Brevet FR2418487A1 — publié le 19790921

La présente invention concerne des dispositifs qui comprennent des cercles qui sont reliés à des moyeux par plusieurs bras, et, plus particulièrement, des dispositifs qui sont utilisés comme volants dans les véhicules automobiles pour transmettre le couple entre le cercle et le moyeu et pour absorber les chocs sur le cercle par déformation avec absorption d'énergie se produisant dans un ou plusieurs bras. Dans le cas des véhicules automobiles, le volant comprend un cercle relié au moyeu par un, deux ou trois bras. Le volant a généralement son axe de rotation monté suivant un certain angle par rapport à l'horizontale, de sorte que l'extrémité inférieure du cercle se trouve dans sa position la plus en arrière. Lors d'un choc, le conducteur d'un véhicule peut être projeté contre le volant, et plus le volant est rigide, plus le choc qui sera exercé sur le corps du conducteur est grand. Par conséquent, il est souhaitable que le volant ou l'arbre sur lequel le volant est monté absorbe ce choc, de façon à réduire les blessures dont le conducteur peut être victime. La présente invention a pour objet de prévoir un volant perfectionné qui, en plus de sa fonction de transmission de façon répétée des couples normaux, absorbera les chocs du type décrit cidessus sans recul. La présente invention a également pour objet de prévoir un dispositif perfectionné du type décrit ci-dessus, où l'absorptionde l'énergie du choc se produit dans un ou plusieurs bras qui s'étendent entre le moyeu et le cercle. La présente invention a également pour objet de prévoir un dispositif perfectionné du type décrit ci-dessus où le cercle transfère progresssivement les chocs à un ou plusieurs autre bras, après que l'un des bras ait cessé d'être efficace. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins cijoints, dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'un volant composite, durci, fabriqué selon la présente invention La figure 2 est une vue en coupe du moyeu et des bras opposés du volant représenté dans la figure 1 La figure 3 est une vue en plan d'un moule à segments sur lequel sont enroulés des filaments pour fabriquer le volant représenté dans les figures 1 et 2.Le moule contient une gorge sur sa périphérie et trois gorges qui s'étendent depuis celle-ci, obliquement vers le haut, vers un moyeu qui forme le reste de l'armature La figure 4 est une vue en coupe verticale prise approximativement le long de la ligne 4-4 de la figure 3 ; Les figures 5A , 5B et 5C représentent schématiquement différents modeles qui peuvent être utilisés pour enrouler les brins dans le moule lors de la fabrication de l'armature La figure 6 est un schéma présentant un mode d'imprégna tion d'un brin avec un liant, et d'enroulement du brinimprégné de liant dans le moule ; et Les figures 7A , 7B et 7C décrivent schématiquement un procédé oh : une préforme est constituée par l'enroulement de filaments dans un moule, la préforme est transférée à un second moule où elle est imprégnée de résine sous pression et sous vide et le moule est chauffé de façon à durcir la résine. Selon la présente invention, un volant est prévu qui se brisera lorsqu'il est soumis à une surcharge par propagation de fissures dans le sens longitudinal d'un bras sans rupture des surfaces supérieure et inférieure (fibres) du bras . La rupture se produira de préférence près du centre du bras de façon à produire deux demi-épaisseurs de bras, qui à leur tour sont plus flexibles et peuvent fléchir sur une plus grande distance. Selon la présente invention, cet effet est obtenu en réalisant les bras avec un grand nombre de fibres parallèles à grande résistance mécanique, dont une extrémité est ancrée au cercle et l'autre extrémité au moyeu.Les fibres sont maintenues en alignement parallèle par un liant durci ayant une résistance au cisaillement contrôléequi permet un délaminage inter-lamellaire contrôlé entre les fibres lorsque le cercle reçoit un choc ou est soumis à une surcharge Le matériau composite en résine et en fibres des bras ayant une très grande résistance mécanique et étant ancré- aux deux extrémités maintient le cercle sur le moyeu,ce qui permet une transmission progressive de la charge depuis le cercle jusqu'aux autres bras. Les fibres appropriées peuvent être des fibres organiques minérales ou métalliques. Parmi les fibres organiques on peut citer les polyesters, les fibres en nylon, les fibres aramides, le polypro pylène, le coton, les fibres acryliques, etc.. Parmi les fibres minérales, on peut citer les fibres en graphite, les fibres en bore, les fibres de verre, etc. ; parmi les fibres métalliques, on peut citer les fibres en aluminium, les fibres en acier, etc.. Des mélanges des fibres citées ci-dessus peuvent être utilisés dans la construction du volant composite. A cause de la disponibilité et du faible coût relatif, des brins de fibres de verre disponibles dans le commerce sont le type de fibres de renforcement ayant la préférence. Les liants appropriés peuvent être de même organique s ou minéraux. Les liants organiques comprennent les résines polyesters, les résines époxy, les résines de condensés aldhehdiquesR les résines polyamides, etc. avec ou sans chargesinertes,Les fibres minérales appropriées seront des ciments à base de magnésium et d'oxygène. Le système de liant donne de préférence le lien désiré des fibres et une résistance au cisaillement inter-laminaire recherché pour le bras. La fixation des fibres longitudinale de bras entre le cercle et le moyeu peut être exécutée de différentes façons ; cependant,il est préférable que les brins de fibres s'étendent de façon ininterrompue autour d'une partie appréciable du cercle et du moyeu. Un châssis typique, ou armature, d'un volant selon la présente invention est représenté dans les figures I et 2. Un procédé de fabrication de telS châssis,ou armature, est représenté dans les figures 3 à 6 et comprend une série de bobines 11 portant des filaments de renforcement tels que des filaments continus en verre 12. Les filaments sont introduits dans un espaceur 13 et dans une cuve d'imprégnation 14 contenant une résine appropriée 15 telle que du polyester, un ester de vinyle, une époxy, etc. ; à la suite de quoi, les filaments sont imprégnés de résine. Les filaments passent alors dans un oeuillet d'alimentation 16 et soitamenés dans ou sur, un moule 17 le long de sa périphérie 18 et de canaux 19. La rotation du moule soit seule, soit en coordination avec l'oeuillet d'alimentation se traduira par l'établissement de filaments à une épaisseur désirée. La configuration obtenue peut être modifiée à volonté de façon à établir tout trajet désiré pour le filament et tout rapport de volome souhaité du moyeu, des bras, ou du cercle. Les configurations d'enroulements typiques qui sont représentés dans les figures 5(A) et 5(C) peuvent produire un volant à deux bras ; la configuration d'enroulements de la figure 5(B) produit un volant à un seul bras. Un exemple d'un moule convenable 21 est représenté dans les figures 3 et 4 et comprend des blocs fendus 22 et 23, le bloc 23 comportant plusieurs segments amovibles par vissage 24.Le moule 21 est monté sur un arbre 25, une extrémité de l'arbre passant à travers un moyeu métallique ou en plastique 26 et étant fixé à celui-ci par un boulon 27. A son autre extrémité, l'arbre est vissé dans, ou relié par cannelures avecoune broche d'une machine d'enroulement 28, de sorte que le bloc 22 appuie sur l'épaulement de broche 29. Cet arrangement permet de faire varier la longueur de l'arbre 25 et par conséquent de modifier l'angle des bras par rapport au moyeu 26 ou la profondeur du volant. Un canal périphérique extérieur 30 est défini par le moule 21, et plusieurs canaux inclinés 32, 33 et 34 sont prévus sur le bloc 22. Cependant, il est évidemment dans le cadre de la présente invention de prévoir un canal ou cavité de formation de cercle sur la surface du bloc 22 si- tué à l'intérieur de la périphérie.De plus, le canal de formation de cercle peut avoir une configuration à plusieurs coins de façon à lier les filaments aux coins pendant la pose initiale de filament. Cette technique permet un enroulement plus étroit du filament dans le canal de.façon à obtenir un effet de pré-contrainte. En fonctionnement, les filaments continus, tels que les fibres de verre, les fibres en graphite, les fibres aramides, etc. sont introduits à partir des bobines 11, avancent dans la cuve d'imprégnation 14 et sont enroulés en continu autour du canal péri phérique 30, et le long des canaux 32, 33 et 34. Dans ce processus, les filaments sont également enroulés autour du moyeu 26 de sorte que ce moyeu se trouve incorporé par les enroulements dans la structure de volant. Les filaments peuvent etre appliqués par déplacement de l'oeuillet d'alimentation 16 alors que le moule 21 reste immobile, où le moule peut tourner alors que le bras de l'oeuillet d'alimentation est immobile ; cette dernière méthode est utile lorsqu'on applique les filaments au canal périphérique 30. Lorsque l'établissement de la quantité désirée de filaments est terminé, le moule 21 est simplement enlevé de la broche 28 en le tirant ou en dévissant l'arbre 25 auquel il est fixé. Le moule peut alors être placé dans un four et soumis à une certaine chaleur et à une certaine pression de façon à obtenir un composite de volant à filaments imprégnés de résine durcie. A la suite de ce traitement, les segments amovibles 24 et le boulon 27 sont dévissés ou déserrés, et le volant 35 et le moyeu 26 durcis sont extraits du moule 21. Les figures 7(A), 7(B) et 7(C) représentent un autre procédé de fabrication d'un volant à filaments enroulés. Les filaments sont déposés ou appliqués dans un moule 40 (figure 7(A)) essentiellement exempt de résine, les filaments étant maintenus ensemble par un liant léger qui est compatible avec, ou soluble dans, une résine à matrice appropriée. Cela permet d'obtenir une préforme 41 représentée dans la figure 7(B) ; la préforme est alors transférée à un moule, représenté dans la figure 7(C), où la résine de matrice est introduite sous vide, sous pression ou dans une combinaison des deux, ce qui permet l'imprégnation de la préforme. Le moule contenant la préforme imprégnée de résine est alors soumis à un traitement de durcissement. La figure 1 représente le volant durci 35, comprenant un cercle 36, des rayons 37 en une pièce avec le cercle, un support de moyeu 38 et un moyeu métallique 39 à l'intérieur du support de moyeu. La structure peut être utilisée soit en volant sans autre traitement important, ou être utilisée en armature de support de charges primaire qui sera ensuite recouverte de matériau choisi en fonction de l'esthétique, de la couleur, ou d'autres considérations. La figure 2 représente la partie d'une structure de volant typique 45 en matériau en filaments imprégnés d'une résine 46 qui a été enroulé autour d'un moyeu 47 et durci . Un canal central cannelé 48 est pratiqué dans le moyeu, et des parties extérieures 49 en forme de rondelle sont disposées sur la périphérie du moyeu. Comme il est enfermé à l'intérieur d'une résine durcie, un lien mécanique solide se trouve établi entre la résine et le moyeu, en particulier au droit des rondelles 49. De plus, les forces de liaison dues à l'adhésion et les forces de contraction dues au changement de phase se combinent avec la liaison mécanique pour former un liaison à long terme excellente entre le moyeu et le volant. Comme cela a été indiqué précédemment, d'autres méthodes existent pour obtenir l'orientation des fibres désirées dans le cadre de la présente invention. L'un des moyens les plus simples pour obtenir des groupements parallèles de fibres de verre consiste à enrouler les filaments en brin sur un tambour tournant et à produire soit un écheveau d'une largeur de bande prédéterminée, soit un cylindre continu. Une partie du cercle de l'armature selon la présente invention, par exemple, pourrait être obtenue par enroulement d'un brin dans un cerceau ayant la dimension du cercle désiré Les bras peuvent être fixés au cerceau et au moyeu en fabriquant des préformes segmentées appropriées à partir des cerceaux, dont la périphérie correspond en longueur à celle des deux bras, plus la partie périphérique du cercle entre les deux bras, plus un tour autour du moyeu.Ces préformes peuvent être tordues sous forme de 8 comportant une boucle de grand et de petit diamètre. Ces préformes en 8 sont alors placés R force sans fin dans un moule approprié, la boucle à petit diamètre s'étendant autour du moyeu et la boucle à grand diamètre s'étendant jusqu'auxcôtésadjacentsdes deux bras adjacents et autour de la partie de cercle d'interconnexion. Trois de ces préformes peuvent être placées dans un moule sur la partie supérieure d'une boucle circulaire formant la partie supérieure du cercle de façon à produire une armature comportant trois bras.Les préformes sont naturellement imprégnées d'un matériau formant liant et lors du durcissement du liant, elles sont intégrées dans une armature rigide, ayant sensiblement la même configuration de fibre et les mêmes propriétés physiques que l'armature obtenue par le procédé d'enroulement continu. Dans le procédé d'enroulement continu et dans le procédé utilisant plusieurs préformes, les fibres sont reliées au cercle et au moyeu sous des rayons laissant un petit creux triangulaire au centre. Les rayons qui sont ainsi produits naturellement augmentent le module de section des bras à leur jonction avec le cercle et le moyeu et évitent une concentration des contraintes en ces points. Dans les deux modes de réalisation décrits ci-dessus, le cercle 36 peut être déplacé axialement d'environ 15 cm par rapport au moyeu 39, de sorte qu'un objet heurtant le cercle provoquera le fléchissement de l'un des bras. Dans la position avant normale du volant, l'un des bras se trouvera à sa partie inférieure. Alors que ce bras se trouve déformé par une charge d'impact , le cercle 36 transfère des parties croissantes de la charge d'impact aux autres bras de l'armature, deux de ces bras étant normalement horizontaux. Ainsi, il se produit un transfert séquentiel de la charge d'impact à divers bras de l'armature. Dans le mode de réalisation préféré, les bras défaillent alors que le cercle reste intacte. La défaillance des bras est provoquée par un cisaillement inter-laminaire, près du centre des bras. Ces ruptures commencent de préférence dans le tierscentral du bras et augmentent progressivement en longueur sur la longueur du bras. Les ruptures produisent des clivages longitudinaux entre la résine et les fibres, laissant les fibres intactes. Alors que les clivages augmentent en longueur, le bras devient plus flexible, ce qui provoque une nouvelle déformation et à son tour à nouveau clivage -simul tanément une résistance maintenue à la charge d'impact est assurée. Le liant entre les fibres peut naturellement être conçu de façon à fournir toute résistance au cisaillement désirée par modification de la quantité des charges inertes utilisées ou de la composition de la résine, ou des deux. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Organe de transmission de couple comportant un moyeu, un cercle, et des bras reliant le moyeu au cercle, caractérisé en ce qu'il comprend des bras formés en étendant des fibres généralement parallèles entre le cercle et le moyeu, les fibres étant ancrées au moyeu et au cercle et étant liées ensemble par un liant durci,