mm (notamment entre 3 et 40 mm, plus particulièrement entre 5 et 15 mm) ; une largeur Lm et une largeur Lc qui sont chacune comprises entre 20 et 100 m ; une épaisseur Em et une épaisseur Ec qui sont chacune comprises entre 0,5 et 2 mm.
Bien entendu, des valeurs D inférieures à 10 mm ou supérieures à 100 mm restent possibles en fonction des diamètres de roues envisagés.
Ainsi, à titre d'autres exemples de structures possibles de la bande annulaire de cisaillement de la roue élastique non pneumatique selon l'invention, on a au moins une quelconque, plus préférentiellement encore l'ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifié(e) :
un diamètre D compris entre 10 et 100 cm, notamment entre 15 et 45 cm ; une distance moyenne d comprise entre 1 et 50 cm, notamment entre 1,5 et 40 cm ; une largeur Lm et une largeur Lc chacune comprises entre 5 et 200 cm, notamment entre 20 et 100 cm ; une épaisseur Em et une épaisseur Ec chacune comprises entre 0,25 et 3 cm, notamment entre 0,5 et 2 cm.
Les différentes pièces constitutives de la bande annulaire de cisaillement (13) de la roue élastique non pneumatique (10) de l'invention, en particulier les cylindres de connexion (15) et les membranes interne (14) et externe (16) qui en constituent les pièces de base, peuvent être connectés directement entre elles grâce à des moyens de fixation chimiques, physiques ou mécaniques. A titre d'exemples de tels moyens de fixation, on citera par exemple des adhésifs, des rivets, boulons, agrafes, des ligatures ou coutures diverses. Les moyens de fixation mécaniques tels que rivets ou boulons par exemple peuvent être en matériaux divers, tels que métal, alliage métallique, matière plastique ou encore en matériau composite (par exemple à base de fibres de verre et/ou de carbone).
Pour un meilleur ancrage, les cylindres de connexion (15) peuvent aussi pénétrer partiellement dans les membranes externe (16) et/ou internes (14) auxquelles ils sont connectés.
Selon un autre mode de réalisation possible, les cylindres de connexion (15) peuvent être connectés indirectement aux membranes externe (16) et interne (14), c'est-à-dire au moyen de pièces d'assemblage intermédiaires. Ces pièces intermédiaires ou "inserts" peuvent prendre différentes formes géométriques, par exemple en forme de parallélépipède, de queue d'aronde, en forme de "I", de "T", de "U" ; elles peuvent être elles-mêmes fixées aux pièces de base (membranes et cylindres de connexion) par des moyens de fixation tels que ceux décrits ci-dessus. On peut utiliser notamment de tels inserts comme pièces de renfort chaque fois que les efforts supportés sont trop importants, ces inserts pouvant abaisser jusqu'à des taux admissibles les contraintes transmises à la structure composite. Ces inserts sont par exemple en métal, alliage métallique, en matière plastique ou encore en matériau composite (par exemple en fibres de verre et/ou de carbone noyées dans une résine).
Selon un autre mode de réalisation particulièrement préférentiel de l'invention, comme illustré à titre d'exemple aux figures 4 à 8, les cylindres de connexion (25), pour au moins une partie d'entre eux ou plus préférentiellement pour la totalité d'entre eux, sont renforcés par un élément de renforcement dit "renfort radial de cylindre" (26) les traversant totalement selon leur diamètre, parallèlement à une direction radiale Z.
On voit sur la figure 4, que conformément à un mode de réalisation préférentiel, il existe un rayon de roue (12) au regard de chaque cylindre de connexion (25), chaque rayon de roue (12) étant plus préférentiellement aligné sensiblement, dans une direction radiale Z, avec chaque renfort radial de cylindre (26).
Comme précédemment pour les figures 2 et 3, pour plus de détail, la figure 5 schématise, en coupe transversale (ou radiale), une portion de la bande annulaire de cisaillement (23) de la roue (20) de la figure 4 tandis que la figure 6 donne une vue schématique en perspective de cette même coupe transversale de la figure 4. Dans les deux cas, pour simplifier le schéma, cette portion de la bande annulaire de cisaillement (23) a été représentée à plat (axe X circonférentiel représenté rectiligne).
Le renfort radial de cylindre (26) travaille comme une poutre qui prévient la déformation des cylindres de connexion (25) perpendiculairement à leur axe Y (génératrice). Par sa raideur en traction et en compression, il évite à la bande annulaire de cisaillement (23) de cet autre exemple de roue (20) conforme à l'invention de l'invention, de flamber lorsque la structure composite est soumise à des flexions particulièrement sévères.
De section droite quelconque, le renfort radial de cylindre (26) il a préférentiellement une épaisseur faible relativement à ses autres dimensions, il peut prendre différentes formes longilignes telles que des formes de fil ou monofilament, film ou ruban. Son diamètre φ s'il s'agit d'un monofilament de section droite circulaire ou sa plus petite dimension latérale dans les autres cas (mesurée selon la direction principale X), est de préférence compris(e) entre 0,25 et 3 mm, plus préférentiellement entre 0,5 et 1,5 mm.
Bien entendu, sa longueur ne peut pas être inférieure à la dimension D des cylindres (25), elle est préférentiellement supérieure à D. Ainsi, selon un mode de réalisation préférentiel, le renfort radial de cylindre (26) traverse entièrement, dans la direction Z, le cylindre de connexion de manière à s'ancrer dans les membranes interne (14) et externe (16) ; un tel mode de réalisation est illustré à la figure 5 où l'on peut voir que les extrémités (26a, 26b) de chaque renfort radial de cylindre (26) pénètrent dans les membranes pour s'y ancrer.
Selon un mode de réalisation plus préférentiel, lorsque des inserts ou pièces d'assemblage intermédiaires sont utilisés pour assembler le cylindre avec les deux membranes, le renfort radial de cylindre (26) traverse entièrement, dans la direction Z, le cylindre de connexion (25), les membranes interne (14) et externe (16), de manière à s'ancrer dans ces inserts voire même au-delà de ces inserts.
Selon un autre mode de réalisation plus préférentiel, le renfort radial de cylindre (26) est lui- même en matériau composite et comporte des fibres continues unidirectionnelles noyées dans une matrice de résine.
Selon un autre mode de réalisation plus préférentiel, comme illustré à la figure 6, le renfort radial de cylindre (26) est constitué par une série de renforts discrets (élémentaires) orientés radialement (parallèlement à la direction radiale Z), ladite série étant alignée axialement suivant la génératrice Y des cylindres de connexion (25).
Ces renforts discrets (26) sont de préférence des monofilaments de section droite quelconque, notamment circulaire. La densité de renforts (26), mesurée selon l'axe Y, est préférentiellement comprise dans un domaine de 5 à 50, plus préférentiellement de 10 à 40, par exemple 15 à 35 renforts par dm de largeur (Lc, mesurée selon Y) de cylindre de connexion (25).
Dans toute la présente description, sauf précision particulière, le terme "fibre" s'applique à tout type de fibre de renforcement, utilisable dès lors que cette dernière est compatible avec sa matrice de résine. Une telle fibre est par exemple choisie dans le groupe constitué par les fibres d'alcool polyvinylique, de polyamide aromatique (ou "aramide"), polyamide-imide, polyimide, les fibres polyester, polyester aromatique, polyéthylène, polypropylène, les fibres de cellulose, rayonne, viscose, polyphénylène benzobisoxazole (ou "PBO"), polyéthylène naphténate ("PEN"), les fibres de verre, de carbone, de silice, les fibres céramiques, et les mélanges de telle fibres.
On préfère utiliser, notamment pour une application à très basse température, des fibres choisies dans le groupe constitué par les fibres de verre, les fibres de carbone et les mélanges de telles fibres. Plus préférentiellement encore, on utilise des fibres de verre.
La résine employée est une résine qui est de préférence thermodurcissable. Il s'agit par exemple d'une résine réticulable par un rayonnement ionisant, tel que par exemple un rayonnement UV-visible émettant de préférence dans un spectre s'étendant de 300 nm à 450 nm, un faisceau d'électrons accélérés ou de rayons X. On peut choisir aussi une composition comprenant une résine réticulable par un peroxyde, la réticulation ultérieure pouvant alors être effectuée, le moment venu, au moyen d'un apport de calories, par exemple par l'action de micro-ondes. De préférence, on utilise une composition du type durcissable par un rayonnement ionisant, la polymérisation finale pouvant être déclenchée et contrôlée aisément au moyen d'un traitement ionisant, par exemple de type UV ou UV-visible.
La résine utilisée, à l'état thermodurci, présente un module en extension (ASTM D 638) qui est préférentiellement au moins égal à 2,3 GPa, plus préférentiellement supérieur à 2,5 GPa, notamment supérieur à 3,0 GPa. Sa température de transition vitreuse (Tg), mesurée par DSC, est préférentiellement supérieure à 130°C, plus préférentiellement supérieure à 14O0C.
A titre de résine réticulable, on utilise plus préférentiellement une résine polyester (i.e., à base de polyester insaturé) ou une résine vinylester.
Plus préférentiellement encore, on utilise une résine vinylester. On a constaté, de manière surprenante, qu'une résine vinylester résistait mieux que les autres à des températures extrêmement basses. Un test simple permet de mesurer que la résistance à la flexion d'un composite fibres de verre/ résine vinylester est sensiblement augmentée à très basse température. Ce test consiste à faire une boucle avec un monofilament composite (par exemple, de diamètre 1 mm) et de diminuer le rayon de courbure jusqu'à rupture (bien visible à l'œil nu) de la partie extérieure du monofilament qui est en extension. On s'aperçoit alors, de manière inattendue, que le rayon minimum atteint devient plus petit lorsque la boucle de monofilament a été plongée juste avant dans l'azote liquide (- 196°C). Au test d'immersion ou trempe thermique dans l'azote liquide, on pourra également tester la résine en tant que telle, en privilégiant les résines qui ne fissurent pas lors d'un tel test.
Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, la bande annulaire de cisaillement de la roue de l'invention est entièrement constituée de fibres de verre et/ou de carbone, plus préférentiellement encore de fibres de verre, noyées dans une matrice de résine vinylester.
Les résines vinylester sont bien connues dans le domaine des matériaux composites. Sans que cette définition soit limitative, la résine vinylester est préférentiellement du type époxyvinylester.
On utilise plus préférentiellement une résine vinylester, notamment du type époxyde, qui au moins pour partie est à base novolaque et/ou bisphénolique (soit préférentiellement une résine vinylester à base novolaque, bisphénolique, ou novolaque et bisphénolique) telle que décrite par exemple dans les demandes EP 1 074 369 et EP 1 174 250 (ou brevet US 6 926 853). Une résine époxyvinylester de type novolaque et bisphénolique a montré d'excellents résultats ; à titre d'exemple, on peut citer notamment les résines vinylester "ATLAC 590" ou ""ATLAC E-Nova FW 2045" de la société DSM (diluées toutes deux avec du styrène). De telles résines époxyvinylester sont disponibles chez d'autres fabricants tels que Reichhold, Cray Valley, UCB.
La bande annulaire de cisaillement peut être avantageusement constituée uniquement de pièces composites en fibres de verre noyées dans une résine vinylester.
Les éléments de support (12) encore appelés ici "rayons de roue", à faible rigidité de compression, travaillent en tension pour transmettre les efforts entre la bande de cisaillement annulaire et le moyeu (11) de la roue, comme décrit par exemple dans le brevet US 7 201 194 précité (voir par exemple fig. 7 à fig. 11 dudit brevet). Leur épaisseur est fine relativement à celle des membranes, préférentiellement inférieure à 0,5 mm, plus préférentiellement inférieure à 0,3 mm.
Grâce à leur présence, on favorise une pression de contact au sol uniformément répartie, d'où un meilleur travail de la roue ; ainsi, on évite notamment des points localisés de haute pression et les risques d'enlisement ou d'ensablement qui peuvent aller avec sur des sols instables. Ces rayons de roue (12) peuvent être en matériaux aussi divers que métal (ou alliages métalliques), polymères ou encore matériaux hybrides, renforcés ou non. A titre d'exemples, on peut citer des polymères tels que des polyuréthanes, des matériaux composites comportant des fibres, notamment de verre et/ou de carbone, enrobées ou imprégnées par une résine. Le module en extension des matériaux utilisés est adapté bien entendu à la charge qui sera supportée par chaque rayon de roue. De manière connue, en réglant la capacité d'allongement des rayons de roue (ou celle des matériaux les constituant), on peut ajuster l'empreinte au sol de la roue.
Selon un mode de réalisation préférentiel, notamment pour une utilisation de la roue à basse température, on peut utiliser des rayons de roue qui sont eux-mêmes en matériau composite, comme par exemple un tissu de fibres de verre imprégné PTFE (polytétrafluoroéthylène) ou plus préférentiellement des couches de fibres de verre continues, unidirectionnelles, noyées dans une matrice de résine vinylester.
Pour la fabrication des différents éléments composites à base de fibres et de résine constitutifs de la roue de l'invention, qu'il s'agisse des cylindres de connexion, le cas échéant des membranes ou des renforts radiaux de cylindres, on peut mettre en œuvre tout procédé approprié pour la fabrication de blocs, nappes, éléments longilignes tels monofilaments ou rubans. De tels procédés sont largement connus aujourd'hui par l'homme du métier.
La demande de brevet EP 1 174 250 (ou brevet US 6 926 853) a proposé par exemple, après dégazage, d'imprégner un arrangement rectiligne de fibres par de la résine liquide, de faire passer l'imprégné liquide au travers d'une filière calibrée pour imposer par exemple une forme de monofilament de section ronde ou celle d'un ruban, de stabiliser le monofilament ou ruban en aval de la filière par une solidification substantielle de la résine dans une chambre UV de stabilisation, puis d'enrouler le monofilament ou ruban solide (stabilisé) sur un support de forme appropriée, enfin faire cuire le tout dans un moule sous pression afin de solidariser l'ensemble et garantir une résistance élevée au cisaillement.
La demande de brevet WO 2007/085414 a proposé comme alternative d'enrouler directement en continu et en plusieurs couches, sur un support dictant la forme finale du bloc composite, les fibres noyées dans leur résine à l'état liquide pendant tout l'opération de fabrication, pour formation directe d'un bloc composite continu sur ledit support. Une fois le composite "liquide" ainsi formé, on soumet la résine liquide à une polymérisation au moins partielle, par exemple à l'aide d'UV ou d'un traitement thermique, pour stabiliser, solidifier au moins en partie ledit composite avant de le séparer de son support. Le bloc composite ainsi stabilisé, dans lequel la composition de résine est alors, au moins pour partie, en phase solide, peut alors être aisément manipulé, stocké tel quel ou traité immédiatement afin de finir de polymériser la résine (cuisson ou réticulation finale). Ainsi, l'opération de cuisson finale peut être réalisée sous simple pression atmosphérique, "hors moule" (ou "moule ouvert" selon une terminologie reconnue).
Pour la fabrication de la roue de l'invention, on peut utiliser tout procédé d'assemblage approprié des éléments décrits ci-dessus, par exemple en adoptant les étapes consécutives suivantes:
fabrication des deux membranes circonférentielles ; positionnement des cylindres de connexion sur un gabarit de montage ; - fixation par collage (par exemple à l'aide d'une colle époxy) des deux membranes circonférentielles sur les cylindres de connexion ; positionnement et collage des rayons de roue ; par exemple, les rayons de roue sont ajustés à la bonne longueur et collés à leurs deux extrémités sur des barrettes (inserts) en composite adaptées l'une à la membrane, l'autre au moyeu métallique ; la barrette côté membrane est à la fois collée et boulonnée, alors que côté moyeu elle n'est que boulonnée ;
- perçage simultané de la bande annulaire de cisaillement (deux membranes et leurs cylindres de connexion) ;
- enfilage et collage des renforts radiaux de cylindre à travers les trous faits précédemment.
De préférence, pour une bonne efficacité de pression de contact au sol, la roue de l'invention vérifie la relation 0,7 < Di/De < 1, plus préférentiellement la relation 0,8 < Di/De < 1, Di étant le diamètre de la membrane circonférentielle interne et De étant le diamètre de la membrane circonférentielle externe. A titre d'exemple Di et De sont compris dans un domaine d'environ 200 mm à 2000 mm.
Comme décrit précédemment, les cylindres de connexion peuvent être connectés directement aux membranes circonférentielles grâce à des moyens de fixation appropriés déjà décrits, ou bien connectés indirectement au moyen de pièces d'assemblage intermédiaires, notamment grâce à des inserts en métal, en matière plastique ou en matériau composite, ayant également pour fonction de renforcer les points d'assemblage.
Les figures 7 et 8 illustrent d'autres exemples de roue élastique non pneumatique (30, 40) selon divers modes de réalisation.
Le figure 7 schématise, en coupe radiale, une roue élastique non pneumatique (30) dans laquelle, conformément à un mode de réalisation particulièrement préférentiel, chaque cylindre (25) est renforcé par une série de renforts radiaux de cylindre (26) orientés radialement (selon Z), ladite série étant alignée suivant la génératrice (direction axiale Y) des cylindres (25) et contenant dans cette direction, à titre d'exemple une densité de 5 à 15 fils par dm de cylindre. Chaque renfort radial de cylindre (26) traverse totalement le cylindre de connexion (25) selon son diamètre de manière à ancrer ses deux extrémités dans les membranes interne (14) et externe (16).
Dans cet exemple de roue (30), chaque membrane circonférentielle (14, 16), d'épaisseur égale à environ 1 mm, est constituée par exemple de deux fois trois couches de fibres continues de verre ("Advantex" de la société Owens Corning ; titre 1200 tex), dégazées et imprégnées par une résine vinylester ("Atlac 590" de la société DSM + photo-initiateur "Irgacure 819" de la société Ciba) entre lesquelles on a ajouté un tissu tramé en fibre de verre (verre "E" ; grammage 125 g/m2), imprégné par une résine vinylester, pour équilibrage de l'ensemble composite. La membrane a été obtenue par enroulement filamentaire (ruban issu d'une buse de 0,2 x 5 mm) à un angle voisin de zéro degré. Après enroulement (pas de pose de 5 mm) de trois couches élémentaires, on a stoppé l'enroulement puis déposé sur la troisième couche le tissu tramé imprégné de résine, avant d'enrouler ies trois dernières couches de ruban pardessus le tissu tramé ainsi intercalé. Puis on a polymérisé l'ensemble sous UV, sur le support d'enroulement. Selon au autre mode de fabrication, on peut par exemple enrouler en continu comme suit : on dépose successivement une couche à 0°, puis une couche à -5°, une couche à +5°, une couche à 0°, une couche à +5°, une couche à -5°; et on termine par une couche à 0°, le tout en continu. Les couches à +5° et -5° donnent suffisamment de cohésion latérale ; l'épaisseur finale est toujours la même. Ainsi préparée, chaque membrane a par exemple, dans la direction de ses fibres de renforcement, un module en traction de l'ordre de 45 GPa.
Les cylindres de connexion (25), de diamètre et épaisseur respectivement égaux à environ 30 mm et 0,8 mm, ont été préparés comme les membranes ci-dessus, par enroulement filamentaire en quatre couches, perpendiculairement à l'axe (génératrice) du cylindre. Après quoi on a polymérisé l'ensemble sous UV (sur le support d'enroulement). Les cylindres de connexion ont un diamètre D constant dans la direction radiale, de manière à maintenir les membranes circonférentielles externe (16) et interne (14) sensiblement équidistantes. Dans la bande de cisaillement (33), la distance moyenne d, mesurée selon la direction circonférentielle X, entre deux cylindres de connexion (25) consécutifs est par exemple d'environ 7 mm.
Les renforts radiaux de cylindre (26) sont par exemple des monofilaments composites constitués de fibres de verre ("Advantex") enrobées dans une résine vinylester (résine "Atlac
E-Nova FW 2045" de la société DSM) ; vus en section, ces monofilaments composites comportent de très nombreux filaments élémentaires noyés dans une résine qui, une fois polymérisée, confère au produit l'aspect d'un brin unique. Leur diamètre φ est égal à environ
1 mm. Ils ont été préparés de manière connue par pultrusion, comme décrit par exemple dans la demande de brevet EP 1 174 250 précitée. De tels monofilaments composites ainsi que leur fabrication ont également été décrits dans la demande de brevet EP 1 167 080 (ou US 7 032 637) comme éléments de renforcement de bandages conventionnels du type pneumatiques.
Pour tous les éléments composites de la roue ci-dessus décrite, le contenu en fibres est par exemple d'environ 70% (soit environ 30% de résine).
Dans cet exemple de la figure 7, les rayons de roue (32), d'épaisseur très fine (environ 0,15 mm) sont assemblés au moyen d'inserts (110, 140), d'une part au moyeu (11) de roue, d'autre part à la membrane circonférentielle interne (14).
Les inserts (110) assemblant les rayons de roue (32) sur le moyeu rigide (1 1) sont par exemple en forme de demis "U", constitués d'un matériau composite (fibres-résine), par exemple en fibres de verre/ résine vinylester, d'épaisseur égale à environ 1 mm. Ils ont par exemple été fabriqués comme précédemment indiqué pour les cylindres de connexion, par enroulement filamentaire en 5 couches successives, sur un support ayant la forme d'un cylindre aplati. Après polymérisation aux UV, les demis U ont été obtenus par découpe du cylindre aplati. Les inserts (140) assemblant les rayons de roue (32) sur la membrane circonférentielle interne (14) sont par exemple de même épaisseur mais de taille plus réduite, par exemple en forme de "I", eux-mêmes en matériau composite tel que fibres de verre/ résine vinylester ; ils ont été fabriqués comme précédemment indiqué pour les autres inserts (110).
Enfin, la figure 8 montre une vue en perspective d'un autre exemple de roue non pneumatique (40) dont la bande de cisaillement (33) comporte en quelque sorte plusieurs bandes de cisaillement élémentaires, disposées dans des plans radiaux (i.e., perpendiculaires à la direction axiale Y) parallèles. On voit sur cette figure 8 que chaque membrane circonférentielle externe élémentaire (16a, 16b, 16c, 16d) est relativement étroite (largeur axiale égale par exemple à 40 mm, mesurée selon Y) par rapport à la largeur axiale totale de la roue (par exemple égale à 200 mm). La membrane circonférentielle interne (14), peu visible sur cette vue, peut être elle-même constituée d'une seule ou de plusieurs membranes circonférentielles internes élémentaires, par exemple au nombre de deux (par exemple chacune de largeur axiale égale à 80 mm) ou de quatre (par exemple chacune de largeur axiale égale à 40 mm).
Les bandes de cisaillement élémentaires sont ici disposées circonférentiellement l'une par rapport à l'autre de telle manière que leurs cylindres de connexion (25) (largeur égale à 40 mm) soient sensiblement alignés d'une bande de cisaillement élémentaire à l'autre, dans la direction axiale Y. Une telle configuration confère à la roue une plus grande flexibilité axiale et peut fournir un découplage avantageux pour "absorber" plus efficacement un obstacle lors du roulage. Toutefois, selon un autre mode de réalisation possible, les bandes de cisaillement élémentaires pourraient être disposées de telle manière que leurs cylindres de connexion (25) soient disposés en quinconce dans la direction axiale Y, d'une bande de cisaillement élémentaire à l'autre.
Une bande de roulement, non représentée pour simplification sur les figures 1, 4, 7 et 8, pourrait être éventuellement ajoutée aux roues de l'invention précédemment décrites, disposée radialement au dessus de la membrane circonférentielle externe (16) lorsque cette dernière n'est pas destinée à un contact direct avec le sol lors du roulage de la roue non pneumatique.
Cette bande de roulement peut être constituée de matériaux aussi divers que métal (ou alliages métalliques), polymères ou encore matériaux hybrides métal-polymère. A titre d'exemples de polymères, on peut citer par exemple des polyesters tels que PET, du PTFE, de la cellulose telle que de la rayonne, des caoutchoucs tels que des caoutchoucs diéniques ou des polyuréthanes. Pour une utilisation à très basse température, on préfère une bande de roulement en métal, ou en polymère autre que caoutchouc.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la bande de roulement se présente sous la forme d'un tissu tridimensionnel, notamment dans les matériaux précités, dont l'épaisseur est par exemple comprise entre 5 et 20 mm. Cette bande de roulement peut être fixée à la bande de cisaillement de la roue par divers moyens de fixation tels que décrits supra, par exemple par collage ou boulonnage, voire à l'aide de moyens d'assemblage tels que les inserts précédemment décrits. Selon un autre mode de réalisation possible, elle pourrait être incorporée directement à la membrane circonférentielle externe (16) pendant sa fabrication.
En conclusion, la roue élastique non pneumatique de l'invention est donc caractérisée par une bande annulaire de cisaillement dont la structure spécifique, équivalente à une structure du type nid d'abeilles, lui ouvre un éventail très large d'applications possibles Cette bande de cisaillement est constituée de matériaux élastiques conservant leurs propriétés dans une très large gamme de températures, et capable d'imiter la déformation en cisaillement d'un élastomère d'une bande de cisaillement telle que connue dans l'art antérieur.
La roue élastique non pneumatique de l'invention est utilisable dans tous types de véhicules automobiles, terrestres ou non terrestres, en particulier de véhicules destinés à affronter des conditions de roulage sévères ou agressives, ou des températures extrêmes telles que celles que pourraient rencontrer par exemple des véhicules lunaires, des engins de transport routier, des véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil, ou tout autre type de véhicules de transport ou de manutention pour lequel l'utilisation d'un matériau élastomérique n'est pas possible ou n'est pas souhaitée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Roue élastique non pneumatique (10), définissant trois directions perpendiculaires, circonférentielle (X), axiale (Y) et radiale (Z), ladite roue comportant au moins :
o un moyeu (11) ; o une bande annulaire dite de cisaillement (13) comprenant au moins une membrane circonférentielle interne (14) et une membrane circonférentielle externe (16) orientées selon la direction circonférentielle X ; o une pluralité d'éléments de support (12) connectant le moyeu (11) à la membrane circonférentielle interne (14),
caractérisée en ce que :
o les deux membranes (14, 16) sont connectées entre elles par l'intermédiaire d'une série s'étendant dans la direction circonférentielle (X) de cylindres (15) dits cylindres de connexion, lesdits cylindres de connexion (15) étant non jointifs selon la direction circonférentielle X et ayant leur génératrice orientée selon la direction axiale Y ; o les cylindres de connexion (15) sont des cylindres composites comportant des fibres noyées dans une matrice de résine.
2. Roue selon la revendication 1 , dans laquelle les fibres des cylindres de connexion sont des fibres continues.
3. Roue selon la revendication 2, dans laquelle les fibres sont unidirectionnelles, orientées dans la direction circonférentielle X, dans un plan perpendiculaire à la direction Y.
4. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les fibres des cylindres de connexion sont des fibres de verre et/ou des fibres de carbone.
5. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les membranes interne et externe comportent également des fibres noyées dans une matrice de résine.
6. Roue selon la revendication 5, dans laquelle les fibres des membranes sont des fibres continues.
7. Roue selon la revendication 6, dans laquelle les fibres continues des membranes sont unidirectionnelles, orientées dans la direction circonférentielle X.
8. Roue selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle les fibres des membranes sont des fibres de verre et/ou des fibres de carbone.
9. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle les cylindres de connexion ont un "diamètre" D constant dans la direction radiale, de manière à maintenir les membranes interne et externe sensiblement équidistantes.
10. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la distance moyenne d, mesurée selon la direction X, entre deux cylindres de connexion consécutifs est telle que le rapport d/D est compris entre 0,10 et 0,50.
11. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le diamètre D des cylindres de connexion est compris entre 10 et 100 mm.
12. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle la largeur Lm des membranes et la largeur Lc des cylindres, mesurées toutes deux dans une direction axiale parallèle à l'axe Y, sont chacune comprises entre 5 et 200 mm.
13. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle l'épaisseur Em des membranes et l'épaisseur Ec des cylindres sont chacune comprises entre 0,25 et 3 mm.
14. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle les cylindres de connexion, pour la totalité ou au moins une partie d'entre eux, sont renforcés par un élément de renforcement dit "renfort radial de cylindre" les traversant entièrement selon leur diamètre, parallèlement à la direction radiale Z.
15. Roue selon la revendication 14, dans laquelle le renfort radial de cylindre traverse entièrement, dans la direction Z, le cylindre de connexion et les membranes interne et externe, de manière à être ancré dans des pièces d'assemblage intermédiaires assemblant le cylindre avec les deux membranes.
16. Roue selon les revendications 14 ou 15, dans laquelle le renfort radial de cylindre comporte des fibres continues unidirectionnelles noyées dans une matrice de résine.
17. Roue selon la revendication 16, dans laquelle les fibres continues sont des fibres de verre et/ou des fibres de carbone.
18. Roue selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans laquelle le renfort radial de cylindre est formé par une série de renforts radiaux discrets orientés radialement (parallèlement à une direction radiale Z), ladite série étant alignée suivant la génératrice Y des cylindres de connexion.
19. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle la résine est une résine thermodurcissable.
20. Roue selon la revendication 19, dans laquelle la résine thermodurcissable est une résine vinylester.
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