Brevet FR2894874A1 — publié le 20070622

MOYEU POUR ROUE DE VELO ET PROCEDE DE REALISATION L'invention se rapporte au domaine des moyeux pour roues de velo. Dans le document FR-2.814.114 it est decrit un moyeu de roue de velo qui est realise pour l'essentiel sous la forme d'un corps en matiere plastique renforcee par des fibres. Cependant, it n'est pas explique dans ce document la maniere dont ce corps de moyeu est realise, ni surtout sur la maniere dont sont disposees et agencees les fibres de renfort. Dans le document EP-1.231.047, it est montre comment un corps de moyeu est realise en materiau composite comportant des fibres enrobees dans une resine. Les couches de fibres se presentent sous la forme des pieces de tissus en deux dimensions qui sont enroulees autour de 1'axe du corps de moyeu. Des pieces de tissus additionnelles sont par ailleurs prevues pour que certaines parties du corps soient plus renforcees que d'autres. Dans le document FR-2.855.099, it est decrit un corps de moyeu en trois parties : un fat tubulaire central en materiau composite, et deux flasques metalliques qui sont montes aux extremites longitudinales du fat pour l'accrochage des rayons. I1 n'est pas decrit en detail comment est realise le fat tubulaire en materiau composite. Dans ce cadre, l'invention a pour but de proposer une nouvelle construction d'un corps de moyeu en materiau composite qui soft a la fois facile a mettre en oeuvre, et done relativement peu chere, et qui permettent aussi d'exploiter pleinement les exceptionnelles caracteristiques 2 0 mecaniques de materiaux composites a fibres longues. Dans ce but, l'invention propose un moyeu, du type comportant un corps de moyeu tubulaire prevu pour recevoir un arbre de moyeu, et du type dans lequel le moyeu comporte une enveloppe incorporant un materiau composite comportant des fibres enrobees dans une resine, caracterise en ce que 1'enveloppe composite incorpore au moins une couche de fibres 2 5 qui est formee d'une gaine tubulaire. L'invention a aussi pour but de proposer un nouveau procede de realisation d'un corps de moyeu comportant une enveloppe incorporant un materiau composite comportant des fibres enrobees dans une resine, caracterise en ce que l'enveloppe composite incorpore au moins une couche de fibres qui est formee d'une gaine tubulaire, et en ce que le corps de moyeu est 3 0 moule dans un moule ferme a 1' aide d'un noyau expansible. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaitront a la lecture de la description detaillee qui suit, ainsi qu'a la vue des dessins annexes dans lesquels : la figure 1 est une vue schematique en coupe transversale d'un moyeu comportant un corps de moyeu selon l'invention ; 35 - la figure 2 est une vue schematique illustrant un mode de realisation d'un corps de moyeu selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schematique en perspective illustrant deux gaines tubulaires de fibres susceptibles d'etre utilisees, ensemble ou separement, pour la realisation d'un corps de moyeu selon l'invention ; - les figures 4 a 6 sont des vues schematiques en coupe illustrant trois stapes d'un exemple d'un procede de fabrication d'un corps de moyeu selon l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un moyeu 10 pour une roue avant comprenant un corps de moyeu 12. Le corps de moyeu 12 est un element cylindrique creux, qui est ainsi tubulaire de revolution autour d'un axe Al . Selon le mode de realisation illustre, le corps de moyeu 12 est en trois parties, deux flasques lateraux 14 prevus chacun pour 1'accrochage d'une nappe de rayons (non representss) et un fut tubulaire central 16. Les deux flasques 14 ont des logements d'accrochage 18 de rayons conformer a ce qui est decrit dans la demande de brevet FR-2.802.853. Le fat tubulaire central 16 a, dans le mode de realisation illustre, une forme de diabolo, en ce sens qu'il comporte une portion centrale de section transversale sensiblement constante et des extremites longitudinales elargies. Avantageusement les trois elements sont en des matieres differentes. Les deux flasques 14 sont ainsi par exemple en alliage d'aluminium, par exemple un alliage 6082, ou en titane, tandis que le fat tubulaire central 16 est, conformement a l'invention, en materiau composite comportant des fibres enrobees dans une resine. Les trois elements sont assembles par tout moyen approprie, par exemple par emmanchement de zones cooperantes et/ou par collage. La construction du corps de moyeu en trois parties n'est pas limitative. Notamment, les flasques 14 pourraient etre realises de maniere differente, avec une geometrie differente. 2 0 De maniere connue, le corps de moyeu 12 est monte a rotation sur un arbre 20 par 1'intermsdiaire de deux roulements 22 qui sont situes vers chacune de ses extremites. De maniere connue, 1'arbre 20 est creux pour le passage d'un axe de blocage de roue (non represents). Selon le mode de realisation illustre, les roulements sont du type roulement a bille et a 25 deux cages annulaires. La cage externe des roulements est logee dans un logement amsnage dans les flasques 14, et elles sont calees dans ce logement par un epaulement. Dans l'exemple illustre, l'arbre 20 qui porte les roulements 22 et le corps de moyeu 12 est realise en plusieurs portions, a savoir une portion centrale 24 et deux embouts d'extrsmite 26. Les roulements 22 sont montes sur des surfaces cylindriques de portee des embouts 26. Les embouts 26 sont 3 0 realises en metal, par exemple un alliage d'aluminium, de magnesium ou de titane. La portion centrale est en une matiere presentant une densite infsrieure a celle des embouts, et de preference un module de compression superieur a celui des embouts. Avantageusement la portion centrale 16 est realisee en materiau composite. Pour plus de details concernant la realisation de 1'arbre 20, et sur les avantages d'une telle construction, on pourra se reporter au 3 5 document FR-2.855.099. Selon un premier aspect de l'invention, le corps tubulaire 12 est realise de telle sorte qu'il comprend enveloppe composite comportant au moins une couche de fibres qui est formes d'une gaine tubulaire. Dans 1'exemple illustre, 1'enveloppe en materiau composite forme 1'integralite du fat tubulaire 16. On a illustre a la figure 3 un mode de realisation d'une telle enveloppe dans lequel 1'enveloppe comporte deux couches de fibres formees chacune d'une gaine tubulaire. On peut ainsi voir un troncon d'une gaine tubulaire interne 28 qui est destinee a are agencee radialement a 1'interieur d'une gaine tubulaire externe 30, les deux gaines etant destinees a titre agencees coaxialement autour de 1axe Al . La gaine tubulaire interne 28 illustree schematiquement a la figure 3 est par exemple une gaine de type unidirectionnelle de fils de carbone. Les fils de carbone, dont 1'epaisseur peut titre aussi petite que 8 microns, sont agences parallelement en rubans plats 32 regroupant plusieurs milliers de fils de carbone. Pour former la gaine unidirectionnelle, on dispose un certains nombres de rubans cotes a cotes selon un tube, les rubans 32 etant lies entre eux par des fils de liaisons peripheriques 34. A titre d'exemple, on pourra utiliser une tresse formee de 24 rubans contenant chacun environ 12000 fils de carbone, les rubans etant disposes selon un tube d'axe Al de 25 mm de diametre. Les rubans 32 et les fils qu'ils contiennent sont orientes selon la direction de 1axe Al. Les fils de liaison 34 sont par exemple des fils de polyamide de 178 dtex qui sont enroulees en helice en passant alternativement sur un ruban 32 et sous le ruban 32 adjacent, les fils de liaisons 34 etant par exemples orientes de maniere a former un angle respectivement de +40 degres et û 40 degres d'angle avec la direction de 1axe Al. Dans le cas de cette gaine tubulaire de rubans unidirectionnels, les fils de liaison 34 assurent la cohesion de la gaine de fils. La masse lineique de cette gaine est de l'ordre de 20 grammes par metre. Une telle gaine n' est pas a proprement parler une gaine tressee car les fibres (en l'occurrence de carbone) qui servent de renfort au sein du materiau composite sont toutes orientees dans le meme sens et ne sont pas tressees entre elles. Les fils de liaison 34, bien qu'etant lies aux rubans de fibres selon un tressage, ne participent pas de maniere determinante a la resistance mecanique. La gaine tubulaire externe 30 illustree a la figure 3 est par exemple une gaine de rubans tresses a 45 , avec une premiere series de 12 rubans paralleles 36 orientes a + 45 degres par rapport a la direction de 1'axe Al et entrelaces avec les rubans 38 d'une deuxieme serie de 12 rubans orientes A. -45 degres par rapport A. la direction de 1axe Al. Une telle gaine, realisee par exemple avec des rubans 36, 38 d'environ 6000 fils de carbone, peut titre tressee pour former 3 0 un tube d'environ 25 mm de diametre nominal et presentant une masse lineique de 1'ordre de 45 grammes par metre. Dans le cas ou deux gaines sont utilisees de maniere coaxiale, on pourra profiter de la deformabilite radiale de la gaine externe pour que les deux gaines puissent titre enfilees axialement I'une a 1'interieur de 1'autre. 35 Les deux gaines superposees coaxialement sont de preference des gaines seches >>, non pre-impregnees de resine. L'enveloppe tubulaire du corps de moyeu selon 1'invention sera avantageusement obtenu selon un procede de type RTM (Resin Transfer Moulding) Bans lequel les fibres seches sont introduites dans un moule ferme, une resine etant injectee sous pression dans le moule pour impregner les fibres tout en prenant la configuration du moule, ceci dans des conditions de temperature(s), de pression(s) et selon un cycle temporel adaptes aux materiaux specifiquement utilises et a la geometrie de la piece. Un exemple d'un tel type de procede est illustre de maniere tres schematique aux figures 4 a 6. Selon un autre aspect, 1'enveloppe tubulaire 16 du corps de moyeu 12 est moulee dans un moule 40 en utilisant un noyau expansible 41. Plus precisement, ce noyau 41 comporte une vessie gonflable 42, mais d'autres types de noyaux expansibles pourraient etre utilisees. Le moule 40 comporte par exemple deux demi-moules mobiles 44 dans les faces en regard desquels sont amenagees deux demi-cavites 46 dont les surfaces forment, lorsque le moule est ferme (Figures 5 et 6), une cavite correspondant a la surface externe de 1'enveloppe tubulaire 16. Comme on peut le voir sur les figures, le noyau 41 du moule 40 comporte une tige centrale 48. Cette tige 48 est cylindrique de revolution et presente des renflements 50 de telle sorte que sa surface externe soit geometriquement proche de la geometrie finale de la face interne du 1'enveloppe tubulaire 16, sans pour autant suivre cette geometrie finale. La vessie 42 est montee de maniere etanche autour de la tige 48, avec toutefois une extremite 52 de la tige 48 qui sort hors de la vessie. L'extremite 52 de la tige est destinee a assurer le positionnement et le maintien de la tige a 1'interieur de la cavite du moule 40 lorsque celui-ci est ferme. Elie est aussi destinee a etre raccordee a un circuit d'alimentation en fluide sous pression (non represents) pour distribuer cet air a 1'interieur de la vessie par 1'intermediaire d'une serie de canalisations de repartition 54 qui sont amenagees dans la tige et qui debouchent dans la surface externe de la tige 48, a 1'interieur de la vessie 42. Comme on peut le voir sur la figure 4, la ou les couches de fibres (dont notamment la ou les gaines tubulaires de fibres 28, 30 selon l'invention) sont disposees autour du noyau 41, done autour de la vessie 42. Concernant, la ou les gaines 28, 30, celles-ci sont done enfilees axialement autour du noyau 41. De preference, la couche de fibres sera disposee sur une longueur de noyau superieure a la longueur de la piece, cette derniere etant ensuite destinee a etre mise a longueur par une operation de finition. Le noyau 41 est bien entendu alors dans un 3 0 etat de repos dans lequel la vessie n'est pas gonflee 42. Comme illustre a la figure 5, le moule 40 est referme de maniere etanche autour du noyau 41. Le noyau etant au repos, it subsiste un espace libre entre les parois de la cavite du moule et le noyau. Une resine est alors injectee dans le moule au travers d'un circuit d'injection 56, avec ou sans assistance d'une source de vide. Dans la mesure ou 1'espace libre dans le moule 35 est alors tres important, la resine penetre tres facilement dans la cavite et peut impregner tres facilement 1'ensemble des couches de tissus, jusqu'a saturation. L'injection peut se faire en un point (tel qu'illustre schematiquement), en plusieurs points, selon une ligne d'injection, etc... Diverses resines peuvent etre utilisees, notamment en fonction de la nature des fibres, et en fonction des caracteristiques mecaniques et du cofit vises pour la piece finale. A titre d'exemple, on pourra utiliser une resine epoxy a faible viscosite et polymerisation a chaud tel que celle commercialisee sous la marque Araldite LY 564 >>. Une fois 1'espace libre rempli de resine, on injecte le fluide sous pression a 1'interieur de la vessie 42 (c.f. Figure 6), laquelle se gonfle et vient plaquer les couches de fibres avec la resine 5 contre la paroi de la cavite du moule. Les conditions de pression, de temperature et de dui-6e sont choisies pour permettre la prise de forme puis le durcissement du materiau composite comportant les fibres et la resine. On pourra prevoir des moyens pour evacuer un eventuel trop-plein de resine. Un tel procede de moulage permet d'obtenir une geometrie tres precise de la piece finale, avec un excellent etat de surface externe, en limitant les risques de mauvaises impregnation de fibres et le risques de formation de bulles d'air qui peuvent etre prejudiciables a la resistance mecanique de la piece finale. 11 est apparu que l'utilisation d'une gaine de fibres tubulaires etait particulierement adaptee a un procede de fabrication dans lequel est utilise un noyau expansible 41, tel que celui qui vient d'etre decrit ou tel que ceux decrits dans le document EP-1.231.047. En effet, lors de 1'expansion du mandrin, les fibres sont deplacees sous la forme d'une expansion radiale. Or, it est apparu que, lors d'une telle expansion radiale, les fibres sont amenees a se repositionner dans le moule pour se mettre en conformite avec la forme de la cavite. Avec des fibres organisees en gaine tubulaire, la gaine conserve une cohesion et done une repartition reguliere et homogene des fibres tout autour de la piece, sans qu'il n'y ait de risque de deplacements intempestifs qui pourraient generer un manque de fibres dans une zone particuliere de la piece. De ce point de vue, une gaine tubulaire tressee telle que celle 30 decrite et illustree A. la figure 3 s'adapte particulierement bien lors de 1'expansion radiale du noyau, notamment par le biais d'une variation de 1'angle de tressage des rubans 36, 38. Cet avantage prend tout son relief lorsque la piece, comme c'est le cas de 1'enveloppe 16 decrite ci-dessus, est un corps tubulaire presentant des variations de section non negligeables. L'utilisation d'une gaine tressee est done particulierement avantageuse pour la fabrication de pieces de geometrie complexe. L'utilisation d'une couche de fibres realisees sous la forme d'une gaine tubulaire est particulierement avantageuse en ce sens que la couche de fibres est repartie de maniere equilibree tout autour de 1'axe Al, au contraire de ce qui se passe dans fart anterieur ou les couches de fibres sont realisees sous la forme pieces de tissus enroulees autour de 1'axe. En effet, dans fart anterieur, on obtient, au niveau des bords des pieces, des discontinuites dans la quantite de fibres entre les zones de chevauchement et celles ou it n'y a pas chevauchement. Pour que de telles discontinuites ne forment pas des zones fragiles, it est necessaire dans fart anterieur, d'augmenter la quantite de matiere, done le poids de la piece. Au contraire, grace a l'invention, la symetrie de revolution quasi-parfaite de la repartition des fibres permet d'optimiser la quantite de matiere pour obtenir la solidite et la raideur requises. 6 Par ailleurs, dans fart anterieur, it est necessaire de dessiner des pieces de tissus aux contours complexes, de le decouper avec precision, et de les disposer avec tout autant de precision sur le noyau du moule pour que la matiere soft repartie correctement dans les portions des sections differentes. Au contraire, avec la construction et le procede selon 1'invention, la preparation des fibres se resume a decouper la longueur adequate de gaine, ce qui diminue bien entendu la dui-6e du procede de fabrication et son cont. L'exemple a ete decrit avec deux couches de fibres sous forme de couches tubulaires. Cependant, l'invention peut aussi etre mise en oeuvre avec un autre nombre de couches en forme de gaines. Ces gaines peuvent etre utilisees seules ou en combinaison avec d'autres forme de presentation de renfort fibreux (tissus plats, mats non-tissus). Dans l'exemple illustre, les fibres des deux gaines tubulaires sont exclusivement de fibres de carbone. Cependant, d'autres materiaux fibres peuvent etre utilises (verre, polyaramide, metal, ceramiques etc...). Une meme gaine tubulaire peut d'ailleurs comporter des fibres (ou rubans de fibres) de natures differentes. De meme, d'autres orientations des fibres et d'autres formes de tressage pourraient etre prevues. Dans les exemples mentionnes plus haut, des gaines unidirectionnelles et bidirectionnelles sont montrees. On pourrait aussi avoir des gaines tridirectionnelles, avec trois directions principales d'orientations des fibres (voire plus). De meme, dans le cas de gaines tressees, differentes armures de tressage pourraient etre utilisees. REVENDICATIONS 1. Moyeu pour une roue de velo, du type comportant un corps de moyeu (12) prevu pour recevoir un arbre de moyeu, et du type dans lequel le corps de moyeu (12) comporte une enveloppe tubulaire (16) incorporant un materiau composite comportant des fibres enrobees dans une resine, caracterise en ce que 1'enveloppe tubulaire (16) incorpore au moins une couche de fibres qui est formee d'une gaine tubulaire (28, 30). 2. Moyeu selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine tubulaire (30) presente une structure tressee dans laquelle au moins deux series de fibres (36, 38) sont assemblees et forment un angle de tressage par rapport a une direction axiale de la gaine. 3. Moyeu selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine tubulaire (28) comporte des fibres (32) agencees selon la direction axiale de la gaine. 4. Moyeu selon 1'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la gaine tubulaire (28, 30) comporte une serie de rubans (32, 36, 38) de fibres paralleles, lesdits rubans etant assembles sous la forme d'une gaine tubulaire. 5. Moyeu selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que 1'enveloppe tubulaire (16) comporte plusieurs gaines tubulaires (28, 30) coaxiales. 6. Moyeu selon 1'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que 2 5 1'enveloppe tubulaire (16) comporte une portion centrale de section transversale sensiblement constante et des extremites longitudinales elargies. 7 Moyeu selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le corps de moyeu (12) comporte, a chaque extremite longitudinale de 1'enveloppe tubulaire 3 0 (16), un flasque (14). 8. Moyeu selon la revendication 7, caracterise en ce que Fun au moins des flasques (14) est realise en materiau metallique. 35 9. Moyeu selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que 1'enveloppe tubulaire (16) presente une epaisseur sensiblement constante. 10. Procede de realisation d'un corps de moyeu (12) comportant une enveloppe tubulaire (16) incorporant un materiau composite comportant des fibres enrollees dans une resine, 10 8 caracterise en ce que 1'enveloppe tubulaire incorpore (16) au moins une couche de fibres qui est formee d'une gaine tubulaire (28, 30), et en ce que 1'enveloppe tubulaire (16) est moulee dans un moule ferme a l'aide d'un noyau expansible (41). 11. Procede selon la revendication 10, caracterise en ce que le noyau expansible (41) comporte une vessie gonflable (42). 12. Procede selon 1'une des revendications 10 ou 11, caracterise en ce que la resine est injectee dans le moule avant que ne soit provoquee 1'expansion du noyau (41). 13. Roue comportant une jante, un moyeu, et des rayons reliant le moyeu a la roue, caracterisee en ce que le moyeu est conforme a rune quelconque des revendications 1 a 9.