Brevet FR2904789A1 — publié le 20080215

La présente invention a trait d'une façon générale aux roues en alliage léger pour automobiles. Classiquement, un grand nombre de roues d'automobiles sont réalisées en acier, avec une bonne robustesse mais un poids conséquent. Ces roues étant généralement peu esthétiques, elles reçoivent souvent un enjoliveur, en tôle chromée, en matière plastique, etc. Pour donner aux roues une plus grande légèreté, on sait également les réaliser en alliage léger, notamment en alliage d'aluminium en une ou plusieurs parties. Et du fait qu'elles sont souvent fabriquées par moulage, il est possible de donner à ces roues un aspect satisfaisant sur le plan esthétique, même si ce souci esthétique peut aboutir à un poids plus élevé que celui qui pourrait être attendu de l'utilisation des alliages légers. Les caractéristiques les plus importantes que doivent présenter les roues des véhicules sont, après l'évidente solidité pour la sécurité, un moment d'inertie limité, une rapide déperdition de chaleur créée par l'utilisation du système de freinage souvent situé contre le moyeu de la roue ainsi que le respect des normes internationales définies par l'European Tyre And Rim Technical Organisation (ETRO) définissant les cotes et les profils. Il est également de notoriété publique que les roues de véhicules automobiles sont constituées de la jante ainsi que d'un moyeu et d'un voile ou disque plein ou ajouré, le moyeu étant le plus souvent d'un seul tenant avec le voile. Ces éléments, jante et voile, peuvent être réalisés indépendamment les uns des autres et être assemblés ensuite (roues en deux ou trois pièces) ou bien intégrés totalement pour ne former qu'une seule pièce (roues monolithiques). Afin de répondre le mieux possible aux impératifs techniques cités plus haut tels que la solidité et un moment d'inertie limité, la fabrication actuelle s'est orientée de préférence vers la production de roues en alliage léger à base d'aluminium, de magnésium ou de titane. Les roues (ou voiles) peuvent être moulées par gravitation ou par basse 30 pression, le forgeage est souvent réservé à des roues de prix plus élevé et limite les possibilités esthétiques. Les roues (et les voiles pour les roues en plusieurs parties) sont souvent moulées en basse pression, dans un moule métallique constitué généralement d'une semelle percée en son centre d'un système de remplissage, d'un noyau supérieur 35 définissant le relief intérieur de la roue, et de deux chapes latérales définissant la surface extérieure du voile. 2904789 2 Le noyau supérieur et la semelle sont dotés de canaux de refroidissement permettant selon l'état de l'art le pilotage progressif de la solidification depuis les extrémités du voile jusque vers la zone centrale de remplissage. La cadence de moulage est comprise entre 10 et 15 roues à l'heure. 5 La température du métal liquide dans le four est en général de 698 DEG C +/- 5 DEG C. Le métal utilisé peut être de l'AS7GO.3, constitué essentiellement d'aluminium de première fusion, de 7% de silicium +/-0,5% et de 0.30% de magnésium +/-0,1%. La géométrie finale de la roue est obtenue par une juxtaposition de zones brutes 10 de moulage et zones usinées comme de coutume pour les jantes en aluminium. Un traitement thermique pourra être appliqué aux roues (et/ou voiles) entre moulage et usinage, dont les conditions sont en général les suivantes : mise en solution pendant une durée comprise entre 5H et 5H30 à 535 DEG C +/- 5 DEG C ; trempe à l'eau (température comprise entre 40 DEG C et 80 DEG C); revenu pendant une durée 15 comprise entre 4H et 4H30 à 155 DEG C +/-3 DEG C. Les roues subissent ensuite un essai de fatigue sur un banc d'essai bidirectionnel dont le principe de sollicitation est reconnu pour tous les tests de fatigue. La roue est fixée sur un plateau tournant autour d'un axe. La roue est fixée sur ce plateau par plusieurs brides coopérant avec le bord intérieur de la jante. 20 Un système de bras de levier assure la transmission à la roue d'efforts Fy et Fz selon des directions horizontales et verticales par sa partie centrale boulonnée sur un bras. L'appréciation de la tenue en fatigue de la roue est faite, après un certain nombre de cycles sous sollicitations Fy et Fz, par ressuage, examen visuel et radiographie , de 25 façon à détecter la présence ou non de fissures de fatigue. La présente invention est fondée sur une démarche identique à la démarche ci-dessus mais permettant un allègement sensible pour une rigidité accrue. Ainsi la présente invention concerne une roue en alliage d'aluminium pour automobile, du type soit d'une seule partie moulée (roue monolithique) soit comportant un voile moulé et une jante moulée ou repoussée composée d'une ou deux parties (roue en deux ou trois parties), caractérisée en ce que le voile comporte plusieurs branches avec des lumières de gain de poids et de ventilation de frein en ce que l'ensemble des caractéristiques géométriques de la roue sont déterminées en fonction seulement de considérations de tenue mécanique de la roue. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de 2904789 3 celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de face de trois quart schématique et partielle d'une roue en alliage léger monolithique à cinq branches selon la présente invention, 5 - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un modèle de branche formée de trois axes de la roue de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une branche de la roue de la figure 1 - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale et en détail d'une branche 10 de roue. - la figure 5 est une coupe schématique du moule de fonderie montrant le positionnement des trois parties de branche d'une roue. On va décrire ci-dessous une roue d'automobile en alliage d'aluminium, dont le voile seul ou la totalité de la roue monolithique est réalisée par moulage, obtenue par 15 des considérations purement techniques de gain de poids. La roue comprend un voile (1) dans lequel sont formés, d'une part, dans une zone centrale de montage (la), un ensemble de passages (3) pour des boulons de montage de la roue sur le véhicule, et, d'autre part, un ensemble de branches (2) dont l'espacement et la conception permet la ventilation des freins. 20 Le gain de poids est recherché en gardant à la roue toutes les qualités admissibles en matière de résistance tant à la fatigue qu'aux chocs et tout en conservant une ventilation optimale du système de freinage. Tout d'abord, afin d'alléger la roue autant que possible tout en permettant le passage d'air pour ventiler les systèmes de freinage sans compromettre sa résistance à 25 la fatigue et sans créer d'amorces de fissures, on a déterminé que les branches (2) sont composées de trois parties (9, 10 et Il) dont les axes passant par leur milieu sont situés sur deux plans (12 et 13 sur la figure 4/5) perpendiculaires à l'axe de rotation. On a également observé que la manière dont se raccordaient le voile et la jante avait une influence significative notamment sur la résistance aux chocs puisque la 30 portée des trois éléments longitudinaux (9, 10 et Il) de la branche (2) du voile (1) sur la jante (8) est plus importante et sur des points espacés qu'avec une branche de poids égal sur un seul plan et par là accroît la résistance de la jante (8). En variante, la roue peut être stylisée sans gêner la résistance accrue de ce type de branches. 35 D'autre part, la conception de la branche en plusieurs éléments sur plusieurs plans perpendiculaires à l'axe de rotation permet, avec les mêmes avantages, la 2904789 4 construction de roues monolithiques mais aussi la fabrication des roues en deux ou trois parties. Le frottement des plaquettes de freins sur les disques provoque un échauffement et l'évacuation de la chaleur produite nécessite que l'air circule le plus facilement 5 possible. La conception des branches (2) du voile (1) en trois parties longitudinales (9, 10 et 11) sur deux plans différents (12 et 13) constituant des lumières (14 et 15) facilite la circulation de l'air et permet par là un refroidissement facilité du système de freinage, gage de sécurité active. Les caractéristiques ci-dessus permettent, outre l'allégement précité et une 10 meilleure ventilation des freins, d'obtenir une résistance accrue aux chocs que risque de subir la roue au niveau de son accroche (7) avec le voile (1). Plus précisément, le fait que les points d'attache des parties longitudinales de branche (9 et 10) soient en retrait par rapport au plan général du voile (1) signifient que des ondes de choc se propageant dans la partie formant l'accroche (7) vont se propager plus facilement dans 15 la jante (8) que dans le voile (1), limitant ainsi le risque de rupture de ce dernier. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention trouve son intérêt dans les roues en alliage léger. On pourra pratiquer sur la roue les traitements thermiques et la trempe conventionnelle pour augmenter la résistance mécanique et la tenue en fatigue de la roue, notamment. 20 On peut aussi noter sur la figure 5 que le fait que les parties longitudinales (9, 10 et 11) de la branche (2) soient situées sur des plans différents (12 et 13) ne gênent pas le démoulage de la pièce du moule de fonderie si le positionnement des parties longitudinales de la branche supérieures et inférieures intègrent cette contrainte mécanique du démoulage. Par exemple, le démoulage sera facilité en précisant que 25 l'écartement des parties longitudinales (9 et 10) de la branche situées vers l'intérieur de la roue est plus important que la largeur totale de la partie longitudinale (Il) de branche située vers l'extérieur de la roue. On peut aussi faire l'inverse et positionner les deux parties sur le même plan vers l'extérieur de la roue en maintenant le même principe d'écartement. Tout fabricant d'outillages de fonderie saura concevoir un 30 moule intégrant ces données. Par ailleurs, des outillages à combinaison pourraient permettent aussi de résoudre la difficulté des contre dépouilles au démoulage. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit et, par exemple, inverser les plans des 35 branches en trois parties longitudinales en mettant deux parties vers l'extérieur de la roue et une partie de la branche vers l'intérieur de la roue en formant un triangle composé par les centres des bases de ces trois parties longitudinales. Revendications 1. Roue en alliage léger pour automobile, du type comportant un voile (1) et une jante (8), caractérisée en ce que le voile moulé (1) comporte des branches (2) dont les trois parties longitudinales (9, 10 et 11) sont situées sur deux plans verticaux (12 et 13) par rapport à l'axe de la roue pour le gain de poids lié à la rigidité. 2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que la branche (2) du voile moulé est composée de trois parties longitudinales (9, 10 et 11) situées sur deux plans différents (12 et 13) créant des lumières (14 et 15) pour la ventilation des freins. 3. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que la branche (2) du voile moulé (1) est composée de trois parties longitudinales (9, 10 et 11) situées sur deux plans différents (12 et 13) pour la résistance de la roue par la meilleure diffusion des ondes de choc.15