Brevet FR2547259A1 — publié le 19841214

Colonne de direction de _sreté en mati'ères plastiques renforcées de fibres et enroulées L'invention se rapporte à une colonne de direction de sûreté en matières plastiques renforcéesde fibres et enroulées, comportant un élément déformable en cas d'écrasement de la colonne de direction et réalisé sous la forme d'un élargissement, l'ensemble de la colonne de direction étant un corps bobiné d'une seule pièce muni de raccords pour le mécanisme 10 de direction et le moyeu du volant. Les colonnes de direction de sûreté pour véhicules automobiles doivent si possible être rigides à la torsion afin que les efforts de braquage entre le moyeu du volant et le mécanisme de direction puissent être transmis indirectement. 15 Par ailleurs, elles doivent toutefois être relativement sensibles à la flexion au moins dans une zone déterminée et présenter une faible résistance à la compression de façon qu'en cas d'accident >les efforts agissant sur la colonne de direction dans son sens longitudinal compriment cette dernière et empochent ainsi que le conducteur du véhicule soit blessé. Il a été proposé de bobiner des colonnes de direction de sûreté de ce type tout au moins en partie en matériaux renforcés de fibres Ainsi, par la demande de brevet allemand 30 45 141, on connait une colonne de direction de sûreté dans 25 laquelle un manchon de sécurité en matière plastique renforcée de fibres et enrouléesest inséré en tant qu'élément déformable en cas de collision Ce manchon de sécurité est réalisé sous la forme d'un tube en treillis ou réticulé bobiné avec rubans d'écheveaux de fibres se croisant Ltangle d'enroulement des 30 différents rubans d'écheveaux de fibres est en pareil cas d'environ + 450 Bien entendus les éléments de la colonne de direction se rattachant au manchon de sécurité peuvent aussi être réalisés sous forme de corps bobirs Lors de l'écrasement de la colonne de direction, les rubans d'écheveaux de fibres 35 se déforment jus-u'à ce que les points d'intersection entre les rubans d'écheveaux-de fibres et finalement aussi les écheveaux de fibres eux- mêmes se rompent, si bien que la colonne de direction se trouve globalement raccourcie. Dans la demande de brevet P 32 29 209 0 de la demande5 resse, on a proposé de munir une colonne de direction sensiblement cylindrique d'an élément de transition formant 1 '61 lément déformable, cet élément de transition se composant de quatre rtbans bombés vers l'extérieur et respectivement constitués par trois surfaces planes La colonne de direction 10 peut être bobinée d'une seule pièce avec cet élément déformable et dans la zone du bombement est prév S un noyau, par exemple en matière plastique, à détruire apres l'enroulemento Les moyens mis en oeuvre pour l'enroulement sont ainsi augmentés et, par ailleurs, l'élément de construction n'est 15 plus homogène dans son angle d'enroulement. L'invention a pour objet d'indiquer une colonne de direction en matériaux renforcés de fibres qui puisse être fabriquée avec un procédé de bobinage convenant pour une fabrication en grande série et dont les caractéristiques puissent être adaptées dans de larges mesures à tous les cas d'utilisation susceptibles de présenter. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que la colonne de direction est réalisée sous la forme d'un corps de révolution et comprend successivement un tube de raccordement rigide à la flexion et à la torsion se rattachant au moyeu du volant, une première zone de transition se terminant parun plus grand diamètre, une partie médiane à paroi mince résistante à la torsionmais souple dans le sens axial, une seconde zone de transition se terminant par un plus petit diamètre et, pour finir, un tube de raccordement résistant à la flexion et à la torsion se rattachant au mécanisme de direction. L'ensemble de la colonne de direction de sûreté est par conséquent bobiné sous la forme d'un tube en corps de révolu35 tiono Par un choix et un de surcharge axiale. La colonne de direction est de préférence bobinée de façon géodésique, c'est-à-dire que l'angle d'enroulement % processus d'enroulement hélicoïdal usuel. L'angle C du cône se calcule d'après la relation 25 suivante: tanc __:, 2 tan B ( 2) r 2 r 1 2 Avec ce procédé de bobinage, les tubes de raccordement et la partie médiane cylindrique à paroi mince sont respectivement des sections de tube bobinées de façon homogène, tandis que les zones de transition coniques son bobinées dle façon non homogène, attendu nue l'épaisseur de la paroi à partir du tube de raccordement est réduite au fur et à mesure qu'augmente le diariètre jusqu'à ce qu'il ait atteint le diambètre de la partie médiane Par ailleurs, l'angle d'enroulement varie ici suivant la formule indiquée ci-dessus conformément aux diambtres locaux En cas d'une collision avec surcharge en compression 5 dans le sens axial de l a colonne de lirection, il se produit dans les sections homogènes dlu tube exclusive B:ent des sollici; ations en compression Dans les zones de transition coniques, il s'amorce par flexion une déformation sous pression de la colonne de direction, les moments de flexion étant engendrés 10 à partir des efforts de cisaillement des sections de tube homogènelimitrophes et à ceux-ci se superpose une composante transversale par suite des contraintes périphériques se produisant dans la surface latérale conique de la zone de transition. La colonne de direction selon l'invention peut être fabriquée en grande série simplement et à faible coût Pour le bobinage de la colonne de direction dans les zones de transition et dans la partie médiane de préférence cylindrique, on utilise un noyau perdu, par exemple en produit mousse ou analogue,qui reste en place après le bobinage de la colonne de direction Par le bobinage, les fils sont déposés sur le mandrin d'enroulement de façon à obtenir une g rande résistance au glissement. Un avantage essentiel de l'invention réside aussi dans le 25 fait que les caractéristiques de résistance de la colonne de direction de sûreté pour différents domaines d'application meuvent être établies par le choix de seulement trois paramètres, à savoir le diamètre ou les rapports desdiamètres des différentes sections du tube, l'angle;d'enrouler:ent et les 30 rapports des épaisseurs de paroi des sections du tube. En pareil cas, il est possible de bobiner les tubes de raccordement sous forme de tubes à, paroi fermée et 'lont l'épaisseur rie celle-ci est choisie de façon qu'au moins des parties de l'élargissement de la colonne de direction aient une O 5 structure réticulée dans les zones de transition coniques et dans la partie médiane cylindrique Avec un tel choix du dessin de dépose, la résistance périphérique peut être sensiblement abaissée par la structure en treillis. Selon une caractéristique avantageuse de l'inventions la partie médiane peut être bobinée avec un angle d'enroulement différent, par exemple plus petit que les tubes de raccordement Pour l'enroulement, la partie médiane de la colonne de direction peut 8 tre munie à l'intérieur d'un noyau perdu qui peut être réalisé en une matière plastique résistant 10 aux hautes températures. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une colonne de direction de sûreté selon l'invention comportant un élargissement servant d'élément déformable la figure 2 est une vue partielle en perspective de la colonne de direction selon la figure 1 dans la zone de 20 l'élargissement; la figure 3 représente schématiquement une coupe transversale de la colonne de direction dans la zone de l'élargissement pour expliquer les efforts intervenant en cas de sollicitation en compression axiale, Une colonne de direction de sûreté 1 réalisée en rubans d'écheveaux de fibres 2 (figure 2) enroulés et mutuellement reliés par une résine durcie est constituée par un élément de construction comprenant cinq sections 3, 4, 5, 6, 7 La section 3 est untube de raccordement à paroi épaisse présentant l'épaisseur de paroi 30 51 le diamètre d 1 et l'angle d'enroulement et 1 Le tube est réalisé relativement rigide à la flexion et à la torsion La section 7 de l'élément de construction est réalisée de la même manière que le tube de raccordement à paroi épaisse Les extr('mit's des:eux tubes de raccordement sont façonnées de 35 façon oue le mécanisme de direction et le moyeu du volant puissent y être raccordés par brides Ces raccords sont représentés schématiquement pour le tube 7 et sont globalement désignés par 8, Les sections 4 et 6 de l'6 lément de construction constituent des zones de transition coniques Dans la zone de transition 4, qui se rattache au tube de raccordement 3, L'(paisseur de la paroi à partir de 51 diminue jusqu'à une valeur 52 au fur et à mesure que le diamètre augmente jusqu'à d 2 Du fait de l'enroulement géodésique, l'angle d'enroulement :se modifie en fonction de l'augmentation du diamètre. cette zone de transition conique 4 se rattache en tant que partie médiane 5 de la colonne de direction, un tube cylindrique à paroi mince présentant l'épaisseur de paroi 52 et le diamètre d 2 Conformément au plus grand diamètre, l'angle d'enroulement A la partie médiane 5 succède la seconde zone de transition conique 6 dont le diamètre diminue jusqu'au diamètre du tube de raccordement au mécanisme de direction Le diamètre du tube de raccordement 7 est en général choisi égal à dl. La colonne de direction est bobinée d'un seul trait avec commande à programmeet ce,suivant un procédé de bobinage géodésique ou non géodésique. Les différents diamètres, épaisseurs de parois et angles d'enroulement ainsi qu'en outre 'angle de cône 3 des zones 25 de transition coniques 4 et 6 sont choisis en cas de bobinage géodésique en tenant compte des formules indiquées ci-dessus de façon que la colonne de direction, en cas de surcharge axiale en compression, présente le comportement voulu à la déformation L'élargissement à partir des zones de transition 30 conicues 4 et 6 ainsi que de la partie médiane 5 est rempli d'un noyau 9 en produit rousse qui sert de mandrin de bobinage et reste dans la colonne de direction. Le tube de raccordement 7, qui est bobiné comme le tube de raccordement 3 avec l'angle d'enroulement ( 1 comporte 35 encore deux enroulements supplémentaires, par exemple des enroulements radiaux 10 et 10 t, qui servent de sièges pour le montage de la colonne de direction Des enroulements radiaux analogues peuvent aussi être prévus sur le tube de raccordement 3. Dans la colonne de direction représentée, l'épaisseur de paroi 51 des tubes de raccordement 3 et 7 est choisie en fonction des angles d'enroulement de façon à obtenir dans la zone de l'élargissement à partir des zones de transition coniques 4 et 6 et dans la zone médiane 5 au moins en partie 10 une structure réticulée telle qu'elle est illustrée sur la figure 2 On y voit distinctement comment du fait du procédé d'enroulement géodésique, l'angle d'enroulement dans le tube de raccordement 3 décroît à mesure qu'augmente le diamètre et, dans la partie médiane 5, prend l'allure d'un angle relative15 ment plat " 2 Sur cette figure, on peut voir également que la colonne de direction dans la zone de l'élargissement se transforme progressivement en une structure réticulée composée de rubans d'écheveaux de fibres 2 se croisant. Pour fabriquer la colonne de direction, on munit tout d'abord un mandrin de bobinage non représenté ici d'un noyau 9 en produit mousse préfabriqué et de raccords 8 pour le mécanisme de direction et le moyeu du volant On dépose ensuite les rubans d'écheveaux de fibres 2 par guidage du fil 25 géodésique ou non géodésique suivant des angles d'enroulement appropriés Après cela, on effectue les bobinages radiaux 10 et 10 " pour le montage de la colonne de direction L'élément de construction ainsi fabriqué est alors durci et usiné mécaniquement Ainsi, par exemple, on ajuste au tour les sièges 30 d'appui et on coupe la colonne de direction à la longueur de consigne Après achèvement de ces travaux, on enlève le mandrin de bobinage Pour finir, on achève la colonne de direction par exemple en y pratiquant enicore des fentes de guidage pour garantir une orientation angulaire bien définieo 35 Le résultat esi une colonne de direction de sûreté rigide à la torsion dans son ensemble, mais qui présente toutefois un comportement déterminé à la déformation en cas de surcharge axiale, En cas d'une telle surcharge axiale de force F en compression de la colonne de direction (voir figure 3), il se produit exclusivement des sollicitations en compression dans les sections homogènes 3, 5 et 7 de la colonne de direction. Lors du passage aux zones de transition coniques, en particulier à la zone de transition avant 4, il se produit aux endroits 10 des brisures entre le tube de raccordement 3,ou la partie médiane 5,et la zone de transition 4, des moments de flexion Mb auxquels se superposent des contraintes périphériques à l'intérieur de la surface latérale conique de la zone de transition 4. La structure de la zone de transition se rompt donc et la 15 colonne de direction Peut être écrasée dans le sens axial. En choisissant l'angle d'enroulement et par conséquent aussi l'angle de cône fi des zones de transition coniques, on peut modifier la contrainte périphérique et les moments de flexion admissibles de façon que la déformation à 12 l'intérieur 20 du stratifié bobiné puisse être produite en traction transversale et/ou en flexion transversalement au bobinage du stratifié. REVENDICATIONS 1, Colonne de direction de sûreté en matières plastiques et renforcées de fibres/enroulées, comportant un élément déformable en cas d'écrasement de la colonne de direction et réalisé sous la forme d'un élargissement$ l'ensemble de la colonne de direction étant un corps bobiné d'une seule pièce muni de raccords pour le mécanisme de direction et le moyeu du volant, caractérisée par le fait que la colonne de direction ( 1) est réalisée sous la forme d'un corps de révolution et comprend successivement un tube de raccordement ( 3) rigide à la flexion et à la torsion se rattachant au moyeu du volant, une première zone de transition ( 4)se terminant par un plus grand diamètre, une partie médiane ( 5) à paroi mince résistane à la torsion, mais souple dans le sens axiale une seconde zone de transition ( 6)se terminant par un plus petit diamètre et pour finir un tube de raccordement ( 7) résistant à la flexion et à la torsion se rattachant au mécanisme de direction. 2 Colonne de direction selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les zones de transition ( 4, 6) 20 sont coniques et ont une épaisseur de paroi qui diminue constamment en direction de la partie médiane ( 5). 3 Colonne de direction selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la partie médiane ( 5) est bobinée avec un angle d'enroulement (" 2) autre que celui des 25 tubes de raccordement ( 3, 7). 4 Colonne de direction selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la partie médiane est bobinée avec un angle d'enroulement ( 22) plus petit que les tubes de raccordement ( 3, 7). 5 Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la colonne de direction ( 1) est bobinée de façon géodésique. 6 Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la 35 colonne de direction ( 1) dans les zones de transition ( 4, 6) et dans la partie mtdiane ( 5) a au moins en partie une structure réticulée ou en treillis, 7 Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisée par le fait que la colonne de direction ( 1) comporte une paroi fermée sur toute sa longueur. 8 Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la partie médiane ( 5) de la colonne de direction ( 1) est munie 10 à l'intérieur d'un noyau perdu ( 9). 9 Colonne de direction selon la revendication 8, caractérisée par le fait que le noyau ( 9) est en matière plastique résistant aux hautes températures. Colonne de direction selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisée par le fait que les tubes de raccordement ( 3, 7) dans la zone des points d'appui et de 1 ' absorption des forces comportent des bobinages supplémentaires ( 10, i O ).