Brevet FR2891884A1 — publié le 20070413

L'invention concerne un ressort hélicoïdal destiné notamment à équiper un dispositif de volant à commandes centrales fixes de véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un ressort hélicoïdal selon l'invention ainsi qu'un ensemble de direction d'un véhicule automobile équipé d'un tel ressort. Un tel ressort équipe un volant dit à commandes centrales fixes pour maintenir le moyeu dans une position fixe lorsque ce volant est manœuvré en rotation, ce volant restant mécaniquement lié en rotation à une barre de direction liée en mouvement aux roues avant du véhicule. Un tel dispositif, représenté en figure 1, s'étend le long d'un axe principal AX coïncidant avec la barre de direction 1 qui est portée par un élément de structure fixe 2 du véhicule en étant montée par exemple dans deux paliers 3 et 4. Le dispositif de la figure 1 comprend un volant 6 rigidement lié à la barre de direction 1, et un moyeu 7 qui est monté rotatif par rapport au volant 6 en étant engagé sur un palier central 8 porté par ce volant. Un ressort hélicoïdal 9 est monté de façon à entourer la barre de direction 1 en ayant une première extrémité 11 fixée à l'élément de structure 2, et une seconde extrémité 12 fixée au moyeu 7. Comme visible sur la figure 1, le volant 6 est solidarisé à la barre de direction 1 par des bras 6a et 6b. Les dits bras 6a et 6b s'étendent radialement depuis la barre de direction 1 en traversant un espace délimité par deux spires consécutives du ressort 9, ces deux spires consécutives étant situées sensiblement à mi-longueur du ressort 9. Lorsque le volant pivote autour de l'axe AX, les 35 bras 6a et 6b de ce volant 6 glissent le long des spires du ressort 9 qui maintient le moyeu fixe 7 en rotation. Compte tenu de l'utilisation spécifique qui est faite du ressort hélicoïdal dans ce type d'application, on attend de ce ressort qu'il présente une forte raideur en torsion autour de l'axe AX et une souplesse importante en compression axiale. A cet effet, on utilise généralement un ressort à spires plates, ou de faible épaisseur, c'est-à-dire dans lequel les spires ont une section rectangulaire ayant un long côté orienté radialement par rapport à l'axe du ressort. A titre d'ordre de grandeur, le rapport de longueur du grand et du petit côté de la section de ces spires est de l'ordre de un vingtième à un cinquième. La fabrication de ce type de ressort induit cependant de déformer un composant de base tel qu'une lame plate droite en lui imposant des déformations plastiques très importantes pour la courber et l'enrouler afin de former le ressort. Le but de l'invention est de proposer un ressort à grande raideur en torsion et à grande souplesse en compression pouvant être produit à moindre coût en grande série, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel ressort. A cet effet, l'invention a pour objet un ressort hélicoïdal comprenant au moins une première âme hélicoïdale et une seconde âme hélicoïdale, la première âme hélicoïdale ayant un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la seconde âme hélicoïdale, et étant disposée coaxialement dans la seconde âme hélicoïdale, la première âme hélicoïdale étant solidarisée à la seconde âme hélicoïdale. La mise en œuvre de plusieurs âmes hélicoïdales concentriques permet d'augmenter fortement la raideur en torsion tout en conservant une souplesse en compression qui est importante. Les deux âmes hélicoïdales peuvent être par exemple des âmes métalliques issues de procédés de fabrication classique de ressorts en grande série ayant des dimensions standards. L'invention concerne également un ressort tel que défini ci-dessus, dans lequel la première âme hélicoïdale est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale au moyen d'une gaine plastique surmoulée autour des âmes hélicoïdales. L'invention concerne également un ressort tel que défini ci-dessus, dans lequel la première âme hélicoïdale est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale par soudage Selon une caractéristique, la première âme hélicoïdale est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale au moyen d'un tenon disposé sur l'une des âmes hélicoïdales, ledit tenon étant inséré dans une cavité disposée sur l'autre des âmes hélicoïdales, ladite cavité étant de forme complémentaire à la forme du tenon. Avantageusement, les âmes hélicoïdales sont à section pleine ou creuse. Selon une autre caractéristique, les âmes hélicoïdales sont à section rectangulaire ou carrée ou circulaire ou oblongue. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal comprenant au moins les étapes consistant à fournir une première âme hélicoïdale et une seconde âme hélicoïdale ayant un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la première âme hélicoïdale, ces deux âmes hélicoïdales ayant des pas d'enroulement identiques ; engager la première âme hélicoïdale dans la seconde âme hélicoïdale ; fixer la première âme hélicoïdale à la seconde âme hélicoïdale. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant une opération de surmoulage d'une gaine plastique autour de la première et de la seconde âme hélicoïdale pour les fixer l'une à l'autre. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant une opération de soudage de la première âme hélicoïdale à la seconde âme hélicoïdale. Selon une caractéristique, le procédé tel que défini ci-dessus comprend également une opération d'insertion d'un tenon disposé sur l'une des âmes hélicoïdales au sein d'une cavité disposée sur l'autre des âmes hélicoïdales, ladite cavité étant de forme complémentaire à la forme du tenon. L'invention concerne également un ensemble de direction d'un véhicule automobile comprenant un volant équipé d'un moyeu fixe qui est solidarisé en rotation à un élément fixe du véhicule au moyen d'un ressort tel que défini ci-dessus. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de ressorts hélicoïdaux à spires plates notamment destinés aux ensembles de direction des véhicules automobiles. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une représentation schématique d'un volant à commandes centrales fixes ; La figure 2 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du ressort selon l'invention ; La figure 3 est une vue en perspective d'une variante de réalisation décrite en figure 1 d'un ressort selon l'invention ; La figure 4 est une vue en perspective d'une première âme métallique hélicoïdale ; La figure 5 est une vue en perspective d'une seconde âme métallique hélicoïdale ; La figure 6 est une vue en perspective d'une troisième âme métallique hélicoïdale ; La figure 7 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'un ressort selon l'invention comprenant les âmes métalliques hélicoïdales représentées sur les figures 4 à 6 ; La figure 8 est une vue en coupe partielle d'un ressort illustrant un troisième mode de réalisation d'un ressort selon l'invention Dans la figure 2, un ressort 13 représenté en perspective comprend une première âme hélicoïdale 14 qui est engagée coaxialement dans une seconde âme hélicoïdale 15 de plus grand diamètre. Ces deux âmes hélicoïdales s'étendent coaxialement l'une par rapport à l'autre, selon un axe principal commun repéré par AX. Elles ont des pas d'enroulement identiques le long de l'axe AX, et sont enroulées dans le même sens. Chaque âme hélicoïdale 14 et 15 est un ressort de dimensions standards, c'est-à-dire pouvant être produit en grande série à faible coût. Ces âmes hélicoïdales définissent des spires à section rectangulaire S14 et S15, selon un plan contenant l'axe AX, cette section étant orientée radialement. Les sections rectangulaires S14 et S15 ont des longs côtés de longueurs suffisamment faibles pour permettre la production des âmes hélicoïdales 14, 15 en grande série à faible coût. Ces deux âmes hélicoïdales 14, 15 sont réunies et solidarisées l'une à l'autre en étant engagées dans une gaine surmoulée 17 en matière plastique, ayant également une forme générale hélicoïdale. Cette gaine surmoulée 17 est par exemple obtenue par un procédé de surmoulage par injection de matière plastique autour des deux âmes hélicoïdales 14, 15 placées dans un moule. Le ressort 13 ainsi obtenu présente une raideur en torsion et une souplesse en compression proches de celles d'un ressort à spires planes de section correspondant sensiblement aux sections rectangulaires S14 et S15 mises bout à bout selon la direction radiale. Les matériaux constitutifs de la première âme hélicoïdale 14 et de la seconde âme hélicoïdale 15 peuvent être différents. Selon un premier mode de réalisation représenté en figure 2, donné à titre d'exemple non limitatif, le ressort 13 est fabriqué à partir de deux âmes métalliques hélicoïdales 14 et 15. Cependant, un ressort à spires plates selon l'invention peut également être fabriqué à partir de plus de deux âmes hélicoïdales étendues coaxialement les unes par rapport aux autres et assemblées ensemble par le surmoulage d'une gaine plastique. Par exemple, comme représenté en figure 3, le ressort 13 selon l'invention comprend trois âmes hélicoïdales 14, 15 et 16. La première âme hélicoïdal 14 est engagées coaxialement dans une deuxième âme hélicoïdal 15 de plus grand diamètre, la deuxième âme 15 étant elle-même engagée coaxialement dans une troisième âme hélicoïdale 16 de plus grand diamètre. Une gaine 17 réunies solidairement entre elles les âmes 14, 15 et 16. Comme visible sur la figure 2, la première âme hélicoïdale 14 a un diamètre externe significativement inférieur au diamètre interne de la deuxième âme hélicoïdale 15, de telle façon qu'il existe un espace radial 18 entre les spires concentriques de ces deux âmes hélicoïdales. Sur la figure 3, on note également que la deuxième âme hélicoïdale 15 a un diamètre externe significativement inférieur au diamètre interne de la troisième âme hélicoïdale 16, de telle façon qu'il existe également un espace radial 18 entre les spires concentriques de ces deux âmes hélicoïdales. La gaine surmoulée 17, qui est fabriquée par exemple par un surmoulage en matière plastique autour des âmes hélicoïdales 14, 15, 16, maintient ainsi le ou les espaces radiaux 18, de telle façon que ces âmes sont électriquement isolées l'une de l'autre. Ces âmes hélicoïdales peuvent ainsi être également exploitées pour transmettre un courant électrique. Ce ressort peut donc équiper un dispositif de volant à commandes centrales fixes pour maintenir le moyeu en rotation, mais aussi pour transmettre un courant électrique à des organes électriques ou électroniques montés dans ce moyeu fixe. Les âmes hélicoïdales utilisées pour fabriquer un ressort selon l'invention peuvent avoir des sections, le long de l'axe AX, de dimensions diverses, comme illustré sur les figures 4 à 6, qui montrent une première âme hélicoïdale 24, une seconde âme hélicoïdale 25 et une troisième âme hélicoïdale 26, destinées à être réunies pour former un unique ressort 30 à spires plates représenté dans la figure 7. Selon un second mode de réalisation illustré en figure 7, les trois âmes hélicoïdales 24, 25 et 26 ont des sections rectangulaires, repérées respectivement par S24, S25 et S26 ayant des dimensions standard permettant la production de ces âmes hélicoïdales en grande série à faible coût. La première âme hélicoïdale 24 comprend un bord externe 28 correspondant au côté de sa section rectangulaire S24 qui est le plus éloigné de l'axe AX, et qui définit le diamètre externe de cette première âme hélicoïdale. Elle comprend également un bord interne 29 correspondant au côté de sa section rectangulaire S24 qui est le plus proche de l'axe AX, et qui définit un diamètre interne de cette première âme hélicoïdale 24. De façon analogue, la seconde âme hélicoïdale 25 comprend également un bord externe 31 et un bord interne 32, et la troisième âme hélicoïdale 26 comprend également un bord externe 33 et un bord interne 34. Le diamètre interne de la seconde âme hélicoïdale 25 est sensiblement égal au diamètre externe de la première âme hélicoïdale 24, et le diamètre externe de cette seconde âme hélicoïdale 25 est sensiblement égal au diamètre interne de la troisième âme hélicoïdale 26. Comme représenté en figure 6, le ressort est formé par engagement de la première âme hélicoïdale 24 dans la seconde âme hélicoïdale 25 qui est elle-même engagée dans la troisième âme hélicoïdale 26. Ces âmes hélicoïdales sont fixées solidairement les unes aux autres, par exemple par soudage des bords interne et externe de la seconde âme hélicoïdale 25, respectivement au bord externe de la première âme hélicoïdale 24, et au bord interne de la troisième âme hélicoïdale 26. Le ressort 30 obtenu, qui est représenté en figure 7, a ainsi des spires plates de section ayant une longueur importante selon la direction radiale, tout en pouvant être fabriqué à moindre coût puisque les trois âmes hélicoïdales peuvent être fabriquées par des procédés classiques de fabrication de ressorts. Ce ressort a ainsi une raideur en torsion et une souplesse en compression qui sont comparables à celles d'un ressort dont les spires ont une section correspondant aux sections S24, S25 et S26 mises bout à bout selon une direction radiale. Dans l'exemple de la figure 7, donné à titre d'exemple non limitatif, le ressort est fabriqué à partir de trois âmes hélicoïdales. Cependant un ressort à spires plates, selon le deuxième mode de réalisation, peut également être fabriqué à partir de au moins deux âmes, par exemple de deux, quatre ou plus âmes hélicoïdales fixées solidairement les unes aux autres. Selon un troisième mode de réalisation représenté très schématiquement en figure 8, la solidarisation d'une première âme hélicoïdale 36 à une seconde âme hélicoïdale 37 peut également être réalisée en définissant des profils de leurs bords externe 38 et interne 39 respectifs, ayant des formes complémentaires. Dans l'exemple de la figure 8, le bord interne 39 de la seconde âme hélicoïdale 37 présente un tenon ayant une forme de mortaise orientée vers l'axe AX, et le bord externe 38 de la première âme hélicoïdale 36 présente une cavité ayant une forme de mortaise complémentaire à la forme du tenon et apte à recevoir ledit tenon par insertion. Dans les exemples illustrés sur les figures 2, 3 et 7, les âmes hélicoïdales sont solidarisées les unes aux autres sur toute leur longueur, le long des bords internes et/ou externes ; mais les paires de spires concentriques de deux âmes hélicoïdales successives peuvent aussi être solidarisées par points. Deux âmes hélicoïdales coaxiales et successives peuvent d'ailleurs être solidarisées seulement par certaines paires de leurs spires. La solidarisation d'une âme hélicoïdale à une autre peut être réalisée par un cordon de soudage réalisé par exemple à la molette, ou avec un procédé de soudage point par point. Différents procédés de soudage peuvent être mis en oeuvre à cet effet, comme par exemple les procédés 15 de soudage par faisceau à haute énergie, au laser ou par faisceau d'électrons. Ce soudage peut également être effectué à l'arc, par micro plasma ou par plasma, par soudage TIG, MIG, MAG, par électrodes, par résistance ou bien par chalumeau. 20 Dans les exemples illustrés sur les figures, les âmes hélicoïdales sont à section rectangulaire pleine. Mais le ressort selon l'invention peut également être réalisé à partir d'âmes hélicoïdales à section carrée, circulaire, oblongue ou autre, cette section pouvant être 25 soit pleine soit creuse. La mise en oeuvre d'âmes hélicoïdales à section creuse permet de prévoir en outre le passage de fils électriques dans cette âme pour assurer la transmission de courant électrique vers le moyeu fixe du volant que le 30 ressort équipe.10 REVENDICATIONS 1. Ressort hélicoïdal (13 ; 30) comprenant au moins une première âme hélicoïdale (14 ; 24) et une seconde âme hélicoïdale (15; 25), la première âme hélicoïdale (14 ; 24) ayant un diamètre externe inférieur ou sensiblement égal au diamètre interne de la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25), et étant disposée coaxialement dans la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25), la première âme hélicoïdale (14 ; 24) étant solidarisée à la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25). 2. Ressort hélicoïdal selon la revendication 1, dans lequel la première âme hélicoïdale (14 ; 24) est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25) au moyen d'une gaine plastique (17) surmoulée autour des âmes hélicoïdales. 3. Ressort hélicoïdal selon la revendication 1, dans lequel la première âme hélicoïdale (14 ; 24) est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale (16 ; 26) par soudage. 4. Ressort hélicoïdal selon la revendication 1, dans lequel la première âme hélicoïdale (14 ; 24) est solidarisée à la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25) au moyen d'un tenon disposé sur l'une des âmes hélicoïdales (14 ; 24, 15 ; 25), ledit tenon étant inséré dans une cavité disposée sur l'autre des âmes hélicoïdales (14 ; 24, 15 ; 25), ladite cavité étant de forme complémentaire à la forme du tenon. 5. Ressort hélicoïdal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les âmes hélicoïdales sont à section pleine ou creuse. 6. Ressort hélicoïdal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les âmes hélicoïdales sont à section rectangulaire ou carrée ou circulaire ou oblongue. 7. Procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal comprenant au moins les étapes consistant : à fournir unepremière âme hélicoïdale (14 ; 24) et une seconde âme hélicoïdale (15 ; 25) ayant un diamètre interne supérieur ou sensiblement égal au diamètre externe de la première âme hélicoïdale (14 ; 24), ces deux âmes hélicoïdales ayant des pas d'enroulement identiques ; engager la première âme hélicoïdale (14 ; 24) coaxialement dans la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25) ; fixer la première âme hélicoïdale (14 ; 24) à la seconde âme hélicoïdale (15 25). 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant une opération de surmoulage d'une gaine plastique (17) autour de la première et de la seconde âme hélicoïdale (14 ; 24, 15 ; 25) pour les fixer l'une à l'autre. 9. Procédé selon la revendication 7, comprenant une 15 opération de soudage de la première âme hélicoïdale (14 24) à la seconde âme hélicoïdale (15 ; 25). 10. Procédé selon la revendication 7, comprenant une opération d'insertion d'un tenon disposé sur l'une des âmes hélicoïdales (14 ; 24, 15 ; 25) au sein d'une 20 cavité disposée sur l'autre des âmes hélicoïdales (14 24, 15 ; 25), ladite cavité étant de forme complémentaire à la forme du tenon. 11. Ensemble de direction d'un véhicule automobile comprenant un volant équipé d'un moyeu fixe qui est 25 solidarisé en rotation à un élément fixe du véhicule au moyen d'un ressort selon l'une des revendications 1 à 6.