Brevet FR2483343A1 — publié le 19811204

Profilés galbés absorbeurs d'énergie La présente invention se rapporte à l'utilisation de profilés galbés fabriqués par pultrusion constituant des absorbeurs d'énergie à par- tir de matière plastique armée comportant des renforts unidirection- nels, notamment pour la réalisation de pare-chocs ou de renforts de carrosserie pour véhicules automobiles. La demanderesse a essentiellement décrit dans son brevet français 73/46. 906 les procédés et dispositifs de base permettant d'obtenir des parechocs par pultrusion courbe, ces derniers étant renforcés dans certaines zones, appelés à subir des efforts intenses. L'objet de la présente invention est de développer dans le détail cer- taines formes de produits particulièrement intéressants obtenus à par- tir de la technologie précédente. L'invention sera décrite à titre d'exemples non limitatifs, au regard des figures 1 à 20 ci-jointes, qui représentent respectivement - la figure 1, une vue en perspective éclatée d'un ensemble absorbeur d'énergie, - la figure 2, une vue en perspective d'une première variante de absor- beur assemblé, - les figures 3 à 6, un détail vu en perspective de divers variantes d'assemblage des éléments de base, - les figures 7 à 10, une vue en coupe de quatre possibilités structu- relles d'un profilé, - les figures il à 16, des vues en plan de trois variantes relatives à la courbure des extrémités du profilé respectivement avant et après cette opération, - la figure 17, une vue en plan du produit sortant de la filière et 49398 1 I - 2 - des différentes zones qui le composent, - figures 18 à 20, des vues en plan d'une quatrième variante de con- formation des extrémités, respectivement avant, pendant et après. Considérons l'absorbeur d'énergie pour véhicules automobiles de la figure tL Il comporte en premier lieu un profilé galbé 1 obtenu par pultru- sion, par exemple selon les procédés et dispositifs précédemment déve- loppés dans le brevet de la demanderesse évoqué ci-dessus. En subs- tance, on opère de la façon suivante On entraine à travers un bac contenant par exemple une résine synthé- tique thermodurcissable du type polyester, comportant un catalyseur activable à la chaleur, des fils ou des mèches de verre ainsi qu'un ruban tissé ou non. L'ensemble précédent est alors guidé entre des dispositifs conformateurs pré-déterminant la forme du profilé, la réaction de réticulation étant au passage initiée par un chauffage à coeur au moyen d'un appareil à haute fréquence par perte diélectrique. Le profilé passe ensuite dans une filière de forme adéquate dans laquelle, encore déformablé, il prend son profil définitif et sa cour- bure, son trajet s'effectuant en effet selon une ligne courbe de rayon constant. Le produit obtenu en continu est ainsi tiré hors du dispositif précé- dent par des machoires qui se déplacent angulairement jusqu'à un poste de tronçonnage aux longueurs voulues. principalement De préférence, les profilés sont composés/de fils continus parallèles orientés dans le sens de la pultrusion dans les zones travaillant en traction, de mèches comportant des fils continus et des fils bouclés dans les zones travaillant en cisaillement, de mat de fils coupés ou de filaments continus, comportant des fils continus parallèles orien- tés dans le sens de la pultrusion, dans les zones travaillant en compression. On pourrait utiliser des fibres de renforcement de natures différentes, présentant des modules différents, ces fibres étant disposées à des distances de la fibre neutre qui sont 4903 1 t67 inversement proportionnelles à leurs caractéristiques d'allongement à la rupture. Une des caractéristiques du profilé précédent réside dans le fait qu'il peut être associé au moins localement dans les zones de moment fléchis- sant maximum, lorsque celui-ci est soumis à des efforts, à-une plaque de fermeture telle que 2-2'-2" déterminant par conséquent des sections closes 3 telles qu'illustrées aux figures 3 à 5 qui confèrent une meilleure résistance à l'ensemble résultant. On voit que pour ce faire, le profilé 1 qui comporte une face frontale 21 et des bordures supé- rieure et inférieure 22 s'achevant par des rebords 4-4' (fig. 3 et 4) ou des semelles 5 (fig. 5) coopère respectivement avec les bords 6-6' ou 7-8 de la plaque de fermeture. Une telle disposition empêche le pro- filé 1 de s'ouvrir ou de se fermer lors d'un impact dont la force est comprise dans des limites prévues. Le montage est effectué par coulissement mutuel des plaques de ferme- ture et du profilé jusqu'à leur localisation adéquate; les encastre- ments tels que 4-7 peuvent être consolidés par tous moyens connus, notamment par collage. Dans la variante de la figure 4, on voit qu'on peut aménager un loge- ment frontal 9 en forme de queue d'aronde dans l'épaisseur du profilé l1', ouvert vers l'extérieur, dans lequel on introduit un bourrelet 10 en élastomère ou en matériau thermoplastique. Outre la plaque de fermeture 2, le profilé lI"peut comporter des absorbeurs d'énergie Il en matière synthétique expansée, de préférence semi-rigide, tels qu'en polyuréthannes par exemple. La figure 6 montre qu'une possibilité de solidarisation entre le profilé 11"' et les absor- beurs Il peut s'effectuer par la coopération des semelles 5 du premier avec des bourrelets 12 venus à cet effet à la surface de ces derniers; ils sont obtenus de façon comme en soi en élastomères divers, tels qu'en caoutchouc naturel, les polyuréthannes, ou en matières thermo- plastiques du type polyamides, polypropylène, etc. Par ailleurs, on voit à la figure 1 que la forme des rebords 4 du pro- filé 1 est également utilisable pour la fixation des contre-lames laté- rales de support 13, dont les extrémités 14 sont introduites entre les dits rebords 4. De la même façon, des flasques latérales 15 peuvent être rapportées, en étant partiellement introduites à la fois dans l'ouverture de section 16 du profilé 1 et entre ses rebords 4, respectivement par ces zones 17 et 18, ou bien surmoulées sur le profilé 1 comme cela est visible à la figure 2 en 19. Dans ce cas on peut profiter de l'opération ci-dessus pour faire venir simultanément de moulage des butoirs 20. Les variantes de structure du profilé 1 illustrées aux figures 7 à 10 ont pour but de pallier certaines difficultés inhérentes au procédé de pultrusion. En effet,- lors de la traction du profilé qui est effectuée pour faire avancer le matériau composite à travers la filière courbe de conforma- tion, on peut assister à un déplacement des fils continus de renfort, qui peuvent dans ces conditions se retrouver finalement en dehors des zones de renfort escomptées. On remédie à ce phénomène indésirable en utilisant les surfaces de filières ondulées, dans les dépressions des- quelles les fils de renfort sont guidés. Il leur est par conséquent beaucoup plus difficile de quitter les zones qui leurs sont assignées et qui déterminent les caractéristiques de résistance mécanique dési- rées du produit final. Les profilés ainsi obtenus sont illustrés aux figures 7 à 10. A la figure 7, on voit que les ondulations portent à la fois sur les faces externes et internes de la seule partie frontale 21 du profilé, tan- dis qu'à la figure 8 seule la face interne comporte des ondulations, le profilé étant conformé entre un poinçon porteur d'ondulations et une matrice lisse. On pourrait naturellement inverser cette disposi- tion sans sortir de l'invention. 43sa187u 2A83343 -5- A la figure 9, on remarque que non seulement la face frontale 21 est porteuse d'ondulation, mais également des bordures supérieure et infé- rieure 22. Dans le cas de la figure 1.0, la filière courbe présente un profil évolutif tel que sur une fraction de sa longueur (inférieure aux 2/3 du total), la conformation du produit présente des ondulations du type de celles qui sont illustrées aux figures 7 à 9, tandis que sur le restant de sa longueur, la filière redevient lisse. Le produit résultant pré- sente donc à la fois l'avantage de posséder les fils de renforcement localisés ou endroits adéquats, et de présenter un aspect de surface conventionnel. Les figures suivantes il à 16 illustrent des solutions apportées au problème des profilés qui doivent présenter des rayons de courbure variables. En effet, le procédé de pultrusion donne lieu à des pro- duits dont le rayon de courbure est constant. Mais il est en général souhaitable de donner aux pare-chocs finaux une forme adaptée à la car- rosserie correspondante, et en particulier de faire en sorte que ses extrémités soient enveloppantes. Une première possibilité est représentée à la figure 11, selon laquelle le profilé courbe obtenu par pultrusion est usiné avec enlè- vement de matière de telle façon que ses extrémités ne comportent plus que la façade antérieure 31, facile à courber (fige 12). Une variante est illustrée à la figure 13 selon laquelle ce sont les semelles de la face postérieure 32 des extrémités du profilé qui dans ce cas demeurent intactes, tandis que la partie frontale du profilé ainsi que les bordures latérales supérieure et inférieure subissent une série d'entailles 34 permettant la courbure selon un rayon diffé- rent (fig. 14). La figure 15, est une variante symétrique de la précédente, selon laquelle les entailles sont effectuées par l'arrière à travers les semelles 32 et les bordures latérales 33, ne laissant intacte que la 49398 1 Il -6façade 31. Après courbure, les bordures peuvent être reconstituées en surfaces continues, par exemple par collage (fig. 16). Les profilés du type ci-dessus sont généralement utilisés comme inserts, mis en moule et surmoulés avec des produits thermoplastiques ou thermodurcissables tels que le PVC, les polyamides, les polyuréthannes ou les polyesters. Cette opération bloque alors les extrémités usinées selon les façons évoquées ci-dessus, le profilé servant d'armature à l'en- semble. Une modification du rayon de courbure des extrémités du profilé peut encore être effectuée par voie thermique, agissant sur des matières thermoplastiques ou thermodurcissables. Ceci est schématisé à la figure 17, qui représente un profilé 40 sor- tant en continu de la filière de conformation 41. Selon ce mode opératoire, la réticulation du profilé n'est effectuée que sur la partie centrale 42, à l'exclusion de ses extrémités 43 qui ne sont que gélifiées; ceci est obtenu par interruption momentanée et localisée du chauffage par haute fréquence, qui est de ce fait effec- tué de façon discontinue. Par suite les zones 44 du profilé issu de la filière de mise en forme, tout en demeurant à l'état gélifié non réticulé, arrivent à un poste de découpage 45 qui les sectionne en deux parties égales 43. Les éléments 46 obtenus sont alors repris sur un outil de presse (fig. 18 - 19) constitué d'un poinçon 47 de forme adéquate et de deux matrices 48 complémentaires, agissant sur les extrémités non réticulées 43, les mettant en forme et finalement les cuisant pour donner lieu au profilé définitif 49 de la figure 20, présentant des rayons de cour- bure différents. Comme dans le cas des profilés décrits précédemment, ces derniers peuvent servir d'inserts pour la réalisation de pare-chocs par sur- 4UM t 1070 -7- moulage, cette opération pouvant simultanément donner lieu à la for- mation de divers éléments intégrés, tels que des flasques latérales, des butoirs, etc. Enfin, on ne sortirait pas de la présente invention en utilisant les techniques précédentes de modification du rayon de courbure initial par usinage ou thermiquement, pour agir sur des zones du profilé différentes de ses extrémités. 49398 1 -8 - REVENDICATIONS l. Pare-chocs composite pour véhicule automobile, essentiellement obtenu par surmoulage d'un profilé galbé résultant de la pultrusion de fils oude mèches de verre, imprégnés de résine synthétique durcis- sable à travers une filière présentant un rayon de courbure constant, caractérisé par le fait que ledit profilé est constitué d'une face frontale prolongée par des bordures supérieure et inférieure qui lui sont sensiblement perpendiculaires et dont les extrémités libres pré- sentent des rebords coopérants de préférence avec des éléments de forme correspondante d'au moins une plaque de fermeture dudit profilé, localisé en particulier dans les zones de moment fléchissant maximum de ce dernier lorsqu'il est soumis à des efforts. 2. Pare-chocs composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de la section des rebords du profilé galbé est utilisée pour la fixation complémentaire d'éléments annexes tels que des absor- beurs d'énergie, des contre-lames latérales de support et des flasques latérales. 3 Pare-chocs composite selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des faces interne et externe de la section du profilé galbé comporte des ondulations résultant de la forme ondulée des filières utilisées, les creux des ondulations de ces dernières servant de guide pour les fils de renfort, dont la localisation est ainsi précisément déterminée dans la structure du profilé. 4. Pare-chocs composite selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les faces de la section du profilé galbé sont lisses au stade final de leur fabrication, mais sont passées par un stade intér- médiaire ondulé, duquel découle une localisation déterminée des fils de renfort au cours de la traversée de la filière de conformation dont une première partie possède une surface ondulée, le parcours suivant étant effectué au travers de faces lisses. 5. Pare-chocs composite selon les revendications l et 2, caractérisé 493M1176 _9_ en ce que le profilé galbé présente plus d'un rayon de courbure. 6. Pare-chocs composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on modifie le rayon de courbure d'une zone du profilé galbé après avoir affaibli localement la résistance de ce dernier par enlèvement de matière, ou entaillage de sa section perpendiculairement aux plans de la face frontale et des bordures, mais en laissant intacte soit la face frontale, soit les rebords qui lui sont opposés. 7. Pare-chocs composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on modifie le rayon de courbure d'une zone7profilé galbé par voie thermique agissant localement par chauffage à coeur de la matière qui le compose lorsqu'elle est thermoplastique. 8. Pare-chocs composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rayon de courbure du profilé galbé est localement modifié, lorsque la matière qui le compose est thermodurcissable, par pressage de zones qui n'ont pas été réticulées lors du passage dudit profilé dans la filière de conformation, puis cuisson finale desdits zones pour assu- rer leur réticulation. 9. Pare-chocs composite selon l'une quelconque des revendication pré- cédentes, caractérisé en ce que le profilé galbé étant utilisé comme insert sur lequel on surmoule une matière thermoplastique ou thermo- durcissable, cette opération est utilisée pour donner simultanément naissance à des éléments intégrés complémentaires, tels que des flasques latérales ou des butoirs. 49398 1 l6'