Brevet FR2699976A1 — publié le 19940701

ARBRE TELESCOPIQUE La présente invention concerne un arbre télescopique qui, bien que pouvant être utilisé dans d'autres applications, est spécialement conçu pour être intégré dans une colonne de direction de véhicule automobile, c'està- dire, dans les mécanismes au moyen desquels la rotation du volant de direction est transmise à la boîte de direction du véhicule. Comme il est bien connu, les arbres de direction des véhicules automobiles comprennent, d'une manière générale, deux tronçons ou sections articulées entre elles au moyen d'une articulation du type à cardan, et plus concrètement, un tronçon ou arbre principal à une extrémité duquel est fixé le volant de direction et un tronçon ou arbre secondaire dont une extrémité est articulée à l'extrémité opposée du premier et dont l'autre extrémité est articulée, à son tour, également par une articulation du type à cardan, au tourillon de commande de la boîte de direction. Dans l'état actuel de la technique, au moins un arbre auquel on s'est référé présente une structure télescopique, constitué par au moins deux organes tubulaires emmanchés l'un dans l'autre et convenablement retenus dans une position relative déterminée, à partir de laquelle ils peuvent être déplacés, afin de diminuer la longueur de l'ensemble lorsque ce dernier est soumis à un effort prédéterminé en direction axiale Cela est réalisé de cette manière principalement pour des raisons de sécurité, de manière à éviter les lésions très graves que pourraient provoquer, autrement, la colonne de direction sur le conducteur ou sur les passagers du véhicule, par exemple lors d'un choc frontal Mais, de plus, dans le cas d'un arbre secondaire ou tronçon court de la colonne, la structure télescopique facilite notablement le montage de cet arbre dans le véhicule, évitant la nécessité d'utiliser pour un tel montage, des fourches de cardan à bride ouverte dont les inconvénients liés aux fourches avec collier de montage fermé ou semi ouvert sont évidents et sont amplement reconnus De ce fait, dans un bon nombre de modèles de véhicules automobiles dans lesquels l'espace pour le montage de l'axe correspondant ou arbre secondaire est particulièrement réduit, cet arbre comprend, non pas deux, mais trois éléments télescopiques, avec pour but de diminuer au maximum sa longueur pour mener à bien ledit montage. Dans les solutions actuellement connues, les tronçons tubulaires télescopiques intégrants de l'arbre s'ajustent entre eux au moyen d'une zone de section non circulaire, par exemple polygonale, qui assure la transmission du moment de rotation entre eux Dans une de ces solutions connues, la zone de section non circulaire de l'élément mâle du système télescopique présente, surinjectés, des anneaux en matière plastique, par exemple au nombre de deux, qui agissent en tant qu'éléments de friction contre l'élément femelle 1 o extérieur, de façon que le glissement relatif de ces deux éléments ne se produise que lors d'un effort de valeur prédéterminée (généralement entre 80 et 200 kg) Cette solution est relativement simple du fait que les anneaux peuvent être injectés directement une fois que le montage du système télescopique est déjà réalisé à travers d'orifices prévus dans l'élément extérieur; mais elle présente le grave inconvénient d'obtenir très difficilement des résultats fiables et, surtout, constants, en fonction de la valeur de l'effort auquel doit être soumis le système télescopique pour réduire sa longueur, effort qui dépend d'une série de variables (qualité de la matière plastique, pression à laquelle il est injecté, contractions se produisant après l'injection, régularité et précision de la section des corps tubulaires, etc) qui sont, en pratique, incontrôlables Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé, suivant une autre solution connue, de prévoir des parties saillantes dans le même matériau approprié, qui s'ajustent dans des orifices correspondants ménagés dans l'élément tubulaire extérieur, de manière à conserver entre les deux éléments une position relative déterminée Cette solution permet de calculer avec un degré d'exactitude acceptable l'effort auquel doit être soumis le système télescopique pour déterminer sa déformation, c'est-à- dire, l'effort de cisaillement nécessaire pour rompre lesdites parties saillantes; toutefois, il présente le principal inconvénient de ce que, une fois que ces parties saillantes sont rompues, rien ne s'oppose déjà au mouvement relatif des deux éléments, de sorte que l'ensemble ne développe aucune action de freinage ou d'amortissement Par ailleurs, dans la plupart des solutions connues, l'arbre télescopique peut uniquement se contracter lors d'un choc ou d'un accident, mais agit non comme un arbre télescopique mais comme un corps rigide, de longueur invariable, pour des besoins de montage et de régulation. La présente invention remédie considérablement aux inconvénients précités et concerne un arbre télescopique comportant des organes très simples En effet, il est possible de contrôler dans cet arbre, avec un degré élevé de précision, la valeur de l'effort nécessaire pour déterminer à partir d'une position donnée le déplacement relatif de deux des éléments tubulaires du système télescopique De plus et surtout, cet effort se maintient constant au cours de la totalité dudit déplacement relatif, actionnant l'ensemble 1 o comme un frein ou amortisseur parfait, en vue de l'absorption de l'énergie libérée au moment du choc Selon l'invention, il est également possible de combiner l'ensemble de telle sorte que l'effort concerné et l'absorption conséquente d'énergie croît au cours du déplacement d'un élément tubulaire par rapport à l'autre dans les différents tronçons Par ailleurs, le système est parfaitement compatible avec la possibilité de déplacement relatif des éléments télescopiques de sorte qu'ils puissent être appliqués sans inconvénient à des arbres principaux dont la longueur peut être réglée, de sorte que la position du volant par rapport au conducteur du véhicule puisse être réglée, ou à des arbres secondaires dans lesquels on a intérêt à provoquer un tel déplacement relatif, en réduisant en premier la longueur totale de l'ensemble et en l'augmentant après, pour faciliter le montage. A cet effet et selon la présente invention, la solidarisation en rotation des éléments tubulaires intégrants du système télescopique est déterminée en y prévoyant, suivant une solution connue en elle-même, de petites zones dotées d'une succession de creux et de nervures longitudinaux, à la manière d'une denture, dans laquelle s'ajuste, lorsqu'elle est prévue, de manière appropriée, dans au moins un desdits éléments, au moins une partie saillante qui, à partir d'une position limite déterminée, vient en butée sur au moins une desdites dents et empêche le déplacement relatif ou qui, si l'effort axial exercé est supérieur à la limite préfixée, déforme la dent et poursuit cette déformation tout le long, tant que dure un tel déplacement, avec l'effet correspondant de freinage, de valeur sensiblement constante et l'absorption correspondante d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement et facilement à la lecture de plusieurs modes de réalisation donnés à titre indicatif mais non limitatifs ainsi que des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un arbre court ou secondaire faisant partie intégrante d'une colonne de direction, et réalisé selon la présente invention Il doit être précisé que de toutes les façons, la présente invention pourrait tout aussi bien être appliquée à l'arbre principal de ladite colonne de direction ou à des arbres destinés à des applications très différentes. La figure 2 est un détail, en demi-coupe transversale, de la partie 1 o télescopique de l'arbre représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue éclatée, en coupe diamétrale, des éléments représentés sur la figure 2. La figure 4 est une vue en perspective de l'extrémité de l'élément mâle du système télescopique. La figure 5 représente, en coupe, un détail, à échelle agrandie, de la striure ou de la denture longitudinale grâce à laquelle les deux éléments intégrants du système télescopique sont solidarisés en rotation. La figure 6 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un arbre télescopique comprenant non pas deux mais trois éléments tubulaires, selon une solution à laquelle on s'est déjà référée. L'arbre représenté sur la figure 1 comprend, de manière connue en soi, deux éléments télescopiques 1, 2, qui sont solidaires par leurs extrémités libres à des fourches 3, 3 ' qui sont accouplés, au moyen de croisillons correspondants de manière à former des articulations de type cardan, respectivement à la fourche 4 qui est solidaire du tourillon de la cage de direction et à la fourche 5 qui est solidaire de l'extrémité de l'arbre principal Comme on l'a déjà mentionné, la disposition que l'on préconise peut également parfaitement s'appliquer à cet arbre principal, auquel cas et comme on le comprend aisément, l'extrémité libre d'un des éléments indiqués comporterait de manière solidaire la fourche 5 tandis que l'extrémité libre de l'autre élément serait solidaire, par tout système approprié, du volant de direction. Les éléments 1 et 2 du système télescopique sont solidaires en rotation grâce à des moyens qui sont prévus sur la surface interne de l'élément extérieur 2 et sur la surface interne de l'élément intérieur 1, lesquels moyens consistent en de petites zones périphériques 6, 7 prévues sur chacun desdits éléments et dotées comme on peut le voir sur le détail de la figure 5, d'une succession de creux 8 et de nervures 9 disposées dans le sens longitudinal et présentant par exemple une section approximativement triangulaire, de manière à former une denture Ces zones dentées s'ajustent entre elles de façon à permettre et à guider le glissement axial d'un élément par rapport à l'autre et à assurer une rigide solidarisation en rotation entre les deux éléments Ces zones dentées peuvent être obtenues avec toute la précision nécessaire en mettant en oeuvre des techniques connues en elles-mêmes, par 1 o exemple par laminage au moyen de règles dentées classiques ou "à crémaillère" ou, encore mieux, par un passage forcé des tubes constitutifs desdits éléments à travers des buses ou des filières de forme appropriée. De manière essentielle et selon la présente invention, on prévoit dans au moins un des deux éléments télescopiques au moins un petit ressaut ou partie saillante 10, dirigée vers l'autre élément Dans la forme de réalisation la plus normale et préférée de l'invention, la partie saillante 10 est ménagée concrètement sur l'élément extérieur ou élément femelle, de manière à dépasser de la surface intérieure dudit élément, laquelle partie saillante pouvant être obtenue par une simple opération de formage Cependant, la partie saillante pourrait être prévue sur la surface extérieure de l'élément mâle ou intérieur avec les mêmes effets mais avec certaines difficultés à la réaliser Par ailleurs, dans le but principal d'équilibrer les efforts, il est préférable de prévoir deux parties saillantes diamétralement opposées au lieu d'une seule, et on comprend que, sans inconvénient, on puisse augmenter ce nombre et le porter à trois, quatre ou davantage. Bien que l'élément tubulaire mâle 1 occupe, par rapport à l'élément tubulaire femelle 2, une position dans laquelle la partie saillante 10 reste éloignée de la zone striée 7, cette partie saillante n'exerce aucune action, ce qui permet le mouvement axial libre d'un élément par rapport à l'autre. Mais, au cours du glissement de l'élément 1 vers l'intérieur de l'élément 2, réduisant la longueur totale de l'ensemble, ladite partie saillante atteint l'extrémité des nervures 9, il se forme un effet de butée, de sorte que ce mouvement puisse se poursuivre uniquement par une déformation d'au moins une desdites nervures, déformation qui comme cela est logique, exige un effort déterminé calculable avec un bon degré de précision et qui se poursuit de façon sensiblement constante le long de toute la nervure. Dans une forme préférée de réalisation, mais non nécessaire, les mouvements axiaux de l'élément 1 par rapport à l'élément 2 restent guidés, évitant spécialement les bruits et les vibrations par deux organes qui sont moulés dans un matériau doté d'un certain degré d'élasticité; un de ces organes peut être éventuellement réalisé pour établir un système de butées dans une seule direction, ce qui élimine la possibilité de démontage du système télescopique Le premier de ces organes est constitué par une bague 1 o ou frette 1 i qui s'ajuste ou se fixe dans une embouchure ou élargissement extrême 2 ménagée dans l'élément extérieur 2 L'élément intérieur 1 s'ajuste à l'intérieur de cette bague, par glissement par rapport à ce dernier Le deuxième des organes indiqués est constitué par un revêtement de matière plastique 13, directement moulé sur l'extrémité de l'élément intérieur 1 ou, éventuellement, incorporé audit élément par n'importe quel autre système, et sur lequel glisse l'élément extérieur 2 Ce revêtement présente également des striures longitudinales extérieures prolongeant sans discontinuité la zone striée 7 et est capable, en conséquence d'engrener avec la zone striée 6 de l'élément extérieur Ces organes et plus précisément la bague 11 développent un frottement qui constitue ce qu'on appelle "l'effort d'ajustement" Enfin, le revêtement 13 peut présenter des creux longitudinaux 19 destinés à permettre le libre passage des parties saillantes 10, de façon que toutes ces parties saillantes agissent exclusivement sur les nervures métalliques 9 et non sur les nervures moulées qui les prolongent. Sur la figure 6 à laquelle on se réfère maintenant, on a représenté un exemple d'application de l'invention à un système télescopique formé non pas par deux mais par trois éléments tubulaires emmanchés l'un dans l'autre. Comme on peut le voir sur cette figure, entre l'élément mâle 1, auquel se trouve fixée la fourche de cardan 3, et l'élément femelle 2 qui est solidaire de la fourche 3 ' qui, dans cet exemple, est constituée d'une seule pièce avec ledit élément, on intercale un troisième élément 14 qui s'emmanche dans le second et dans lequel s'emmanche le premier Cet élément intermédiaire est pourvu de stries ou dents longitudinales ( 15, 16) tant sur sa surface intérieure qu'à l'extérieur respectivement La denture 16 de la surface intérieure engrène avec la denture extérieure 7 de l'élément 1, ce qui garantit une solidarisation en rotation entre ces deux éléments, en assurant, en définitif, la solidarisation en rotation entre les éléments 1 et 2. Le premier élément tubulaire comporte à l'extrémité opposée à celle pourvue par la fourche 3, un manchon 17 qui est, de préférence et bien que cela ne soit pas nécessaire, en matière plastique, par exemple moulé directement sur ladite extrémité Ce manchon engendre un frottement avec l'axe intermédiaire 14, qui s'oppose au glissement relatif, dans les deux directions, d'un élément par rapport à l'autre, déterminant ledit "effort d'ajustement". L'élément tubulaire intermédiaire 14 comporte un manchon 18 qui est solidaire de son extrémité et qui est, de préférence également, en matière plastique, par exemple moulé directement sur cette extrémité, introduit par pression, etc, dont les fonctions principales consistent à limiter les possibilités de glissement de l'élément mâle 1 en l'empêchant de pouvoir sortir totalement de l'élément intermédiaire, ainsi que de participer à la force de frottement à laquelle on s'est déjà référée et à éviter les bruits et les vibrations. Enfin, l'élément femelle 2 présente au moins une déformation 10 (normalement, deux déformations 10, 10 ' diamétralement opposées) disposées pour agir sur les nervures longitudinales extérieures 16 de l'élément intermédiaire 14, de la manière et avec les conséquences qui ont été suffisamment expliquées pour définir l'essentiel de l'invention. Le fonctionnement de l'arbre télescopique tel que décrit est particulièrement simple et évident Pour mener à bien le montage, on doit fixer une des fourches 3, 3 ' à la fourche qui est solidaire de l'extrémité de l'axe supérieur ou principal ou à la fourche qui est solidaire du tourillon de la boîte de direction du véhicule A cet effet, on réduit la longueur de l'ensemble télescopique par l'introduction de l'élément tubulaire mâle 1 dans l'élément tubulaire intermédiaire 14 jusqu'à la position limite déterminée par l'extrémité de ce dernier élément. Au cours de ce mouvement, on doit vaincre la force de frottement engendrée principalement par le manchon intérieur 17 et qui est calculée en fonction des spécifications techniques à satisfaire dans chaque cas Une fois que ladite fixation est réalisée, on détermine l'extension de l'arbre par l'extraction partielle, dans la mesure o cela convient, de l'élément tubulaire 1 jusqu'à ce qu'on puisse mener à bien la fixation de la fourche libre, de la manière qui a été prévue dans chaque cas Dans cette position de montage, l'ensemble de l'arbre présente, normalement, une longueur intermédiaire, de sorte que la distance d'ajustement soit telle qu'elle absorbe les mouvements axiaux de l'axe supérieur et/ou de l'axe du pignon Dans le cas o se produirait un impact et dans une première phase, le premier élément tubulaire ou axe mâle 1 pénètre à l'intérieur de l'élément intermédiaire 14 à l'encontre d'une faible résistance A partir du moment o cet élément atteint la position limite, le mouvement du second élément 14 est initié par rapport au troisième élément ou axe femelle 2 A ce moment, l'effort de pénétration augmente jusqu'à une valeur préfixée par le constructeur et le mouvement se poursuit en absorbant, au cours de ce mouvement, l'énergie qui a été programmée dans chaque cas. On comprend qu'en dehors et en plus des possibilités de variation qui ont été expressément définies et qui constituent l'essentiel de l'invention, on peut imaginer d'autres modifications et formes de réalisation qui, comme cela est logique, doivent être considérées comme incluses dans la portée de la présente invention En particulier, on peut noter la possibilité de prévoir dans un des éléments du système télescopique deux ou plus déformations ou parties saillantes 10, prévues pour agir sur les nervures de l'autre élément tubulaire, lesdites parties saillantes étant prévues dans des plans transversaux différents par rapport à l'élément tubulaire correspondant Il s'ensuit qu'en produisant un déplacement axial d'un élément tubulaire par rapport à l'autre, ces diverses déformations entrent en action sur les nervures correspondantes, non pas simultanément comme cela se produirait si elles étaient situées dans un même plan transversal, mais successivement, engendrant un effort de freinage progressivement grandissant qui s'oppose audit déplacement Dans ce dernier cas, il est avantageux que les déformations ou parties saillantes distinctes ne soient pas toutes égales, de façon que l'effort de déformation que de telles parties saillantes exercent sur les nervures correspondantes soit également différent. REVENDICATIONS 1 Arbre télescopique, destiné plus spécialement à la réalisation des colonnes de direction des véhicules automobiles, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments tubulaires ( 1, 2), de section circulaire qui s'ajustent l'un à l'intérieur de l'autre et qui présentent chacun des zones striées longitudinalement ( 6, 7) aptes à engrener entre elles de manière à assurer une rotation solidaire des deux éléments entre eux et à permettre leurs mouvements relatifs en direction axiale avec un effort contrôlé, et en ce qu'au moins un desdits éléments ( 6, 7) comprend au moins une partie saillante ( 10, 10 ') dirigée vers l'autre élément, et prévue pour constituer une butée pour une extrémité d'au moins une des nervures longitudinales ( 9) correspondant à la zone striée dudit autre élément, de sorte qu'à partir d'une position relative déterminée, le déplacement d'un élément par rapport à l'autre ne peut se produire que par la déformation de ladite nervure sous l'action de ladite partie saillante. 2 Arbre télescopique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un des éléments ( 1, 2) du système télescopique comporte au moins deux parties saillantes ( 10, 10 ') situées et régulièrement espacées dans le même plan transversal. 3 Arbre télescopique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des éléments ( 1, 2) du système télescopique comporte au moins deux parties saillantes ( 10, 10 ') ménagées dans des plans différents transversaux et aptes à agir successivement sur les nervures longitudinales ( 9) de l'autre élément tubulaire. 4 Arbre télescopique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est ménagé au moins une partie saillante ( 10, 10 ') sur la surface interne de l'élément tubulaire qui est situé à l'extérieur dans le système télescopique. Arbre télescopique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend trois éléments tubulaires ( 1, 2, 14) de section circulaire, emmanchés télescopiquement et pourvus sur leur surface de contact d'une succession de stries ou dentures ( 9) longitudinales engrenant entre elles et déteminant une rotation solidaire entre lesdits éléments avec une possibilité de glissement axial avec effort contrôlé, et en ce qu'une certaine force de frottement est créée entre un des éléments extrêmes ( 1, 2) et l'élément intermédiaire ( 14) et qui s'oppose audit glissement, tandis qu'entre l'autre élément extrême ( 1, 2) et l'élément intermédiaire ( 14) il est prévu une résistance déterminée par au moins une déformation de l'un d'entre eux provoquée par une partie saillante ( 10, 10 ') qui est dirigée vers l'autre et disposée pour constituer une butée à au moins une des nervures longitudinales ( 9) correspondant à la denture ( 6, 7) ménagée sur ledit autre élément, de sorte que le glissement axial entre ces deux éléments puisse être lo produit par uniquement la déformation de ladite partie saillante.