Brevet FR2515094A1 — publié le 19830429

1. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication de volants de direction muni de bras et analogues à partir de fibres parallèles consolidées par un liant et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif de fabrication de volants de direction pour véhicules automobiles et analogues. On a proposé jusqu'ici de fabriquer les volants de direction des automobiles en faisant appel aux techniques d'enroulement de filaments Dans l'application de ces tech- 1 U niques, l'homme de l'art a trouvé que, bien que la configu- ration d'enroulement soit totalement aléatoire,les fila- ments, pendant leur enroulement, se forment ou se séparent par groupes, lesquels ne sont liés,dans la mesure o ils le sont, que par de grandes zones non renforcées de liant. Il semble qu'il n'y ait aucun moyen pratique d'obtenir un. renforcement transversal dans un moule d'enroulement de filaments lorsqu'il s'agit de formes aussi compliquées En outre, on a rencontré des problèmes dans la liaison des filaments parallèles à des moyeux métalliques; dans le rem- plissage correct des cavités et dans les tentatives tendant à éviter la séparation des fibres dans les bras L'une des zones les plus sujettes à provoquer des ennuis est celle o les bras sont reliés au pourtour extérieur du volant Lors- qu'on fait passer les filaments dans les bras et dans le pourtour, ils sont désolidarisés de façon aléatoire des fi- 2 2515094 bres se dirigeant dans la direction *opposée,de sorte que les fibres tournant-dans le sens des aiguilles d'une montre sont séparées et se groupent en se désolidarisant des fi- bres allant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ne laissant ainsi que le liant pour relier les deux groupes, séparés Ce qui est encore plus ennuyeux est le fait que des bulles d'air peuvent être introduites dans le liant pendant que les fibres forment les groupes séparés,ce qui a pour ef- fet de laisser un liant chargé d'air,de qualité inférieure, entre les deux groupes Un autre problème se produisant est que tout matériau de renforcement qui est introduit dans les moules de l'art antérieur est déplacé par les brins qui sont mis en place pendant le processus d'enroulement des filaments. Un objet de la présente invention est un procédé perfec- tionné de fabrication de volants par enroulement de filament o un meil- leur positionnement des enroulements les uns par rapport aux autres est obtenu,et o le problème de l'entraînement d'air dans le liant est éliminé. Un autre objet de la présente invention est un 2 u procédé perfectionné de changement de la position des fila- ments après leur enroulement dans la position enroulée sans qu'il y ait un relâchement matériel des filaments et une diminution de la résistance mécanique du produit final. Un autre objet de la présente invention est un procédé perfectionné de fabrication de volants muni de bras par enroulement de filaments, o-le renforcement est d'abord effectué dans un moule et o l'enroulement des fi- laments est alors exécuté, sans changement de la position du renforcement; cette opération étant exécutée en même temps qu'il y a une répartition uniforme des filaments dans l'ensemble du moule d'enroulement des filaments. Un autre objet de la présente invention est un moule perfectionné d'enroulement de filaments qui permet d'atteindre les objets du procédé précédent. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en plan de l'armature d'un volant d'automobile construit par enroulement de fila- 3 2515094 ments avant application par moulage du revêtement décora- tif; La figure 2 est une vue de côté de l'armature de la figure 1; La figure 3 est une vue oblique d'un patin de renforcement utilisé dans l'armature de la figure 1; La figure 4 est une vue en plan d'un moyeu métal- lique sur lequel sont enroulés les filaments; La figure 5 est une vue de côté du moyeu de la figure 4; La figure 6 est une vue de côté semblable à la figure 5 mais représentant l'enroulement des filaments; La figure 7 est une vue d'en bas de la figure 6 représentant des brins ou filaments enroulés; La figure 8 est une vue éclatée du moule utilisé dans la fabrication de l'armature des figures 1 et 2; La figure 9 est une vue oblique d'une bande de compression utilisée en conjonction avec le moule de la figure 8; La figure 10 est une vue oblique représentant les pièces des figures 8 et 9 après assemblage; La figure 11 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 11-11 de la figure ; La figure 12 est une vue en plan du moule complet de la figure 10; et La figure 13 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 13-13 de la figure 12. Dans un procédé recommandé de fabrication selon la présente invention de volants construits par enroulement de filaments, des patins de renforcement transversaux en fi- bres sont placés dans le moule en des endroits critiques avant de procéder à l'enroulement des filaments. De façon que la position de ces patins ne soit pas déplacée par les enroulements de brins pendant leur mise en posi- tion par traction, il est nécessaire que le moule soit spé- cialement construit de façon que les brins y soient intro- 4 2515094 duits sans entraves et en dehors des patins L'un des en- droits critiques o la demanderesse recherche à utiliser des patins se trouve à la jonction des bras et du pourtour. Le moule selon la présente invention est construit de façon que la cavité formant le pourtour ait généralement la for- me d'un C ayant un canal d'accès étroit conduisant à la périphérie du moule, et ayant des parties de la cavité en forme de C situées au-dessus et au-dessous de l'ouverture d'accès Les patins sont placés dans la partie de la cavi- té en forme de C située au-dessous de l'ouverture étroite d'accès, de sorte que les enroulements ne les touchent pas pendant leur entrée dans la cavité Un problème est sou- levé avec une telle cavité pour pourtour en forme de C en ce sens que les enroulements s'amoncellent au centre de la cavité et ne remplissent pas ses parties supérieure et in- férieure La demanderesse a résolu ce problème en introdui- sant un instrument en forme de cale dans l'ouverture d'ac- cès de façon à caler les enroulements dans de's directions latérales opposées et à remplir les parties supérieure et inférieure de la cavité en forme de C. L'un des avantages de l'enroulement de filaments est que l'on -obtient un paquet serré de fibres parallèles et que chaque fibre est tendue de façon à supporter immé- diatement sa part de la charge sans qu'-il y ait élimina- tion des cambrures pendant l'application de la charge On a jusqu'ici proscrit d'appliquer une pression de déforma- tion à un matériau enroulé en filaments dans une direction qui détend les fibres avant leur séchage Cependant la de- manderesse a trouvé que l'on peut déplacer sans problème les enroulements du pourtour dans le sens latéral sans dé- tendre les filaments au point que la résistance mécanique du pourtour diminue Pour exécuter ce mouvement latéral, les enroulements de filaments de la présente invention uti- lisent un léger excès de résine Avec cette résine en excès non seulement le décalage des enroulements est facilité en favorisant leur "flottement" dans le sens latéral, mais-la résine "moussante" dans laquelle l'air est entraîné peut être extraite des fibres Les enroulements sont ainsi mieux consolidés,avec une résine plus solide entre eux, et le pro- duit final est ainsi plus robuste Le même phénomène se produit dans les bras et le moyeu de l'armature du volant. Les présentes caractéristiques ainsi que d'au- tres caractéristiques seront expliquées en liaison avec le procédé et le moule de fabrication d'une armature en S d'un volant de véhicule automobile représentée dans les fi- gures 1 à 7 des dessins. L'armature en S d'un volant d'automobile comprend 1 un moyeu métallique 10 ayant une ouverture cannelée 12 s'étendant axialement qui est destinée à recevoir un arbre (non représenté) Le moyeu 10 comporte des flasques supé- rieur et inférieur distants l'un de l'autre enfermant les enroulements de filaments autour du moyeu La partie du moyeu située entre les flasques a une section 18 non circu- laire de façon à permettre une meilleure transmission du cou- ple au moyeu Des filaments imprégnés de résine sont enrou- lés autour du moyeu, puis tirés tangentiellement vers l'ex- térieur en quatre endroits,de façon à produire des bras Ci 20, 22, 24 et 26 Les bras sont dirigés obliquement vers le haut jusqu'à un pourtour circulaire 28 o environ la moitié des brins d'un bras tourne dans le sens des aiguilles d'une montre dans le pourtour, alors que l'autre moitié tourne dans le sens inverse Entre ces groupes, un vide a tendance à se former de sorte que la jonction des bras avec le pour- tour a la forme d'un Y prononcé Pour renforcer cette jonc- tion en forme de Y entre un bras et le pourtour, la deman- deresse incorpore un patin 30 en forme de T qui comprend de préférence des fibres parallèles s'étendant latéralement, qui sont cousues ensemble La partie transversale du patin s'étend le long du pourtour, et sa tige suivant le bras. Le moule de fabrication de l'armature en S du vo- lant décrit ci-dessus comprend un support 32 sur lequel est verticalement en saillie un montant fileté 34 destiné à recevoir un seul moyeu 10 Une bague annulaire 36 est dis- tante concentriquement du montant 34 en regard de la base du support 32; des rampes 38, 40, 42 et 44 relient la ba- 6. gue 36 au support 32 aux endroits o les bras doivent être réalisés Une paire de plaques verticales 46 et 48, distan- tes l'une de l'autre, sont placées sur les côtés opposés de chaque rampe de façon à contenir les enroulements de fi- laments devant constituer un bras Une rainure 50 de forma- tion du pourtour 28 du volant est pratiquée dans le bord périphérique supérieur de la bague 36 Les plaques vertica- les 46 et 48 qui constituent les parois latérales pour la réalisation des bras s'arrêtent avant la rainure 50, et qua- tre plaques de couverture en forme de segments 52,54, 56 et 58 servent à recouvrir la rainure 50,sauf au droit des ram- pes de formation des rayons La plaque de couverture 52, par exemple, comporte une extrémité entaillée autour de la plaque verticale 46 de la rampe 38, et son autre extrémité est entaillée autour de la plaque verticale 48 de la rampe Six boulons 60 (deux pour la plaque 52) reçoivent des écrous de fixation qui sont vissés de façon à maintenir les plaques de couverture en place Les plaques 54, 56 et 58 ont leurs extrémités entaillées de la même façon et sont aussi fixées en position de la même manière La partie inférieure des plaques de couverture 52, 54, 56 et 58 cc i_ te une rainure 62, dont la forme est généralement appariée à celle de la rainure 50, de sorte que la cavité ainsi obte- nue a généralement la forme d'un C, laissant un étroit ca- nal d'accès 64 qui communique avec la périphérie du moule. Le canal 64 a une profondeur égale approximativement au tiers de celle de la cavité en forme de C. Le moule tel qu'il a été décrit jusqu'ici est pré- paré pour l'opération d'enroulement des filaments en pla- 33 çant un moyeu 10, avec son grand flasque 14 vers le bas, sur le sommet du support 32 Une plaque de maintien 66 est glis- sée sur le montant 34 et fixée sur le flasque 16 du moyeu par un écrou 68 Un jeu suffisant existe entre la plaque 66 et les extrémités intérieures des plaques verticales 46 et 48, de sorte qu'un doigt d'enroulement de filaments F (voir figure 6) portant un brin revêtu de résine peut y être introduit comme cela est connu dans l'art Les patins 30 7 2515094 imprégnés de résine sont placés dans la rainure 50 au- dessous du canal d'entrée 64, avec leur tige dans le sens d'une rampe Le doigt d'enroulement de filaments se promène dans l'espace séparant la plaque 66 et les plaques vertica- les de façon à procéder à l'enroulement du moyeu 1 li, puis entre les plaques 46 et 48 de l'une des rampes. Le doigt F se déplace vers le haut entre les bords des plaques de couverture adjacentes, puis vers le bas de façon à recouvrir le canal d'accès 64, puis se promène au- tour du canal 64 soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre vers une autre rampe Le doigt traite alors cette rampe au- tour du moyeu, descend vers une autre rampe, tourne autour du canal 64, selon un programme conçu pour conférer une épaisseur généralement uniforme au matériau de la rainure en forme de C et des rampes Il est clair que les enroule- ments introduits dans le canal étroit 64 s'y établiront sans remplir la rainure en forme de C. Après que le volume correct d'enroulements a été ú 3 déposé partout, un croisillon 70 de compression est placé sur le moule et fixé jusqu'à ce que ses surfaces de butée soient en contact avec la partie supérieure des plaques 46 et 48 Le croisillon comporte quatre jambes 72, 74, 76 et 78 qui sont reliées à leurs extrémités intérieures par une bague 80 (voir figure 13) se montant entre la plaque de maintien 66 et les extrémités intérieures des plaques ver- ticales 46 et 48 Les parties inférieures des jambes 72 - 78 du croisillon ont toutes une épaisseur réduite de fa- çon à permettre leur extension entre les plaques 46 et 48 et la compression des matériaux sur les rampes qui constituent naturellement les bras du volant devant être réalisés L'épaisseur réduite laisse une paire d'épaule- ments 82 qui butent contre les sommets des plaques verti- cales 46 et 48 le long de chaque rampe de façon à limiter la compression des matériaux dans chaque rampe Deux écrous 84 fixent en place le croisillon de compression 70. Comme on le voit le mieux en figure 8, les extrémités ex- térieures des jambes du croisillon sont agencées de façon à 8 2515094 s'étendre sur la rainure 50 entre les plaques de couverture 52 58; et leur surface inférieure a un contour qui est conforme à celui de la rainure 62 des plaques de couverture. Le moule est terminé par une bande de compres- sion 90 (voir figures 9 à 13) qui se fixe autour de la pé- riphérie du moule La bande 90 est constituée de deux demi- sections qui sont articulées à l'une de leurs extrémités, par exemple en 92, et qui sont fixées ensemble par un agence- ment à levier 94 à leur autre extrémité La surface intérieu- re radiale de chaque demi-section comporte une saillie ar- rondie 96 qui est prévue pour se monter dans le canal d'accès 64 et exercer un effet de cale sur les enroulements de brins qui restent contigus au canal d'accès 64 latéralement vers le haut et vers le bas, de manière à remplir la rainure 50 de la bague 36, et la rainure 62 des plaques de couverture 52 58. Les armatures de volants d'automobiles construi- tes dans le moule venantd 'être décrit subirent un essai à la fatigue à l'aide d'un dispositif qui confère trois degrés de mouvement à l'armature Les armatures essayées étaient toutes constituées d'une certaine formulation de brins impré- gnés de polyester, et obtenues par enroulement de filaments dans le moule selon un programme prédéterminé de mouvements. Les armatures furent essayées par fixation des moyeux 10 dans la position représentée en figure 1 Un dispositif d'es- sai fut assujetti au sommet du pourtour (figure 1) à mi-dis- tance entre les bras 20 et 22; et des forces dirigées sui- vant trois axes perpendiculaires les uns aux autres furent appliquées au dispositif d'essai On fit pour cela appel à trois vérins à double effet, l'un étant disposé de façon à tirer axialement vers le haut avec une force de 240 Newtons, et vers le bas avec une force de 182 Newtons; un autre ra- dialement vers le centre avec une force de 280 Newtons,et en s'éloignant du centre avec une force de 263 Newtons; et un autre tangentiellement vers la droite avec une force de 343 Newtons et vers la gauche avec une force de 325 Newtons. Les vérins fonctionnèrent à la cadence de 100 cycles par minute. 9. Dans l'art antérieur, les armatures de volants d'automobiles étaient obtenues avec un canal d'accès 64 ayant la pleine profondeur de la rainure de formation de pourtour, avec utilisation de plaques de couverture plates ne comportant aucune rainure 62 Aucun croisillon de com- pression 70 ou aucune bande de compression 90 n'était uti- lisé; et aucun patin de renforcement 30 n'était employé,car il ne pouvait être appliqué qu'au cours d'une opération sé- parée après l'enroulement des filaments Des armatures de volants construites selon la technique de l'art antérieur étaient défaillantes après environ 10 000 cycles. Les armatures de volants d'automobiles construi- tes selon la présente invention, en faisant appel au croi- sillon de compression 70 et à la bande de compression 90, mais sans patins de renforcement 30, supportent sans défail- lance au moins 40 000 cycles environ Des armatures faites selon la présente invention, en faisant appel aux patins de renforcement 30 supportent sans défaillance au moins 500 000 cycles L'industrie automobile a besoin de volants qui supportent au moins 50 000 cycles Pour la première fois, un volant construit par enroulement de filaments est réalisé,qui satisfait les critères établis, démontrant que des volants construits suivant cette nouvelle technologie peuvent concurrencer toutes les armatures en acier Avant le présent développement, un certain nombre de sociétés ont abandonné leur programme d'étude de volants construits par enroulement de filaments. Il est clair que les objets cités précédemment, ainsi que d'autres objets sont atteints, et que la demande- resse a établi un nouveau procédé de fabrication de volants à bras à partir de fibres parallèles Il n'était pas possi- ble jusqu'ici de fabriquer de tels produits avec des procé- dés classiques Les techniques de fabrication, selon la présente invention, d'une couche initiale d'enroulements de filaments, puis de décalage des enroulements dans le but d'obtenir un dépôt final, constituent une avance importante dans l'art L'art antérieur a des tabous à cet égard. 10. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 11 2515094 REVENDICATIONS 1 Moule de fabrication de volants de'direction à bras et analogues à partir de liants de renforcement de filaments parallèles, caractérisé en ce qu'il comprend: un support central comportant une surface supérieure pour y supporter un moyeu; un pourtour généralement annulaire en- tourant le support à une certaine distance de celui-ci; au moins deux rampes reliant cette surface supérieure du sup- port au pourtour annulaire; une rainure de moule dans la lu surface supérieure du pourtour annulaire et jusqu'à laquel- le s'étendent les rampes; une paire de plaques de guidage verticales pour chaque rampe avec des plaques respectives situées sur les côtés opposés de la rampe; une plaque de couverture en forme de segment pour une partie de la rainu- re pratiquée dans le pourtour entre les rampes, cette pla- que de couverture comportant une rainure de moule dans sa surface inférieure qui recouvre la rainure de moule prati- quée dans le pourtour, un espace séparant le pourtour et la plaque de couverture allant des rainures jusqu'à la pé- riphérie du pourtour de façon à créer un canal d'accès an- nulaire aux rainures de moule du pourtour et de la plaque de couverture, ce canal d'accès ayant une largeur qui est une fraction de la profondeur combinée desdites rainures; une bande rabattable s'étendant autour du pourtour à l'ex- térieur du canal d'accès, cette bande comportant une sail- lie annulaire s'étendant radialement vers l'intérieurqui est destinée à se monter dans le canal d'accès et à compacter le matériau vers le haut dans la rainure de moule de la pla- que de couverture et vers le bas dans la rainure de moule du pourtour; et un moyen de butée pour limiter le déplace- ment radial vers l'intérieur de la saillie annulaire dans le canal d'accès de façon que soit limité à son tour le déplacement des matériaux dans les rainures de moule. 2 Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une couverture de rampe comprenant: une paire de plaques de couverture de chaque rampe; un pont maintenant ensemble les plaques; les plaquesrespectives de le 2515094 couverture ayant des surfaces inférieures qui s'étendent vers le bas et se montent entre des paires respectives de plaques de guidage verticales sur les rampes; et un moyen de butée limitant le mouvement descendant des plaques de cou- verture pour les rampes. 3 Moule selon la revendication 2,caractérisé en ce que les plaques de couverture ont des surfaces infé- rieures radialement extérieures qui ont un contour corres- pondant à celui de la rainure de moule de la plaque de cou- l verture en forme de segment, 4 Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de maintien annulaire d'un moyeu sur-le support, cette plaque ayant une partie infé- rieure qui est évidée de façon à-recevoir la partie supé- rieure du moyeu, et qui s'étend radialement à l'extérieur du moyeu de façon à renfermer les filaments et le liant qui s'accumulent dans l'espace situé radialement à l'exté- rieur du moyeu. Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pont pour la couverture de rampe comprend une par- tie en forme d'arc qui s'étend vers le bas entre la plaque de maintien annulaire et les plaques de couverture de ram- pe. 6 Procédé de fabrication d'un volant à bras à partir de matériaux armés de fibres orientées parallèle- ment, caractérisé en ce qu'il comprend; la fourniture d'un moule ayant un support central avec une bague annulaire sur son pourtour comportant une rainure de moule dans sa surfa- ce supérieure contiguë à sa périphérie, et au mains deux 3 X rampes reliant la rainure au support central, le placement d'une plaque de couverture en forme de segment comportant une rainure de moule dans sa surface inférieure sur la rai- nure de moule de la bague annulaire, en laissant un canal d'entrée entre la bague et le couvercle qui communique - avec la périphérie de la bague et le couvercle; le place- ment d'un moyeu comportant des flasques supérieur et infé- rieur parallèles sur le support central; l'enroulement de 13. fibres parallèles imprégnées de liant dans le canal d'en- trée jusqu'aux rampes, et entre le flasque du moyeu jusqu'à ce que des fibres parallèles et le liant s'amoncellent dans les rainures de moule jusqu'au canal d'entrée; et l'intro- duction d'un organe en forme de cale dans le canal d'entrée de façon à déplacer les fibres parallèles latéralement et à remplir les rainures de moule de la bague annulaire et de sa plaque de couverture; et le durcissement du liant. 7 Procédé selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que l'étape d'introduction est exécutée en intro- duisant par force les segments d'une bague dans le canal d'entrée, et en les fixant en positionpendant le durcisse- ment du liant. 8 Procédé selon la revendication 7, caractéri- sé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: l'introduc- tion des fibres parallèles et du liant qui entoure le flas- que supérieur du moyeu sur le support central vers le bas avant l'étape de durcissement. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend: l'introduction des matériaux sur les rampes vers le bas avant l'étape de durcissement de façon à déplacer les fibres parallèles sur la rampe latéralement en contact de pontage par le liant les unes avec les autres, et l'élimination de l'excès de liant et de l'air qu'elles con- tiennent. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suivante: le placement d'un patin de renforcement imprégné de liant dans la partie de la rainure de la bague annulaire qui est située au-dessous du canal d'entrée et en regard des rampes avant la mise par traction des fibres parallèles imprégnées de liant dans le canal d'entrée. 11 Armature pour volant de direction, caractéri- sée en ce qu'elle est réalisée par le procédé de la revendi- cation 10.