Brevet FR2835228A1 — publié le 20030801

La présente invention concerne, de façon générale, les directions à crémaillère des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à l'ensemble pignon-crémaillère d'une telle direction, et elle vise, encore plus spécialement, une amélioration de la liaison par engrènement entre le pignon et la crémaillère. Il est rappelé que, dans la plupart des systèmes de direction des véhicules automobiles, un pignon de direction est lié en rotation avec la colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le pignon venant en prise avec une crémaillère montée coulissante dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées à des biellettes de direction associées respectivement aux roues directrices droite et gauche du véhicule. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou l'autre, donc la rotation du pignon de direction, est convertie mécaniquement en une translation correspondante de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes, provoque elle-même l'orientation des roues directrices du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. En l'état actuel de la technique, la pignon de direction et la crémaillère sont des pièces mécaniques entièrement métalliques, en particulier en acier, de sorte que l'engrènement se fait"métal sur métal", en étant complété généralement par un graisse de lubrification. L'optimisation de ce genre d'engrènement métallique implique une grande précision des définitions de denture (type, profil, angle d'hélice, états de surface,...), tant pour le pignon que pour la crémaillère. Les efforts de contact entre dentures nécessitent aussi des matériaux aptes au durcissement superficiel par traitement thermique ou thermochimique, pour limiter l'usure dans le temps. Une telle réalisation transmet, voire amplifie les phénomènes acoustiques et vibratoires, ayant leur origine soit dans le compartiment moteur du véhicule, soit au niveau des roues du véhicule et de la chaussée. Il en résulte, de façon évidente, une diminution du confort de conduite du véhicule. Pour réduire entre autres les bruits d'engrènement sous efforts, la liaison pignon-crémaillère est habituellement complétée par un dispositif dit de "poussoir", plus ou moins complexe, dont le rôle est d'assurer un contact permanent entre le pignon de direction et la crémaillère, avec compensation des jeux. Comme on le conçoit aisément, les géométries de denture complexes, les traitements superficiels spécifiques des composants, et la complexité du poussoir, entraînent aussi, pour ce genre de directions, des coûts de fabrication élevés. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précédemment exposés, en améliorant la liaison pignon-crémaillère par une solution technique simple, qui améliore le confort de conduite du véhicule par un filtrage des vibrations et une réduction des bruits, tout en apportant une diminution sensible des coûts. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un ensemble pignon-crémaillère pour direction de véhicule automobile, dans lequel le pignon et/ou la crémaillère comporte, dans la région de sa denture, un revêtement en matériau de type polymère, constituant une fraction de l'épaisseur du profil de la denture, le restant du composant tel que pignon ou crémaillère étant métallique. Ainsi, l'idée inventive consiste à conserver un pignon de direction et une crémaillère essentiellement métalliques, mais à prévoir sur l'un ou l'autre de ces composants, éventuellement sur les deux, dans la zone de la denture, un revêtement en matériau polymère approprié, d'une épaisseur optimisée. L'épaisseur du matériau de revêtement de type polymère peut être constante, sur toute la zone de denture concernée. Cette épaisseur peut aussi être variable, sur l'étendue du revêtement. Les épaisseurs sont à choisir, selon les polymères utilisés, ces épaisseurs pouvant être comprises entre quelques dixièmes de millimètre et plus d'un millimètre. Dans le même ordre d'idées, il est aussi envisageable que le matériau de revêtement de type polymère recouvre les flancs des dents de la denture concernée, mais que le sommet et/ou le pied des mêmes dents ne soient pas recouverts de ce matériau de type polymère. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le pignon de direction (qui possède la longueur cinématique la plus grande, et qui subit les efforts les plus élevés) reste entièrement métallique, et c'est la crémaillère qui, dans la région de sa denture, porte le revêtement en matériau de type polymère. Cependant, la solution inverse, avec pignon revêtu de polymère, reste aussi envisageable. En ce qui concerne les matériaux du type polymère, utilisables dans le cadre de l'ensemble pignon-crémaillère objet de l'invention, on peut envisager des élastomères caoutchoutiques, des matières plastiques déformables, des élastomères thermoplastiques, ou des composites élastomériques. Ces polymères peuvent comporter des charges organiques ou inorganiques, et/ou métalliques, pour assurer une action de renfort, et/ou une fonction de lubrification de la liaison pignon-crémaillère. Le revêtement en matériau de type polymère peut être appliqué sur le composant concerné, pignon ou crémaillère, par tout procédé connu et adapté au polymère utilisé, par exemple par une technique de surmoulage, d'adhérisation, de collage, etc... conduisant soit directement à l'obtention d'une pièce finie, soit à l'obtention d'une ébauche qui reste à usiner. Les états de surface des parties en acier, et le cas échéant en polymère, au niveau de leur liaison, sont également variables et à définir, selon la technique de fabrication utilisée. Dans l'ensemble, la solution objet de la présente invention offre de nombreux avantages : En premier lieu, grâce au revêtement en matériau de type polymère l'engrènement entre le pignon de direction et la crémaillère est rendu particulièrement onctueux et silencieux, et il se fait sans jeu de fonctionnement ou avec un jeu réduit au minimum, éventuellement avec une surface de contact des dentures accrue. De plus, le revêtement en matériau de type polymère "encaisse" les chocs et vibrations, donc filtre leur transmission, tout en compensant les déformations et en assurant en permanence le fonctionnement et la sécurité de la direction. Par ailleurs, la conservation de parties métalliques conséquentes garantit la résistance mécanique de l'ensemble pignon-crémaillère, ce qui contribue aussi à la sécurité et à la fiabilité. En particulier, chaque dent conserve une zone métallique en pied de dent, qui assure la tenue mécanique du revêtement en polymère et la résistance du composant, pignon ou crémaillère, aux sollicitations mécaniques auxquelles il est soumis en cours de fonctionnement. A cet égard, il convient de bien noter que la solution proposée consiste en un revêtement de la denture par un matériau de type polymère, et non pas en une réalisation intégrale de cette denture en polymère. Cette solution ouvre aussi la voie à de nombreuses simplifications, qui elles-mêmes conduisent à une réduction des coûts : L'invention procure déjà une simplification de la géométrie de la denture concernée (du pignon ou de la crémaillère), ainsi que de l'état de surface exigé pour les parties métalliques des composants concernés. L'invention permet aussi la suppression du traitement thermique ou thermochimique superficiel du composant, pignon ou crémaillère, sur lequel est appliqué le revêtement en polymère, et elle permet par conséquent l'utilisation, pour ce composant, d'un acier naturel de laminage ou prétraité. Du fait de l'absence d'usure dans le contact d'engrènement métalpolymère, l'autre composant (celui non revêtu de polymère) peut lui aussi être réalisé en acier naturel ou prétraité, sans traitement thermique ou thermochimique superficiel. La fonction"poussoir", de réalisation habituellement complexe, peut être simplifiée et, à la limite, entièrement supprimée. Dans la mesure où le polymère possède, dans sa masse, une propriété autolubrifiante, la lubrification habituelle de la liaison pignoncrémaillère peut être réduite, voire supprimée. Enfin, les avantages de l'ensemble pignon-crémaillère selon l'invention se traduisent non seulement dans le fonctionnement interne de la direction, mais aussi directement, et de façon perceptible, au niveau du confort de conduite du véhicule concerné, ce qui permet de répondre aux attentes des constructeurs automobiles et des utilisateurs de véhicules. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet ensemble pignon-crémaillère pour direction de véhicule automobile. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble pignoncrémaillère conforme à la présente invention ; Figure 2 représente, à échelle agrandie, le détail A de la crémaillère de la figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe transversale de cette crémaillère, suivant 111-111 de figure 2. La figure 1 représente, partiellement, une direction à crémaillère de véhicule automobile, avec son carter ou tube de direction 2 dans lequel est montée coulissante, axialement, une crémaillère 3. Les extrémités droite et gauche de la crémaillère 3, situées à l'extérieur du tube ou carter 2, sont accouplées à des biellettes (non représentées). La crémaillère 3 est en prise avec un pignon de direction 4, lié en rotation à la colonne de direction (non représentée). A cet effet, la crémaillère 3 présente, sur une partie de sa longueur, une denture 5 qui vient en prise avec les dents du pignon 4. Un dispositif de poussoir 6, porté par le carter 2, agit sur le dos 7 de la crémaillère 3, de manière à assurer un contact permanent de la denture 5 de cette crémaillère 3 avec le pignon 4. Selon l'invention, et comme le montrent plus particulièrement les figures 2 et 3, un revêtement 8 en matériau de type polymère, d'épaisseur e prédéfinie, recouvre la crémaillère 3 dans la région de sa denture 5. Ainsi, le revêtement en polymère 8 constitue une fraction de l'épaisseur du profil de la denture 5. Le restant de la crémaillère 3, y compris la base de ses dents, est en métal, de même que (dans l'exemple considéré) la totalité du pignon 4. Ainsi, la denture 5 de la crémaillère 3 vient en prise ave le pignon 4 par la surface de son revêtement en polymère 8, ce qui assure en particulier : un fonctionnement doux et silencieux, une absorption des bruits et vibrations transmis par la direction, et une suppression ou diminution des jeux de fonctionnement. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet ensemble pignon-crémaillère qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en réalisant le revêtement 8 en tout polymère approprié, éventuellement avec incorporation d'une charge ; - en donnant à ce revêtement 8 toute épaisseur e, constante ou variable ; - en appliquant le revêtement 8 seulement sur certaines parties des dents de la denture concernée, notamment sur les flancs des dents, tandis que le sommet ou le pied des mêmes dents n'est pas revêtu ; - en appliquant le revêtement en polymère non pas sur la denture 5 de la crémaillère 3, mais sur les dents du pignon 4 ; - éventuellement, en appliquant un tel revêtement sur les deux composants, soit le pignon 4 et la crémaillère 3, auquel cas les deux composants peuvent être revêtus du même polymère ou de deux polymères de nature différente ; - en appliquant l'invention à une direction à crémaillère de toute configuration, avec ou sans fonction poussoir ; - en destinant l'invention à des directions soit manuelles, soir assistées. REVENDICATIONS 1 - Ensemble pignon-crémaillère pour direction de véhicule automobile, caractérisé en ce que le pignon (4) et/ou la crémaillère (3) comporte, dans la région de sa denture (5), un revêtement (8) en matériau de type polymère, constituant une fraction de l'épaisseur du profil de la denture (5), le restant du composant tel que pignon (4) ou crémaillère (3) étant métallique. 2 - Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) du matériau de revêtement (8) de type polymère est constante, sur toute la zone de denture (5) concernée. 3 - Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) du matériau de revêtement (8) de type polymère est variable, sur l'étendue du revêtement (8). 4 - Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de revêtement (8) de type polymère recouvre les flancs des dents de la denture (5) concernée, le sommet et/ou le pied des mêmes dents n'étant pas recouverts de ce matériau de type polymère. 5-Ensemble pignon-crémaillère selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pignon (4) reste entièrement métallique, tandis que la crémaillère (3) porte, dans la région de sa denture (5), le revêtement (8) de type polymère. 6 - Ensemble pignon-crémaillère selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement (8) est réalisé en polymère comportant une charge organique ou inorganique, et/ou une charge métallique. 7 - Ensemble pignon-crémaillère selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le revêtement (8) est réalisé en polymère à propriété auto-lubrifiante.