Brevet FR2603242A1 — publié le 19880304

L'invention se rapporte à des dispositifs de rupture pour mécanismes de direction utilisés pour diriger des véhicules tels que des automobiles et camions. L'invention concerne plus particulièrement un nouveau dis5 positif de rupture pour direction qui n'exige qu'un plus petit nombre de pièces que les dispositifs de rupture pour direction actuellement utilisés. La plupart des automobiles et camions comprennent un arbre de direction interposé entre le volant de 10 direction et le boîtier de direction. La mission de l'arbre est de transmettre au boîtier de direction le couple appliqué au volant de direction, en déterminant ainsi un changement de direction du véhicule. Dans une collision frontale, il se produit dans 15 l'extrémité avant du véhicule une déformation qui peut transmettre le long de l'arbre de direction une force axiale d'une valeur suffisante pour blesser ou tuer le conducteur. Le dispositif de rupture pour direction selon 20 l'invention est construit de telle manière que le boîtier de direction se sépare mécaniquement de l'arbre de direction de manière à réduire le risque potentiel de blessure du conducteur dans le cas d'une collision frontale. On connaît déjà différentes directions qui comprennent un 25 dispositif de rupture. Des exemples de tels dispositifs sont décrits dans le brevet des E.U.A. 3 424 263 délivré le 28 Janvier 1969 au nom de Enoch Black et intitulé "Safety Steering Column" (Colonne de direction de sécurité) et le brevet des E.U.A. 4 411 167 délivré le 25 Octo30 bre 1983 au nom de John Mohr et intitulé "Breakaway Shaft Assembly" (dispositif de rupture pour arbre). La colonne de direction de sécurité décrite dans le brevet Black était peut-être satisfaisante pour les véhicules de l'époque de 1966 mais elle est absolument insuffisante pour 35 être utilisée dans les véhicules modernes. La seule liaison destinée à transmettre le couple dans le brevet Black est une goupille de cisaillement et, si elle était utilisée dans des véhicules modernes, cette goupille de cisaillement se briserait sans aucun doute au cours d'opérations normales de prise de virage sans qu'une grande for5 ce axiale provoquée par une collision frontale ne soit nécessaire pour le briser. Le dispositif de rupture pour arbre décrit par Mohr est d'une structure inutilement compliquée et il exige un nombre de pièces inutilement grand. L'invention a pour objet un nouveau dispositif de rupture pour direction qui est construit de telle manière qu'un grand couple puisse être normalement appliqué entre le volant de direction et le boîtier de direction sans aucun risque de voir le dispositif de rupture entrer 15 en jeu, sauf s'il se produit une collision frontale d'une force d'impact suffisante pour engendrer suffisamment de force axiale pour faire entrer le mécanisme de rupture en jeu. Le dispositif de rupture n'utilise qu'un nombre minimum de pièces. En bref, le dispositif de rupture pour direction comprend un premier élément possédant une paroi enveloppante s'étendant axialement, qui forme une partie creuse fermée, et une gouttière formée par des parois qui s'étendent axialement de la partie fermée jusqu'à une ex25 trémité axiale du premier élément. Un deuxième élément est logé dans la gouttière. Une liaison de rupture établie entre le deuxième élément et les parois de la gouttière est adaptée pour assembler normalement le premier élément et le deuxième élément l'un à l'autre pour qu'ils 30 travaillent comme un seul bloc. Un mécanisme déflecteur est relié à la paroi enveloppante du premier élément et est engagé dans la gouttière. Le mécanisme déflecteur est adapté pour éjecter le deuxième élément de la gouttière si la liaison de rupture se rompt. Le mécanisme déflecteur est de préférence une rampe qui forme un angle aigu avec la paroi enveloppante et s'engage dans la gouttière. Le deuxième élément est de préférence une tige massive qui est normalement esoacée axialement de la rampe. La tige Drésente son extrémité dirigée vers la rampe inclinée dans un sens tel que, lors5 qu'une liaison fragile telle qu'une goupille de cisaillement se brise sous l'effet du choc d'une collision frontale, la tige glisse dans la gouttière pour entrer en contact avec la rampe, puis monte le long de la rampe et sort de la gouttière. La tige est retenue dans le tube et elle est également maintenue alignée par rapport au tube par un collier de renforcement et des pattes d'alignement. Le collier de renforcement contribue en outre à assurer la capacité de transmission du couple en empêchant les pa15 rois du tube de s'écarter sous l'effet d'une contrainte de torsion. Une saillie peut être prévue sur la tige et adaptée pour briser le collier. Dans une collision, la goupille de cisaillement cède sous une charge prédétermi20 née, en permettant à la tige de commencer à glisser pour pénétrer dans le tube. L'extrémité inclinée de la tige entre alors en contact avec la rampe du tube et commence à éjecter la tige du tube. Ce mouvement met le collier de renforcement sous tension jusqu'à ce qu'il soit brisé par 25 la saillie de la tige et amène en outre les pattes d'alignement à s'écarter, en permettant ainsi à la tige de sortir du tube. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip30 tion qui va suivre, d'un exemple de réalisation, et en se référant aux dessins annexes, sur lesquels, la figure 1 est une vue en élévation d'une forme préférée de réalisation du dispositif de rupture pour direction; la figure 2 est une vue partielle en plan du dispositif de rupture; la figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne III-III de la figure l, dans le sens des flèches; la figure 4 est une vue en coupe prise selon la ligne IV-IV de la figure 1, dans le sens des flèches; la figure 5 est une vue en coupe prise selon la ligne V-V de la figure, dans le sens des flèches; la figure 6 est une vue partielle en élévation du dispositif de rupture de la figure 1, qui montre les éléments après que la goupille de cisaillement s'est bri10 sée et que l'extrémité de la tige a glissé pour entrer en contact avec la rampe; la figure 7 est une vue analogue à la figure 6, qui montre les positions des pièces après que l'extrémité de la tige a pivoté parce que l'extrémité de la tige est 15 montée le long de la rampe et que la saillie portée par la tige a brisé le collier de renforcement; et la figure 8 est une vue analogue aux figures 6 et 7, qui montre les positions des pièces après que la tige a pivoté à un point tel que cette tige soit sensible20 ment entièrement éjectée du tube. Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des numéros analogues. Comme on peut le voir en se reportant aux dessins, et plus particulièrement, à la figure 1, la chape 25 10 peut être reliée à un arbre de direction (non représenté). La chape 12 peut être reliée à un mécanisme de boîtier (non représenté). Un tube unique 14 fait saillie axialement sur la collerette 16 de la chape 12. Le tube 14 est creux et comprend une paroi enveloppante 18 s'éten30 dant axialement, possédant en section la forme générale d'un o, qui fait saillie sur la collerette 16 de la chape 12. Une gouttière 20 (voir figure 2) fait saillie axialement sur la paroi 18 jusqu'à l'extrémité axiale du tube 14. Une tige massive 22 est solidaire de la collerette 24 de la chape 10. La tige 22 pénètre axialement dans la gouttière 20 du tube 14. Ainsi qu'on peut le voir plus clairement sur les figures 3, 4 et 5, la gouttière 20 est formée par des parois qui donnent naissance à une structure dont la section présente la forme générale d'un 5 U et qui comprend les parois latérales 24 et 26 et la paroi de fond 28. Il est à remarquer que les faces latérales 30 et 32 de la tige massive 22 sont en contact étroit avec les surfaces internes des parois latérales 24 et 26 respectivement de la gouttière. En outre, la surface infé10 rieure 34 de la tige massive 22 est en contact étroit avec la surface de fond 28 de la gouttière. Un mécanisme déflecteur, présentant la forme d'une rampe 36, s'étend avec une pente à angle aigu à partir de la paroi 18 du tube pour s'engager dans la gout15 tière 20. Le diamètre de la paroi 18 du tube est plus grand que le diamètre de la partie de la gouttière 20 qui reçoit normalement la tige 22. Pendant le fonctionnement normal du dispositif de ruoture, l'extrémité inclinée 38 de la tige 22 est espacée axialement de la rampe 36. L'an20 gle de l'extrémité 38 de la tige est un angle aigu et il est dirigé dans un sens tel que, en réponse au contact entre l'extrémité 38 de la tige et la rampe 36, la tige commence à sortir du tube 14. Un collier 40 venu de matière relie les bran25 ches 24 et 26 de la gouttière 20. Le collier 40 est espacé axialement de la rampe 36 d'une distance prédéterminée. Si on le désire, on peut utiliser plus d'un seul collier 40 venu de matière. Des pattes d'alignement 42 et 44 venues de ma30 tière font saillie vers l'intérieur sur les bords supérieurs des branches 24 et 26 respectivement de la section en U. Les surfaces internes 46 et 48 (voir figure 5) des pattes d'alignement 42 et 44 respectivement sont en contact avec une petite partie de la face supérieure 50 de 35 la tige 22. Les pattes d'alignement 42 et 44 sont construites de manière à fléchir radialement vers l'extérieur en réponse à l'application d'une force prédéterminée sur les pattes 42 et 44 par la tige 22. Les pattes sont situées sur le tube 14 dans la région adjacente à l'extrémité axialement ouverte du tube et elles sont espacées axia5 lement du collier 40 venu de matière d'une distance prédéterminée. La tige 22 pénètre normalement dans l'extrémité axiale ouverte de la gouttière 20 et est engagée sous les pattes d'alignement 42 et 44 et sous le collier de renforcement 40. L'extrémité axiale 38 de la tige qui regarde 10 la rampe 36 est normalement espacée axialement de la rampe, comme représenté sur la figure 1. La tige 22 possède une saillie 52 qui est normalement située entre le collier 40 et les pattes d'alignement 42 et 44, dans la direction axiale, et elle en est 15 espacée de distances prédéterminées. En se reportant aux figures 1, 2 et 4, on peut voir que la saillie 52 présente deux surfaces tranchantes courbes 54 et 56 orientées axialement. Un élément de rupture, tel que la goupille de 20 cisaillement 58, est placé normalement entre la saillie 52 de la tige 22 et les pattes d'alignement 42 et 44 du tube 14 dans la direction axiale. La goupille de cisaillement 58 traverse la branche 24 de la gouttière 20, la tige 22 et l'autre branche 26 de la gouttière. La goupille 25 de cisaillement 58 fixe le tube 14 et la tige 22 l'un à l'autre, de sorte que le tube et la tige se comportent comme un seul bloc pendant les opérations normales. Toutefois, dans une collision, la goupille de cisaillement 58 se brise sous une force axiale prédéterminée. Pendant la conduite normale, la chape 12, le tube 14, la tige 22 et la chape 10 se comportent comme un seul bloc de longueur fixe, en raison du fait que ces éléments sont maintenus assemblés par la goupille de cisaillement 58. Le collier de renforcement 40 et les pattes 35 d'alignement 42 et 44 contribuent à retenir la tige 22 dans le tube 14 dans des positions d'alignement correc- tes. Le collier de renforcement 40 contribue également à la capacité de transmission du couple en empêchant les parois du tube 14 de s'écarter sous l'effet d'un effort de torsion. Dans une collision, la goupille de cisaillement 58 se brise à une charge prédéterminée, de sorte que le tube 14 se déplace axialement, jusqu'à ce que, comme représenté sur la figure 6, la rampe 36 entre en contact avec l'extrémité inclinée 38 de la tige 22 et que les sur10 faces tranchantes 54 et 56 de la saillie 52 entrent en contact avec le collier métallique 40. Le mouvement de l'extrémité 38 de la tige 22 le long de la rampe 46 commence à faire sortir la tige 22 du tube 14. Ce mouvement met le collier métallique 40 en tension, comme représenté 15 sur la figure 7, jusqu'à ce qu'il soit brisé par la saillie 52 et ce mouvement oblige également les pattes d'alignement 42 et 44 à flèchir, ce qui permet à la tige 22 de se dégager du tube 14. Dans la forme de réalisation représentée, la 20 chape 10 est très proche de l'extrémité axiale ouverte du tube 14, pour économiser la place. Pour permettre un mouvement de pivotement suffisant de la tige 22 en cas de collision, il est nécessaire de prévoir une extrémité inclinée 60, telle que celle représentée sur la figure 8, 25 qui est touchée par la surface radiale 62 du flasque 24 lorsque la tige 22 pivote. Bien entendu, diverses modifications pourront apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, 30 sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de rupture pour direction caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément possédant une paroi enveloppante (18) s'étendant axialement, qui forme une partie creuse fermée (14), et une gouttière 5 (20) formée par des parois (24, 26, 28) qui s'étendent axialement de la partie fermée (14) jusqu'à une extrémité axiale du premier élément; un deuxième élément (22) logé dans ladite gouttière (20); une liaison de rupture (58) établie entre le deuxième élément et les parois (24, 26, 10 28) de la gouttière (20) et qui est adaptée pour assembler normalement le premier élément et le deuxième élément de manière qu'ils se comportent comme un seul bloc; et un mécanisme déflecteur (36) relié à la paroi enveloppante (18) du premier élément et engagé dans ladite gout15 tière (20), ledit mécanisme déflecteur étant adapté pour éjecter le deuxième élément de la gouttière si la liaison de rupture (58) se rompt. 2 - Dispositif de rupture pour direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième élé20 ment (22) est une tige; le mécanisme déflecteur (36) est une rampe (36) qui forme un angle aigu avec la paroi enveloppante (18); l'extrémité axiale de la tige (22) est normalement espacée axialement de la rampe (36) et inclinée dans un sens tel que, lorsque la liaison de rupture 25 (58) se rompt, la tige (22) glisse dans la gouttière (20) pour entrer en prise avec la rampe (36), puis monte le long de la rampe et sort de la gouttière (20). 3 - Dispositif de rupture pour direction, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément pos30 sédant une paroi enveloppante (18) s'étendant axialement, qui forme une partie creuse fermée (14), et une gouttière (20) formée par des parois qui s'étendent axialement de la partie fermée (18) jusqu'à une extrémité axiale du premier élément; un deuxième élément (22) logé dans ladite gouttière (20); une liaison de rupture (58) établie entre le deuxième élément (22) et les parois (24, 26, 28) de la gouttière (20) et qui est adaptée pour assembler normalement le premier élément et le deuxième élé5 ment (22) de manière qu'ils se comportent comme un seul bloc; un mécanisme déflecteur (36) relié à la paroi enveloppante (18) du premier élément et qui est engagé dans la gouttière (20); ledit mécanisme déflecteur (36) étant adapté pour éjecter le deuxième élément (22) de la gout10 tière (20) si la liaison de rupture (58) se rompt; une patte d'alignement (42, 44) venue de matière, qui fait saillie vers l'intérieur à partir du bord suoérieur de chaque paroi latérale (24, 26) de la gouttière (20) et qui est en contact avec le deuxième élément (22) et adap15 tée pour maintenir normalement le deuxième élément (22) dans la gouttière (20) et aligné sur la gouttière (20), lesdites pattes (42, 44) étant en outre adaotées pour fléchir lorsque le deuxième élément (22) exerce une force prédéterminée contre les pattes (42, 44) lorsque le deuxi20 ème élément est éjecté par le mécanisme déflecteur (36) après la rupture de la liaison de rupture (38). 4 - Dispositif de rupture pour direction, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément possédant une paroi enveloppante (18) s'étendant axialement, 25 qui forme une partie creuse fermée (14), et une gouttière (20) formée par des parois (24, 26, 28) qui s'étendent axialement de la partie fermée (14) jusqu'à une extrémité axiale du premier élément; un deuxième élément (22) logé dans ladite gouttière (20); une liaison de rupture (58) 30 établie entre le deuxième élément et les parois (24, 26, 28) de la gouttière (20) et qui est adaptée pour assembler normalement le premier élément et le deuxième élément de manière qu'ils se comportent comme un seul bloc; et un mécanisme déflecteur (36) relié à la paroi envelop35 pante (18) du premier élément et engagé dans ladite gouttière (20), ledit mécanisme déflecteur étant adapté pour éjecter le deuxième élément de la gouttière si la liaison de rupture (59) se rompt; un collier (40) venu de matière qui assemble les bords supérieurs des parois latérales (24, 26) de la gouttière (20); et un élément sail5 lant (52) prévu sur le deuxième élément (22), normalement espacé dudit collier (40) dans la direction axiale et adapté pour fracturer ledit collier (40) lorsque le deuxième élément (22) est éjecté par le mécanisme déflecteur (36) après que la liaison de rupture (58) a été rompue. 5 - Dispositif de rupture pour direction caractérisé en ce qu'il comprend: un tube unique (14) possédant une partie (18) orientée axialement possédant en section la forme générale d'un O et une partie (20) orientée axialement présentant en section la forme générale d'un U 15 et qui est d'une seule pièce avec la partie présentant la forme générale d'un O; ledit tube (14) présentant une rampe (36) qui s'étend selon un angle aigu à partir de la paroi (18) de la partie présentant la forme générale d'un 0 et s'engage dans la partie (20) présentant la forme gé20 nérale d'un U; un collier (40) venu de matière, espacé de la rampe (36) dans la direction axiale et qui relie les branches (24, 26). de la partie en forme de U (20) du tube (14); une patte d'alignement (42, 44) venue de matière qui fait saillie vers l'intérieur à partir du bord 25 supérieur de chacune des branches (24, 26) de la partie à section en U (20), les pattes d'alignement (42, 44) étant situées à proximité de l'extrémité axiale ouverte du tube et étant espacées axialement du collier (40); une tige unique (22) qui est engagée dans l'extrémité axiale ouver30 te de la partie (20) en forme de U du tube (14) ainsi que sous lesdites pattes d'alignement (42, 44) et sous ledit collier (40), l'extrémité axiale (38) de la tige (22) qui regarde la rampe (36) étant normalement espacée axialement de la rampe (36) et inclinée dans une direction tel35 le que, en réponse au contact entre l'extrémité inclinée (38) de la tige (22) et la rampe (36), la tige (22) sorte ll du tube (14); un élément saillant (52) prévu sur la tige (22) et qui est normalement situé entre le collier (40) et les pattes d'alignement (42, 44) dans la direction axiale, ledit élément saillant (52) présentant des surfa5 ces tranchantes (54, 56) orientées axialement et adaptées pour briser le collier (40); et une goupille de cisaillement (58) qui est normalement située entre l'élément saillant (52) de la tige (22) et les pattes d'alignement (42, 44) du tube (14) dans la direction axiale, ladite goupil10 le de cisaillement (58) traversant une branche (24, 26) de la partie en U (20) du tube (14), la tige (22) et l'autre branche (26, 24) de la partie en U (20) du tube (14), de telle sorte que, normalement le tube (14) et la tige (22) se comportent comme un seul bloc tandis que, dans 15 une collision, la goupille de cisaillement (58) se brise en présence d'une force axiale prédéterminée, la tige (22) glisse en s'engageant plus loin dans le tube (14), l'extrémité inclinée (38) de la tige (22) se déplace le long de la rampe (36), l'élément saillant (52) de la tige 20 (22) brise le collier (40), les pattes d'alignement (42, 44) fléchissent et la tige (22) se dégage du tube (14).