Brevet FR2516866A1 — publié le 19830527

Roue composite en aluminium La présente invention concerne une roue composite en aluminium. De façon générale, l'invention concerne les roues de véhicules sur lesquelles on peut monter des pneus gonfables. Ces roues sont couramment utilisées dans l'industrie des transports pour les automobiles, les camionnettes, les camions et similaires. Dans le passé, les roues utilisées pour le transport ont été formées d'acier forgé. Bien que le service de ces roues d'acier soit satisfaisant, les nécessités croissantes de limiter la consommation des carburants, pour des raisons d'économie et de préservation de l'environnement, ont souvent conduit à tenter de remplacer ces roues d'acier par des roues à base d'aluminium. L'emploi de roues de véhicules en aluminium permet une diminution importante de poids par rapport à des roues semblables en acier. On peut choisir entre deux options pour fabriquer des roues d'aluminium destinées à remplacer les roues d'acier. Les roues d'aluminium peuvent être soit usinées soit coulées. Les roues usinées sont obtenues selon des opérations telles que l'extrusion, le forgeage, le poinçonnage, la frappe, l'estampage, le repoussage et similaires. Les roues en aluminium coulé ont pour avantage de pouvoir être formées avec des faces apparentes décoratives compliquées, si bien que lorsqu'on utilise une roue en aluminium coulé, il n'est pas nécessaire d'ajouter un enjoliveur ou autre élément décoratif pour des raisons esthétiques. Cette caractéristique est souhaitable, car les enjoliveurs ajoutés peuvent être perdus ou volés. Cependant, par suite des propriétés de porosité, de résistance à la fatigue dynamique, de limite élastique et d'allongement de l'aluminium coulé, les roues en aluminium coulé, bien qu'elles soient nettement plus légères que les roues d'acier, ne sont pas aussi légères que permettait de l'espérer le remplacement de l'acier par l'aluminium. D'autre part, les roues en aluminium usiné peuvent être nettement plus légères que les roues en aluminium coulé. Ceci est dû aux propriétés physiques supérieures des structures en aluminium''usiné par rapport à celles en aluminium coulé. Par exemple, un alliage d'aluminium 6061-T6 extrudé ou forgé a une limite élastique d'environ 26,197 daN/mm2 tandis qu'un alliage d'aluminium nO 356 coulé a une limite élastique d'environ 11, 030 à 12, 409 o daN/mm2. L'allongement de l'alliage extrudé ou forgé est au minimum de 14 % tandis que l'alliage coulé a un allonge- ment d'environ 2 à 7 %. Donc, une roue d'aluminium extrudée ou forgée de 35,6 par 12,9 cm en alliage 6061-T6 pèse environ 5,11 kg tandis qu'une roue d'aluminium coulé formée d'alliage 356 et ayant une résistance équivalente pèse environ 7,26 kg. Donc la roue d'aluminium extrudée ou forgée est environ 30 % plus légère que la roue équivalente en aluminium coulé. Cependant, les roues d'aluminium forgé ont un inconvénient du point de vue du styliste. Comme c'est le cas des roues en acier forgé, on ne peut pas donner aux roues en aluminium usiné les faces décoratives compliquées que l'on peut facilement donner aux roues en aluminium coulé. Donc, de même que les roues en acier forgé, les roues en aluminium usiné ont été conçues dans le passé pour recevoir un enjoliveur additionnel ou un autre élément décoratif qui, comme précédemment indiqué, peut être perdu ou volé. Il est donc souhaitable de former une roue d'aluminium d'un seul tenant ayant les propriétés mécaniques d'une roue d'aluminium usiné et les avantages esthétiques d'une roue d'aluminium coulé, en tirant parti pleinement de la diminution de poids que permet l'aluminium par rapport à l'acier. La présente invention permet de produire une telle roue composite en aluminium. La roue composite en aluminium de l'invention est constituée d'une roue de base en aluminium sur laquelle on peut monter un pneu gonflable et dans laquelle une pièce rapportée en aluminium coulé est montée de façon permanente-et solidaire de façon à former une structure composite d'un seul tenant, la pièce rapportée en aluminium coulé ne pouvant pas avoir de mouvement axial après avoir été montée dans la roue de base en aluminium. La pièce rapportée en aluminium coulé améliore l'esthétique de la face visible de la roue composite, mais également augmente la résitance structurelle de cette roue, ce qui permet de réduire de façon importante le poids de la jante de la roue de base en aluminium. La structure de la roue d'aluminium composite d'un seul tenant de l'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en élévation de la face avant d'une roue d'aluminium composite d'un seul tenant formée selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne. 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue agrandie d'une portion de la figure 2, illustrant la mise en place de la roue de base d'aluminium et de la pièce rapportée en aluminium coulé avant qu'on les unisse pour former la structure composite d'un seul tenant ; et la figure 4 illustre la même portion agrandie de la figure 2, montrant la solidarisation de la pièce rapportée en aluminium coulé sur la roue de base en aluminium, pour former la structure composite. La roue composite 1 comprend une base en aluminium 2 et une pièce rapportée en aluminium coulé 3 qui y est montée de façon permanente pour former une structure composite d'un seul tenant. De préférence, la base en aluminium 2 est formée par forgeage ou extrusion. Cependant, la base 2 peut être formée selon l'une quelconque des opérations de travail des métaux précédemment indiquées. La structure de la face illustrée par la figure 1 n'est que l'une des innombrables structures que l'on peut produire selon l'invention. En fait, une des caractéristiques principales de la roue composite en aluminium de l'invention est le fait que l'on peut donner à la pièce rapportée 3 en aluminium coulé pratiquement tout aspect apparent désiré par le styliste tout en utilisant la même base 2 en aluminium. Bien entendu, on peut également utiliser des roues de base 2 en aluminium de structures diverses, appropriées à des véhicules différents ou pour d'autres raisons de construction. La roue de base 2 comporte une portion formant'jante, y compris une gorge 12, et une portion faisant moyeu ou voile 10 adjacente à la gorge 12. Comme le montre la figure 2, la pièce rapportée 3 est immobilisée dans la roue de base 2 par des dispositifs 4 et 6 d'immobilisation par recouvrement qui constituent des portions de la roue de base 2, si bien que cette roue de base entoure au moins partiellement les lèvres de la pièce rapportée en aluminium coulé 3 et immobilise celleci. La pièce 3 comprend une paire de rebords 14 et 16 qui lorsqu'ils sont assujettis par les dispositifs d'immobilisation 4 et 6 dans la base 2, immobilisent la pièce'3 en empêchant son mouvement axial. La figure 3 montre la mise en place de la pièce rapportée en aluminium coulé 3 sur la roue de base en aluminium usiné 2 avant immobilisation. La roue 2 comporte des bourrelets 5 et 7 sur la surface du moyeu ou voile 10. Les bourrelets 5 et 7 peuvent être constitués de plusieurs nodules espacés sur la périphérie de la roue de base 2. Le dispositif de verrouillage peut aussi être constitué par des bourrelets circulaires s'étendant sur la périphérie de la roue, de façon continue ou discontinue. De toute façon, la roue de base 2 comporte des surfaces 8 et 9 qui permettent à la pièce 3 d'y être engagée, les rebords 14 et 16 de la pièce 3 étant construits et disposés de façon à coopérer avec les surfaces 8 et 9 et les bourrelets 5 et 7 afin d'immobiliser la pièce 3 en empêchant son déplacement axial. A ce moment, la structure de la roue composite 2-3 est prête à être terminée. Comme le montre mieux la figure 4, les bourrelets 5 et 7 de la base 2 ont été déformés vers l'intérieur pour former des butées 4 et 6 qui entourent et enserrent les rebords 14 et 16 de la pièce rapportée 3, et la maintiennent en place sur la roue de base 2. On peut effectuer cette opération d'immobilisation de diverses façons. Le procédé préféré pour effectuer cette opération est l'estampage bien connu. Dans cette opération, on maintient fortement en place la roue de base 2 et la pièce rapportée en aluminium coulé 3, par exemple dans une forme, tandis qu'une matrice frappe la face avant de la roue 2 et déforme les bourrelets 5 et 7 pour les transformer en butées 4 et 6 et maintenir ainsi fortement en place la pièce 3 sur la base 2. Cependant, ce n'est pas la seule façon de former la structure composite 1. On peut également utiliser d'autres opérations de travail de l'aluminium telles que le bordage à la molette ou le repoussage. La façon dont on effectue l'opération d'immobilisation n'a pas d'effet sur la structure. finale. On peut former la roue de base 2 selon une opération d'extrusion, comme dans le brevet US nO 3 263 315. Un alliage typique pour roue d'aluminium que l'on peut utiliser pour former la roue de base 2 selon l'invention est l'alliage 6061-T6. Bien entendu, on peut utiliser d'autres alliages semblables. De même, on peut utiliser l'une quelconque des opérations de travail des métaux précitées pour former la roue de base en aluminium 2. On peut former la pièce rapportée 3 en alliage de fonderie 356 que l'on utilise couramment pour couler des roues d'automobiles ou en d'autres alliages de fonderie semblables. La pièce rapportée 3 peut être formée par moulage au sable, coulée en coquille, coulée basse pression ou coulée haute pression. De préférence, on forme la pièce 3 par coulée sous pression élevée ou basse. La pièce rapportée 3 ajoute à la roue un élément décoratif et accroit sa résistance structurelle. Dans la conception des roues d'aluminium, jusqu'à 70 % du poids de la rcue correspondent à la région de la jante. Lorsqu'on utilise la roue composite 1 de l'invention, la pièce rapportée en aluminium coulé 3 déplace une partie des forces d'inertie et d'autres forces de contrainte, qui dans le passé étaient'principalement supportées par la jante, vers le moyeu central 10 de la roue. Ceci permet de concevoir une zone de jante plus légère qu'il n'était possible auparavant. L'emploi de la structure de roue composite 1 de l'invention permet de réaliser une diminution du poids de la zone de jante atteignant 20 % par rapport aux roues d'aluminium antérieures. Un autre rôle de la pièce 3 estun rôle de transfert de chaleur. Pendant la marche d'un véhicule, une quantité importante de chaleur s'accumule dans le pneu. Comme l'aluminium a une conductivité thermique élevée, la majeure partie de la chaleur du pneu est transférée à la roue. Auparavant, dans les roues d'aluminium, la majeure partie de cette chaleur demeurait dans la zone de la jante avec une accumulation continuelle de chaleur, susceptible d'entrainer une défaillance du pneu. Cependant,. lorsqu'on utilise la structure de roue composite 1 de l'invention, la pièce rapportée en aluminium coulé 3 se comporte comme un échangeur de chaleur additionnel et une partie de la chaleur de la jante est transférée dans l'ensemble de la pièce 3 et par conséquent dans l'air, ce qui abaisse la température de la jante et contribue à éviter une défaillance du pneu. Revendications 1. Roue composite pour véhicule, comprenant une roue de base en aluminium qui comporte une jante ayant un voile et un moyeu adjacent au voile, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce rapportée en aluminium coulé (3) contribuant à la résistance structurelle de la roue de base (2) et constituant une partie principale de la face extérieure de la roue composite (1), la pièce rapportée (3) étant immobilisée de façon permanente dans la roue de base (2) afin qu'elle ne puisse avoir de déplacement axial, par une paire de rebords (14,16) de la pièce rapportée (3) et par des dispositifs d'immobilisation (4,6) de la roue de base (2). 2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce rapportée en aluminium coulé (3) est immobilisée dans la roue de base (2) par estampage. 3. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce rapportée (3) est immobilisée dans la roue de base (2) par bordage à la molette. 4. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les dispositifs d'immobilisation (4,6) sont constitués de bourrelets ou nodules déformés (5,7). 5. Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce que les bourrelets (5,7) sont continus. 6. Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce que les bourrelets (5,7) sont discontinus. 7. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce rapportée (3) en aluminium est une pièce moulée sous faible pression. 8. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce rapportée (3) en aluminium est une pièce moulée sous pression élevée. 9. Roue selon l'une quelconque des revendications 1, 7 ou 8, caractérisée en ce que la pièce rapportée en aluminium coulé (3) est en alliage d'aluminium nO 356. 10. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la roue de base en aluminium (2) est une pièce forgée. 11. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la roue de base en aluminium (2) est une pièce extrudée. 12. Roue selon l'une quelconque des revendications l, 10 ou 11, caractérisée en ce que la roue de base (2) est en alliage d'aluminium n 6061-T6.