Brevet FR2677717A1 — publié le 19921218

PROCEDE D'ASSISTANCE AU COLLAGE POUR LA LIAISON D'UN ELEMENT TUBULAIRE ET D'UNE PIECE DE RACCORDEMENT, ASSEMBLAGE AINSI REALISE ET CADRE DE BICYCLETTE UTILISANT UN TEL ASSEMBLAGE. L'invention est relative à un procédé d'assistance au collage pour la liaison entre un élément tubulaire en matériau composite stratifié et une pièce métallique de raccordement. L'invention concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intéret, mais non exclusivement la réalisation de cadres de bicyclette faisant intervenir des éléments tubulaires en composite stratifié qui doivent entre assemblés avec des pièces métalliques de raccordement, notamment au niveau du bottier de pédalier. On sait que les problèmes de dimensionnement de la surface de collage entre l'élément tubulaire et la pièce métallique de raccordement ne permettent pas toujours de réaliser une liaison suffisamment fiable vis-à-vis des sollicitations mécaniques auxquelles une telle liaison peut etre soumise. Pour résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé de compléter le collage par une liaison mécanique entre les deux éléments à assembler, de manière à limiter les contraintes subies par le collage. Les solutions proposées jusqu'd ce jour sont d'une mise en oeuvre relativement délicate et peu pratique. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé d'assistance au collage dont la mise en oeuvre soit simple et rapide, tout en assurant une grande fiabilité et une grande résistance mécanique au niveau de l'assemblage obtenu. Selon l'invention, le procédé d'assistance au collage pour la liaison d'un élément tubulaire en matériau composite stratifié et d'une pièce métallique de raccordement est caractérisé par le fait qu'on fixe un insert à l'intérieur du tube en matériau composite vers au moins une extrémité à raccorder et que l'on prévoit en bout de la partie de la pièce métallique destinée à etre engagée dans le tube, une pince élastique propre à venir s'accrocher sur l'insert lorsque ladite pièce est introduite dans le tube en vue du collage. De préférence, l'insert comporte un épaulement et la pince élastique vient s'accrocher derrière cet épaulement. Avantageusement, l'insert est mis en place sur un mandrin de fabrication du tube en matériau composite stratifié le tube est moulé et stratifié sur l'ensemble du mandrin et de l'insert après moulage du tube, le mandrin est retiré tandis que l'insert reste fixé au tube à l'intérieur de ce dernier et la partie de la pièce métallique munie de la pince élastique est ensuite engagée dans le tube de manière à venir s'accrocher, après déformation élastique de la pince, sur l'insert. La surface extérieure de l'insert peut Entre moletée pour améliorer la fixation de l'insert dans le tube. La pince élastique peut faire partie intégrante de la pièce métallique à assembler, ou entre rapportée sur cette pièce, en particulier par vissage ou par encliquetage. Selon une première possibilité, le mandrin de fabrication est en une seule pièce et comporte, à une extrémité, une partie de plus faible diamètre autour de laquelle est enfilée une ébauche d'insert, puis le moulage du tube en matériau stratifié est réalisé, le mandrin est ensuite retiré tandis que l'ébauche d'insert, restée dans le tube, est usinée de manière que la zone de cette ébauche d'insert voisine de l'extrémité ouverte du tube soit éliminée tandis qu'un épaulement d'accrochage est réalisé à l'intérieur de l'insert. Selon une autre possibilité, le mandrin est réalisé en deux parties qui s'embottent l'une dans l'autre dans une zone destinée à se trouver à l'intérieur du tube lorsqu'il est moulé, les deux parties du mandrin définissant, au niveau de leurs zones d'embottement, un-logement propre à recevoir l'insert; le moulage est ensuite réalisé et chaque partie du mandrin est retirée par une extrémité du tube en matériau composite, tandis que l'insert reste en place à l'intérieur du tube, sans nécessiter d'autre opération d'usinage. L'insert ainsi mis en place comporte de préférence un épaulement. La liaison mécanique entre la pince et l'extrémité du raccord propre à entrer dans le tube en matériau composite peut-être obtenue par encliquetage; on prévoit, de préférence, un épaulement cylindrique à l'extrémité correspondante de la pince, sur des branches présentant une élasticité radiale, tandis qu'une gorge annulaire est prévue sur la surface intérieure d'un passage axial du raccord de sorte que ledit épaulement cylindrique de la pince peut rentrer par déformation élastique dans cette gorge et s'y fixer. Pour son accrochage sur l'épaulement, la pince comporte de préférence des languettes séparées par des fentes longitudinales et présentant une élasticité radiale, la surface extérieure de ces languettes ayant une forme tronconique disposée de manière à faciliter l'effacement des languettes de la pince lors de son introduction dans le tube, et un bord d'accrochage propre à venir s'encliqueter sur l'épaulement de l'insert lorsque cet épaulement a été franchi par les languettes élastiques de la pince. L'invention est également relative à un assemblage collé entre un élément tubulaire en matériau composite stratifié et une pièce métallique de raccordement, cet assemblage collé étant caractérisé par le fait qu'un insert est fixé à l'intérieur de l'élément tubulaire en matériau composite stratifié et qu'une pince élastique prévue en bout de la pièce métallique est accrochée sur l'insert. L'invention concerne également un cadre de bicyclette comportant au moins un élément tubulaire en matériau composite stratifié relié à une pièce métallique par un assemblage tel que défini ci-dessus. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ces dessins, montre en coupe longitudinale axiale un tube en matériau composite qui vient d'strie moulé sur un mandrin équipé d'un insert selon l'invention. La figu#re 2 représente le tube de la figure 1 après retrait du mandrin. La figure 3 représente, en coupe longitudinale axiale, le tube de la figure 2 après usinage de l'insert. La figure 4 représente en coupe longitudinale axiale, à plus grande échelle, l'extrémité de la pièce métallique de raccordement, équipée d'une pince élastique, destinée à entre engagée dans le du tube de la figure 3 pour l'assemblage avec collage. La figure 5 illustre, en coupe axiale longitudinale, l'assemblage réalisé entre le tube de la figure 3 et la pièce métallique de la figure 4. La figure 6 est une coupe axiale longitudinale d'un autre exemple de réalisation, avec un mandrin en deux parties. La figure 7 montre, également en coupe longitudinale axiale, à plus grande échelle, le tube de la figure 6 équipé de l'insert, après retrait des deux parties du mandrin. La figure 8, enfin, montre en coupe axiale longitudinale le tube de la figure 7 assemblé avec la pièce métallique de raccordement correspondante. Comme indiqué précédemment, l'invention vise à renforcer la liaison par collage entre un élément tubulaire 1 (voir figure 5) réalisé en matériau composite stratifié, en particulier à base de fibres de carbone, ou fibres équivalentes et une pièce métallique 2 de raccordement. Pour réaliser une telle liaison, on fixe un insert 3 (figure 3) à l'intérieur de l'élément tubulaire 1. La fixation de l'insert 3 est avantageusement réalisée de la manière suivante. On met en place sur un mandrin 4 (figure 1), pour la fabrication du tube 1 en matériau composite, une ébauche 3a d'insert. Dans le cas de la figure 1, le mandrin 4 est en une seule pièce ; son diamètre extérieur correspond au diamètre interne souhaité pour l'élément tubulaire 1 ; il comporte une partie 5 de plus faible diamètre, coaxiale, située sur la gauche selon la représentation de la figure 1 et autour de laquelle est enfilée l'ébauche 3a d'insert constituée par un manchon cylindrique. Le diamètre extérieur de la partie 5 correspond au diamètre interne de l'ébauche d'insert 3a. La partie 5 s'étend, de préférence, au-delà de l'extrémité de l'ébauche 3a. La structure du tube composite 1, par exemple des tresses de fibres de carbone ou de fibres équivalentes, est mise en place autour du mandrin de fabrication 4 et de l'ébauche 3a de manière à les recouvrir. La stratification est ensuite réalisée selon un procédé classique d'imprégnation de résine, par exemple epoxy ou polyester, puis de moulage. Une couche de colle peut être prévue entre la surface extérieure de l'ébauche 3a et la surface intérieure de la partie 1. Lorsque cette opération de stratification permettant la réalisation du tube composite 1 est terminée, le mandrin 4 est retiré du tube 1, par coulissement vers la droite selon la représentation de la figure 1. On obtient alors l'ensemble représenté sur la figure 2 constitué du tube 1 composite et de l'ébauche d'insert 3a fixée à l'intérieur de ce tube. Pour améliorer la liaison entre l'ébauche 3a et la structure du tube composite, cette ébauche peut comporter un moletage ou des stries sur sa surface extérieure permettant une incrustation dans le matériau du tube 1. L'ébauche 3a d'insert est ensuite usinée de manière que la partie de cette ébauche voisine de l'extrémité la du tube soit éliminée. Un épaulement d'accrochage 6 est réalisé sur le diamètre intérieur de l'insert 3 et une surface tronconique 7 est ménagée du coté de cet épaulement 6 tourné vers l'extrémité la. La pièce métallique 2 de raccordement (figure 4) comporte une extrémité 8 destinée à être introduite par l'extrémité la du tube 1 et à entre collée à la surface interne de ce tube. La surface extérieure de l'extrémité 8 a un diamètre plus faible que celui de la pièce 2, de sorte qu'un épaulement 8a est formé à leur jonction. La surface 8 présente une certaine conicité se traduisant par une diminution progressive du diamètre de cette extrémité vers l'avant. La pièce 2 comporte un alésage central 9 et est munie, à l'avant de l'extrémité 8, d'une pièce 10 constituant une pince élastique. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, la pince 10 est rapportée par vissage dans un trou taraudé 8b prévu dans l'extrémité 8. Cette pince 10 pourrait, le cas échéant, faire partie intégrante de l'extrémité 8 de la pièce 2. La pince 10 comporte plusieurs pattes longitudinales 11, par exemple quatre pattes, séparées par des fentes 12 et solidaires de la partie vissée dans l'extrémité 8. La pièce 10 est réalisée en un métal présentant une bonne élasticité de sorte que les pattes 11 puissent s'effacer radialement pour franchir l'épaulement d'accrochage 6. Les pattes 11 sont munies, sur leur face avant, d'une surface tronconique 13 conjuguée de la surface 7 de l'insert pour provoquer l'effacement des pattes 11 lorsqu'elles viennent en butée contre l'insert, lors de leur engagement dans le tube 1. En arrière de cette surface 13, chaque patte 11 comporte, sur sa surface extérieure, un évidement 14 limité, vers l'avant, par une paroi radiale 15 destinée à venir s'appuyer contre la face avant 6a, également radiale, de l'épaulement 6. Le dégagement 14 est suffisamment grand pour permettre de loger l'épaulement 6 avec un jeu axial, comme visible sur la figure 5. La distance d entre la face 15 et l'épaulement formé à la base de la partie 8 est de préférence égale à la distance 1 (figure 3) entre la face radiale de l'épaulement 6 et la face de l'extrémité ouverte la. Pour réaliser l'assemblage de la pièce 2 et du tube 1 représenté sur la figure 5, on enduit la surface extérieure de la partie 8 et éventuellement la surface interne correspondante du tube 1 d'une colle appropriée, notamment d'une colle Epoxy. On introduit ensuite la partie 8 munie de la pièce 10 par l'extrémité la du tube 1 et on enfonce la partie 8 jusqu'à ce que les pattes élastiques 11 franchissent l'épaulement 6, et viennent s'accrocher derrière cet épaulement comme illustré sur la figure 5. Si la condition d = 1 est satisfaite, l'extrémité la est en appui contre l'épaulement 8a de la pièce 2. Après prise de la colle, l'assemblage effectué constitue un ensemble indémontable et présentant une résistance mécanique élevée, notamment grace à l'accrochage réalisé à l'aide de la pince 10. On se reporte maintenant à la variante des figures 6 à 8. La pince élastique 110 est réalisée dans un acier élastique du type de ceux utilisés pour la réalisation d'anneaux élastiques. On peut alors prévoir l'accrochage de la pince élastique 110 sur le raccord par une sorte d'encliquetage comme illustré sur la figure 8. Le mandrin 104 (figure 6) est réalisé en deux parties 104a, 104b qui s'emboitent l'une dans l'autre grace à un prolongement de plus faible diamètre 16, prévu à l'extrémité de la partie 104a, propre à entrer dans un alésage 17 de la partie 104b. Au niveau de leur embottement, les parties 104a, 104b déterminent, sur la surface extérieure du mandrin 104, un embrèvement 18 constituant un logement propre à recevoir l'insert d'accrochage 103, dans sa forme définitive. Cet insert, comme représenté sur la figure 7, est constitué par une sorte de manchon cylindrique présentant un rebord d'accrochage 106 de diamètre interne plus faible, à son extrémité tournée vers l'extrémité voisine 101a de l'élément tubulaire 101. La face transversale d'extrémité de l'insert 103 peut etre radiale comme illustré sur la figure 7. L'insert 103 est moleté sur sa surface extérieure comme visible sur la figure 6. Lorsque l'insert 103 a été mis en place dans l'embrèvement 18 du mandrin 104, la structure de l'élément tubulaire 101 vient recouvrir le mandrin et est imprégnée de résine et soumise au moulage à chaud pour donner l'élément composite stratifié 101. La surface extérieure striée de l'insert 103 a été au préalable recouverte de colle de manière à bien se fixer à l'intérieur du tube 101. Lorsque les opérations de moulage sont terminées, les deux parties 104a, 104b sont démontées par chaque extrémité du tube 101 et l'insert 103 demeure à l'intérieur, solidement fixé comme illustré sur la figure 7. La pince élastique 110 comprend une tête 19 dont partent, vers l'arrière, des branches 20 par exemple au nombre de quatre, séparées par des fentes longitudinales 21. A leur extrémité arrière, ces branches 20 comportent une extension radiale formant épaulement cylindrique 22 propre à s'encliqueter élastiquement dans une gorge annulaire 23 prévue sur la surface intérieure du passage 109 du raccord métallique 102. A la périphérie de la tete 19 sont prévues des languettes élastiques 24, par exemple au nombre de quatre, également séparées par des fentes et placées suivant une disposition tronconique de manière à s'effacer élastiquement radialement vers l'intérieur pour franchir l'épaulement d'accrochage 106 et à s'écarter à nouveau après franchissement de cet épaulement. Le bord arrière 24a de ces languettes 24 vient en appui contre la face transversale 106a de l'épaulement 106. Les dimensions des différentes pièces sont choisies, de préférence, de manière à fournir pratiquement un contact simultané entre l'extrémité 101a du tube 101 et l'épaulement 108a prévu sur le raccord 102 ; l'épaulement 22 et la face transversale 25 du logement 23 ; le bord arrière 24a des languettes 24 et la face transversale de l'épaulement 106. Bien entendu, la partie du raccord 102 engagée dans le tube 101 est enduite de colle de façon que la liaison soit assurée d'une part par le collage classique et, en plus, par la pièce 110. Avantageusement, on peut réaliser à l'intérieur du tube 101, par exemple lors du moulage, une sorte d'épaulement tronconique 26 constituant une butée axiale pour la face arrière de l'insert 103. La solution des figures 6 à 8 permet à l'insert 103 autre fixé dans ses dimensions définitives, ce qui facilite l'usinage de la surface de collage du raccord. Quel que soit le mode de réalisation adopté, l'invention permet de réaliser une liaison fiable grace à l'assitance au collage particulièrement simple à mettre en oeuvre avec le dispositif de pince élastique, tandis que l'insert est solidement fixé à l'intérieur du tube, moulé autour de cet insert. Cet assemblage s'applique parfaitement à la réalisation de cadres de bicyclettes utilisant des tubes composites 1, 101 et des raccords 2, 102 en aluminium ; un tel assemblage convient en particulier au niveau du bottier du pédalier dont ferait partie intégrante la pièce 2, 102. Ce procédé d'assemblage est d'une mise en oeuvre facile et offre la possibilité d'assembler des tubes non débouchants et d'utiliser tous les raccords. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assistance au collage pour la liaison d'un élément tubulaire en matériau composite stratifié et d'une pièce métallique de raccordement, caractérisé par le fait qu'on fixe un insert (3, 103) à l'intérieur du tube (1, 101) en matériau composite, vers au moins une extrémité (la, 10la) à raccorder et que l'on prévoit en bout de la partie (8, 108) de la pièce métallique (2, 102) destinée à astre engagée dans le tube (1, 101) une pince (10,110) élastique propre à venir s'accrocher sur l'insert (3, 103) lorsque ladite partie (8, 108) de la pièce (2, 102) est introduite dans le tube (1, 101) en vue du collage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une ébauche (3a) d'insert ou un insert (103) est mis en place sur un mandrin (4, 104) de fabrication du tube en matériau composite stratifié, que le tube (1, 101) est moulé et stratifié sur l'ensemble du mandrin (4, 104) et de l'ébauche (3a) d'insert ou de l'insert (103) ; qu'après moulage du tube (1, 101), le mandrin (4, 104) est retiré tandis que l'ébauche (3a) ou l'insert (103) reste fixé au tube (1, 101) à l'intérieur de ce dernier ; qu'une partie (8, 108) de la pièce métallique (2, 102) est ensuite engagée dans le tube (1, 101) de manière à venir s'accrocher, après déformation élastique de la pince (10, 110), sur l'insert (3, 103). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'insert (3, 103) comporte un épaulement (6, 106) et que la pince élastique (10, 110) vient s'accrocher derrière cet épaulement (6, 106). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la surface extérieure de l'insert (3, 103) est moletée pour améliorer la fixation de l'insert (3, 103) dans le tube (1, 101). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pince élastique fait partie intégrante de la pièce métallique à assembler. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pince élastique (10, 110) est rapportée sur la pièce métallique (2, 102) en particulier par vissage (2, 10) ou par encliquetage (102, 110). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mandrin (4) est en une seule pièce et comporte, à une extrémité, une partie (5) de plus faible diamètre autour de laquelle est enfilée une ébauche (3a) d'insert ; que le moulage du tube (1) est réalisé que le mandrin (4) est ensuite retiré tandis que l'ébauche (3a) d'insert, restée dans le tube, est usinée de manière que la zone de cette ébauche voisine de l'extrémité ouverte (la) du tube soit supprimée tandis qu'un épaulement (6) d'accrochage est réalisé à l'intérieur de l'insert (3). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le mandrin (104) est réalisé en deux parties (104a, 104b) qui s'emboitent l'une dans l'autre dans une zone destinée à se trouver à l'intérieur du tube (101) lorsqu'il est moulé, les deux parties (104a, 104b) du mandrin (104) définissant, au niveau de leurs zones d'emboitement, un logement (18) propre à recevoir l'insert (103) que le moulage est ensuite réalisé et que chaque partie (104a, 104b) du mandrin (104) est retirée par une extrémité du tube (101) en matériau composite, tandis que l'insert (103) reste en place à l'intérieur du tube, sans nécessiter d'autre opération d'usinage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'insert (103) mis en place comporte un épaulement (106). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel la liaison entre la pince élastique et la pièce de raccordement est obtenue par encliquetage, caractérisé par le fait qu'on prévoit un épaulement cylindrique (22) à l'extrémité correspondante de la pince (110), sur des branches (20) pouvant se déplacer radialement, tandis qu'une gorge annulaire (23) est prévue sur la surface intérieure d'un passage axial (109) du raccord de sorte que ledit épaulement cylindrique (22) de la pince peut entrer par déformation élastique dans cette gorge (23) et s'y fixer. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la pince (110) comporte, pour son accrochage sur l'épaulement (106), des languettes (24) séparées par des fentes et présentant une élasticité radiale, la surface extérieure de ces languettes ayant une forme tronconique disposée de manière à faciliter l'effacement des languettes (24) de la pince lors de son introduction dans le tube, et un bord d'accrochage (24a) propre à venir s'encliqueter sur l'épaulement (106) de l'insert lorsque cet épaulement a été franchi par les languettes élastiques de la pince. 12. Assemblage collé entre un élément tubulaire en matériau composite stratifié et une pièce métallique de raccordement, caractérisé par le fait qu'un insert (3, 103) est fixé à l'intérieur de l'élément tubulaire (1, 101) et qu'une pince élastique (10, 110) prévue en bout de la pièce métallique (2, 102) est accrochée sur l'insert. 13. Assemblage selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la pince élastique (10, 110) comporte plusieurs pattes longitudinales (11), ou languettes (24), séparées par des fentes, propres à venir s'accrocher derrière un épaulement (6, 106) de l'insert (3, 103). 14. Assemblage selon la revendication 12 ou 13, caractérisé par le fait que la pince élastique (10, 110) est rapportée sur la pièce de raccordement (2, 102), en particulier par vissage ou encliquetage. 15. Cadre de bicyclette comportant au moins un élément tubulaire en matériau composite stratifié relié à une pièce métallique de raccordement par un assemblage selon l'une des revendications 12 à 14, et/ou réalisé selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 11.