Brevet FR2529971A1 — publié le 19840113

l 2529971 BIELLE DE PISTON EN MATIERE SYNTHETIQUE RENFORCEE DE FIBRES La présente invention se rapporte à une bielle de piston en matière synthétique renforcée de fibres dont une tête de bielle, par exemple pour un axe de piston, a la forme d'un coussinet cylindrique fermé et dont l'autre tête de bielle, par exemple pour un maneton, a la forme d'un coussinet cylindrique séparé en une partie de tête de bielle ouverte en forme de demi-coquille avec un couvercle de coussinet en forme de demicoquille correspondante, des tronçons unidirectionnels de fibres étant réunis en une boucle entourant le cylindre fermé de coussinet en s'étendant en direction longitudinale de la bielle et le couvercle du coussinet étant relié aux deux brins de la boucle. Une telle bielle dont le coussinet de maneton est divisé de façon connue pour des raisons de montage a, dans la forme de réalisation connue par la demande de brevet DE 30 04 575, avec une enveloppe en métal et un noyau en matière synthétique, une masse considérablement minime en comparaison à une construction totalement en métal correspondante et conduit ainsi, en particulier dans le cas de l'utilisation dans des machines à pistons alternatifs à nombre de tours élevé, à une stabilité plus élevée de marche et un meilleur rendement Avec de tels critères, on tend naturellement à éviter toute pièce en métal En supprimant simplement l'enveloppe en métal de la bielle connue, la résistance nécessaire aux forces de compression et de traction ne serait cependant plus garantie: la boucle de fibres pouvant seule supporter les sollicitations en traction flamberait sous des charges de compression Par ailleurs, une telle structure composite ayant des modules d'élasticité différents et utilisant une enveloppe en métal servant entre autre de forme externe d'appui de la boucle de fibres, avec deux matières, a pour suite lors d'une charge de la bielle, que la matière fibreuse plus raide supporte alors principalement les charges, c'est-à-dire que l'enveloppe en métal d'appui n'est pas pleinement chargée. La présente invention a pour tâche de permettre, dans 2 2529971 une bielle de la sortie ci-dessus mentionnée, d'éviter principalement des pièces en métal sans diminution de la résistance. Cette tâche est atteinte par le fait qu'à la partie de tête de bielle ouverte, la boucle est divisée et est réunie, par les extrémités libres de brins dirigées parallèlement à la tige de la bielle pour le raccordement du couvercle, à un étrier s'étendant d'une extrémité de brin à l'autre, et formé de tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle par rapport à la direction de l'étrier avec inclusion d'une pièce de compression remplissant l'espace entre le cylindre de coussinet et l'étrier et formée au moins de tronçons de fibres à orientation parallèle à l'axe longitudinal de la bielle et que la boucle et l'étrier sont réunis à leurs extrémités dirigées face à face par un assemblage à enture avec le couvercle de coussinet ayant la forme d'un étrier correspondant. Ainsi, la présente invention ne se résume pas à la réunion d'une boucle de fibres et d'une pièce de compression qui, grâce à la structure homogène des fibres en raison de son insertion entre les deux coussinets de la bielle, garantit la capacité d'absorption des efforts de compression. Bien plus, cette combinaison "boucle de fibres/pièce de compression", n'acquiert une résistance suffisante à des forces transversales dues à l'accélération, que par la mise en place de l'étrier de coussinet L'étrier de coussinet reliant les extrémités des brins de la boucle de fibres permet la division de la boucle (ou respectivement d'éviter une configuration sans fin conditionnant une courbure multiple de la boucle de fibres sur la partie de tête de bielle ouverte), sans limiter les extrémités de brins dans leur orientation pour la forme finalement choisie des emplacements de jonction entre la partie de tête de bielle ouverte et le couvercle de coussinet avec l'avantage que l'on peut obtenir une liaison par matière comme sécurité de la jonction lors du montage de la bielle motrice, d'une façon simple au moyen d'une matière d'apport De ce point de vue, dans le cas d'un mode de réalisation stratifié o il y a des 3 2529971 couches de recouvrement côté frontal et des couches intermédiaires qui leurs sont parallèles et qui subdivisent la boucle avec l'étrier de coussinet et la pièce de compression ainsi que le couvercle de coussinet en direction longitudinale du coussinet, les couches intermédiaires étant formées de tronçons de fibres à orientation croisée en vue d'obtenir une jonction collée pouvant être fortement chargée dynamiquement, entre la partie de tête de bielle ouverte et le couvercle de coussinet on utilise de préférence un assemblage à enture dans lequel les couches de fibres unidirectionnelles placées entre les couches de recouvrement et les couches intermédiaires de la partie de tête de bielle ouverte d'une part et du couvercle de coussinet d'autre part sont biseautées en sifflet de façon que leur réunion à chevauchement donne un aboutement à chaque fois entre une couche unidirectionnelle et une couche de recouvrement ou intermédiaire en vis-à-vis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue avant d'une bielle divisée à l'une de ses deux têtes, en un matériau composite renforcé de fibres; la figure 2 montre cette bielle en vue de côté; et la figure 3 ne montre que la tête divisée de la bielle. A titre d'exemple comme lien entre la pièce à mouvement linéaire et le vilebrequin, d'un mécanisme à bielle et vilebrequin, la bielle représentée se compose principalement d'une tige 1 avec des têtes de bielle 2 et 3 ayant la forme de coussinets cylindriques d'une part pour un axe de piston non représenté et d'autre part pour un maneton qui n'est de même pas représenté Pour le montage sur le maneton, la tête de bielle correspondante est divisée en une partie de tête de bielle en forme de demi-coquille ouverte 3.1 et un couvercle de coussinet 3 2 en forme de demi- 4 2529971 coquille correspondante Pour obtenir, pour cette configuration divisée de la bielle, une construction en un matériau composite renforcé de fibres, comme des fibres de carbone dans une matrice de résine synthétique, en évitant le métal, également pour la jonction de la partie de tête de bielle ouverte 3 1 avec le couvercle de coussinet 3 2, sans diminution de la résistance, la partie principale ou de tige est pourvue d'une boucle ouverte 4 en tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle le long des brins 4 1 de la bande, à la division de laquelle à la partie de tête de bielle ouverte 3 1, pour le raccordement du couvercle, les extrémités libres des brins sont parallèlement à la tige 1 de la bielle Une liaison de transmission de force dans la partie de tête de bielle ouverte 3 1, entre les extrémités libres des brins de la boucle 4 est obtenue par un étrier 5 s'étendant d'une extrémité de brin à l'autre, en tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle dans la direction o s'étend l'étrier Dans l'espace entre un cylindre de coussinet 6 entouré par la boucle et l'étrier 5 est insérée une pièce de compression 7 qui, étant formée au moins dé tronçons unidirectionnels de fibres parallèles à l'axe longitudinal de la bielle, garantit la capacité nécessaire d'absorption de compression de la bielle Le cylindre de coussinet 6 se compose, par exemple comme une bobine, d'un matériau fibreux à orientation croisée des fibres, avantageusement avec une orientation des fibres de 0 /900 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet; dans un cas de nécessité, on peut prévoir encore une coquille de coussinet en métal 6 1 Enfin, le couvercle de coussinet 3 2 ayant la forme d'un étrier de coussinet correspondant à la partie de tête de bielle ouverte 3 1, se compose de tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle par rapport à la direction dans laquelle s'étend le couvercle. Pour augmenter la résistance et la rigidité au cisaillement de toute la structure de fibres de cette bielle, on prévoit, selon la figure 2, en plus des couches de recouvrement 8 côté avant ou frontal, des couches intermédiaires 9 parallèles, subdivisant la boucle 4 avec 2529971 l'étrier 5 et la pièce de compression 7 ainsi que le couvercle de coussinet 3 2 en direction longitudinale, les couches intermédiaires étant en un matériau fibreux avantageusement à orientation de ±45 o On comprendra par ailleurs que l'on peut utiliser, pour tous les matériaux à orientation croisée, un tissu ou mat correspondant. On peut obtenir une jonction à haute capacité de charge entre la partie de tête de bielle ouverte 3 1 et le couvercle de coussinet 3 2 par un simple collage lors du montage de la bielle motrice, grâce à un assemblage à enture des extrémités en vis-à-vis de la partie de tête et du couvercle Dans ce but, selon la figure 2, les couches de fibres unidirectionnelles 10 ou respectivement il de la partie de tête de bielle ouverte 3 1 d'une part et du couvercle de coussinet 3 2 d'autre part entre les couches de recouvrement et intermédiaires 8 ou respectivement 9, sont biseautées en sifflet de façon que leur jonction avec chevauchement, comme cela est représenté, forme à chaque fois un aboutement entre une couche de fibres unidirectionnelles 10, 11 et une couche de recouvrement ou intermédiaire 8 ou respectivement 9 en vis-à-vis Ainsi, on obtient la plus grande surface de jonction ou de collage possible entre les couches de fibres unidirectionnelles 10 de la boucle 4 ou respectivement de l'étrier 5 et les couches de fibres unidirectionnelles 11 du couvercle de coussinet 3 2 Dans le cas de conditions requises moins élevées pour la capacité de charge de la jonction collée, les couches de recouvrement et intermédiaires ainsi que les couches de fibres. unidirectionnelles de la boucle et de l'étrier d'une part et du couvercle de coussinet d'autre part qui sont situées entre elles, peuvent être disposées bout à bout de façon que des couches de fibres unidirectionnelles et des couches de recouvrement ou intermédiaires se chevauchent. Enfin, en vue de la jonction collée préférée entre la partie de tête de bielle ouverte 3 1 et le couvercle de coussinet 3 2, il faut noter que selon la figure 3, la coquille de coussinet en métal 12 prévue dans ce but (si cela est nécessaire) doit simplement être disposée en tant que 6 2529971 douille à bride divisée avec son joint de séparation 12 1 décalé angulairement par rapport au joint de séparation entre la partie de tête de bielle ouverte 3 1 et le couvercle de coussinet 3 2, pour exclure, lors du montage, un passage de la colle jusqu'aux surfaces du coussinet Il est bien entendu possible de garantir la coquille de coussinet 12 contre une rotation au moyen de tiges 13 ou moyens de verrouillage analogues, coopérant avec la bride de la coquille - 7 2529971 REVENDICATIONS 1 Bielle de piston en matière synthétique renforcée de fibres, dont une tête de bielle, par exemple pour un axe de piston, a la forme d'un coussinet cylindrique fermé et dont l'autre tête, par exemple pour un maneton, a la forme d'un coussinet cylindrique divisé en une partie de tête de bielle ouverte en forme de demi-coquille avec un couvercle de coussinet en forme de demi-coquille correspondante, des tronçons unidirectionnels des fibres étant réunis en une boucle entourant le cylindre de coussinet fermé, en s'étendant dans la direction longitudinale de la bielle et le couvercle de coussinet étant relié aux deux brins de la boucle, caractérisée en ce qu'à la partie-de tête de bielle ouverte ( 3 1), la boucle ( 4) est divisée et est réunie aux extrémités libres de brins dirigées parallèlement à la tige de la bielle ( 1) pour le raccordement du couvercle, avec un étrier de coussinet ( 5) s'étendant d'une extrémité de brin à l'autre et formé de tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle par rapport à la direction o s'étend l'étrier, avec insertion d'une pièce de compression ( 7) remplissant l'espace entre le cylindre de coussinet fermé ( 6) et l'étrier ( 5), et formée au moins de tronçons de fibres à orientation parallèle à l'axe longitudinal de la bielle et en ce que la boucle ( 4) et l'étrier ( 5) sont réunis par un assemblage à enture avec le couvercle de coussinet ( 3 2) en formé d'étrier, à leurs extrémités dirigées face à face. 2 Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce que la sécurité de jonction de l'assemblage à enture est garanti par une colle. 3 Bielle selon la revendication 1 caractérisée par des couches de recouvrement côté frontal ( 8) et des couches intermédiaires ( 9) qui leur sont parallèles et qui subdivisent la boucle ( 4) avec l'étrier ( 5) et la pièce de compression ( 7) ainsi que le couvercle ( 3 2) du coussinet en direction longitudinale de l'étrier, lesdites couches étant formées de en tronçons de fibres à orientation croisée. 4 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée par un assemblage à enture o les couches de fibres unidirectionnelles 110 ou 11) situées entre les couches de recouvrement et intermédiaires ( 8, 9) de la partie de tête de bielle ouverte ( 3 1) d'une part et du couvercle de coussinet ( 3 2) d'autre part, sont réunies de façon que leur jonction à chevauchement donne à chaque fois un aboutement entre une couche de fibres unidirectionnelles et une couche de recouvrement ou intermédiaire ( 8, 9) en vis-à-vis. Bielle selon la revendication 1 icaractérisée en ce que le cylindre fermé de coussinet ( 6) est formé de tronçons de fibres à orientation croisée, en particulier à orientation de 00/900 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet. 6 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la partie de tête de bielle ouverte ( 3 1) et le couvercle de coussinet ( 3 2) sont pourvus d'une coquille de coussinet ( 12) ayant la forme d'une douille à bride divisée, qui est disposée de façon que son joint de séparation ( 12 1) soit décalé angulairement par rapport au joint de séparation entre la partie de tête de bielle ouverte ( 3.1)-et le couvercle de coussinet ( 3 2).