Brevet FR2859439A1 — publié le 20050311

La présente invention concerne, de façon générale, les directions à crémaillère des véhicules automobiles. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse à l'élément dit "poussoir" d'une telle direction, dont la fonction est de maintenir la crémaillère en contact d'engrènement avec le pignon de direction, tout en compensant les défauts de denture, et qui a aussi pour fonction de faciliter le montage du pignon dans le carter de la direction à crémaillère. Dans un système de direction à crémaillère, 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 dans l'autre, donc la rotation correspondante du pignon de direction, est convertie 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. De manière assez habituelle, dans ce type de direction, la crémaillère est maintenue en contact d'engrènement permanent contre le pignon à l'aide d'un organe mécanique désigné comme "poussoir", qui est monté coulissant, dans une partie du carter de direction ou dans un autre carter auxiliaire avec paroi intérieure cylindrique, suivant un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la crémaillère, et qui est sollicité élastiquement de manière à s'appuyer sur le dos de la crémaillère, par une partie terminale de forme adaptée, en particulier de profil concave, à l'opposé du pignon de direction. Grâce à un tel poussoir, les défauts d'engrènement de la crémaillère avec le pignon sont compensés, et ledit poussoir assure également le guidage de la crémaillère. Pour permettre le mouvement de coulissement du poussoir, en direction du dos de la crémaillère, un jeu radial doit être prévu entre la périphérie de ce poussoir, d'une part, et la paroi intérieure de la partie cylindrique du carter ou du carter auxiliaire, d'autre part. Lors du fonctionnement de la direction, la crémaillère coulisse dans la partie terminale de forme adaptée du poussoir, en se déplaçant dans un sens ou dans l'autre selon le sens de rotation du volant de direction. Lors d'une inversion du sens de rotation du volant, donc du sens de coulissement de la crémaillère, et compte tenu du jeu radial précédemment mentionné, le poussoir est entraîné latéralement par la crémaillère, jusqu'à venir buter d'un côté ou de l'autre contre la paroi intérieure cylindrique de la partie de carter correspondante ou du carter auxiliaire. Ce phénomène engendre des bruits. De plus, le jeu radial entre le poussoir et ladite partie de carter, ou le carter auxiliaire, peut engendrer des vibrations qui remontent, le long de la colonne de direction, jusqu'au volant de conduite. Des solutions techniques ont déjà été envisagées, pour supprimer le jeu radial du poussoir et ses effets gênants. En particulier, selon le document EP 1 084 933 Al, il a été proposé que le poussoir soit maintenu sans jeu radial, dans son logement cylindrique du carter, au moyen d'un joint torique disposé dans une gorge annulaire du poussoir, cette gorge annulaire étant excentrée par rapport à l'axe du poussoir, de telle manière que le poussoir soit appliqué contre un côté de son logement cylindrique. Cette solution connue nécessite une fabrication spéciale du poussoir, avec une gorge excentrée. Elle nécessite aussi la fabrication et le montage d'un composant additionnel, à savoir le joint torique. De plus, ce joint torique ne peut être monté en tout point de la longueur du poussoir et, notamment, dans la zone proche de la portée de ce poussoir sur la crémaillère, autrement dit à proximité de l'axe de la crémaillère. La réalisation d'une "ligne poussoir" complète nécessite encore d'associer, au poussoir proprement dit, d'autres éléments rapportés, en particulier un ressort par exemple hélicoïdal, ou au moins une rondelleressort, qui transmet un effort axial au poussoir, directement ou par l'intermédiaire d'une rondelle d'appui, pour l'appuyer sur le dos de la crémaillère. Il a aussi été déjà proposé de rapporter, sur le corps du poussoir, un patin de friction venant en contact avec le dos de la crémaillère, sous l'effet de la poussée exercée par le ressort précité. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, c'est-à-dire la nécessité de compléter le poussoir par divers éléments rapportés, en fournissant une nouvelle conception de poussoir intégrant toutes les fonctions souhaitées, en particulier le rattrapage du jeu radial mais aussi la fonction de ressort, et éventuellement celle de patin de friction, en vue d'une fabrication plus économique et d'un montage simplifié. A cet effet, l'invention a pour objet un poussoir pour direction à crémaillère de véhicule automobile, prévu pour être monté et guidé en coulissement dans une partie tubulaire du carter de direction, et pour être sollicité élastiquement de manière à s'appuyer sur le dos de la crémaillère, par une partie terminale de forme adaptée, ce poussoir étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un corps de poussoir sur lequel est ou sont formées, par surmoulage, une ou des parties notamment en matière élastiquement déformable, à fonction de guidage du poussoir dans ladite partie tubulaire, avec compensation du jeu radial, et/ou à fonction de moyen élastique sollicitant le poussoir en direction du dos de la crémaillère, et/ou réalisant la partie terminale de ce poussoir prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère. Ainsi, l'idée inventive consiste à effectuer un surmoulage de matière, telle qu'élastomère ou autre résine synthétique, dans une ou plusieurs zones appropriées du poussoir, chaque partie surmoulée assurant, par sa position, sa forme, son dimensionnement et sa matière constitutive, une fonction bien précise, assurée jusqu'à présent par des éléments rapportés. En particulier, des parties surmoulées à propriétés élastiques appropriées pourront assurer, d'une part, la fonction de compensation du jeu radial du poussoir dans la partie tubulaire du carter de direction, et d'autre part, la fonction de "ressort" sollicitant axialement le poussoir pour l'appliquer élastiquement contre le dos de la crémaillère. Selon un mode de réalisation de l'invention, le corps de poussoir comporte, à sa périphérie, des gorges circulaires et/ou en arc de cercle, dans lesquelles sont injectées des parties de forme annulaire ou arquée, en matière élastiquement déformable, dépassant de la périphérie du corps de poussoir, à fonction de compensation du jeu radial du poussoir. Ces parties injectées peuvent être de section sensiblement semi-circulaire, ou trapézoïdale. Elles compensent le jeu radial du poussoir, et en amortissent les mouvements, pour éviter les bruits et chocs, notamment lors d'une inversion du sens de coulissement de la crémaillère. L'injection de parties élastiques de forme annulaire dans des gorges circulaires, et/ou l'injection de parties élastiques de forme arquée dans des gorges en arc de cercle, diamétralement opposées sur le poussoir, permet de compenser le jeu radial de ce poussoir, en toutes directions. En variante, il est possible de prévoir une ou des gorges uniquement en arc de cercle, et creusées sur un seul côté du corps de poussoir, cette ou ces gorges partielles (et non pas circonférentielles) recevant une ou des parties élastiques injectées de forme arquée qui, prenant appui contre la partie tubulaire du carter, repoussent le poussoir contre la zone diamétralement opposée de ladite partie tubulaire, de manière à assurer le rattrapage du jeu radial de poussoir dans une direction précise, prédéterminée, devant être privilégiée. On notera aussi que la formation de gorges en arc de cercle (et non pas circonférentielles), donc l'injection de parties correspondantes arquées en matière élastique, est possible dans la région de l'extrémité du poussoir appliquée contre le dos de la crémaillère, région qui en raison de sa forme échancrée ne peut recevoir un joint torique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins une partie en matière élastiquement déformable est injectée sensiblement dans l'axe du corps de poussoir, à l'opposé de sa partie terminale prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère, pour constituer un moyen élastique sollicitant le poussoir en direction du dos de la crémaillère. Avantageusement, le corps de poussoir possède un évidement central, ouvert à l'opposé de sa partie terminale précitée, et dans lequel est injectée la partie en matière élastiquement déformable, cette partie injectée constituant un plot élastique central prévu pour prendre appui sur un organe fixe mais de préférence à position réglable, tel qu'une vis de réglage. Ce plot élastique central, intégré par surmoulage au poussoir, assure ainsi la fonction habituellement réalisée par un ressort hélicoïdal séparé, ou pour des rondelles-ressorts, ou par une association de tels composants. En complément ou en variante, au moins une partie en matière élastiquement déformable est injectée dans une configuration annulaire, vers la périphérie du corps de poussoir à l'opposé de sa partie terminale prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère, pour constituer là aussi un moyen élastique sollicitant le poussoir en direction du dos de la crémaillère. En particulier, une combinaison judicieuse d'un plot élastique central et d'au moins une partie élastique annulaire, comme défini ci-dessus, permet d'obtenir sur le poussoir un effort élastique de raideur variable en fonction de la course de ce poussoir, en particulier une raideur non linéaire. Eventuellement, en prévoyant vers la périphérie du poussoir deux conformations annulaires coaxiales en matière élastiquement déformable, de caractéristiques différentes, l'on obtient au total une variation d'effort (en fonction de la course du poussoir) avec trois raideurs différentes. L'intérêt de l'obtention d'une raideur non linéaire est d'avoir moins de variation pour les couples de frottement, donc moins de variation pour le couple à exercer sur le volant de conduite, du fait que la ligne poussoir travaillera dans une plage de raideur plus faible pour les faibles efforts et couples transmis au volant dans des conditions de roulage du véhicule, et dans une plage de raideur plus importante pour des efforts et des couples transmis plus importants, comme par exemple lors de manoeuvres de "parking" ou en cas de roulage sur un mauvais revêtement routier (cas dans lesquels il est nécessaire d'avoir un bon maintien du poussoir, pour éviter les apparitions de bruit). Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, au moins une partie en matière synthétique est injectée sur le corps de poussoir, pour constituer sa partie terminale prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère. Contrairement aux parties injectées précédemment mentionnées, cette dernière partie injectée, formant en quelque sorte un patin de contact avec le dos de la crémaillère, est réalisée en une matière moins élastique mais avec des propriétés de friction adaptées, par exemple une résine synthétique chargée de polytétrafluoréthylène (PTFE). Dans la mesure où le même corps de poussoir doit être surmoulé avec diverses parties injectées, le cas échéant dans des matières distinctes, toutes ces parties peuvent être injectées simultanément dans le même moule, notamment par un procédé de bi-injection ou de multi-injection, ce qui contribue aussi à la simplification des opérations de fabrication de la ligne poussoir. 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'exemples, quelques formes d'exécution de ce poussoir pour direction à crémaillère de véhicule automobile: Figure 1 est une vue de côté d'un poussoir conforme à la présente 30 invention; Figure 2 est une vue en bout du poussoir de figure 1; Figure 3 est une vue en coupe passant par l'axe central de ce poussoir, suivant III-III de figure 2; Figure 4 en est une autre vue en coupe, suivant IV-IV de figure 3; 35 Figure 5 est une vue en perspective d'un autre poussoir conforme à la présente invention; Figure 6 est une vue en coupe passant par l'axe central du poussoir de figure 5; Figure 7 est une autre vue en coupe de ce poussoir, suivant VII-VII de figure 6; Figure 8 est un diagramme illustrant le fonctionnement du poussoir des figures 5 à 7. Les figures 1 à 4 représentent un premier poussoir, désigné dans son ensemble par le repère 2, qui est prévu pour maintenir la crémaillère 3 en contact avec le pignon de direction, en prenant appui sur le dos de cette crémaillère 3, contre lequel il est sollicité par des moyens à ressort (ici non représentés). Le poussoir 2 comporte un corps de poussoir 4 rigide, par exemple métallique, qui possède une forme générale cylindrique avec un axe central A et, à sa périphérie, une face latérale cylindrique 5. Une partie terminale de poussoir 2 est adaptée au dos de la crémaillère 3, c'est-à-dire que le corps de poussoir 4 possède une face terminale de profil concave 6. Deux gorges circulaires 7 et 8 sont creusées, l'une au-dessus de l'autre, dans la face latérale cylindrique 5 du corps de poussoir 4, à distance de sa face terminale concave 6. Dans les deux gorges circulaires 7 et 8 sont injectées, par un procédé de surmoulage, des parties en élastomère respectivement 9 et 10, de forme annulaire. Deux autres gorges 11 et 12 en arc de cercle, diamétralement opposées, sont creusées dans la face latérale cylindrique 5 du corps de poussoir 4, au droit de sa face terminale concave 6. Dans les deux gorges en arc de cercle 11 et 12 sont injectées, par un procédé de surmoulage, des parties en élastomère respectivement 13 et 14, de forme arquée. Les différentes parties injectées en élastomère 9, 10, 13 et 14 possèdent une section sensiblement semi-circulaire, avec une embase de profil rectangulaire prenant place et adhérant au fond de la gorge correspondante 7, 8, 11 ou 12, et une portion extérieure de profil arrondi, dépassant de la face latérale 5 du corps de poussoir 4. Lorsque le poussoir 2 est monté dans la partie tubulaire correspondante 15 du carter de direction, indiquée sommairement sur la figure 3, les différentes parties injectées en élastomère 9, 10, 13 et 14 s'appliquent contre la paroi interne de cette partie tubulaire 15, et assurent ainsi la compensation des jeux radiaux du poussoir 2 et/ou de ladite partie tubulaire 15. Comme l'illustre aussi le dessin, les deux parties injectées de forme arquée 13 et 14 permettent en particulier d'assurer cette fonction de compensation du jeu radial dans la région du poussoir 2 la plus proche de la crémaillère 3, où la présence de la face terminale concave 6 interdit la réalisation d'une gorge circulaire complète (telle que les gorges 7 et 8) qui recevrait un joint annulaire. Les figures 5 à 8, sur lesquelles les éléments correspondant à ceux décrits précédemment sont désignés par les mêmes repères, se rapportent à un second poussoir 2 conforme à l'invention. Dans cette autre forme de réalisation, le corps de poussoir 4 comporte, sur sa face latérale cylindrique 5, une unique gorge 16 en arc de cercle qui s'étend sur sensiblement un demi-tour du poussoir 2. Dans la gorge 16 est injectée, par un procédé de surmoulage, une partie en élastomère 17, de forme arquée, dépassant de la face latérale 5. Lorsque le poussoir 2 est monté dans la partie tubulaire correspondante 15 du carter de direction, indiquée sommairement sur la figure 6, la partie injectée en élastomère 17 est pressée contre un côté de la paroi interne de cette partie tubulaire 15, et par effet de réaction le corps de poussoir 4 est repoussé et appliqué, par son côté diamétralement opposé, contre ladite partie tubulaire 15, ce qui assure le rattrapage du jeu radial du poussoir 2. Comme le montre encore la figure 6, le corps de poussoir 4 possède un évidement central 18, de forme générale cylindrique et centré sur l'axe A, qui s'ouvre vers l'extérieur à l'opposé de la face terminale concave 6. Dans l'évidement 18 est injectée, par un procédé de surmoulage, une partie en élastomère 19 de forme générale cylindrique, constituant un plot élastique central. A l'état libre, le plot élastique central 19 dépasse de la face terminale annulaire 20 du corps de poussoir 4, opposée à sa face terminale concave 6. On notera aussi qu'un interstice radial 21 est prévu entre la périphérie du plot élastique central 19 et la paroi latérale de l'évidement central 18 du corps de poussoir 4. Vers la périphérie de ce corps de poussoir 4, à l'opposé de la face terminale concave 6 donc sur la face terminale annulaire 20, est encore injectée par un procédé de surmoulage une partie en élastomère 22 de forme générale annulaire. Cette partie 22 comprend une première conformation annulaire 23 intérieure, et une seconde conformation annulaire 24 extérieure, qui sont coaxiales et réunies par un voile de matière 25 annulaire. Les deux conformations annulaires 23 et 24 possèdent des caractéristiques différentes, en particulier une hauteur et une longueur de section différente. Globalement, le plot élastique central 19 et la partie en élastomère 22 constituent des moyens élastiques qui, prenant appui sur une vis de réglage (non représentée), sollicitent le corps de poussoir 4, selon la flèche F, en direction du dos de la crémaillère. Dans le détail, le plot élastique central 19 permet d'obtenir une raideur KI sur une course XI, en appliquant un effort FI sur le poussoir 2. La première conformation annulaire 23 permet d'appliquer un effort F2 avec une raideur K2, sur une course X2. Enfin, la seconde conformation annulaire 24 permet d'appliquer un effort F3 avec une raideur K3, sur une course X3, et ceci au plus près de la périphérie du poussoir 2. On obtient ainsi une ligne poussoir de raideur non linéaire, comme l'illustre le diagramme de la figure 8, dans lequel le déplacement du poussoir est porté en abscisses, et l'effort appliqué à ce poussoir est porté en ordonnées. Sur un premier déplacement dl (première partie de la course de poussoir), seul le plot élastique central 19 est écrasé, et la raideur est KI. Sur un déplacement supplémentaire d2, la première conformation annulaire 23 intervient simultanément au plot élastique central 19, et la raideur équivalente K2eq est égale à (KI + K2). Enfin, sur un dernier déplacement d3, la seconde conformation annulaire 24 intervient simultanément à la première conformation annulaire 23 et au plot élastique central 19, et la raideur équivalente K3eq est égale à (K1 + K2 + K3). La raideur devient ainsi progressivement plus importante, pour des efforts et couples transmis plus importants. Enfin, comme suggéré en 26 sur la figure 3, une dernière partie injectée par un procédé de surmoulage peut recouvrir la face terminale concave 6 du corps de poussoir 4, pour former un patin de friction qui viendra directement en contact avec le dos de la crémaillère 3. Cette partie injectée 26 est réalisable en une résine synthétique chargée de polytétrafluroréthylène. Bien entendu, une telle partie injectée peut aussi être prévue sur le poussoir des figures 5 à 7. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce poussoir pour direction à crémaillère qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; 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 modifiant les formes de détail, le nombre et la disposition des parties injectées sur le corps de poussoir; - en utilisant de telles parties injectées pour seulement certaines des fonctions associées au poussoir; - en réalisant lesdites parties injectées en toutes matières appropriées; - en destinant l'invention à des directions à crémaillère de tout type, 10 en particulier des directions manuelles ou des directions assistées. REVENDICATIONS 1. Poussoir pour direction à crémaillère de véhicule automobile, prévu pour être monté et guidé en coulissement dans une partie tubulaire (15) du carter de direction, et pour être sollicité élastiquement de manière à s'appuyer sur le dos de la crémaillère (3), par une partie terminale (6) de forme adaptée, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de poussoir (4) sur lequel est ou sont formées, par surmoulage, une ou des parties (9, 10, 13, 14, 17, 19, 22, 26) notamment en matière élastiquement déformable, à fonction de guidage du poussoir (2) dans ladite partie tubulaire (15), avec compensation du jeu radial, et/ou à fonction de moyen élastique sollicitant le poussoir (2) en direction du dos de la crémaillère (3), etlou réalisant la partie terminale de ce poussoir (2) prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère (3). 2. Poussoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de poussoir (4) comporte, à sa périphérie (5), des gorges (7, 8, 11, 12, 16) circulaires et/ou en arc de cercle, dans lesquelles sont injectées des parties (9, 10, 13, 14, 17) de forme annulaire ou arquée, en matière élastiquement déformable, dépassant de la périphérie (5) du corps de poussoir (4), à fonction de compensation du jeu radial du poussoir (2). 3. Poussoir selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties injectées (9, 10, 13, 14, 17) sont de section sensiblement semi-25 circulaire, ou trapézoïdale. 4. Poussoir selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des parties élastiques de forme annulaire (9, 10) injectées dans des gorges circulaires (7, 8), et/ou des parties élastiques de forme arquée (13, 14) injectées dans des gorges en arc de cercle (11, 12), diamétralement opposées sur le poussoir (2), pour compenser le jeu radial de ce poussoir en toutes directions. 5. Poussoir selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il 35 comporte uniquement une ou des gorges en arc de cercle (16), et creusées sur un seul côté du corps de poussoir (4), cette ou ces gorges partielles (16) recevant une ou des parties élastiques injectées de forme arquée (17) qui, prenant appui contre la partie tubulaire (15) du carter, repoussent le poussoir (2) contre la zone diamétralement opposée de ladite partie tubulaire (15), de manière à assurer le rattrapage du jeu radial de poussoir (2) dans une direction prédéterminée. 6. Poussoir selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les gorges en arc de cercle (11, 12), pour l'injection de parties correspondantes arquées (13, 14) en matière élastique, sont prévues dans la région de l'extrémité du poussoir (2) appliquée contre le dos de la crémaillère (3). 7. Poussoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie (19) en matière élastiquement déformable est injectée sensiblement dans l'axe (A) du corps de poussoir (4), à l'opposé de sa partie terminale (6) prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère (3), pour constituer un moyen élastique sollicitant le poussoir (2) en direction du dos de la crémaillère (3). 8. Poussoir selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps de poussoir (4) possède un évidement central (18), ouvert à l'opposé de sa partie terminale (6) précitée, et dans lequel est injectée la partie (19) en matière élastiquement déformable, cette partie injectée (19) constituant un plot élastique central prévu pour prendre appui sur un organe fixe mais de préférence à position réglable, tel qu'une vis de réglage. 9. Poussoir selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un interstice radial (21) est prévu entre la périphérie du plot élastique central (19) et la paroi latérale de l'évidement central (18) du corps de poussoir (4). 10. Poussoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une partie (22 à 25) en matière élastiquement déformable est injectée dans une configuration annulaire vers la périphérie (5) du corps de poussoir (4) à l'opposé de sa partie terminale (6) prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère (3), pour constituer un moyen élastique sollicitant le poussoir (2) en direction du dos de la crémaillère (3). 11. Poussoir selon l'ensemble des revendications 8 et 10, caractérisé en ce qu'il combine un plot élastique central (19) et au moins une partie élastique annulaire (22 à 25), pour obtenir sur le poussoir (2) un effort élastique de raideur (K) variable en fonction de la course (X) de ce poussoir (2). 12. Poussoir selon la revendication 11, caractérisé en ce que sont prévues, vers la périphérie (5) du poussoir (2), deux conformations annulaires (23, 24) coaxiales en matière élastiquement déformable, de caractéristiques différentes, de manière à obtenir au total une variation d'effort avec trois raideurs différentes (K1, K2, K3). 13. Poussoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'au moins une partie (26) en matière synthétique est injectée sur le corps de poussoir (4) pour constituer sa partie terminale prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère (3). 14. Poussoir selon la revendication 13, caractérisé en ce que la partie injectée (26), constituant sa partie terminale prévue pour être appuyée sur le dos de la crémaillère (3), est réalisée en une résine synthétique chargée de polytétrafluoréthylène.