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Câble multi-torons à deux couches à énergie à rupture améliorée et à module
tangent bas
[001] L'invention concerne des câbles, un produit renforcé et un pneumatique
comprenant
ces câbles.
[002] On connait de l'état de la technique un pneumatique pour véhicule de
génie civil à
armature de carcasse radiale comprenant une bande de roulement, deux
bourrelets
inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et
une armature de
sommet, disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la
bande de
roulement. Cette armature de sommet comprend quatre nappes renforcées par des
éléments
de renforts tels que des câbles métalliques, les câbles d'une nappe étant
noyés dans une
matrice élastomérique de la nappe.
[003] Cette armature de sommet comprend plusieurs nappes de travail comprenant
plusieurs
éléments filaires de renfort. Chaque élément filaire de renfort de travail est
un câble multi-
torons à deux couches présentant une couche interne du câble constituée de K=1
toron interne
à deux couches comprenant une couche interne constituée de 0=3 fils
métalliques internes et
une couche externe constituée de 8 fils métalliques externes enroulés autour
de la couche
interne ; une couche externe du câble constituée de L= 6 torons externes à
deux couches
comprenant une couche interne constituée de Q'= 3 fils métalliques internes et
une couche
externe constituée de 8 fils métalliques externes enroulés autour de la couche
interne.
[004] D'une part, lors du passage du pneumatique sur des obstacles, par
exemple sous la
forme de cailloux, ces obstacles risquent de perforer le pneumatique jusqu'à
atteindre
l'armature de sommet. Ces perforations permettent l'entrée d'agents corrosifs
dans l'armature
de sommet du pneumatique et en réduisent la durée de vie.
[005] D'autre part, on a observé que les câbles des nappes de protection
peuvent présenter
des ruptures consécutives à des déformations et des efforts relativement
importants exercés
sur le câble, notamment lors du passage du pneumatique sur des obstacles.
[006] L'invention a pour objectif de réduire, voire de supprimer, le nombre de
ruptures et le
nombre de perforations d'un câble.
[007] A cet effet l'invention a pour objet un câble multi-torons à deux
couches comprenant :
-
une couche interne du câble constituée de toron(s) interne(s)
enroulés en hélice autour
d'un axe principal (A), le ou chaque toron interne étant à une couche de fils
métalliques et
comprenant 0>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B) ; et
- une couche externe (CE) du câble constituée de L>1 torons externes
enroulés autour de la
couche interne du câble, chaque toron externe étant à une couche de fils
métalliques et
comprenant 0'>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B'), dans
lequel
- le câble présente un module tangent E2 allant de 35 à 80 GPa; et
- l'indicateur
d'énergie à rupture Er du câble défini par Er = f oAt . _
o-(Ai) x dAi avec a(Ai) étant
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la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et dAi étant
l'allongement tel que
Er est strictement supérieur à 40 MJ/m3
[008] Grâce à l'énergie à rupture du câble relativement élevée et à un module
tangent
relativement faible, le câble selon l'invention permet de réduire les
perforations et donc
d'allonger la durée de vie du pneumatique. En effet, les inventeurs à
l'origine de l'invention ont
découvert qu'un câble moins rigide que celui de l'état de la technique est
plus performant à
l'encontre des obstacles. Les inventeurs ont trouvé qu'il était plus efficace
d'épouser l'obstacle
grâce à un câble présentant une rigidité moindre plutôt que de tenter de
rigidifier et de renforcer
autant que possible les câbles pour s'opposer aux déformations imposées par
les obstacles
comme cela est enseigné d'une manière générale dans l'état de la technique. En
épousant les
obstacles, on diminue l'effort s'opposant aux obstacles et donc le risque de
perforer le
pneumatique. Cet effet de diminution de la rigidité est illustré sur la figure
7 où sous la
contrainte le câble selon l'invention présente une bonne déformabilité sous
faible charge grâce
au jeu radial des fils.
[009] Grâce à l'énergie à rupture du câble relativement élevée et à un module
tangent
relativement faible, le câble selon l'invention permet également de réduire le
nombre de
rupture. En effet, les inventeurs à l'origine de l'invention ont découvert que
le critère
déterminant pour réduire les ruptures du câbles n'était pas uniquement la
force à rupture
comme cela est largement enseigné dans l'état de la technique mais l'énergie à
rupture
représentée dans la présente demande par l'aire sous la courbe de contrainte
en fonction de
l'allongement comme représentée en partie sur la figure 4. En effet, les
câbles de l'état de la
technique présentent soit une force à rupture relativement élevée mais un
allongement à
rupture relativement faible, soit un allongement à rupture relativement élevé
mais une force à
rupture relativement faible. Dans les deux cas, les câbles de l'état de la
technique rompent
sous un indicateur d'énergie à rupture relativement faible. Le câble selon
l'invention, du fait de
son module relativement faible permet de repousser l'allongement à rupture du
fait d'une pente
de la courbe contrainte-allongement dans le domaine élastique relativement
faible ce qui
permet d'augmenter l'énergie à rupture.
[010] Tout intervalle de valeurs désigné par l'expression entre a et b
représente le
domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et
b exclues) tandis
que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression de a à b> signifie
le domaine de
valeurs allant de la borne a jusqu'à la borne b c'est-à-dire incluant
les bornes strictes
a et b .
[011] L'indicateur d'énergie à rupture Er du câble est déterminé en calculant
l'aire sous la
courbe de traction contrainte en fonction de l'allongement par la relation Er
= foAt a(Ai) x dAi.
Cet indicateur d'énergie à rupture représente une densité volumique d'énergie
en MJ/m3.0n
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trace une courbe contrainte-allongement en appliquant la norme ASTM D 885/D
885M ¨ 10a
de 2014. La méthode des rectangles est classiquement employée pour atteindre
cette aire : la
contrainte de traction sigma(Ai) étant exprimée en MPa mesurée à l'allongement
Ai exprimé
en A sans unité ; pour i=0 : Ai=0 = AO = 0% d'allongement et pour i=t : Ai=t
= At: allongement
à rupture totale du câble. L'indicateur d'énergie à rupture Er est ainsi la
somme de (1/2( a(Ai)
+ G(Ai+1)) x (Ai+1 ¨ Ai) pour i allant de 0 à t. Pour cette intégration,
l'échantillonnage des
rectangles est défini de telle sorte que les largeurs définies par (Ai+1 ¨Ai)
sont sensiblement
égales à 0.025% soit 4 rectangles pour 0.1% d'allongement tel que représenté
sur la figure 4.
[012] Le module tangent E2 est calculé comme suit sur la courbe force-
allongement obtenue
dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M ¨ 10a de 2014: t E2
correspond au
module tangent maximum du câble sur la courbe force-allongement.
[013] Dans l'invention, le câble est à deux couches de torons, c'est-à-dire
qu'il comprend un
assemblage constitué de deux couches de torons, ni plus ni moins, c'est-à-dire
que
l'assemblage a deux couches de torons, pas une, pas trois, mais uniquement
deux. La couche
externe du câble est enroulée en hélice autour de la couche interne du câble
au contact de la
couche interne du câble.
[014] De façon avantageuse, le sens d'enroulement de chaque toron interne et
de chaque
toron externe est opposé au sens d'enroulement du câble.
[015] Par sens d'enroulement d'une couche de torons, on entend le sens formé
par les torons
par rapport à l'axe du câble. Le sens d'enroulement est communément désigné
par la lettre
soit Z, soit S.
[016] Les sens d'enroulement des torons sont déterminés conformément à la
norme ASTM
D2969-04 de 2014.
[017] Chaque toron interne et externe est à une couche de fils, c'est-à-dire
qu'il comprend
un assemblage constitué d'une couche de fils, ni plus ni moins, c'est-à-dire
que l'assemblage
a une couche de fils, pas zéro, pas deux, mais uniquement une.
[018] Dans le câble selon l'invention, chaque toron interne et externe est à
simple hélice. Par
définition, un toron à simple hélice est un toron dans lequel l'axe de chaque
élément filaire
métallique de la couche décrit une unique hélice, contrairement à un toron à
double hélice
dans lequel l'axe de chaque élément filaire métallique décrit une première
hélice autour de
l'axe du toron et une deuxième hélice autour d'une hélice décrite par l'axe du
toron. En d'autres
termes, lorsque le toron s'étend selon une direction sensiblement rectiligne,
le toron comprend
une unique couche d'éléments filaires métallique enroulés ensemble en hélice,
chaque
élément filaire métallique de la couche décrivant une trajectoire en forme
d'hélice autour d'un
axe principal sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne de
sorte que, dans
un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, la distance
entre le centre de
chaque élément filaire métallique de la couche et l'axe principal soit
sensiblement constante
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et égale pour tous les éléments filaires métalliques de la couche. Au
contraire, lorsqu'un toron
à double hélice s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, la
distance entre le centre
de chaque élément filaire métallique de la couche et la direction sensiblement
rectiligne est
différente pour tous les éléments filaires métalliques de la couche.
[019] Par élément filaire, on entend un élément s'étendant longitudinalement
selon un axe
principal et présentant une section perpendiculaire à l'axe principal dont la
plus grande
dimension G est relativement faible par rapport à la dimension L selon l'axe
principal. Par
relativement faible, on entend que L/G est supérieur ou égal à 100, de
préférence supérieur
ou égal à 1000. Cette définition couvre aussi bien les éléments filaires de
section circulaire
que les éléments filaires de section non circulaire, par exemple de section
polygonale ou
oblongue. De façon très préférée, chaque élément filaire métallique présente
une section
circulaire.
[020] Par métallique, on entend par définition un élément filaire constitué
majoritairement
(c'est-à-dire pour plus de 50% de sa masse) ou intégralement (pour 100% de sa
masse) d'un
matériau métallique. Chaque élément filaire métallique est préférentiellement
en acier, plus
préférentiellement en acier perlitique ou ferrito-perlitique au carbone,
appelé couramment par
l'homme du métier acier au carbone, ou encore en acier inoxydable (par
définition, acier
comportant au moins 10,5% de chrome).
[021] De préférence, les fils métalliques et les torons ne subissent pas de
préformation. En
d'autres termes, le câble est obtenu par un procédé dépourvu d'étapes de
préformation
individuelle de chacun des éléments filaires métalliques et de chacun des
torons.
[022] Avantageusement, l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble est
supérieur ou égal à
42 MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à 50 MJ/m3 et plus
préférentiellement supérieur ou
égal à 60 MJ/m3.
[023] Avantageusement, l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble est
inférieur ou égal à
200 MJ/m3
[024] Avantageusement, le module tangent E2 va de 40 à 78 GPa et de préférence
de 40 à
75 GPa.
[025] Ainsi le câble selon l'invention présente une rigidité minimum pour
permettre la reprise
ou la transmission d'effort.
[026] L'invention a également pour objet un câble multitorons à deux couches
extrait d'une
matrice polymérique, le câble extrait comprenant :
-
une couche interne du câble constituée de toron(s) interne(s)
enroulés en hélice autour
d'un axe principal (A), le ou chaque toron interne étant à une couche de fils
métalliques et
comprenant Q>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe principal
(B); et
- une couche externe du câble constituée de L>1 torons externes enroulés
autour de la
couche interne du câble, chaque toron externe étant à une couche de fils
métalliques et
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comprenant Q'>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (6'),
dans lequel :
- le câble extrait présente un module tangent E2' allant de 20 à 80 GPa ;
- l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble extrait défini par Er' =
foAtr
0-(Ai) X dAi avec
o- (A i) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et
dAi étant
l'allongement tel que Er' est strictement supérieur à 40 MJ/m3
[027] De préférence, la matrice polymérique est une matrice élastomérique.
[028] La matrice polymérique, de préférence élastomérique, est à base d'une
composition
polymérique, de préférence élastomérique.
[029] Par matrice polymérique, on entend une matrice comprenant au moins un
polymère.
La matrice polymérique est ainsi à base d'une composition polymérique.
[030] Par matrice élastomérique, on entend une matrice comprenant au moins un
élastomère. La matrice élastomérique préférentielle est ainsi à base de la
composition
élastomérique.
[031] Par l'expression "à base de", il faut entendre que la composition
comporte le mélange
et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés,
certains de ces
constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins
partiellement,
lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition
pouvant ainsi être
à l'état totalement ou partiellement réticulé ou à l'état non-réticulé.
[032] Par composition polymérique, on entend que la composition comprend au
moins un
polymère. De préférence, un tel polymère peut être un thermoplastique, par
exemple un
polyester ou un polyamide, un polymère thermodurcissable, un élastomère, par
exemple du
caoutchouc naturel, un élastomère thermoplastique ou un mélange de ces
polymères
[033] Par composition élastomérique, on entend que la composition comprend au
moins un
élastomère et au moins un autre composant. De préférence, la composition
comprenant au
moins un élastomère et au moins un autre composant comprend un élastomère, un
système
de réticulation et une charge. Les compositions utilisables pour ces nappes
sont des
compositions conventionnelles pour calandrage d'éléments filaires de renfort
et comprennent
un élastomère diénique, par exemple du caoutchouc naturel, une charge
renforçante, par
exemple du noir de carbone et/ou de la silice, un système de réticulation, par
exemple un
système de vulcanisation, de préférence comprenant du soufre, de l'acide
stéarique et de
l'oxyde de zinc, et éventuellement un accélérateur et/ou retardateur de
vulcanisation et/ou
divers additifs. L'adhésion entre les fils métalliques et la matrice dans
laquelle ils sont noyés
est assurée par exemple par un revêtement métallique, par exemple une couche
de laiton.
[034] Les valeurs des caractéristiques décrites dans la présente demande pour
le câble
extrait sont mesurées sur ou déterminées à partir de câbles extrait d'une
matrice polymérique,
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notamment élastomérique, par exemple d'un pneumatique. Ainsi, par exemple sur
un
pneumatique, on retire la bande de matière radialement à l'extérieur du câble
à extraire de
façon à apercevoir le câble à extraire affleurer radialement de la matrice
polymérique. Ce
retrait peu se faire par décorticage au moyens de pinces et de couteaux ou
bien par rabotage.
Puis, on dégage l'extrémité du câble à extraire au moyen d'un couteau. Puis,
on tire sur le
câble de façon à l'extraire de la matrice en appliquant un angle relativement
faible de façon à
ne pas plastifier le câble à extraire. Les câbles extraits sont alors nettoyés
soigneusement, par
exemple au moyen d'un couteau, de façon à détacher les restes de matrice
polymérique
accrochés localement au câble et en prenant soin de ne pas dégrader la surface
des fils
métalliques.
[035] De préférence, le module tangent E2 va de 22 à 70 GPa, de préférence de
22 à 50
GPa et plus préférentiellement de 22 à 40 GPa.
[036] De préférence, l'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble est
supérieur ou égal à 50
MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à 55 MJ/m3 et plus préférentiellement
supérieur ou
égal à 60 MJ/m3
[037] Avantageusement, le câble extrait selon l'invention présente un
allongement total At'
déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que At' 5,0% et de préférence
At'6,0%.
[038] L'allongement total At, grandeur bien connue de l'homme du métier, est
déterminé par
exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon
à obtenir
une courbe contrainte-allongement. On déduit l'At' sur la courbe obtenue comme
l'allongement, en %, correspondant à la projection sur l'axe des allongements
du point de
rupture du câble sur la courbe contrainte -allongement, c'est-à-dire le point
auquel la charge
croît jusqu'à une valeur maximale de contrainte puis décroît brusquement après
la rupture.
Lorsque la décroissance par rapport à la contrainte dépasse un certain seuil
cela signifie que
la rupture du câble a eu lieu.
[039] Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s'appliquent
indifféremment au
câble tel que défini ci-dessus et au câble extrait.
[040] Avantageusement, les éléments filaires métalliques définissant une voûte
interne
(59 ; 59') de chaque toron interne et externe respectivement de diamètre Dvti,
Dvte, chaque
élément filaire métallique présentant respectivement un diamètre Dfi, Dfe et
respectivement
un rayon de courbure d'hélice Rfi, Rfe, définis par Rfi=Pier x Sin(2ai)) avec
Pi le pas de
chaque élément filaire métallique du toron interne exprimé en millimètres et
ai l'angle d'hélice
de chaque élément filaire métallique et Rfe=Pe/(-rr x Sin(2ae)) avec Pe le pas
de chaque
élément filaire métallique du toron externe exprimé en millimètres et ae
l'angle d'hélice de
chaque élément filaire métallique avec Dvti, Dvte, Dfi, Dfe et Rfi, Rfe étant
exprimés en
millimètres, le câble satisfait les relations suivantes :
9 Rfi / Dfi 30, et 1,30 Dvti / Dfi 4,50 et
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9 Rfe / Dfe 30, et 1,30 Dvte / Dfe 4,50.
[041] La voûte de chaque toron interne et externe est délimitée par les fils
métalliques et
correspond au volume délimité par un cercle théorique, d'une part, radialement
intérieur à
chaque élément filaire métallique et, d'autre part, tangent à de chaque
élément filaire
métallique. Le diamètre de ce cercle théorique est égal au diamètre de voûte
Dvti pour les fils
du toron interne et Dvte pour les fils du toron externe.
[042] L'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique du toron interne
afi est une
grandeur bien connue de l'homme du métier et peut être déterminé par le calcul
suivant : tan
afi = 2xrc x Rfi/Pfi, formule dans laquelle Pfi est le pas exprimé en
millimètres dans lequel
chaque toron interne est enroulé, Rfi est le rayon d'hélice de chaque toron
interne exprimé en
millimètres, et tan désigne la fonction tangente. a est exprimé en degré. De
la même façon
pour les fils métalliques du toron externe afe = 2x7r x Rfe/Pfe.
[043] Le diamètre d'hélice Dhi, exprimé en millimètres, est calculé selon la
relation Dhi=Pfi x
Tan(afi) / Tr dans laquelle Pfi est le pas exprimé en millimètres auquel
chaque élément filaire
métallique du toron interne est enroulé, afi est l'angle d'hélice de chaque
élément filaire
métallique du toron interne déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente.
Le diamètre
d'hélice Dh correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres
des éléments
filaires métalliques de la couche dans un plan perpendiculaire à l'axe
principal du câble. De la
même façon pour les fils métalliques du toron externe, Dhe=Pfe x Tan(afe) /
fr.
[044] Le diamètre de voûte du toron interne Dvti, exprimé en millimètres, est
calculé selon la
relation Dvti=Dhi-Dfi dans laquelle Dfi est le diamètre de chaque élément
filaire métallique du
toron interne et Dhi le diamètre d'hélice, tous deux exprimés en millimètres.
De la même
façon, le diamètre de voûte du toron externe Dyte=Dhe-Dfe.
[045] Le rayon de courbure Rfi pour les fils du toron interne, exprimé en
millimètres, est
calculé selon la relation Rfi=Pfier x Sin(2afi)) dans laquelle Pfi est le pas
exprimé en
millimètres de chaque élément filaire métallique du toron interne, afi est
l'angle d'hélice de
chaque élément filaire métallique et Sin la fonction sinus. De la même façon,
le rayon de
courbure Rfe pour les fils du toron externe est calculé selon la relation
Rfe=Pfe/(fr x Sin(2afe)).
[046] On rappelle que le pas auquel chaque élément filaire métallique est
enroulé est la
longueur parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du
câble dans lequel
il se trouve, au bout de laquelle l'élément filaire ayant ce pas effectue un
tour complet autour
dudit axe du câble.
[047] Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments filaires
métalliques du ou
de chaque toron interne présentent le même diamètre Dfi.
[048] Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments filaires
métalliques de
chaque toron externe présentent le même diamètre Dfe.
[049] Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments filaires
métalliques du ou
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de chaque toron interne et de chaque toron externe présentent le même diamètre
Dfi=Dfe.
[050] Dans le mode de réalisation, où K>1, les torons internes définissent une
voûte interne
du câble de diamètre Dvi, chaque toron interne présentant un diamètre Dti et
un rayon de
courbure d'hélice Rti avec Rti défini par Rti=Ptier x Sin(2at1)) avec Pti le
pas de chaque toron
interne exprimé en millimètres et ati l'angle d'hélice de chaque toron
interne, Dvi, Dti, et Rti
étant exprimés en millimètres, le câble satisfaisant les relations suivantes :
25 Rti / Dti 180 et 0,10 Dvi / Dti 0,50.
[051] Le câble selon l'invention présente une excellente compressibilité
longitudinale et,
toutes choses étant égales par ailleurs, un diamètre relativement faible.
[052] D'une part, les inventeurs à l'origine de l'invention émettent
l'hypothèse que, du fait
d'un rayon de courbure Rti suffisamment élevé par rapport au diamètre Dti de
chaque toron
interne, le câble est suffisamment aéré, réduisant ainsi le risque de
flambement, du fait de
l'éloignement relativement important de chaque toron interne de l'axe
longitudinal du câble,
éloignement permettant aux torons internes une accommodation, de par leur
hélice, des
déformations de compression longitudinale relativement élevées.
[053] D'autre part, pour un rayon de courbure Rti de chaque toron interne trop
élevé, le câble
selon l'invention présenterait une rigidité longitudinale en compression
insuffisante pour
assurer un rôle de renforcement, par exemple de pneumatiques.
[054] De plus, pour un diamètre Dvi de voûte interne trop élevé, le câble
présenterait,
relativement au diamètre des torons internes, un diamètre trop élevé. Les
valeurs des
caractéristiques Dti, Dvi et Rti ainsi que des autres caractéristiques
décrites ci-dessous sont
mesurées sur ou déterminées à partir des câbles soit directement après
fabrication, c'est-à-
dire avant toute étape de noyage dans une matrice élastomérique, soit extrait
d'une matrice
élastomérique, par exemple d'un pneumatique, et ayant alors subit une étape de
nettoyage
durant laquelle on retire du câble toute matrice élastomérique, notamment tout
matériau
présent à l'intérieur du câble. Pour garantir un état d'origine, l'interface
adhésive entre chaque
élément filaire métallique et la matrice élastomérique doit être supprimée,
par exemple par
procédé électro-chimique dans un bain de carbonate de sodium. Les effets
associés à l'étape
de conformation du procédé de fabrication du pneumatique décrits ci-dessous,
notamment
l'allongement des câbles, sont annulés par l'extraction de la nappe et du
câble qui reprennent,
lors de l'extraction, sensiblement leurs caractéristiques d'avant l'étape de
conformation.
[055] La voûte du câble selon l'invention est délimitée par les torons
internes et correspond
au volume délimité par un cercle théorique, d'une part, radialement intérieur
à chaque toron
interne et, d'autre part, tangent à chaque toron interne. Le diamètre de ce
cercle théorique est
égal au diamètre de voûte Dvi.
[056] L'angle d'hélice de chaque toron interne ai est une grandeur bien connue
de l'homme
du métier et peut être déterminé par le calcul suivant : tan ati = 2x7c x
Rti/Pti, formule dans
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laquelle Pti est le pas exprimé en millimètres dans lequel chaque toron
interne est enroulé, Rti
est le rayon d'hélice de chaque toron interne exprimé en millimètres, et tan
désigne la fonction
tangente. ati est exprimé en degré.
[057] Le diamètre d'hélice Di, exprimé en millimètres, est calculé selon la
relation Di=Pti x
Tan(ati) / -rr dans laquelle Pti est le pas exprimé en millimètres auquel
chaque toron interne est
enroulé, ati est l'angle d'hélice de chaque toron déterminé ci-dessus et Tan
la fonction
tangente. Le diamètre d'hélice De correspond au diamètre du cercle théorique
passant par les
centres des torons interne de la couche dans un plan perpendiculaire à l'axe
principal du câble.
[058] Le diamètre de voûte Dvi, exprimé en millimètres, est calculé selon la
relation Dvi=Di-
Dti dans laquelle Dti est le diamètre de chaque toron interne et Di le
diamètre d'hélice, tous
deux exprimés en millimètres.
[059] Le rayon de courbure Rti, exprimé en millimètres, est calculé selon la
relation Rti=Pti/(-rr
x Sin(2at1)) dans laquelle Pti est le pas exprimé en millimètres de chaque
toron interne, ati est
l'angle d'hélice de chaque toron et Sin la fonction sinus.
[060] On rappelle que le pas auquel chaque toron interne est enroulé est la
longueur
parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans
lequel il se
trouve, au bout de laquelle toron ayant ce pas effectue un tour complet autour
dudit axe du
câble.
[061] Les caractéristiques optionnelles décrites ci-dessous pourront être
combinées les unes
avec les autres dans la mesure où de telles combinaisons sont techniquement
compatibles.
[062] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un câble
comprenant
une étape de fabrication du ou des K torons interne par:
- une étape de fourniture d'un assemblage transitoire comprenant une couche
constituée de
M'>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un noyau transitoire (;
- une étape de séparation de l'assemblage transitoire entre :
- un premier assemblage fractionné comprenant une couche constituée de M1'1
fil(s)
métallique(s) enroulé(s) en hélice, le ou les M1' fil(s) métallique(s) étant
issu(s) de la couche
constituée de M'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire ,
- un deuxième assemblage fractionné comprenant une couche constituée de
M2'>1 fils
métalliques enroulés en hélice, les M2' fils métalliques étant issus de la
couche constituée de
M'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire,
- le noyau transitoire ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau
transitoire,
- une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné avec le
deuxième
assemblage fractionné pour former un toron interne à une couche de fils
métalliques et
comprenant Q>1 fils métalliques ;
- une étape de fabrication des L torons externes par:
- une étape de fourniture d'un assemblage transitoire comprenant au moins
une couche
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constituée de N'>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un noyau
transitoire;
- une étape de séparation de l'assemblage transitoire entre :
- un premier assemblage fractionné comprenant une couche constituée de N1'1
fil(s)
métallique(s) enroulé(s) en hélice, le ou les Ni' fil(s) métallique(s) étant
issu(s) de la couche
constituée de N'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire,
- un deuxième assemblage fractionné comprenant une couche constituée de
N2'>1 fils
métalliques enroulés en hélice, les N2' fils métalliques étant issus de la
couche constituée de
N'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire,
- le noyau transitoire ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau
transitoire,
- une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné avec le
deuxième
assemblage fractionné pour former un toron externe à une couche de fils
métalliques et
comprenant Q'>1 fils métalliques ;
- une étape d'assemblage par câblage du ou des K torons internes pour
former la couche
interne puis des L torons externes autour de la couche interne pour former le
câble.
[063] Chaque toron est fabriqué conformément à un procédé et en mettant en
oeuvre une
installation décrits dans les documents W02016083265 et W02016083267. Un tel
procédé
mettant en oeuvre une étape de fractionnement est à distinguer d'un procédé de
câblage
classique comprenant une unique étape d'assemblage dans lequel les éléments
filaires
métalliques sont enroulés en hélice, l'étape d'assemblage étant précédée d'une
étape de
préformation individuelle de chaque élément filaire métallique afin notamment
d'augmenter la
valeur de l'allongement structural. De tels procédés et installations sont
décrits dans les
documents E P0548539, E P1000194, E P0622489, W02012055677, JP2007092259,
W02007128335, JPH06346386 ou encore EP0143767. Lors de ces procédés, afin
d'obtenir
l'allongement structural le plus élevé possible, on préforme individuellement
les monofilaments
métalliques. Toutefois, cette étape de préformation individuelle des
monofilaments
métalliques, qui nécessite une installation particulière, d'une part, rend le
procédé relativement
peu productif par rapport à un procédé dépourvu d'étape de préformation
individuelle sans
pour autant permettre d'atteindre des allongements structuraux élevés et,
d'autre part, altère
les monofilaments métalliques ainsi préformés en raison des frottements avec
les outils de
préformation. Une telle altération crée des amorces de ruptures en surface des
monofilaments
métalliques et est donc néfaste pour l'endurance des monofilaments
métalliques, notamment
pour leur endurance en compression. L'absence ou la présence de telles marques
de
préformation est observable au microscope électronique à l'issue du procédé de
fabrication,
ou bien plus simplement, en connaissant le procédé de fabrication du câble.
[064] En raison du procédé utilisé, chaque élément filaire métallique du câble
est dépourvu
de marque de préformation. De telles marques de préformation comprennent
notamment des
méplats. Les marques de préformations comprennent également des fissures
s'étendant dans
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des plans de coupe sensiblement perpendiculaires à l'axe principal selon
lequel s'étend
chaque élément filaire métallique. De telles fissures s'étendent, dans un plan
de coupe
sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, depuis une surface radialement
externe de
chaque élément filaire métallique radialement vers l'intérieur de chaque
élément filaire
métallique. Comme décrits ci-dessus, de telles fissures sont initiées par les
outils mécaniques
de préformation en raison des efforts en flexion, c'est¨à-dire
perpendiculairement à l'axe
principal de chaque élément filaire métallique, ce qui les rend très néfastes
pour l'endurance.
A l'inverse, dans le procédé décrit dans W02016083265 et W02016083267 dans
lequel les
éléments filaires métalliques sont préformés collectivement et simultanément
sur un noyau
transitoire, les efforts de préformations sont exercés en torsion et donc non
perpendiculairement à l'axe principal de chaque élément filaire métallique.
Les éventuelles
fissures créées s'étendent non pas radialement depuis la surface radialement
externe de
chaque élément filaire métallique radialement vers l'intérieur de chaque
élément filaire
métallique mais le long de la surface radialement externe de chaque élément
filaire métallique
ce qui les rend peu néfastes pour l'endurance.
[065] Avantageusement, le câble présente un diamètre D tel que D
8,00 mm et de
préférence D 7,00 mm.
[066] Le diamètre ou diamètre apparent, noté D, est mesuré en calant le câble
entre deux
barreaux parfaitement rectilignes de longueur 200 mm et en mesurant
l'espacement dans
lequel le câble est enchâssé moyennant le comparateur décrit ci- après. on
peut citer par
exemple le modèle JD50/25 de la marque KAEFER permettant d'atteindre une
précision de
1/100 de millimètre, équipé de touche type a, et ayant une pression de contact
proche de 0,6N.
Le protocole de mesure consiste en trois répétitions d'une série de trois
mesures (effectuées
perpendiculairement à l'axe du câble et sous tension nulle).
[067] Dans un mode de réalisation, chaque élément filaire métallique comprend
un unique
monofilament métallique. Ici, chaque élément filaire métallique est
avantageusement constitué
d'un monofilament métallique. Dans une variante de ce mode de réalisation, le
monofilament
métallique est directement revêtu d'une couche d'un revêtement métallique
comprenant du
cuivre, du zinc, de l'étain, du cobalt ou un alliage de ces métaux, par
exemple le laiton ou le
bronze. Dans cette variante, chaque élément filaire métallique est alors
constitué du
monofilament métallique, par exemple en acier, formant une âme, directement
revêtu de la
couche de revêtement métallique.
[068] Dans ce mode de réalisation, chaque monofilament élémentaire métallique
est, comme
décrit-ci-dessus, de préférence en acier, et présente une résistance mécanique
allant de 1000
MPa à 5000 MPa. De telles résistances mécaniques correspondent aux grades
d'acier
couramment rencontrés dans le domaine du pneumatique, à savoir, les grades NT
(Normal
Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT
(Ultra Tensile),
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UHT (Ultra High Tensile) et MT (Mega Tensile), l'utilisation de résistances
mécaniques élevées
permettant éventuellement un renforcement amélioré de la matrice dans laquelle
le câble est
destiné à être noyé et un allègement de la matrice ainsi renforcée.
[069] Avantageusement, la couche interne est constituée de K=1, 2, 3 ou 4
torons internes,
de préférence K=1, 2 ou 3 et plus préférentiellement K=1 ou 3.
[070] Avantageusement, la couche externe est constituée de L=5, 6, 7, 8, 9 ou
10 torons
externes, de préférence L=6, 7, 8 ou 9 et plus préférentiellement L=6 ou 9.
[071] Dans une première variante, K=1 et L=6. Dans le câble dans lequel K=1,
les efforts
transversaux les plus sévères sont les efforts transversaux exercés par les
torons externes
sur le toron interne. Ici le bas module E2 va permettre de soulager les
pressions de contact
vers le toron interne tout en assurant une bonne énergie à rupture.
[072] Dans une deuxième variante, K=2 et L=7 ou 8.
[073] Dans une troisième variante, K=3 et L=7, 8 ou 9, de préférence K=3, L=9.
Dans le cas
où L=9, on favorise la force à rupture et donc l'énergie à rupture sans
fragiliser le câble de par
le module E2 relativement bas qui va permettre de soulager les pressions de
contact entre les
torons internes.
[074] Dans une quatrième variante, K=4 et L=7, 8, 9 ou 10, de préférence K=4,
L=9 ou 10.
[075] Toron interne du câble selon l'invention
[076] Dans un mode de réalisation préféré, Q= 3 à 12, de préférence Q=5, 6,7
ou 11. Dans
le cas où Q serait égal à 1, il existerait un risque de voir, sous l'effet des
efforts répétés de
compression appliqués au câble, le fil interne du toron interne sortir
radialement du toron
interne et même du câble. Grâce à la présence de plusieurs fils dans la couche
interne du
toron interne (0>1), on réduit ce risque, les efforts de compression étant
alors répartis sur la
pluralité de fils de la couche interne.
[077] Dans une première variante, K= 1, Q=5.
[078] Dans une deuxième variante, K=3, Q=11.
[079] Toron externe du câble selon l'invention
[080] Dans un mode de réalisation préféré, Q'= 3 à 12, de préférence Q'=5, 6,7
ou 11. Dans
le cas où Q' serait égal à 1, il existerait un risque de voir, sous l'effet
des efforts répétés de
compression appliqués au câble, le fil interne du toron interne sortir
radialement du toron
interne et même du câble. Grâce à la présence de plusieurs fils dans la couche
interne du
toron externe (0'>1), on réduit ce risque, les efforts de compression étant
alors répartis sur la
pluralité de fils de la couche interne.
[081] Dans une première variante, L= 6, Q'=5.
[082] Dans une deuxième variante, L=9, Q'=11.
[083] Avantageusement, K= 1, Q=5 et L= 6, Q'=5.
[084] Avantageusement, K=3, 0=11 et L=9, Q'=11.
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[085] Avantageusement, chaque fil métallique présente respectivement un
diamètre allant
de 0,10 mm à 0,60 mm, de préférence de 0,12 mm à 0,50 mm et plus
préférentiellement de
0,15 mm à 0,46 mm.
[086] Avantageusement, tous les fils métalliques présentent le même diamètre.
[087] Dans un premier mode de réalisation permettant un réassemblage partiel
des M'
éléments filaires métalliques du ou des torons internes, l'étape de séparation
et l'étape de
réassemblage sont réalisées de sorte que M1'+M2'<M'.
[088] Dans un deuxième mode de réalisation permettant un réassemblage total
des M'
éléments filaires métalliques du ou des torons internes, l'étape de séparation
et l'étape de
réassemblage sont réalisées de sorte que M1'-FM2'=M'.
[089] Dans un premier mode de réalisation permettant un réassemblage partiel
des N'
éléments filaires métalliques des torons externes, l'étape de séparation et
l'étape de
réassemblage sont réalisées de sorte que N1'+N2'<N'.
[090] Dans un deuxième mode de réalisation permettant un réassemblage total
des M'
éléments filaires métalliques des torons externes, l'étape de séparation et
l'étape de
réassemblage sont réalisées de sorte que N1'+N2'=N'.
[091] Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s'appliquent
indifféremment au
procédé des premier et deuxième modes tel que défini ci-dessus.
[092] De préférence, Q= M1'+M2' va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
[093] De préférence, Q'= N1' 1\12' va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
[094] Avantageusement, Q=Q'.
[095] Avantageusement, afin de faciliter la sortie du noyau transitoire dans
les modes de
réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties
allant chacune avec
les premier et deuxième assemblages fractionnés:
- M1'1, 2 ou 3 et M2'1,2 ou 3 dans les cas où M'il ou M'5 et
- M1' 5 0,75 x M' dans les cas où M'6.
- M2' 5 0,75 x M' dans les cas où M'6.
[096] De la même façon,
- N1'=1, 2 ou 3 et N2'=1,2 ou 3 dans les cas où N'=4 ou N'=5 et
- Ni' 5 0,75 x M' dans les cas où M'6.
- N2' 5 0,75 x M' dans les cas où M'k6.
[097] Afin de faciliter encore davantage la sortie du noyau transitoire dans
les modes de
réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties
allant chacune avec
les premier et deuxième assemblages dans les cas où M'6, M1' 5 0,70 x M' et
M2' 5 0,70 x
M' et de la même façon, dans les cas où N'k.6, N1' 0,70 x N' et N2' 5 0,70 x
N'.
[098] De façon très préférentielle, l'étape de fourniture de l'assemblage
transitoire comprend
une étape d'assemblage par retordage des M'>1 éléments filaires métalliques
enroulés en
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hélice autour du noyau transitoire et une étape d'assemblage par retordage des
N'>1 éléments
filaires métalliques enroulés en hélice autour du noyau transitoire.
[099] Avantageusement, l'étape de fourniture de l'assemblage transitoire
comprend une
étape d'équilibrage de l'assemblage transitoire. Ainsi, l'étape d'équilibrage
étant réalisée sur
l'assemblage transitoire comprenant les M' éléments filaires métalliques et le
noyau transitoire,
l'étape d'équilibrage est implicitement réalisée en amont de l'étape de
séparation entre les
premier et deuxième assemblages fractionnés. On évite d'avoir à gérer la
torsion résiduelle
imposée lors de l'étape d'assemblage de l'assemblage transitoire lors du
trajet des différents
assemblages en aval de l'étape d'assemblage, notamment dans les moyens de
guidage, par
exemple les poulies. Il en est de même pour l'étape d'équilibrage étant
réalisée sur
l'assemblage transitoire comprenant les N' éléments filaires métalliques.
[0100] Avantageusement, le procédé comprend une étape d'équilibrage de
l'assemblage final
en aval de l'étape de réassemblage.
[0101] Avantageusement, le procédé comprend une étape d'entretien de la
rotation de
l'assemblage final autour de sa direction de défilement. On réalise cette
étape d'entretien de
la rotation en aval de l'étape de séparation de l'assemblage transitoire et en
amont de l'étape
d'équilibrage de l'assemblage final.
[0102] De préférence, le procédé est dépourvu d'étapes de préformation
individuelle de
chacun des éléments filaires métalliques. Dans les procédés de l'état de la
technique utilisant
une étape de préformation individuelle de chacun des éléments filaires
métalliques, ces
derniers se voient imposés une forme par des outils de préformation, par
exemple des galets,
ces outils créant des défauts à la surface des éléments filaires métalliques.
Ces défauts
réduisent notablement l'endurance des éléments filaires métalliques et donc de
l'assemblage
final.
[0103] De façon très préférée, le noyau transitoire est un élément filaire
métallique. Dans un
mode de réalisation préféré, le noyau transitoire est un monofilament
métallique. Ainsi, on
contrôle très précisément le diamètre de l'espace entre les éléments filaires
métalliques et
donc les caractéristiques géométriques de l'assemblage final au contraire d'un
noyau
transitoire réalisé dans un matériau textile, par exemple polymérique, dont la
compressibilité
peut engendrer des variations des caractéristiques géométriques de
l'assemblage final.
[0104] Dans d'autres modes de réalisation également avantageux, le noyau
transitoire est un
élément filaire textile. Un tel élément filaire textile comprend au moins un
brin textile
multifilamentaires ou, en variante, est constitué d'un monofilament textile.
Les filaments
textiles pouvant être utilisés sont choisis parmi les polyesters, les
polycétones, les polyamides
aliphatiques ou aromatiques et les mélanges de filaments textiles de ces
matériaux. Ainsi, on
réduit les risques de casse du noyau transitoire engendrés par les frottements
des éléments
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filaires métalliques sur le noyau transitoire ainsi que par les torsions
imposées au noyau
transitoire.
[0105] PRODUIT RENFORCE SELON L'INVENTION
[0106] L'invention a également pour objet un produit renforcé comprenant une
matrice
polymérique et au moins un câble extrait tel que défini ci-dessus.
[0107] Avantageusement, le produit renforcé comprend un ou plusieurs câbles
selon
l'invention noyés dans la matrice polymérique, et dans le cas de plusieurs
câbles, les câbles
sont agencés côte à côte selon une direction principale.
[0108] PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION
[0109] L'invention a également pour objet un pneumatique comprenant au moins
un câble
extrait tel que défini ci-dessus ou un produit renforcé tel que défini ci-
dessus.
[0110] De préférence, le pneumatique comporte une armature de carcasse ancrée
dans deux
bourrelets et surmontée radialennent par une armature de sommet elle-même
surmontée d'une
bande de roulement, l'armature de sommet étant réunie auxdits bourrelets par
deux flancs et
comportant au moins un câble tel que défini ci-dessus.
[0111] Dans un mode de réalisation préféré, l'armature de sommet comprend une
armature
de protection et une armature de travail, l'armature de travail comprenant au
moins un câble
tel que défini ci-dessus, l'armature de protection étant radialement
intercalée entre la bande
de roulement et l'armature de travail.
[0112] Le câble est tout particulièrement destiné à des véhicules industriels
choisis parmi des
véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de
transport routier (camions,
tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie
civil, autres
véhicules de transport ou de manutention.
[0113] De manière préférentielle, le pneumatique est pour véhicule de type
génie civil. Ainsi,
le pneumatique présente une dimension dans laquelle le diamètre, en pouces, du
siège de la
jante sur laquelle le pneumatique est destiné à être monté est supérieur ou
égal à 40 pouces.
[0114] L'invention concerne également un article de caoutchouc comprenant un
assemblage
selon l'invention, ou un assemblage imprégné selon l'invention. Par article de
caoutchouc, on
entend tout type d'article de caoutchouc tel qu'un ballon, un objet non
pneumatique tel qu'un
bandage non pneumatique, une bande transporteuse ou une chenille.
[0115] L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui vont
suivre, donnés
uniquement à titre d'exemples non limitatifs et faite en se référant aux
dessins dans
lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe perpendiculaire à la direction
circonférentielle d'un
pneumatique selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue de détails de la zone Il de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe d'un produit renforcé selon l'invention
;
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- la figure 4 illustre une partie de la courbe contrainte-allongement d'un
câble (50) selon
l'invention ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe perpendiculaire à l'axe du
câble (supposé
rectiligne et au repos) d'un câble (50) selon un premier mode de réalisation
de l'invention ;
- la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 d'un câble (60)
selon un deuxième
mode de réalisation l'invention ;
- la figure 7 est une représentation schématique de l'effet de la
déformabilité du câble (50) de
la figure 5 sous faible charge de traction grâce au jeu radial des fils ;et
- les figures 8 et 9 sont des représentations schématiques du procédé selon
l'invention
permettant de fabriquer le câble (50) de la figure 5.
[0116] EXEMPLE DE PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION
[0117] Dans les figures 1 et 2, on a représenté un repère X, Y, Z
correspondant aux
orientations habituelles respectivement axiale (X), radiale (Y) et
circonférentielle (Z) d'un
pneumatique.
[0118] Le plan circonférentiel médian M du pneumatique est le plan qui est
normal à l'axe
de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures
annulaires de renfort
de chaque bourrelet.
[0119] On a représenté sur les figures 1 et 2 un pneumatique selon l'invention
et désigné par
la référence générale P.
[0120] Le pneumatique P est pour véhicule lourd de type génie civil, par
exemple de type
dumper . Ainsi, le pneumatique P présente une dimension de type 53/80R63.
[0121] Le pneumatique P comporte un sommet 12 renforcé par une armature de
sommet 14,
deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant
renforcé avec une
structure annulaire, ici une tringle 20. L'armature de sommet 14 est surmontée
radialement
d'une bande de roulement 22 et réunie aux bourrelets 18 par les flancs 16. Une
armature de
carcasse 24 est ancrée dans les deux bourrelets 18, et est ici enroulée autour
des deux tringles
20 et comprend un retournement 26 disposé vers l'extérieur du pneumatique 20
qui est ici
représenté monté sur une jante 28. L'armature de carcasse 24 est surmontée
radialement par
l'armature de sommet 14.
[0122] L'armature de carcasse 24 comprend au moins une nappe de carcasse 30
renforcée
par des câbles de carcasse radiaux (non représentés). Les câbles de carcasse
sont agencés
sensiblement parallèlement les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet 18
à l'autre de
manière à former un angle compris entre 80 et 90 avec le plan
circonférentiel médian M (plan
perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance
des deux
bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14).
[0123] Le pneumatique P comprend également une nappe d'étanchéité 32
constituée d'un
élastomère (communément appelée gomme intérieure) qui définit la face
radialement interne
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34 du pneumatique P et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse 30 de
la diffusion
d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique P.
[0124] L'armature de sommet 14 comprend, radialement de l'extérieur vers
l'intérieur du
pneumatique P, une armature de protection 36 agencée radialement à l'intérieur
de la bande
de roulement 22, une armature de travail 38 agencée radialement à l'intérieur
de l'armature
de protection 36 et une armature additionnelle 40 agencée radialement à
l'intérieur de
l'armature de travail 38. L'armature de protection 36 est ainsi radialement
intercalée entre la
bande de roulement 22 et l'armature de travail 38. L'armature de travail 38
est radialement
intercalée entre l'armature de protection 36 et l'armature additionnelle 40.
[0125] L'armature de protection 36 comprend des première et deuxième nappes de
protection
42, 44 comprenant des câbles métalliques de protection, la première nappe 42
étant agencée
radialement à l'intérieur de la deuxième nappe 44. De façon optionnelle, les
câbles métalliques
de protection font un angle au moins égal à 100, de préférence allant de 100 à
350 et
préférentiellement de 15 à 30 avec la direction circonférentielle Z du
pneumatique.
[0126] L'armature de travail 38 comprend des première et deuxième nappes de
travail 46, 48,
la première nappe 46 étant agencée radialement à l'intérieur de la deuxième
nappe 48.
Chaque nappe 46, 48 comprend au moins un câble 50. De façon optionnelle, les
câbles
métalliques 50 de travail sont croisés d'une nappe de travail à l'autre et
font un angle au plus
égal à 60', de préférence allant de 15' à 40' avec la direction
circonférentielle Z du
pneumatique.
[0127] L'armature additionnelle 40, également appelée bloc limiteur, dont la
fonction est de
reprendre en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, comprend, par
exemple et de
façon connue en soi, des éléments de renfort métalliques additionnels, par
exemple tels que
décrits dans FR 2 419 181 ou FR 2 419 182 faisant un angle au plus égal à 10 ,
de préférence
allant de 5 à 10 avec la direction circonférentielle Z du pneumatique P.
[0128] EXEMPLE DE PRODUIT RENFORCE SELON L'INVENTION
[0129] On a représenté sur la figure 3 un produit renforcé selon l'invention
et désigné par la
référence générale R. Le produit renforcé R comprend au moins un câble 50', en
l'espèce
plusieurs câbles 50', noyés dans la matrice polymérique Ma.
[0130] Sur la figure 3, on a représenté la matrice polymérique Ma, les câbles
50' dans un
repère X, Y, Z dans lequel la direction Y est la direction radiale et les
directions X et Z sont les
directions axiale et circonférentielle. Sur la figure 3, le produit renforcé R
comprend plusieurs
câbles 50' agencés côte à côte selon la direction principale X et s'étendant
parallèlement les
uns aux autres au sein du produit renforcé R et noyés collectivement dans la
matrice
polymérique Ma.
Ici, la matrice polymérique Ma est une matrice élastomérique à base d'une
composition
élastomérique.
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[0131] CABLE SELON UN PREMIER MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
[0132] On a représenté sur la figure 5 le câble 50 selon un premier mode de
réalisation de
l'invention.
[0133] Chaque élément de renfort de protection 43, 45 et chaque élément de
renfort de
frettage 53, 55 est formé, après extraction du pneumatique 10, par un câble
extrait 50' tel que
décrit ci-dessous. Le câble 50 est obtenu par noyage dans une matrice
polymérique, en
l'espèce dans une matrice polymérique formant respectivement chaque matrice
polymérique
de chaque nappe de protection 42, 44 et de chaque couche de frettage 52, 54
dans laquelle
sont noyés respectivement les éléments de renfort de protection 43, 45 et de
frettage 53, 55.
[0134] Le câble 50 et le câble extrait 50' sont métalliques et du type multi-
torons à deux
couches cylindriques. Ainsi, on comprend que les couches de torons constituant
le câble 50
ou 50' sont au nombre de deux, ni plus, ni moins.
[0135] Le câble 50 ou le câble 50' comprend une couche interne Cl du câble
constituée de
toron(s) interne(s) TI enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), le ou
chaque toron
interne TI étant à une couche Cl de fils métalliques FI et comprenant 0>1 fils
métalliques FI
enroulés en hélice autour d'un axe (B) ; et une couche externe CE du câble
constituée de L>1
torons externes TE enroulés autour de la couche interne Cl du câble, chaque
toron externe
TE étant à une couche Cl' de fils métalliques F1' et comprenant Q'>1 fils
métalliques F1'
enroulés en hélice autour d'un axe (3'). Ici, K=1, L=6 et Q=Q'=5.
[0136] Comme décrit précédemment, on trace la courbe contrainte-allongement du
câble 50
en appliquant la norme ASTM D 885/D 885M ¨ 10a de 2014. De cette courbe
contrainte
allongement, on en déduit l'aire sous cette courbe. On a représenté sur la
figure 4 la méthode
des rectangles pour déterminer l'indicateur d'énergie à rupture du câble 50.
[0137] Comme décrit précédemment, on détermine la valeur At en traçant une
courbe
contrainte-allongement du câble 50 en appliquant la norme ASTM D2969-04 de
2014. Le câble
50 présente un allongement total At =12,5%.
[0138] L'indicateur d'énergie à rupture Er du câble 50 est tel que Er =
G(Ai) x dAi qui est
sensiblement égal à E0102205% 1/2( a(Ai) + a(Ai + 1)) x Q025% =102 MJ/m3 qui
est strictement
supérieur à 40 MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à 42 MJ/m3, plus
préférentiellement
supérieur ou égal à 50 MJ/m3 et encore plus préférentiellement supérieur ou
égal à 60 MJ/m3.
Er est inférieur ou égal à 200 MJ/m3.
[0139] On détermine le module tangent E2 à partir de cette même courbe en
rapportant à la
section du câble 50. Le câble 50 présente un module tangent E2 allant de 35 à
80 GPa , de
préférence de 40 à 78 GPa et plus préférentiellement de 40 à 75 GPa ici E2= 46
GPa.
[0140] Le câble extrait 50' présente un module tangent E2' allant de 20 à 80
GPa, de
préférence de 22 à 70 GPa, plus préférentiellement de 22 à 50 GPa et encore
plus
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préférentiellement de 22 à 40 GPa ici E2'=29 GPa.
[0141] L'allongement total At' déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014
tel que At' k
5,0% et de préférence At'6,0% ici At'= 11,5%.
[0142] L'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble extrait 50' est tel que
Er' ¨
fo
At,
a(Ai) x dAi qui est sensiblement égal à z u, 5 % 1/2( a(Ai) + a(Ai + 1)) x
0,025%= 92
MJ/m3 qui est supérieur ou égal à 40 MJ/m3, de préférence supérieur ou égal à
50 MJ/m3 ,
plus préférentiellement supérieur ou égal à 55 MJ/m3 et encore plus
préférentiellement
supérieur ou égal à 60 MJ/m3.
[0143] Les éléments filaires métalliques Fi; F1' définissant une voûte interne
59 ; 59' de
chaque toron interne et externe TI ; TE respectivement de diamètre Dvti, Dvte,
chaque
élément filaire métallique Fi; F1' présentant un diamètre Dfi, Dfe et un rayon
de courbure
d'hélice Rfi, Rfe, définis par Rfi=Pier x Sin(2aI)) et Rfe=Pe/(-rr x Sin(2ae))
satisfaisant les
relations suivantes :
9 5 Rfi / Dfi 5 30, et 1,30 5 Dvti / Dfi 5 4,50 et
9 5 Rfe / Dfe 5 30, et 1,30 5 Dvte / Dfe 5 4,50
[0144] Ici Rfi=Rfe=10,4/( -rr x sin(2 x 25,8 x -rr /180)= 4,2 mm.
[0145] Rfi / Dfi=Rfe/Dfe = 4,2/ 0,46= 9 É 30.
[0146] Dvti / Dfi=Dte/Dfe = 1,12/0,46= 2,46 É 4,50 et 2,46 1,30.
[0147] PROCEDE DE FABRICATION DU CÅBLE SELON L'INVENTION
[0148] Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de fabrication du
câble muti-
torons 50 tel que représenté sur les figures 8 et 9.
[0149] Tout d'abord, on fabrique le toron interne TI de la couche interne CI :
on déroule les
éléments filaires F1 et le noyau transitoire 16 depuis les moyens
d'alimentation.
[0150] Puis, le procédé comprend une étape 100 de fourniture de l'assemblage
transitoire 22
comprenant d'une part une étape d'assemblage par retordage des M' éléments
filaires
métalliques F1 en une unique couche de M' éléments filaires métalliques F1
autour du noyau
transitoire 16 et d'autre part, une étape d'équilibrage de l'assemblage
transitoire 22 réalisée
grâce à un twister.
[0151] Le procédé comprend une étape 110 de séparation de l'assemblage
transitoire 22 entre
le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et
le noyau
transitoire 16 ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau transitoire
16, ici le noyau
transitoire 16.
[0152] En aval des moyens de fourniture 11, l'étape de séparation 110 de
l'assemblage
transitoire 22 entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième
assemblage fractionné
27 et le noyau transitoire 16 comprend une étape 120 de séparation de
l'assemblage
transitoire 22 entre l'ensemble précurseur, le deuxième assemblage fractionné
27 et enfin le
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noyau transitoire 16.
[0153] En aval de l'étape de séparation 122, l'étape de séparation 120 de
l'assemblage
transitoire entre l'ensemble précurseur et l'ensemble fractionné comprend une
étape 124 de
séparation de l'ensemble fractionné entre le deuxième assemblage fractionné 27
et le noyau
transitoire 16. Ici, l'étape de séparation 124 comprend une étape de
fractionnement de
l'ensemble fractionné en le deuxième assemblage fractionné 27, le noyau
transitoire 16 et
l'ensemble complémentaire.
[0154] En aval de l'étape de fourniture 100, l'étape de séparation 110 de
l'assemblage
transitoire entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage
fractionné 27
et le noyau transitoire 16 comprend une étape 130 de séparation de l'ensemble
précurseur
entre le premier assemblage fractionné 25 et l'ensemble complémentaire.
[0155] En aval des étapes de séparation 110, 120, 124 et 130, le procédé
comprend une étape
140 de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le deuxième
assemblage
fractionné 27 pour former le toron 54. Dans ce mode de réalisation, l'étape de
réassemblage
140 est une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le
deuxième
assemblage fractionné 27 pour former le toron interne TI et comprenant Q>1
fils métalliques
F1, avec Q va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15, ici Q=5.
[0156] Dans ce mode de réalisation, l'étape de fourniture 100, l'étape de
séparation 110 et
l'étape de réassemblage 140 sont réalisées de sorte que tous les M' éléments
filaires
métalliques F1 présentent le même diamètre Dfi, sont enroulés en hélice selon
le même pas
Pi et présentent le même rayon d'hélice Rfi décrits précédemment.
[0157] Dans ce mode de réalisation permettant un réassemblage partiel des M'
éléments
filaires métalliques, l'étape de séparation 110 et l'étape réassemblage 140
sont réalisées de
sorte que M1'+M2'<M'. Ici M1' =1 et M2'=4, M1'i-M2'=5<8. On notera enfin que
M1' É 0,70 x
M' 0,70 x E3 5,6 et M2' É 0,70 x M' 0,70 x E3 5,6.
[0158] On réalise une étape d'équilibrage final.
[0159] Enfin, on stocke le toron interne sur une bobine de stockage. On
fabrique de la même
façon les L=6 torons externes TE.
[0160] Concernant le noyau transitoire 16, le procédé comprend une étape de
recyclage du
noyau transitoire 16. Durant cette étape de recyclage, on récupère le noyau
transitoire 16 en
aval de l'étape de séparation 110, ici en aval de l'étape de séparation 124,
et on introduit le
noyau transitoire 16 récupéré précédemment en amont de l'étape d'assemblage.
Cette étape
de recyclage est continue.
[0161] On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d'étapes de
préformation
individuelle de chacun des éléments filaires métalliques F1.
[0162] On réalise une étape 300 d'assemblage par câblage du toron TI formant
la couche
interne Cl puis des L =6 torons externes TE autour de la couche interne (Cl)
pour former le
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câble (50).
[0163] On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d'étapes de
préformation
individuelle de chacun des torons internes et externes.
[0164] CABLE SELON UN DEUXIEME MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
[0165] On a représenté sur la figure 6 le câble 60 selon un deuxième mode de
réalisation de
l'invention.
[0166] A la différence du premier mode de réalisation décrit précédemment, le
câble 60 selon
le deuxième mode de réalisation est tel que I.@3 et I_9.
[0167] On a résumé dans les tableaux 1, 2 et 3 ci-dessous les caractéristiques
pour les
différents câbles 50, 50', 60, 60', 51, 52, 53, 53', 54 selon l'invention et
pour les câbles de l'état
de la technique EDT1, EDT1', EDT2 et EDT2'.
[0168] TESTS COMPARATIFS
[0169] Evaluation du module E2 et de l'indicateur d'énergie à rupture des
câbles
[0170] On a tracé les courbes contrainte-allongement des câbles en appliquant
la norme
ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014 et on a déterminé le module E2 et l'indicateur
d'énergie
à rupture pour les différents câbles 50, 50', 60, 60', 51, 52, 53, 53'selon
l'invention et pour les
câbles de l'état de la technique EDT1 et EDT1'.
[0171] [Tableau 1]
Câbles 50 50' 60
60'
K/ L/ pas/pas/sens 1/6/inf/80/Z 1/6/inf/80/Z 3/9/60/80/Z
3/9/60/80/Z
Sens TI/TE SIS SIS SIS
SIS
MIN 8/8 8/8 11/11
11/11
Q/Q' 5/5 5/5 11/11
11/11
Rfi(mm) 4,2 4,2 3,5
3,5
Rfe(mm) 4,2 4,2 3,5
3,5
Pfi (mm) 10,4 10,4 7,8
7,8
Pfe (mm) 10,4 10,4 7,8
7,8
ai ( ) 25,8 25,8 22,7
22,7
ae ( ) 25,8 25,8 22,7
22,7
Dfi(mm) 0,46 0,46 0,20
0,20
Dfe(mm) 0,46 0,46 0,20
0,20
Dvti(mm) 1,12 1,12 0,85
0,85
Dvte(mm) 1,12 1,12 0,85
0,85
Rfi/Dfi 9 9 17,4
17,4
Rfe/Dfe 9 9 17,4
17,4
Dvti/Dfi 2,46 2,46 4,25
4,25
Dvte/Dfe 2,46 2,46 4,25
4,25
Rti(mm) 128
128
Pti (mm) - - 60
60
ati ( ) - - 4.3
4.3
CA 03161403 2022- 6-9
WO 2021/140288
PCT/FR2020/052527
22
Dti(mm) - - 1.25
1.25
Dvi(mm) 0.20
0.20
Rti/Dti - - 102
102
Dvi/Dti - - 0.16
0.16
ML (g/m) 50,1 50,1 35,4
35,4
E2 (GPa) 46 - 39
_
E2' (GPa) - 29 -
35
At % 12,5 12,7
At' % - 11,5 -
6,6
Er (MJ/m3 102 - 77
_
Er' (MJ/m3) - 92 -
60
D (mm) 6,14 6,14 5,00
5,00
[0172] [Tableau 2]
Câbles 51 52 53
53'
K/ L/ pas/pas/sens 1/6/inf/80/Z 1/6/inf/80/Z 1/6/inf/80/Z
1/6/inf/80/Z
Sens TI/TE SIS SIS SIS
SIS
M'/N 8/8 8/8 8/8
8/8
0/0' 6/6 7/7 6/5
6/5
Rfi(mm) 4,2 4,2 4,2
4,2
Rfe(mm) 4,2 4,2 4,2
4,2
Pi (mm) 10,4 10,4 10,4
10,4
Pe (mm) 10,4 10,4 10,4
10,4
ai (`') 25,8 25,8 25,8
25,8
ae ( ) 25,8 25,8 25,8
25,8
Dfi(mm) 0,46 0,46 0,46
0,46
Dfe(mm) 0,46 0,46 0,46
0,46
Dvti(mm) 1,12 1,12 1,12
1,12
Dvte(mm) 1,12 1,12 1,12
1,12
Rfi/Dfi 9 9 9
9
Rfe/Dfe 9 9 9
9
Dvti/Dfi 2,46 2,46 2,46
2,46
Dvte/Dfe 2,46 2,46 2,46
2,46
ML (g/m) 61,5 69,1 51,4
51,4
E2 (GPa) 49 51 40
-
E2' (GPa) - - -
24
At % 11,5 9,1 11,2
-
At' % - - -
11,2
Er (MJ/m3 103 67 90
Er' ( MJ/m3 ) - -
85
D (mm) 6,14 6,14 6,14
6,14
[0173] [Tableau 3]
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WO 2021/140288
PCT/FR2020/052527
23
K/ L/ pas/sens 1/6/i nf/60Z 1/6/i
nf/60Z
Structure TI/TE ; sens 3+9 ; S/S 3+9 ; SIS
Dfi(mm) 0,35
0,35
Dfe(mnn) 0,35
0,35
ML (g/m) 60,1
60,1
E2 (GPa) 150
E2' (GPa) 150
At % 1,8
At' % 1,8
Er (MJ/m3 21
Er' (MJ/m3) 21
D (mm) 4,20
4,20
[0174] Les tableaux 1,2 et 3 montrent que, les câbles 50, 50', 60, 60', 51,
52,53 et 53' selon
l'invention présentent à la fois une énergie à rupture améliorée et présentent
une meilleure
déformabilité du fait de leur module relativement bas par rapport aux câbles
de l'état de la
technique EDT1 et EDT1'.
[0175] Ainsi, les câbles selon l'invention permettent de résoudre les
problèmes évoqués en
préambule.
[0176] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment
décrits
CA 03161403 2022- 6-9
