Brevet FR2901165A1 — publié le 20071123

"Procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal à spires plates, un ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un ensemble de direction comportant un tel ressort ". L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal à spires plates, un tel ressort obtenu par ce procédé, ainsi qu'un ensemble de direction de véhicule comportant un tel ressort. Un tel ressort est destiné notamment à équiper un ensemble de direction de véhicule, notamment de véhicule automobile, comportant un dispositif de volant à moyeu fixe. Ce ressort équipe ainsi un volant pour maintenir le moyeu dans une position fixe lorsque ce volant est manoeuvré en rotation, ce volant restant mécaniquement lié en rotation à une barre de direction liée en mouvement aux roues avant du véhicule. Ce montage permet notamment l'implantation dans le moyeu du volant d'un sac gonflable de sécurité, ou airbag, de type asymétrique, c'est-à-dire ayant par exemple un volume plus important vers la droite du conducteur que vers sa gauche de manière à obstruer efficacement une zone située vers le centre de l'habitacle. Un tel ensemble de direction, représenté en figure 1, s'étend le long d'un axe principal CX coïncidant avec la barre de direction 1 qui est portée par un élément de structure fixe 2 au moyen de deux paliers 3 et 4. Cet ensemble comprend un volant 6 rigidement lié à la barre de direction 1, et un moyeu 7 monté rotatif par rapport à la barre de direction 1 en étant engagé sur un palier central 8 porté par ladite barre 1. Un ressort hélicoïdal 9 entoure 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. Le volant 6 est solidarisé à la barre de direction 1 par une platine ou des bras repérés par 13 et 14. La platine ou les bras traversent 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, la platine ou les bras 13 et 14 glissent le long des spires du ressort 9 qui maintiennent le moyeu 7 fixe en rotation. Compte tenu de l'utilisation spécifique qui est faite du ressort 9 dans cette application, ce ressort doit avoir une forte raideur de torsion autour de l'axe AX et une souplesse importante en compression axiale. A cet effet, il est nécessaire d'utiliser un ressort à spires plates, c'est à dire dans lequel ces spires ont une section rectangulaire ayant un long côté orienté radialement, le rapport du petit côté sur le long côté de ce rectangle étant généralement compris entre un vingtième et un cinquième. La fabrication de ce type de ressort nécessite 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 procédé de fabrication d'un ressort à grande raideur en torsion et à faible raideur en compression axiale, pouvant être exploité en grande série. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal dans lequel on découpe hélicoïdalement un tube ayant un diamètre interne et un diamètre externe correspondant au diamètre interne et au diamètre externe du ressort à fabriquer. L'invention concerne également un procédé tel que 35 défini ci-dessus, dans lequel la découpe est réalisée au laser, par sciage, ou avec un outil d'usinage. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant une étape supplémentaire dans laquelle on exerce un effort de traction axiale sur le ressort obtenu pour disjoindre ses spires après découpe. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans laquelle on utilise un tube comprenant une partie externe surmoulée incluant des conducteurs électriques en spirale. L'invention concerne également un porte outil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant un tube externe de diamètre supérieur au diamètre externe du tube, et une barre ayant un diamètre inférieur au diamètre interne du tube, le tube externe et la barre étant rigidement solidaires l'un de l'autre, l'outil s'étendant radialement en ayant une extrémité encastrée dans la barre et une autre extrémité encastrée dans le tube externe. L'invention porte en outre sur le ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-avant et sur un ensemble de direction de véhicule comportant : - une barre de direction montée libre en rotation par rapport à un élément de structure fixe du véhicule, et dont l'extrémité opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend au-delà de l'élément de structure fixe et porte un moyeu de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite barre de direction ; -un volant de direction rigidement solidaire de la colonne ; et - un ressort hélicoïdal tel que décrit ci-dessus, ledit ressort étant interposé entre le moyeu et l'élément de structure fixe en ayant une extrémité rigidement solidaire du moyeu, l'extrémité opposée étant rigidement solidaire de l'élément de structure fixe. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique d'un volant à moyeu fixe ; La figure 2 montre en perspective un tube destiné à la fabrication d'un ressort à spires plates ; La figure 3 est une illustration schématique du procédé selon l'invention avec un outil d'usinage ; La figure 4 montre en perspective un tube partiellement découpé pour former un ressort hélicoïdal à spires plates ; La figure 5 montre en perspective un ressort obtenu 15 avec le procédé selon l'invention ; La figure 6 montre en perspective la mise en oeuvre du procédé avec un porte outil selon l'invention. L'invention consiste notamment à mettre en oeuvre un usinage classique, tel qu'une opération de tournage, mais 20 à détourner cet usinage en faisant en sorte que la pièce finale soit le copeau résultant de cet usinage, et non pas la pièce initiale comme c'est habituellement le cas. Le ressort est fabriqué par découpage hélicoïdal d'un tube tel que le tube 16 représenté en figure 2. Ce 25 tube a un diamètre interne d et un diamètre externe D qui correspondent au diamètre interne et au diamètre externe du ressort à fabriquer, c'est-à-dire aux diamètres interne et externe des spires de ce ressort. Cette découpe peut être réalisée avec un outil 17 30 maintenu dans une position fixe et par rapport auquel le tube 16 est déplacé, ce qui est le cas dans l'exemple de la figure 3. Le tube 16 est alors déplacé en rotation autour de son axe de symétrie AX et en translation le long de cet 35 axe AX, selon une avance prédéterminée, pour générer une trajectoire hélicoïdale de l'outil le long du tube. Dans le cas d'une découpe réalisée avec un outil d'usinage, la vitesse de rotation est déterminée à partir des diamètres d et D du tube 16 pour correspondre à une vitesse de coupe conditionnée par le type d'outil utilisé et le matériau du tube. L'avance du tube, c'est-à-dire sa vitesse de déplacement le long de l'axe AX est ensuite déterminée de telle façon que le déplacement longitudinal du tube pendant un temps correspondant à un tour complet du tube, avec la vitesse de rotation déterminée ci-dessus, correspond à l'épaisseur de spire souhaitée pour le ressort à fabriquer. Comme illustré en figure 3, cette découpe peut être réalisée avec un outil 17 qui peut être une lame de découpe. Mais cet outil peut aussi être une scie effectuant des mouvements de translation alternatifs radialement par rapport à l'axe AX pour faciliter la découpe. En figure 4, on a représenté un tube 16 dont la découpe hélicoïdale a été partiellement effectuée, ce qui montre une première spire S1 partiellement réalisée. Le début de cette spire, repéré par 18, et situé en face supérieure du tube 16 correspond à l'entrée de l'outil 17 dans cette face supérieure lors du début de la découpe. Après réalisation de la totalité de la découpe hélicoïdale, le ressort obtenu a l'allure représentée en figure 5, dans laquelle toutes ses spires, qui sont repérées par S1-S6, sont réalisées, mais dans laquelle toutes ces spires sont jointives. Après l'opération de découpe, le ressort de la figure 5 peut être soumis à un effort de traction axial, le long de l'axe AX, pour déformer ses spires dans le domaine de déformation plastique de manière à les écarter les unes des autres définitivement. Cette opération supplémentaire permet de donner au ressort un pas correspondant à un pas souhaité. Le ressort ainsi fabriqué peut encore être soumis à une opération de laminage de ses spires, destinée à améliorer le cas échéant l'état de surface de ces spires. L'amélioration de l'état de surface permet de faciliter le glissement des bras radiaux 13 et 14 du volant le long des spires lorsque le volant est manoeuvré. L'outil de découpe 17 de la figure 3 peut être monté sur une structure porteuse telle que celle représentée en figure 6, et qui est destinée à assurer le maintien de l'outil 17 radialement tout en lui permettant de supporter des efforts de coupe élevés. Cette structure comprend un tube externe 19 et une barre interne 21 rigidement solidaires l'une de l'autre. L'outil d'usinage 17 qui s'étend radialement comprend une première extrémité 17a encastrée radialement dans la barre interne 21, et une seconde extrémité 17b, opposée à la première, qui est encastrée radialement dans la paroi du tube externe 19. La barre interne a un diamètre inférieur au diamètre d du ressort à fabriquer, et le tube externe a un diamètre intérieur qui est supérieur au diamètre externe du tube 16. Cette structure porteuse peut par exemple être positionnée face au tube 16 sur un tour parallèle, ce tube 16 étant mis en rotation, et la structure étant déplacée en translation pour produire une trajectoire hélicoïdale de l'outil 17 par rapport au tube 16, de manière à constituer un ressort tel que celui de la figure 5. Dans les exemples ci-dessus, la découpe du tube 16 est réalisée avec un outil d'usinage 17, ou avec une scie. Cette découpe peut encore être facilitée en chauffant le tube 16 à une certaine température de manière à diminuer les efforts de coupe. Cette découpe peut aussi être effectuée avec un procédé au laser ou bien avec un procédé de découpe par jet d'eau sous pression, ou encore avec un procédé d'électroérosion, le tube 16 étant par exemple déplacé de façon appropriée par rapport à une source de laser ou d'eau sous pression qui est fixe. Le matériau de base dans lequel le tube est réalisé est par exemple de l'acier, mais le procédé s'applique également à un tube de base en plastique, voire à un tube de base 16 comprenant une partie interne en acier et une partie externe en matière plastique. Avantageusement, le tube de base comprend une partie interne métallique, et une partie externe surmoulée en plastique. La partie externe comprend avantageusement des conducteurs électriques enroulés hélicoïdalement, selon le pas de découpe prévu. De manière analogue, le procédé peut être mise en oeuvre avec un tube de base ayant une partie externe métallique, et une partie interne surmoulée en plastique. Les conducteurs électriques enroulés hélicoïdalement selon le pas de découpe prévu sont alors compris dans la partie interne surmoulée. Le ressort obtenu est ainsi pourvu d'un ou plusieurs conducteurs électriques permettant de faire passer un signal depuis l'une vers l'autre de ses extrémités, ce qui permet par exemple de déclencher la libération d'un coussin gonflable de sécurité contenu dans le moyeu fixe. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un ressort hélicoïdal dans lequel on découpe hélicoïdalement un tube (16) ayant un diamètre interne (d) et un diamètre externe (D) correspondant au diamètre interne et au diamètre externe du ressort à fabriquer. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la découpe est réalisée au laser, par sciage, ou avec un 10 outil d'usinage (17). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape supplémentaire dans laquelle on exerce un effort de traction axiale sur le ressort obtenu pour disjoindre ses spires (S1-S6) après 15 découpe. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle on utilise un tube (16) comprenant une partie externe surmoulée incluant des conducteurs électriques en spirale. 20 5. Porte outil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un tube externe (19) de diamètre supérieur au diamètre externe (D) du tube (16), et une barre (21) de diamètre inférieur au diamètre interne (d) du tube (16), le tube 25 externe (19) et la barre (21) étant rigidement solidaires l'un de l'autre, l'outil (17) s'étendant radialement en ayant une extrémité (17b) encastrée dans la barre (21) et une autre extrémité (17a) encastrée dans le tube externe (19). 30 6. Ressort hélicoïdal obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 7. Ensemble de direction de véhicule comportant une barre de direction (1) montée libre en rotation par 35 rapport à un élément de structure fixe (2) du véhicule, et dont l'extrémité opposée à celle reliée au roues directrices du véhicule s'étend au-delà de l'élément destructure fixe (2) et porte un moyeu (7) de volant de direction, monté à rotation par rapport à ladite barre de direction (1), ledit ensemble comportant en outre un volant de direction (6) rigidement solidaire de la colonne (1), ainsi qu'un ressort hélicoïdal (9) interposé entre le moyeu (7) et l'élément de structure fixe (2) en ayant une extrémité (12) rigidement solidaire du moyeu (7), l'extrémité opposée (11) étant rigidement solidaire de l'élément de structure fixe (2), caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (9) est conforme à un ressort selon la revendications 6.