Brevet FR2753673A1 — publié le 19980327

Structure en coque en matière plastique armée de fibres pour véhicules ou conteneurs, en particulier pour caisses de véhicule ferroviaire. L'invention concerne des structures en coque de grande surface, au choix aussi bien planes qu'incurvées, en matière plastique armée de fibres, présentant une peau extérieure, contenant des fibres d'armature, ainsi que des profilés de renfort (longerons et anneaux raidisseurs), orientés longitudinalement et transversalement, en particulier pour des caisses légères de véhicule ferroviaire. En plus du domaine technique, déjà décrit, de la construction de véhicules ferroviaires, l'invention peut également avantageusement s'appliquer pour la construction et pour la fabrication de carrosseries de véhicules, de structures d'avion, de coques et de superstructures de navires, ainsi que de conteneurs. Des structures, comme par exemple des caisses de véhicule ferroviaire, qui doivent impérativement, de par leur fonction, présenter des résistances élevées et des robustessess élevées, sont fréquemment conçues, avantageusement et indépendamment du genre de matériaux employés, en le type coque renforcée. A partir du document DE 36 14 618, on connaît une structure en coque de ce type en matière plastique armée de fibres. Elle est constituée d'une peau extérieure cylindrique présentant des longerons, orientés longitudinalement, de section en oméga et des anneaux raidisseurs, orientés selon la direction circonférentielle, de section en forme de I en principe, comportant une ceinture du côté de la peau et une ceinture intérieure et une âme située entre elles, l'âme présentant une surface extérieure avant et une surface extérieure arrière et un anneau raidisseur étant formé de segments d' anneau raidisseur en forme d'arc. Cette structure en coque se caractérise par le fait que chacun des anneaux raidisseurs est constitué d'un certain nombre de segments d'un premier type, formant la surface avant de l'âme, et d'un certain nombre de segments d'un second type, qui forment la surface arrière de l'âme et sont décalés selon la direction circonférentielle, de la valeur de la distance entre longerons, par rapport aux segments du premier type, le matériau en fibres de chaque segment d'anneau raidisseur se terminant en un appui d'anneau raidisseur, connu en soi. A la solution précédemment décrite est inhérent l'inconvénient qu'une pluralité d'éléments individuels doivent être préfabriqués à part et être réunis en un coûteux processus de montage, étant précisé qu'en particulier la fabrication des segments d'anneau raidisseur ne peut se faire à un coût favorable que si les distances entre longerons et les rayons de courbure de la peau extérieure sont identiques en tous points de la structure en coque. Mais, dans le cas des caisses de véhicule ferroviaire, ceci ne peut généralement pas se réaliser pour des motifs fonctionnels. En outre, à partir du document DE 38 35 529, on connaît une pièce de structure non métallique, monolithique, pour avions, véhicules ou conteneurs, présentant une peau extérieure et des nervures de renfort intégrées d'une surface projetée > 0,1 m2, pièce de structure dans le cas de laquelle le matériau initial est injecté ou coulé sous pression dans un moule clos dans lequel sont prévus des évidements pour la peau et pour les nervures, de façon qu'apparaissent des nervures de rapport: hauteur des nervures à épaisseur des nervures > 5, de préférence > 10. Bien que ce procédé soit recommandé pour la fabrication de structures de grande surface, il n'est pas possible de réaliser avec lui pour les caisses de véhicule ferroviaire des structures suffisamment grandes, du fait que des limites encore trop étroites sont posées aux dimensions des composants par l'état actuel de la technique mécanique. En outre, à partir du procédé pour fabrication de structures de véhicule (EP O 687 611), on connaît une structure tubulaire pour caisses devéhicule qui est fabriquée, par le procédé, connu en soi, d'enroulement pour matières plastiques armées de fibres, de la façon que, sur un noyau qui est entraîné en rotation et qui présente le contour intérieur de la structure de la caisse de véhicule, on enroule plusieurs couches de matière plastique avec fibres pour donner une peau intérieure, puis, sur la peau intérieure, non durcie, on pose des pièces de mousse de matière plastique préfabriquées à des distances telles qu'elles laissent libres des espaces intermédiaires libres en forme de rainures, selon la direction longitudinale pour les longerons et selon la direction circonférentielle pour les anneaux raidisseurs. Après la pose des longerons préfabriqués et l'enroulement des anneaux raidisseurs dans les espaces intermédiaires respectifs libres, en forme de rainure, jusqu'à égalité de niveau avec les surfaces des pièces en mousse de matière plastique, on réalise également la peau extérieure en surface, de façon analogue à la peau intérieure, en enroulant plusieurs couches de matière plastique avec fibres, de façon qu'apparaisse une structure tubulaire de caisse de véhicule; en sandwich. Il est désavantageux ici que, pour de tels composants de grande surface, le procédé d'enroulement ne puisse que difficilement se maîtriser au point de vue technique de travail et de protection de l'environnement, en tant que procédé non exécuté à l'abri, du fait des très grandes surfaces à réaliser, et ne puisse s'appliquer que pour des structures qui, en tous points sont convexes selon la direction circonférentielle. Ceci limite sensiblement la liberté de conception du dessin. En outre, les structures en sandwich qui apparaissent présentent, toujours, du fait même du procédé, une couche formant noyau qui n'est que peu compressible, c'est-à-dire qui est dure. Dans le passé, des caisses de véhicule dont les structures présentaient cette caractéristique sont apparues comme peu confortables du fait de leurs caractéristiques acoustiques défavorables. D'autres inconvénients de cette solution consistent en ce que la surface visible de la peau extérieure est optiquement dégradée par les marques laissées par le matériau d'armature et nécessite des travaux de reprise coûteux et par le fait qu'il faut ensuite découper les ouvertures nécessaires pour les fenêtres, les portes et les volets et qu'il faut valoriser les parties de structure ainsi enlevées ou s'en débarrasser. On connaît en outre, de façon très générale, des structures en coque que l'on réalise en posant et en fixant dans un moule, qui présente le contour extérieur de la peau extérieure, le matériau d'armature, sec, de la peau extérieure et en posant et en fixant, aux distances prévues, sur le matériau d'armature les profilés formant longerons, préfabriqués à part. Ensuite, selon le procédé d'injection sous vide ou d'injection sous pression et sous vide, on injecte la résine de stratification dans le matériau d'armature, la bordure, étanche au vide, du stratifié étant formée, de l'intérieur, par une feuille plastique ou élastique. Après le durcissement de la résine, on colle les anneaux raidisseurs sur la peau extérieure, déjà renforcée par les longerons. Cela se fait soit dans le moule prévu pour le processus d'injection soit dans un berceau de montage spécial. Toutefois, ce procédé ne conduit à des résultats techniquement et économiquement satisfaisants que si les chemins d'écoulement pour la résine sont courts. On résout ce problème par le fait que, à des distances relativement brèves sur la totalité de la surface du moule d'injection, sont répartis des injecteurs qui sont directement reliés aux pompes à résine par des conduites souples et des raccords. Ceci est très coûteux car après chaque processus d'injection il faut soit changer, soit rincer les conduites souples. Un autre inconvénient consiste en ce que des coûts énormes résultent de la dépense élevée de main-d'oeuvre lors du collage des anneaux raidisseurs déjà coûteux en eux-même. A la base de la présente invention se trouve le problème de développer une structure en coque en matière plastique armée de fibres pour véhicules ou conteneurs, en particulier pour caisses de véhicules ferroviaires, présentant une peau extérieure contenant des fibres d'armature, ainsi que des profilés de renfort, orientés longitudinalement et transversalement, qui puisse se fabriquer à un coût sensiblement plus favorable en comparaison avec les solutions techniques mentionnées ci- dessus, de faire que le dispositif correspondant évite de coûteux systèmes de répartition de la résine et permette une intégration de sous- ensembles adjacents dans l'ensemble résistant de la structure en coque ainsi que dans le processus de fabrication de la structure. Selon l'invention, on atteint ce but par le fait que, dans le cas d'une structure du type indiqué en préambule, que l'on peut fabriquer, selon le procédé d'injection sous vide ou d'injection sous pression et sous vide, au moyen d'un moule extérieur, de préférence rigide, donnant le contour et d'un moule, dont il est intéressant qu'il soit flexible, réalisant l'étanchéité à l'égard du vide, de préférence vers l'intérieur, les profilés de renfort orientés longitudinalement et transversalement sont constitués de profilés préfabriqués formant noyau, qui sont, entièrement ou partiellement, enserrés par des fibres d'armature et présentent au moins un espace creux qui est orienté parallèlement à l'axe longitudinal du profilé formant noyau et qui est relié, par des ouvertures de débordement, aux fibres d'armature des profilés formant noyau et/ou de la peau extérieure, structure dans le cas de laquelle, selon le procédé de fabrication, les fibres d'armature de la peau extérieure ainsi que les fibres d'armature autour des profilés formant noyau sont chargées de résine de stratification par l'intermédiaire des espaces creux et des ouvertures de débordement. Il est en outre conforme à l'invention que les profilés formant noyau soient formés en une ou plusieurs pièces, étant précisé que les pièces des profilés formant noyau en plusieurs pièces sont maintenues ensemble par des liaisons enfichables, ponctuelles ou linéaires. Il est en outre conforme à l'invention que les ouvertures de débordement des espaces creux soient conçues sous forme d'ouvertures de section quelconque disposées à distance l'une de l'autre ou d'un ou plusieurs canaux ou fentes prévus parallèlement à l'axe longitudinal des profilés formant noyau. On explique en détail ci-dessous l'invention sur un exemple non limitatif de réalisation. Les dessins correspondants représentent sur - la figure 1: une vue de la structure en coque en matière plastique armée de fibres; la figure 2: un détail Z de la figure 1, représenté pendant la fabrication; - la figure 3, une coupe A-A selon la figure 1. La construction en coque représentée sur la figure 1, par exemple une caisse de véhicule ferroviaire, est constituée de la peau extérieure, peu épaisse, en matière plastique contenant des fibres d'armature 1, des profilés de renfort 2 (longerons) orientés longitudinalement et des profilés de renfort 3 (anneaux raidisseurs) orientés perpendiculairement, qui peuvent se fabriquer selon le procédé d'injection de résine généralement connu, ainsi que des découpes pour fenêtres, indiquées mais non représentées en détail. Aussi bien les profilés de renfort 2 que les profilés de renfort 3 présentent chacun, selon la figure 2, un profilé préfabriqué 4, formant noyau, qui, dans l'exemple de réalisation, se présente de préférence sous forme d'un profilé thermoplastique extrudé, mais peut également être constitué de mousse de matière plastique, de métal ou autres matériaux appropriés. Dans le processus de fabrication, les profilés 4 formant noyau sont tout d'abord enserrés par les fibres d'armature 5 et, selon l'invention, présentent un espace creux 6 orienté longitudinalement et parallèlement à l'axe du profilé. L'espace creux 6 peut être de forme de coupe librement choisie. Il est relié par des ouvertures de débordement 7 aux fibres d'armature 1 de la peau extérieure et/ou aux fibres d'armature des profilés de renfort 2, 3. Selon la forme et les dimensions des profilés de renfort 2, 3, le profilé 4 formant noyau peut également comporter deux, ou plus de deux, espaces creux 6 et ouvertures de débordement 7. On peut également envisager de prévoir comme ouvertures de débordement 7 des canaux, des fentes ou des pores. Les espaces creux 6 servent au transport, avec faible résistance d'écoulement, de la résine pour stratification dans le processus de fabrication. Par les ouvertures de débordement 7, cette résine est ici conduite dans les fibres d'armature 1 de la peau extérieure et dans les fibres d'armature 5, autour des profilés formant noyau 4, o la résine pour stratification se durcit et fait apparaître une structure en coque monolithique, armée. Le profilé de tête 8 d'une part recouvre les fibres d'armature 5 des profilés de renfort 2, 3 et d'autre part, par sa structure en ce qui concerne les rainures en T 9, offre des possibilités de fixation favorables pour des pièces de l'équipement intérieur de la voiture. Les bandes de feuille 10, réunies, de façon fixe et étanche, aux profilés de tête 8, recouvrent, avec étanchéité au vide, les fibres d'armature 5 autour des profilés formant noyau 4, étant précisé qu'il est avantageux que les bandes en feuille 10 viennent sur la zone rabattue 11 des fibres d'armature reposant sur les fibres d'armature 1 de la peau extérieure. Selon la figure 3, le matériau isolant 12 est muni, du côté extérieur, d'une feuille de doublage 13 qui recouvre, sur une faible épaisseur, les bandes de feuilles 10 du côté de la bordure. La feuille de doublage 13 et les bandes de feuilles 10 peuvent, si nécessaire, être réunies l'une contre l'autre dans cette zone, avec étanchéité au vide, au moyen d'un produit d'étanchéification 14. Les fibres d'armature 1 de la peau extérieure et les fibres d'armature 5 des profilés de renfort 2, 3 sont ainsi recouvertes, sur toute leur surface, d'un moule extérieur rigide, non représenté, étanche au vide et d'un moule réalisant vers l'intérieur la bordure étanche au vide de la façon déjà décrite et on peut les saturer de résine, à l'aide du vide, selon le procédé d'injection de résine déjà connu, de sorte qu'à l'état durci apparaît la peau extérieure, porteuse, avec les profilés de renfort 2, 3. L'intégration favorable, décrite ci-dessus, du matériau isolant 12 n'est toutefois pas impérativement nécessaire, si la fonction d'étanchéité de la feuille de doublage 13 est reprise par une feuille particulièrement employée dans ce but. Selon chaque fois le but d'application de la structure en coque, les profilés de renfort 2, 3 peuvent être disposés aussi bien d'un côté que des deux côtés. REVENDICATIONS 1. Structure en coque en matière plastique armée de fibres pour véhicules ou conteneurs, en particulier pour caisses de véhicule ferroviaire, présentant une peau extérieure, contenant des fibres d'armature, ainsi que des profilés de renfort, orientés longitudinalement et transversalement, structure que l'on peut fabriquer, selon le procédé d'injection sous vide ou d'injection sous pression et sous vide, au moyen d'un moule extérieur, de préférence rigide, donnant le contour et d'un moule, dont il est intéressant qu'il soit flexible, réalisant l'étanchéité à l'égard du vide, de préférence vers l'intérieur, caractérisée par le fait que les profilés de renfort (2, 3) orientés longitudinalement et transversalement sont constitués de profilés préfabriqués (4) formant noyau, qui sont, entièrement ou partiellement, enserrés par des fibres d'armature (5) et présentent au moins un espace creux (6) qui est orienté parallèlement à l'axe longitudinal du profilé formant noyau (4) et qui est relié, par des ouvertures de débordement (7), aux les fibres d'armature (1 et/ou 5), structure dans le cas de laquelle, selon le procédé de fabrication, les fibres d'armature (1) de la peau extérieure ainsi que les fibres d'armature (5) autour des profilés formant noyau (4) sont chargées de résine de stratification par l'intermédiaire des espaces creux (6) et des ouvertures de débordement (7). 2. Structure en coque selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les profilés formant noyau (5) sont formés en une ou plusieurs pièces. 3. Structure en coque selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les pièces des profilés formant noyau (5) en plusieurs pièces sont maintenues ensemble par des liaisons enfichables, ponctuelles ou linéaires. 4. Structure en coque selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les ouvertures de débordement (7) des espaces creux (6) sont conçues sous forme d'ouvertures de section quelconque disposées à distance l'une de l'autre ou d'un ou plusieurs canaux ou fentes prévus parallèlement à l'axe longitudinal des profilés formant noyau (5).