Brevet FR2735716A1 — publié le 19961227

La présente invention concerne en général la fabrication et l'assemblage de composants de châssis de véhicule et en particulier un procédé et un appareil pour fabriquer des composants de châssis de véhicule utilisant des techniques de pultrusion ou d'extrusion par étirage de fibre composite. Virtuellement, tous les véhicules terrestres communément utilisés, tels que les véhicules automobiles et les camions, comprennent un châssis qui sert comme plate- forme sur laquelle le reste du véhicule est construit. De nombreuses structures de châssis de véhicule sont connues dans la technique. La plupart de ces structures de châssis de véhicule connues sont formées d'un certain nombre de composants métalliques individuels qui sont réunis de manière permanente ensemble. Par exemple, un châssis de véhicule typique est constitué d'une paire de rails latéraux s'étendant longitudinalement qui sont réunis ensemble par une pluralité d'éléments de traverses s'étendant transversalement. Dans les véhicules de plus courte longueur, les rails latéraux peuvent être formés en une seule pièce de métal. Toutefois, dans les véhicules plus longs, chacun des rails latéraux est habituellement formé de deux ou plusieurs tronçons de rail latéral qui sont réunis de manière permanente ensemble. Dans les deux cas, les rails latéraux et les éléments de traverses, une fois réunis ensemble, forment un châssis pour supporter les portions restantes du véhicule sur celui-ci. Pour faciliter la fixation des autres portions du véhicule sur le châssis de véhicule, une pluralité de supports, de suspenseurs, de berceaux et analogues sont souvent réunis aux rails latéraux et aux éléments de traverses en des endroits désirés. Il est commun dans la pratique de former également ces composants de support en matériaux métalliques, et en outre de les réunir de manière permanente aux rails latéraux et aux éléments de traverses en des endroits souhaités. Des techniques de soudage traditionnelles ont été communément utilisées pour réunir de 2 2735716 manière permanente les divers composants du châssis de véhicule ensemble. Bien que l'utilisation de matériaux métalliques pour former les composants de châssis de véhicule et le processus de soudage de tels composants métalliques de châssis de véhicule ensemble aient été mis en oeuvre avec des résultats satisfaisants dans le passé, certains inconvénients ont été notés. D'abord, les matériaux métalliques traditionnels qui ont été utilisés dans le passé, tels que l'acier, sont relativement lourds et, par conséquent, contribuent de manière indésirable au poids total du véhicule. Deuxièmement, les techniques de soudage traditionnelles entraînent l'application de chaleur sur des zones localisées des deux éléments métalliques de châssis, ce qui provoque l'introduction de faiblesses indésirables dans les composants métalliques. Bien que l'utilisation de matériaux métalliques non traditionnels plus légers en poids, tels que l'aluminium, ait été proposée, une telle utilisation présente d'autres défis, y compris un coût et une difficulté accrus pour la réunion permanente. Compte tenu que la production des châssis de véhicules est habituellement un processus à grand volume et faible marge, il serait souhaitable de proposer un procédé et un appareil améliorés pour fabriquer des composants de châssis de véhicule qui éliminent ces problèmes. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour fabriquer des composants de châssis de véhicule utilisant des techniques de pultrusion ou d'extrusion par étirage de fibre composite. L'appareil comprend une ou plusieurs sources d'un matériau fibreux. Un bain ou une structure similaire est prévu pour appliquer un matériau résineux sur les matériaux fibreux des sources. A la suite de l'application de la résine, les matériaux fibreux sont alors étirés à travers une filière. La filière est formée avec une ouverture à travers celle-ci qui correspond en forme à la forme souhaitée en coupe transversale du 3 2735716 composant de châssis de véhicule à fabriquer. Lorsque les matériaux fibreux sont étirés à travers la filière, ils se conforment à la forme de l'ouverture formée à travers celle- ci. Du fait de la résine qui est appliquée aux matériaux fibreux, ces derniers adhèrent l'un à l'autre pour former une pultrusion qui retient la forme de l'ouverture formée à travers la filière. La pultrusion formée est alors tirée à travers un four de cuisson qui chauffe la résine à une température de cuisson prédéterminée, provoquant son durcissement dans un état rigide. En résultat, la pultrusion dans son ensemble acquiert une rigidité souhaitée. Le déplacement des matériaux fibreux et de la pultrusion est effectué au moyen d'un dispositif de traction. Après le passage à travers le dispositif de traction, la pultrusion est coupée suivant les longueurs désirées par une machine de coupe traditionnelle. En outre, des ouvertures de tailles et de formes souhaitées peuvent être formées dans la pultrusion par une machine de perforation traditionnelle. Des pultrusions de différentes formes et tailles peuvent être utilisées pour former des rails latéraux qui sont réunis de manière permanente ensemble par des éléments de traverses s'étendant transversalement par collage pour former le composant de châssis de véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexes, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un appareil pour la pultrusion continue de fibres composites pour la fabrication de composants de châssis de véhicule conformément à la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe et en élévation d'une pultrusion formée par l'appareil illustré sur la figure 1; et 4 2735716 - la figure 3 est une vue en perspective d'un composant de châssis de véhicule fabriqué conformément à la présente invention. Suivant l'exemple de réalisation illustré sur les dessins, on voit sur la figure 1 un appareil schématiquement illustré et indiqué généralement en 10, pour la pultrusion continue de fibres composites pour la fabrication de composants de châssis de cadre de véhicule conformément à la présente invention. L'appareil 10 comprend une ou plusieurs sources 11 d'un matériau fibreux 12. Typiquement, chaque source 11 de matériaux fibreux 12 se présente sous la forme d'une bobine ayant le matériau fibreux enroulé sur celle-ci. La source de matériaux fibreux 10 peut délivrer soit une pluralité de câbles du même matériau, ou elle peut fournir une pluralité de câbles de différents matériaux. Par exemple, un matériau fibreux aramide peut être utilisé pour fournir une résistance à l'impact et une haute résistance à la traction. Un matériau fibreux en graphite peut être utilisé pour fournir une haute rigidité. Un matériau fibreux en verre peut être utilisé en tant que matière de remplissage générale. La sélection des matériaux spécifiques variera avec l'application spécifique pour le composant de châssis de véhicule à fabriquer. Des moyens sont prévus pour appliquer un matériau résineux sur les matériaux fibreux 12 venant des sources 11. Dans le mode de réalisation illustré, les matériaux fibreux 12 venant des sources 11 passent à travers un bain de résine 13. La résine est appliquée aux matériaux fibreux 12 pour qu'ils collent les uns aux autres. Toutefois, d'autres structures connues peuvent être utilisées pour appliquer la résine sur ces derniers. A la suite de l'application de la résine, les matériaux fibreux 12 sont ensuite tirés à travers une filière 14. La filière 14 est formée avec une ouverture à travers celle- ci qui correspond en forme à la forme en coupe transversale souhaitée du composant de châssis de véhicule à fabriquer. Pendant que les matériaux fibreux 12 sont tirés à travers la filière 14, ils se conforment à la forme de 2735716 l'ouverture formée à travers celle-ci. Du fait que la résine est appliquée aux matériaux fibreux 12, ces dernier adhèrent les uns aux autres pour former une pultrusion 15 qui retient la forme de l'ouverture formée à travers la filière 14, comme représenté sur la figure 2. La pultrusion formée 15 est alors tirée à travers un four de cuisson 16. Le four de cuisson 16 est traditionnel dans la technique et est conçu pour chauffer la résine appliquée au matériau fibreux 12 à une température de cuisson prédéterminée, provoquant son durcissement dans un état rigide. En résultat, la pultrusion 15 dans son ensemble acquiert la rigidité souhaitée. En se référant à nouveau à la figure 1, on peut voir que le mouvement des matériaux fibreux 12 et de la pultrusion s'effectue au moyen d'un dispositif de traction 17. Le dispositif de traction 17 est traditionnel dans la technique et peut être réalisé sous la forme d'une machine quelconque connue pour tirer des matériaux fibreux 12 à travers le bain adhésif 13 et la filière 14 pour former la pultrusion 15. Après le passage à travers le dispositif de traction 17, la pultrusion 15 est coupée suivant les longueurs souhaitées par une machine de coupe traditionnelle (non représentée). En outre, des ouvertures de tailles et de formes souhaitées peuvent être formées dans la pultrusion par une machine de perforation traditionnelle (non représentée). La pultrusion illustrée 15 est généralement creuse et rectangulaire en coupe transversale, avec des parois latérales d'épaisseur uniforme. Toutefois, la pultrusion 15 peut avoir une forme quelconque souhaitée en section transversale, y compris cylindrique, carrée et ovale. En outre, il n'est pas nécessaire que la pultrusion 15 soit formée avec une forme fermée en section transversale. Par exemple, la pultrusion 15 peut avoir la forme d'un C ou d'un I en section transversale. En se référant maintenant à la figure 3, un composant de châssis de véhicule est illustré et indiqué généralement en 20, qui a été fabriqué conformément à la présente invention. Le composant de châssis de véhicule illustré 20 6 2735716 est un assemblage de berceau arrière pour un camion, qui est adapté pour supporter un moteur, un différentiel, un bras de suspension, ou un composant similaire du véhicule. Toutefois, l'appareil et le procédé de la présente invention peuvent être utilisés pour fabriquer tout autre composant de châssis de véhicule. Le composant de châssis de véhicule illustré 20 comprend une paire de rails latéraux 21 et 22. Les rails latéraux 21 et 22 peuvent, si souhaité, être formés avec une longueur telle qu'ils s'étendent longitudinalement tout le long de la longueur du véhicule dans lequel ils sont destinés à être utilisés. En variante, comme représenté sur la figure 3, les rails latéraux 21 et 22 peuvent représenter simplement des tronçons individuels d'un rail latéral plus long (non représenté). Par exemple, chacun des rails latéraux complets peut être formé de trois tronçons de rail latéral individuel qui sont réunis ensemble d'une manière décrite plus loin. Chacun des rails latéraux illustrés 21 et 22 est creux, avec une surface externe qui est généralement ovale ou elliptique en section transversale et une surface interne qui est généralement circulaire en section transversale. Toutefois, les rails latéraux 21 et 22 peuvent être formés avec une forme en section transversale souhaitée quelconque qui correspond au processus de pultrusion décrit ci-dessus. Les rails latéraux 21 et 22 sont réunis ensemble par une pluralité d'éléments de traverses s'étendant transversalement 23 et 24. L'élément de traverse frontal 23 est généralement creux et rectangulaire en forme, de manière similaire à la pultrusion 15 décrite plus haut. Une paire d'ouvertures de forme ovale 23a est formée à travers les parois en regard avant et arrière de l'élément de traverse frontal 23 par une machine de perforation traditionnelle. Comme représenté sur la figure 3, les ouvertures de forme ovale 23a sont dimensionnées et positionnées pour recevoir les extrémités avant des rails latéraux 21 et 22 dans celles- ci. Du fait des formes non circulaires en section transversale des surfaces externes des rails latéraux 21 et 22 et des ouvertures 23a, on appréciera que les rails 7 2735716 latéraux 21 et 22 sont mécaniquement supportés dans l'élément de traverse frontal 23 de manière à empêcher toute rotation relative entre eux. D'autres ouvertures 23b sont également formées à travers l'élément de traverse frontale 23. Ces ouvertures 23b sont prévues pour faciliter les connexions entre l'élément de traverse frontal 23 et d'autres composants du véhicule (non représentés). L'élément de traverse arrière 24 a une forme plus complexe, avec une portion rectangulaire creuse supérieure et une portion rectangulaire creuse inférieure. Une paire d'ouvertures de forme ovale (non représentées) est formée à travers les parois en regard avant et arrière de l'élément de traverse arrière 24 par une machine de perforation traditionnelle. Les ouvertures de forme ovale sont dimensionnées et positionnées pour y recevoir les extrémités arrière des rails latéraux 21 et 22. Du fait des formes non circulaires en section transversale des surfaces externes des rails latéraux 21 et 22 et des ouvertures 23a, on appréciera que les rails latéraux 21 et 22 sont mécaniquement supportés dans l'élément de traverse frontal 23 de manière à empêcher toute rotation relative entre eux. D'autres ouvertures 24b sont également formées à travers l'élément de traverse arrière 24 pour faciliter les connexions entre l'élément de traverse arrière 24 et d'autres composants du véhicule (non représentés). Les éléments de traverse frontal et arrière 23 et 24 sont de préférence fixés de manière permanente aux rails latéraux 21 et 22. Ceci peut être effectué en utilisant un matériau adhésif. L'adhésif peut être réalisé sous la forme d'une résine traditionnelle, telle qu'une résine polyester ou une résine époxy. En variante, l'adhésif peut être réalisé sous la forme d'un adhésif cuit par induction ou d'un adhésif électromagnétiquement sensible. L'utilisation de ces derniers adhésifs peut simplifier l'application et le processus de cuisson. En cas d'utilisation, un appareil de cuisson séparé (non représenté) est prévu pour cuire l'adhésif après application. 8 2735716 En se référant à nouveau à la figure 3, on peut voir que l'assemblage de berceau arrière 20 comprend en outre une paire de supports supérieurs 25 et 26. Les supports supérieurs 25 et 26 peuvent être également formés conformément au processus de pultrusion décrit ci- dessus, coupés aux longueurs désirées, et perforés comme nécessaire. Les supports supérieurs illustrés 25 et 26 sont montés sur l'élément de traverse arrière 24 et sont fixés de manière permanente à celui-ci par un adhésif, comme décrit plus haut. Aussi, l'assemblage de berceau arrière 20 comprend en outre une pluralité de supports latéraux 27a, 27b, 28a et 28b. Les supports latéraux 27a, 27b, 28a et 28b ont une forme générale en L et peuvent être formés par un processus de moulage pré- imprégné traditionnel, par opposition au processus de pultrusion décrit ci-dessus. Les supports latéraux 27a, 27b, 28a et 28b peuvent être perforés comme nécessaire, montés sur les éléments de traverse frontal et arrière 23 et 24 et fixés de manière permanente à ces derniers par un adhésif, comme indiqué plus haut. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation préféré, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre des revendications qui suivent. 9 2735716 REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un composant de châssis de véhicule (20) utilisant des techniques de pultrusion de fibre composite, comprenant les étapes consistant à: prévoir une source (11) d'un matériau fibreux (12), appliquer un matériau résineux (13) sur le matériau fibreux, prévoir une filière (14) ayant une ouverture formée à travers celle-ci qui correspond en forme à la forme désirée en section transversale du composant de châssis de véhicule à fabriquer, tirer le matériau fibreux à travers la filière, et cuire la résine en un état rigide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à couper le matériau fibreux cuit (15) suivant une longueur désirée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la filière (14) est formée avec une forme générale rectangulaire en section transversale. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant de châssis de véhicule est une portion d'un assemblage de berceau (20) pour un châssis de véhicule. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composant de châssis de véhicule est un élément de traverse (23, 24) pour un assemblage de berceau (20) pour un châssis de véhicule. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à fixer un support (25, 26, 27a, 27b, 28a, 28b) sur l'élément de traverse. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à fixer une pluralité de supports sur l'élément de traverse. 2735716 8. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: une source (11) d'un matériau fibreux (12), un moyen (13) pour appliquer un matériau résineux sur le matériau fibreux, une filière (14) ayant une ouverture formée à travers celle-ci qui correspond en forme à la forme désirée en section transversale du composant de châssis de véhicule à fabriquer, un moyen (17) pour tirer le matériau fibreux à travers la filière, et un moyen (16) pour cuire la résine en un état rigide.