Brevet FR2927046A1 — publié le 20090807

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine technique des directions à crémaillère des véhicules automobiles. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse au sous-ensemble dit "ligne poussoir" d'une telle direction, dont la fonction est de maintenir la crémaillère en contact d'engrènement avec le pignon de direction, tout en compensant les défauts de denture, et qui a aussi pour rôle de faciliter le montage du pignon dans le carter de la direction à crémaillère. Dans une direction à crémaillère de véhicule automobile, un pignon de direction est lié en rotation avec la colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le pignon venant en prise avec une crémaillère montée coulissante dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées à deux biellettes de direction associées respectivement aux roues directrices droite et gauche du véhicule. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou dans l'autre, donc la rotation correspondante du pignon de direction, est convertie mécaniquement en une translation correspondante de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes, provoque elle-même l'orientation des roues directrices du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. De manière assez inhabituelle, dans ce type de direction, la crémaillère est maintenue en contact d'engrènement permanent contre le pignon à l'aide d'un organe mécanique désigné comme "poussoir" qui est monté coulissant, dans une partie de conformation adaptée du carte de direction ou dans un carter auxiliaire avec paro intérieure cylindrique, suivant un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la crémaillère. Le poussoir est sollicité élastiquement de manière à prendre appui sur le dos de la crémaillère, par une partie terminale de forme adaptée et en particulier une partie de profil concave, à l'opposé du pignon de direction. Grâce à un tel poussoir, les défauts d'engrènement de la crémaillère avec le pignon sont compensés, et ledit poussoir assure également le guidage de la crémaillère. Des exemples de lignes poussoir connues sont donnés dans les demandes de brevets européens n° 0 758 605 et n°0 860 345, ou dans la demande de brevet français n° 2 663 284. Un tel poussoir appartient habituellement à un sous-ensembe désigné comme "ligne poussoir", qui se compose en général : - du poussoir proprement dit, qui comporte avantageusement un patin de friction procurant un faible coefficient de frottement entre ce dernier et la crémaillère ; - de moyens élastiques, pouvant être constitués par un ressort hélicoïdal seul, par une ou plusieurs rondelles élastiques ou par une bague en élastomère, ou encore par une combinaison de tels organes élastiques ; - d'une vis de réglage, enfoncée plus ou moins profondément dans la partie de carter ou dans le carter auxiliaire recevant le poussoir, les moyens élastiques étant interposés entre le poussoir et la vis de réglage qui permet ainsi d'ajuster la compression de ces moyens élastiques, tout en formant une butée franche limitant la cours de recul du poussoir. Comme déjà indiqué plus haut un tel dispositif permet d'avoir un contact d'engrènement permanent entre le pignon et la crémaillère, tout en compensant les défauts de taillage de ces organes. Les moyens élastiques, agissant entre la vis de réglage et le poussoir, permettent en outre de compenser l'usure en fonctionnement, donc au cours du temps, du pignon et de la crémaillère ainsi que celle du patin de friction du poussoir. Cependant, le recul du poussoir, ou sa position relative par rapport à la butée formée par la vis de réglage, se trouve augmenté d'un déplacement correspondant à l'usure cumulée des trois composants que sont le pignon, la crémaillère et le patin de friction. Les inconvénients de la conception actuelle de la ligne poussoir, et de l'accroissement du recul du poussoir ou du déplacement relatif possible, entre le poussoir et sa butée formée par la vis de réglage, sont en particulier : - une probabilité d'apparition de bruit, en cas de roulage du véhicule sur une chaussée dégradée, et - une augmentation du moment fléchissant au niveau de l'engrènement des dentures du pignon et de la crémaillère; ceci notamment en fonctionnement à pleine charge. Par ailleurs, toute la ligne pignon s'étendant actuellement selon un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la crémaillère, et compte tenu du dimensionnement des composants de cette ligne pignon, celle-ci forme une excroissance relativement importante sur le carter de direction, La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés, et elle a donc pour but de fournir un nouveau concept de ligne poussoir, qui remplit les mêmes fonctions et réunit les mêmes avantages de fonctionnement qu'une ligne poussoir traditionnelle, tout en permettant un dimensionnement plus réduit ainsi qu'un rattrapage automatique de l'usure du poussoir et des dentures. A cet effet, l'invention a pour objet une ligne poussoir de direction à crémaillère de véhicule automobile, la ligne poussoir comprenant un poussoir proprement dit prévu pour prendre appui sur le dos de la crémaillère, à l'opposé du pignon de direction, et des moyens élastiques agissant sur le poussoir pour le presser contre le dos de la crémaillère, cette ligne poussoir étant essentiellement caractérisée par le fait (lue, le poussoir étant monté mobile avec une composante de mouvement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la crémaillère, les moyens élastiques sont disposés et agissent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la crémaillère, et par le fait que des moyens de renvoi à contact oblique sont interposés entre les moyens élastiques et le poussoir proprement dit. En particulier, les moyens de renvoi à contact oblique comprennent une pièce de butée qui est déplaçable parallèlement à l'axe longitudinal de la crémaillère, et sur laquelle les moyens élastiques prennent appui par l'une de leurs extrémités, la pièce de butée comportant une face oblique en contact avec une face postérieure oblique, d'inclinaison correspondante, appartenant au poussoir proprement dit. Les moyens élastiques sont avantageusement constitués par un ressort hélicoïdal d'axe parallèle à l'axe longitudinal de la crémaillère, une extrémité de ce ressort prenant appui directement ou indirectement sur la pièce de butée, tandis que son autre extrémité prend appui intérieurement sur une partie du carter de direction ou sur un carter auxiliaire, logeant ce ressort ainsi que la pièce de butée. Ainsi l'idée à la base de la présente invention consiste à réaliser une ligne poussoir à renvoi d'angle, dont une partie des composants, en particulier le ressort, sont disposés non plus perpendiculairement mais au contraire parallèlement à l'axe longitudinal de la crémaillère, le ressort agissant sur le poussoir proprement dit par l'intermédiaire de moyens de renvoi à contact oblique, de conception simple. La ligne poussoir se trouve donc accolée au carter de direction et n'occupe qu'un faible volume additionnel. Dans une forme de réalisation préférée de la ligne poussoir objet de l'invention, le poussoir proprement dit comporte, symétriquement à sa face postérieure oblique qui vient en contact avec la pièce de butée, une autre face postérieure oblique d'inclinaison inverse, qui vient en appui sur une face intérieure oblique, d'inclinaison correspondante, appartenant à la partie du carter de direction ou au carter auxiliaire logeant le ressort et la pièce de butée. Grâce à une telle configuration, le ressort peut posséder une raideur constante ce ressort n'encaissant en effet qu'un faible pourcentage (environ 10%) des efforts axiaux exercés sur le poussoir en raison de l'engrènement entre le pignon et la crémaillère. La plus grande partie de ces efforts est directement reprise par le carter de direction ou par le carter auxiliaire, sur lequel s'appuie aussi l'arrière du poussoir. En outre, le contact oblique d'inclinaison appropriée, entre le poussoir et le carter de même qu'entre le poussoir et la pièce de butée, permet d'obtenir, pour un déplacement axial donné du poussoir ou pour une usure donnée (du pignon ou de la crémaillère ou du poussoir), une déformation amplifiée du ressort donc un déplacement amplifié de la pièce de butée. Cette amplification permet de prévoir et de dimensionner un système de rattrapage automatique d'usure qui soit suffisamment fin et qui, de surcroît, n'augmente pas l'excroissance formée sur le carter par la ligne pignon. Dans un mode de réalisation, ce système de rattrapage automatique d'usure est constitué simplement: par une série des dents d'accrochage formées sur une face latérale de la pièce de butée, se déplaçant au contact d'une face longitudinale de la paroi in'érieure de la partie de carter ou du carter auxiliaire logeant cette pièce de butée, et par une série de dents complémentaires formées sur la face longitudinale de cette paroi intérieure, avec effet anti-retour. Ainsi, toute usure du poussoir et/ou de l'engrènement pignon-crémaillère est compensée automatiquement par un déplacement correspondant du dispositif, et plus particulièrement de la pièce de butée qui s'accroche sur une série de dents anti-retour solidaire du carter. En plus de la compensation de l'usure, ce système de rattrapage automatique permet d'absorber les défauts initiaux d'assemblage. Plus particulièrement, le système ici prévu évite une opération de réglage initial habituellement réalisée lors de l'assemblage de la direction, à savoir le réglage du recul du piston, au moyen de la vis de réglage. Le dispositif, une fois pré-assemblé, comporte une liaison mécanique à jeu constant entre le poussoir et la pièce de butée, liaison qui, d'une part, autorise un déplacement relatif entre ces deux pièces, permettant ainsi de compenser le défauts d'engrènement entre le pignon et la crémaillère et qui , d'autre part, permet au poussoir de "tracter" la pièce de butée lorsque le déplacement de cette dernière excède celui autorisé par le jeu constant précité et atteint un incrément du système de rattrapage, c'est-à-dire le "pas" séparant deux dents d'accrochage. Dans l'ensemble, la ligne poussoir à renvoi d'angle objet de l'invention possède les avantages suivants : -la ligne poussoir est de structure compacte et accolée au carter de direction. - Cette ligne poussoir permet non seulement de rattraper l'usure, mais aussi s'absorber les défauts d'assemblage. - La ligne poussoir est auto-réglable, ce qui rend inutile tout réglage après assemblage, et permet la suppression de la vis de réglage habituelle. - Le jeu du poussoir relativement à la pièce de butée restant constant, la probabilité d'apparition de bruit est négligeable. - Le moment fléchissant au niveau de l'engrènement du pignon et de la crémaillère reste lui aussi constant. - L'invention permet d'envisager la suppression du rodage. [Note : phrase reprise de votre texte, mais restant à expliciter]. - La structure de la ligne pignon est simple, et les composants de cette ligne peuvent être réalisés en matière plastique, d'où un coût de fabrication faible. - Le concept de ligne poussoir à renvoi d'angle permet d'adapter le carter de direction pour un assemblage de la ligne poussoir suivant une direction parallèle à l'axe central de la crémaillère, autrement dit du côté d'un soufflet de direction, ce qui peut aussi faciliter l'assemblage de la direction. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cette ligne poussoir de direction à crémaillère de véhicule automobile : Figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une direction à crémaillère équipée d'une ligne poussoir à renvoi d'angle, conforme à la présente invention ; Figure 2 est une vue en coupe transversale de cette direction à 35 crémaillère, suivant II-Il de figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la ligne poussoir seule, suivant III-III de figure 1 ; Figure 4 représente, à échelle agrandie, le détail A de la figure 3. En se référant d'abord aux figures 1 et 2, il est rappelé qu'une direction à crémaillère de véhicule automobile comprend un pignon de direction 2, lié en rotation avec une colonne de direction (non représentée) et engrenant avec une crémaillère 3, pourvue d'une denture 4. La crémaillère 3 est montée coulissante, suivant la direction de son axe longitudinal 5, à l'intérieur d'un carter de direction 6 de conformation générale tubulaire. La crémaillère 3 est guidée en translation, à chaque extrémité du carter 6, dans un palier 7 de section annulaire, une biellette de direction (ici non visible) étant accouplée à chaque extrémité de la crémaillère 3. A chaque extrémité du carter 6 est aussi fixé un soufflet de direction 8, qui recouvre l'extrémité correspondante de la crémaillère 3 ainsi qu'une portion de la biellette correspondante. La partie de la crémaillère 3 diamétralement opposée à sa denture 4 possède un profil arrondi (voir en particulier la figure 2) et est désignée comme "dos" 9 de la crémaillère 3. La direction à crémaillère considérée est équipée d'une "ligne poussoir", désignée dans son ensemble par le repère10, dont le rôle est d'exercer une pression sur le dos 9 de la crémaillère 3, à l'opposé du pignon de direction 2, pour maintenir la crémaillère 3 en contact d'engrènement avec le pignon 2. Les organes de la ligne poussoir 10 sont ici logés à l'intérieur d'un carter auxiliaire 11, encastré dans une ouverture correspondante du carter de direction 6. Ces organes comprennent notamment un poussoir proprement dit 12, un ressort 13 et une pièce de butée 14, montée entre le ressort 13 et le poussoir 12. Le poussoir proprement dit 12 possède un profil en "T" (voir figure 1), sa partie élargie présentant un profil concave qui est complémentaire du profil arrondi convexe du dos 9 de la crémaillère 3. Les deux branches opposées de cette partie élargie du poussoir 12 sont respectivement délimitées, à l'arrière c'est-à-dire à l'opposé de la crémaillère 3, par deux faces obliques respectivement 15 et 16, d'inclinaisons inverses donc symétriques l'une de l'autre. Le ressort 13 est un ressort de compression hélicoïdal, dont l'axe 17 s'étend parallèlement à l'axe longitudinal 5 de la crémaillère 3. Une première extrémité du ressort 13 prend appui contre une pièce de fermeture 18 qui obture le carter auxiliaire 11. L'autre extrémité du ressort 13 prend appui, par l'intermédiaire d'une courte tige épaulée 19, contre la pièce de butée 14. Comme le montre en particulier la figure 3, la pièce de butée 14 est montée mobile en translation, dans la direction de l'axe 17 du ressort 13 (donc parallèlement à l'axe longitudinal 5 de la crémaillère 3), à l'intérieur du carter auxiliaire 11. La pièce de butée 14 comporte une face oblique 20 d'inclinaison identique à celle de la face oblique 15 du poussoir 12, et venant en contact avec cette face oblique 15. L'autre face oblique 16 du poussoir 12 vient en contact avec une face intérieure oblique 21, d'inclinaison correspondante, appartenant au carter auxiliaire 11. La pièce de butée 14 comporte un alésage 22 traversé, avec un jeu radial, par la tige épaulée 19. L'extrémité de cette tige épaulée 19 éloignée du ressort 13, est vissée dans un taraudage 23 prévu à la base du poussoir 12. Enfin, comme le montre la figure 4, la pièce de butée 14 présente, sur l'une de ses faces latérales, une série de dents d'accrochage 24 qui se succèdent, avec un pas très court, dans la direction longitudinale. Les dents d'accrochage 24 de la pièce de butée 14 sont prévues pour coopérer avec une série de dents complémentaires 25, de même pas, formées sur une face longitudinale 26 (voir aussi figure 3) de la paroi intérieure du carter auxiliaire 11. Ainsi, le poussoir 12 possède une mobilité dans le sens perpendiculaire à l'axe longitudinal 5 de la crémaillère 3. La poussée exercée, par le ressort 13 sur la pièce 14 tend à déplacer cette pièce 14 vers la droite (par référence au dessin). Par l'effet des différentes face inclinées 15, 16, 20 et 21, le déplacement de la pièce de butée 14 est converti en une composante de déplacement du poussoir 12 dirigée vers le dos 9 de la crémaillère 3, de sorte que la denture 4 de la crémaillère 3 soit appliquée contre le pignon 2. Plus particulièrement, la ligne poussoir 10 assure initialement un réglage automatique, et au cours de la vie de la direction un rattrapage automatique de l'usure du pignon 2, de la crémaillère 3 et du poussoir 12, par l'effet combiné du ressort 13 et de l'accrochage des dents 24 de la pièce de butée 14 sur les dents 25 de la face intérieure 26 du carter auxiliaire 11, le profil de ces dents 24 et 25 assurant un effet anti-retour. Plus précisément encore, si la ligne pignon 10 comporte une liaison à jeu constant E entre le poussoir 12 et la pièce de butée 14, d'une part le dispositif autorise un déplacement relatif du poussoir 12 et de la pièce de butée 14 pour compenser les défauts d'engrènement entre le pignon 2 et la crémaillère 3, et d'autre part le poussoir 12 peut "tracter" la pièce de butée 14 lorsque le déplacement de cette dernière excède celui autorisé par le jeu E et atteint le pas des dents 24 et 25. La ligne pignon 10 à renvoi d'angle, précédemment décrite, est applicable sur toute direction à crémaillère de véhicule automobile, qu'il s'agisse d'une direction manuelle ou d'une direction assistée, et que cette dernière soit hydraulique ou électrique ou autre. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette ligne pignon de direction à crémaillère qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en modifiant les formes de détail des composants de la ligne 20 pignon 10, en particulier du poussoir 12 et de la pièce de butée 14, et en réalisant ces composants en toute matière appropriée ; - en remplaçant le ressort hélicoïdal 13 par tous moyens élastiques équivalents, tels que rondelles élastiques ou bloc en élastomère ; - en logeant cette ligne pignon 10 non pas à l'intérieur d'un carter 25 auxiliaire 11, mais à l'intérieur d'une partie de conformation adaptée, directement formée sur le carter de direction 6. REVENDICATIONS 1. Ligne poussoir de direction à crémaillère de véhicule automobile, la ligne poussoir (10) comprenant un poussoir proprement dit (12) prévu pour prendre appui sur le dos (9) de la crémaillère (3), à l'opposé du pignon de direction (2), et des moyens élastiques (13) agissant sur le poussoir (12) pour le presser contre le dos (9) de la crémaillère (3), caractérisée en ce que, le poussoir (12) étant monté mobile avec une composante de mouvement perpendiculaire à l'axe longitudinal (5) de la crémaillère (3), les moyens élastiques (13) sont disposés et agissent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal (5) de la crémaillère (3), et en ce que des moyens de renvoi (14) à contact oblique (15,20) sont interposés entre les moyens élastiques (13) et le poussoir proprement dit (12). 2. Ligne poussoir de direction à crémaillère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de renvoi à contact oblique comprennent une pièce de butée (14), qui est déplaçable parallèlement à l'axe longitudinal (5) de la crémaillère (3), et sur laquelle les moyens élastiques (13) prennent appui par l'une de leurs extrémités, la pièce de butée (14) comportant une face oblique (20) en contact une face postérieure oblique (15), d'inclinaison correspondante appartenant au poussoir proprement dit (12). 3. Ligne poussoir de direction à crémaillère selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens élastiques sont constitués par un ressort hélicoïdal (13), d'axe (17) parallèle à l'axe longitudinal (5) de la crémaillère (3), une extrémité de ce ressort (13) prenant appui directement ou indirectement sur la pièce de butée (14), tandis que son autre extrémité prend appui intérieurement sur une partie du carter de direction (6) ou sur un carter auxiliaire (11,18), logeant ce ressort (13) ainsi que la pièce de butée (14). 4. Ligne poussoir de direction à crémaillère selon la revendication 3, caractérisée en ce que le poussoir proprement dit (12) comporte, symétriquement à sa face postérieure oblique (15) qui vient en contact avec la pièce de butée (14), une autre face postérieure oblique (16), d'inclinaison inverse, qui vient en appui sur une face intérieure oblique (21) , d'inclinaison correspondante, appartenant à la partie du carter de direction (6) ou au carter auxiliaire (11) logeant le ressort (13) et la pièce de butée (14) 5. Ligne poussoir de direction à crémaillère selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'autre extrémité du ressort hélicoïdal (13) prend appui contre la pièce de butée par l'intermédiaire d'une tige épaulée (19), et en ce que la pièce de butée (14) comporte un alésage (22), traversé, avec un jeu radial, par la tige épaulée (19), l'extrémité de cette tige épaulée éloignée du ressort (13) étant vissée dans un taraudage (23) prévu à la base du poussoir (12). 6. Ligne poussoir de direction à crémaillère selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, en tant que système automatique de rattrapage d'usure, une série de dents d'accrochage (24) formées sur une face latérale de la pièce de butée (14), se déplaçant au contact d'une face longitudinale (26) de la paroi intérieure de la partie de carter ou du carter auxiliaire (11) logeant cette pièce de butée (14), et une série de dents complémentaires (25) formées sur la face longitudinale (26) de cette paroi intérieure, avec effet anti-retour.