WO2023247257A1 - Optimized architecture of a tyre of the heavy duty or civil engineering type - Google Patents
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Definitions
- Radial tires intended to equip a heavy vehicle of the heavy goods vehicle or civil engineering type are designated within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization (European Tire and Rim Technical Organization) or ETRTO.
- a tire having a geometry of revolution relative to an axis of rotation the geometry of the tire is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire.
- the radial, axial and circumferential directions respectively designate the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane.
- the circumferential direction is tangent to the circumference of the tire.
- a tire comprises a tread, intended to come into contact with a ground via a rolling surface, the two axial ends of which are connected via two sidewalls with two beads ensuring the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be mounted.
- a radial tire further comprises a reinforcing reinforcement, consisting of a crown reinforcement, radially internal to the tread, and a carcass reinforcement, radially internal to the crown reinforcement.
- the crown reinforcement of a radial tire for a heavy goods vehicle or civil engineering type vehicle comprises a superposition of crown layers extending circumferentially, radially outside the carcass reinforcement.
- Each top layer is made up of generally metallic reinforcements, parallel between them and coated with a polymeric material of the elastomer type or coating mixture.
- a metal reinforcement is mechanically characterized by a curve representing the tensile force (in N), applied to the metal reinforcement, as a function of its relative elongation (in%), called the force-elongation curve. From this force-elongation curve, the mechanical characteristics in tension of the metal reinforcement are deduced, such as the structural elongation As (in %), the total elongation at break At (in %), the force at break Fm (load maximum in N) and the breaking strength Rm (in MPa), these characteristics being measured according to standard ASTM D 2969-04 of 2014.
- an elastic metal reinforcement in its gummed state from the tire, is characterized by a structural elongation As at least equal to 0.3% and a total elongation at break At at least equal to 2.5%.
- an elastic metallic reinforcement has an elastic modulus in extension at most equal to 150 GPa, and usually between 40 GPa and 130 GPa.
- An inextensible metal reinforcement is characterized by a total elongation At, under a tensile force equal to 10% of the breaking force Fm, at most equal to 0.3%. Furthermore, a non-extensible metal reinforcement has an elastic modulus in extension usually between 150 GPa and 200 GPa.
- the protective layers constituting the protective reinforcement and radially the outermost, comprising elastic reinforcing elements (or reinforcements) and the working layers comprising inextensible reinforcing elements, constituting the working reinforcement and radially included between the protective reinforcement and the carcass reinforcement.
- the protective reinforcement comprising at least one protective layer, essentially protects the working layers from mechanical or physicochemical attacks, likely to propagate through the tread radially towards the inside of the tire.
- the protective reinforcement comprises, for a civil engineering type tire, often two protective layers, radially superimposed, formed of elastic metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential steering, angles at least equal to 15° and often only one for a heavy-duty type tire.
- the working reinforcement comprising at least two working layers, has the function of surrounding the tire and giving it rigidity and road holding. It includes both mechanical inflation stresses, generated by the inflation pressure of the tire and transmitted by the carcass reinforcement, and mechanical rolling stresses, generated by rolling the tire on a ground and transmitted by the tread . It must also resist oxidation and to impacts and perforations, thanks to its intrinsic design and that of the protective frame.
- the working reinforcement usually comprises two working layers, radially superimposed, formed of non-extensible metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 60°, and, preferably, at least equal to 15° and at most equal to 45°.
- the crown reinforcement therefore usually comprises a working layer of greater axial width and a working layer of smaller axial width. The shears of the rubber compounds are maximum at the end of the working layer with the smallest axial width.
- these maximum shears due to the displacements of the end of the working layer of the smallest axial width are distributed over the radial thickness of the rubber compounds between the working layer of the smallest axial width and the working layer of the largest. axial width.
- These shears are amplified by the deformations of the working layer of greater axial width. Indeed, given the angle of the metal reinforcements crossed with the metal reinforcements of the working layer of smaller width, the working layer of greater axial width deforms in another direction, which increases the deformations of the rubber compounds .
- These shear maxima are generally reduced by adding a decoupling rubber between the end of the working layer of the smallest axial width and the working layer of the largest axial width.
- the end of the working layer with the greatest axial width is also subjected to strong shearing but generally of lesser amplitude given that for this end, the thickness of the rubber compounds is greater and the deformations are no longer amplified by the presence of the other working layer.
- a hooping reinforcement To reduce the mechanical inflation and rolling stresses transmitted to the working reinforcement and the shears of the rubber mixture which covers them, it is known to arrange, radially outside the carcass reinforcement, a hooping reinforcement.
- the hooping reinforcement whose function is to at least partially absorb the mechanical inflation stresses, improves the endurance of the crown reinforcement by stiffening the crown reinforcement.
- the shrink reinforcement can be positioned radially inside the working reinforcement, between the two working layers of the working reinforcement, or radially outside the working reinforcement.
- the hooping reinforcement In heavy-duty type applications, the hooping reinforcement often includes a hooping layer constituted by the winding of a reinforcing element.
- the hooping reinforcement may comprise two hooping layers, radially superimposed, formed of metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 10°.
- an angle of between 7 and 9° is often preferred to the winding of a narrow strip of a few continuous reinforcing elements forming with the circumferential direction an angle of between 0° and 5° for reasons of productivity.
- the shrink layers are of smaller axial width than the working layer of smaller axial width.
- the stresses due to rolling at the ends of the working layers are very high in traction and compression and lead to the rupture of the inextensible metal reinforcements arranged around the ends whose angles formed with the circumferential direction are less than 15°.
- Document WO2019/202239 discloses a usual architecture of civil engineering tires comprising two hooping layers of rigid reinforcing elements, radially internal to two working layers of rigid reinforcing elements radially internal to elastic protective layers, the two shrink layers having an axial width substantially less than the axial width of the working layers. This document presents an optimization of the protective layers in order to improve the resistance to summit attacks suffered by the civil engineering tires.
- the inventors set themselves the objective, for a civil engineering or heavy goods vehicle tire, of maintaining good endurance, particularly at the ends of the crown layers, of improving resistance to punctures by reducing the circumferential rigidity in the center while maintaining an effective shrinking action and for civil engineering tires to improve wear due to aggression.
- the maximum absolute value of said angle being at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metallic reinforcing elements of said hooping layer with the circumferential direction (XX') at the two axial ends of said hooping layer, more 10°.
- the solution implemented makes it possible to better balance the circumferential rigidities axially by maintaining the rigidity near the axial ends of the working layers and reducing it in the center.
- the inventors started from the observation that the circumferential rigidities are too high at the center due to the shrink layers. On certain tires, the shrink layers are responsible for 5 sevenths of the circumferential rigidity at the center.
- the invention consists of modifying the rigidity of at least one hooping layer in the center and maintaining their identical operation on their axial ends , in modifying the central angle formed by the reinforcing elements with the circumferential direction of at least one hooping layer.
- the maximum absolute value of said angle being at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metallic reinforcing elements of said hooping layer with the circumferential direction (XX') at the two axial ends of said hooping layer plus 10 °.
- a preferred solution is that the absolute values of the angles (Ael, Ae2) formed by the metallic reinforcing elements of each hooping layer with the circumferential direction (XX'), at the two axial ends, are at least equal to 5 °.
- Below the hooping layers consist of a winding of a reinforcing element or a strip of reinforcing elements for which it is complex to vary the angle of the reinforcing elements of an axial end of the hoop layer considered at its other axial end. In this case there is one end of the reinforcing element at each axial end of the hooping layer considered.
- the crown reinforcement comprises two protective layers, radially external to the working layers, each comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other, forming, with the circumferential direction ( XX'), an angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, said metal reinforcing elements being crossed from one protective layer to the next, and having an extension modulus at most equal to 150 GPa.
- the most radially interior protective layer is the layer of the top reinforcement of greatest axial width.
- Figure 1 represents a meridian section of a vertex of civil engineering pneumatics and Figure 2 a portion of a variable angle hooping layer.
- FIG. 1 shows a cutaway perspective view of the top of a tire presenting:
- -sides 20 -a carcass reinforcement 30, comprising a carcass layer whose reinforcements form an angle close to 90° with the circumferential direction XX', -a hooping reinforcement 40, comprising two hooping layers 41 and 42, -a working reinforcement 50, comprising two working layers 51 and 52, and radially external to the hooping reinforcement 40, -a protective reinforcement 60, comprising two protective layers 61 and 62.
- the angles formed by the reinforcing elements of the different top layers with the circumferential direction are substantially constant except for manufacturing variations. Indeed, during molding of the tire, the reinforcing elements deform and their angles can vary slightly from one axial position to another.
- the angle formed by the reinforcing elements with the circumferential direction varies from one axial end of the hooping layer considered to the other by at least 10 °. For reasons of readability, this variation is not shown in Figure 1.
- This zone has an axial width at most equal to 30% of Lcf, the maximum being at the furthest from the median plane (M) by an axial distance at most equal to 15% of Lcf.
- the angles vary here from 8° at the axial end of the hooping layer to approximately 37° in the center. Such a variation can be obtained from a hooping layer at a constant angle of 8° to which one end has been subjected to a relative displacement in relation to the other, both circumferentially and axially.
- the invention was simulated on calculation tools.
- the simulations make it possible to evaluate the mechanical and thermal stresses on tires using the finite element technique in large displacement and large deformation, taking into account the mechanical and hysteretic characteristics of the materials.
- Rigidity at the center of vertex is divided by a factor of 3.3, when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 33, divided by 2.3 when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 24 and divided by 1.4 when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 18.
- the stiffness at the ends of the crown layers is maintained at the same value as for the reference tires.
- the average rigidity of the crown reinforcement is sufficient for the recovery of rolling forces.
- This reduction in rigidity at the center should allow a gain in perforation of the invention of between 20% and 40% depending on the maximum angles at the center of the hooping layers and the reduction in the chosen rigidity and should help to resolve the problems of irregular wear due to excessive rigidity in the center of the civil engineering indicator tire.
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Abstract
The invention relates to a radial tyre for a heavy vehicle of the heavy duty or civil engineering type, comprising two working layers (51, 52) comprising metal reinforcing elements forming, with the circumferential direction (XX'), an angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, and at least one bracing layer (41, 42). Each bracing layer comprises metal reinforcing elements (411) forming, with the circumferential direction (XX'), an angle A which is variable according to the axial position. The angles Ae1, Ae2 at the two axial ends (412, 413) of the bracing layer (41, 42) are of the same orientation and have absolute values at most equal to 10°. The angle A has a maximum absolute value Am at an axial distance from the median plane (M) at most equal to 15% of the axial width of the bracing layer, Am being at least equal to the average of the absolute values of the angles Ae1, Ae2 plus 10°.
Description
Description Description
Titre : architecture optimisée de pneumatique de type poids -lourd ou génie civil Title: optimized architecture of heavy-duty or civil engineering type tires
[001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type poids-lourd ou génie civil, et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique. [001] The subject of the present invention is a radial tire, intended to equip a heavy vehicle of the heavy goods vehicle or civil engineering type, and relates more particularly to the crown reinforcement of such a tire.
[002] Les pneumatiques radiaux destinés à équiper un véhicule lourd de type poids- lourd ou génie civil, sont désignés au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) ou ETRTO. [002] Radial tires intended to equip a heavy vehicle of the heavy goods vehicle or civil engineering type, are designated within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization (European Tire and Rim Technical Organization) or ETRTO.
[003] 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 (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) 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 un dumper, notamment des véhicules de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 35 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces. Les pneumatiques poids-lourd considérés sont destinés à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 19.5 pouces [003] For example, a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type, within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization (ETRTO), is intended to be mounted on a rim whose diameter is at least equal to 25 inches. Although not limited to this type of application, the invention is described for a large radial tire intended to be mounted on a dumper, in particular vehicles for transporting materials extracted from quarries or surface mines, by intermediate of a rim whose diameter is at least equal to 35 inches and can reach 57 inches, or even 63 inches. The heavy-duty tires considered are intended to be mounted on a rim whose diameter is at least equal to 19.5 inches
[004] 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. [004] A tire having a geometry of revolution relative to an axis of rotation, the geometry of the tire is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire. For a given meridian plane, the radial, axial and circumferential directions respectively designate the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane. The circumferential direction is tangent to the circumference of the tire.
[005] 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. Par « un élément A axialement intérieur à un élément B d’une distance axiale D », on entend que l’élément A est plus proche du plan équateur que l’élément B et que la distance axiale entre les deux éléments est égale à la distance D. Ce type de phrase est généralisable avec la direction radiale et circonférentielle et la position extérieure versus intérieure, de l’un ou l’autre des éléments. [005] In what follows, the expressions “radially interior”, respectively “radially exterior” mean “closer”, respectively “further from the axis of rotation of the tire. By “axially interior”, respectively “axially exterior”, we mean “closer”, respectively “further from the equatorial plane of the tire”, the equatorial plane of the tire being the plane passing through the middle of the rolling surface and perpendicular to the axis of rotation. By “an element A axially interior to an element B by an axial distance D”, we mean that element A is closer to the equator plane than element B and that the axial distance between the two elements is equal to the distance D. This type of sentence can be generalized with the radial and circumferential direction and the exterior versus interior position of one or the other of the elements.
[006] 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. [006] Generally, a tire comprises a tread, intended to come into contact with a ground via a rolling surface, the two axial ends of which are connected via two sidewalls with two beads ensuring the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be mounted.
[007] 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. [007] A radial tire further comprises a reinforcing reinforcement, consisting of a crown reinforcement, radially internal to the tread, and a carcass reinforcement, radially internal to the crown reinforcement.
[008] L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil ou poids-lourd, comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts 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°. [008] The carcass reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering or heavy goods vehicle type usually comprises at least one carcass layer comprising metal reinforcements, coated with a polymeric material of the elastomer or elastomeric type, obtained by mixing and called coating mixture. A carcass layer comprises a main part, connecting the two beads together and generally winding, in each bead, from the inside to the outside of the tire around a circumferential reinforcing element, most often metallic, called a bead, to form a reversal. The metal reinforcements of a carcass layer are substantially parallel to each other and form, with the circumferential direction, an angle of between 85° and 95°.
[009] L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule de type poids-lourd ou 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. [009] The crown reinforcement of a radial tire for a heavy goods vehicle or civil engineering type vehicle comprises a superposition of crown layers extending circumferentially, radially outside the carcass reinforcement. Each top layer is made up of generally metallic reinforcements, parallel between them and coated with a polymeric material of the elastomer type or coating mixture.
[010] 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 structural 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. [010] A metal reinforcement is mechanically characterized by a curve representing the tensile force (in N), applied to the metal reinforcement, as a function of its relative elongation (in%), called the force-elongation curve. From this force-elongation curve, the mechanical characteristics in tension of the metal reinforcement are deduced, such as the structural elongation As (in %), the total elongation at break At (in %), the force at break Fm (load maximum in N) and the breaking strength Rm (in MPa), these characteristics being measured according to standard ASTM D 2969-04 of 2014.
[011] L'allongement total At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap) et particulièrement à la rupture où chacun des allongements est non nul. L’allongement structural 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, W02005/014925 et W02007/090603. [011] The total elongation At of the metal reinforcement is, by definition, the sum of its structural, elastic and plastic elongations (At = As + Ae + Ap) and particularly at rupture where each of the elongations is non-zero. The structural elongation As results from the relative positioning of the metal wires constituting the metal reinforcement under a low tensile force. The elastic elongation Ae results from the very elasticity of the metal of the metal wires, constituting the metal reinforcement, taken individually, the behavior of the metal following a Hooke's law. The plastic elongation Ap results from the plasticity, that is to say the irreversible deformation, beyond the elastic limit, of the metal of these metal wires taken individually. These different extensions as well as their respective meanings, well known to those skilled in the art, are described, for example, in documents US5843583, W02005/014925 and W02007/090603.
[012] 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. [012] We also define, at any point of the force-elongation curve of a metal reinforcement, an extension modulus, expressed in GPa, which represents the slope of the line tangent to the force-elongation curve at this point. In particular, the elastic modulus in extension or Young's modulus is called the extension modulus of the linear elastic part of the force-elongation curve.
[013] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles.
[014] Un renfort métallique élastique, dans son état gommé issu du pneumatique, est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 0.3% et un allongement total à rupture At au moins égal à 2.5%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 130 GPa. [013] Among the metal reinforcements, a distinction is usually made between elastic metal reinforcements, such as those used in protective layers, and non-extensible or inextensible metal reinforcements. [014] An elastic metal reinforcement, in its gummed state from the tire, is characterized by a structural elongation As at least equal to 0.3% and a total elongation at break At at least equal to 2.5%. In addition, an elastic metallic reinforcement has an elastic modulus in extension at most equal to 150 GPa, and usually between 40 GPa and 130 GPa.
[015] Un renfort métallique inextensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale à 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 0.3%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa. [015] An inextensible metal reinforcement is characterized by a total elongation At, under a tensile force equal to 10% of the breaking force Fm, at most equal to 0.3%. Furthermore, a non-extensible metal reinforcement has an elastic modulus in extension usually between 150 GPa and 200 GPa.
[016] Parmi les couches de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l’armature de protection et radial ement les plus à l’extérieur, comprenant des éléments de renforcement (ou renforts) élastiques et les couches de travail comprenant des éléments de renforcement inextensibles, constitutives de l’armature de travail et radialement comprises entre l’armature de protection et l’armature de carcasse. [016] Among the top layers, we usually distinguish the protective layers, constituting the protective reinforcement and radially the outermost, comprising elastic reinforcing elements (or reinforcements) and the working layers comprising inextensible reinforcing elements, constituting the working reinforcement and radially included between the protective reinforcement and the carcass reinforcement.
[017] L’armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physicochimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l’intérieur du pneumatique. [017] The protective reinforcement, comprising at least one protective layer, essentially protects the working layers from mechanical or physicochemical attacks, likely to propagate through the tread radially towards the inside of the tire.
[018] L’armature de protection comprend pour un pneumatique de type génie civil souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques élastiques, 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 15° et souvent une seule pour un pneumatique de type poids-lourd. [018] The protective reinforcement comprises, for a civil engineering type tire, often two protective layers, radially superimposed, formed of elastic metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential steering, angles at least equal to 15° and often only one for a heavy-duty type tire.
[019] 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. [019] The working reinforcement, comprising at least two working layers, has the function of surrounding the tire and giving it rigidity and road holding. It includes both mechanical inflation stresses, generated by the inflation pressure of the tire and transmitted by the carcass reinforcement, and mechanical rolling stresses, generated by rolling the tire on a ground and transmitted by the tread . It must also resist oxidation and to impacts and perforations, thanks to its intrinsic design and that of the protective frame.
[020] 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 15° et au plus égaux à 45°. Pour diminuer les cisaillements des composés caoutchouteux, ou mélanges caoutchouteux ; aux extrémités axiales des couches de travail, il est usuel de décaler axialement la position desdites extrémités l’une par rapport à l’autre. L’armature de sommet comporte donc usuellement une couche de travail de plus grande largeur axiale et une couche de travail de plus petite largeur axiale. Les cisaillements des composés caoutchouteux sont maximaux à l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet ces cisaillements maximaux dus aux déplacements de l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale se répartissent sur l’épaisseur radiale de composés caoutchouteux entre la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. Ces cisaillements sont amplifiés par les déformations de la couche de travail de plus grande largeur axiale. En effet, étant donné l’angle des renforts métalliques croisés avec les renforts métalliques de la couche de travail de plus petite largeur, la couche de travail de plus grande largeur axiale se déforme dans une autre direction, ce qui augmente les déformations des composés caoutchouteux. Ces maximas de cisaillements sont généralement diminués en ajoutant une gomme de découplage entre l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. L’extrémité de la couche de travail de plus grande largeur axiale est également soumise à de forts cisaillements mais généralement de moindre amplitude étant donné que pour cette extrémité, l’épaisseur des composés caoutchouteux est plus importante et les déformations ne sont plus amplifiées par la présence de l’autre couche de travail. [020] The working reinforcement usually comprises two working layers, radially superimposed, formed of non-extensible metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 60°, and, preferably, at least equal to 15° and at most equal to 45°. To reduce shearing of rubber compounds, or rubber mixtures; at the axial ends of the working layers, it is customary to axially offset the position of said ends relative to each other. The crown reinforcement therefore usually comprises a working layer of greater axial width and a working layer of smaller axial width. The shears of the rubber compounds are maximum at the end of the working layer with the smallest axial width. In fact, these maximum shears due to the displacements of the end of the working layer of the smallest axial width are distributed over the radial thickness of the rubber compounds between the working layer of the smallest axial width and the working layer of the largest. axial width. These shears are amplified by the deformations of the working layer of greater axial width. Indeed, given the angle of the metal reinforcements crossed with the metal reinforcements of the working layer of smaller width, the working layer of greater axial width deforms in another direction, which increases the deformations of the rubber compounds . These shear maxima are generally reduced by adding a decoupling rubber between the end of the working layer of the smallest axial width and the working layer of the largest axial width. The end of the working layer with the greatest axial width is also subjected to strong shearing but generally of lesser amplitude given that for this end, the thickness of the rubber compounds is greater and the deformations are no longer amplified by the presence of the other working layer.
[021] Pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage et de roulage transmises à l’armature de travail et les cisaillements du mélange caoutchouteux qui les recouvre, 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. [021] To reduce the mechanical inflation and rolling stresses transmitted to the working reinforcement and the shears of the rubber mixture which covers them, it is known to arrange, radially outside the carcass reinforcement, a hooping reinforcement. The hooping reinforcement, whose function is to at least partially absorb the mechanical inflation stresses, improves the endurance of the crown reinforcement by stiffening the crown reinforcement. The shrink reinforcement can be positioned radially inside the working reinforcement, between the two working layers of the working reinforcement, or radially outside the working reinforcement.
[022] Dans les applications de type poids-lourd, l’armature de frettage comprend souvent une couche de frettage constitué par l’enroulement d’un élément de renforcement. [022] In heavy-duty type applications, the hooping reinforcement often includes a hooping layer constituted by the winding of a reinforcing element.
[023] 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°. Pour réaliser les couches de frettage, sur des pneumatiques de génie civil de grand diamètre, l’enroulement d’une couche d’éléments de renforcement discontinus dont les extrémités vont d’un bord axial de la couche à l’autre formant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 7 et 9° est souvent préféré à l’enroulement d’une bande étroite de quelques éléments de renforcement continus formant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 0° et 5° pour des raisons de productivité. Dans les deux cas, les couches de frettage sont de plus petite largeur axiale que la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet les sollicitations dues au roulage en extrémité des couches de travail sont très élevées en traction et compression et amènent à la rupture des renforts métalliques inextensibles disposés autour des extrémités dont les angles formés avec la direction circonférentielle sont inférieurs à 15°. Le document WO2019/202239, divulgue une architecture usuelle des pneumatiques de génie civil comprenant deux couches de frettage d’éléments de renforcement rigides, radialement intérieures à deux couches de travail d’éléments de renforcement rigides radialement intérieures à des couches de protection élastiques, les deux couches de frettage étant de largeur axiale sensiblement inférieure à la largeur axiale des couches de travail. Ce document présente une optimisation des couches de protection afin d’améliorer la résistance aux agressions sommet que subissent les
pneumatiques de génie civil. En effet les pneumatiques de génie civil et particulièrement ceux utilisés en mine de surface, sont soumis à des agressions généralement au voisinage des fronts de taille où le minerai est plus saillant. Au fur et à mesure que la bande de roulement s’use, l’impact de la rigidité d’enfoncement du bloc sommet sur les coupures de la bande de roulement se fait sentir. Si l’optimisation proposée dans l’état de l’art a son intérêt, sa rigidité circonférentielle importante amenée principalement par les couches de frettage et majoritairement au centre su sommet favorise les coupures de la bande de roulement et son usure irrégulière au centre et parfois la perforation totale du bloc sommet. Il est bien connu de l’homme du métier qu’augmenter l’angle moyen des couches de frettage au-delà de 15° permet de baisser la rigidité du sommet mais cela réduit d’autant l’endurance en favorisant les fissurations aux extrémités des couches de travail, mais aussi en extrémité des couches de frettage elles-mêmes. [023] In civil engineering type applications, the hooping reinforcement may comprise two hooping layers, radially superimposed, formed of metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 10°. To produce the shrink layers, on large diameter civil engineering tires, winding a layer of discontinuous reinforcing elements whose ends go from one axial edge of the layer to the other forming with the direction circumferential, an angle of between 7 and 9° is often preferred to the winding of a narrow strip of a few continuous reinforcing elements forming with the circumferential direction an angle of between 0° and 5° for reasons of productivity. In both cases, the shrink layers are of smaller axial width than the working layer of smaller axial width. In fact, the stresses due to rolling at the ends of the working layers are very high in traction and compression and lead to the rupture of the inextensible metal reinforcements arranged around the ends whose angles formed with the circumferential direction are less than 15°. Document WO2019/202239 discloses a usual architecture of civil engineering tires comprising two hooping layers of rigid reinforcing elements, radially internal to two working layers of rigid reinforcing elements radially internal to elastic protective layers, the two shrink layers having an axial width substantially less than the axial width of the working layers. This document presents an optimization of the protective layers in order to improve the resistance to summit attacks suffered by the civil engineering tires. In fact, civil engineering tires, and particularly those used in surface mines, are subject to attacks generally in the vicinity of working faces where the ore is more protruding. As the tread wears, the impact of the crown block's sinking stiffness on the tread cuts is felt. If the optimization proposed in the state of the art has its interest, its significant circumferential rigidity brought mainly by the hooping layers and mainly at the center of the top favors cuts in the tread and its irregular wear at the center and sometimes the total perforation of the summit block. It is well known to those skilled in the art that increasing the average angle of the hooping layers beyond 15° makes it possible to reduce the rigidity of the top but this reduces the endurance by promoting cracking at the ends of the working layers, but also at the end of the shrink layers themselves.
[024] Ces problèmes de l’agression sommet se retrouvent mais à des niveaux moindres pour les pneumatiques poids-lourd, l’agression sommet générant davantage de l’arrachement de la bande de roulement que de l’usure. [024] These problems of crown aggression are found but at lower levels for heavy-duty tires, crown aggression generating more tearing of the tread than wear.
[025] Les inventeurs se sont donnés pour objectif pour un pneumatique de génie civil ou poids-lourd, de conserver une bonne endurance notamment aux extrémités des couches de sommet, d’ améliorer la résistance aux perforations en diminuant la rigidité circonférentielle au centre tout en conservant une action de frettage efficace et pour les pneumatiques de génie civil d’améliorer l’usure due aux agressions. [025] The inventors set themselves the objective, for a civil engineering or heavy goods vehicle tire, of maintaining good endurance, particularly at the ends of the crown layers, of improving resistance to punctures by reducing the circumferential rigidity in the center while maintaining an effective shrinking action and for civil engineering tires to improve wear due to aggression.
[026] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique radial pour véhicule lourd de type poids lourd ou génie civil comprenant [026] This objective was achieved, according to the invention, by a radial tire for a heavy vehicle of the heavy goods vehicle or civil engineering type comprising
• une armature de sommet, radialement Pneumatique radial pour véhicule lourd de type poids lourd ou génie civil comprenant • a crown reinforcement, radially Radial pneumatic tire for heavy vehicle of heavy goods vehicle or civil engineering type comprising
• une armature de sommet, radialement intérieure à une bande de roulement et radialement extérieure à une armature de carcasse, • a crown reinforcement, radially internal to a tread and radially external to a carcass reinforcement,
• Un plan médian perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique et passant par le milieu de la bande de roulement, • A median plane perpendicular to the axis of rotation of the tire and passing through the middle of the tread,
• l’armature de sommet comprenant, une armature de travail,
• l’armature de travail comprenant au moins deux couches de travail comprenant chacune des éléments de renforcement métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, lesdits éléments de renforcement métalliques étant croisés d’une couche de travail à la suivante,• the top frame comprising, a working frame, • the working reinforcement comprising at least two working layers each comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other, forming, with the circumferential direction (XX'), an angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, said metal reinforcing elements being crossed from one working layer to the next,
• l’armature de sommet comprenant une armature de frettage comprenant au moins une couche de frettage, chaque couche de frettage comprenant des éléments de renforcement métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, et comprenant deux extrémités axiales de part et d’autre du plan médian, • the crown reinforcement comprising a hooping reinforcement comprising at least one hooping layer, each hooping layer comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other, and comprising two axial ends on either side of the median plane,
• les éléments de renforcement de chaque couche de frettage formant avec la direction circonférentielle, à ses deux extrémités axiales des angles, de même orientation, et de valeurs absolues au plus égales à 10°, • the reinforcing elements of each hooping layer forming with the circumferential direction, at its two axial ends, angles, of the same orientation, and of absolute values at most equal to 10°,
• l’angle formé par les éléments de renforcement métalliques d’une couche de frettage avec la direction circonférentielle (XX’), étant variable d’une extrémité axiale de ladite couche de frettage à l’autre extrémité axiale, et a une valeur absolue maximale à une distance axiale du plan médian au plus égale à 15% de la largeur axiale de ladite couche de frettage, • the angle formed by the metal reinforcing elements of a hooping layer with the circumferential direction (XX'), being variable from one axial end of said hooping layer to the other axial end, and has an absolute value maximum at an axial distance from the median plane at most equal to 15% of the axial width of said hooping layer,
• la valeur absolue maximale dudit angle étant au moins égale à la moyenne des valeurs absolues des angles formés par les éléments de renforcement métalliques de ladite couche de frettage avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales de ladite couche de frettage, plus 10°. • the maximum absolute value of said angle being at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metallic reinforcing elements of said hooping layer with the circumferential direction (XX') at the two axial ends of said hooping layer, more 10°.
[027] La solution mise en œuvre permet de mieux équilibrer axialement les rigidités circonférentielles en maintenant la rigidité à proximité des extrémités axiales des couches de travail et en la diminuant au centre. Les inventeurs sont partis du constat que les rigidités circonférentielles sont trop élevées au centre en raison des couches de frettage. Sur certains pneumatiques les couches de frettage sont à l’origine de 5 septièmes de la rigidité circonférentielle au centre. De manière contre -intuitive compte tenu de la rigidité des éléments de renforcement des couches de frettage, l’invention consiste à modifier la rigidité d’au moins une couche de frettage au centre et de conserver leur fonctionnement à l’identique sur leurs extrémités axiales, en
modifiant l’angle au centre formé par les éléments de renforcement avec la direction circonférentielle d’au moins une couche de frettage. [027] The solution implemented makes it possible to better balance the circumferential rigidities axially by maintaining the rigidity near the axial ends of the working layers and reducing it in the center. The inventors started from the observation that the circumferential rigidities are too high at the center due to the shrink layers. On certain tires, the shrink layers are responsible for 5 sevenths of the circumferential rigidity at the center. Counter-intuitively given the rigidity of the reinforcing elements of the hooping layers, the invention consists of modifying the rigidity of at least one hooping layer in the center and maintaining their identical operation on their axial ends , in modifying the central angle formed by the reinforcing elements with the circumferential direction of at least one hooping layer.
[028] Les pneumatiques de génie civil de référence considérés ont usuellement deux couches de frettage radialement intérieures à deux couches de travail, elles -mêmes radialement intérieures à deux couches de protection. Les couches de frettage des pneumatiques de génie civil de référence considérés sont constituées d’éléments de renforcement métalliques parallèles entre eux, enrobés d’une composition de caoutchouc, allant de manière continue d’une extrémité axiale de la couche de frettage à l’autre, et faisant un angle sensiblement constant avec la direction circonférentielle, au plus égal à 10° pour permettre un frettage efficace. L’invention consiste à modifier l’angle des éléments de renforcement d’au moins une couche de frettage, autour du centre du pneumatique, de telle sorte que : [028] The reference civil engineering tires considered usually have two hooping layers radially internal to two working layers, themselves radially internal to two protective layers. The hooping layers of the reference civil engineering tires considered are made up of metallic reinforcing elements parallel to each other, coated with a rubber composition, going continuously from one axial end of the hooping layer to the other , and making a substantially constant angle with the circumferential direction, at most equal to 10° to allow effective hooping. The invention consists of modifying the angle of the reinforcing elements of at least one hooping layer, around the center of the tire, such that:
• les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de frettage, forment avec la direction circonférentielle (XX’), un angle variant d’une extrémité axiale de ladite couche de frettage à l’autre extrémité axiale, • the metallic reinforcing elements of at least one hooping layer form, with the circumferential direction (XX'), an angle varying from one axial end of said hooping layer to the other axial end,
• l’angle formé par les éléments de renforcement métalliques de ladite couche de frettage avec la direction circonférentielle (XX’), ayant une valeur absolue maximale (Am) à une distance axiale du plan médian au plus égale à 15% de la largeur axiale de ladite couche de frettage, le maximum coïncidant approximativement avec le centre de la couche de frettage afin de diminuer la rigidité précisément là où cela est souhaité, • the angle formed by the metallic reinforcing elements of said hooping layer with the circumferential direction (XX'), having a maximum absolute value (Am) at an axial distance from the median plane at most equal to 15% of the axial width of said shrink layer, the maximum coinciding approximately with the center of the shrink layer in order to reduce the rigidity precisely where desired,
• la valeur absolue maximale dudit angle étant au moins égal à la moyenne des valeurs absolues des angles formés par les éléments de renforcement métalliques de ladite couche de frettage avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales de ladite couche de frettage plus 10°. • the maximum absolute value of said angle being at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metallic reinforcing elements of said hooping layer with the circumferential direction (XX') at the two axial ends of said hooping layer plus 10 °.
Ces conditions permettent sur une couche de frettage à angle variable de baisser la rigidité circonférentielle de l’armature de sommet au centre autour de 20%. La même modification sur deux couches de frettage permet une baisse de la rigidité de 40%. These conditions allow, on a variable angle hooping layer, to reduce the circumferential rigidity of the crown reinforcement in the center to around 20%. The same modification on two shrink layers allows a reduction in rigidity of 40%.
[029] Ainsi une solution préférée, pour un pneumatique dont l’armature de sommet comprend au moins deux couches de frettage, est que les angles formés par les éléments de renforcement métalliques desdites au moins deux couches de frettage avec la direction circonférentielle (XX’), soient variables d’une extrémité axiale à
l’autre de chaque couche de frettage, aient une valeur absolue maximale à une distance axiale du plan médian au plus égale à 15% de la largeur axiale de ladite couche de frettage considérée, et que les valeurs absolues maximales desdits angles soient au moins égales à la moyenne des valeurs absolues des angles formés par les éléments de renforcement métalliques de la couche de frettage considérée avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales de ladite couche de frettage, plus 10°. Pour un pneumatique ayant deux couches de frettage, dont les angles sont variables, si chaque valeur absolue maximale desdits angles est au moins égale à la moyenne des valeurs absolues des angles formés par les éléments de renforcement métalliques de la couche de frettage considérée avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales de la couche de frettage considérée plus 16°, la baisse de la rigidité totale de l’armature de sommet au centre est au moins égale à 50%, et pour plus 25° respectivement la baisse de la rigidité totale de l’armature de sommet au centre est au moins égale à 65%. [029] Thus a preferred solution, for a tire whose crown reinforcement comprises at least two hooping layers, is that the angles formed by the metal reinforcing elements of said at least two hooping layers with the circumferential direction (XX' ), are variable from one axial end to the other of each hooping layer, have a maximum absolute value at an axial distance from the median plane at most equal to 15% of the axial width of said hooping layer considered, and that the maximum absolute values of said angles are at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metallic reinforcing elements of the hooping layer considered with the circumferential direction (XX') at the two axial ends of said hooping layer, plus 10°. For a tire having two hooping layers, the angles of which are variable, if each maximum absolute value of said angles is at least equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metal reinforcing elements of the hooping layer considered with the direction circumferential (XX') at the two axial ends of the hooping layer considered plus 16°, the drop in the total rigidity of the crown reinforcement at the center is at least equal to 50%, and for plus 25° respectively the drop in the total rigidity of the crown reinforcement in the center is at least equal to 65%.
[030] Il est avantageux que l’armature de sommet comporte deux couches de frettage pour des raisons de temps de cycles de fabrication et d’équilibre de l’architecture sommet, les angles formés par les éléments de renforcement des deux couches de frettage étant de signes opposés. [030] It is advantageous for the crown reinforcement to comprise two hooping layers for reasons of manufacturing cycle times and balance of the crown architecture, the angles formed by the reinforcing elements of the two hooping layers being of opposite signs.
[031] Une solution préférée est que les valeurs absolues des angles (Ael, Ae2) formés par les éléments de renforcement métalliques de chaque couche de frettage avec la direction circonférentielle (XX’), aux deux extrémités axiales, soient au moins égales à 5°. En deçà les couches de frettage sont constituées d’un enroulement d’un élément de renforcement ou d’une bande d’éléments de renforcement pour lesquels il est complexe de faire varier l’angle des éléments de renforcement d’une extrémité axiale de la couche de frettage considérée à son autre extrémité axiale. Dans ce cas il existe une extrémité de l’élément de renforcement à chaque extrémité axiale de la couche de frettage considérée. Pour des angles au moins égaux à 5°, les couches de frettage constituées par de très nombreux éléments de renforcement distant des éléments de renforcement adjacents d’un pas circonférentiel sensiblement constant aux tolérances de fabrication près, chaque élément de renforcement ayant une extrémité axiale à chaque extrémité axiale de la couche de frettage. Dans ce cas pour faire varier l’angle des éléments de renforcement depuis une extrémité axiale de la
couche de frettage à l’autre, il suffit par exemple de préparer les couches de frettage sur un anneau rigide et d’effectuer des rotations autour de l’axe de rotation du tambour entre la zone centrale de la couche de frettage et les zones axiales, tout en écartant les zones axiales l’une de l’autre. [031] A preferred solution is that the absolute values of the angles (Ael, Ae2) formed by the metallic reinforcing elements of each hooping layer with the circumferential direction (XX'), at the two axial ends, are at least equal to 5 °. Below the hooping layers consist of a winding of a reinforcing element or a strip of reinforcing elements for which it is complex to vary the angle of the reinforcing elements of an axial end of the hoop layer considered at its other axial end. In this case there is one end of the reinforcing element at each axial end of the hooping layer considered. For angles at least equal to 5°, the hooping layers constituted by very numerous reinforcing elements distant from the adjacent reinforcing elements by a substantially constant circumferential pitch within manufacturing tolerances, each reinforcing element having an axial end at each axial end of the hooping layer. In this case to vary the angle of the reinforcing elements from an axial end of the hooping layer to another, it is sufficient for example to prepare the hooping layers on a rigid ring and to perform rotations around the axis of rotation of the drum between the central zone of the hooping layer and the axial zones , while moving the axial zones away from each other.
[032] Une solution avantageuse pour protéger les couches de frettage des agressions est que chaque couche de frettage soit radialement intérieure aux couches de travail. [032] An advantageous solution for protecting the hooping layers from attacks is for each hooping layer to be radially interior to the working layers.
[033] Préférentiellement les éléments de renforcement métalliques des couches de travail ont un module en extension au moins égal à 150 GPa, ce qui correspond à des éléments de renforcement des couches de travail inextensibles qui ont d’excellentes performances en endurance. [033] Preferably the metal reinforcing elements of the working layers have an extension modulus at least equal to 150 GPa, which corresponds to reinforcing elements of the inextensible working layers which have excellent endurance performance.
[034] Une solution préférée est que l’armature de sommet comprenne deux couches de protection, radialement extérieures aux couches de travail, comprenant chacune des éléments de renforcement métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, lesdits éléments de renforcement métalliques étant croisés d’une couche de protection à la suivante, et ayant un module en extension au plus égal à 150 GPa. La présence de couches de protection dont les éléments de renforcement sont élastiques, améliore très sensiblement la performance des pneumatiques de génie civil ou poids-lourd à la perforation par des cailloux. [034] A preferred solution is that the crown reinforcement comprises two protective layers, radially external to the working layers, each comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other, forming, with the circumferential direction ( XX'), an angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, said metal reinforcing elements being crossed from one protective layer to the next, and having an extension modulus at most equal to 150 GPa. The presence of protective layers whose reinforcing elements are elastic, very significantly improves the performance of civil engineering or heavy goods vehicle tires against perforation by stones.
[035] Avantageusement pour protéger les extrémités des couches de travail du martellement contre les cailloux des pistes de roulage, la couche de protection la plus radialement intérieure est la couche de l’armature de sommet de plus grande largeur axiale. [035] Advantageously to protect the ends of the hammering working layers against the stones of the rolling tracks, the most radially interior protective layer is the layer of the top reinforcement of greatest axial width.
[036] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 et 2 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 59/80 R63: La figure 1 représente une coupe méridienne d’un sommet de pneumatique de génie civil et la figure 2 une portion d’une couche de frettage à angle variable. [036] The characteristics of the invention are illustrated by Figures 1 and 2 schematically and not shown to scale, with reference to a tire of size 59/80 R63: Figure 1 represents a meridian section of a vertex of civil engineering pneumatics and Figure 2 a portion of a variable angle hooping layer.
[037] La figurel présente une vue écorchée en perspective du sommet d’un pneumatique présentant : [037] The figure shows a cutaway perspective view of the top of a tire presenting:
-une bande de roulement 10, -a tread 10,
-des flancs 20,
-une armature de carcasse 30, comprenant une couche de carcasse dont les renforts forment un angle proche de 90° avec la direction circonférentielle XX’, -une armature de frettage 40, comprenant deux couches de frettage 41 et 42, -une armature de travail 50, comprenant deux couches de travail 51 et 52, et radial ement extérieure à l’armature de frettage 40, -une armature de protection 60, comprenant deux couches de protection 61 et 62. -sides 20, -a carcass reinforcement 30, comprising a carcass layer whose reinforcements form an angle close to 90° with the circumferential direction XX', -a hooping reinforcement 40, comprising two hooping layers 41 and 42, -a working reinforcement 50, comprising two working layers 51 and 52, and radially external to the hooping reinforcement 40, -a protective reinforcement 60, comprising two protective layers 61 and 62.
[038] Dans l’état de l’art, les angles formés par les éléments de renforcement des différentes couches de sommet avec la direction circonférentielle sont sensiblement constants aux variations de fabrication près. En effet lors du moulage du pneumatique, les éléments de renforcement se déforment et leurs angles peuvent varier légèrement d’une position axiale à l’autre. Dans le pneumatique selon l’invention, dans au moins une couche de frettage, l’angle formé par les éléments de renforcement avec la direction circonférentielle varie d’une extrémité axiale de la couche de frettage considérée à l’autre d’au moins 10°. Pour des questions de lisibilité cette variation n’est pas représentée sur la figure 1. [038] In the state of the art, the angles formed by the reinforcing elements of the different top layers with the circumferential direction are substantially constant except for manufacturing variations. Indeed, during molding of the tire, the reinforcing elements deform and their angles can vary slightly from one axial position to another. In the tire according to the invention, in at least one hooping layer, the angle formed by the reinforcing elements with the circumferential direction varies from one axial end of the hooping layer considered to the other by at least 10 °. For reasons of readability, this variation is not shown in Figure 1.
[039] La figure 2 représente une portion de la couche de frettage 41 à angle variable à plat, d’une largeur axiale Lcf comprenant des éléments de renforcement 411 parallèles entre eux, à savoir équidistants d’une distance circonférentielle constante aux variations de fabrication près. Les angles des éléments de renforcement 411 de la couche de frettage 41 varient d’une valeur Ael à une extrémité axiale 412 de la couche de frettage 41 vers une valeur Ae2 à l’autre extrémité axiale 413, sensiblement identique ici, en passant par une valeur maximale Am dans une zone centrale de la couche de frettage. Cette zone est d’une largeur axiale au plus égale à 30% de Lcf, le maximum étant au plus distant du plan médian (M) d’une distance axiale au plus égale à 15% de Lcf. Les angles varient ici depuis 8° en extrémité axiale de la couche de frettage à 37° environ au centre. Une telle variation peut être obtenue à partir d’une couche de frettage à angle constant de 8° à laquelle on a fait subir un déplacement relatif d’une extrémité par rapport à l’autre à la fois circonférentiel et axial. [039] Figure 2 represents a portion of the hooping layer 41 with variable angle flat, of an axial width Lcf comprising reinforcing elements 411 parallel to each other, namely equidistant by a circumferential distance constant to manufacturing variations close. The angles of the reinforcing elements 411 of the hooping layer 41 vary from a value Ael at one axial end 412 of the hooping layer 41 to a value Ae2 at the other axial end 413, substantially identical here, passing through a maximum value Am in a central zone of the hooping layer. This zone has an axial width at most equal to 30% of Lcf, the maximum being at the furthest from the median plane (M) by an axial distance at most equal to 15% of Lcf. The angles vary here from 8° at the axial end of the hooping layer to approximately 37° in the center. Such a variation can be obtained from a hooping layer at a constant angle of 8° to which one end has been subjected to a relative displacement in relation to the other, both circumferentially and axially.
[040] Les angles Ael, Ae2, et les angles de différentes couches de sommet sont mesurées par des procédés bien connus de l’homme de l’art soit par des moyens de contrôles non destructifs soit en coupant le pneumatique et en accédant aux
différentes couches de sommet. Il en est de même pour la mesure des largeurs axiales des différentes couches de sommet mesurées usuellement sur une coupe méridienne. Sauf si la position axiale de la mesure est précisée, comme pour les couches de frettage à angle variable, les mesures des angles sont de préférence faites au centre de la couche de sommet considérée - le plus souvent au plan médian - ou au centre de la partie axiale considérée pour se donner une valeur de référence, l’angle mésuré pouvant varier légèrement avec la position axiale de la mesure. [040] The angles Ael, Ae2, and the angles of different vertex layers are measured by methods well known to those skilled in the art either by non-destructive testing means or by cutting the tire and accessing the different vertex layers. The same applies to the measurement of the axial widths of the different vertex layers usually measured on a meridian section. Unless the axial position of the measurement is specified, as for variable angle hooping layers, angle measurements are preferably made at the center of the top layer considered - most often at the median plane - or at the center of the axial part considered to give a reference value, the measured angle may vary slightly with the axial position of the measurement.
[041] L’invention est comparée à un pneumatique témoin du marché (« Michelin 59/80R63 XDR3 MB4 ») de même dimension, dont le sommet est composé de deux couches de frettage radialement intérieures à deux couches de travail radialement intérieures à deux couches de protection. Les éléments de renforcement des couches de frettage forment des angles de 8 et -8°. Ils sont inextensibles en 77.35, soit 77 fils d’acier de 35 centièmes de millimètres de diamètre, pour un module d’extension, mesuré sur un câble prélevé du pneumatique, égal à 178 GPa , disposés selon un pas de 6.4 mm. Les éléments de renforcement des couches de travail forment des angles de -33 et 24°. Ils sont inextensibles. Les éléments de renforcement des couches de protection sont extensibles et forment des angles de -33 et 33°. [041] The invention is compared to a market control tire ("Michelin 59/80R63 protection. The reinforcing elements of the hooping layers form angles of 8 and -8°. They are inextensible in 77.35, or 77 steel wires of 35 hundredths of a millimeter in diameter, for an extension module, measured on a cable taken from the tire, equal to 178 GPa, arranged in a pitch of 6.4 mm. The reinforcing elements of the working layers form angles of -33 and 24°. They are inextensible. The reinforcement elements of the protective layers are extensible and form angles of -33 and 33°.
[042] Les pneumatiques témoin et selon l’invention sont identiques excepté les couches de frettage. Ils ont la même sculpture et les mêmes renforts pour la couche de carcasse, les couches de protection et les couches de travail et les mêmes composés caoutchouteux pour les différentes parties des pneumatiques. [042] The control tires and according to the invention are identical except for the shrink layers. They have the same tread pattern and the same reinforcements for the carcass layer, the protective layers and the working layers and the same rubber compounds for the different parts of the tires.
[043] L’invention a été simulée sur des outils de calcul. Les simulations permettent d’évaluer les sollicitations mécaniques et thermiques sur des pneumatiques par la technique des éléments finis en grand déplacement et grande déformation en tenant compte des caractéristiques mécaniques et hystérétiques des matériaux. [043] The invention was simulated on calculation tools. The simulations make it possible to evaluate the mechanical and thermal stresses on tires using the finite element technique in large displacement and large deformation, taking into account the mechanical and hysteretic characteristics of the materials.
[044] L’objectif de l’invention est de diminuer la rigidité circonférentielle au centre afin d’améliorer l’usure et la résistance aux agressions et aux perforations. La baisse de la rigidité est estimée à partir de la déformation du bloc sommet sous l’effet d’une augmentation de pression. Les deux couches de frettage sont avec des angles variables, les angles aux extrémités axiales des couches de frettage ayant une valeur absolue égale à 8° comme les pneumatiques de référence. La rigidité au centre du
sommet est divisée par un facteur 3.3, quand la valeur absolue de l’angle maximal au centre des couches de frettage est égale à 33, divisée par 2.3 quand la valeur absolue de l’angle maximal au centre des couches de frettage est égale à 24 et divisée par 1.4 quand la valeur absolue de l’angle maximal au centre des couches de frettage est égale à 18. La rigidité aux extrémités des couches de sommet est maintenue à la même valeur que pour les pneumatiques de référence. La rigidité moyenne de l’armature de sommet est suffisante pour la reprise des efforts de roulage. Cette baisse de rigidité au centre doit permettre un gain en perforation de l’invention d’entre 20% et 40% suivant les angles maximaux au centre des couches de frettage et la baisse de la rigidité choisie et doit aider à résoudre les problèmes d’usure irrégulière due à la trop grande rigidité du centre du pneumatique témoin de génie civil. [044] The objective of the invention is to reduce the circumferential rigidity at the center in order to improve wear and resistance to attacks and perforations. The drop in rigidity is estimated from the deformation of the crown block under the effect of an increase in pressure. The two hooping layers have variable angles, the angles at the axial ends of the hooping layers having an absolute value equal to 8° like the reference tires. Rigidity at the center of vertex is divided by a factor of 3.3, when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 33, divided by 2.3 when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 24 and divided by 1.4 when the absolute value of the maximum angle at the center of the hooping layers is equal to 18. The stiffness at the ends of the crown layers is maintained at the same value as for the reference tires. The average rigidity of the crown reinforcement is sufficient for the recovery of rolling forces. This reduction in rigidity at the center should allow a gain in perforation of the invention of between 20% and 40% depending on the maximum angles at the center of the hooping layers and the reduction in the chosen rigidity and should help to resolve the problems of irregular wear due to excessive rigidity in the center of the civil engineering indicator tire.
[045] Concernant l’endurance du sommet, les coefficients de sécurité (Résistance à la rupture du câble sur sollicitations maximales) des éléments de renforcement de l’ensemble des couches de sommet sont au moins égaux au coefficient de sécurité minimal du pneumatique témoin. De même les sollicitations des compositions de caoutchouc au niveau des extrémités des couches de travail sont sensiblement identiques grâce aux parties axiales des couches de frettage. De ce point de vue, les inventeurs s’attendent à une performance en endurance au moins égale à celle du témoin. La masse des pneumatiques témoins et selon l’invention sont équivalentes. [045] Concerning the endurance of the crown, the safety coefficients (strength to rupture of the cable under maximum stresses) of the reinforcing elements of all the crown layers are at least equal to the minimum safety coefficient of the control tire. Likewise, the stresses on the rubber compositions at the ends of the working layers are substantially identical thanks to the axial parts of the hooping layers. From this point of view, the inventors expect an endurance performance at least equal to that of the control. The mass of the control tires and according to the invention are equivalent.
[046] L’ensemble de ces performances démontre l’intérêt de l’invention.
[046] All of these performances demonstrate the interest of the invention.
Claims
Revendications Pneumatique radial pour véhicule lourd de type poids lourd ou génie civil comprenant Claims Radial tire for heavy vehicle of heavy goods vehicle or civil engineering type including
• une armature de sommet, radialement intérieure à une bande de roulement (10) et radialement extérieure à une armature de carcasse (30),• a crown reinforcement, radially internal to a tread (10) and radially external to a carcass reinforcement (30),
• Un plan médian (M) perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique et passant par le milieu de la bande de roulement (10), • A median plane (M) perpendicular to the axis of rotation of the tire and passing through the middle of the tread (10),
• l’armature de sommet comprenant, une armature de travail (50), • the top frame comprising a working frame (50),
• l’armature de travail (50) comprenant au moins deux couches de travail (51, 52) comprenant chacune des éléments de renforcement métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, lesdits éléments de renforcement métalliques étant croisés d’une couche de travail à la suivante, • the working reinforcement (50) comprising at least two working layers (51, 52) each comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other, forming, with the circumferential direction (XX'), a angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, said metal reinforcing elements being crossed from one working layer to the next,
• l’armature de sommet comprenant une armature de frettage (40) comprenant au moins une couche de frettage (41, 42), chaque couche de frettage (41,42) comprenant des éléments de renforcement métalliques (411) enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, et comprenant deux extrémités axiales (412, 413) de part et d’autre du plan médian (M), • the crown reinforcement comprising a hooping reinforcement (40) comprising at least one hooping layer (41, 42), each hooping layer (41,42) comprising metallic reinforcing elements (411) coated in an elastomeric material , parallel to each other, and comprising two axial ends (412, 413) on either side of the median plane (M),
• les éléments de renforcement de chaque couche de frettage formant avec la direction circonférentielle, à ses deux extrémités axiales (412, 413) des angles (Ael, Ae2), de même orientation, et de valeurs absolues au plus égales à 10°, • the reinforcing elements of each hooping layer forming with the circumferential direction, at its two axial ends (412, 413) angles (Ael, Ae2), of the same orientation, and of absolute values at most equal to 10°,
• caractérisé en ce que l’angle formé par les éléments de renforcement métalliques d’une couche de frettage (41, 42) avec la direction circonférentielle (XX’), est variable d’une extrémité axiale de ladite couche de frettage à l’autre extrémité axiale, et a une valeur absolue
maximale (Am) à une distance axiale du plan médian (M) au plus égale à 15% de la largeur axiale de ladite couche de frettage, • characterized in that the angle formed by the metal reinforcing elements of a hooping layer (41, 42) with the circumferential direction (XX'), is variable from an axial end of said hooping layer to the other axial end, and has an absolute value maximum (Am) at an axial distance from the median plane (M) at most equal to 15% of the axial width of said hooping layer,
• et en ce que la valeur absolue maximale (Am) dudit angle est au moins égale à la moyenne des valeurs absolues des angles (Ael, Ae2) formés par les éléments de renforcement métalliques (411) de ladite couche de frettage (41, 42) avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales (412, 413) de ladite couche de frettage (41, 42), plus 10°. Pneumatique selon la revendication 1 dans lequel l’armature de sommet comprend au moins deux couches de frettage (41, 42), les angles formés par les éléments de renforcement métalliques (411) desdites au moins deux couches de frettage (41, 42) avec la direction circonférentielle (XX’), étant variables d’une extrémité axiale à l’autre de chaque couche de frettage (41, 42), ayant une valeur absolue maximale (Am) à une distance axiale du plan médian (M) au plus égale à 15% de la largeur axiale de ladite couche de frettage considérée, les valeurs absolues maximales (Am) desdits angles étant au moins égales à la moyenne des valeurs absolues des angles (Ael, Ae2) formés par les éléments de renforcement métalliques (411) de la couche de frettage considérée (41, 42) avec la direction circonférentielle (XX’) aux deux extrémités axiales (412, 413) de ladite couche de frettage (41, 42), plus 10°. Pneumatique selon l’une quelconques des revendications 1 ou 2 dans lequel l’armature de sommet comporte deux couches de frettage (41, 42). Pneumatique selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel les valeurs absolues des angles (Ael, Ae2) formés par les éléments de renforcement métalliques (411) de chaque couche de frettage (41, 42) avec la direction circonférentielle (XX’), aux deux extrémités axiales (412, 413), sont au moins égales à 5°. Pneumatique selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel chaque couche de frettage (41, 42) est radialement intérieure aux couches de travail (51, 52).
Pneumatique selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel les éléments de renforcement métalliques des couches de travail (51, 52) ont un module en extension au moins égal à 150 GPa. Pneumatique selon l’une quelconques des revendications précédentes dans lequel l’armature de sommet comprend deux couches de protection (61, 62), radialement extérieures aux couches de travail, comprenant chacune des éléments de renforcement métalliques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, lesdits éléments de renforcement métalliques étant croisés d’une couche de protection à la suivante, et ayant un module en extension au plus égal à 150 GPa. Pneumatique selon la revendication 7 précédentes dans lequel la couche de protection (61) la plus radialement intérieure est la couche de l’armature de sommet de plus grande largeur axiale.
• and in that the maximum absolute value (Am) of said angle is at least equal to the average of the absolute values of the angles (Ael, Ae2) formed by the metal reinforcing elements (411) of said hooping layer (41, 42 ) with the circumferential direction (XX') at the two axial ends (412, 413) of said hooping layer (41, 42), plus 10°. Tire according to claim 1 in which the crown reinforcement comprises at least two hooping layers (41, 42), the angles formed by the metal reinforcing elements (411) of said at least two hooping layers (41, 42) with the circumferential direction (XX'), being variable from one axial end to the other of each hooping layer (41, 42), having a maximum absolute value (Am) at an axial distance from the median plane (M) at most equal to 15% of the axial width of said hooping layer considered, the maximum absolute values (Am) of said angles being at least equal to the average of the absolute values of the angles (Ael, Ae2) formed by the metallic reinforcing elements (411 ) of the considered hooping layer (41, 42) with the circumferential direction (XX') at the two axial ends (412, 413) of said hooping layer (41, 42), plus 10°. Tire according to any one of claims 1 or 2 in which the crown reinforcement comprises two hooping layers (41, 42). Tire according to any one of the preceding claims in which the absolute values of the angles (Ael, Ae2) formed by the metal reinforcing elements (411) of each hooping layer (41, 42) with the circumferential direction (XX'), at the two axial ends (412, 413), are at least equal to 5°. Tire according to any one of the preceding claims in which each hooping layer (41, 42) is radially interior to the working layers (51, 52). Tire according to any one of the preceding claims in which the metallic reinforcing elements of the working layers (51, 52) have an extension modulus at least equal to 150 GPa. Tire according to any one of the preceding claims in which the crown reinforcement comprises two protective layers (61, 62), radially external to the working layers, each comprising metallic reinforcing elements coated in an elastomeric material, parallel to each other , forming, with the circumferential direction (XX'), an angle at least equal to 15° and at most equal to 45°, said metal reinforcing elements being crossed from one protective layer to the next, and having a modulus in extension at most equal to 150 GPa. Tire according to claim 7 above in which the most radially inner protective layer (61) is the layer of the crown reinforcement of greatest axial width.
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