Brevet FR3053423A1 — publié le 20180105

MATERIAU POUR DISPOSITIF DE FILTRATION DES VIBRATIONS, DISPOSITIF DE FILTRATION DES VIBRATIONS ET SYSTEME D'ESSUYAGE COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF Le domaine de la présente invention est celui de la filtration des vibrations générées par le fonctionnement de moteurs électriques de petite taille. Par petit moteur électrique de petite taille on entend dans le cadre de la présente invention un moteur pas à pas, un actuateur, un moteur à courant continu ou un moteur asynchrone, dont la masse est inférieure à 10 kg, en particulier utilisés pour actionner des équipements pour les véhicules, et plus particulièrement des équipements pour l'essuyage des vitres d'un véhicule. Le type de moteur concerné par l'invention constitue ainsi une source solidienne active et a pour caractéristique principale que les niveaux d'accélérations vibratoires que l'on va chercher à filtrer sont du même ordre de grandeur quelle que soit la fréquence, pour une bande de fréquence comprise entre 40 et 2000Hz. Ce type de source peut être qualifié de source d'accélération, par comparaison à des sources, plutôt d'encombrement et de masse beaucoup plus grandes, dont les niveaux de déplacement seraient du même ordre de grandeur quelle que soit la fréquence, pour une bande de fréquence utile comprise entre 10 et 300 Hz, typiquement. Il existe ainsi un besoin de définir un matériau spécifique pour un dispositif de filtration, adapté à une source solidienne active pour laquelle l'excitation vibratoire est de type source d'accélération dans une bande de fréquence comprise entre 40 et 2000Hz. Un exemple d'une telle source solidienne active, non limitatif de l'invention, est un moteur de système d'essuie-glace. Les véhicules automobiles sont couramment équipés de système d'essuie-glace pour assurer un balayage et un lavage du pare-brise ou de la lunette arrière et éviter que la vision qu'a le conducteur de son environnement ne soit perturbée. Le moteur d'essuie-glace est associé soit à un système mécanique, classiquement un système de bielle manivelle, soit à une fonction électronique, de façon à assurer un mouvement de va-et-vient angulaire d'un ou plusieurs axes de sortie. Sur ces axes de sortie, sont positionnés des bras allongés, porteurs eux-mêmes de lames racleuses. Ces 3053423 2 lames frottent contre le pare-brise et évacuent l'eau en l'amenant en dehors du champ de vision du conducteur. Le système d'essuie-glace est généralement monté sur le véhicule ou plus particulièrement sur le châssis, en au moins trois points de fixation prévus à cet 5 effet, par l'intermédiaire de pièces d'interface appelées plots amortisseurs. Les plots amortisseurs ont pour vocation de filtrer les vibrations générées par la source solidienne active avant leur transmission via les points de fixation vers l'intérieur du véhicule où ils sont perçus par les capteurs sensoriels vibratoires et/ou acoustiques des passagers. 10 La fonction de filtration des plots amortisseurs pour une sources d'accélération telle qu'un système d'essuyage dépend de l'ordre de grandeur des valeurs de raideur dynamique de transfert du plot amortisseur, en compression comme en ment. La raideur dynamique de transfert (IS0-10846) est définie pour un dispositif de filtration donné, un niveau 15 de fréquence donné, sous une pré-charge donnée, à une température donnée, et un niveau de sollicitation donné par un binôme en cisaillement (module et déphasage ou partie réelle et imaginaire) et en compression (module et déphasage ou partie réelle et imaginaire). Sa valeur, en N/m, est mesurée à l'aide d'un dispositif de mesure de raideur directe ou indirecte selon la norme IS0- 20 10846. Le module d'élasticité d'un matériau donné est une raideur de transfert rapportée au facteur de forme de la pièce testée. Les bruits d'essuyage perçus dans l'habitacle proviennent notamment des vibrations créées par le moteur électrique en transitant par vibration par les points 25 de fixation, vers le châssis, pour finalement rayonner à l'intérieur de l'habitacle. Les plots amortisseurs en caoutchouc localisés à l'interface entre le système d'essuyage et les points de fixation ont pour fonction de filtrer ces vibrations, autrement dit de limiter l'effet de transmission. Cependant, les plots actuels ne permettent pas de répondre 30 aux attentes. En effet, le bruit perçu à l'intérieur de l'habitacle peut présenter des composantes gênantes jusqu'à 2000Hz et pour remplir la fonction de filtration, il convient de concevoir des plots en caoutchouc aptes à filtrer les vibrations sur la plus large gamme possible de 40-2000Hz. 3053423 3 La raideur dynamique de transfert du plot amortisseur varie en fonction de la fréquence, de la température, du niveau de précharge et du niveau de sollicitation : pour des fréquences voisines de 1000Hz les plots utilisés dans l'art antérieur présentent des valeurs de raideur dynamique de transfert trop 5 importantes pour une filtration satisfaisante. Il existe un besoin pour réaliser des plots en caoutchouc de caractéristiques présentant une courbe de raideur dynamique de transfert qui dépend peu de la fréquence à température ambiante, sous condition de charge donnée et pour une source d'accélération. 10 En outre, mettre au point une matière de très basse dureté a pour inconvénient de dégrader les propriétés mécaniques de la matière, ainsi notamment, la caractéristique de Résistance à la Rupture, se retrouve à un niveau faible de l'ordre de 6 à 8 MPa. Il existe un besoin pour concevoir un matériau de très basse dureté tout en ayant des propriétés mécaniques satisfaisantes. 15 Le but de la présente invention est donc de répondre au moins en partie aux besoins décrits ci-dessus. Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un matériau adapté à des sources solidiennes actives de type petit moteur électrique pour véhicule automobile pour lesquels l'excitation vibratoire est de type « source 20 d'accélération » dans une bande de fréquence comprise entre 40 et 2000Hz, caractérisé en ce que en ce que sa dureté est inférieure à 40 Shore A et son niveau de résistance à la rupture est supérieur à lOMPa. Le niveau de résistance à la rupture est par exemple supérieur à 12MPa, voire supérieur ou égal à 14 MPa. 25 Le matériau selon l'invention présente en particulier des caractéristiques viscoélastiques telles que le module d'élasticité complexe I E*I , mesuré pour une fréquence de 1000Hz sous excitation de 0,1pm pic/pic, sous 8% de pré-charge, et à température ambiante, soit inférieur à 8,5 MPa. Le module d'élasticité complexe E*I correspond sensiblement à la partie réelle du module d'élasticité E'. 30 Le module d'élasticité complexe I , mesuré pour une fréquence de 200Hz sous excitation de 2,5 pm pic/pic pour un exemple de plot cylindrique de hauteur 14mm et section 6mm2 réalisé dans un matériau selon l'invention est par exemple inférieur à 4,5 MPa. Selon un autre exemple, de le module d'élasticité 3053423 4 complexe I El , mesuré pour une fréquence de 50Hz sous 40 pm pic/pic, sous 8% de précharge, et à température ambiante est inférieur à 3.8 MPa. 5 Matériau La dureté du matériau est par exemple comprise entre 20 et 40 Shore A , notamment entre 30 et 40 Shore A, en particulier entre 35 et 40 Shore A. De façon connue de l'homme du métier, la dureté est mesurée à température ambiante à l'aide d'un Duromètre normalisé. 10 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, indépendamment ou en combinaison: Le matériau comprend plusieurs caoutchoucs. Le matériau comprend au moins un caoutchouc de grades étendus aux huiles, notamment étendu à 100pcc (« phr » en anglais). On entend par 15 caoutchouc de grades étendus aux huiles un caoutchouc contenant une huile plastifiante pré-intégrée lors de la phase de polymérisation. Ces élastomères de très hauts poids moléculaires sont capables de par leur structure interne, de retenir à coeur l'huile plastifiante. - Le matériau comprend une huile minérale d'origine pétrolière 20 composé de motifs à structure paraffinique, naphténique et aromatique, le taux de motifs à structure paraffinique est en particulier supérieur à 60% et le taux de motifs à structure aromatique inférieur à 10%. - Le matériau comprend un caoutchouc de SBR (styrène-butadiène) et/ou un caoutchouc d'EPDM (éthylène-propylène-diène monomère) 25 - Le matériau comprend au moins un caoutchouc d'EPDM à taux d'éthylène supérieur à 60%, notamment un caoutchouc d'EPDM étendu aux huiles. - le matériau comprend au moins un caoutchouc d'EPDM à taux d'éthylène compris entre 45% et 50%, 30 - le matériau comprend au moins un caoutchouc d'EPDM à taux de diène supérieur à 5%, voire supérieur à 8%, 3053423 5 - le matériau présente une viscosité Mooney inférieure à 40 points Mooney, notamment comprise entre 34 et 40 points Mooney ML(1+4)100°C selon la norme en vigueur NFT43005. L'invention permet d'atteindre un niveau de dureté très faible inférieure à 40 5 Shore A, voire de l'ordre de 30 à 40 Shore A sans avoir recours à un matériau présentant un taux de plastifiant élevé, ce qui empêcherait - lors de la confection du mélange - de générer suffisamment de frottement entre l'élastomère et les autres additifs nécessaire à la formulation. Le choix d'un caoutchouc d'EPDM de grades étendus aux huiles permet une 10 meilleure résistance à l'oxydation, en particulier une tenue ozone compatible avec les standards. Le matériau utilisé dans l'invention présente ainsi une aptitude à ne pas générer de craquelure après une exposition à 200pphm de concentration ozone, à 40°C pendant 72h sous une déformation de 15%. Le taux de diène est notamment choisi pour permettre une meilleure 15 efficacité de vulcanisation. Un taux d'éthylène supérieur à 60% permet au grade d'EPDM ainsi sélectionné de revêtir un caractère semi-cristallin qui lui confère une meilleure tenue mécanique que les grades EPDM classiques, amorphes aux taux d'éthylène de l'ordre de 50 à 60%. 20 Dispositif de filtration Selon un autre de ses aspects l'invention a pour objet un dispositif de filtration pour petit moteur électrique, notamment de véhicule, réalisé en un matériau tel que décrit précédemment. Grâce à l'invention, de par les caractéristiques visco-élastiques du matériau 25 choisi, le dispositif assure un meilleur découplage entre les moyens de fixation du moteur, notamment une timonerie, et l'habitacle. Le dispositif présente en particulier une raideur dynamique de transfert à température ambiante comprise entre 0.1 N/m et 10 N/m sur la bande de 30 fréquence comprise entre 40 et 2000Hz, notamment entre 50 et 1000Hz.. La raideur dynamique, exprimée en N/m, est mesurée à température ambiante à l'aide d'une DMA (Dynamic Mechanical Analysis). Le dispositif comporte par exemple un plot ou bloc amortisseur. 3053423 6 Le dispositif de filtration sert notamment au montage d'un support d'un mécanisme d'essuie-glace. Le plot comporte en particulier un alésage qui est par exemple traversant. L'alésage est situé notamment au niveau de l'axe longitudinal du plot. 5 Le dispositif d'amortissement est par exemple tel que divulgué dans la demande de brevet EP 2 767 768. Selon encore un autre de ses aspects l'invention a pour objet un système d'essuyage d'une vitre d'un véhicule comprenant au moins un dispositif de filtration tel que décrit précédemment. 10 Le système comporte par exemple trois dispositifs de filtration. Les dispositifs de filtration sont de forme identique ou non. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation 15 avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 illustre en perspective un système d'essuyage d'une vitre d'un véhicule conforme à l'invention, les figures 2 à 6 illustrent des exemples de réalisation de dispositifs de filtration selon l'invention, et 20 les figures 7 à 12 illustrent en coupe axiale d'autres exemples de réalisation de dispositifs de filtration. On a représenté à la figure 1 un système d'essuyage 20 d'une vitre 150 d'un véhicule qui comporte un motoréducteur 22, deux arbres d'entraînement 24 des balais d'essuyage 25 en rotation autour d'un 25 axe vertical, et une timonerie 26 qui transforme le mouvement de rotation continu de la sortie du motoréducteur 22 en un mouvement de rotation alternée de chaque arbre d'entraînement 24. Le système d'essuyage 20 est monté sur un élément de structure de caisse du véhicule 100 en trois points définis par des moyens de 30 montage 32 du système d'essuyage agencés pour coopérer avec des moyens complémentaire 36 de l'élément de structure de caisse 100. 3053423 Le mécanisme d'essuie-glace/ système d'essuyage 20 est un élément qui génère des vibrations qui sont transmises jusqu'aux utilisateurs du véhicule lorsque le système d'essuyage 20 est directement relié à l'élément de structure de caisse. 5 Dans le but de filtrer les vibrations produites par le mécanisme d'essuie-glace 20, et pour empêcher que celles-ci ne soient transmises à l'élément de structure de caisse du véhicule, les moyens de montage 32 comportent chacun un dispositif de filtration 10 qui est interposé entre la timonerie 26 , notamment un support 14 de la 10 timonerie illustré sur les exemples des figures 7 à 11, et la structure de caisse 100. Les dispositifs de filtration 10 du système d'essuyage 20 comportent un bloc amortisseur 1 réalisé en un matériau M présentant une dureté inférieure à 40 Shore A et un niveau de résistance à la rupture supérieur à 1 OMPa. 15 Dans l'exemple illustré la dureté du matériau M est notamment comprise entre 20 et 40 Shore A. Le matériau présente en particulier une viscosité Mooney inférieure à 40 points Mooney , en particulier comprise entre 34 et 40 points Mooney ML(1+4)100°C 20 Dans l'exemple illustré le matériau constitutif des dispositifs d'amortissement 1 comprend plusieurs caoutchoucs M1, M2. Il comprend en particulier au moins un caoutchouc de grades étendus aux huiles, notamment étendu à 100pcc. Le matériau comprend en particulier un premier caoutchouc d'EPDM à 25 taux d'éthylène supérieur à 60% et un deuxième caoutchouc d'EPDM, ce dernier présentant un taux d'éthylène compris entre 45% et 50%. Le premier et le deuxième caoutchouc d'EPDM présentent un taux de diène supérieur à 5% en particulier supérieur à 8%. Les blocs amortisseur 1 des dispositifs 10 illustrés aux figures 2 à 6 comportent par exemple une gorge 15 30 entre deux collerettes 12. Ils peuvent présenter selon les modes de réalisation une symétrie de révolution selon leur axe longitudinal X. Les dispositifs d'amortissement 10 comportent notamment un alésage traversant 16. 3053423 8 Exemple de réalisation : FORMULE MATERIAU pcc (phr en anglais) EPDM 100pcc huile / 64% ethylene / 8.7%'ENB 1.10 à 150 EPDM 48% ethylene / 9% ENB 15 à 55 Noir de carbone 30 à 70 Huile paraffinique 20 à 40 Craie 20 à 30 ZnO actif 5 Acide stéarique 1 Du point de vue procédé de mélange, cette formule est équilibrée selon un ratio de charge de (noir de carbone + craie) / plastifiant de 74 / 30 pcc permettant de 5 réaliser un mélange homogène selon un process de type industriel, d'incorporation rapide (de l'ordre de cinq minutes) et n'occasionnant aucun phénomène de collage aux parois du mélangeur. La quantité d'huile déjà contenue dans le polymère permet de conférer au 10 mélange sa souplesse. Le niveau de viscosité Mooney du matériau égal à 33 pts Mooney est suffisamment bas et permet d'envisager un procédé de moulage par compression, ou compression tranfert, ou même par moulage injection. 15 Le mélange ainsi confectionné puis vulcanisé 10 minutes à 190°C par moulage compression. Il présente les propriétés mécaniques suivantes : dureté(Shore A) (pts) 38 Module 100% (MPa 0.9 Module 300% (MPa) 2.4 résistance à la rupture (MPa 14 allongement à la rupture (%) 980 dureté(Shore A) (pts) 38 3053423 9 Lors des tests effectués, pour une plage de fréquence entre 40 et 1000Hz, le module de la raideur dynamique de transfert mesurée varie entre 0.1N/m et 10 N/m. L'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés. Les exemples de 5 matériau ci-dessus comportent un caoutchouc d'EPDM. L'invention couvre également des matériaux comprenant un caoutchouc de SBR. REVENDICATIONS1. Matériau (M) adapté à des sources solidiennes actives de type petit moteur électrique pour véhicule automobile pour lesquels l'excitation vibratoire est de type source d'accélération dans une bande de fréquence comprise entre 40 et 2000Hz, caractérisé en ce que sa dureté est inférieure à 40 Shore A et son niveau de résistance à la rupture est supérieur à 1 OMPa. 2. Matériau selon la revendication 1, pour lequel la dureté est comprise entre 20 et 40 Shore A, voire entre 30 et 40 Shore A. 3. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs caoutchoucs (M1, M2). 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un caoutchouc de grades étendus aux huiles, notamment étendu à 100pcc 5. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une huile minérale d'origine pétrolière composé de motifs à structure paraffinique, naphténique et aromatique, les taux de motifs à structure paraffinique et à structure aromatique étant en particulier respectivement supérieur à 60% et inférieur à 10%. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 comprenant un caoutchouc d'EPDM. 7. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un caoutchouc d'EPDM à taux d'éthylène supérieur à 60%, notamment un caoutchouc d'EPDM étendu aux huiles. 30 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un caoutchouc d'EPDM à taux d'éthylène compris entre 45% et 50%. 35 9. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, 3053423 11 comprenant au moins un caoutchouc d'EPDM à taux de diène supérieur à 5%, voire supérieur à 8%. 10. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une viscosité Mooney inférieure à 40 points Mooney, notamment comprise entre 34 et 40 points Mooney. 11. Dispositif de filtration des vibrations(10) pour petit moteur électrique, notamment de véhicule, comportant un bloc amortisseur (1) réalisé en un 10 matériau (M) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Système d'essuyage (20) d'une vitre d'un véhicule comprenant au moins un dispositif de filtration (10) selon la revendication précédente. 15