[go: up one dir, main page]

WO2025120271A1 - Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel - Google Patents

Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel Download PDF

Info

Publication number
WO2025120271A1
WO2025120271A1 PCT/FR2024/051532 FR2024051532W WO2025120271A1 WO 2025120271 A1 WO2025120271 A1 WO 2025120271A1 FR 2024051532 W FR2024051532 W FR 2024051532W WO 2025120271 A1 WO2025120271 A1 WO 2025120271A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
equal
membrane
tire
tread
knitted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/051532
Other languages
English (en)
Inventor
Guillaume DELMAS
Emmanuel CHABRIER
Florian VILCOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of WO2025120271A1 publication Critical patent/WO2025120271A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/14—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/14—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs
    • B60C7/146—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency using springs extending substantially radially, e.g. like spokes

Definitions

  • TITLE Airless tire for extraterrestrial vehicle comprising a three-dimensional fabric tread
  • the present invention relates to the field of airless tires, intended to equip an extraterrestrial exploration vehicle, intended to move, for example, on the moon or on the planet Mars, in an environment subject to very strong temperature variations, which can reach very low temperatures down to -243°C and very high temperatures up to +130°C.
  • a thermal gradient is notably measured at the South Pole of the moon. It relates more particularly to the tread of such an airless tire.
  • a conventional tire, subjected to the internal pressure of an inflation gas, generally air, or a classic solid tire are not suitable for such use, because the usual rubber-based materials from which they are made have mechanical properties incompatible with use in an environment which can reach very low temperatures, also called cryogenic temperatures.
  • the circumferential or longitudinal direction means the direction of rotation of the tire
  • the axial or transverse direction means a direction parallel to the axis of rotation of the tire
  • the radial direction means a direction perpendicular to the axis of rotation of the tire.
  • inner element means the part closer to the tire’s axis of rotation compared to an “outer” element.
  • An airless tire generally comprises, radially from the inside to the outside:
  • a supporting structure intended to structurally carry at least part of the load and to cooperate with a rim or a hub;
  • shear strip intended to transmit rolling forces to the supporting structure by shear and to contribute at least in part to carrying the load
  • tread intended to transmit rolling forces to the shear band, to be worn and to guarantee the grip of the tire on the ground.
  • the supporting structure comprises, radially from the inside to the outside, means of connection with a rim or a hub, radial elements or spokes, and means of connection with the shear band.
  • the load-bearing structure does not usually delineate a sealed internal cavity to contain a pressurized gas, as in a conventional tire. Therefore, an airless tire does not need to have a sealed connection to a rim or hub.
  • the shear band comprises, radially from the inside to the outside:
  • shear layer consisting of one or more polymeric materials
  • the first and second membranes have a modulus of elasticity in circumferential extension often substantially greater than the shear modulus of elasticity of the shear layer of polymeric material, such that, under the applied load, the membranes do not elongate or elongate only slightly when the tire is flattened while rolling.
  • the relative displacement of the membranes relative to each other occurs by shearing in the shear layer.
  • the membranes respectively inner and outer, comprise superimposed layers of reinforcements coated in a polymeric material.
  • the shear layer of polymeric material is made, for example, of a polymeric material, such as a natural rubber or a synthetic rubber, or a polyurethane.
  • the material of the shear layer has a shear modulus of at least 3 MPa and at most 20 MPa, which allows for easier flattening of the shear band under load.
  • the tread which is the radially outer component of the tire, is most often made of a polymeric material, such as natural rubber or synthetic rubber.
  • Michelin North America has been marketing a mounted assembly consisting of an airless tire, as previously described, and a wheel, under the name MICHELIN® TWEEL®.
  • This technical solution mainly comprises a tread, a shear-band, a load-bearing structure consisting of highly resistant polyresin spokes and a hub made of two reinforced steel parts.
  • the usual polymeric materials, used, in particular, for the shear band have levels of rigidity which will generate high contact pressures, involving a risk of the tire sinking into soft ground, particularly as on the moon, and generating high rolling resistance, involving high energy consumption, which is detrimental to the energy autonomy of the extraterrestrial vehicle.
  • the inventors aim to design an airless tire that can run in an extraterrestrial environment, at very low temperatures, typically in the range [-243°C; +130°C], and on various types of ground, which may be sandy or stony.
  • the invention aims in particular to improve the traction of the airless tire while protecting it from ground damage, in particular by choosing an appropriate tread.
  • the present invention relates to an airless tire for a vehicle, comprising, radially from the inside to the outside, a supporting structure, intended to cooperate with a rim or a hub of a wheel, a shear band and a tread.
  • the shear band comprises, radially from the inside to the outside, a radially inner membrane, a shear structure and a radially outer membrane.
  • the supporting structure, the shear band and the tread are each made of at least one material, preferably thermoplastic, having the following mechanical characteristics, measured according to ASTM D638 standard of ASTM (“American Society for Testing and Materials”) International:
  • -a maximum tensile stress Sm measured at a temperature equal to 20°C, at least equal to 25 Mpa and at most equal to 150 Mpa, and, measured at a temperature equal to - 196°C, at least equal to 40 Mpa and at most equal to 260 Mpa.
  • the tread is made exclusively of a three-dimensional or three-dimensional fabric.
  • Such an airless tire is intended to equip an extraterrestrial vehicle and is capable of withstanding strong temperature gradients ranging from -243°C to +130°C.
  • tissue is not embedded in a matrix.
  • three-dimensional or “three-dimensional” fabric is meant a fabric comprising at least two knitted membranes, for example warp knitted, which have been extended by a third dimension, for example by connecting threads F.
  • the three-dimensional fabric is used here in a special application to ensure very low contact pressure and improve the tire's traction.
  • the Applicant has selected materials having, essentially, a Young's modulus in traction E and a maximum tensile stress Sm within specific ranges both at room temperature, taken as 20°C, and at very low temperature, taken as -196°C.
  • Young's tensile modulus E and maximum tensile stress Sm are measured on a "stress - elongation" tensile curve, established from a tensile test carried out on a standardized test piece, in accordance with ASTM D638 ("Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics"), developed by ASTM ("American Society for Testing and Materials”) International.
  • the test piece standardized has a length equal to 84 mm and a thickness equal to 2 mm, and includes a necking having a length equal to 25 mm and a width equal to 4 mm.
  • the tensile speed applied to the specimen is equal to 500 mm/min.
  • the Young's modulus in tension E is a tangent modulus measured at low deformation.
  • the Young's modulus in traction E conditions the rigidities and the load capacity of the airless tire, at the target operating temperatures.
  • the maximum tensile stress Sm conditions the endurance of the airless tire, at the target operating temperatures.
  • the airless tire must be capable of carrying a load typically between 16 and 200 daN, and is intended to be mounted on a vehicle that can typically travel up to a maximum speed of 20 km/h.
  • the tread according to the invention makes it possible to minimize the contact pressure with the ground by maximizing the contact surface with the ground, which makes it possible to improve the traction of the airless tire without degrading it.
  • Such a tread has a flattening pressure, in contact with the ground, between 0.05 bar and 0.3 bar, which further improves the crossing capacity, therefore the traction as well as the energy consumption.
  • Such a tread also has the advantage of being particularly light compared to known treads.
  • the three-dimensional fabric forming the tread comprises at least two knitted membranes, namely an internal knitted membrane and an external knitted membrane connected to each other radially by a plurality of connecting threads.
  • Each knitted membrane comprises an internal surface and an external surface, the inner surface of the inner knitted membrane being, for example, integral with the shear band, in particular with the radially outer membrane thereof, and the outer surface of the outer knitted membrane being configured to be in contact with the surface of the ground.
  • the inner knitted membrane and the outer knitted membrane have different structures.
  • the outer knitted membrane comprises a plurality of cells or meshes, for example, regularly distributed circumferentially.
  • the coverage rate of the external knitted membrane defined as the ratio between the total surface area of cells and the surface area of the external knitted membrane, is at least equal to 20% and strictly less than 100%, preferably at least equal to 80%.
  • the cells of the outer knitted membrane are open cells connected to each other by material.
  • the internal knitted membrane comprises a plurality of cells or meshes, regularly distributed circumferentially.
  • the cells of the inner knitted membrane are, for example, open cells connected to each other by material.
  • the coverage rate of the inner knitted membrane defined as the ratio between the total cell surface area and the surface area of the inner knitted membrane, is lower than the coverage rate of the outer knitted membrane.
  • the coverage rate of the internal knitted membrane is at least 20% and strictly less than 100%.
  • the cells of the internal knitted membrane and the external knitted membrane overlap in the radial direction.
  • the cells of the inner knitted membrane are offset in a staggered manner relative to the cells of the outer knitted membrane.
  • the connecting threads connecting the inner knitted membrane and the outer knitted membrane, each have a diameter between 0.05 mm and 2 mm and a radial distance between 0.05 mm and 2 mm.
  • the thickness of the internal knitted membrane is between 0.15 mm and 3 mm.
  • the thickness of the outer knitted membrane is between 0.15 mm and 3 mm.
  • the three-dimensional fabric forming the tread has a total thickness of between 3 mm and 20 mm.
  • the total thickness is measured between the inner surface of the inner knitted membrane and the outer surface of the outer knitted membrane.
  • the three-dimensional fabric forming the tread is made of a thermoplastic polymeric material included in the group comprising polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI) and polyetherketoneketone (PEKK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEI polyetherimide
  • PI polyimide
  • PEKK polyetherketoneketone
  • a polyetheretherketone is a thermoplastic polymer material belonging to the polyaryletherketone (PAEK) family.
  • a polyetheretherketone such as, for example, Victrex CT 100TM and Victrex 450GTM materials, marketed by Victrex®, has the required mechanical characteristics, particularly at cryogenic temperatures.
  • a polyimide such as, for example, Aurum PL500ATM material, has excellent mechanical characteristics at cryogenic temperatures, but is more difficult to process than a polyetheretherketone, such as Victrex CT 100TM material.
  • a polyetherimide such as, for example, Ultem 1010TM material, has mechanical properties comparable to those of a polyetheretherketone, such as Victrex CT 100TM material with however, a lower elongation at break. It has the advantage of being more economical.
  • thermoplastic polymeric material also makes it possible to achieve a satisfactory compromise between high structural rigidity, high endurance and low mass of the airless tire, at very low cryogenic temperatures, as shown by measurements carried out at - 196°C.
  • the three-dimensional fabric forming the tread has a compression pressure defined according to DIN EN ISO 3386-1 between the contact pressure of the tire increased by IkPa and the contact pressure of the tire increased by OkPa.
  • the supporting structure, the shear band and the tread are each made of the same material.
  • An identical material for all the components of an airless tire simplifies manufacturing and allows for easier adhesion between the different components.
  • the shear structure is made up of a plurality of circumferentially distributed shear elements.
  • a discrete shear structure has the advantage of being lighter than a continuous shear structure.
  • its rigidities can be more finely optimized.
  • the invention relates to a wheel comprising an airless tire as described above mounted on a rim.
  • FIG. l represents an overall perspective view of a wheel comprising an airless tire according to one embodiment of the invention
  • FIG.2 illustrates in detail the tread of the tire of Figure 1 according to one embodiment of the invention
  • FIG.3 shows in detail the three-dimensional fabric forming the tread of Figure 2.
  • FIG.4 represents a diagram of the results of an experiment with a test tube containing in particular the three-dimensional fabric according to figure 3.
  • the “circumferential” direction designates a direction of a plane perpendicular to the axis of rotation X l -Xl tangent to the tread of the tire 1
  • the “axial” direction is the direction of the axis of rotation Xl -Xl of the tire 1
  • a “radial” direction designates a direction perpendicular to the axis of rotation Xl -Xl of the tire 1.
  • Figure 1 is a perspective overview of a mounted assembly or wheel 10 comprising a rim 100 and an airless tire 1 mounted on said rim 100.
  • rim is meant a structure connecting to the vehicle and centrally supporting the tire 1.
  • the airless tire 1 is intended to equip an extraterrestrial vehicle and is capable of withstanding strong temperature gradients ranging from -243°C to +130°C.
  • the airless tire 1 comprises, radially from the inside to the outside, a supporting structure 2, intended to cooperate with the rim 100, a shear band 3 secured to the supporting structure 2 and a tread 4 secured to the shear band 3.
  • the supporting structure 2 is made up, here, of a plurality of spokes 21 regularly distributed circumferentially.
  • the spokes 21 each here comprise an internal end 21 a secured to the rim 100, for example by fixing means (not shown), such as screw means (screws/nuts) or by rivets (not shown), a concave portion 21 b and an external end 21 c secured to the shear band 3 by screw means or by rivets (not shown).
  • said fixing means could be configured to fix both a spoke 21 of the tire 1 and the rim 100.
  • the shear band 3 comprises, radially from the inside to the outside, a radially inner membrane 31, integral with the supporting structure 2, a shear structure 32 and a radially outer membrane 33.
  • the shear structure 32 is constituted by a plurality of shear elements 32a, here regularly distributed circumferentially between the radially inner membrane 31 and the radially outer membrane 33.
  • each shear element 32a comprises two opposing curvatures.
  • the supporting structure 2 and the shear band 3 are each made of a thermoplastic polymer material, said to be high-performance.
  • the material constituting at least the supporting structure 2 and the shear band 3 has the following mechanical characteristics, measured according to ASTM D638 standard of ASTM (“American Society for Testing and Materials”) International:
  • the tread 4 is made exclusively of a three-dimensional T-fabric.
  • tissue is not embedded in a matrix.
  • the three-dimensional fabric T comprises, here, two knitted membranes, namely an inner knitted membrane M1 and an outer knitted membrane M2 and a plurality of connecting threads F radially connecting the two knitted membranes M1, M2.
  • three-dimensional or “three-dimensional” fabric is meant a fabric comprising at least two knitted membranes, for example warp-knitted, which have been extended by a third dimension, here by the connecting threads F.
  • Each knitted membrane M l , M2 comprises an inner surface M l a, M2a and an outer surface M lb, M2b.
  • the internal surface M1a of the internal knitted membrane M1 is integral with the shear band 3, in particular with the radially external membrane 33 of said shear band 3.
  • the outer surface M2b of the outer knitted membrane M2 is configured to cooperate with the ground surface.
  • the inner knitted membrane M1 and the outer knitted membrane M2 preferably have different structures.
  • the internal knitted membrane M l comprises a plurality of cells (not referenced) or meshes regularly distributed circumferentially.
  • the cells of the internal knitted membrane M l are here open cells connected to each other by material.
  • the outer knitted membrane M2 comprises a plurality of cells (not referenced) or meshes regularly distributed circumferentially.
  • the cells of the outer knitted membrane M2 are here open cells connected to each other by material.
  • the coverage rate of the external knitted membrane M2 defined as the ratio between the total surface area of cells and the surface area of the external knitted membrane M2, is at least equal to 20% and strictly less than 100%, preferably at least equal to 80% in order to maximize the contact surface area of the external surface M2b of the external knitted membrane M2 with the ground and thus minimize the contact pressure.
  • the coverage rate of the internal knitted membrane M l defined as the ratio between the total surface area of cells and the surface area of the internal knitted membrane M l , is lower than the coverage rate of the external knitted membrane M2 defined as the ratio between the total surface area of cells and the surface area of the external knitted membrane M2.
  • the coverage rate of the internal knitted membrane M l is at least equal to 20% and strictly less than 100%.
  • the cells of the internal knitted membrane M1 and of the external knitted membrane M2 overlap in the radial direction.
  • the cells of the internal knitted membrane M1 are offset in a staggered manner relative to the cells of the external knitted membrane M2.
  • the connecting threads F connecting the inner knitted membrane M1 and the outer knitted membrane M2, each have a diameter between 0.05 mm and 2 mm and a radial distance between 0.05 mm and 2 mm.
  • the thickness of the internal knitted membrane M1 is between 0.15 mm and 3 mm.
  • the thickness of the external knitted membrane M2 is between 0.15 mm and 3 mm.
  • the three-dimensional T-fabric, forming the tread 4 has a total thickness of between 3 mm and 20 mm.
  • more than two knitted membranes could be provided, radially connected to each other by connecting threads, for example at least three knitted membranes, forming a number of superimposed fabric layers greater than one.
  • each inner M1 and outer M2 knitted membrane is made of a single strip of fabric.
  • one and/or the other of the knitted membranes respectively internal M1 and external M2 is constituted by a juxtaposition of strips of fabric.
  • the tread 4 is made in several parts, which makes it easy to replace an element in the event of damage.
  • the three-dimensional T-fabric forming the tread 4 is made of a thermoplastic polymeric material included in the group comprising polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI) and polyetherketoneketone (PEKK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEI polyetherimide
  • PI polyimide
  • PEKK polyetherketoneketone
  • the three-dimensional T-fabric forming the tread 4 has the following mechanical characteristics, measured according to ASTM D638 standard of ASTM (“American Society for Testing and Materials”) International:
  • the three-dimensional T-fabric forming the tread 4 has a compression pressure defined according to DIN EN ISO 3386-1 between the contact pressure of the tire increased by 1 kPa and the tire contact pressure increased by 1 kPa.
  • the three-dimensional T-fabric forming the tread 4 is assembled, for example, by gluing to the shear strip 3.
  • the gluing is preferably carried out with a low-viscosity glue.
  • the three-dimensional T-fabric is used here in a particular application to guarantee very low contact pressure and improve the traction of the tire 1 and in particular of the wheel 10.
  • Victrex CT 100TM PEEK material is considered particularly interesting for the production of an airless tire, intended to equip an extraterrestrial exploration vehicle, designed to travel, for example, on the moon or on the planet Mars, down to very low temperatures which can reach, for example, -243°C.
  • This material has the advantage of having both a high Young's modulus in tension E (7 GPa), guaranteeing satisfactory rigidity, and a high maximum tensile stress Sm (252 MPa), guaranteeing satisfactory endurance, at very low temperatures (-196°C).
  • the Applicant carried out a motor test with three test pieces: a smooth test piece A, a test piece B with a staggered pattern and a test piece C formed by the three-dimensional fabric T according to the invention.
  • Each test piece is 6 mm thick.
  • test piece A, B, C is placed in a container containing sand or regolith.
  • a load Fz is applied along the vertical axis Z to each specimen, then the loaded specimen is set in motion along the longitudinal axis X perpendicular to the vertical axis Z.
  • the load Fz is here equal to 15 daN.
  • the experiment is carried out in an ambient atmosphere, and at a temperature equal to 20°C.
  • the three-dimensional T-fabric specimen C allows a coefficient of friction to be obtained higher than the smooth specimen A and the specimen B for displacements of up to 35 mm.
  • the three-dimensional T fabric has the advantage of not modifying the flattening of the tire, unlike test piece B.
  • the contact pressure with the ground is minimized by maximizing the contact surface with the ground, which improves the traction of the airless tire without degrading it.
  • Such a tread also helps the tire lie flat on the ground.
  • Such a tread also has the advantage of being particularly light compared to known treads.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

Pneumatique sans air (1) pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel pour un véhicule pouvant rouler dans un environnement extra-terrestre, à de très basses températures et sur des sols de diverses natures. Un tel pneumatique sans air comprend, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, une structure porteuse (2), destinée à coopérer avec une jante, une bande de cisaillement (3) et une bande de roulement (4). Selon l'invention, la matériau constituant la bande de roulement (4) a un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à -196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa, et une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à -196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa, ces caractéristiques mécaniques étant mesurées selon la norme ASTM D638 et la bande de roulement (4) est constituée exclusivement d'un tissu (T) tridimensionnel.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine du pneumatique sans air, destiné à équiper un véhicule d’ exploration extra-terrestre, prévu pour se déplacer, par exemple, sur la lune ou sur la planète Mars, dans une ambiance soumise à de très fortes variations de températures, pouvant atteindre de très basses températures jusqu’ à -243°C et de très hautes températures jusqu’ à + 130°C. Un tel gradient thermique est notamment mesuré au pôle Sud de la lune. Elle concerne plus particulièrement la bande de roulement d’un tel pneumatique sans air.
Etat de la technique antérieure
Un pneumatique conventionnel, soumis à la pression interne d’un gaz de gonflage, généralement de l’ air, ou un bandage plein classique ne sont pas adaptés à un tel usage, car les matériaux usuels à base de caoutchouc qui les constituent ont des propriétés mécaniques incompatibles avec une utilisation dans une ambiance pouvant atteindre de très basses températures, appelées également températures cryogéniques.
Il est connu d’ avoir, comme solution technique alternative à un pneumatique conventionnel, un pneumatique sans air, ou plus généralement un pneumatique sans gaz de gonflage, qui porte la charge grâce à des composants structurels et qui a des performances comparables à celles d’un pneumatique conventionnel. Un pneumatique sans air, monté sur un moyeu, ou une jante, est parfois appelé « roue élastique non pneumatique ».
Un tel pneumatique sans air a été décrit, à titre d’ exemples, dans les documents WO 2003/018332 - Al , FR 2 964 597 - B l , WO 2012/102932 - A l , WO 2018/101937 - Al , WO 2018/102303 - Al , WO 2018/ 102560 - Al , WO 2018/125186 - Al . Dans ce qui suit, la direction circonférentielle ou longitudinale désigne la direction de rotation du pneumatique, la direction axiale ou transversale désigne une direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et la direction radiale désigne une direction perpendiculaire à l’ axe de rotation du pneumatique.
On entend par élément « intérieur », la partie plus proche de l’ axe de rotation du pneumatique par rapport à un élément « extérieur ».
Un pneumatique sans air comprend généralement, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur :
- une structure porteuse, destinée à porter structurellement au moins en partie la charge et à coopérer avec une jante ou un moyeu ;
- une bande de cisaillement, destinée à transmettre par cisaillement les efforts de roulage à la structure porteuse et à contribuer au moins en partie au port de la charge, et
- une bande de roulement, destinée à transmettre à la bande de cisaillement les efforts de roulage, à être usée et à garantir l’ adhérence du pneumatique sur un sol.
La structure porteuse comprend, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, des moyens de connexion avec une jante ou un moyeu, des éléments radiaux ou rayons, et des moyens de connexion avec la bande de cisaillement.
Toutefois, la structure porteuse ne délimite généralement pas une cavité interne étanche destinée à contenir un gaz sous pression, comme dans un pneumatique conventionnel. Par conséquent, un pneumatique sans air n’ a pas besoin d’ avoir une liaison étanche par rapport à une jante ou un moyeu.
La bande de cisaillement comprend, radialement de l ’intérieur vers l’ extérieur :
- une première membrane intérieure,
- une couche de cisaillement constituée par un ou plusieurs matériaux polymériques, et
- une deuxième membrane extérieure.
Dans l’ exemple décrit, la première et la deuxième membrane ont un module d'élasticité en extension circonférentielle souvent sensiblement supérieur au module d'élasticité en cisaillement de la couche de cisaillement en matériau polymérique, de telle sorte que, sous la charge appliquée, les membranes ne s ’ allongent pas ou peu lors de la mise à plat du pneumatique en roulage. Le déplacement relatif des membranes l’une par rapport à l’ autre se produit par cisaillement dans la couche de cisaillement. Par exemple, les membranes, respectivement intérieure et extérieure, comprennent des couches superposées de renforts enrobés dans un matériau polymérique.
La couche de cisaillement en matériau polymérique est constituée, à titre d’ exemple, d'un matériau polymérique, tel qu’un caoutchouc naturel ou un caoutchouc synthétique, ou d’un polyuréthane. Typiquement, le matériau de la couche de cisaillement a un module de cisaillement au moins égal à 3 MPa et au plus égal à 20 MPa, ce qui permet une mise à plat facilitée de la bande de cisaillement sous charge.
Enfin, la bande de roulement, qui est le composant radialement extérieur du pneumatique, est le plus souvent constituée d’un matériau polymérique, tel qu’un caoutchouc naturel ou un caoutchouc synthétique.
La société Michelin North America a commercialisé, depuis plusieurs années, un ensemble monté, constitué d’un pneumatique sans air, tel que précédemment décrit, et d’une roue, sous l’ appellation MICHELIN® TWEEL®. Cette solution technique comprend principalement une bande de roulement, une bande de cisaillement (en anglais, « shear-band »), une structure porteuse, constituée de rayons (en anglais, « spokes ») hautement résistants en poly-résine et un moyeu constitué de deux pièces en acier renforcé.
Toutefois, dans des applications à très basses températures, les matériaux polymériques usuels, constitutifs d’un pneumatique sans air, sont incompatibles avec la plage de températures spécifiée.
Ainsi, les matériaux polymériques usuels, utilisés, en particulier, pour la bande de cisaillement, ont des niveaux de rigidités qui vont générer des pressions de contact élevées, impliquant un risque d’ enfoncement du pneumatique dans un sol meuble, notamment comme sur la lune, et générer une résistance au roulement élevée, impliquant une forte consommation en énergie, pénalisante vis-à-vis de l’autonomie énergétique du véhicule extra-terrestre.
De plus, les matériaux polymériques usuels, tels qu’un caoutchouc naturel ou un caoutchouc synthétique, généralement constitutifs de la bande de roulement d’un pneumatique sans air, sont également incompatibles avec la plage de températures spécifiée.
Ainsi, il existe un besoin de remédier aux inconvénients précités.
Exposé de l’invention
Les inventeurs ont pour objectif de concevoir un pneumatique sans air pouvant rouler dans un environnement extra-terrestre, à de très basses températures, typiquement comprises dans l’intervalle [-243 °C ; + 130°C], et sur des sols de diverses natures, pouvant être sableux ou caillouteux.
L ’invention vise notamment à améliorer la motricité du pneumatique sans air tout en le protégeant des agressions du sol, en particulier par le choix d’une bande de roulement appropriée.
La présente invention a pour objet un pneumatique sans air pour un véhicule, comprenant, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, une structure porteuse, destinée à coopérer avec une jante ou un moyeu d’une roue, une bande de cisaillement et une bande de roulement.
La bande de cisaillement comprend, radialement de l ’intérieur vers l ’extérieur, une membrane radialement intérieure, une structure de cisaillement et une membrane radialement extérieure.
La structure porteuse, la bande de cisaillement et la bande de roulement sont constituées chacune par au moins un matériau, de préférence thermoplastique, présentant les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
- un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 Gpa, et, mesuré à une température égale à - 196°C, au moins égal à 1 .2 Gpa et au plus égal à 9 Gpa, et
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 Mpa et au plus égale à 150 Mpa, et, mesurée à une température égale à - 196°C, au moins égale à 40 Mpa et au plus égale à 260 Mpa.
La bande de roulement est constituée exclusivement d’un tissu tridimensionnel ou en trois dimensions.
Un tel pneumatique sans air est destiné à équiper un véhicule extra-terrestre et est capable de résister à de forts gradients de température allant de -243°C à + 130°C.
Par « constituée exclusivement », on entend que le tissu n’ est pas noyé dans une matrice.
Par tissu en « trois dimensions » ou « tridimensionnel », on entend un tissu comprenant au moins deux membranes tricotées, par exemple en chaine, qui ont été prolongées d’une troisième dimension, par exemple par des fils de liaison F.
Le tissu tridimensionnel est utilisé ici dans une application particulière pour garantir une pression de contact très faible et améliorer la motricité du pneumatique.
Pour permettre à un pneumatique sans air de rouler dans un environnement extra-terrestre pouvant varier entre de très basses températures et de très hautes températures, typiquement dans l’intervalle [-243°C ; 130°C] , et sur des sols de diverses natures, pouvant être sableux ou caillouteux, la Demanderesse a sélectionné des matériaux ayant, de façon essentielle, un module de Young en traction E et une contrainte maximale en traction Sm compris dans des intervalles spécifiques à la fois à température ambiante, prise égale à 20°C, et à très basse température, prise égale à - 196°C .
Le module de Young en traction E et la contrainte maximale en traction Sm sont mesurées sur une courbe de traction « contrainte - allongement », établie à partir d’un essai de traction réalisé sur une éprouvette normalisée, conformément à la norme ASTM D638 (« Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics » : Méthode de test standard pour les propriétés en traction des plastiques), élaborée par l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International. L’ éprouvette normalisée a une longueur égale à 84 mm et une épaisseur égale à 2 mm, et comprend une striction ayant une longueur égale à 25 mm et une largeur égale à 4 mm. La vitesse de traction appliquée à l’ éprouvette est égale à 500 mm/mn. Le module de Young en traction E est un module tangent mesurée à faible déformation.
Le module de Young en traction E conditionne les rigidités et la capacité de charge du pneumatique sans air, aux températures d’utilisation visées. La contrainte maximale en traction Sm conditionne l’ endurance du pneumatique sans air, aux températures d’utilisation visées.
Par conséquent les inventeurs ont choisi des matériaux dont les caractéristiques mécaniques précitées permettent de garantir un compromis satisfaisant entre la capacité de charge et l’ endurance requises pour le pneumatique sans air dans les conditions d’usage visées. Le pneumatique sans air doit être capable de porter une charge typiquement comprise entre 16 et 200 daN, et est destiné à être monté sur un véhicule pouvant se déplacer typiquement jusqu’ à une vitesse maximale égale à 20 km/h.
La bande de roulement selon l’invention permet de minimiser la pression de contact avec le sol en maximisant la surface de contact avec le sol, ce qui permet d’améliorer la motricité de pneumatique sans air sans le dégrader.
Une telle bande de roulement a une pression de mise à plat, dans le contact avec le sol, comprise entre 0.05 bar et 0.3 bar, ce qui améliore encore la capacité de franchissement, donc la motricité ainsi que la consommation d’ énergie.
Enfin, une telle bande de roulement présente par ailleurs l’ avantage d’être particulièrement légère par rapport aux bandes de roulement connues.
Avantageusement, le tissu tridimensionnel formant la bande de roulement comprend, au moins deux membranes tricotées, à savoir une membrane tricotée interne et une membrane tricotée externe reliées entre elles radialement par une pluralité de fils de liaison. Chaque membrane tricotée comprend une surface interne et une surface externe, la surface interne de la membrane tricotée interne étant, par exemple, solidaire de la bande de cisaillement, notamment de la membrane radialement extérieure de celle-ci, et la surface externe de la membrane tricotée externe étant configurée pour être en contact avec la surface du sol.
De préférence, la membrane tricotée interne et la membrane tricotée externe ont des structures différentes.
Par exemple, la membrane tricotée externe comprend une pluralité d’ alvéoles ou mailles, par exemple, régulièrement réparties circonférentiellement.
Le taux de couverture de la membrane tricotée externe, défini comme le ratio entre la surface totale d’ alvéoles et la surface de la membrane tricotée externe, est au moins égal à 20% et strictement inférieur à 100%, de préférence au moins égal à 80%.
Ceci permet de maximiser la surface de contact de la surface externe de la membrane tricotée externe avec le sol et ainsi de minimiser la pression de contact.
Par exemple, les alvéoles de la membrane tricotée externe sont ici des alvéoles ouvertes reliées entre elles par de la matière.
Par exemple, la membrane tricotée interne comprend une pluralité d’ alvéoles ou mailles, régulièrement réparties circonférentiellement.
Les alvéoles de la membrane tricotée interne sont, par exemple, des alvéoles ouvertes et reliées entre elles par de la matière.
De préférence, le taux de couverture de la membrane tricotée interne, défini comme le ratio entre la surface totale d’alvéoles et la surface de la membrane tricotée interne, est inférieur au taux de couverture de la membrane tricotée externe.
Par exemple, le taux de couverture de la membrane tricotée interne est au moins égal à 20% et strictement inférieur à 100%.
Par exemple, et de manière nullement limitative, les alvéoles de la membrane tricotée interne et de la membrane tricotée externe se superposent dans la direction radiale. En variante, on pourrait prévoir que les alvéoles de la membrane tricotée interne soient décalées en quinconce par rapport aux alvéoles de la membrane tricotée externe.
Par exemple, les fils de liaison, reliant la membrane tricotée interne et la membrane tricotée externe, ont chacun un diamètre compris entre 0.05 mm et 2 mm et une distance radiale comprise entre 0.05 mm et 2 mm.
Par exemple, l’épaisseur de la membrane tricotée interne est comprise entre 0.15 mm et 3 mm.
Par exemple, l’ épaisseur de la membrane tricotée externe est comprise entre 0.15 mm et 3 mm.
De préférence, le tissu tridimensionnel, formant la bande de roulement, a une épaisseur totale comprise entre 3 mm et 20 mm. L’ épaisseur totale est mesurée entre la surface interne de la membrane tricotée interne et la surface externe de la membrane tricotée externe.
De préférence, le tissu tridimensionnel formant la bande de roulement est constitué par un matériau polymérique thermoplastique compris dans le groupe comprenant du polyétheréthercétone (PEEK), du polyetherimide (PEI), du polyimide (PI) et du polyéthercétonecétone, (PEKK).
Un polyétheréthercétone (PEEK) est un matériau polymérique thermoplastique appartenant à la famille des polyaryléthercétones (PAEK). Un polyétheréthercétone, tel que, par exemple, les matériaux Victrex CT 100™ et Victrex 450G™, commercialisés par la société Victrex®, ont les caractéristiques mécaniques requises, en particulier aux températures cryogéniques.
Un polyimide, tel que, par exemple, le matériau Aurum PL500A™, a d’excellentes caractéristiques mécaniques aux températures cryogéniques, mais est plus difficile à mettre en œuvre qu’un polyétheréthercétone, tel que le matériau Victrex CT 100™.
Un polyetherimide tel que, par exemple, le matériau Ultem 1010™, a des propriétés mécaniques comparables à celles d’un polyétheréthercétone, tel que le matériau Victrex CT 100™ avec toutefois un plus faible allongement à rupture. Il présente l’ avantage d’ être plus économique.
Dans le contexte de la présente invention, les inventeurs ont mis en évidence, de façon surprenante, qu’un tel matériau polymérique thermoplastique hautes performances permet également d’ atteindre un compromis satisfaisant entre une rigidité de structure élevée, une endurance élevée et une masse faible du pneumatique sans air, à de très basses températures cryogéniques, comme le montrent les mesures réalisées à - 196°C.
De préférence, le tissu tridimensionnel formant la bande de roulement présente une pression de compression définie selon la norme DIN EN ISO 3386- 1 comprise entre la pression de contact du pneumatique augmentée de IkPa et la pression de contact du pneumatique augmentée de l OkPa.
Ceci permet d’ éviter que le tissu ne collapse sous la pression de contact imposée au pneumatique
Selon un mode de réalisation préféré, la structure porteuse, la bande de cisaillement et la bande de roulement sont constituées chacune par le même matériau. Un matériau identique pour l’ ensemble des constituants d’un pneumatique sans air simplifie la fabrication et permet une adhésion facilitée entre les différents constituants.
Par exemple, la structure de cisaillement est constituée par une pluralité d’ éléments de cisaillement répartis circonférentiellement. Une telle structure de cisaillement discrète présente l’ avantage d’ être plus légère qu’une structure de cisaillement continue. De plus ses rigidités peuvent être plus finement optimisées.
Selon un second aspect, l’invention concerne une roue comprenant un pneumatique sans air tel que décrit précédemment monté sur une jante.
Brève description des dessins
D ’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [Fig. l ] représente une vue d’ ensemble en perspective d’une roue comprenant un pneumatique sans air selon un mode de réalisation de l ’invention ;
[Fig.2] illustre en détail la bande de roulement du pneumatique de la figure 1 selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.3 ] représente en détail le tissu tridimensionnel formant la bande de roulement de la figure 2 ; et
[Fig.4] représente un diagramme des résultats d’une expérience avec une éprouvette contenant notamment le tissu tridimensionnel selon la figure 3.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
Dans la description qui suit, les termes « circonférentielle », « axiale » et « radiale » sont définis par rapport à l’ axe de rotation XI - XI du pneumatique 1 .
La direction « circonférentielle » désigne une direction d’un plan perpendiculaire à l’ axe de rotation X l -Xl tangente à la bande de roulement du pneumatique 1 , la direction « axiale » est la direction de l’ axe de rotation Xl -X l du pneumatique 1 et une direction « radiale » désigne une direction perpendiculaire à l’ axe de rotation Xl -Xl du pneumatique 1.
La figure 1 est une vue d’ ensemble en perspective d’un ensemble monté ou roue 10 comprenant une jante 100 et un pneumatique sans air 1 monté sur ladite jante 100.
Par « jante », on entend une structure de liaison avec le véhicule et de support central du pneumatique 1.
Le pneumatique sans air 1 est destiné à équiper un véhicule extra-terrestre et est capable de résister à de forts gradients de température allant de -243°C à + 130°C.
Le pneumatique sans air 1 comprend, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, une structure porteuse 2, destinée à coopérer avec la jante 100, une bande de cisaillement 3 solidaire de la structure porteuse 2 et une bande de roulement 4 solidaire de la bande de cisaillement 3.
La structure porteuse 2 est constituée, ici, d’une pluralité de rayons 21 régulièrement répartis circonférentiellement.
De manière nullement limitative, les rayons 21 comprennent chacun ici une extrémité interne 21 a solidaire de la jante 100, par exemple par des moyens de fixation (non représentés), tel que des moyens de visseries (vis/écrous) ou par rivets (non représentés), une portion concave 21 b et une extrémité externe 21 c solidaire de la bande de cisaillement 3 par des moyens de visseries ou par rivets (non représentés).
A titre d’ exemple nullement limitatif, lesdits moyens de fixation pourraient être configurés pour fixer à la fois un rayon 21 du pneumatique 1 et la jante 100.
La bande de cisaillement 3 comprend, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, une membrane radialement intérieure 31 , solidaire de la structure porteuse 2, une structure de cisaillement 32 et une membrane radialement extérieure 33.
Tel qu’illustré, la structure de cisaillement 32 est constituée par une pluralité d’ éléments de cisaillement 32a, ici régulièrement répartis circonférentiellement entre la membrane radialement intérieure 31 et la membrane radialement extérieure 33.
De manière nullement limitative, chaque élément de cisaillement 32a comprend deux courbures opposées.
La structure porteuse 2 et la bande de cisaillement 3 sont constituées chacune par un matériau polymérique thermoplastique, dit à hautes performances.
Le matériau constituant au moins la structure porteuse 2 et la bande de cisaillement 3 présentent les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
- un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à - 196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa, et
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à - 196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa.
Bande de roulement
La bande de roulement 4 est constituée exclusivement par un tissu T tridimensionnel.
Par « constituée exclusivement », on entend que le tissu n’ est pas noyé dans une matrice.
Tel qu’illustré sur la figure 3 , le tissu T tridimensionnel comprend, ici, deux membranes tricotées, à savoir une membrane tricotée interne M l et une membrane tricotée externe M2 et une pluralité de fils de liaison F reliant radialement les deux membranes tricotées M l , M2.
Par tissu en « trois dimensions » ou « tridimensionnel », on entend un tissu comprenant au moins deux membranes tricotées, par exemple en chaine, qui ont été prolongées d’une troisième dimension, ici par les fils de liaison F.
Chaque membrane tricotée M l , M2 comprend une surface interne M l a, M2a et une surface externe M lb, M2b.
La surface interne M l a de la membrane tricotée interne M l est solidaire de la bande de cisaillement 3 , notamment de la membrane radialement extérieure 33 de ladite bande de cisaillement 3.
La surface externe M2b de la membrane tricotée externe M2 est configurée pour coopérer avec la surface du sol.
Ainsi, la membrane tricotée interne M l et la membrane tricotée externe M2 ont, de préférence, des structures différentes.
La membrane tricotée interne M l comprend une pluralité d’ alvéoles (non référencées) ou mailles régulièrement réparties circonférentiellement.
Les alvéoles de la membrane tricotée interne M l sont ici des alvéoles ouvertes reliées entre elles par de la matière. La membrane tricotée externe M2 comprend une pluralité d’ alvéoles (non référencées) ou mailles régulièrement réparties circonférentiellement.
Les alvéoles de la membrane tricotée externe M2 sont ici des alvéoles ouvertes reliées entre elles par de la matière.
De préférence, le taux de couverture de la membrane tricotée externe M2, défini comme le ratio entre la surface totale d’ alvéoles et la surface de la membrane tricotée externe M2, est au moins égal à 20% et strictement inférieur à 100%, de préférence au moins égal à 80% afin de maximiser la surface de contact de la surface externe M2b de la membrane tricotée externe M2 avec le sol et ainsi minimiser la pression de contact.
Le taux de couverture de la membrane tricotée interne M l , défini comme le ratio entre la surface totale d’ alvéoles et la surface de la membrane tricotée interne M l , est inférieur au taux de couverture de la membrane tricotée externe M2 défini comme le ratio entre la surface totale d’alvéoles et la surface de la membrane tricotée externe M2.
Par exemple, le taux de couverture de la membrane tricotée interne M l est au moins égal à 20% et strictement inférieur à 100%.
Tel qu’illustré sur la figure 3 et de manière nullement limitative, les alvéoles de la membrane tricotée interne M l et de la membrane tricotée externe M2 se superposent dans la direction radiale.
En variante, on pourrait prévoir que les alvéoles de la membrane interne tricotée M l soient décalées en quinconce par rapport aux alvéoles de la membrane tricotée externe M2.
Les fils de liaison F, reliant la membrane tricotée interne M l et la membrane tricotée externe M2, ont chacun un diamètre compris entre 0.05 mm et 2 mm et une distance radiale comprise entre 0.05 mm et 2 mm.
L ’ épaisseur de la membrane tricotée interne M l est comprise entre 0.15 mm et 3 mm.
L ’ épaisseur de la membrane tricotée externe M2 est comprise entre 0.15 mm et 3 mm. Le tissu T tridimensionnel, formant la bande de roulement 4, a une épaisseur totale comprise entre 3 mm et 20 mm.
En variante, on pourrait prévoir plus de deux membranes tricotées, reliées radialement entre elles par des fils de liaison, par exemple au moins trois membranes tricotées, formant un nombre de couches de tissu superposées supérieur à un.
Tel qu’illustré sur la figure 2, chaque membrane tricotée interne M l et externe M2 est constituée par une bande de tissu unique.
En variante, on pourrait prévoir que l’une et/ou l’ autre des membranes tricotées respectivement interne M l et externe M2 est constituée par une juxtaposition de bandes de tissu.
Dans ce cas la bande de roulement 4 est ainsi réalisée en plusieurs parties, ce qui permet aisément de remplacer un élément en cas d’ endommagement.
Le tissu T tridimensionnel formant la bande de roulement 4 est constitué par un matériau polymérique thermoplastique compris dans le groupe comprenant du polyétheréthercétone (PEEK), du polyetherimide (PEI), du polyimide (PI) et du polyéthercétonecétone, (PEKK).
Le tissu T tridimensionnel formant la bande de roulement 4 présente les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
- un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à - 196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa, et
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à - 196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa.
Le tissu T tridimensionnel formant la bande de roulement 4 présente une pression de compression définie selon la norme DIN EN ISO 3386- 1 comprise entre la pression de contact du pneumatique augmentée de 1 kPa et la pression de contact du pneumatique augmentée de l OkPa.
Ceci permet d’ éviter que le tissu T ne collapse pas sous la pression de contact imposée au pneumatique.
Le tissu T tridimensionnel formant la bande de roulement 4 est assemblé, par exemple, par collage sur la bande de cisaillement 3. Le collage est, de préférence, réalisé avec une colle à basse viscosité.
On pourrait également prévoir d’autres solutions d’ assemblage, par exemple, démontables.
Le tissu T tridimensionnel est utilisé ici dans une application particulière pour garantir une pression de contact très faible et améliorer la motricité du pneumatique 1 et notamment de la roue 10.
Le matériau Victrex CT 100™, de type PEEK, est considéré comme particulièrement intéressant pour la réalisation d’un pneumatique sans air, destiné à équiper un véhicule d’ exploration extraterrestre, prévu pour se déplacer, par exemple, sur la lune ou sur la planète Mars, jusqu’ à de très basses températures pouvant atteindre, à titre d’ exemple, -243 °C. Ce matériau a l’avantage d’ avoir à la fois un module de Young en traction E élevé (7 GPa), garantissant une rigidité satisfaisante, et une contrainte maximale en traction Sm élevée (252 MPa), garantissant une endurance satisfaisante, à très basse température (- 196°C).
La Demanderesse a réalisé un test de motricité avec trois éprouvettes : une éprouvette A lisse, une éprouvette B présentant un motif en quinconce et une éprouvette C formée par le tissu T tridimensionnel selon l’invention.
Chaque éprouvette mesure 6 mm d’épaisseur.
On pose chaque éprouvette A, B, C dans un bac contenant du sable ou de la régolithe.
On applique une charge Fz selon l’ axe vertical Z sur chaque éprouvette, puis on met en mouvement l’ éprouvette chargée selon l’ axe longitudinal X perpendiculaire à l’ axe vertical Z. La charge Fz est ici égale à 15 daN. L ’ expérience est réalisée dans une atmosphère ambiante, et à une température égale à 20 °C.
La courbe illustrée en figure 4 représente les résultats pour chaque éprouvette A, B, C du coefficient de frottement p = Fx/Fz (en ordonnées) par rapport au déplacement dx de l ’éprouvette, selon l ’axe longitudinal X, en mm (en abscisses).
On constate que l’éprouvette C en tissu T tridimensionnel permet d’obtenir un coefficient de frottement supérieur à l’ éprouvette A lisse et à l’ éprouvette B pour des déplacements allant jusqu’ à 35 mm.
Par ailleurs, le tissu T tridimensionnel a pour avantage de ne pas modifier la mise à plat du pneumatique, contrairement à l’ éprouvette B.
Grace à la structure particulière de la bande de roulement du pneumatique sans air, formée exclusivement en tissu tridimensionnel, la pression de contact avec le sol est minimisée en maximisant la surface de contact avec le sol, ce qui permet d’améliorer la motricité de pneumatique sans air sans le dégrader.
Une telle bande de roulement favorise par ailleurs la mise à plat du pneumatique sur le sol.
Enfin, une telle bande de roulement présente par ailleurs l’ avantage d’être particulièrement légère par rapport aux bandes de roulement connues.

Claims

Figure imgf000019_0001
n véhicule, comprenant, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, une structure porteuse (2), destinée à coopérer avec une jante ( 100) d’une roue ( 10), une bande de cisaillement (3) et une bande de roulement (4), la bande de cisaillement (3) comprenant, radialement de l’intérieur vers l’ extérieur, une membrane radialement intérieure (31 ), une structure de cisaillement (32) et une membrane radialement extérieure (33), caractérisé en ce que la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (3) et la bande de roulement (4) sont constituées chacune par au moins un matériau, de préférence thermoplastique, présentant les caractéristiques mécaniques suivantes, mesurées selon la norme ASTM D638 de l’ASTM (« American Society for Testing and Materials » : Société américaine pour les tests et les matériaux) International:
- un module de Young en traction E, mesuré à une température égale à 20°C, au moins égal à 1 GPa et au plus égal à 6 GPa, et, mesuré à une température égale à - 196°C, au moins égal à 1.2 GPa et au plus égal à 9 GPa, et
-une contrainte maximale en traction Sm, mesurée à une température égale à 20°C, au moins égale à 25 MPa et au plus égale à 150 MPa, et, mesurée à une température égale à - 196°C, au moins égale à 40 MPa et au plus égale à 260 MPa, et en ce que la bande de roulement (4) est constituée exclusivement d’un tissu (T) tridimensionnel.
2. Pneumatique ( 1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le tissu (T) tridimensionnel formant la bande de roulement (4) comprend, au moins deux membranes tricotées (M l , M2), à savoir une membrane tricotée interne (M l ) et une membrane tricotée externe (M2) reliées entre elles radialement par une pluralité de fils de liaison (F), chaque membrane tricotée (M l , M2) comprenant une surface interne (M l a, M2a) et une surface externe (M lb, M2b), la surface interne (M l a) de la membrane tricotée interne (M l ) étant solidaire de la bande de cisaillement (3), et la surface externe (M2b) de la membrane tricotée externe (M2) étant configurée pour être en contact avec la surface du sol.
3. Pneumatique ( 1 ) selon la revendication 2, dans lequel la membrane tricotée interne (M l ) et la membrane tricotée externe (M2) ont des structures différentes.
4. Pneumatique ( 1 ) selon la revendication 2 ou 3 , dans lequel la membrane tricotée externe (M2) comprend une pluralité d’ alvéoles réparties circonférentiellement.
5. Pneumatique ( 1 ) selon l ’une quelconques des revendications 2 à 4, dans lequel le taux de couverture de la membrane tricotée externe (M2), défini comme le ratio entre la surface totale d’ alvéoles et la surface de la membrane tricotée externe (M2), est au moins égal à 20% et strictement inférieur à 100%, de préférence au moins égal à 80%.
6. Pneumatique ( 1 ) selon la revendication 5 , dans lequel le taux de couverture de la membrane tricotée interne (M l ), défini comme le ratio entre la surface totale d’ alvéoles et la surface de la membrane tricotée interne (M l ), est inférieur au taux de couverture de la membrane tricotée externe (M2).
7. Pneumatique ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tissu (T) tridimensionnel formant la bande de roulement (4) a une épaisseur totale au moins égale à 3 mm et au plus égale à 20 mm.
8. Pneumatique ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tissu (T) tridimensionnel formant la bande de roulement (4) est constitué par un matériau polymérique thermoplastique compris dans le groupe comprenant du polyétheréthercétone, (PEEK), du polyetherimide (PEI), du polyimide (PI) et du polyéthercétonecétone, (PEKK).
9. Pneumatique ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tissu (T) tridimensionnel formant la bande de roulement (4) a une pression de compression définie selon la norme DIN EN ISO 3386- 1 comprise entre la pression de contact du pneumatique augmentée de IkPa et la pression de contact du pneumatique augmentée de l OkPa.
10. Pneumatique ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure porteuse (2), la bande de cisaillement (3) et la bande de roulement (4) sont constituées chacune par le même matériau.
11. Pneumatique sans air ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure de cisaillement (32) est constituée par une pluralité d’ éléments de cisaillement (32a) répartis circonférentiellement.
12. Roue ( 10) comprenant un pneumatique sans air ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes monté sur une jante ( 100).
PCT/FR2024/051532 2023-12-07 2024-11-19 Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel Pending WO2025120271A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2313795A FR3156376B1 (fr) 2023-12-07 2023-12-07 Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel
FRFR2313795 2023-12-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025120271A1 true WO2025120271A1 (fr) 2025-06-12

Family

ID=89573297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2024/051532 Pending WO2025120271A1 (fr) 2023-12-07 2024-11-19 Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3156376B1 (fr)
WO (1) WO2025120271A1 (fr)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003018332A1 (fr) 2001-08-24 2003-03-06 Societe De Technologie Michelin Pneu non pneumatique
WO2009033620A1 (fr) * 2007-09-14 2009-03-19 Societe De Technologie Michelin Roue élastique non pneumatique
WO2012102932A1 (fr) 2011-01-30 2012-08-02 Michelin Recherche Et Technique S.A. Gauchissement commandé d'une bande de cisaillement d'un pneu
FR2964597B1 (fr) 2010-09-09 2012-08-31 Michelin Soc Tech Roue elastique non pneumatique multietages
WO2018101937A1 (fr) 2016-11-30 2018-06-07 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Bande de cisaillement comportant un caoutchouc à hystérésis ultra-faible
WO2018125186A1 (fr) 2016-12-30 2018-07-05 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Pneu non pneumatique
US20200114687A1 (en) * 2017-06-15 2020-04-16 Camso Inc. Wheel comprising a non-pneumatic tire
FR3130201A1 (fr) * 2021-12-14 2023-06-16 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Pneumatique sans air avec une bande de cisaillement optimisée

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003018332A1 (fr) 2001-08-24 2003-03-06 Societe De Technologie Michelin Pneu non pneumatique
WO2009033620A1 (fr) * 2007-09-14 2009-03-19 Societe De Technologie Michelin Roue élastique non pneumatique
FR2964597B1 (fr) 2010-09-09 2012-08-31 Michelin Soc Tech Roue elastique non pneumatique multietages
WO2012102932A1 (fr) 2011-01-30 2012-08-02 Michelin Recherche Et Technique S.A. Gauchissement commandé d'une bande de cisaillement d'un pneu
WO2018101937A1 (fr) 2016-11-30 2018-06-07 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Bande de cisaillement comportant un caoutchouc à hystérésis ultra-faible
WO2018102560A1 (fr) 2016-11-30 2018-06-07 Compagnie General Des Etablissements Michelin Bande de cisaillement ayant un caoutchouc à hystérésis ultra-faible
WO2018102303A1 (fr) 2016-11-30 2018-06-07 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Bande de cisaillement ayant un caoutchouc à très faible hystérésis
WO2018125186A1 (fr) 2016-12-30 2018-07-05 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Pneu non pneumatique
US20200114687A1 (en) * 2017-06-15 2020-04-16 Camso Inc. Wheel comprising a non-pneumatic tire
FR3130201A1 (fr) * 2021-12-14 2023-06-16 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Pneumatique sans air avec une bande de cisaillement optimisée

Also Published As

Publication number Publication date
FR3156376A1 (fr) 2025-06-13
FR3156376B1 (fr) 2025-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2257424B1 (fr) Produit stratifie composite
EP2195158B1 (fr) Produit stratifie composite
FR2964597A1 (fr) Roue elastique non pneumatique multietages
WO2016116490A1 (fr) Dispositif de type pneumatique pour vehicule
EP2265446A2 (fr) Roue elastique non pneumatique
WO2020021007A1 (fr) Cables metalliques bi-modules
WO2023110657A1 (fr) Pneumatique sans air avec une bande de cisaillement optimisée
EP3489035B1 (fr) Armature de renforcement de pneumatique
EP3131760B1 (fr) Adaptateur pour ensemble roulant et ensemble roulant le comprenant
EP2785535B1 (fr) Sommet pour pneumatique d'avion
WO2025120271A1 (fr) Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre comprenant une bande de roulement en tissu tridimensionnel
FR3160631A1 (fr) Roue notamment pour véhicule extra-terrestre, comprenant un pneumatique sans air et une jante optimisée
FR3160629A1 (fr) Pneumatique sans air, notamment pour véhicule extra-terrestre, comprenant une bande de cisaillement optimisée
WO2025202559A1 (fr) Roue notamment pour véhicule extra-terrestre, comprenant un pneumatique sans air et une pluralité de portions de liaison des rayons de la structure porteuse à la jante
WO2018020163A1 (fr) Dispositif de type pneumatique pour vehicule
EP0098459A1 (fr) Enveloppe de pneumatique comportant un corps dépourvu d'armature de renforcement dans les flancs et au sommet, et un renfort de sommet
EP4096936B1 (fr) Architecture optimisée de pneumatique de type poids-lourd, agricole ou génie civil
WO2024126185A1 (fr) Pneumatique sans air pour véhicule extra-terrestre pouvant rouler à de très basses températures
WO2025202558A1 (fr) Pneumatique sans air, notamment pour véhicule extra-terrestre, comprenant une bande de roulement optimisée et procédé de fabrication du pneumatique sans air par fabrication additive
WO2016046200A1 (fr) Adaptateur pour ensemble roulant et ensemble roulant le comprenant
WO2017092929A1 (fr) Adaptateur pour ensemble roulant et ensemble roulant le comprenant
WO2024200333A1 (fr) Pneumatique sans air avec une structure porteuse optimisée
EP3642051A1 (fr) Dispositif de type pneumatique pour vehicule
WO2015165637A1 (fr) Ensemble roulant
WO2020094979A1 (fr) Dispositif de type pneumatique à éléments filaires souples pour véhicule

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24821482

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1