Brevet FR2736031A1 — publié le 19970103

La présente invention a pour objet un cadre de bicyclette du type par exemple tout terrain, reliant le pivot de la roue avant à l'axe de la roue arrière et supportant un pédalier et une selle. Les bicyclettes de ce genre sont destinées à plusieurs types de clientèles qui utilisent ces bicyclettes de manière différente et selon leur besoin. En effet, un premier type de clientèle utilise les bicyclettes de façon peu intensive sur des chemins et des routes et demande des bicyclettes résistantes et peu couteuses. Pour ce genre d'utilisation, le poids de la bicyclette a peu d'importance et le cadre est soumis à des sollicitations relativement faibles. Le plus souvent, les cadres sont formés de tubes à épaisseur constante et assemblés entre eux par exemple par soudage. Les tubes sont en acier ou en aluminium possédant des caractéristiques mécaniques courantes. Afin de compenser les caractéristiques mécaniques de l'acier ou de l'aluminium, les tubes sont généralement surdimensionnés en diamètre et en épaisseur et ont sur toute leur longueur une épaisseur suffisante pour résister aux sollicitations maximales engendrées dans des zones déterminées du cadre subissant les plus fortes sollicitations. Ces zones sont situées dans les zones du cadre supportant le pivot de la roue avant, l'axe de la roue arrière, le pédalier et la selle. Par exemple, un tube de 1,2 mm d'épaisseur est utilisé pour former le tube transversal du cadre, des tubes d'épaisseur de lmm au niveau de l'axe de la roue arrière, des tubes d'épaisseur de 3mm au niveau de la zone supportant le pédalier et des tubes de 2,5mm au niveau de la zone reliant l'axe de la roue avant et le guidon. Une autre solution consiste à utiliser des tubes possédant un diamètre et une épaisseur plus faible. Dans ce cas, des pièces de renfort sont soudées entre les tubes du cadre ce qui augmente les opérations de manipulation, d'assemblage et de soudage. D'une manière générale, la fabrication des cadres de bicyclette à partir de tubes exige de nombreu ses opérations de manipulation et de soudage, ce qui grève de manière importante le coût de ce genre de bicyclette. I1 est également connu pour réaliser des bicyclette d'utiliser un cadre comportant au moins deux coquilles assemblées entre elles. Mais dans ce cas également, les coquilles sont surdimensionnées pour résister aux sollicitations maximales engendrées dans des zones déterminées du cadre subissant les plus fortes sollicitations. Un second type de clientèles utilise les bicyclettes de façon beaucoup plus intensive sur des chemins variés et à des vitesses plus grandes. Dans ce cas, le cadre subit des sollicita tions et des efforts importants dans les zones supportant le pivot de la roue avant, l'axe de la roue arrière, le pédalier et la selle. Par exemple, en usage intensif sur des terrains accidentés, les bicyclettes sont soumises à des sollicitations importantes notamment lors des sauts, des cabrages et des freinages. Les essais ont montré que dans toutes situa tions confondues, les bicyclettes subissent les efforts suivants - selle : effort verticale 1100 N - pédalier : effort vertical 1900 N effort horizontal 1200 N - guidon : effort vertical 750 N effort horizontal 900 N - axe de la roue avant : effort horizontal 1500 N Afin de localiser les zones les plus sensibles du cadre, un calcul a été mené avec des tubes d'acier de diamètre égal à 20mm et d'épaisseur égale à 2mm, ceci a permis de distinguer une forte concentration de contraintes au niveau de l'extrémité des barres joignant les tubes de fourche. Le tableau ci-dessous comporte les résultats des calculs de différentes configurations de chargement sur un cadre de dimensions conventionnelles. Contraintes à la Contraintes à la partie inférieure partie supérieure des tubes (MPa) des tubes (MPa) Reception Traction: + 351.0 Traction: +137.8 Saut Compression:-150 . 2 Compression:-321 . 9 Reception Traction: + 283.5 Traction: + 110.1 Réception Traction: + 283.5 Traction: + 110.1 Saut Compression:-120.5 Compression:-253.9 Cabrage Traction: + 12.8 Traction: + 13.5 Compression: -21.1 Compression: -17.5 Cabrage Traction: + 6.1 Traction: +12.1 Compression:19.0 Compression: -18.8 Freinage Traction : +61.3 Traction: +132.78 Compression:-126.4 Compression:-59.6 On voit que les cadres subissent des efforts et des contraintes de traction et de compression impor tants dans des zones localisées et déterminées. Pour fabriquer ce type de cadre, on utilise des matériaux à très haute technologie pour allier la résistance mécanique et le faible poids. Plusieurs types de matériaux peuvent être utilisés. Un des matériaux les plus couramment utilisés est l'acier au chrome-molybdène pour les tubes constituant le cadre. Cet acier présente une limite d'élasticité Re comprise entre 1000 et 1200 MPa et une résistance à la traction Rm de l'ordre de 1500 MPa et les tubes sont extrudés à chaud, puis étirés à froid et peuvent être d'épaisseur constante ou d'épaisseur variable selon leur emplacement dans le cadre. Mais, cette technique est coûteuse et l'assemblage et le soudage des tubes entre eux nécessitent de nombreuses opérations de manipulation et de soudage ce qui grève de manière importante le coût des bicyclettes. D'autres matériaux peuvent être également utilisés comme par exemple un alliage d'aluminium zinccuivre, du titane, du carbone, des composites à matrices métalliques ou à matrices thermoplastiques. A partir de ces matériaux, des cadres peuvent être constitués par des tubes ou par une poutre monocoque comportant des pièces rapportées. Les différents éléments constituant le cadre sont assemblés entre eux soit par soudage, soudobrasage à l'argent ou collage. Mais, d'une manière générale, ces différents matériaux et les techniques d'assemblage employées sont d'un coût élevé augmentant de façon importante le prix de revient des bicyclettes. L'invention a pour but d'éviter les inconvé nients précédemment mentionnés en proposant un cadre de bicyclette possédant des performances élevées afin de résister aux sollicitations les plus sévères pour un coût faible. L'invention a donc pour objet un cadre de bicyclette reliant le pivot de la roue avant à l'axe de la roue arrière et supportant un pédalier et une selle, ledit cadre étant formé de trois éléments métalliques assemblés entre eux, un élément gauche et un élément droit ayant chacun une section transversale en forme de C et un troisième élément en forme de V relié à la partie arrière des éléments gauche et droit pour former le passage de la roue arrière, caractérisé en ce que chaque élément est embouti à partir d'un flan métallique plan formé d'un assemblage de portions de flans métalliques plans élémentaires raboutés les uns aux autres et présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre et en ce que les portions de flans métalliques élémentaires du cadre subissant les plus fortes sollicitations mécaniques présentent une tenue plus importante que celle des autres portions de flans métalliques. Selon d'autres caractéristiques de l'inven tion - les portions de flans métalliques présen tant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires d'épaisseur plus importante que les autres portions de flans métalliques, - les portions de flans métalliques présen tant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires ayant des caractéristi ques mécaniques plus élevées que les autres portions de flans métalliques, - le cadre est réalisé en acier ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, - les portions de flans métalliques présentant les plus fortes tenues mécaniques sont en acier à très haute résistance, - les portions de flans métalliques présentant les plus fortes tenues mécaniques sont disposées dans les zones du cadre supportant le pivot de la roue avant, l'axe de la roue arrière, le pédalier et la selle, - les portions de flans métalliques plans élémentaires de chaque élément sont assemblées par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie, - les éléments du cadre comportent des contre-emboutis. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un cadre de bicyclette reliant le pivot de la roue avant à l'axe de la roue arrière et supportant un pédalier et une selle, caractérisé en ce que - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques plans élémentaires présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre pour réaliser un premier flan métallique plan, - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques plans élémentaires présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre pour réaliser un second flan métallique plan, - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques plans élémentaires présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre pour réaliser un troisième flan métallique plan, - on emboutit successivement les trois flans métalliques plans pour former un élément gauche, un élément droit et un élément en forme de V, - et on assemble les trois éléments pour réaliser le cadre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on dispose les portions de flans métalliques élémentaires présentant une tenue mécanique plus importante que celle des autres portions de flans métalliques dans les portions de flans métalliques de chaque élément du cadre subissant les plus fortes sollicitations mécaniques, - on dispose les portions de flans métalliques présentant les plus fortes tenues mécaniques dans les zones du cadre supportant le pivot de la roue avant, l'axe de la roue arrière, le pédalier et la selle, - on assemble les portions de flans métalliques plans élémentaires de chaque élément par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie, - on forme sur les éléments du cadre des contre-emboutis. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'une bicyclette comportant un cadre selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en perspective et à plus grande échelle d'un cadre de bicyclette selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue schématique en perspective éclatée montrant les différents éléments composant le cadre de bicyclette selon l'invention, - la Fig. 4 est une vue schématique en élévation d'une variante d'un cadre de bicyclette selon l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté schématique ment une bicyclette notamment une bicyclette tout terrain qui comporte un cadre désigné dans son ensemble par la référence 10. De manière classique, le cadre 10 relie un pivot 1 de la roue avant 2 à un axe 3 de la roue arrière 4 et supporte un axe 5 d'un pédalier non représenté et une selle 6. Le pivot 1 de la roue avant 2 comporte sur son extrémité supérieure un guidon 7. Ainsi que représenté sur les figures 2 et 3, le cadre 10 se compose de trois éléments métalliques assemblés entre eux, un élément gauche 11 et un élément droit 12 ayant chacun une section transversale en forme de C et un troisième élément 13 en forme de V relié à la partie arrière des éléments gauche 11 et droit 12 pour former le passage de la roue arrière 4. Ces éléments 11, 12 et 13 sont pourvus d'orifices 14 dans lesquels sont montés des inserts, non représentés, pour le montage du pivot 1 sur la roue avant 2, de l'axe 3 de la roue arrière 4, de l'axe du pédalier 5 et du support de la selle 6. Chaque élément 11, 12 et 13 est formé d'un flan métallique plan qui est ensuite embouti pour lui conférer sa forme définitive. Le flan métallique plan du premier élément 11 est formé d'un assemblage de portions de flans métalliques plans élémentaires lla, llb, llc, lld et île raboutés les uns aux autres et présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre 10. Ainsi, le premier élément 11 comporte à sa partie avant supportant le pivot 1 de la roue avant une première portion de flan métallique élémentaire llb, à sa partie supérieure supportant la selle 6 une seconde portion de flan métallique élémentaire lic, à sa partie inférieure supportant l'axe du pédalier 5 une troisième portion de flan métallique élémentaire lld et à sa partie arrière supportant l'axe 3 de la roue arrière 4 une quatrième portion de flan métallique élémentaire lie, les portions de flans métalliques élémentaires llb, lic, iid et île étant reliées entre elles par la portion de flan métallique élémentaire lia. Selon une variante, les portions de flans métalliques élémentaires lic et lîd peuvent être formés par une seule et même portion de flan métallique élémentaire. Dans ce cas, les portions de flans métalliques llb et île sont reliées à la portion de flan métallique lic, lld par deux portions de flans métalliques élémentaires lia. Le flan métallique plan du second élément 12 est formé d'un assemblage de portion de flans métalliques plans élémentaires 12a, 12b, 12c, 12d et 12e raboutées les unes aux autres. Le second élément 12 comporte à sa partie avant supportant le pivot 1 de la roue avant 2 une première portion de flan métallique élémentaire llb, à sa partie supérieure supportant la selle 6 une seconde portion de flan métallique élémentaire 12c, à sa partie inférieure supportant l'axe 5 du pédalier une troisième portion de flan métallique élémentaire 12d et à sa partie arrière supportant l'axe 3 de la roue arrière 4 une quatrième portion de flan métallique élémentaire 12e, les portions de flans métalliques élémentaires 12b, 12c, 12d et 12e étant reliées entre elles par une portion de flan métallique élémentaire 12a. Selon une variante, les portions de flans métalliques élémentaires 12c et 12d peuvent être formées par une seule et même portion de flan métallique élémentaire. Dans ce cas, les portions de flans métalli ques élémentaires 12b et 12e sont reliées à la portion de flan métallique élémentaire 12c, 12d par deux portions de flans métalliques élémentaires 12a. Le troisième élément 13 en forme de V comporte à chacune de ses extrémités libres, c'est à dire au niveau de la partie supportant l'axe 3 de la roue arrière 4, une portion de flan métallique élémentaire respectivement 13b et 13c reliée par une portion de flan métallique élémentaire 13a. Les portions de flans métalliques élémentaires du cadre 10 subissant les plus fortes sollicitations mécaniques, c'est à dire les portions llb, llc, lld et île du premier élément 11, les portions 12b, 12c, 12d et 12e du second élément 12 et les portions 13b et 13c du troisième élément 13, présentent une tenue mécanique plus importante que celle des autres portions de flans métalliques, c'est à dire la ou les portions lia du premier élément 11, la ou les portions 12a du second élément 12 et la portion 13a du troisième élément 13. Selon un premier mode de réalisation, les portions des flans métalliques llb, lic, lld, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c présentant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires d'épaisseur plus importante que les autres portions de flans métalliques lia ; 12a ; 13a. Selon un second mode de réalisation, les portions de flans métalliques llb, lic, lld, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13c, 13b présentant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires ayant des caractéristiques mécaniques plus élevées que les autres portions de flans métalliques lia; 12a ; 13a. Les éléments 11, 12 et 13 du cadre 10 sont réalisés en acier ou en aluminium ou en alliage d'aluminium. Dans le cas où les éléments 11, 12 et 13 sont réalisés en acier, les portions de flans métalliques lib, lic, lld, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c présentant les plus fortes tenues mécaniques sont en acier à haute résistance. L'acier pour former les portions de flans métalliques présentant les plus fortes tenues mécaniques possède par exemple les caractéristiques mécaniques suivantes Re supérieur à 355 MPa Rm supérieur à 450 MPa AW supérieur à 21 Les différentes portions de flans métalliques plans élémentaires constituant chaque élément 11, 12 et 13 sont assemblées par exemple par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie. Les éléments 11 et 12 du cadre 10 peuvent comporter des contre-emboutis, respectivement 14 et 15, qui permettent de rigidifier la structure et d'empêcher le flambage. Ces contre-emboutis 14 et 15 peuvent servir de surface d'embellissement ou de surface publicitaire ou peuvent permettre la fixation d'accessoires. A titre d'exemple, les épaisseurs des différentes portions de flans métalliques élémentaires pour réaliser les éléments 11, 12 et 13 sont les suivantes - portions lia et 12a : épaisseur comprise entre 0,5 et 0,7mm, - portions llb et 12b : épaisseur comprise entre 0,8 et 1,2mm, - portions lic et 12c : épaisseur égale à lmm, - portions lîd et 12d : épaisseur comprise entre 1 et 1,5mm, - portions île et 12e : épaisseur égale à lmm. Selon un autre mode de réalisation représenté à la Fig. 4, le cadre 10 peut posséder une forme générale différente du premier mode de réalisation et chaque élément composant ce cadre 10 comporte des découpes 16. La fabrication du cadre décrit ci-dessus est réalisée de la façon suivante. Tout d'abord, on positionne bord à bord les portions de flans métalliques plans élémentaires lia, llb, lic, ild et île du premier élément 11 et on assemble ces portions par exemple au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie pour réaliser un flan métallique plan destiné à réaliser le premier élément 11. On réalise la même opération en plaçant bord à bord les portions de flans métalliques plans élémentaires 12a, 12b, 12c, 12d et 12e et on assemble ces portions par exemple au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie pour réaliser un second flan métallique plan destiné à former le second élément 12. Ensuite, on place bord à bord les portions de flans métalliques plans élémentaires 13a, 13b et 13c et on assemble par exemple au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie ces portions de façon à réaliser un troisième flan métallique plan. Ensuite, on emboutit successivement les trois flans métalliques plans pour former l'élément gauche 11, l'élément droit 12 et l'élément 13 en forme de V et on assemble les trois éléments 11, 12 et 13 pour réaliser le cadre 10. Les trois éléments 11, 12 et 13 peuvent être assemblés entre eux par sertissage, par soudobrasage par soudure TIG, par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie, par soudage par points ou encore par collage. Selon un autre mode de réalisation, le cadre 10 ne peut comporter qu'un seul bras arrière. Ainsi, le cadre selon l'invention permet d'utiliser, dans des zones déterminées, au mieux les propriétés de chacun des matériaux composant le cadre et d'offrir des bicyclettes de hautes performances, tout en diminuant le poids et le prix de revient de ces bicyclettes étant donné que le nombre d'opérations de manipulation et d'assemblage est diminué. De plus, le cadre selon l'invention présente l'avantage de ne comporter aucune pièce rapportée de rigidification ce qui diminue les opérations d'assemblage et de posséder toutes les caractéristiques mécaniques nécessaires pour une utilisation intensive. De plus, l'utilisation dans des zones déterminées de portions de flans métalliques possédant une tenue mécanique plus importante que celle des autres portions de flans métalliques permet de réaliser un cadre possédant une forte rigidité latérale et une souplesse dans les autres directions. REVENDICATIONS 1. Cadre de bicyclette reliant le pivot (1) de la roue avant (2) à l'axe (3) de la roue arrière (4) et supportant un pédalier (5) et une selle (6), ledit cadre (10) étant formé de trois éléments métalliques assemblés entre eux, un élément gauche (11) et un élément droit (12) ayant chacun une section transversale en forme de C et un troisième élément (13) en forme de V relié à la partie arrière des éléments gauche (11) et droit (12) pour former le passage de la roue arrière (4), caractérisé en ce que chaque élément (11, 12, 13) est embouti à partir d'un flan métallique plan formé d'un assemblage de portions de flans métalliques plans élémentaires (lia. . .11e ; i2a. . .12e ; i3a... 13c) raboutées les unes aux autres et présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre (10) et en ce que des portions de flans métalliques élémentaires (nib, lic, lld, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) du cadre (10) subissant les plus fortes sollicitations mécaniques présentent une tenue mécanique plus importante que celle des autres portions de flans métalliques (lia; 12a ; 13a). 2. Cadre de bicyclette selon la revendication 1, caractérisé en ce que les portions de flans métalliques (llb, lic, lld, lie ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires d'épaisseur plus importante que les autres portions de flans métalliques (lla ; 12a ; 13a). 3. Cadre de bicyclette selon la revendication 1, caractérisé en ce que les portions de flans métalliques (ilb, lic, lld, lie ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant les plus fortes tenues mécaniques sont constituées de flans métalliques élémentaires ayant des caractéristiques mécaniques plus élevées que les autres portions de flans métalliques (lla ; 12a ; 13a). 4. Cadre de bicyclette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé en acier. 5. Cadre de bicyclette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé en aluminium ou alliage d'aluminium. 6. Cadre de bicyclette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les portions de flans métalliques (nib, lic, Ild, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant les plus fortes tenues mécaniques sont en acier à très haute résistance. 7. Cadre de bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les portions de flans métalliques (llb, lic, ild, lie 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant les plus fortes tenues mécaniques sont disposées dans les zones du cadre (10) supportant le pivot (1) de la roue avant (2), l'axe (3) de la roue arrière (4), le pédalier (5) et la selle (6). 8. Cadre de bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les portions de flans métalliques plans élémentaires de chaque élément (11, 12, 13) sont assemblées par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie. 9. Cadre de bicyclette selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (11, 12) du cadre (10) comporte des contre-emboutis (16). 10. Procédé de fabrication d'un cadre (10) de bicyclette reliant le pivot (1) de la roue avant (2) à l'axe (3) de la roue arrière (4) et supportant un pédalier (5) et une selle (6), caractérisé en ce que - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques élémentaires (lia, llb, lic, lld) présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre (10) pour réaliser un premier flan métallique plan, - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques plans élémentaires (12a, 12b, 12c, 12d, 12e) présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre (10) pour réaliser un second flan métallique plan, - on assemble bord à bord des portions de flans métalliques plans élémentaires (13a, 13b, 13c) présentant des tenues mécaniques différentes en fonction de leur emplacement dans le cadre (10) pour réaliser un troisième flan métallique plan, - on emboutit successivement les trois flans métalliques plans pour former un élément gauche (11), un élément droit (12) et un élément (13) en forme de V, - et on assemble les trois éléments (11, 12, 13) pour réaliser le cadre (10). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on dispose les portions de flan métalliques élémentaires (nib, lic, lld, lie ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant une tenue mécanique plus importante que celle des autres portions de flans métalliques (lla ; 12a ; 13a) dans les portions de flans métalliques de chaque élément (11, 12, 13) du cadre (10) subissant les plus fortes sollicitations mécaniques. 12. Procédé selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'on dispose des portions de flans métalliques (ilb, lic, lld, île ; 12b, 12c, 12d, 12e ; 13b, 13c) présentant les plus fortes tenues mécaniques dans les zones du cadre (10) supportant le pivot (1) à roue avant (2), l'axe (3) de la roue arrière (4), le pédalier (5) et la selle (6). 13. Procédé selon les revendications 13, procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on assemble les portions de flans métalliques plans élémentaires de chaque élément (11, 12, 13) par soudure au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie. 14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on forme sur les éléments (11, 12, 13) du cadre (10) des contre-emboutis (15).