Brevet FR2529972A1 — publié le 19840113

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, 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 formé d'une partie de tête de bielle en forme de demi- coquille ouverte avec un couvercle de coussinet ayant une forme de demicoquille correspondante, des tronçons unidirectionnels de fibres étant réunis en une boucle entourant le cylindre de coussinet fermé et s'étendant en direction longitudinale de la bielle, et les deux brins de la boucle étant formés sur la partie de tête de bielle ouverte, pour le raccordement au couvercle, en une bride avec des perçages. Une telle bielle, dont le coussinet de tête de bielle 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 plus faible en comparaison à une construction correspondante totalement en métal et conduit ainsi en particulier dans le cas d'une utilisation pour des machines à pistons alternatifs à nombre de tours élevé, à une plus grande stabilité de marche et à un meilleur rendement Avec de tels critères, la tendance est naturellement vers une suppression de toute pièce en métal. Toutefois, par la suppression correspondante de l'enveloppe en métal de la bielle connue, la résistance nécessaire aux forces de pression et de traction, entre autres, ne sera plus garantie: la boucle de fibres pouvant seule être chargée en traction flamberait sous des charges de compression Par ailleurs, une telles structure composite avec deux matériaux ayant des modules différents d'élasticité utilisant une enveloppe en métal servant, entre autres, de forme externe d'appui pour la boucle de fibres, a pour suite que lors de la sollicitation de la bielle la matière fibreuse plus raide supporte alors de façon prépondérante les charges c'est-à- dire que l'enveloppe en métal d'appui n'est pas pleinement chargée. La présente invention a pour tâche, dans le cas d'une bielle de la sorte cidessus mentionnée, de permettre de supprimer les 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, aux extrémités libres des brins, dirigées radialement vers l'extérieur pour la formation des brides de la tige, avec un étrier s'étendant d'une extrémité de brin à l'autre et formée de tronçons de fibres à orientation parallèle à la direction de l'étrier et/ou croisée, avec l'inclusion d'une pièce de compression remplissant l'espace entre le cylindre de coussinet fermé et l'étrier et formée au moins de tronçons de fibres à orientation parallèle à l'axe longitudinal de la bielle Ainsi, la présente invention ne se résume pas à la réunion d'une boucle de fibres et d'une pièce de compression qui, par sa réalisation en fibres de même orientation, en raison de inclusion entre les deux coussinets de la bielle, garantit la résistance à la pression Bien plus, cette combinaison "boucle de fibres/pièce de compression' n'acquiert une résistance suffisante contre des forces transversales dues à l'accélération que par l'introduction de l'étrier Ainsi, l'étrier reliant les extrémités des brins de la boucle de fibres permet non seulement la division de la boucle ou d'éviter une configuration sans fin de la boucle impliquant normalement à la partie de tête de bielle ouverte une courbure multiple de la boucle de fibres (pour laquelle, selon la demande de brevet DE citée ci-dessus, des surfaces planes de brides de la tête de bielle ouverte impliquant une enveloppe de contour extérieur correspondant), mais également un renforcement peu volumineux, mais cependant efficace de la partie de tête de bielle ouverte vis-à-vis de la pression sur les parois des trous des perçages de la bride, avantageusement par le fait que l'étrier à orientation unidirectionnelle de tronçons de fibres dans la direction longitudinale de l'étrier est relié par une couche intermédiaire en tronçons de fibres à une orientation croisée, aux extrémités des brins de la boucle et à la pièce de compression. En prévoyant des couches de recouvrement côté frontal de la bielle et des couches intermédiaires qui leurs sont parallèles et qui subdivisent, en direction longitudinale du coussinet, la boucle avec l'étrier et la pièce de compression, lesdites couches étant formées de tronçons de fibres à orientation croisée, la capacité d'absorption de traction transversale des brins de la boucle est considérablement augmentée par des couches transmettant la poussée, par rapport à la bielle connue de la demande de brevet DE-29 51 112 avec une boucle sans fin autour de deux coussinets fermés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description explicative d'un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue avant d'une bielle en matériau composite renforcée de fibres divisée-à l'une des deux têtes de bielle; et la figure 2 est une vue en perspective de la bielle en. vue partiellement éclatée. A titre d'exemple, comme organe de jonction entre la partie à mouvement linéaire (piston) et le vilebrequin d'un mécanisme de commande 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 pas non plus représenté Pour le montage sur le maneton, la tête de bielle 3 qui lui est destinée est fabriquée-en pouvant être divisée le long d'un plan de joint 4 perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bielle, la jonction de la partie de tête de bielle 3 1 ouverte, en forme de demi-coquille, et un couvercle de coussinet 3 2 également en forme de demi- coquille correspondante, étant réalisée par des vis 6 ajustées dans des perçages 5 (figure 2) des brides 3 3 ou respectivement 3 4. Pour pouvoir, dans une telle configuration traditionnelle, réaliser la bielle en un matériau composite renforcé de fibres, comme de fibres de carbone dans une matrice de résine synthétique, en évitant le métal sans diminution de la résistance, la partie principale ou de tige est pourvue d'une boucle ouverte 7 en tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle le long des brins 7 1 de la boucle, les extrémités libres des brins étant dirigées radialement vers l'extérieur par rapport à la tige 1 à la division de la boucle à la tête de bielle ouverte 3 1 pour la formation des-brides La liaison de transmission de force dans la partie de tête de bielle ouverte 3 1, entre les extrémités libres des brins de la boucle 1 est obtenue par un étrier 8 s'étendant d'une extrémité de brins à l'autre, qui est également en tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle dans la direction o s'étend l'étrier Dans l'espace entre un cylindre 9 de coussinet entouré de la boucle et l'étrier 8 est insérée une pièce de compression 10 qui, étant formée de tronçons de fibres unidirectionnels au moins parallèles à l'axe longitudinal de la bielle, garantit la capacité de charge nécessaire en compression de la bielle. Par une couche intermédiaire Il transmettant la poussée, en tronçons de fibres à orientation des fibres croisée par rapport à l'étrier 8 (tissu ou mat de fibres), on assure de plus d'une résistance suffisante en ce qui concerne la pression sur les parois des perçages 5 des brides (figure 2). Dans ce but, des strates intermédiaires en tissu ou mat de fibres à orientation croisée des fibres peuvent également être insérées dans la structure de fibres unidirectionnelles de l'étrier 8, et de même la couche intermédiaire 11 peut présenter des strates intermédiaires supplémentaires en un matériau fibreux, à orientation unidirectionnelle d'une extrémité de brins à l'autre L'orientation croisée des -35 fibres est avantageusement alternativement de + 450 et 0 /90 par rapport à l'axe longitudinal de l'étrier Pour l'incorporation d'une moitié de coquille de coussinet 12 1 en métal, si cela est nécessaire, il existe encore sur l'étrier 8, à la partie des vis 6, des pièces intercalaires 13 en tissu ou mats de fibres, avantageusement en couches alternativement de + 450 et 00/900 en ce qui concerne l'orientation des fibres, par rapport à l'axe longitudinal du coussinet A l'extrémité fermée de la bielle, il y a par contre une coquille de coussinet 14 incorporée au cylindre de coussinet 9 (précité) réuni à la boucle 7 et à la pièce de compression 10, cette coquille se composant d'un matériau fibreux avantageusement à orientation de 00/900 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet. Pour augmenter la résistance au cisaillement de cette construction de fibres, on prévoit enfin sur les deux côtés frontaux de la bielle, des couches de recouvrement 15 ainsi que des couches intermédiaires 16 parallèles aux couches 15 et divisant la boucle 11 avec l'étrier 8, la pièce de compression 10, la couche intermédiaire 11 et les pièces intercalaires 13 dans la direction longitudinale du coussinet, les couches 15 et 16 étant en un matériau fibreux avantageusement à orientation de + 45 par rapport à l'axe longitudinal de la bielle On comprendra que pour tout matériau fibreux à orientation croisée, on peut utiliser un tissu ou mat correspondant. En ce qui concerne le couvercle 3 2 de coussinet, sa structure des fibres correspond à celle de la partie de tête de bielle ouverte 3 1 de la bielle, c'est-à-dire que dans ce cas il y a un étrier 17 avec, à la partie de vis 6, des pièces intercalaires 18 (pour la réception d'une deuxième moitié de coquille de coussinet 12 2), qui est réuni, par une couche intermédiaire 19 de la sorte ci-dessus décrite ( 11), à un autre étrier 20 identique, qui correspond à la boucle 7 de la partie principale de la bielle Il y a également des couches de recouvrement et intermédiaires 15 1 ou respectivement 16.1 correspondantes supportant le cisaillement. Par ailleurs, au moyen de cales 21 et 22 adjointes aux têtes ou respectivement aux écrous des vis 6, et ayant une conformation appropriée, les pointes de tension de compression sur les surfaces correspondantes d'appui peuvent être dans une très large mesure éliminées Ces cales peuvent, comme d'habitude, être en métal et pour améliorer la transmission des forces, être collées sur les brides 3 3 ou 3.4. Comme on peut particulièrement le voir sur la figure 2, la bielle décrite formée par un assemblage de pièces en fibres, qui peuvent être sectionnées dans des profilés ou également des pièces décomposées Ainsi, la bielle peut être fabriquée selon un principe de modularité particulièrement adapté à une fabrication en série. 7 2529972 REVENDICATIONS 1 Bielle de piston en matière synthétique renforcée de fibres, dont une tête, 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 séparé en une partie de tête de bielle en forme de demi-coquille ouverte avec un couvercle de coussinet en- forme de demi-coquille correspondante, des tronçons unidirectionnels de fibres étant réunis en une boucle entourant le cylindre fermé de coussinet et s'étendant dans la direction longitudinale de la bielle, et les deux brins de la boucle étant formés, sur la partie de tête de bielle ouverte, pour leur raccordement du couvercle, en une bride avec des perçages, caractérisée en ce que sur la partie ouverte de tête de bielle ( 3 1), la boucle ( 7) est divisée et est réunie aux extrémités libres des brins dirigés radialement vers l'extérieur pour la formation des brides de la tige de la bielle ( 1), avec un étrier ( 8) s'étendant d'une extrémité de brin à l'autre et formé de tronçons de fibres à orientation parallèle à la direction de l'étrier et/ou croisée, avec inclusion d'une pièce de compression ( 10) remplissant l'espace entre le cylindre de coussinet fermé ( 9) et l'étrier orientation parallèle à l'axe longitudinal de la bielle. 2 Bielle selon la revendication 1, caractérisée par des couches de recouvrement ( 15) du côté frontal de la bielle et des couches intermédiaires ( 16) qui leur sont parallèles et qui subdivisent la boucle ( 7) avec l'étrier ( 8) et la pièce de compression ( 10) dans la direction longitudinale du coussinet, lesdites couches ( 15,16) étant formées de tronçons de fibres à orientation croisée. 3 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l'étrier ( 8) formé de tronçons de fibres à orientation unidirectionnelle s'étendant en direction longitudinale de l'étrier est relié aux extrémités des brins de la boucle ( 7) et à la pièce de compression ( 10) par une couche intermédiaire ( 11) en tronçons de fibres à orientation croisée. 8 2529972 4 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 caractérisée en ce que sur l'étrier ( 8) est disposé sur le côté tourné vers le couvercle ( 3 2) du coussinet, à la partie des perçages ( 5) de chaque bride, une pièce intercalaire ( 13) en tronçons de fibres à une orientation croisée. Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce que le cylindre fermé de coussinet ( 9) est construit en jonction avec la boucle ( 7) et la pièce de compression ( 10) en tronçons de fibres à orientation croisée, en particulier à orientation de 00/90 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet. 6 Couvercle de coussinet d'une bielle selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par une structure de fibres correspondant à celle de la partie de tête de bielle ouverte ( 3 1), couche de recouvrement (étrier ) correspondant à la boucle ( 7) de la bielle motrice présentant la forme de l'étrier ( 17) du couvercle.