Brevet FR3012785A1 — publié le 20150508

Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train. La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'une cellule standard de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou plus généralement de véhicules ferroviaires, ainsi qu'à une cellule présentant des caractéristiques techniques permettant la mise en oeuvre du procédé en question. L'objectif est en fait de rendre dans un premier temps les opérations de fabrication compatibles avec l'exigence de standardisation précitée, les techniques mises en oeuvre devant au surplus permettre une production dimensionnellement adaptable dans un second temps, et procurer in fine un gain économique non négligeable. Jusqu'ici, la réalisation de bouts avant de tels véhicules passait par la fabrication d'une pièce unique, base de la cellule, constituée par ajouts successifs de feuilles fibrées et de résine, comportant dès lors des opérations manuelles nécessitant un savoir-faire de l'opérateur. Chaque cellule fabriquée de la sorte doit d'emblée être constituée non seulement aux dimensions finales de la future cabine de tramway, mais intégrer au surplus dès sa réalisation des caractéristiques esthétiques du modèle final. Il faut ensuite rapporter un certain nombre de pièces moulées supplémentaires pour obtenir un produit fini, nécessitant le moulage d'une dizaine de pièces additionnelles et par conséquent l'existence d'un nombre correspondant de moules. Ces pièces supplémentaires dépendant elles aussi du design final de la cabine, chaque nouveau modèle de tramway impose potentiellement la réalisation de nouveaux moules, etc. En termes d'industrialisation, la réalisation de ces bouts avant souffre notamment de l'impossibilité de mouler la pièce unique base de la cellule pour d'évidentes raisons liées notamment aux contre-dépouilles. Il faut donc en passer par les étapes manuelles précitées, dépendre de l'habileté d'opérateurs, avec comme corollaire possible une moins grande maîtrise des quantités de matière utilisées. La maîtrise globale du process n'est pas assurée, ce qui peut avoir des incidences en termes de gestion des coûts. Le chauffage de la résine inhérent à ce procédé entraîne de plus l'émission de composés organiques volatils gazeux (COV) qui sont susceptibles de présenter des risques pour la santé des opérateurs. En somme, répondre à différents modèles de dimensionnements et d'habillages extérieurs des tramways, dont on sait qu'ils dépendent du client final - en général des villes ou communautés urbaines - ne pouvait se faire qu'en tout début de process, les possibilités d'adaptations ultérieures étant très réduites. Pour remédier à ces inconvénients, l'idée à la base de l'invention permet d'optimiser considérablement l'industrialisation, la maîtrise des process et l'adaptabilité par la conception de cellules de cabines standards, pouvant être fabriquées par un procédé reproductible et maîtrisé puis adapté facilement à des dimensions, configurations et esthétismes différents. Le fait que chaque ville ait son modèle de tramway, dont les apparences sont fort différentes d'un endroit à l'autre, n'impacte que marginalement le process, pour des phases au surplus facilement maîtrisables du fait de la conception même des cellules de l'invention. La standardisation permise par l'invention est avantageuse autant dans un objectif d'industrialisation que dans la perspective d'augmenter la rentabilité économique. Ainsi, selon l'invention, le procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway, utilisable pour plusieurs largeurs de cabines et adaptable à tout carénage extérieur, ladite cellule comportant deux fenêtres latérales et une ouverture frontale, se caractérise par les étapes suivantes : - moulage de deux demi-coques standards composites droite et gauche symétriques de largeur prédéterminée L ; - moulage de deux cadres droit et gauche standards symétriques pour des baies vitrées latérales, lesdits cadres étant aptes à être assemblés pour recouvrir les fenêtres latérales ; - en cas de largeur I de la cabine inférieure à L, détourage correspondant des bordures des fenêtres latérales pour obtenir la largeur I ; - assemblage des cadres de baies aux deux demi-coques droite et gauche ; - assemblage des deux demi-coques pour constituer la cellule de la cabine de pilotage. Il ne subsiste, dans le procédé de l'invention, et à titre essentiel, que deux moules pour les deux demi-coques, et les deux moules des cadres, quelle que soit la largeur finale des cellules des bouts d'extrémité et donc des cabines, et quelle que soit leur apparence ultérieure. L'invention permet en quelque sorte de mettre en oeuvre une cellule de cabine de pilotage standard, qui est utilisable pour toutes sortes de configurations, en autorisant au surplus des synergies entre les différentes versions proposables. L'industrialisation est de fait simplifiée et facilement reproductible, orientée vers la fabrication d'un modèle de base monodimensionnel conçu pour subir une opération également industrialisable de redimensionnement en d'autres largeurs d'une part, et autorisant la pose de carénages variés d'autre part, qui dépendent comme on l'a vu principalement des exigences du client final des rames de tramway. Le petit nombre de moules et par conséquent de pièces uniques, standards, à partir desquels la cellule est construite permet une amélioration notable de la productivité, par une augmentation sensible des cadences de production. L'industrialisation se traduit ici par un transfert de « poids » technologique entre le process utilisé dans le passé et celui qui fait l'objet de l'invention, qui se déplace en l'espèce vers des opérations d'usinage plutôt que de rester centré sur le travail de formage de la résine fibrée. Le déplacement du centre de gravité technique vers l'usinage est clairement générateur de gain, car il permet de simplifier considérablement lesdites opérations de formage de la matière, validant l'aspect économique suggéré auparavant. Il implique toutefois la conception d'une cellule de cabine particulière autorisant la mise en oeuvre aisée d'usinages simples permettant d'aboutir aux changements dimensionnels précités. Les cadres des baies latérales peuvent aussi être détourés, et le réglage de la largeur peut alors être obtenue de manière fine par un double réglage dimensionnel. Selon une possibilité aisée à mettre en oeuvre, les détourages peuvent être réalisés à l'aide de gabarits qui garantissent une reproductibilité compatible avec les standards industriels. Dans le procédé de l'invention, suite à l'assemblage des demi-coques, des arceaux supérieur et inférieur de fixation du pare-brise sont fixés au niveau des bordures supérieure et inférieure de l'ouverture frontale. A ce stade, outre les moules des deux demi-coques toujours identiques formant la base de la cellule et ceux des cadres de baies, des moules supplémentaires sont donc utilisés pour les arceaux prévus pour loger le pare-brise. En tout et pour tout, six moules sont donc utilisés. Lesdits arceaux ne sont ensuite pas concernés par les opérations d'usinage. Ensuite, toujours suite à l'assemblage des demi-coques, des inserts sont fixés à la cellule pour la fixation ultérieure de l'habillage extérieur. Ces inserts sont identiques et prévus pour être accostés par des inserts ou supports placés sur les éléments de carénage. Les deux demi-coques assemblées doivent bien entendu présenter la même résistance mécanique que l'unique pièce de l'art antérieur, et offrir notamment une résistance aux chocs et plus généralement une tenue mécanique compatibles avec les normes en vigueur. Pour leur assemblage, les demi-coques comportent à ces effets des interfaces de type retour composite collées et boulonnées, séparées par des entretoises garantissant la rigidité de la cellule ainsi que l'épaisseur de colle. Cet assemblage par collage et boulonnage avec interposition d'une entretoise qui place de facto une distance entre les surfaces en regard permet d'une part de ne pas attendre la fin de la polymérisation de la résine de collage, et d'autre part de maîtriser l'épaisseur de colle. Cette solution conduit à une optimisation des temps de cycle de fabrication, car elle ne nécessite plus d'attendre le séchage de la résine. La présence des retours composites augmente par ailleurs la rigidité de l'ensemble. De préférence, lorsqu'ils ont été le cas échéant détourés, les cadres de baies sont fixés sur les faces extérieures des bordures des fenêtres latérales. Au cours des opérations d'usinage/détourage, l'orientation des différentes faces qui participent à la fixation des cadres sur les demi-coques reste inchangée : cela résulte de la conception particulière des différents éléments qui interviennent dans les zones de fixation, qui sont tels que les opérations de détourage ne modifient pas le mode et la réalisation de la fixation, comme on le verra plus en détail dans la suite. Les cadres de baie sont également fixés par vissage/collage, ce qui permet d'assurer la tenue mécanique des cadres et optimise à nouveau le 15 temps de cycle, qui dépendrait sinon uniquement du temps de polymérisation de la colle. De préférence encore, le moulage de l'ensemble des composants est réalisé par transfert de résine composite. Cette technologie permet d'augmenter le taux des fibres de renfort intégré à la résine, qui est de 20 préférence supérieur à 35%. La résine est injectée en basse pression ou sous vide dans les moules fermés, munis des fibres de renfort, ce qui permet de limiter les émissions de COV par rapport à la solution manuelle existante. Une telle fabrication en infusion dans des moules assure une parfaite reproductibilité pour des cadences augmentées. Elle assure une maîtrise des 25 quantités de matière aboutissant in fine à un gain de masse, ainsi qu'une optimisation de la structure du matériau composite dans l'épaisseur. Pour mémoire, dans les technologies utilisées jusqu'ici, le taux de fibres de renfort ne dépassait pas 25%. Par la maîtrise de la qualité des matériaux utilisés, l'invention permet de mettre en oeuvre une amélioration globale de la 30 tenue mécanique des cellules de cabines de pilotage, amélioration qui résulte également du type de fixation par collage et boulonnage, dont on a mentionné le fait qu'il augmente la rigidité de la cellule composée des deux demi-coques. Comme évoqué à plusieurs reprises auparavant, le procédé de l'invention n'a de sens que si la configuration de la cellule était prévue en conséquence : la présente invention concerne donc également une cellule composite dont la fabrication permet la mise en oeuvre dudit procédé, qui se caractérise par conséquent en ce qu'elle est composée de deux demi-coques symétriques munies de deux fenêtres latérales et d'une ouverture frontale, lesdites fenêtres comportant des bordures dépassant vers l'extérieur dans une direction d'allure perpendiculaire à la surface de la fenêtre, sur les rebords libres extérieurs desquels reposent les baies vitrées intégrées à des cadres fixés sur les faces externes desdites bordures. L'existence de ces bordures minces, d'allure plane, permet de simplifier considérablement l'opération de détourage, lorsqu'une adaptation de la dimension en largeur est nécessaire. Un autre avantage de cette solution est de masquer complètement les zones de fixation des cadres aux bordures, après pose des vitres par dessus ces zones, comme on le verra plus en détail dans la suite. Selon une possibilité, la bordure avant de chaque fenêtre fait partie d'un montant de la cellule à section sensiblement en U évasé, ladite bordure avant étant l'une des parois générées par un des jambages du U et le cadre de la baie comportant un profilé apte à s'insérer dans l'ouverture dudit montant et doté de deux surfaces en regard des parois évasées. Les extrémités latérales du pare-brise se trouvent en pratique au niveau de la paroi générée par l'autre jambage du U, ce qui permet de réaliser un traitement avantageux des surfaces visibles extérieures à l'aide des carénages futurs. Ceux-ci peuvent en effet recouvrir les vitrages en partie haute et basse, ainsi que sur les côtés arrière, alors que la proximité entre les bords latéraux du pare-brise et les bords avant des baies vitrées permet un traitement par joint de raccordement lissé. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 représente en perspective les demi-coques symétriques en voie d'assemblage ; - la figure 2 montre, en vue perspective, la cellule assemblée ; - la figure 3 montre les deux cadres symétriques des baies vitrées latérales ; - la figure 4 représente les arceaux supérieurs et inférieurs utilisés pour la fixation du pare-brise ; - la figure 5 est une vue en coupe du système d'assemblage des retours composites par boulonnage et collage ; - la figure 6 illustre, en section, la fixation d'un cadre de baie vitrée latérale dans un montant avant de la cellule, en deux positions correspondant à deux largeurs distinctes ; - la figure 7 représente, encore en section, la fixation à un montant arrière de la même baie latérale, pour deux largeurs distinctes ; - la figure 8 représente, toujours en section, la fixation de la partie supérieure du cadre de la baie dans deux largeurs ; et - la figure 9 correspond à la figure 8, mais pour la partie inférieure du cadre de la baie latérale. En référence à ces figures, et compte tenu de la symétrie toujours présente, les références numériques ont été conservées pour deux composants symétriques, la différenciation s'effectuant en l'espèce à l'aide d'un prime (') ajouté à la référence numérique pour l'une des deux demi- coques. Ainsi, la cellule de cabine de pilotage de véhicule du type tramway telle qu'elle apparaît par exemple en figure 2, fabriquée selon l'invention en matériau composite, est constituée de deux demi-coques (1, 1') munies chacune d'une fenêtre latérale (2, 2'), la partie frontale de chaque demi- coque (1, 1') comportant une ouverture prévue pour constituer après assemblage l'ouverture (3) du pare-brise. Les figures 1 et 2 montrent que la périphérique des fenêtres (2, 2') est constituée sur les quatre côtés (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') par une bordure plane qui présente une certaine profondeur, ce qui constitue le moyen, au sens de l'invention, d'effectuer un détourage simple permettant d'adapter la largeur des cellules (1), et par conséquent des bouts d'extrémité des rames, au gré de la conception finale de celles-ci. Ces bordures planes proéminentes (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') servent à la fixation des cadres des baies vitrées (4, 4') qui apparaissent en figure 3. Ces cadres (4, 4') présentent un profilé particulier qui leur permet de se fixer auxdites bordures de la manière qui sera expliquée plus en détail dans la suite. Ils sont également soumis à une opération d'usinage/détourage de manière à adapter s'il y a lieu le dimensionnement de l'extérieur de la cellule (1), munie de ses vitrages, aux contraintes dimensionnelles prévues pour la rame finie. Ces contraintes dimensionnelles n'affectent pas le pare-brise, qui conserve un dimensionnement unitaire. Ce pare-brise est fixé à la cellule (1) via un arceau supérieur (5) et un arceau inférieur (6) montés à l'extérieur des bords de l'ouverture (3) recouverte par le pare-brise. Leur forme en arceau permet de préserver la fonction anti intrusion en cas de choc frontal ou latéral. La figure 5 montre le principe de l'assemblage à l'aide d'un boulonnage (7) effectué dans des retours composites des demi-coques (1, 1') se déployant dans une direction d'allure perpendiculaire à la surface principale de celle-ci, dans la zone d'assemblage. La fixation est complétée par de la colle polymère (9), dont l'épaisseur est garantie par la pose d'une entretoise (8) dans le boulon (7). La figure 6 montre une section perpendiculaire du montant avant (10) des demi-coques (1, 1'), en forme de U évasé au débouché duquel s'insère un profilé particulier (11) dépassant des baies (4, 4'). Les marques (a) et (b) montrent deux dimensionnements distincts du montant (10) correspondant à 3012 785 9 deux versions différentes de cellules, et donc de largeur de bout d'extrémité de tramway. Le moulage d'origine permet d'aboutir à la dimension (a), alors qu'un détourage, c'est-à-dire un usinage particulier de la paroi du montant proximal 5 (11, 11') de la baie vitrée latérale, permet d'aboutir à un second dimensionnement (b). Il en va de même pour la figure 7, qui montre en section le montant arrière (12, 12') du cadre de baie (4'), et les deux dimensionnements (b) et (a) obtenus respectivement après détourage et sans détourage. Dans les 10 deux cas, c'est-à-dire pour les montants respectivement avant (10) et arrière, les écarts générés par les différences de largeurs dus aux détourages sont gérés au niveau des zones de collage, qui sont d'allure parallèle aux bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') des cadres (4, 4') et recouvertes par les vitrages, du fait de la forme particulière desdits cadres (4, 4'). 15 La même logique s'applique dans les figures 8 et 9, représentant respectivement la portion supérieure (13') du cadre de baie (4'), et la portion inférieure (14') du cadre de baie (4'). Essentiellement, le procédé de fabrication comporte donc les étapes suivantes : 20 - moulage de deux demi-coques (1, 1') droite et gauche symétriques ; - moulage de deux cadres droit et gauche (4, 4') symétriques pour des baies vitrées latérales ; - en cas d'adaptation de largeur de cabine, détourage correspondant des bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') prévues à cet effet des 25 fenêtres latérales (2, 2'), et le cas échéant desdits cadres (4, 4') des baies latérales ; - assemblage des cadres de baies (4, 4') aux deux demi-coques (1, 1') ; - assemblage des deux demi-coques (1, 1') pour constituer la cellule de la cabine de pilotage. L'invention ne se limite pas à l'exemple donné via les figures annexées, mais elle englobe également les variantes de forme et de constitution qui sont incluses, pour l'homme de l'art, dans la portée des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train, utilisable pour plusieurs largeurs de cabines et adaptable à tout carénage extérieur, ladite cellule comportant deux fenêtres latérales (2, 2') et une ouverture frontale (3), caractérisé par les étapes suivantes : - moulage de deux demi-coques (1, 1') standards composites droite et gauche symétriques de largeur prédéterminée L ; - moulage de deux cadres (4, 4') droit et gauche standards symétriques pour des baies vitrées latérales, lesdits cadres (4, 4') étant aptes à être assemblés pour recouvrir les fenêtres latérales (2, 2') ; - en cas de largeur I de la cabine inférieure à L, détourage correspondant des bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') des fenêtres latérales (2, 2') pour obtenir la largeur I ; - assemblage des cadres (4, 4') de baies aux deux demi-coques (1, 1') droite et gauche ; - assemblage des deux demi-coques (1, 1') pour constituer la cellule de la cabine de pilotage. 2. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits cadres (4, 4') des baies latérales sont détourés. 3. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les détourages sont réalisés à l'aide de gabarits. 4. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon l'une des revendicationsprécédentes, caractérisé en ce que, suite à l'assemblage des demi-coques (1, 1'), des inserts sont fixés à la cellule pour la fixation de l'habillage extérieur. 5. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux demi-coques (1, 1') comportent des interfaces de type retour composite collées et boulonnées, séparées par des entretoises (8) garantissant la rigidité de la cellule ainsi que l'épaisseur de colle (9). Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cadres (4, 4') des baies sont fixés sur les faces extérieures des bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') des fenêtres (2, 2') latérales. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les cadres (4, 4') de baies sont fixés par vissage/collage. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moulage est réalisé par transfert de résine composite. Procédé de fabrication d'une cellule de cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon la revendication 25 précédente, caractérisé en ce que le taux de fibres de renfort intégré à la résine est supérieur à 35 %. 10. Cellule composite pour cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train fabriquée selon le procédé des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est composée de deux 30 demi-coques (1, 1') symétriques munies de deux fenêtres (2, 2') latérales et d'une ouverture frontale (3), lesdites fenêtres (2, 2')6. 7. 8. 9.comportant des bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24') dépassant vers l'extérieur dans une direction d'allure perpendiculaire à la surface de la fenêtre, sur les rebords libres extérieurs desquels reposent les baies vitrées intégrées à des cadres (4, 4') fixés sur les faces externes desdites bordures (21, 22, 23, 24 ; 21', 22', 23', 24'). 11 Cellule composite moulée universelle pour cabine de pilotage de véhicule de type tramway ou train selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la bordure avant (21, 21') de chaque fenêtre fait partie d'un montant (10) de la cellule à section sensiblement en U évasé, ladite bordure avant (21, 21') étant l'une des parois générées par un des jambages du U et le cadre (4, 4') de la baie comportant un profilé (11) apte à s'insérer dans l'ouverture dudit montant (10) et doté de deux surfaces en regard des parois évasées.