Brevet FR2650036A1 — publié le 19910125

L'invention se rapporte à un dispositif d'assem- blage entre l'extrémité d'un arbre tubulaire, notamment en matériau composite, et un élément de raccordement dis- posé coaxialement à l'extrémité ouverte du tube, et com- prenant un manchon de raccordement, qui présentent des moyens d'assemblage en prise entre eux par streté de for- me dans la direction circonférentielle, destiné à être utilisé dans un.arbre longitudinal appartenant à la chat- ne cinématique d'un véhicule automobile. On connaît déjà, par le DE-x-30 07 896, un dis- positif d'assemblage du genre cité dans lequel l'extrémi- té du tube est emmanchée sur un manchon muni d'une dentu- re extérieure, la denture mordant dans la surface du tu- be. L'assemblage est bloqué extérieurement par un élé- ment annulaire qui bloque le dispositif. On connait, par le DE 38 28 018, un dispositif -d'assemblage dans lequel un élément de raccordement mé- tallique à denture extérieure est ici aussi emmanché dans l'extrémité du tube composite fibreux, avec enfonce- ment de la denture dans le matériau composite et élargis- sement radial de l'extrémité du tube. Au-delà du manchon emmanché, qui constitue en même temps une partie d'un joint articulé, la section transversale du tube composi- te fibreux est réduite. Finalement, on connaît, par le US 4 722 717, un dispositif d'assemblage entre l'extrémité ouverte d'un arbre composite fibreux et un manchon de raccordement, dans lequel il est prévu des rainures longitudinales et circonférentielles complémentaires formées respective- ment sur la surface intérieure du tube et sur la surface extérieure du manchon emmanché dans cette extrémité, et dans lesquelles on introduit une résine durcissable, qui peut éventuellement contenir des fibres courtes, pour former après le durcissement un élément d'assemblage qui établit une liaison par sfreté de forme dans la direc- tion circonférentielle et dans la direction axiale. Dans le cas cité en dernier, on cherche à éta- blir entre l'extrémité du -tube et l'élément de raccorde- ment une liaison qui est non seulement capable de résis- ter à des contraintes de couple mais aussi très solide dans la direction axiale. En raison de leurs particulari- tés de construction, les deux dispositifs cités en pre- mier sont également capables de résister à des contrain- tes élevées dans la direction circonférentielle et dans la direction axiale, du moins en ce qui concerne les ef- forts de compression. Dans les véhicules automobiles modernes, le com- portement de déformation en cas de collision frontale est spécifié de manière à donner des caractéristiques dé- termiées de déformation progressive (effort de déforma- tion en fonction de la course de déformation). ("Zur Rea- lisierbarkeit unterschiedlicher Deformationskennlinien" R. Hoefs et alia, BMFT Vorhaben TV 80 35.). L'utilisation des dispositifs d'assemblage ci- tés plus haut dans des arbres de transmission longitudi- naux (arbres à cardan) de véhicules automobiles, à Dro- pulsion arrière ou à propulsion intégrale, se révèle pré- senter un grave inconvénient qui consiste en ce que les arbres en matériaux composites fibreux et les autres ar- bres de construction légère, qui peuvent en général se dispenser d'un joint articulé intercalaire, grace à leur faible poids, présentent une très haute rigidité. En cas de collision frontale, sous l'effet de la rigidité de l'arbre de transmission longitudinal et de l'inertie de l'essieu moteur qui y fait suite, ou du différentiel, la zone déformable du véhicule est raidie et perd de cette façon son effet de protection visà-vis des occupants du véhicule. L'absorption d'énergie prévue est perturbée par la liaison établie par l'arbre de transmission entre les masses de l'essieu arrière et la partie avant du vé- hicule et, par suite, le corps des occupants est freiné trop rapidement. En cas d'accident, ceci peut conduire à des blessures graves ou même mortelles. Au cours d'essais de collision, on a en outre constaté que l'utilisation d'un dispositif de sécurité du type des ballons gonflables (Airbags) est entravé par l'influence de l'arbre de transmission longitudinal rigi- de qu'on a décrit plus haut. La conséquence est que les ballons gonflables sont déclenchés trop tard et que les occupants ne bénéficient pas de la protection prévue. Sur la base de cette constatation, le but de la présente invention est de donner à un assemblage de rac- cordement du genre précité destiné à être utilisé dans des arbres de transmission longitudinaux de véhicules au- tomobiles une configuration capable d'éliminer les in- fluences perturbatrices qui se présentent en pratique. La solution de ce problème consiste dans un assemblage de raccordement dans lequel les efforts de comDression ou de flambage dans la direction axiale qui peuvent être absorbés sans destruction par l'arbre tubulaire sont plus grands que les forces d'adhérence qui agissent dans la direction longitudinale entre l'extrémité du tube et le manchon. On réalise de cette façon une solution sim- ple Dar sa construction, capable de transmettre sans dif- ficulté les couples nécessaires, et d'absorber des ef- forts longitudinaux limités en service normal, par exem- ple, pour permettre aux joints coulissants habituels rac- cordés à l'arbre d'exercer leur fonction, mais qui dans le cas d'une collision frontale ou d'un accident par tam- ponnement permette aux masses de l'essieu arrière de se désaccoupler de la partie avant du véhicule de manière qu'aucune influence perturbatrice ne s'exerce de cet as- semblage sur la zone déformable ni sur le déclenchement du sac gonflable. Selon une réalisation préférée de l'assemblage de raccordement, les forces d'adhérence qui agissent dans la direction longitudinale entre l'extrémité de tu- be et le manchon sont plus grandes que les forces de dé- célération qui se manifestent au niveau de l'arbre tubu- laire en orésence d'une collision frontale non destructi- ve du véhicule automobile, dans la plage "protection des piétons" et "protection à petite vitesse"; c'est-à-dire que ce qu'on appelle la collision à 5 km/h du véhicule ne doit pas provoquer de modifications de l'assemblage de raccordement. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, apres la coupure de l'assemblage, exécutée par des moyens appropriés, l'extrémité de l'arbre est dé- truite directement au droit du dispositif d'assemblage, de sorte que, même dans la suite de la déformation du vé- hicule, la rigidité de l'arbre n'entraîne pas d'influen- *ces préjudiciables. Pour constituer une absorption d'énergie varia- ble dans la direction axiale, l'arbre tubulaire peut pré- senter dans cette direction axiale une épaisseur de pa- roi variable à l'aide de laquelle, on peut agir, en com- plément de l'action de la partie avant du véhicule, sur la caractéristique de déformation. Les profils de varia- tion de la force de l'arbre tubulaire peuvent être calcu- lés avec une valeur anticyclique comparativement à ceux de la partie avant. Sont appropriés comme moyens pour la destruction, un cône de déchirure dans le cas o l'extré- mité du tube est emboîtée sur le manchon, ou un cône d'écrasement dans le cas oâ l'extrémité du tube est em- manchée dans le manchon. Des solutions encore plus avan- tageuses sont constituées par plusieurs coins tranchants répartis sur la circonférence et qui fendent le tube dans la direction longitudinale. Il est également possi- ble de prévoir un simple talon placé à distance axiale de l'extrémité du tube. Toutefois, une caractéristique essentielle consiste en ce qu'il produit pas de forte va- riation initiale de la section avant de l'extrémité du tube préalablement à la séparation réalisée sur l'élé- ment de raccordement. L'élément d'assemblage cité peut être constitué par un corps en forme de douille qui est lui-même fabri- qué en un matériau composite fibreux ou en une matière Dlastique ou matière résineuse appropriée, et que l'on colle dans l'extrémité du tube, après quoi on embotte cette extrémité sur le manchon de raccordement. Pour blo- quer l'extrémité du tube par rapport au manchon de rac- cordement, il peut être avantageux que l'élément d'assem- blage possède des ajours radiaux, de préférence orientés axialement, qui permettent un contact adhésif direct li- mité entre le tube et le manchon. Toutefois, l'élément d'assemblage peut aussi être réalisé sur place lorsque des zones de bourrelets correspondantes sont prévues dans l'élément de raccorde- ment et que, dans le manchon ou dans le corps du tube, sont prévues des ouvertures d'injection et de sortie d'air pour permettre d'introduire une résine, notamment une résine chargée de fibres courtes. Il peut être suffisant, pour qu'il ne s'établis- se pas de forces d'adhérence entre le manchon denté ou polygonal et l'élément d'assemblage, de choisir une com- binaison de matières appropriée, en général, on dépose un agent antiadhésif sur le manchon. Si cela n'est pas suffisant, on peut aussi initialement détruire la liai- son entre le manchon et l'élément d'assemblage avant le montage définitif, puis réemmancher ces éléments l'un dans l'autre avec un blocage capable d'absorber des ef- forts plus faibles. Pour maîtriser l'allure dans le temps de la des- cription de l'extrémité du tube, ou pour réaliser des profils déterminés de variation de l'effort, il peut être avantageux de réaliser l'extrémité du tube qui doit être détruite par un talon de l'arbre, par un cône de dé- chirure ou d'écrasement, ou par des coins tranchants, avec une épaisseur qui varie sur la longueur. Des exem- ples de réalisation préférés de la présente invention sont représentés sur les dessins. La figure 1 montre un assemblage de raccorde- ment comportant un cône élargisseur sur le manchon de raccordement, en coupe longitudinale; la figure 2 montre un assemblage de raccorde- ment comportant un manchon de raccordement selon la figu- re 1, en coupe transversale, avec un détail agrandi; la figure 3 représente un assemblage de raccor- dement selon les figures 1 et 2, dans l'état de destruc- tion partielle; la figure 4 représente un assemblage de raccor- dement comprenant un cône élargisseur sur le manchon de raccordement et une extrémité de tube à épaisseur de pa- roi croissante; -la figure 5 représente un assemblage de raccor- dement comportant un cône élargisseur sur le manchon de raccordement et une extrémité de tube à épaisseur de pa- roi décroissante; la figure 6 représente un assemblage de raccor- dement comportant une butée axiale sur le manchon de rac- cordement, à une certaine distance de l'extrémité du tu- be; la figure 7 représente un assemblage de raccor- dement comportant un cône élargisseur sur le manchon de raccordement et un élément intermédiaire fendu séparé; la figure 8 montre des graphiques force-temps pour des manchons de raccordement présentant différentes formes. Sur la figure 1, on a représenté une extrémité d'un tube composite fibreux qui est emboltée sur un man- chon de raccordement 1. L'extrémité de tube est appuyée sur deux régions de bourrelets 4, 5, ou centrages du man- chon 1. Entre ces deux bourrelets ou centrages, le man- chon présente une denture extérieure 2. Un élément d'as- semblage 8 est en prise par sCreté de forme dans la den- ture et est en liaison par adhérence avec la surface cy- lindrique extérieure de l'extrémité de tube 7. A la sui- te du extrémité de tube, le manchon 1 présente un cône élargisseur 3 ou plusieurs coins tranchants. le manchon présente en outre un trou de sortie d'air central 6. Sur la figure 2, on peut voir l'extrémité du manchon qui est munie de la denture 2 et le corps du tu- be 7 intérieurement cylindrique, entre lesquels on peut voir l'élément d'assemblage 8, formé d'une résine dur- cie, notamment d'une résine renforcée de fibres, qui est assemblé au tube par une liaison par adhérence, et qui est séparé de la denture 2 par une couche d'agent anti- adhésif 9, de sorte qu'il s'établit uniquement un assem- blage-par sûreté de forme. Sur la figure 3, l'assemblage de raccordement selon les figures 1 et 2 est représenté dans l'état de destruction. L'extrémité de tube 7 et l'élément d'assem- blage 8 qui y adhère ont été élargis par le cône élargis- seur 3 en subissant une déformation permanente et ils sont soulevés et dégagés de la denture 2 entre les bour- relets 4, 5, sans perdre la forme tubulaire. La figure 4 montre un dispositif d'assemblage qui correspond essentiellement à la figure 1 mais dans lequel l'extrémité de tube 7 présente vers l'extrémité des épaississements 10 destinés à influer sur le profil de variation de la force de destruction, profil qui est ici dégressif. La figure 5 montre un dispositif d'assemblage présentant les mêmes particularités que celui de la figu- re 1 mais dans lequel l'extrémité de tube 7 présente des réductions d'épaisseur ll pour influer sur le Drofil de variation de la force destructrice, qui est ici progres- sif. Sur la figure 6, on a représenté une extrémité de tube qui est l'extrémité d'un tube composite fibreux qui est emboîtée sur un manchon de raccordement. L'extré- mité de tube est appuyée sur deux régions de bourrelets 4, 5 du manchon, entre lesquelles le manchon présente 2650Q36 une denture extérieure. Un élément d'assemblage 8 est en prise dans la denture par sCreté de forme et est en liai- son par adhérence avec la surface intérieure cylindrique de l'extrémité 7 du tube. A une certaine distance de l'extrémité de tube 7, le manchon 1 présente une butée axiale 11, 12 qui, lorsque l'extrémité du tube a commen- cé à se détacher légèrement du manchon, détermine la des- truction de cette extrémité de tube lorsqu'elle la ren- contre. Le manchon 1 présente en outre un perçage cen- tral de sortie d'air 6. La figure 7 montre un dispositif d'assemblage dans lequel on voit l'extrémité 7 d'un tube comoosite fi- breux et un manchon tubulaire 1 muni d'un cône élargis- seur 3 et d'un perçage de sortie d'air 6, et qui présen- te une denture extérieure 2. Dans l'extrémité de tube 7 est prévu un élément de liaison 13 revêtant la forme d'une douille distincte qui est en prise dans la denture 2 par sireté de forme et qui est fixée par collage au corps 7 du tube, qui est intérieurement cylindrique. La douille 13 présente une fente axiale 14 qui permet d'éta- blir une liaison partielle par adhérence entre le man- chon tubulaire 1 et le corps 7 du tube et, en même temps, facilite l'ouverture du tube réalisée par le cône élargisseur au moment de la destruction de l'extrémité de tube. Il est également possible de prévoir de simples ajours radiaux, par exemple de forme circulaire, en re- nonçant alors à l'effet d'ouverture du tube. Un espace annulaire 15 ménagé entre la douille 13 et l'extrémité de tuoe 7 laisse la place pour contenir un volume de col- le qui est en liaison par adhérence avec les deux élé- ments. Sui la figure 8, on a représenté différents gra- phiques force-temps qui correspondent à diverses extrémi- tés de tubes qui sont construits en application du prin- cipe de l'invention, en comparaison avec une extrémité de tube selon l'état de la technique. La courbe ""I re- présente le comportement de destruction d'une extrémité de tube selon la figure 4, la courbe #Bu représente le comportement de destruction d'une extrémité de tube se- lon la figure 5; la corde ICI représente le comporte- ment de destruction d'une extrémité de tube d'un assem- blage de raccordement selon la figure 6 tandis que la courbe "D reproduit la destruction d'un extrémité de tu- be selon l'état de la technique, par exemple conforme au brevet US 4 722 717. R E V E N D IC ATIONS 1. Dispositif d'assemblage entre l'extrémité d'un arbre tubulaire, notamment en matériau composite, et un élément/ de raccordement disposé coaxialement à l'extrémité ouverte (7) du tube, et comprenant un man- chon de raccordement (1), qui présentent des moyens d'as- semblage (2; 8, 13) en prise entre eux par sûreté de forme dans la direction circonférentielle, destiné à être utilisé dans un arbre longitudinal appartenant à la chaîne cinématique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que les efforts de compression ou de flambage orientés dans la direction axiale, qui peuvent être ab- sorbés sans destruction par l'arbre tubulaire sont plus grands que les forces d'adhérence qui agissent dans la direction longitudinale entre l'extrémité de tube (7) et le manchon (1). 2. Dispositif d'assemblage entre l'extrémité d'un arbre tubulaire, notamment en matériau composite, et un élément de raccordement disposé coaxialement à l'extrémité ouverte (7) du tube, et comprenant un man- chon de raccordement (1), qui présentent des moyens d'as- semblage (2; 8, 13) en prise entre eux par sûreté de forme dans la direction circonférentielle, destiné à être utilisé dans un arbre longitudinal appartenant à la chaîne cinématique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que les efforts de compression ou de flambage orientés dans la direction axiale, qui peuvent être ab- sorbés sans destruction par l'arbre tubulaire sont plus grands que les forces d'adhérence qui agissent dans la direction longitudinale entre l'extrémité de tube (7) et le manchon (1) et en ce que l'arbre tubulaire constitué par un arbre composite fibreux, présente, dans la direc- tion longitudinale, pour réaliser une absorption d'éner- 1.1 gie variable dans la direction axiale, une épaisseur de paroi variable matérialisée par des enroulements circon- férentiels additionnels et en ce que, sur l'élément de raccordement, sont Drévus des moyens qui servent à dé- * truire l'arbre tubulaire lorsqu'il s'embotte sur le man- chon tubulaire. 3. Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que les forces d'adhérence qui agissent dans la direction longitudinale entre l'extrémité de tube (7) et le manchon (1) sont plus grandes que les forces de décélération qui se manifestent au niveau de l'arbre tu- bulaire en présence d'une collision frontale non des- tructive du véhicule automobile, dans la plage "protection des piétons" et "protection à petite vitesse", 4. Dispositif d'assemblage selon l'une. quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé. en ce que le manchon (1) Dorte une denture longitudinale (2), l'extrémité de tube (7) présente une surface conju- guée cylindrique et au moins un élément d'assemblage (8, 13) est assemblé à l'extrémité de tube (7) par une liai- son par adhérence et est en prise dans la denture longi- tudinale (2) par sQreté de forme. 5. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le manchon (1) possède une section transversa- le polygonale, l'extrémité de tube (7) possède une surfa- ce conjuguée cylindrique et au moins un élément d'assem- blage (a, 13) est assemblé par adhérence au extrémité de tube (7Y et coopoère avec le manchon polygonal par une liaison par sûreté de forme. 6. Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage (13) est un élément en forme de douille collé à l'extrémité de tube. 7. Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage (8) est formé sur place entre de l'extrémité tube et le manchon, entre deux ré- gions de bourrelets. 8. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage (13) est divisé sur sa circonférence et qu'il est prévu, dans la au moins une zone de division (14), une liaison par adhérence directe- ment entre le manchon (1) et la surface de l'extrémité de tube (7). 9. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le manchon de raccordement (1) est emmanché dans l'extrémité de tube (7). 10. Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce qu'il est prévu un cône de déchirure (3) sur l'élé- ment de raccordement (3) à la suite de l'extrémité de tube (7). 11. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le manchon de raccordement entoure extérieure- ment l'extrémité de tube. 12. Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 11, caractérisé en ce que, à la suite de l'extrémité de tube, il est pré- vu un cône d'écrasement sur l'élément de raccordement. 13! Dispositif d'assemblage selon la revendica- tion 12, caractérisé en ce que l'élément de raccordement présente un perçage traversant. 14. DisDositif d'assemblage salon l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un cône tranchant sur l'élément de raccordement, à la suite de l'extrémité de tube. 15. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisé - en ce qu'il est prévu sur l'élément de raccordement, à distance de l'extrémité de tube (7), un talon (12) ser- vant de butée destructrice pour l'extrémité de tube. 16. Dispositif d'assemblage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il est prévu un agent anti-adhésif (9) entre l'élément d'assemblage (8, i3) et la denture ou la forme polygonale du manchon (1).