Brevet FR2872769A1 — publié le 20060113

Dispositif de volant de direction. La présente invention concerne le domaine des dispositifs de volants de direction de véhicules automobiles. La présente invention concerne plus particulièrement les volants de direction destinés à entourer une partie centrale fixe comprenant un volant monté à rotation sur une pièce de liaison pourvue de deux portions axiales annulaires excentrées l'une par rapport à l'autre et reliées entre elles par une portion sensiblement radiale, ledit volant étant lié en rotation à une couronne dentée, montée à rotation sur la pièce de liaison par un palier à roulement extérieur, et venant s'engrener avec un pignon d'entraînement monté à rotation sur ladite pièce de liaison par un palier à roulement intérieur. On utilise généralement ce type de volant formé autour d'un support fixe pour permettre de disposer ou de loger au centre du volant un élément de sécurité à sac gonflable ou d'autres éléments tournants. La position du sac gonflable non tournant reste toujours la même par rapport au conducteur, indépendamment de la position angulaire du volant, la forme du coussin à l'état gonflé peut être optimisée par rapport au conducteur afin d'être symétrique par rapport à l'axe du volant. On connaît, par le document FR-A-2 815 318, un volant de direction à partie centrale non tournante. La figure 5 de ce document montre un volant lié en rotation à une couronne dentée sur laquelle est montée la bague intérieure d'un roulement extérieur, la bague extérieure dudit roulement étant supportée par une pièce de liaison de forme complexe. La pièce de liaison supporte également la bague extérieure d'un roulement intérieur monté sur un pignon, ledit pignon étant disposé à une extrémité d'un arbre de colonne et engrenant avec la couronne afin qu'une rotation du volant, par le conducteur, entraîne une rotation de l'arbre de colonne de direction. Un tel volant présente l'inconvénient de comprendre un grand nombre de pièces, dont certaines sont de forme complexe, notamment la pièce de liaison supportant les deux roulements. En outre, ladite pièce de liaison est encombrante axialement. Il en résulte ainsi un volant de direction présentant un coût relativement important et des difficultés supplémentaires lors de l'opération de montage. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de volant de direction particulièrement économique, comprenant un nombre réduit de pièces, et présentant un faible encombrement axial. A cet effet, le dispositif de volant de direction destiné à entourer une partie centrale fixe comprend un volant monté à rotation sur une pièce de liaison pourvue de deux portions axiales annulaires extérieure et intérieure excentrées l'une par rapport à l'autre et reliées entre elles par une portion sensiblement radiale. Le volant est lié en rotation à une couronne dentée, montée à rotation sur la pièce de liaison par un palier à roulement extérieur, et venant s'engrener avec un pignon d'entraînement monté à rotation sur ladite pièce de liaison par un palier à roulement intérieur. Le palier à roulement extérieur est monté à l'extérieur de la portion axiale annulaire extérieure, le palier à roulement intérieur étant monté à l'intérieur de la portion axiale annulaire intérieure. Un tel dispositif de volant présente l'avantage de comprendre une pièce de Iiaison supportant les roulements intérieur et extérieur, de forme particulièrement simple et pouvant être fabriquée de façon économique, sans enlèvements de copeaux par exemple à partir d'un flanc en tôle d'acier d'épaisseur mince, par découpe et emboutissage. Le dispositif de volant présente également l'avantage de comprendre un roulement extérieur monté à l'extérieur de la portion axiale annulaire extérieure permettant de concevoir une pièce de liaison de forme particulièrement simple et d'encombrement axial réduit, et de se dégager de contraintes de fabrication et de montage coûteuses et complexes. De préférence, au moins un palier à roulement comprend des éléments roulants pourvus d'une simple rangée de billes. L'utilisation de tels roulements favorise la compacité axiale du dispositif. Dans un mode de réalisation, les paliers à roulement sont sensiblement situés dans un même plan radial. Une telle disposition permet d'obtenir un dispositif présentant une dimension axiale réduite. Avantageusement, la portion axiale annulaire extérieure comprend une portée cylindrique sur laquelle une bague intérieure du palier à roulement extérieur est montée. De préférence, la portion axiale annulaire intérieure comprend une portée cylindrique sur laquelle une bague extérieure du palier à roulement intérieur est montée. Les axes desdites portées cylindriques peuvent être parallèles entre eux afin de pouvoir permettre le positionnement radial ad hoc des roulements intérieur et extérieur, de la couronne dentée et du pignon d'entraînement. Dans un mode de réalisation, la portion axiale annulaire est prolongée par une collerette radiale formant appui pour ladite bague du palier à roulement. Un tel dispositif de volant présente l'avantage de comprendre une pièce de liaison comprenant des portions axiales annulaires intérieure et extérieure prolongées respectivement par des collerettes radiales formant appui pour les roulements pour réaliser, dans une direction, un arrêt axial présentant une rigidité axiale satisfaisante. L'utilisation de tels arrêts axiaux pour les roulements permet, en outre, de diminuer le nombre de pièces à assembler et favorise la compacité du dispositif. Dans un mode de réalisation, le volant est lié angulairement à une bague extérieure du palier à roulement extérieur. Une telle disposition permet de simplifier les opérations montage du dispositif et de réduire la compacité axiale en évitant l'adjonction d'une pièce supplémentaire au niveau d'une bague intérieure du roulement extérieur. Dans un mode de réalisation, le pignon d'entraînement est lié angulairement à une bague intérieure du palier à roulement intérieur, ledit pignon d'entraînement étant destiné à être fixé avec un arbre de colonne de direction. De préférence, la pièce de liaison est réalisée par découpe et emboutissage à partir d'un flanc en tôle d'acier. L'utilisation d'une pièce de liaison comprenant une première portée cylindrique dirigée vers l'extérieur formant appui au moins radialement pour un palier à roulement extérieur, et une seconde portée cylindrique dirigée vers l'intérieur, présentant un diamètre inférieur à ladite première portée cylindrique, et formant appui au moins radialement pour un palier à roulement intérieur, permet notamment d'obtenir un volant de direction compact, particulièrement économique, facile à fabriquer et à assembler. La pièce de liaison peut comprendre des repoussage locaux de matière effectués à partir de la portion sensiblement radiale de ladite pièce de liaison en vue de l'immobilisation des roulements correspondants sur ladite pièce de liaison. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de volant de direction selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est une vue en perspective coupée d'un élément du dispositif de volant de direction de la figure 1; et -la figure 3 est une vue en perspective coupée d'éléments du dispositif de volant de direction de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de volant de direction, référencé 1 dans son ensemble, comprend un volant 2, d'axe géométrique 3, pourvu d'une partie de préhension 4, de forme générale toroïdale, d'une partie de liaison 5 s'étendant vers l'intérieur, et d'un insert 6 métallique, de forme générale annulaire, noyé à l'intérieur desdites parties 5, 6, et venant en saillie radiale par rapport à un bord inférieur de la partie de liaison 5. Le volant de direction 1 comprend également une couronne dentée 7 fixée, au niveau d'une surface supérieure, à l'insert métallique 6 par des boulons de fixation 8, 9. La couronne dentée 7 comprend une première portion axiale 7a en contact avec une partie de l'alésage 2a du volant 2, et prolongée vers l'intérieur par une portion de raccordement 7b de forme générale tronconique, et une seconde portion axiale 7c, prolongeant la portion de raccordement vers l'intérieur, et pourvue d'une surface intérieure dentée 10 s'étendant à partir d'un bord intérieur de petit diamètre de la portion axiale 7c vers l'intérieur. Une surface intérieure 11 s'étend entre une extrémité de la surface intérieure dentée 10 et une surface radiale de la première portion axiale 7a. La surface intérieure 11 comprend un dégagement 12 annulaire, de section rectangulaire, disposé à faible distance de d'une surface latérale radiale de la portion axiale 7a de la couronne dentée 7. A l'intérieur de la couronne dentée 7, est disposé un pignon denté 13 d'axe géométrique 14, l'axe géométrique 14 étant parallèle et décalé radialement vers le bas par rapport à l'axe 3 du volant 2 et de la couronne dentée 7. Le pignon denté 13, ici pourvu d'un système de rattrapage de jeu, est réalisé en deux pièces fixées l'une contre l'autre par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 26. Bien entendu, il est également envisageable de réaliser un pignon 13 monobloc. Le pignon denté 13 comprend une portion de petit diamètre 15 qui est prolongée à proximité d'une extrémité axiale par une portion de grand diamètre 16 s'étendant radialement vers l'extérieur, ladite portion de grand diamètre 16 étant pourvue d'une surface extérieure dentée 17 engrenant avec la denture de la surface dentée 10 de la couronne 7. La portion de petit diamètre 15 est pourvue de surfaces extérieures cylindriques 18 et 19, disposées respectivement au voisinage et à distance de la portion de grand diamètre 16, la surface extérieure 18 présentant un diamètre intermédiaire entre le diamètre de la surface extérieure dentée 17 et le diamètre de la surface extérieure cylindrique 19. Les surfaces extérieures cylindriques 18 et 19 se raccordent par une surface radiale 20. Le pignon denté 13 comprend également une rainure annulaire 21 formée au niveau de la surface cylindrique 19, à proximité de la surface radiale 20, et un alésage cylindrique 22 à l'intérieur duquel est monté l'arbre de colonne de direction 23 en contact axialement avec une surface latérale radiale du pignon denté 13, à proximité de la rainure annulaire 21. L'arbre de colonne de direction 23 est fixé à l'intérieur du pignon denté 13 par une vis de fixation 24 en appui sur une surface latérale radiale du pignon denté 13, à proximité de la portion de grand diamètre 16 dudit pignon 13. Le pignon denté 13 présente une dimension axiale sensiblement égale à celle de la couronne dentée 7, en étant légèrement décalé vers l'extérieur, de telle sorte que la surface dentée 17 est en retrait par rapport à une surface latérale radiale de la portion radiale 7c, axialement du côté de la vis 24, tandis que la surface extérieure 19 de la portion de petit diamètre 15 est légèrement en saillie par rapport à une surface latérale radiale de la couronne dentée 7. Un espace 27 radial est ménagé entre une extrémité supérieure de la surface dentée 17 du pignon 13 et une extrémité inférieure de la surface dentée 10 de la couronne 7, l'axe 14 du pignon 13 étant décalé radialement vers le bas par rapport à l'axe 3 de la couronne 7. Le volant de direction 1 comprend également une platine centrale fixe 28 présentant une forme générale de disque. La platine centrale fixe 28 est montée à l'intérieur de l'alésage 2a du volant 2, axialement du côté de la vis 24. La platine centrale 28 comprend des moyens de fixation, non représentés, tels que des pattes axiales passant à travers l'espace radial 27 ménagé entre le pignon 13 et la couronne 7, et à travers une pièce de liaison 29 située axialement à l'opposé de la platine centrale 28 par rapport à la couronne 7. La pièce de liaison 29 est prévue pour être non tournante et pour être fixée sur un support 30 au moyen de vis 31. Avantageusement, un conduit creux 28a débouchant dans la platine 28 traverse le support 30 et la pièce de liaison 29 et peut servir de conduit de passage de câbles électriques. Ladite platine centrale 28 permet ainsi le montage d'éléments de sécurité à sac gonflable, ou encore des éléments de commande électriques bénéficiant du fait que des contacts électriques tournants ne sont plus nécessaires entre un bouton de commande et un organe commandé. Le conduit 28a peut être avantageusement combiné avec les moyens de fixation de la platine centrale 28. Les moyens de fixation de la platine centrale 28 viennent également se monter sur le support 30. Le support 30, de forme générale annulaire et d'épaisseur constante, comprend une portion radiale 30a pourvue d'une première ouverture 30b circulaire centrée sur l'axe 14 du pignon 13 et de dimension sensiblement supérieure au diamètre de la portion de petit diamètre 15 du pignon 13, la portion radiale 30a dudit support 30 étant disposée au voisinage de la rainure annulaire 21 du pignon 13. La portion radiale 30a comprend également une seconde ouverture 30c dans sa partie supérieure, pour permettre le passage des câbles électriques et du conduit 28a de la platine centrale 28. La portion radiale 30a est prolongée vers l'extérieur, à partir d'un bord de grand diamètre, par une portion tronconique 30d qui se prolonge, à partir de son extrémité extérieure, par une collerette radiale 30e. Le support 30 permet ainsi la mise en position du volant 1 sur une partie fixe du véhicule, telle que l'extrémité de la gaine de colonne de direction (non représentée). La pièce de liaison 29 est fixée sur la portion radiale 30a du support 30, axialement du côté du pignon denté 13. La pièce de liaison 29, d'épaisseur mince, est avantageusement obtenue sans enlèvements de copeaux par découpe et emboutissage à partir d'un flan en tôle. La pièce de liaison 29 comprend une portion radiale 32 comportant une ouverture 33 centrée sur l'axe 14 du pignon denté 13, le pourtour de la portion radiale 32 étant centré sur l'axe 3 de la couronne dentée 7. La portion radiale 32 comprend également une fenêtre 34 disposée entre l'ouverture 33 et le pourtour de la portion radiale 32, pour le passage des moyens de fixation de la platine centrale 28 sur le support 30 et des conduits 28a pour le passage de câbles électriques de connexion. La portion radiale 32 comprend des trous 35 (figure 2) disposés radialement entre l'ouverture 33 et la fenêtre 34 et des oeillets 36, à proximité de ladite fenêtre 34, pour fixer le volant 2 sur le support 30. La portion radiale 32 de la pièce de liaison 29 est prolongée, à partir d'un bord extérieur de grand diamètre vers la couronne dentée 7, par une portion axiale annulaire 37 extérieure disposée sensiblement en regard du dégagement 12 annulaire de la portion axiale 7a de la couronne dentée 7. La portion axiale 37 extérieure comprend une portée cylindrique extérieure 37a, et est prolongée, à partir d'une extrémité axiale située à proximité de la couronne dentée 7, par une collerette radiale 38 dirigée vers l'extérieur. La portion radiale 32 est également prolongée, à partir d'un bord intérieur de petit diamètre, par une portion axiale annulaire 39 intérieure s'étendant en direction du pignon denté 13, ladite portion axiale 39 intérieure comprenant une portée cylindrique intérieure 39a venant en regard de la portion de petit diamètre 15 du pignon denté 13 sensiblement entre la rainure annulaire 21 et la surface radiale 20. La portion axiale 39 intérieure est prolongée radialement vers l'intérieur par une portion courbe, puis par une collerette radiale 40 pourvue d'une ouverture 41 centrée sur l'axe 14 du pignon dentée 13 et apte à permettre le passage de la surface extérieure cylindrique 18 dudit pignon 13. La portion axiale 39 intérieure présente une dimension axiale réduite par rapport à la portion axiale 37 extérieure. En d'autres termes, la collerette 38 est décalée axialement, en direction de la couronne dentée 7, par rapport à la collerette 39. La portion axiale extérieure 37 est centrée sur l'axe 3 de la couronne dentée 7, la portion axiale intérieure 39 étant centrée sur l'axe 14 du pignon denté 13. Le dispositif de volant de direction 1 comprend également un roulement extérieur 42 à gorge profonde, à faible coût de fabrication. Le roulement extérieur 42 est pourvu d'une bague intérieure 43, d'une bague extérieure 44, entre lesquelles est logée une rangée d'éléments roulants 45, réalisés ici sous forme de billes, d'une cage 46 de maintien de l'espace circonférentiel des éléments roulants 45, et de deux flasques d'étanchéité 47 et 48 métalliques. La bague intérieure 43 est de type massif. On entend par bague de type massif , une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauche forgée et/ou roulée. La bague intérieure 43 comprend un alésage de forme cylindrique délimité par des surfaces latérales radiales opposées et une surface cylindrique extérieure à partir de laquelle est formée une gorge circulaire présentant en section droite méridienne un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 45, ladite gorge étant orientée vers l'extérieur. La bague extérieure 44, également de type massif, comprend une surface cylindrique extérieure délimitée par des surfaces latérales radiales opposées, et un alésage de forme cylindrique, à partir duquel est formée une gorge circulaire présentant en section droite méridienne un profil interne concave, apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 45, ladite gorge étant orientée vers l'intérieur. Les flasques d'étanchéité 47, 48 viennent à proximité de portions de la surface extérieure cylindrique de la bague intérieure 43 et forment des passages étroits. Les flasques d'étanchéité 47, 48 sont disposés radialement entre les bagues intérieure et extérieure 43, 44, à l'intérieur du roulement 42. La bague intérieure 43 du roulement 42 est emmanchée sur la portée cylindrique extérieure 37a de la portion axiale 37 extérieure de la pièce de liaison 29 et vient en appui d'un côté contre la collerette 38 radiale, ladite collerette 38 formant butée axiale de positionnement du roulement 42, et de l'autre côté contre des repoussages locaux de matière 56 (figure 3) effectués au niveau de la périphérie de la portion radiale 32 en vue de refouler radialement de la matière venant ici en contact avec l'arrondi de raccordement entre l'alésage et la surface latérale de la bague intérieure du roulement 42, formant ainsi une butée de retenue axiale du roulement 42. Cette opération peut être réalisée facilement par poinçonnage axial au moyen d'un outil denté, de manière à obtenir une fixation particulièrement efficace, sans jeu axial résiduel et dans un encombrement axial réduit. De tels repoussages 56 permettent ainsi d'éviter l'adjonction d'un organe de fixation supplémentaire présentant une dimension axiale importante, afin de favoriser la compacité du volant de direction 1. La bague extérieure 44 est montée à l'intérieur du dégagement 12 de la couronne dentée 7 et en contact axialement d'un côté avec une surface latérale de la couronne dentée 7 et de l'autre côté avec des repoussages locaux de matière 49 (figure 3), du même type que ceux décrit précédemment, venant en appui contre une surface radiale latérale de ladite bague extérieure 44. Le volant de direction 1 comprend un roulement intérieur 50 à gorge profonde, et un faible coût de fabrication, pourvu d'une bague intérieure 51, d'une bague extérieure 52, entre lesquelles est logée une rangée d'éléments roulants 53, réalisés ici sous forme de billes, et d'une cage 54 de maintien de l'espace circonférentiel des éléments roulants 53. La bague extérieure 52 est emmanchée à l'intérieur de la portée cylindrique interne 39a de la portion axiale 39 intérieure de la pièce de liaison 29 et vient en appui d'un côté, au niveau d'une surface latérale, contre la collerette 40 radiale formant butée axiale de positionnement pour le roulement intérieur 50, et de l'autre côté contre des repoussages locaux de matière 57 (figure 3) effectués au niveau du bord intérieur de la portion radiale 32, du même type que ceux décrit précédemment. La bague intérieure 51 est montée sur la surface cylindrique extérieure 19 de la portion de petit diamètre 15 du pignon denté 13 et vient en appui au niveau de la surface 20 radiale formant butée axiale. Le pignon denté 13 comprenant, en outre, un circlips 55 monté dans la rainure annulaire 21 formant butée pour ladite bague intérieure 52. Les roulements extérieur et intérieur 42, 50 sont sensiblement disposés dans un même plan radial de manière à favoriser la compacité axiale du volant de direction 1. La pièce de liaison 29, de forme simple, permet le positionnement axial et radial des roulements extérieur et intérieur 42, 50 et présente, en outre, un encombrement axial particulièrement faible. Le dispositif de volant de direction offre une solution particulièrement compacte, économique, rigide, et comprend un nombre réduit de pièces, facilitant sa réalisation et son montage. REVENDICATIONS 1/Dispositif de volant de direction destiné à entourer une partie centrale fixe comprenant un volant (2) monté à rotation sur une pièce de liaison (29) pourvue de deux portions axiales annulaires extérieure et intérieure (37, 39) excentrées l'une par rapport à l'autre et reliées entre elles par une portion sensiblement radiale (32), ledit volant étant lié en rotation à une couronne dentée (7), montée à rotation sur la pièce de liaison (29) par un palier à roulement extérieur (42), et venant s'engrener avec un pignon d'entraînement (13) monté à rotation sur ladite pièce de liaison (29) par un palier à roulement intérieur (50), caractérisé par le fait que le palier à roulement extérieur (42) est monté à l'extérieur de la portion axiale annulaire extérieure (37), le palier à roulement intérieur (50) étant monté à l'intérieur de la portion axiale annulaire intérieure (39). 2/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins un palier à roulement (42, 50) comprend des éléments roulants pourvus d'une simple rangée de billes. 3/Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les paliers à roulement (42, 50) sont sensiblement situés dans un même plan radial. 4/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la portion axiale annulaire extérieure (37) comprend une portée cylindrique (37a) sur laquelle une bague intérieure du palier à roulement extérieur (42) est montée. 5/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la portion axiale annulaire intérieure (39) comprend une portée cylindrique (39a) sur laquelle une bague extérieure du palier à roulement intérieur (50) est montée. 6/Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que les axes desdites portées cylindriques (37a, 39a) sont parallèles entre eux. 7/Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que la portion axiale annulaire (37, 39) est prolongée par une collerette (38, 40) radiale formant appui pour une bague du palier à roulement (42, 50). 8/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le volant (2) est lié angulairement à une bague extérieure du palier à roulement extérieur (42). 9/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le pignon d'entraînement (13) est lié angulairement à une bague intérieure du palier à roulement intérieur (42), ledit pignon d'entraînement (13) étant destiné à être fixé avec un arbre de colonne de direction. 10/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pièce de liaison (29) est réalisée par découpe et emboutissage à partir d'un flan en tôle d'acier. 11/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pièce de liaison (29) comprend des repoussage locaux de matière (56, 57) effectués à partir de la portion sensiblement radiale (32) de ladite pièce de liaison (29) en vue de l'immobilisation des roulements correspondants (42, 50) sur ladite pièce de liaison (29).