Brevet FR2522089A1 — publié le 19830826

TITRE : VIL. EBREQUIN EMBIELLE MONOBLOC EN MATERIAUX COMPOS OU ou NCN. DOMAINE TECHNIQUE : Toutes pièces techniques où un système bielle manivelle classique implique la démontabilité d'un des deux organes Donc industrie en général et moteurs thermiquesen particulie ETAT : DE LA TECHNIE Actuellement un ensemble bielle manivelle impli que (I) Soit une démontabilité au niveau de la biell ce qui implique 2 boulons, un centrage délicat, des manipula tions et réglages ainsi que l'impossibilité d'utiliser commod ment des paliers à aiguilles. (2) Soit une démontabilité du vilebrequin de fa çon à pouvoir utiliser des paliers à aiguilles ou rouleaux. Le vilebrequin est alors compliqué, délicat à fabriquer et fragile. Dans tous les cas la démontabilité implique un surcroît de matière pour assurer le mortage, donc, une inert accrue, des temps de montage et d'usinage importants OBJECTIF DE L'INVENTION Supprimer ces différents defauts en ayant des bielles et un vilbrequin monobloc - utilisant des paliers de la qualité souhaitée sans avoir à tenir compte de critères technologiques de fabrication. PRINCIPE DE L'INVENTION Le moule des matériaux composites destiné à devenir le système bielles-vilbreouin comporte des nositionneu qui maintiennenteleur place pendant le moulage des inserts - or ces inserts sont, en fait, des paliers complets male-femelle et anches ou protégés pendant l moulage de toute pénétration de résine dans la zone de frot tersent. A la fin du roulage on a donc une pièce, par exemple injectée en résine chargée de fibres courtes qui est nature3 lement segmenté et différenciée en bielle et vilbrequin assem blés par la présence in situ des paliers qui assu rent, en quelque sorte, le rôle de complément de moule. Le moulage peut s'effectué soit a la suite (d'abor le vilebrequin ensuite les bielles ou inversement) il peut dgalement s'effectuer en un seul coup - remarquons que les paliers de vilebrequin destines à tourillonner dans le bloc moteur peuvent être constitués d'inserts métalliques malefemelle contenant la surface frotante AVANTAGE DE=TA=vEC'InUE On peut, grâce à cette technique de positionnement avent moulage du palier, utiliser des paliers délicats de tré haute qualité tels les paliers à billes, aiguilles ou rouleaux. On peut évidemment utiliser des paliers régulés et, éventuellement, des paliers recouverts de Tn ff. La lubrification peut se faire soit par des gicleurs qui "visent" les surfaces à lubrifier et sont situés sur le bloc; soit par des canaux aménagés dans le vilebrequir soit par perçage (comme cfest le cas pour les vilebrequins métalliques), soit par des canaux moulés directement dans le vilebrequin - ce peuvent, notamment, être des "poignards" de maintien du palier loZs du moulage, SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES An niveau structure du composite I)- On peut envisager pour les pièces peu contraintes: une matière non changée. 2)- Pour les pièces moyennement contraintes une matière chargée de fibres courtes réparties aléatoirement. 3)- Pour les pièces très oontnintes on peut emploi des produits pré-tissés. La technologie de mise en oeuvre dans ce dernier cas peut être la suivante : Pour les bielles on prépare un anneau de filament passant autour de la tête et du pied de bielle (ce peut être du filament sec ou mieux du préimprégné) pour le voile de la bielle on prépare de la tresse, on presse le tout dans le moule, éventuellement, on injecte la matrice si les filament étaient secs - Dans le cas contraire on peut, soit ne rien ajouter et se contenter de créer les conditions de pression et température de cuisson; soit, injecter de la résine chargé de fibres courtes pour renforcer localement; on peut ainsi, par exemple, avoir l'anneau de filament en place et constitu le voile de la bielle et sa mise en pression en procédant à l'injection de résine chargée ou non en cet endroit. Au niveau du vilebrequin le procédé est analogue On prépare une tresse épaisse autour d'un tuyau de caoutchouc ou d'un mandrin acier. On enfile la tresse à travers lés anneaux const tués par les paliers. Quand la moule est fermé on retire le mandrin acier et l'on gonfle la cavitée médulaire du vilebrequin constituée soit par la béance laissée en place par le mandrin, soit par le tuyau en caoutchouc - ce gonflage permet d'obtenir les conditions de pression température néce saire au moulage - les masses d'équilibrage peuvent être obtenues par injection d@ résine changée ou non; enfin, si nécessaire, ce gonflage peut être effectué b l'aide de résin chargée de façon à accroître encore les performances du vile brequin qui est alors passif et est constitué par une écorce de fibres tissées et une Sme de fibres dispersées. AVANTAGE DU PROCEDE L'embiellage et le vilebrequin d'un moteur thez mique sont des pièces relativement lourdes qui, de plus, sor soumises à des variations de régime et des accélérations importantes - le fait de les alléger par cette technique est capital pour les raisons suivantes : (I)- L'inertie de rotation étant réduite, il faut dépenser moins d'énergie pour changer le régime de rott tion de l'équipage mobile; or, en traction terrestre, le rS gime moteur est très souvent et très rapidement variable il est donc plus important d'économiser de l'inertie de rotatif que de l'inertie de pièces non tournantes. (2)- Lamasse du vilebrequin embiellé dotant moi élevée que celle de son homologue classique on obtient de p3 bien évidemment in alègement massique du véhicule. (3)- Grande solidité, simplicités et facilité fabrication des pièces qui peuvent être fortement tissées. (4)- Possibilité d'utiliser, notamment, des douilles à aiguilles et donc d'avoir un coefficient de froti ment trés réduit ainsi que des impératifs de pression de li brification modérée (donc économie de perte de p,rnpage) (5)- Réduction de l'inertie Res bielles donc moindre frottement au niveau des paliers et possibilité de gimes de rotation plus élevés. REMARQUE : Cette technique n'est pas exclusivement destiné à des matières plastiques - On peut imaginer des vilebrequin embielles en aluminium, fonte ou acier, coules avec des pal: insert en acier, céramique ou métaux réfractaires. REMARQUE 2 : P@@ vilebrequin on entend toute pièce technique de géometrie voisine ou toute ch@pne que l'on veut fabriquer indémontable par rapport à ce bielle. REMARQUE 3 Eventuellement l'insert peut n'être qu'un séparateur , le tourillonement se faisant alors par le jeu laissé libre par la dilatation différentielle au niveau de l'insert - entre, par exemple, la bielle et l'insert. REMARQUE 4 L'on peut également faire appel à des paliers hydraustatiques situés entre bague male et femelle. REMARQUE 5 En moulent en deux coups, par exemple, d'abord les bielles ensuite le vilebrequin ou vice-versa, l'insert peut se réduire à un produit de démoulage et la bielle tourillonne sur le vilebrequin, nu après dissolution du démoulant - on a donc un intermoulage d'une pièce sur 1' autre Ré ARQUE 6 Avec la technique décrUe en 5 on peut étendre la notion de système bielle manivelle inter moulées à la fay brication de rotule sphérique on fait alors, par exemple, la boule et sa queue puis, on passe le démoulant et l'on intermoule la chape par dessus REVENDI CATI ON S I - Pièce mécanique complexe (genre vilebrequin) comprenant des parties mobiles (genre bielles) l'une par rapport à 1' autre, indémanchables et indémontables. Caractérisée par le fait que le palier qui assure la mobilité d'une des parties par rapport à l'autre est un insert qui a été positionné da le moule et a servi à compléter ce moule et à séparer ainsi la bielle du vilebrequin. 2 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué principalement d'une bague unique et qu le jeu de tourillonnement est obtenu par dilatation diffère: tielle entre le matériaumoulé et l'insert. 3 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué de 2 bagues définissant entre elles un jeu fonctionnel permettant le tourillonnement sous graissag à l'huile, à la graisse ou a des poudres genre graphite ou fluorures 4 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué par 2 bagues concentriques définissant entre elles un jeu fonctionnel et dont l'une est régulée ou a sflbi un traitement analogue à celui des coussinets de bie classiques. 5 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué de 2 bagues définissant entre elles un jeu fonctionnel et dont l'une est en graphite, en bronze, ",e'flon'ou tout autre produit moderne à bas frottement. 6 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué de 2 bagues portant des usinages destin à définir des "Bacs à huile" et séparées par un intervalle suffisant pour créer un palier hydraulique. 7 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué par 2 bagues concentriques qui constitu les pistes de roulement de billés, aiguilles ou rouleaux et constituents ainsi une douille à bills, aiguilles ou roule 8 - Insert selon la revendication I caractérisé par le fait qu'il est constitué par le déroulant soluble que l'on a déy sur itun des organes, par exemple la bielle, avant de moule la manivelle ou inversement. 9 - Pièce mécanique complexe selon I, connue sous le nom d'embout à rotule, caractérisée par le fait que la ranivel ] a une portée sphérique (est en fait une bille) et par le ft que la bielle est une chape qui a été moulée sur la bille l'insert srparateur étant un déroulant soluble, ou un paliE genre Téflon ou bronze.