Brevet FR2060136A1 — publié le 19710618

,, La présente invention concerne une pièce en caoutchouc 'élastique, et plus particulièrement, mais non exclusivement, une pièce en caoutchouc élastique pour un système de suspension d'un véhicule. L'invention a pour objet une pièce en caoutchouc élastique 5 combinée pour présenter une résistance à la compression à une force appliquée de l'extérieur sur un côté et passait d'une façon générale par le centre de la pièce vers une face de la pièce du côté opposé à celui d'application de la force et d'une façon générale perpendiculairement à cette face, la pièce comportant une ouverture centrale entre les extrémités opposées de la pièce 10 suivant un axe transversal à la ligne d'action de la force pour que les parois latérales de la pièce aient sensiblement la même épaisseur transversalement à la ligne d'action afin que ces parois latérales se dilatent sous l'action de la force d'une façon sensiblement égale et transversalement à la ligne d'action en s'éloignant de l'axe pour établir la résistance à la compression. 15 L'invention a aussi pour objet une pièce en caoutchouc élas tique plein comportant un passage traversant la pièce entre deux parois opposées, afin.que quand une force de compression est appliquée à la pièce dans une direction perpendiculaire à l'axe du passage, les parties de la pièce de chaque côté d'un plan contenant la ligne d'action de la force et l'axe du 20 passage se dilatent de la même quantité en s'éloignant du plan. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux desLns annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue en élévation d'une pièce ou bloc en 25 caoutchouc élastique selon un mode de mise en oeuvre de 1'invention, la figure 2 est une vue partielle en élévation latérale du bloc de la figure 1, la figure 3 est une vue en élévation d'un bloc en caoutchouc élastique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, 30 la figure 4 est une vue schématique en élévation montrant : " schématiquement la déflexion des blocs des figures 1 à 3 sous une charge croissant uniformément, et la figure 5 est une courbe de la charge en fonction de la x déflexion du bloc de la figure 4. 35 Le bloc de caoutchouc élastique 10 des figures 1 et 2 est monté sur un support 11 pour présenter une résistance élastique à une force appliquée suivant la flèche A de l'extérieur sur le côté supérieur, la COPY 69 26746 2 2060136 direction ou ligne d'action dé cette force passant approximativement par le centre du bloc vers la face inférieure 12 du côté du bloc opposé à celui de l'application de la force A, la direction de'1'application de la force étant sensiblement perpendiculaire à la face d'appui 12. Cette face d'appui 12 est 5 représentée portant sur une plaque de montage 13 fixée par exemple par une vis 14 sur le support 11. Le bloc. 10 constitue un ressort a taux de ressort sensiblement constant aussi bien sans charge que sous charge. Un"taux de ressort constant représente des accroissements sensiblement égaux en fonction d'accroissements 10 égaux de la charge, par exemple une déflexion de 6,35 mm par 454 g supplémentaires de charge. Cependant, le ressort représenté est plus mou quand il n'est pas chargé que quand il est chargé, de sorte qu'en fait, il représente un ressort à deux étages, tout en ayant un taux de ressort sensiblement constant dans chaque plage de fonctionnement. Des modifications de la forme peuvent 15 aussi permettre les caractéristiques de réponse complètement différentes. En limitant la description du bloc en caoutchouc élastique 10 à l'état non contraint, sa longueur horizontale (par rapport à la représentation) est supérieure à sa largeur et de préférence, ce bloc a une forme générale rectangulaire, aussi bien en élévation suivant la figure 2 qu'en plan. 20 Le' bloc comporte une partie d'embase pleine 15 â partir dé la face inférieure d'appui 12 jusqu'à un plan horizontal indiqué pàr la ligne en traits mixtes B-B. Cette embase est sensiblement rectangulaire en coupe horizontale ainsi qu'en coupe verticale dans le sens longitudinal, mais l'embase est légèrement trapézoïdale en coupe verticale transversale, avec des surfaces latérales 16 25 convergeant vers le haut" à partir des rebords 18 dépassant à la partie inférieure. Une caractéristique d'un b.loc; suivant un mode Se mise en oeuvre préféré de l'invention est 1'absence.dé.contraintes à la liaison entre la face d'appui inférieure' 12 et la plaque de montage 13, ce qui permet la fixation du bloc.à la plaque de-montage par des bords rabattus 19 de la plaque 30 pouvant recouvrir en les comprimant les rebords latéraux 18 du bloc, de la façon représentée sur les figures 1 et 2. De même, la plaque de montage 13 peut comporter des rebords redressés 20 aux extrémités en contact avec les surfaces .verticales .21 des extrémités du bloc. Des parties latérales 22 prolongent vers le haut 1'embase 15 35 d'une seule pièce avecqette embase, ces parties ayant la même hauteur et la „ même épaisseur pour former Ses côtés symétriques. Les surfaces latérales longitudinales 23 sont les prolongements supérieurs des surfaces latérales 69 26746 3 2060136 longitudinales 16 de l'embase trapézoïdale 15 et les extrémités supérieures des parties latérales 22 sont prolongées d'une seule pièce par la partie supérieure 24 en cintre. La surface extérieure 25 de cette partie en cintre est de préférence semi-cylindrique et constitue le prolongement des faces 5 latérales convergentes 23 des parties latérales 22, la ligne de force A * étant dirigée vers le bas contre la ligne de crête du cintre 24, par exemple par l'intermédiaire d'une plaque 26 plane ou en gouttière ouverte vers le bas. Le bloc comporte une ouverture centrale 30 entre les extrémités 21 opposées du bloc 10 et suivant l'axe longitudinal central, transversalement à la ligne 10 de force A, cette ouverture délimitant les parois latérales symétriques 22 pratiquement de la même épaisseur transversalement à la ligne de force A afin que ces parois latérales se dilatent pendant l'utilisation d'une façon sensiblement égale à partir de l'axe de l'ouverture centrale. Cette ouverture centrale 30 est de préférence un passage traversant le bloc de bout en bout 15 avec une surface inférieure 31 arrondie ou sensiblement semi-cylindrique, dont la génératrice inférieure est tangente au plan B-B et dont les côtés se raccordent aux surfaces latérales intérieures 32 légèrement convergeantes vers le haut et d'une façon générale parallèles aux surfaces latérales 23 des parois 22, ces surfaces latérales 32 se raccordant à une surface supérieure 20 33 sensiblement semi-cylindrique concentrique à la surface extérieure 25 de la partie en cintre 24, la surface semi-cylindrique 33 étant tangente à un plan horizontal C-C qui délimite les extrémités supérieures des parois latérales 22 et la section inférieure de la partie en cintre 24 prolongeant les parois latérales. Il sera noté que l'ouverture 30 a la forme d'un coin à deux 25 côtés arrondis, plus large du côté inférieur, occupant toute la longueur du bloc et d'une hauteur et d'une largeur substantielles. Quand le bloc en caoutchouc 10 n'est pas chargé, la dimension verticale de l'ouverture 30 dans le sens de la ligne de force A, c'est-à-dire entre les plans B-B et C-C, est supérieure à sa dimension transversalement à 30 cette ligne de force. De plus, cette dimension verticale de l'ouverture entre les plans B-B et C-C est comparable à l'épaisseur ou hauteur de l'embase trapézoïdale 15 entre la face d'appui e't le plan B-B. Cette épaisseur de l'embase trapézoïdale est suffisante pour éviter les contraintes à la liaison entre la surface d'appui 12 et la plaque de montage 13. 35 Les parois latérales 22 et la partie en cintre 24 ont de préférence une épaisseur au moins égale à la hauteur de l'ouverture 30 (entre les plans B-B et C-C), cette épaisseur ne dépassant de préférence pas 69 26746 4 2060136 environ 50 mm, parce que la pratique montre qu'il est difficile d'obtenir un produit en caoutchouc élastique moulé ayant de bonnes caractéristiques avec des épaisseurs supérieures à environ 50 mm en raison du retard à la vulcanisation en cas d'épaisseurs supérieures, et aussi du fait de l'adhérence aux 5 parois du moule pour un temps de séjour trop important. Le bloc suivant la variante représentée sur la figure 3 est semblable à celui des figures 1 et 2, sauf que ce bloc 10a est fixé par vulcanisation sur une plaque de base 13a_pour supprimer les rebords rabattus 18, 19 et 20 des figures 1 et 2. Ce bloc étant le même sous les autres 10 rapports que celui des figures 1 et 2, les différentes parties sont désignées par les mêmes références numériques avec la lettre a. Les figures 4 et 5 illustrent le fonctionnement d'un bloc selon l'un des deux modes de réalisation décrits ci-dessus. Quand l'un des blocs des figures 1 à 3 n'est pas chargé, sa 15 section transversale est délimitée par le profil W (figure 4) et la section transversale de l'ouverture longitudinale est représentée par le profil w. Par contre, quand une pression, par exemple de l'ordre de 245 kg est exercée sur le cintre supérieur du bloc en caoutchouc pour le fléchissement du cintre de 19 mm, la forme en section transversale du bloc 20 est celle représentéé par le profil X de la figure 4. La partie supérieure du bloc est ainsi aplatie par la plaque 26 et les surfaces extérieures 23 des parois latérales 22 sont repoussées vers l'extérieur pour prendre des formes légèrement convexes, et les parois latérales 16 de l'embase trapézoïdale 15 sont aussi repoussées vers l'extérieur pour qu'elles prennent des formes 25 légèrement convexes. D'autre part, la hauteur du passage longitudinal 30 est nettement réduite et sa largeur nettement augmentée de la façon montrée par le profil x et sa forme est passée de celle d'un coin à côtés parallèles et à bords arïrondis à un profil en forme d'oeuf avec le petit bout du côté supérieur. Il sera noté que l'aire de la section transversale de l'ouverture 30 est nettement réduite. Si la pression A vers le bas exercée par la plaque 26 est augmentée, par exemple à environ 490 kg, le bord supérieur du Hoc en caoutchouc est abaissé d'environ 12,7 mm supplémentaires, et son profil extérieur devient celui montré par le profil Y de la figure 4, la forme de l'ouverture 35 longitudinale étant représentée par le profil £ de la figure 4. La partie supérieure du bloc est ainsi aplatie d'une façon supplémentaire et les surfaces extérieures 23 et 16 des parois latérales 22 et de l'embase 15 sont repoussées vers l'extérieur suivant un profil convexe plus prononcé. En mêmetemps 69 26746 5 2060136 la hauteur de l'ouverture longitudinale 30 (profil 2.) est réduite à moins de la moitié de la hauteur initiale, tandis que sa largeur devient supérieure à la hauteur, avec un fond arrondi en gouttière peu profonde et une surface supérieure en cintre d'une hauteur supérieure à la profondeur du fond. Il 5 sera noté que l'aire en section transversale de l'ouverture se trouve considérablement réduite, mais aussi que le fond de cette ouverture est passé en dessous du niveau du fond de l'ouverture quand le bloc n'est pas chargé. Si la pression vers le bas est augmentée, par exemple à environ 950 kg, le bloc est aplati de 12,7 mm supplémentaires, c'est-à-dire 10 1/3 de sa hauteur initiale, et son profil extérieur devient celui représenté par la ligne Z sur la figure 4, la section transversale de l'ouverture longitudinale prenant le profil indiqué par la lettre z de la figure 4. Le dessus plat du bloc est ainsi encore abaissé et les surfaces extérieures 23 et 16 des parois latérales 22 et de l'embase 15 sont repoussëes vers l'exté-15 rieur pour qu'elles prennent des formes dépassant très nettement par rapport aux formes planes initiales. En même temps, l'ouverture longitudinale (profil ■z) est- devenue à peu "près une ouverture horizontale d'une largeur horizontale à peu près double de celle du profil w sans charge, la hauteur de l'ouverture devenant 'seulement . une petite fraction de la hauteur initiale en l'absence 20 de charge suivant le profil w. De plus, il sera noté que le fond est presque plat avec une surface supérieure en cintre très surbaissée le fond étant de plus bien en dessous du niveau du fond de l'ouverture longitudinale quand le bloc n'est pas chargé (profil w). Cela est en rapport avec l'absence de contraintes de lâison 25 entre la surface d'appui 12 ou 12a_et la plaque de montage 13 ou 13a. La section de 1 * embase trapézoïdale 15 est ainsi une partie massive pleine sans aucune ouverture favorisant la déformation, et sa hauteur est suffisante pour que les pressions internes vers le bas le long des bords longitudinaux latéraux de la surface inférieure ne provoquent pas l'étalement horizontal de la 30 surface d'appui. De plus, cette hauteur de l'embase trapézoïdale 15 empêche une contrainte vers le haut de la surface d'appui 16 tendant à l'éloigner de la plaque de montage 13. En l'absence dé cette hauteur substantielle de l'embase, il a été constaté que l'embase 15 a tendance à se cintrer vers le haut dans la zone médiane longitudinale en établissant une force de décollage 35 entre la surface d'appui 12 et la plaque de montage 13, contrairement aux contraintes de cisaillement pouvant apparaître entre les bords latéraux de la plaque 13 et de la surface d'appui 12 si une pression substantielle autre qu'une pression dirigée vers le bas s'établit à ces bords latéraux. I f 69 26746 6 2060136 Cette absence de contraintes de liaison entre la surface d'appui 12 ou 12a et la plaque de montage 13 ou 13a est importante, aussi bien dans le' cas de la fixation par vulcanisation de la figure 3 que de la fixation sans vulcanisation par maintien des parties marginales suivant les figures 1 5 et 2. Dans le cas de la figure 3, cette absence de contraintes sur la liaison protège bien entendu la liaison vulcanisée. D'autre part, dans le cas des figures 1 et 2, elle supprime toute nécessité de liaison vulcanisée ou collée. Dans ce dernier cas, il n'existe aucune liaison entre la surface d'appui 12 et la plaque de montage 13, les rebords de maintien 18 et 19 "Servant simplement à 10 maintenir les deux parties ensemble du point de vue d'un effet de rebondissement. L'inutilité d'une liaison entre la surface d'appui 12 et la plaque de montage 13 apporte un; autre avantage très important, cîest-à-dire que le bloc en caoutchouc 1© peut-être extradé et ensuite coupé à la longueur pour former un ressort en caoutchouc travaillant à la compression ayant la 15 capacité désirée. En effet, comme le bloc de caoutchouc 1G a une section transversale uniforme de la façon représentée sur la figure 1, il peut être obtenu par extrusion dans le sens de son axe principal, c'est-à-dire de 1'ouverture longitudinale 30, la vulcanisation ayant lieu pendant cette extrusion. La piëee extrudée peut être ensuite coupée en tronçons courts pour former des ressorts 20 en caoutchouc travaillant à la compression d'une capacité faible, ou être coupée en tronçons plus longs pour obtenir des ressorts en caoutchouc travaillant à la compression d'une plus grande capacité. Bans les deux cas, les blocs obtenus peuvent être fixés sur les plaques de montage de dimensions correspondantes par les rebords 19 et 2© décrits ci—dessus. 25 Que le bloc soit produit par extrusion ou par moulage classique la présence de l'^pverture longitudinale 30 ou 30a, en plus de son importance pour le refroidissement du bloc par ventilation forcée (par une . circulation continue d'air ambiant) a une grande importance pour le réglage des conditions de température pour la vulcanisation caoutchouc pendant le 30 moulage. Aussi bien dans le cas de formation par extrusion que de formation par moulage classique, l'ouverture 30 ou 30a ainsi que les surfaces extérieures du dessus et des côtés du bloc en caoutchouc, sont établies par des noyaux métalliques (non représentés) dont la température peut être réglée par circulation d'un réfrigérant ou d'un fluide de chauffage à une 35 température relativement basse pour permettre le refroidissement du bloc en caoutchouc à une vitesse calculée pour obtenir un ressort en caoutchouc travaillant à la compression d'une grande durée dans des conditions d'utilisation sévères et permanentes. Cette ouverture centrale 30 ou 30a permet aussi d'obtenir un ressort en caoutchouc travaillant à la compres— 69 26746 7 2060136 sion pour des conditions de service très sévères ayant des parois d'une épaisseur maximale ne dépassant pas environ 50 cm, épaisseur au-delà de laquelle il est difficile d'obtenir la vulcanisation du caoutchouc en un temps convenable pour assurer une réponse de haute qualité et une grande durée de service avec les techniques actuelles de moulage du caoutchçuc. De plus, avec les techniques habituelles de moulage, les longues durées pour la vulcanisation entraînent une adhérence excessive au moule, et une durée excessive pour la vulcanisation est bien entendu un inconvénient dans le cas du moulage par extrusion. En considérant la courbe de la figure 5, il sera noté que la forme du bloc en caoutchouc suivant les figures 1 à 4 constitue un ressort en caoutchouc travaillant à la compression hautement désirable pour un véhicule circulant sur des routes du fait que son taux de ressort est sensiblement constant. Un taux de ressort réellement constant est représenté par une droite, c'est-à-dire par des accroissements égaux de la dêflexion pour des accroissements égaux .de la charge. Il sera noté aussi que le taux de ressort est plus faible dans la plage correspondant au véhicule à vide (-900 à 1800 kg) que pour la plage correspondant à une charge statique et à des chocs dynamiques (1.800 à 6.000 kg) ce qui permet une suspension moins doré à vide, et en fait un taux de ressort en deux étages entre la marche à vide et la marche en charge. Il apparaît d'après ce'.qui précède qu'un ressort en caoutchouc travaillant à la compression selon la présente invention est caractérisé par un taux de déflexion désirable aussi bien pour des véhicules légers que pour des poids lourds, sans qu'il existe de section de caoutchouc ayant une épaisseur.supérieure à 50 mm, mais avec une compression du ressort pouvant dépasser les deux cinquièmes de sa hauteur sans apparition de contraintes à la liaison. La forme du bloc permet aussi d'obtenir une plage importante pour les capacités de ressort à partir d'une pièce moulée du fait de la section transversale constante en bloquant simplement une partie du moule pour obtenir les ressorts ayant des capacités les plus faibles. Cette section transversale constante et la suppression du besoin d'une liaison vulcanisée permet aussi 1'extrusion des blocs en caoutchouc et permet d'obtenir des ressorts de différentes capacités en coupant simplement la pièce extrudée aux longueurs voulues. Il sera noté aussi que la hauteur du bloc en caoutchouc dans le sens de la ligne de force de A est approximativement égale à sa largeur au niveau de sa face d'appui, transversalement à l'axe longitudinal du bloc, ce qui assure la stabilité l' pendant le fonctionnement. 69 26746 8 2060136 Le terme " caoutchouc " est utilisé dans le présent texte pour désigner un caoutchouc naturel, un caoutchouc synthétique ou un mélange de caoutchouc naturel et de caoutchouc synthétique. La dureté du caoutchouc est de préférence de 50 à 60 au duromètre. Bien entendu, la description qui précède n^'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 69 26746 9 2060136 REVENDICATIOHS 1 - Bloc de caoutchouc élastique présentant une résistance à la compression à une force appliquée de l'extérieur sur un côté et passant sensiblement par le centre du bloc et vers une face située sur le côte 5 du bloc opposé à celui de l'application de la force, la direction d'application de la .force étant d'une façon générale perpendiculaire à cette face, caractérisé par une ouverture centrale entre les extrémités opposéfeft. du bloc/ et le long d'un axe transversal; à la ligne d'action de la force pour délimiter des parois latérales sensiblement de la même épaisseur 10 transversalement à la ligne d'action de la force, afin que la force appliquée provoque des dilatations des parois latérales sensiblement égales transversalement à la ligne d'action de la force en s'éloignant de l'axe longitudinal pour établir la résistance à la compression. 2 - Bloc de caoutchouc élastique selon la revendication 1 15 caractérisé en ce que le bloc a une section transversale pratiquement uniforme dans un plan transversal^ l'axe longitudinal. 3 - Bloc de caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'ouverture longitudinale traverse complètement le bloc entre les extrémités opposées et que l'ouverture a une section 20 transversale pratiquement symétrique de "part et d'autre d'un plan contenant 1 ' axe longitudinal et la ligne d'action de la force. 4 - Bloc de caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la force en section transversale de l'ouverture dans un plan transversal à l'axe longitudinal a une forme allongée dans la 25 direction de la ligne d'action de la force quand le bloc n'est pas chargé et a une forme allongée dans une direction transversale à la ligne d'action de la force quand le bloc est complètement chargé. 5 - Bloc de caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'épaisseur des parois latérales du bloc, trans- 30 versalement à la ligne d'action de la force est supérieure à la distance dans la direction de la ligne d'action de la force entre la surface d'appui et 1« côté inférieur voisin de l'ouverture centrale. 6 - Bloc de caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la face d'appui du bloc est fixée sur une plaque 35 de montage et l'épaisseur du bloc dans la direction de la ligne d'action de la force entre la plaque de montage et le côté inférieur voisin de l'ouverture est suffisante pour empêcher pratiquement toutes^contraintes à la liaison entre le bloc et la plaque de montage. 69 26746 10 2060136 7 - Bloc de caoutchouc élastique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du bloc dans la direction de la ligne d'action de la force entre la plaque de montage et le côté inférieur de l'ouverture est sensiblement égale à la dimension de cette ouverture 5 dans la direction de la ligne d'action de la force quand le bloc n'est pas chargé. 8 - Bloc de caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une surface extérieure du bloc,' considérée en section transversale, a la forme d'un arc et que ce côté du bloc a une 10 épaisseur dans la direction de la ligne d'action de la force sensiblement égale à l'épaisseur de chaque paroi latérale transversalement à la ligne d'action de la force. 9 - Bloc en caoutchouc élastique selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'un côté extérieur a une forme sensiblement semi-cyl^jpidrique. 15 10 - Bloc en caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la forme générale extérieure du bloc est pratiquement rectangulaire suivant les plans parallèles à la face d'appui. 11 - Bloc en caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le pourtour du bloc est pratiquement rectangu-20 laire en section dans des plans perpendiculaires à la face d'appui, parallèlement à l'axe longitudinal du bloc. 12 - Bloc en caoutchouc élastique selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que la dimension maximale du bloc dans la direction de la ligne d'action de la force est sensiblement égale à la dimension de 25 la face d'appui transversalement à l'axe longitudinal.