Brevet FR2819028A1 — publié le 20020705

Arrière-plan de l'invention et technique antérieure 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne la fabrication d'éléments constitutifs de bicyclette à hautes performances et vise plus particulièrement à empêcher ou rendre minimale la fissuration des éléments tubulaires sous l'effet de contraintes induites dans ceux-ci par des colliers de ser- rage. 2. Technique antérieure Rouler à bicyclette avec de hautes performances exige que le cadre et d'autres éléments constitutifs de la bicy- clette possèdent de la résistance mécanique, de la rigidité et un faible poids. Ainsi que cela est bien connu, les cadres de bicyclette et parties de ceux-ci, guidons, montants de siège et autres éléments structurels de bicyclette et autres structures, de type tubulaire, peuvent être réalisés en mé- tal ou alliages métalliques, tels qu'acier, aluminium et ti- tane, ou peuvent être réalisés en des matériaux composites à résistance mécanique élevée, tels que résine durcie renfor- cée de carbone ou de fibre de verre. Dans certains cas une couche extérieure composite peut être fixée d'une manière adhérente sur des tubes métalliques. Les éléments structu- rels tubulaires qui sont réalisés à partir de matériaux com- posites sont particulièrement sujets à un endommagement dû au serrage, étant donné que le serrage d'une extrémité d'un tube intérieur, tel qu'un montant de siège de bicyclette, un montant de guidon ou un guidon, dans un tube extérieur qui est serré au moyen d'un collier de serrage en forme de C s'est avéré détruire rapidement l'intégrité de structure des matériaux composites par enfoncement en creusant à la façon d'un ciseau, par frettage et par charge concentrée. Une ma- nière de faire face à ce problème consiste à utiliser un collier de serrage doublement articulé, tel qu'un collier de serrage à double broche d'articulation pour un guidon de bi- cyclette. But de l'invention Le but principal de la présente invention est de four- nir un assemblage tubulaire de parties structurelles compo- sites tubulaires à résistance mécanique élevée et de faible poids dans lequel l'incidence de la fissuration due à des contraintes de serrage de parties serrées d'une manière té- lescopique est notablement réduite. Résumé de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un as- semblage tubulaire comprenant: a) un tube intérieur formé d'un matériau composite, le tube intérieur présentant une surface extérieure convexe; b) un tube extérieur ayant une surface intérieure concave coopérant d'une manière télescopique avec la surface extérieure du tube intérieur, le tube extérieur comportant une fente présentant des bords qui se font face et qui sont déplacés l'un vers l'autre pendant un serrage; et c) un collier de serrage de tube extérieur, le tube intérieur composite comportant une zone laté- rale de serrage qui est en retrait vis-à-vis de la surface extérieure convexe en étant disposée en alignement radial avec un espace situé entre lesdits bords de la fente qui se font face et le collier de serrage de tube extérieur, de fa- çon que les bords qui se font face ne viennent pas au contact de la zone latérale de serrage du tube intérieur pendant un serrage du collier de serrage. Description succincte des dessins La figure 1 est une vue en élévation de côté, par- tielle, d'un cadre de bicyclette comportant un tube creux formant montant de siège serré dans celui-ci. La figure 2 est une vue en plan de dessus d'un collier de serrage dans l'ensemble en forme de C, du cadre et du tube creux formant montant de siège. La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 à plus grande échelle afin d'illustrer l'enfoncement en creusant à la façon d'un ciseau d'un tube creux formant montant de siège de la technique antérieure. La figure 4 est une vue de bout d'un tube creux formant montant de siège agencé conformément aux enseignements de la présente invention. La figure 5 est une vue de côté du tube creux formant montant de siège de la figure 4. Description du mode préféré de mise en oeuvre Bien que l'invention puisse être appliquée d'une ma- nière large à l'assemblage de divers tubes coopérant d'une manière télescopique qui sont maintenus ensemble par un col- lier de serrage extérieur dans l'ensemble en forme de C, l'invention est décrite en se référant d'une manière parti- culière, pour des raisons pratiques, à l'assemblage mutuel télescopique d'un tube creux ou montant de siège de bicy- clette avec le cadre de bicyclette dans lequel le tube creux est reçu. Comme le montre la figure 1, un tube extérieur 10, faisant partie du cadre de bicyclette, reçoit d'une manière télescopique un tube intérieur 20 se présentant sous la forme d'un montant de siège de bicyclette, le diamètre inté- rieur du tube extérieur étant approximativement égal au dia- mètre extérieur du montant de siège de façon à assurer un ajustement coulissant étroit. Le tube de cadre 10, qui peut être réalisé en métal, en matériau composite ou en une com- binaison de ceux-ci, présente une fente 12 orientée longitu- dinalement qui y est ménagée pour permettre que les bords espacés de la fente du tube extérieur 10 soient tirés l'un vers l'autre au moyen d'un collier de serrage en forme de C. Le tube intérieur 20, qui se présente sous la forme d'un montant de siège de bicyclette, comporte à son extrémité su- périeure une tête de réception de siège 30 qui peut être as- semblée d'une manière permanente au tube intérieur 20 de n'importe quelle manière convenable. Le tube intérieur 20 est formé entièrement d'un matériau composite, tel qu'une résine époxy renforcée de fibre de carbone, ou il peut être constitué d'un tube stratifié comportant une couche inté- rieure en métal recouverte d'une couche ou de couches exté- rieures superficielles 21, 23 (figure 5) formées d'un maté- riau composite. Comme le montre la figure 2, le collier de serrage 40 en forme de C comporte deux oreilles 42, 44 espacées qui sont tirées l'une vers l'autre pendant un serrage au moyen d'un organe de fixation fileté 46, ainsi que cela est bien connu. D'une manière plus particulièrement conforme à la pré- sente invention, le tube intérieur 20 de la paire de tubes devant être serrés ensemble comporte au moins un méplat al- longé 22, 24, un méplat étant prévu sur chaque face diamé- tralement opposée du tube 20. Comme le montre la figure 2, le méplat actif 22 est disposé à proximité de la fente 12 du tube extérieur 10, d'une manière telle que les bords espacés situés sur les côtés opposés de la fente 12 du tube exté- rieur de cadre 10 ne soient jamais au contact de la surface extérieure du montant de siège ou tube intérieur 10. Ainsi, le méplat 22 fournit une zone latérale de serrage devant être disposée en alignement radial avec l'espace situé entre les bords de la fente 12 du tube de cadre 10 qui se font face, d'une manière telle que ces bords de la fente du tube de cadre 10 qui se font face ne viennent pas en contact, ni ne coopèrent d'une autre manière, avec la zone latérale de serrage 22 du tube intérieur formant montant de siège 20. La longueur du ou des méplats 22, 24 est choisie de façon à être approximativement égale à la longueur de la possibilité de réglage de la hauteur d'un siège de bicyclette (non re- présenté) devant être fixé sur la tête 30. Bien que la ou les zones latérales de serrage 22, 24 soient représentées, dans le mode préféré de mise en oeuvre, sous forme de surfa- ces planes et que les tubes intérieur et extérieur 10, 20 soient représentés sous forme de tubes à section circulaire, on comprendra que les zones latérales de serrage 22, on com- prendra qu'il n'est pas nécessaire que les zones latérales de serrage 22, 24 soient planes, ni que les tubes 10, 20 soient à section circulaire. La ou les zones latérales de serrage 22, 24 sont classiquement formées pendant le moulage du tube formant montant de siège 20 en matériau composite. Ainsi que cela est connu dans la technique, les mon- tants de siège de bicyclette en matériau composite sont constitués de plusieurs couches composites de façon à réali- ser la forme tubulaire et les couches composites comportent habituellement -des filaments de renfort qui y sont disposés sous des angles différents vis-à-vis de l'axe longitudinal du tube formant montant de siège 20. De préférence, au moins certaines des couches 21, 23 du tube formant montant de siège en matériau composite sont réalisées en résine époxy renforcée de carbone. Si on se reporte à la figure 3 qui représente un mon- tant de siège de bicyclette 200 de la technique antérieure qui n'est pas pourvu d'une zone de serrage 22 conforme à l'invention, on peut voir que les bords espacés de la fente 12 du tube extérieur de cadre s'enfoncent en creusant à la façon d'un ciseau dans la surface extérieure du tube inté- rieur formant montant de siège 200 de la technique anté- rieure lorsqu'on serre le collier de serrage 40. Un examen au microscope des montants de siège de la technique anté- rieure a révélé une fissuration qui a lieu dans cette zone particulière, les fissures s'étendant dans l'ensemble sui- vant la longueur du montant de siège sur l'étendue de la zone de serrage, puis s'étendant dans des directions aléa- toires au fur et à mesure que les fissures s'éloignent, dans le sens de la longueur, de la zone du collier de serrage 40. Cette constatation a conduit à la mise au point de l'invention selon laquelle une zone latérale de serrage 22 plane est prévue de façon à donner l'assurance que les bords de la fente 12 ne creusent pas et ne s'enfoncent par en creusant à la façon d'un ciseau dans la surface extérieure du tube formant montant de siège 20 en matériau composite pendant le serrage de l'organe de fixation de collier 46. Bien que les montants de siège puissent être réalisés avec des diamètres légèrement différents, il s'est avéré qu'une distance radiale entre le milieu de la corde qui s'étend d'un côté à l'autre de la zone latérale de serrage 22 et la surface cylindrique extérieure normale du montant de siège qui est d'environ 0,50 mm remplit bien convenablement son rôle pour empêcher ou au moins rendre minimale la fissura- tion et pour améliorer ainsi notablement la résistance méca- nique du tube 20 dans la zone indiquée ci-dessus. Il est préférable de prévoir deux zones 22, 24 sensiblement planes diamétralement espacées pendant le moulage du montant de siège afin d'assurer une symétrie qui est utile pour la fa- brication et le montage d'autres parties sur un montant de siège de bicyclette, telle que la tête 30 qui peut également être serrée sur le montant de siège 20 d'une manière analo- gue à celle dont le montant de siège est serré dans le tube de cadre 10. Des essais de contrainte de divers montants de siège en matériau composite serrés dans des tubes extérieurs de cadre réalisés en acier, titane et autre matériau impliquent de serrer l'organe de fixation fileté 46 du collier de serrage suffisamment pour provoquer une fissuration dans le tube formant montant de siège. Des tubes formant montant de siège qui ne comportent pas la zone latérale de serrage 22 de la présente invention présentent une fissuration ou autre en- dommagement notable lorsqu'un couple aussi faible que 1469 N.cm est appliqué en serrant l'organe de fixation 46. La to- talité des montants de siège de la technique antérieure sou- mis aux essais ont présenté une fissuration pour pas plus de 2260 N.cm de couple de serrage. Par comparaison, aucune fis- sure ne s'est présentée dans des montants de siège produits conformément à la présente invention lorsqu'on a appliqué autant que 2825 N.cm de couple sur l'organe de fixation de collier 46. Il s'est ainsi avéré que le fait de prévoir un méplat ou autre zone latérale de serrage 22 de configuration convenable, agencée comme représenté, qui empêche un contact entre les bords de la fente 12 du tube de cadre 10 qui re- çoit le montant de siège et la surface extérieure du tube formant montant de siège 20 qui y est serré réduit notable- ment une défaillance de ce tube formant montant de siège 20 sous l'effet d'une fissuration résultant d'un couple exces- sif appliqué à l'organe de serrage de collier 46. Des pièces tubulaires en matériau composite, telles que décrites, destinées à être serrées dans des tubes extérieurs peuvent être formées dans un moule en utilisant un mandrin dilatable pour repousser les couches de matériau composite de la pièce de façon à les amener à coopérer avec les surfa- ces intérieures du moule. Les spécialistes en la matière comprendront que diver- ses modifications de l'invention peuvent être apportées au mode préféré de mise en oeuvre décrit ci-dessus et que la portée de protection n'est limitée que par les revendica- tions qui suivent. REVEND I CATIONS 1. Assemblage tubulaire comprenant: a) un tube intérieur (20) formé d'un matériau compo- site, le tube intérieur (20) présentant une surface exté- rieure convexe; b) un tube extérieur (10) ayant une surface intérieure concave coopérant d'une manière télescopique avec la surface extérieure du tube intérieur (20), le tube extérieur (10) comportant une fente (12) présentant des bords qui se font face et qui sont déplacés l'un vers l'autre pendant un ser- rage; et c) un collier de serrage de tube extérieur (40), le tube intérieur composite (20) comportant une zone latérale de serrage qui est en retrait vis-à-vis de la sur- face extérieure convexe en étant disposée en alignement ra- dial avec un espace situé entre lesdits bords de la fente (12) qui se font face et le collier de serrage de tube exté- rieur (40), de façon que les bords qui se font face ne vien- nent pas au contact de la zone latérale de serrage du tube intérieur (20) pendant un serrage du collier de serrage (40). 2. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone latérale de serrage est sensiblement plane. 3. Assemblage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube intérieur (20) comprend un tube creux for- mant montant de siège de cycle et le tube extérieur (10) comprend une partie d'un cadre de cycle, la zone latérale de serrage présentant une ligne centrale qui est radialement espacée de la surface cylindrique extérieure du tube creux (20) d'environ 0,50 mm. 4. Assemblage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux desdites zones latérales de serrage sur des côtés diamétra- lement opposés du tube intérieur (20). 5. Assemblage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le tube intérieur (20) est constitué de plusieurs couches de matériau composite (21, 23), les couches de matériau composite (21, 23) compor- tant des filaments de renfort disposés suivant des angles différents visà-vis de l'axe longitudinal du tube intérieur (20). 6. Assemblage suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couches (21, 23) de matériau composite est en résine époxy renforcée de carbone. 7. Assemblage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que le tube intérieur (20) présente une section transversale circulaire à l'exception de ladite zone latérale de serrage. 8. Assemblage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que le tube intérieur en ma- tériau composite (20) et la zone de serrage située sur ce- lui-ci sont formés par moulage. 9. Assemblage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que le collier de serrage (40) comporte un organe de fixation fileté.