Brevet FR2532023A1 — publié le 19840224

O 2532023 L'invention concerne les ressorts à lames, et plus particulièrement des ressorts à lames comportant des éléments non métalliques. Des ressorts à lames métalliques sont bien con- nus et sont largement utilisés, en particulier dans le do- maine de l'automobile pour suspendre des caisses de véhi- cules par rapport aux roues en contact avec le sol De tels ressorts métalliques sont lourds et ils accroissent sensi- blement la masse du véhicule et augmentent donc l'énergie nécessaire à la propulsion du véhicule De plus, en raison des caractéristiques du métal et des techniques classiques de fabrication, les ressorts à lames métalliques sont ha- bituellement constitués d'un grand nombre de lames qui doivent être maintenues assemblées Les lames en contact sont à l'origine de bruit et de frottement entre elles lors des flexions du ressort, et elles sont sujettes à l'accumu- lation de crasse et d'humidité conduisant à une corrosion. De plus, les ressorts à lames métalliques transmettent les sons entre les parties suspendues et les parties non sus- pendues du véhicule Par contre, les ressorts non métal- liques peuvent être réalisés d'un seul bloc et de diverses formes permettant d'obtenir toutes les caractéristiques avantageuses de travail, sans cependant présenter un grand nombre des défauts des ressorts métalliques tels que le bruit, la corrosion et le poids. Des ressorts non-métalliques réalisés en matière plastique armée, par exemple des filaments de verre dans une matrice de résine époxy ou autre, peuvent être produits dans diverses formes qu'il est impossible d'obtenir avec des éléments métalliques, et une de ces formes est celle d'un ressort ayant une section théorique uniforme sur tou- te sa longueur, mais une épaisseur variable On obtient - ainsi un ressort ayant une hauteur maximale et une largeur minimale en son centre, le ressort s'effilant dans des directions opposées, vers ses extrémités o la largeur est maximale et la hauteur minimale Une telle forme, souvent désignée "rosette", offre de nombreux avantages que l'on peut obtenir avec des ressorts non-métalliques, par rap- port aux ressorts métalliques, mais elle a pour inconvé- nient d'empêcher un montage classique en raison des limi- tations d'espace et de la conception des véhicules En con- séquence, les constructeurs et utilisateurs de véhicules ne sont pas favorables à l'utilisation de tels ressorts non métalliques. La fabrication de ces ressorts non-métalliques pose des problèmes particuliers, notamment en raison des formes qui ne sont plus dans les configurations classiques. Par exemple, dans un ressort non-métallique d'épaisseur variable et de section constante, des problèmes particuliers peuvent se poser lors du durcissement de la matrice de ré- sine dans laquelle les filaments sont noyés, en raison de la surface limitée qui peut être exposée à la chaleur pour le durcissement Ceci accroît évidemment le temps et le tra- vail demandés pour la fabrication de tels ressorts. Un autre problème posé par l'utilisation de res- sorts non-métalliques est que les points de montage dispo- nibles sur les véhicules sont conçus pour la mise en place de ressorts métalliques Un problème particulier est que le matériel de montage utilise un boulon ou goujon central de montage qui traverse toutes les lames du ressort métallique. Cependant, dans des ressorts non-métalliques, la réalisation d'un trou classique destiné à recevoir un tel boulon a pour effet de sectionner des fibres de charge et de provoquer une concentration de contraintes pouvant affaiblir gravement les ressorts. L'invention a pour objet un ressort à lame non métallique, présentant une section théorique uniforme sur toute sa longueur, mais dont l'épaisseur varie de façon à diminuer du milieu o elle est maximale, vers les extrémités opposées. L'invention a également pour objet un tel res- sort à section constante, s'amincissant de son milieu vers ses extrémités opposées, tout en ayant une largeur uniforme permettant son montage sensiblement de la même manière que celui d'un ressort métallique classique L'invention a éga- lement pour objet un ressort à lame non-métallique qui peut être utilisé avec le même matériel de montage que celui utilisé pour la fixation de ressorts à lames métalliques sur les parties suspendues ou non suspendues de structures de véhicules L'invention a pour autre objet un ressort à lame non-métallique qui peut être utilisé avec le boulon central classique d'un ressort à lame S de véhicule sans compromettre la résistance, la durée de vie ou la longévi- té maximale du ressort L'inventiôn a pour autre objet un ressort non métallique d'épaisseur variable, qui offre des surfaces supplémentaires pouvant être soumises à la cha- leur afin de réduire le temps de durcissement de la matière plastique constituant le ressort L'invention a également pour objet un ressort nonmétallique qui peut être fabriqué par unprocédé continu, ce qui minimise l'importance et la durée du travail manuel. Ces objets sônt réalisés par un ressort à lame dont les éléments de corps principaux sont formés de f ila- ments continus disposés dans une matrice de résine plasti- que polymérisée, et dont le corps présente une forme théo- rique de làrgeur uniforme et d'aire en section uniforme, mais avec une épaisseur qui varie de façon que la partie la plus épaisse du ressort se trouve en son milieu et que la partie la plus fine soit adjacente aux extrémités op- posées On obtient ainsi une structure de corps qui présen- te un évidement entre ses extrémités opposées et ses côtés, ce qui permet d'offrir davantage de surfaces exposées, pou- vant être soumises à la chaleur pour'accélérer le durcis- sement de la résine plastique pendant la fabrication, et ce qui offre un espace permettant la mise en place de par- ties d'éléments classiques de montage du type utilisé pour le maintien à l'état assemblé de ressorts à lames métal- liques multiples Dans une forme de réalisation de l'inven- tion, deux parties de ressort sont formées d'un seul bloc pour constituer la cavité, et, dans d'autres formes de réa- lisation, les parties du ressort sont séparées et assem- blées en couches de deux parties ou plus Dans une autre forme de réalisation, un ressort à lame non-métallique peut être utilisé en combinaison avec la lame principale d'un ressort métallique. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limi- tatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue en plan du ressort à lame selon l'invention; la figure 2 est une élévation du ressort de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan, analogue à cel- le de la figure 1, d'une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 4 est une élévation de la forme de réalisation de la figure 3; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2; la figure 6 est une vue de dessus montrant la configuration-théoriquement préférée de la forme de réali- sation montrée sur la figure 1; la figure 7 est une élévation de la structure représentée sur la figure 6; les figures 8 et 9-sont respectivement une vue de dessus et une élévation de la configuration théorique correcte d'une autre forme de réalisation de l'invention; les figures 10 et 11 sont une vue de dessus et une élévation d'une autre forme de réalisation de l'inven- tion; la figure 12 est une vue schématique d'un ap- pareil de fabrication des diverses formes de réalisation de l'invention; et la figure 13 est une coupe de l'appareil de moulage suivant la ligne 13-13 de la figure 12. Le ressort à lame selon l'invention, désigné globalement 10 sur les figures 1 et 2, comporte des ac- cessoires extrêmes métalliques 12 et 14 reliant le rés- sort 10 à une structure suspendue 16 et un ensemble cen- tral 18 de montage par lequel le ressort 10 peut être relié à un élément non suspendu, par exemple un essieu ZO de véhicule à moteur Le ressort à lame 10 est constitué de plusieurs fils continus de fibres, telles que du verre, qui sont disposés à peu près parallèlement les uns aux au- tres dans une matrice de résine polymérisée, par exemple une résine époxy. Le ressort 10 présente une forme théorique il- lustrée sur les figures 6 et 7 et il peut être considéré comme comprenant deux parties 22 de corps disposées symé- triquement de part et d'autre d'une ligne imaginaire indi- quée en 23 Les parties du corps sont sensiblement identi- ques sauf qu'elles sont des images réfléchies l'une de l'autre Chacune des parties 22 du corps possède une forme dont l'épaisseur et la largeur varient dans des directions opposées à partir d'un point médian situé sensiblement au milieu de sa longueur Chaque partie 22 de corps présente son épaisseur la plus grande et sa largeur la plus faible au milieu, l'épaisseur diminuant et la largeur augmentant vers les extrémités opposées des parties 22 De plus, cha- cune des parties du corps comporte un bord latéral droit 24, les deux bords latéraux 24 de deux parties de corps du ressort à lame 10 étant disposés parallèlement l'un à l'autre comme montré sur les figures 1 et 6 On obtient ainsi un ressort à lame 10 ayant une largeur uniforme sur toute sa longueur, mais dont l'épaisseur est la plus gran- de à mi-distance entre les extrémités opposées dudit res- sort En théorie, le ressort 10 présente une aire en sec- tion uniforme sur toute sa longueur, avec une largeur uni- forme et une épaisseur qui diminue du milieu vers ses ex- trémités opposées En fait, le ressort à lame 10 possède des extrémités opposées dont l'épaisseur est supérieure à la dimension théorique afin de permettre le montage d'ac- cessoires tels que les accessoires extrêmes 12 et 14 mon- trés sur la figure 1, qui nécessitent des organes de - fixation Le surcroît d'épaisseur est nécessaire pour mini- miser les concentrations de contrainte Malgré l'épaisseur accrue des extrémités opposées, les tronçons extrêmes sont sensiblement plus minces que le milieu des parties 22 du corps Comme montré sur les figures 1 et 6, le ressort 10 est réalisé de manière qu'un évidement allongé 26 soit for- mé sensiblement à mi-distance entre les extrémités opposées et à midistance entre les bords latéraux opposés 24 de ce ressort 10 La zone du ressort représentée par l'évidement 26 ne participe pas à la résistance structurelle ou au tra- vail du ressort et elle n'est donc pas nécessaire et peut être laissée vide pour réduire le poids de l'ensemble du ressort Cependant, il est évident que les évidements 26 pourraient être remplis d'une matière légère. Les figures 1, 2 et 5 représentent une forme de réalisation de l'invention dans laquelle deux parties 22 de corps sont solidarisées l'une à l'autre pour former un corps unique 28 ayant une largeur uniforme, mais diminuant d'épais- seur du milieu vers ses extrémités opposées On approche de la section uniforme théorique par la formation d'un évide- ment 26 Le ressort 10 peut tre fixé à un essieu 20 de véhicule sensiblement de la même manière que celle utilisée avec des ressorts à lames métalliques classiques, au moyen d'un ensemble classique 18 de montage placé sur une partie intermédiaire du corps 28 Cet ensemble 18 de montage com- prend deux éléments identiques 32 et 34 de forme en U pla- cés sur des parties opposées supérieure et inférieure du corps 28, les ouvertures des éléments en U étant tournées face à face Deux semelles 36 en caoutchouc sont disposées entre le corps 28 et les éléments en U 32 et 34 et sont de préférence liées aux deux éléments 32 et 34 et au corps 28. Un boulon ou goujon 38 de positionnement peut être monté de façon à traverser les deux éléments 32 et 34 et une patte 39 située sur le côté supérieur de l'ensemble 18 Le bou- lon 38 passe librement dans l'évidement 26 formé entre les parties 22 du corps Dans des ressorts à lames classiques, le boulon 38 est nécessaire pour maintenir les couches ou la- mes multiples en position les unes par rapport aux autres. Dans la réalisation décrite, le ressort à lame 10 peut être utilisé avec des structures de montage de ressort à lames métalliques, telles que des ensembles 18 de montage, sans nécessiter le perçage d'une ouverture au milieu du ressort. L'essieu 20 est fixé au ressort 10 et à la par- tie restante de l'ensemble 13 de montage au moyen de deux boulons 40 en U dont les extrémités passent à travers la patte 39 au-dessus du corps 28 du ressort Lorsque le res- sort 10 est assemblé avec l'ensemble 18 de montage, les boulons 40 en U maintiennent les éléments 32 et 34 l'un par rapport à l'autre et compriment également les semelles 36 de caoutchouc. Les éléments extrêmes de montage 12 et 14 mon- trés sur les figures 1 et 2, par lesquels-le ressort à la- me 10 peut être supporté par rapport à la structure suspen- due 16, ont chacun une forme sensiblement en U dont les branches sont disposées sur les surfaces opposées supérieure et inférieure du corps 28 Les éléments d'extrémité 12 et 14 de montage sont maintenus en position par des boulons 42 afin que des oeils 44 puissent recevoir des boulons trans- versaux 46 de montage L'extrémité de gauche-du corps 28 du ressort, dans l'orientation de la figure 2, peut être monté de façon à pouvoir pivoter à l'aide d'un boulon 46 de mon- tage passant à travers une console fixe 48, et l'extrémité de droite du corps 28 du ressort peut être articulée au moyen d'un boulon 46 sur une biellette 49 qui suit les va- riations d'écartement entre les boulons 46 de montage situés aux extrémités opposées du ressort lorsque le corps de ce dernier fléchit Pour permettre la mise en place des bou- lons 42 maintenant les éléments extrêmes 12 et 14 de mon- tage en position, le corps 28 présente une épaisseur supé- rieure à l'épaisseur théorique nécessaire pour maintenir une section uniforme La surépaisseur est prévue pour ab- sorber toutes concentrations de contraintes accrues dues aux trous destinés au passage des boulons 42 de montage. Cependant, cette épaisseur reste inférieure à celle de la zone intermédiaire, adjacente à l'ensemble 18 de montage sur l'essieu. Les figures 3 et 4 représentent une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle-un ensemble 50 à ressort comprend un corps 52 en matière plastique armpé de filaments, qui peut être identique au corps 28 de la for- me de réalisation précédente Dans ce cas, le corps 52 est assemblé sur une lame métallique 54 qui peut être une lame principale classique telle que celle utilisée dans des res- sorts à lames métalliques Ces lames principales sont géné- ralement formées de façon à présenter des oeils 56 à leurs extrémités opposées pour permettre la mise en place de bou- lons de montage Dans cette forme de réalisation, des bou- lons transversaux 46 de montage assujettissent le ressort au corps suspendu 16 de la même manière que pour le res- sort 10 Le corps 52 est maintenu assemblé sur la lame mé- tallique 54 au moyen de l'ensemble 18 de montage qui peut être identique à celui utilisé avec le ressort à lame 10. Le boulon 38 de positionnement passe dans un trou de la lame métallique 54 et dans l'évidement ou la cavité allon- gé 26. Dans le ressort 10 et dans le ressort 50, les corps respectifs 28 et 52 peuvent être sensiblement iden- tiques, sauf que dans le ressort 10, des trous doivent être prévus pour le passage des boulons 42 maintenant en position les éléments extrêmes 12 et 14 de montage Etant donné que le corps 52 ne présente pas de trous à ses extré- mités, ces parties peuvent être plus fines que celles du corps 28 afin de refléter avec plus de précision la section uniforme théorique de toute la longueur du corps 52. Les figures 8 et 9 représentent schématiquement une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle le ressort 60 est constitué de deux parties 62 de corps ayant la même configuration générale que les parties 22, mais formées séparément A l'état assemblé, tel que montré sur la figure 9, les parties du corps sont appliquées l'une contre l'autre, une partie 62 étant placée au-dessus de l'autre pour-former le ressort 60 Deux parties 62 de corps seulement sont représentées, mais il est évident qu'un nombre impair de ces éléments ou parties 62 peut être dis- posé en superposition et l'assemblage apparaît alors com- me montré sur la figure 8, présentant un évidement 64 des- tiné à recevoir le goujon ou boulon 38 de positionnement communément utilisé avec des ressorts à lames métalliques, et l'ensemble associé de montage tel que l'ensemble 18 Le ressort résultant 60 présente également une largeur unifor- me sur toute sa longueur, et une épaisseur maximale en son milieu, l'épaisseur étant minimale aux extrémités. Une autre modification de l'invention est illus- trée sur les figures 10 et 11 Dans cette forme de réali- sation, les deux parties 62 a et 62 b du corps peuvent être identiques aux parties 62 décrites précédemment en regard des figures 8 et 9 Cependant, les parties 62 a et 62 b du corps du ressort résultant 70 sont disposées de façon que le tronçon extrême de la partie 62 a du corps, situé à l'extrémité de gauche de l'ensemble, comme montré sur les figures 10 et 11, soit disposé au-dessous de l'extrémité de la partie adjacente 62 b Cependant, à l'extrémité de droite du ressort 70, la partie 62 a du corps est placée au-dessus de l'autre partie 62 b Les deux parties 62 a et 62 b du corps délimitent un évidement allongé 74 similaire aux évidements 26 et 24. Dans toutes les formes de réalisation de l'in- vention décrites, la largeur globale des ressorts 10, 50, et 70 est sensiblement uniforme sur toute leur longueur. De plus, dans chaque cas, l'épaisseur maximale du ressort est située au milieu et elle diminue vers des parties plus fines situées aux extrémités opposées, afin que le ressort tende à présenter, sur toute sa longueur, une aire théori- que en section, sensiblement uniforme Ceci a pour résul- tat la formation des évidements 26, 64 et 74 entre les extrémités et les côtés des ressorts. Dans toutes les formes de réalisation de l'in- vention, les élévations montrées sur les figures 2, 4, 7 9 et 11 représentent les ressorts tels qu'ils peuvent ap- paraître en charge En d'autres termes, les ressorts pré- sentent une courbure plus grande lorsqu'ils sont à l'état relâché, tels que bruts de moulage. La configuration des parties 22 du corps, qu'el- les soient produites séparément ou conjointement par paires formant un seul bloc, se prête à une production par un pro- cédé de fabrication continu Dans les formes de réalisation dans lesquelles des filaments de verre sont placés dans une matrice de résine polymérisée, il est souhaitable d'utiliser de la chaleur pour l'opération de durcissement et de dis- tribuer en outre la chaleur rapidement Dans les formes de réalisation décrites, les évidements 26, 64 et 74, formés entre les parties du corps, offrent des surfaces supplémen- taires par lesquelles la chaleur peut être appliquée pour le durcissement De plus, la section théorique uniforme de chacune des parties 22, 52 et 62 du corps rend possible une répartition sensiblement uniforme des filaments continus de verre sur toute la longueur des ressorts 10, 50, 60 et 70. La figure 12 illustre un procédé par lequel de telles parties de corps peuvent être produites séparément ou par paires groupées Dans ce procédé, des filaments con- tinus 78 de fibre de verre sont avancés d'un certain nom- bre de postes 80 vers un;réservoir 82 de résine o ils sont enduits de résine Lorsque les filaments 78 enduits de ré- sine sortent du réservoir 82, ils sont rapprochés les uns des autres et l'excédent de résine est éliminé des fila- ments par compression dans un bloc 84 Les filaments mul- tiples sont tirés à travers un dispositif 86 de préchauf- fage, à l'aide d'une machine à mouler tournante 86 compor- tant des parties complémentaires 90 et 92 de moule qui déterminent la configuration des diverses parties 22, 52 ou 62 ou de l'élément 28 de corps Le moule intérieur 90 tourne sur un trajet défini par une table tournante 94. Le moule extérieur 92 comporte une bande métallique flexi- ble 96 qui suit un trajet situé sur un côté de la table tournante 94 Les deux moules intérieur et extérieur 90 et 92 sont chauffés pour accélérer le durcissement de la résine Après que le moule 90 a parcouru environ 1800 de rotation de la table 94, les parties 22, 52, 62 ou l'élé- ment 28 du corps sont sensiblement durcis et sont séparés de la partie ou de l'élément de corps immédiatement ad- jacent dans un poste 98 o les parties adjacentes sont séparées les unes des autres par sciage Ensuite, la par- tie ou l'élément de corps fini peut être retiré dans un poste 100 pour subir d'autres opérations. On obtient ainsi un ressort léger dont le corps principal est formé de filaments noyés dans une matrice de résine polymérisée, par exemple des filaments de verre dans une résine époxy ou autre Le corps du ressort présente une section théorique constante sur toute sa longueur et une largeur uniforme, mais son épaisseur diminue du milieu o elle est maximale vers les extrémités opposées Cette con- figuration a pour résultat la formation d'un évidement al- longé entre les extrémités opposées et les côtés du corps du ressort, cet évidement servant à réduire le poids du ressort ainsi qu'à offrir une surface-supplémentaire qui peut être soumise à la chaleur pendant le durcissement. L'évidement allongé permet également l'utilisation d'élé- ments classiques de montage sans nécessiter la formation d'ouvertures supplémentaires. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au ressort décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ressort à lame, caractérisé en ce qu'il comporte un corps allongé en matière plastique armée de fibres, dont l'épaisseur et la largeur varient dans des directions opposées à partir d'une zone médiane située sensiblement au milieu de sa longueur, le corps ayant sa plus grande épaisseur et sa largeur minimale dans ladite zone médiane et diminuant d'épaisseur et augmentant de largeur vers les extrémités opposées, le corps comprenant au moins un bord latéral droit ( 24) et ayant, dans sa zone médiane, une section qui n'est pas inférieure à la section des autres parties du corps. 2 Ressort à lame, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments ( 22) de corps disposés de façon que les bords latéraux droits de ces éléments soient tournés dans des directions opposées et disposés parallèlement l'un à l'autre pour former un ressort ayant une largeur uniforme sur toute sa longueur. 3 Ressort à lame selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux éléments du corps sont dis- posés côte à côte pour former entre eux un évidement ( 26) situé entre lesdites extrémités opposées desdits éléments du corps afin de recevoir une structure ( 18) de montage. 4 Ressort à lame selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure de montage comprend un boulon ( 38) passant dans l'évidement. Ressort à laine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments du corps sont reliés l'un à l'autre pour former un seul bloc présentant une ouverture située au milieu de la largeur et sensiblement au milieu de la longueur du ressort. 6 Ressort à lame selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lame métal- lique 54) de ressort ayant une section sensiblement uniforme sur toute sa longueur, appliquée contre la surface supé- rieure des éléments ( 52) du corps. 7 Ressort à lame selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments ( 62) de corps séparés l'un de l'autre et disposés en superposi- tion, à peu près parallèlement l'un à l'autre. 8 Ressort à lame selon la revendication 1, caractérisé en ce que des éléments multiples du corps for- ment un ressort et sont disposés en superposition, à peu près parallèlement entre eux. 9 Ressort à lame selon la revendication 1, caractérisé en ce que des éléments multiples ( 62) du corps forment ledit ressort et en ce qu'une première extrémité d'un premier élément ( 62 a) du corps est disposé audessous de l'extrémité correspondante d'un élément adjacent ( 62 b) du corps, l'autre extrémité du premier élément étant dis- posée au-dessus de l'extrémité correspondante de l'élément adjacent. 10 Ensemble à ressort à lame, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments de corps identiques ( 22) en matière plastique arméede fibres, chaque élément de corps ayant une épaisseur et une largeur qui varient d'une zone médiane située sensiblement au milieu de la longueur du corps, chacun des éléments ayant une épaisseur maximale et une largeur minimale dans ladite zone médiane, et di- minuant d'épaisseur et augmentant de largeur vers les extrémités opposées, chacun des éléments du corps présen- tant au moins un bord latéral droit ( 24) et une aire, en section, dans ladite partie médiane, qui n'est pas infé- rieure à l'aire de la section des parties restantes de chacun de ces éléments du corps, lesdits éléments étant disposés de façon que leurs bords latéraux droits soient parallèles entre eux et situés sur des côtés opposés du ressort pour que ce dernier présente une largeur sensi- blement uniforme sur toute sa longueur. 11 Ensemble à ressort à lame selon la revendi- cation 10, caractérisé en ce qu'un évidement allongé ( 26) est formé entre les extrémités des éléments du corps et les bords latéraux. 12 Ensemble de ressort à lame selon la revendication , caractérisé en ce au'il comporte en outre une structure ( 18) de nlntage c O Enrtant un axe ( 38) de positionnement qui est disposé dans ladite cavité.