Brevet FR2907181A1 — publié le 20080418

PROCEDE DE REALISATION D'UN RESSORT HELICOIDAL, UN RESSORT HELICOIDAL OBTENU PAR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE, AINSI QU'UN ENSEMBLE DE DIRECTION COMPORTANT UN TEL RESSORT La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un ressort hélicoïdal. Elle concerne également un ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un ensemble de direction comprenant un tel ressort. i0 L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la réalisation de ressorts hélicoïdaux à spires plates notamment destinés aux ensembles de direction des véhicules automobiles. 15 Dans l'industrie automobile, un nouveau concept, connu sous le nom de Volant Moyeu Fixe (VMF), ou également appelé Volant à Commande Centrale Fixe (VCCF), émerge aujourd'hui en matière d'ensemble de direction de véhicules. Il s'agit de rendre fixe un moyeu central adjacent au volant, c'est-à-dire libre en rotation par rapport au volant, de manière à ce qu'il puisse 20 recevoir un certain nombre de commandes de fonctions telles que radio, climatiseur, navigation, régulation de vitesse,..., les buts de ce concept de Volant Moyeu Fixe étant de faciliter l'accès à ces fonctions par des commandes situées directement sur le volant du véhicule, et de permettre une forme non circulaire pour le coussin airbag permettant d'être plus efficace en cas de 25 chocs. A cet effet, on a recours à une architecture mécanique décrite notamment dans les documents FR-A-2-833915 et FR-A-2-833916, architecture basée sur l'utilisation d'un ressort hélicoïdal permettant de 30 conserver la position du volant et le mécanisme de direction inchangés, tout en 2907181 2 intégrant la transmission des fils électriques et sans apporter de modification à l'architecture de base du véhicule. Le ressort hélicoïdal utilisé pour immobiliser la partie centrale du volant, s ou moyeu, est directement fixé sur la gaine de la colonne de direction et sur le coussin de sécurité. Il doit être très raide en torsion axiale et très souple en compression axiale. Dans cette perspective, une solution retenue consiste à réaliser un io ressort hélicoïdal à spires plates. Par spire plate , on entend une spire dont l'épaisseur, c'est-à-dire la dimension dans la direction de l'axe des spires, est très inférieure à la hauteur, c'est-à-dire la dimension dans une direction perpendiculaire à l'axe, dans un rapport de 1/5, voire inférieur à 1/20, afin d'augmenter le rapport entre les deux raideurs, la section du ressort est 15 proposée avec des découpes dans le flanc, ceci interdisant une fabrication en continue tel que celle des ressorts classiques. De manière générale, les ressorts hélicoïdaux sont obtenus par des procédés d'enroulement mis en oeuvre respectivement à froid et à chaud. 20 Typiquement, l'enroulement à froid est adapté pour des fils ronds ayant un diamètre généralement inférieur à 7 mm et allant rarement jusqu'à 20 mm. L'enroulement à chaud est adapté pour des barres dont le diamètre moyen peut aller jusqu'à 30 mm. 25 Puisque de tels procédés impliquent des déformations plastiques très importantes du matériau devant former le ressort hélicoïdal, notamment des déformations dans les directions perpendiculaires à l'axe d'enroulement, ces procédés ne sont pas adaptés pour la fabrication de ressorts hélicoïdaux à spires plates. 30 2907181 3 Ainsi, il a été développé un procédé de réalisation d'un ressort hélicoïdal à partir d'un matériau plat consistant essentiellement à découper dans un support un ensemble périodique de bandes adjacentes disposées selon un motif élémentaire par rapport au centre d'un segment de pliage et effectuer des pliages successifs de l'ensemble desdites bandes autour des axes de pliage. Selon un autre procédé de réalisation, également mis en oeuvre à partir d'un matériau plat, une pluralité de rondelles élémentaires planes de géométrie identique est découpée dans un support. Ces rondelles sont sectionnées pour pouvoir réaliser sur chacune d'elle un espacement axial identique de rondelle io en rondelle et afin de pouvoir les assembler, par soudure, le long de lignes de jonctions respectives résultant du sectionnement de chacune des rondelles élémentaires. Bien que les ressorts hélicoïdaux obtenus selon ce procédé ont donné 15 des résultats assez satisfaisants lors de différents essais, il a néanmoins été constaté que les performances de ces ressorts pourraient être améliorées si l'on réussissait à découpler la raideur en flexion de la raideur en torsion. Le but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'un 20 ressort à spires plates susceptible de pouvoir obtenir le découplage recherché des raideurs en torsion et en flexion. Le but de l'invention, est atteint avec un procédé de réalisation d'un ressort hélicoïdal à spires plates au moyen des étapes suivantes : 25 - réalisation d'une bande plane ; - découpe de formes dans la bande plane, de sorte à former une succession de lumières ; - mise en forme hélicoïdale de la bande plane comprenant une étape de cintrage par martelage de ladite plane. 30 2907181 4 Dans une réalisation particulière, la réalisation de la bande plane et la découpe de formes est effectuée par emboutissage en une seule et même opération. 5 Avantageusement, l'étape de mise en forme hélicoïdale comprend : - un déplacement linéaire de la bande plane ; - un cintrage de la bande plane, l'axe de cintrage correspondant à l'axe d'enroulement des spires du ressort hélicoïdal, par martelage de la bande plane sur une première bordure au moyen d'un marteau animé d'un mouvement de va et vient dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de cintrage, la deuxième bordure de la bande plane étant en butée contre une surface d'appui ; une déformation axiale de ladite bande, d'un espacement correspondant au pas du ressort, réalisée selon l'axe de cintrage de ladite bande. La présente invention concerne également les caractéristiques ci après : -l'étape de déformation axiale de la bande plane est réalisée en continu, concomitamment à l'étape de cintrage de ladite bande ; - l'étape de déformation axiale de la bande plane est répétée périodiquement 20 spire après spire, après chaque formation d'une spire de section angulaire inférieure à 360 , - les lumières composent une succession périodique de motifs, de forme adaptée, le long de la bande plane ; - les lumières composent une succession de motifs de forme triangulaire, ou 25 rectangulaire, ou trapézoïdale, ou ellipsoïdale. L'invention se rapporte également à un ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit ci avant. 30 L'invention a également trait à un ensemble de direction de véhicule comportant une colonne de direction montée libre en rotation par rapport à un 2907181 5 support fixe du véhicule, et dont l'extrémité opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend au-delà du support fixe et porte un moyeu de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite colonne, ledit ensemble comportant en outre un volant de direction rigidement solidaire de la 5 colonne, ainsi qu'un ressort hélicoïdal obtenu par le procédé décrit ci avant interposé entre le moyeu et le support fixe en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu, l'extrémité opposée étant rigidement solidaire du support fixe. io L'invention se rapporte également à un ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit ci avant. L'invention a également trait à un ensemble de direction de véhicule comportant une colonne de direction montée libre en rotation par rapport à un 15 support fixe du véhicule, et dont l'extrémité opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend au-delà du support fixe et porte un moyeu de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite colonne, ledit ensemble comportant en outre un volant de direction rigidement solidaire de la colonne, ainsi qu'un ressort hélicoïdal obtenu par le procédé décrit ci avant, ledit ressort étant interposé entre le moyeu et le support fixe en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu, l'extrémité opposée étant rigidement solidaire du support fixe. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement l'ensemble de direction de véhicule comprenant un ressort selon l'invention ; - la figure 2a est une vue en perspective d'une section de spire plate sans perforation, en forme de couronne circulaire plane ; 2907181 6 - la figure 2b est une vue en perspective de la section de spire de la figure 2a après formage en trois dimensions ; - la figure 3a est une vue de dessus d'une première bande plane avant l'étape de découpe de formes ; 5 - la figure 3b est une vue de dessus de la bande plane de la figure 3a, après l'étape de découpe de formes ; - la figure 3c est une vue de dessus de la bande plane de la figure 3b lors de sa mise en forme hélicoïdale par une opération de martelage ; - la figure 3d est une vue de face de la bande plane de la figure 3b lors de io sa mise en forme hélicoïdale par une opération de martelage ; - la figure 3e est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir de la bande plane représentée en figure 3b ; - la figure 4a est une vue de dessus d'une deuxième bande plane après l'étape de découpe de formes et avant l'étape de mise en forme 15 hélicoïdale ; - la figure 4b est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir de la deuxième bande plane de la figure 4a ; - la figure 5a est une vue de dessus d'une troisième bande plane après l'étape de découpe de formes et avant l'étape de mise en forme 20 hélicoïdale ; - la figure 5b est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir de la troisième bande plane de la figure 5a ; - la figure 6a est une vue de dessus d'une quatrième bande plane après l'étape de découpe de formes et avant l'étape de mise en forme 25 hélicoïdale ; - la figure 6b est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir de la quatrième bande plane de la figure 6a ; - la figure 7 est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir d'une cinquième bande plane ; 30 - la figure 8 est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir d'une sixième bande plane ; 2907181 7 - la figure 9 est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir d'une septième bande plane ; - la figure 10 est une vue de dessus d'une section de spire plate réalisée à partir d'une huitième bande plane. 5 Pour situer le ressort de l'invention, la figure 1 représente schématiquement un ensemble de direction de véhicule, notamment de véhicule automobile. Cet ensemble comporte une colonne de direction 1 montée libre en rotation par rapport à un support fixe du véhicule, tel que la io planche de bord représenté seulement par une gaine 2, dans des paliers 201, 202 solidaire de cette gaine 2. L'extrémité 103 de cette colonne 1 opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule, au moyen par exemple d'un ensemble crémaillère - pignon de crémaillère (non représenté), s'étend au-delà du support fixe 2 et porte un moyeu 4 de volant de direction, monté à rotation 15 par rapport à la colonne 1. Cet ensemble comprend en outre un volant de direction 3 rigidement solidaire de la colonne 1 par une platine 6 fixée à la jante 300 du volant 3 et interposée entre le support fixe 2 et le moyeu 4 perpendiculairement à la colonne 1. 20 Cet ensemble de direction est équipé d'un ressort hélicoïdal 5 à spires plates, interposé entre le moyeu 4 et le support fixe 2 en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu 4, l'extrémité opposée étant rigidement solidaire du support fixe 2, afin d'assurer une liaison mécanique et électrique entre ces deux éléments. 25 La platine 6 du volant de direction 3 est intercalée entre deux spires 500 du ressort 5 de façon à pouvoir tourner entre ces spires 500 et être simultanément déplacée selon une direction axiale lors d'une rotation du volant 3, indépendamment du moyeu 4. 30 15 2907181 8 Grâce à cette disposition du ressort 5 selon l'invention et de l'agencement de la colonne de direction 1 par rapport au support fixe 2 du véhicule, la rotation du volant 3 entraîne uniquement la rotation de la colonne de direction 1, mais reste, pour le moins pratiquement, sans effet sur le ressort s hélicoïdal 5 et le moyeu 4 est ainsi maintenu immobile en rotation par celui-ci. Ce résultat est obtenu grâce à la grande raideur en torsion axiale et à la grande souplesse en compression axiale du ressort hélicoïdal 5 selon l'invention. 10 Un ensemble de direction de ce type présente ainsi l'avantage de proposer un moyeu central fixe quel que soit l'angle de braquage du volant. Un ressort hélicoïdal à spires plates obtenu par le procédé selon l'invention est formé d'une succession de spires plates. Une spire plate 100 est représentée sur la figure 2a sous la forme d'un secteur de couronne circulaire d'axe AX, s'étendant dans un plan, et est représentée sur la figure 2b dans un état axialement déformé. 20 A partir de la pièce plane représentée sur la figure 2a, on réalise une pièce en trois dimensions par déformation axiale. La spire plate 100 en trois dimensions représentée sur la figure 2b a les mêmes caractéristiques géométriques que la spire de la figure 2a, exceptée la déformation qui lui est pratiquée pour espacer radialement les deux bords extrêmes 101, 102 d'une 25 distance axiale D correspondant au pas du ressort. Le procédé de réalisation selon l'invention est destiné à réaliser un ressort hélicoïdal à spires plates à partir d'une bande plane dans laquelle sont pratiquées des lumières avant une mise en forme hélicoïdale par martelage. Le 30 ressort obtenu par ce procédé est ainsi constitué de spires découpées. 2907181 9 Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes, en référence aux figures 3a à 3c : - réalisation d'une bande plane 10 ; - découpe de formes dans la bande plane 10, de sorte à former une succession s de lumières 11, 12 délimités par des éléments formant treillis 13 ; - mise en forme hélicoïdale de la bande 10 comprenant une étape de cintrage par martelage de ladite bande 10. Comme représenté en figure 3a, la bande plane 10 est io préférentiellement de forme générale parallélépipédique et par exemple obtenu par découpe dans un flanc de tôle, le choix de la tôle étant déterminé par les propriétés des matériaux et la valeur de l'épaisseur visée pour le ressort. Comme représenté en figure 3b, les lumières 11 composent 15 préférentiellement une succession périodique de motifs, de forme adaptée, le long de la bande plane 10. La découpe de formes dans la bande 10 peut être effectuée par perforation, poinçonnage, découpe de précision, découpe sans bavure et 20 découpe avec un outil progressif. La réalisation de la bande plane et la découpe de formes peuvent être effectuée en une même étape, notamment en une seule et même opération d'emboutissage. 25 L'étape de mise en forme hélicoïdale de la bande 10 (ou de mise en forme de la spirale) est effectuée comme suit, en référence aux figures 3c et 3d: - déplacement linéaire de la bande plane 10, comme illustré par la flèche D ; 30 - cintrage par martelage de la bande plane 10 sur une première bordure 14 au moyen d'un marteau 7 animé d'un mouvement M de va et vient dans une 5 2907181 10 direction sensiblement parallèle à l'axe de cintrage, la deuxième bordure 15 étant en butée contre une surface d'appui 8, comme une enclume ; - déformation axiale de cette bande plane 10, d'un espacement correspondant au pas du ressort, réalisée selon l'axe de cintrage de ladite bande. Une fois le ressort formé, l'axe de cintrage correspond à l'axe d'enroulement des spires dudit ressort, soit l'axe de symétrie du ressort. Le marteau 7 martèle les parties 16 de la première bordure 14 qui 10 bordent les lumières 11 de la bande plane 10 ; ces parties 16 s'étendant entre les éléments formant treillis 13. Par l'opération de martelage, l'épaisseur de ces parties 14 diminue et la longueur de ces dites parties 16 augmente. De la sorte, la première bordure 14 devient de plus grande longueur que la deuxième bordure 15. 15 Après le cintrage, la première bordure 14 formera le bord extérieur du ressort, de plus grand diamètre, tandis que la deuxième bordure 15 formera le bord intérieur du ressort, de plus petit diamètre. 20 La surface d'appui 8 présente une forme courbe en arc de cercle, elle s'étend dans un plan sensiblement parallèle à l'axe de cintrage. L'étape de déformation axiale est : - soit réalisée en continu, concomitamment à l'étape de cintrage de cette 25 bande ; - soit répétée périodiquement spire après spire, un nombre de fois équivalent au nombre de spires, après chaque formation d'une spire de section angulaire inférieure à 360 (c'est-à-dire avant d'avoir effectué un tour complet de spirale), de sorte que le ressort monte de façon discontinu, spire 30 après spire. 5 10 2907181 11 Les figures 3d, 4b, 5b et 6b montrent quatre exemples de réalisation d'une spire plate pour obtenir un ressort selon l'invention, avec chaque fois la bande plane dans laquelle sont pratiquées les découpes de formes, aux figures respectivement 3b, 4a, 5a et 6a. Ainsi, la figure 3b montre une première bande plane 10 permettant la réalisation d'une première spire plate 110, illustrée en figure 3d, d'un ressort hélicoïdal selon l'invention. Les lumières 11, 12 pratiquées dans la bande 10 sont de forme triangulaire et composent une suite de triangles inversés 11, 12. Cette forme de lumières triangulaires permet d'avoir une inertie maximale avec un minimum de matière. Pour éviter la concentration de contraintes, les lumières triangulaires 11, 12 peuvent être réalisées avec des angles arrondis. 15 La figure 4a montre une deuxième bande plane 20 permettant la réalisation d'une deuxième spire plate 120, illustrée en figure 4b, d'un ressort hélicoïdal selon l'invention. Les lumières 21 pratiquées dans la bande 20 sont de forme triangulaire et composent une suite de rectangle 22 avec deux 20 diagonales 23, 24. Comme pour la première bande 10, les lumières triangulaires 21 peuvent être découpés avec des angles arrondis. La figure 5a montre une troisième bande plane 30 permettant la réalisation d'une troisième spire plate 130, illustrée en figure 5b, d'un ressort 25 hélicoïdal selon l'invention. La troisième bande 30 est une version intermédiaire entre les bandes 10 et 20 dans la mesure où les lumières 31 pratiquées dans la bande 30 sont de forme triangulaire et composent une suite de rectangles 32 avec une seule diagonale 33. Les diagonales 33 des rectangles 32 peuvent être orientées toujours dans le même sens tout comme 30 elles peuvent être disposées en alternance comme dans l'exemple représenté sur la figure 5a. 2907181 12 La figure 6a montre une quatrième bande plane 40 permettant la réalisation d'une quatrième spire plate 140, illustrée en figure 6b, d'un ressort hélicoïdal selon l'invention. Les lumières 41 pratiquées dans la bande 40 sont 5 de forme rectangulaire et composent une suite de rectangle 22. On retrouve la forme de base en rectangle des deuxième 20 et troisième 30 bandes planes, mais sans diagonale. Cette forme de lumière 41 n'a d'intérêt que si les sections des côtés 42 10 à 46 de chacun des rectangles 42 sont importantes et qu'il n'y a plus de place pour des diagonales. Une telle situation peut se présenter par exemple, lorsque le diamètre intérieur de la spire 140 est de l'ordre de 40 mm, alors que le diamètre extérieur de la spire est de l'ordre de 1000 mm et que chaque côté des rectangles 42 a une largeur de l'ordre de 15 mm. Alors, la lumière 15 rectangulaire 41 au centre de chaque rectangle 42 a une largeur de l'ordre de seulement 10 mm et il n'y a donc plus de place pour des diagonales. Les figures 7 à 10 montrent quatre sections de spires plates d'un ressort hélicoïdal selon l'invention, dans lesquelles des lumières de 20 différentes formes sont ménagées. Ces quatre exemples de lumières sont représentées sur des spires plates, et sont identiques à celles pratiquées sur la bande plane d'origine. Ainsi, la figure 7 représente une cinquième spire 150 avec des 25 lumières 51 de forme sensiblement trapézoïdales, dont la grande base 53 et la petite base 54 sont disposées le long des bords respectivement extérieur 55 et intérieur 56 de la spire 150. La figure 8 représente une sixième spire 160 avec des lumières 61 de 30 forme sensiblement trapézoïdales, dont la grande base 63 et la petite base 64 sont disposées le long des bords respectivement intérieur 66 et extérieur 65 2907181 13 de la spire 160. Contrairement à la disposition des lumières 51 dans la cinquième spire 150, les lumières 61 de la sixième spire 160 sont disposées avec leur grande base 63 du côté du bord intérieur 66 de la spire 160. Il en résulte pour la partie restante de matière 62 qu'elle est nettement plus grande 5 que la partie correspondante 52 de la cinquième spire 150. La figure 9 représente une septième 170 avec des lumières 71 en forme de losange. Les grandes diagonales des losanges 71 sont orientées au moins approximativement suivant la direction radiale passant par le centre de 10 la spire 170. La figure 10 montre comme dernier exemple non limitatif de formes de lumières, une huitième spire 180 avec des lumières elliptiques 81. Les lumières 81 sont orientées de manière que leur grand diamètre est orienté 15 sensiblement suivant la direction radiale passant par le centre de la spire 180. Bien entendu l'exemple de mise en oeuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres détails et améliorations peuvent être apportés au procédé selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de 20 l'invention où d'autres formes de découpes peuvent être réalisées. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un ressort hélicoïdal à spires plates au moyen des étapes suivantes : - réalisation d'une bande plane (10) ; - découpe de formes dans la bande plane (10), de sorte à former une succession de lumières (11, 12) ; - mise en forme hélicoïdale de la bande plane (10) comprenant une étape de cintrage par martelage de ladite plane (10). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation de la bande plane (10) et la découpe de formes est effectuée par emboutissage en une seule et même opération. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de mise en forme hélicoïdale comprend : - un déplacement linéaire de la bande plane (10) ; - un cintrage de la bande plane (10), l'axe de cintrage correspondant à l'axe d'enroulement des spires du ressort hélicoïdal, par martelage de la bande plane (10) sur une première bordure (14) au moyen d'un marteau (7) animé d'un mouvement (M) de va et vient dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de cintrage, la deuxième bordure (15) de la bande plane (10) étant en butée contre une surface d'appui (8) ; - une déformation axiale de ladite bande (10), d'un espacement 25 correspondant au pas du ressort, réalisée selon l'axe de cintrage de ladite bande (10). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de déformation axiale de la bande plane (10) est réalisée en continu, 30 concomitamment à l'étape de cintrage de ladite bande (10). 5 2907181 15 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de déformation axiale de la bande plane est répétée périodiquement spire après spire, après chaque formation d'une spire de section angulaire inférieure à 360 . 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lumières (11) composent une succession périodique de motifs, de forme adaptée, le long de la bande plane (10). 10 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lumières (11) composent une succession de motifs de forme triangulaire, ou rectangulaire, ou trapézoïdale, ou ellipsoïdale. 9. Ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes. 10. Ensemble de direction de véhicule comportant une colonne de direction (1) montée libre en rotation par rapport à un support fixe (2) du véhicule, et dont l'extrémité (103) opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend 20 audelà du support fixe (2) et porte un moyeu (4) de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite colonne (1), ledit ensemble comportant en outre un volant de direction (3) rigidement solidaire de la colonne (1), ainsi qu'un ressort hélicoïdal (5) interposé entre le moyeu (4) et le support fixe (2) en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu (4), l'extrémité opposée étant rigidement solidaire du support fixe (2), caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (5) est conforme à un ressort selon la revendication 9.