Brevet FR2529973A1 — publié le 19840113

l 2529973 BIELLE DE PISTON EN MATIERE SYNTHETIQUE RENFORCEE DE FIBRES La présente invention concerne 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, 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 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 brins de la boucle. 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. 2 2529973 Cette tâche est atteinte par le fait que la boucle a la forme d'une boucle sans fin gauche pliée autour d'un boulon, entourant des deux côtés le cylindre fermé de coussinet et s'élargissant aux deux extrémités de boucle, côté boulon, au moyen d'un étrier, pour l'accouplement avec chevauchement de ce dernier avec le couvercle de coussinet attaché par le boulon, avec remplissage de l'espace entre le cylindre fermé de coussinet et l'étrier par une pièce de compression La présente invention ne se résume pas à la réunion d'une boucle de fibres avec une pièce, qui, déjà en raison de son introduction entre les deux coussinets de la bielle garantit dans une large mesure la capacité de charge en compression de la bielle Bien plus, cette combinaison "boucle de fibres/pièce de compression", malgré l'absence d'une division des brins de la boucle, un assemblage du couvercle du coussinet est possible sans brides, c'est-àdire sans déformations de la boucle à cause desquelles normalement, pour obtenir des surfaces planes des brides de la tête de bielle ouverte, une enveloppe d'appui était inévitable Si un moyen d'appui devient nécessaire, on peut utiliser des pièces renforcées de fibres de formes très simples. 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 frontale d'une bielle motrice divisée à l'une de ses deux têtes, en matériau composite renforcé de fibres; La figure 2 montre cette bielle motrice en vue latérale; La figure 3 est une vue en perspective, à plus petite échelle, du corps de base de la bielle des figures 1 et 2, et La figure 4 est à plus grande échelle, une vue en coquille à travers la tête divisée de cette bielle. Par exemple, comme lien entre la partie à mouvement linéaire et le vilebrequin d'un mécanisme à bielle et un 3 2529973 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 3 prévue dans ce but est divisée en une partie de tête de bielle 3 1 en forme de demi-coquille et un couvercle de coussinet 3 2 en forme de demi-coquille correspondante Pour pouvoir avoir avec cette configuration divisée de la bielle, avant tout pour sa partie principale ou partie de tige, une construction en un matériau composite -renforcé de fibres, comme des fibres de carbone dans une matrice de résine synthétique, en évitant le métal, sans diminution de résistance, on choisit comme corps de base de la bielle, une boucle de fibres sans fin 4 en-tronçons unidirectionnels de fibres, sous la forme d'une boucle gauche pliée sur sa longueur autour d'un boulon 5, et qui par ailleur entoure des deux côtés le cylindre fermé de coussinet 6; la forme choisie de boucle est particulièrement visible sur la figure 3 La partie de tête de bielle ouverte 3 1 est formée, par élargissement correspondant des deux extrémités 4 1, côté boulon, par un étrier 7 en forme de selle, en tronçons de fibres à orientation croisée par rapport à la direction de l'étrier, en particulier à orientation à + 45 Par suite, l'étrier 7, en jonction de matière avec chaque extrémité de boucle 4 1, côté boulon, offre la résistance et la rigidité au cisaillement qui sont nécessaires ici (également résistance à la pression sur les parois des trous), de même que de façon opposée sur chaque côté frontal externe, les couches de recouvrement 8 reliées aux extrémités 4 1 de la boucle et formées de tronçons de fibres à orientation de + 450 Entre les deux tronçons des extrémités 4 1 de boucle, côté boulon, est inserée une pièce intercalaire 9 d'espacement (Figure 2), qui traverse le boulon 5 ainsi que l'étrier 7 et les couches de recouvrement 8 Par ailleurs, l'espace entre le cylindre de coussinet formé 6 et l'étrier 7 est rempli d'une pièce de compression 10 qui présente une construction en tronçons unidirectionnels de fibres à orientation au moins dans la direction de la bielle et qui procure ainsi la résistance et la rigidité -à la compression de la bielle En combinaison avec les deux extrémités de boucle 4 2 et la pièce de compression 10, le cylindre de coussinet 6 par exemple un corps bobiné, se compose de tronçons de fibres avantageusement à orientation de 00/900 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet; si cela est nécessaire, une coquille de coussinet -en métal 6 1 est prévue Pour augmenter la résistance au cisaillement de cet ensemble de construction en fibres de la bielle, on prévoit t enfin, selon la figure 2, sur les côtés frontaux de la boucle, des couches de recouvrement 11 en tronçons de fibres à orientation de + 450, qui divisent la pièce de compression 10 en direction longitudinale du coussinet On comprendra que l'on peut utiliser, pour tous les matériaux fibreux à orientation croisée, un tissu ou un mat correspondant. Enfin, le couvercle de coussinet 3 2 est relié, de façon détachable, par le boulon 5, à l'étrier 7, et du fait de la disposition à chevauchement du couvercle à la surface, côté axe de piston ou maneton de l'étrier, un revêtement 7 1 d'une épaisseur correspondant à l'épaisseur du couvercle de coussinet 3 2 au plan de joint est prévu Avec cette sorte de raccordement du couvercle au moyen d'un boulon formant tirant, il n'y a aucune limite dans le choix du matériau pour le couvercle 3 2 de coussinet Dans le cas d'une réalisation en matière synthétique ou également en un métal léger, on prévoit en plus une coquille de coussinet séparée 12 en métal (par exemple collée). Comme le montre encore la figure 4, on peut facilement obtenir, au moyen de manchons coniques 13 par simple serrage de l'écrou 5 1, le positionnement souhaité du couvercle 3 2 de coussinet vis-à-vis de l'étrier 7 ou respectivement de son revêtement 7 1, avec un siège sans jeu (ou à serrage) sur le maneton qui n'est pas représenté A cet effet, chaque manchon peut également être pourvu d'un filetage Une division du boulon en deux est également pensable, ses deux moitiés pouvant alors être formées de goujons filetés entrant dans - des trous borgnes taraudés du couvercle de coussinet, par 2529973 exemple On obtient une bordure de la paroi du trou par des rondelles élastiques 14 entre les manchons coniques 13 et la couche de revêtement 8, sans nuire au processus de positionnement ci-dessus - 6 2529973 REVENDICATIONS 1 Bielle 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 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 rassemblés en une boucle s'étendant dans la direction longitudinale de la bielle et entourant le cylindre fermé de coussinet, et le couvercle de coussinet est relié aux sangles, caractérisée en ce que la boucle ( 4) a la forme d'une boucle sans fin gauche pliée sur sa longueur autour d'un boulon ( 5), entourant des deux côtés le cylindre fermé de coussinet ( 6) et s'élargissant aux deux extrémités de boucle ( 4 1), côté boulon, au moyen d'un étrier ( 7), pour un accouplement avec chevauchement de ce dernier avec le couvercle de coussinet ( 3.2) attaché au moyen du boulon ( 5), avec remplissage de l'espace entre le cylindre fermé de coussinet ( 6) et l'étrier ( 7) par une pièce de compression ( 10). 2 Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'entre les deux tronçons de chaque extrémité ( 4 1) de la boucle gauche, côté boulon, est insérée une pièce intercalaire ( 9) d'espacement. 3 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les extrémités de boucle ( 4 1), côté boulon, sont réunies, sur le côté frontal extérieur, par une couche de recouvrement ( 8) en tronçons de fibres à orientation croisée. 4 Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce que la boucle est réunie, aux côtés frontaux, avec des couches de recouvrement ( 11) en tronçons de fibres à une orientation croisée, qui subdivisent la pièce de compression ( 10) en direction longitudinale du coussinet. Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce que le cylindre fermé de coussinet ( 6) est construit en tronçons de fibres à orientation croisée, en particulier à 7 2529973 orientation à 00/900 par rapport à l'axe longitudinal du coussinet. 6 Bielle selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'étrier ( 7) est formé en tronçons de fibres à orientation croisée par rapport à la direction de l'étrier, en particulier à orientation de + 450. 7 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 6 caractérisée en ce que l'étrier ( 7) est pourvu, sur la surface côté axe de piston ou maneton, d'un revêtement ( 7 1) ayant au moins une épaisseur correspondant à l'épaisseur du couvercle de coussinet ( 3 2) au plan de joint. 8 Bielle motrice selon l'une quelconque des revendications 1, 4 ou 5 caractérisée en ce que la pièce de compression ( 10) ou respectivement chacune de ses couches est formée au moins de tronçons de fibres à orientation dans la direction de la bielle.