Brevet FR2713543A1 — publié le 19950616

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE JANTE EN MATERIAU COMPOSITE L'invention se rapporte & un procédé de fabrication par moulage d'une jante en matériau composite, mettant en oeuvre deux moules å géométrie de révolution. L'invention se rapporte également å la jante composite ainsi fabriquée, ainsi qu' & son utilisation comme élément de roues de cycles. Comme chacun a pu le constater, une grande évolution s'est dessinée récemment en matière de cycles, tentant å remplacer les roues traditionnelles a rayons par des roues ne comportant qu'un nombre limité, par exemple trois, de larges "rayons" allant du moyeu & la jante. Pour ces raisons, ainsi que pour des raisons tenant également å la légèreté, les roues métalliques sont peu å peu remplacées par des roues en matériau composite. Cette évolution se dessine aussi bien pour les vélos tous terrains (VTT) que pour les vélos de compétition (cyclisme sur piste, cyclisme sur route en épreuve contre la montre, etc.). Outre l'élément de légèreté, le matériau composite permet la rigidité nécessaire et compense au-del & l'absence de rayons traditionnels. La contrepartie en est bien évidemment le prix, dont l'élément essentiel n'est pas tellement le prix du matériau composite que le coût de fabrication, vu la complexité et la difficulté des problèmes rencontrés. Traditionnellement en effet, la fabrication se fait par moulage et il est difficile et onéreux de mouler des fibres composites dans un sens autre que longitudinal, ce qui privilégie trop une direction par rapport aux autres et entraîne de surcroît un problème de stabilité de la structure (effilochage possible sur les bords). En outre, le moulage n'est une étape dans la fabrication, laquelle met en oeuvre également une ou plusieurs étapes d'usinage ou de rectification, opérations particulièrement coûteuses. Il faut tenir compte du fait que de plus en plus on abandonne les boyaux, fragiles et crevant facilement, et que l'utilisateur en VTT comme en compétition, revient aux pneumatiques, ce qui impose la conception de jantes pouvant l'accepter. L'invention a précisément pour but de permettre la fabrication d'une jante en matériau composite, acceptant un pneumatique, ceci d un coût modéré, sans usinage obligatoire, et permettant de disposer les fibres de composite dans un sens quelconque désiré, aussi bien longitudinal que transversal ou oblique. Ce procédé met en oeuvre un premier moule annulaire creux, ou moule inférieur, présentant une ouverture supérieure et pouvant en outre s'ouvrir en deux parties selon un plan longitudinal, ce moule présentant en section transversale un fond profilé correspondant sensiblement d celui de la partie intérieure de la jante finale, et un deuxième moule annulaire, ou moule supérieur, venant s'assujettir au moule inférieur pour l'obturer, le moule supérieur comportant au droit de l'ouverture du moule inférieur un dégagement présentant en section transversale un profil correspondant sensiblement å celui de la partie extérieure de la jante finale, caractérisé en ce que a) on met en place contre le fond du moule inférieur une toile de composite préimprégnée de résine polymérisable, en laissant dépasser de chaque côté du moule une longueur de toile préimprégnée, b) on place å l'intérieur du moule inférieur une vessie gonflable et on gonfle celle-ci, c) on obture le moule inférieur å l'aide du moule supérieur, de telle sorte que les longueurs de toile préimprégnée dépassant du moule inférieur soient rabattues vers l'intérieur et viennent se loger å l'intérieur du dégagement du moule supérieur, d) on traite thermiquement la toile pour polymériser la résine, formant la jante et la durcissant, e) on retire le moule supérieur pour libérer l'ouverture supérieure du moule inférieur, f) on dégonfle la vessie et on la sort du moule inférieur, et g) on sépare le moule inférieur en ses deux parties pour démouler la jante en matériau composite ainsi formée. Avantageusement, le moule inférieur peut s 'ouvrir en deux parties selon son plan médian, de même que le moule supérieur, en sorte que ceux-ci peuvent être conçus comme étant symétriques par rapport å leur plan médian commun. De préférence, la mise en place de la toile, un tissu tissé ou non tissé de matériau composite en fibres pouvant être choisi dans le groupe comprenant les fibres de carbone, les fibres de verre et les fibres aramides, seules ou en combinaison, est effectuée par roulage, par exemple d l'aide d'un jeu de trois roulettes épousant la forme du moule inférieur. Le moule annulaire inférieur a en effet une géométrie de révolution et peut tourner autour d'un axe. C'est donc par exemple en faisant tourner ce moule autour de son axe, tout en maintenant en position les roulettes qu'on pourra avantageusement mettre en place la toile par roulage. Mentionnons aussi que le moule annulaire supérieur possède aussi la même géométrie de révolution. Ce moule inférieur a de préférence un profil en forme de U, tandis que le dégagement ménagé dans le moule supérieur a avantageusement un profil sensiblement rectangulaire. La résine polymérisable est par exemple une résine époxy, une résine polyester et autres. La mise en place de la toile peut être exécutée en une seule fois, la toile étant composée d'une ou de plusieurs couches identiques ou différentes, précollées par exemple. En variante, la toile est mise en place en plusieurs couches, dont chacune est roulée l'une après l'autre. Les couches peuvent être identiques ou différentes par leur composition, ou identiques quant å leur composition, mais différentes quant å l'axe des fibres, ce qui permet d'avoir une toile finale comprenant plusieurs couches croisées. Avantageusement, le moule inférieur présente une surface supérieure plane, de même que le moule supérieur présente une surface inférieure plane, ce qui permet alors l'ouverture du moule supérieur par simple glissement latéral. En variante, le moule supérieur peut être un moule annulaire interrompu, qui peut se rabattre sur le moule supérieur et être bridé et fermé sur celui-ci. Un tel moule ne peut être ouvert latéralement, mais est dégagé par l'opération inverse de celle décrite précédemment. La vessie ou baudruche gonflable qui est introduite dans le moule supérieur a la forme d'un tore, du type par exemple chambre å air de pneumatique, et son rôle est de maintenir le tissu collé contre les parois des moules pendant la fermeture du moule supérieur et l'opération de polymérisation. La pression de gonflage permettant un tel maintien est relativement faible, une pression de l'ordre de 3 kg/cm2 étant généralement suffisante. Quant å la polymérisation proprement dite, elle dépend évidemment de la composition du composite et de la résine. Une température de l'ordre de 1200C suffit habituellement, en particulier pour une résine époxy associée å un composite comme ceux qui sont cités ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise en référence aux dessins annexés, donnés a titre d'exemple non limitatif. Dans ces dessins, les figures successives sont autant de figures illustrant dans l'ordre les étapes de moulage, la dernière figure étant un récapitulatif des figures précédentes. Comme on le voit sur la figure 1, le moule annulaire inférieur, repéré par la référence générale 1, est composé de deux parties 2 et 3, identiques en l'occurrence, mais qui pourraient être différentes, pour autant que les deux parties 2,3 puissent s'assujettir intimement l'une l'autre selon un axe S. Chaque partie 2 ou 3 comprend une tête de moule 4, respectivement 5, chacune d'entre elles présentant une surface supérieure plane et horizontale 7, respectivement 8. Lorsque les deux parties 2,3 du moule sont accolées l'une d l'autre selon les flèches fl, une ouverture 6 est définie dont le profil 61 présente une forme de U. Le moule inférieur 1 a une géométrie de révolution et peut être mis en rotation autour de son axe A. On procède alors å la mise en place d'une toile 9, comme représenté sur la figure 2, laquelle est tout d'abord déposée sur les surfaces horizontales 7 et 8, puis contrainte å l'intérieur de l'ouverture 6 contre le profil 61 å l'aide d'un jeu de trois roulettes, dont deux roulettes 10 en verticale, tandis que la troisième, la roulette 11 est horizontale. Ces roulettes pressent et plaquent la toile 9 contre le profil du moule 61 lorsqu'elles sont descendues dans le sens de la flèche f2, le moule 1 étant mis en rotation autour de l'axe A pour couvrir la totalité du profil 61. Il faut bien comprendre en effet que les différentes figures sont des vues en coupe selon un plan diamétral du moule, l'ensemble présentant une géométrie de révolution autour de l'axe A. Si la toile 9 est composée de plusieurs couches, on procède å autant de mises en place par roulage, successivement, qu'il y a de couches. Une fois le roulage terminé et la toile ou tissu 9 mis en place contre le profil 61, le jeu de roulettes est ressorti du moule selon la flèche f3, comme représenté & la figure 3. On remarquera que le tissu a été choisi d'une longueur telle que deux longueurs 91,92 dépassent de chaque côté de l'ouverture 6, pour des raisons qui vont être expliquées ci-après. On procède alors comme représenté d la figure 4, c'est- & -dire qu'on introduit dans l'ouverture 6, sur la toile maintenant profilée 9 une baudruche 12 selon le sens de la flèche f4, la baudruche étant ensuite gonflée comme illustré par le signe (+). Une fois cette opération terminée, on ferme le moule inférieur 1 å l'aide d'un moule supérieur, représenté par la référence générale 13, constitué lui aussi de deux parties 14,15 pouvant s'ouvrir selon un axe S, choisi ici comme étant le même axe que l'axe S selon lequel le moule inférieur 1 peut s'ouvrir. L'axe S du moule supérieur pourrait être différent de l'axe S du moule inférieur, mais il est plus simple que cet axe soit commun, de même qu'il est plus simple que l'axe S soit l'axe de symétrie des deux moules, comme illustré. Ce faisant, en rapprochant les deux moitiés 13,14 du moule supérieur selon les flèches f5, on rabat les longueurs 91,92 de tissu qui dépassent du moule inférieur, chacune dans un évidement 16,17 ménagé dans chaque partie 14,15, respectivement, du moule supérieur 13, au droit de l'ouverture 6 du moule inférieur 1. C'est alors que, les deux moules étant fermés, on procède å la polymérisation pour former et durcir la jante, par traitement thermique, par exemple å 1200C. Une fois cette opération terminée, on déplace par glissement selon f6 les deux moitiés 14,15 du moule supérieur, ce qui libère l'ouverture 6 du moule inférieur 1, puis on dégonfle la baudruche 12, représentée maintenant avec le signe (-), afin de pouvoir la sortir sans difficulté, selon f7. Si désiré, on peut procéder alors d une opération de fraisage des crochets bords de jante 91,92, opération simple qui peut être réalisée, l & aussi, en faisant tourner le moule inférieur 1 autour de son axe A. On ne risque plus d'effilochage des bords de jante, si on a pris soin d'utiliser une toile ayant ses fibres orientées de façon correcte. Il suffit alors d'écarter les deux parties 2,3 du moule inférieur 1, comme indiqué sur la figure 7 selon la flèche f8, pour démouler la jante dont le profil en coupe est sensiblement en U, présentant deux crochets ou ancrages 91,92, qui vont servir å accrocher le pneumatique. Pour une meilleure illustration, la séquence des opérations est répétée, de façon très schématique, sur la figure 8. La jante obtenue par le procédé selon l'invention, permet la fixation de pneumatiques traditionnels, avec une chambre å air venant se loger d l'intérieur, aussi bien que d'un pneumatique sans chambre. Une telle jante va permettre de monter des roues de cycles sans rayons traditionnels, qui vont avoir des caractéristiques de rigidité et de légèreté idéales. Selon le choix du matériau composite et l'orientation des diverses couches de tissu, on pourra ainsi fabriquer des jantes présentant des propriétés remarquables de tenue d l'effort longitudinal, transversal ou oblique ou une excellente tenue å une combinaison quelconque de ces divers efforts. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication par moulage d'une jante en matériau composite, mettant en oeuvre un premier moule annulaire creux, ou moule inférieur (1), présentant une ouverture supérieure (6) et pouvant en outre s'ouvrir en deux parties (2,3) selon un plan longitudinal (S), ce moule (1) présentant en section transversale un fond profilé (61) correspondant sensiblement & celui de la partie intérieure de la jante finale, et un deuxième moule annulaire, ou moule supérieur (13), venant s'assujettir au moule inférieur (1) pour l'obturer, le moule supérieur (13) comportant au droit de l'ouverture (6) du moule inférieur (1) un dégagement (16,17) présentant en section transversale un profil correspondant sensiblement å celui de la partie extérieure de la jante finale, caractérisé en ce que a) on met en place contre le fond (61) du moule inférieur (1) une toile (9) de composite préimprégnée de résine polymérisable, en laissant dépasser de chaque côté du moule une longueur (91,92) de toile préimprégnée, b) on place å l'intérieur du moule inférieur (1) une vessie gonflable (12) et on gonfle celle-ci, c) on obture le moule inférieur (1) å l'aide du moule supérieur (13), de telle sorte que les longueurs (91,92) de toile (9) préimprégnée dépassant du moule inférieur (1) soient rabattues vers l'intérieur et viennent se loger å l'intérieur du dégagement (16,17) du moule supérieur (13), d) on traite thermiquement la toile (9) pour polymériser la résine, formant ainsi la jante et la durcissant, e) on retire le moule supérieur (13) pour libérer l'ouverture supérieure (6) du moule inférieur (1), f) on dégonfle la vessie (12) et on la sort du moule inférieur (1), et g) on sépare le moule inférieur (1) en ses deux parties (2,3) pour démouler la jante en matériau composite ainsi formée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule inférieur (1) peut s'ouvrir en deux parties (2,3) selon son plan médian (S). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moule supérieur (13) peut s'ouvrir en deux parties (14,15), selon le même plan médian (S) que le moule inférieur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux moules inférieur (1) et supérieur (13) sont symétriques par rapport a leur plan médian commun (S). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en place la toile (9) contre le fond (61) du moule inférieur (1) par roulage. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule inférieur (1) présente une surface supérieure plane (7,8) et en ce que le moule supérieur (13) présente une surface inférieure plane (18,19). 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture du moule supérieur (13) se fait par glissement latéral. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la toile (9) est mise en place en plusieurs couches identiques ou différentes. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule inférieur (1) a un profil (61) en forme de U. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dégagement (16,17) du moule supérieur (13) a un profil sensiblement rectangulaire. 11. Jante en matériau composite obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Jante selon la revendication 11, caractérisée en ce que le matériau composite est choisi dans le groupe comprenant les fibres de carbone, les fibres de verre et les fibres aramides, seules ou en combinaison. 13. Jante selon la revendication 11, caractérisée en ce que la résine polymérisable est choisie dans le groupe comprenant les résines époxy et les résines polyesters. 14. Utilisation de la jante selon l'une des revendications 11 å 13 comme élément de roues de cycles.