Brevet FR3066140A1 — publié le 20181116

Composant pour véhicule automobile Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine des composants destinés à l'industrie automobile, plus précisément des composants en plastique. L'invention concerne un composant pour véhicule automobile ainsi que son 1 o procédé de fabrication. Etat de la technique Les régulations européennes concernant l'émission de CO2 ne cessent de se 15 durcir. Un objectif de 95 grammes de CO2 par kilomètre est attendu d'ici 2020. Un poids non négligeable au sein du véhicule automobile engendre une consommation importante de carburant et un niveau élevé d'émission de dioxyde de carbone (CO2). Les pièces en métal utilisées auparavant deviennent obsolètes et sont au fur 20 et à mesure remplacées par des pièces en plastique dont la densité est grandement inférieure. De manière connue, des matériaux polymères de haute performance ont été utilisés pour répondre aux contraintes associées à l'utilisation de chacun des 25 composants. Les propriétés des matériaux polymères de haute performance utilisés dépendent alors des niveaux de contraintes exercées, aussi bien au niveau mécanique qu'au niveau de la température. Bien que représentant une grande avancée, ces matériaux haute performance 30 sont extrêmement coûteux et entrainent une augmentation du prix du composant et par conséquent du véhicule. 3066140 2 Objet de l'invention La présente invention vise à pallier au moins partiellement certains des 5 inconvénients décrits ci-dessus. Un des objectifs de l'invention est en effet de diminuer les coûts de fabrication des composants utilisés dans les véhicules automobiles. Un second objectif de l'invention est de proposer un composant permettant de diminuer l'émission de CO2 des véhicules sur lesquels ils sont installés. L'invention concerne un composant pour véhicule automobile fabriqué au moins partiellement en matière plastique et formant au moins deux régions distinctes : - une première région dite région renforcée et comportant un organe de renfort, - une deuxième région environnante de la première région, L'objet de l'invention est remarquable en ce que : - la région renforcée est apte à résister à des contraintes mécaniques et/ou à des contraintes thermiques supérieures aux contraintes mécaniques et/ou thermiques appliquées à la deuxième région, - la région renforcée comporte une portion moulée formant un ensemble monobloc avec une portion de la région environnante. Un tel composant permet à la fois de résister aux contraintes thermiques et/ou mécaniques lors de son usage, tout en réduisant les coûts de fabrication puisque les matériaux haute performance sont uniquement utilisés sur des zones spécifiques et non pas pour fabriquer la totalité du composant. De plus, l'utilisation de matériaux plastiques facilite la fabrication du composant puisque n'importe quelle forme, même complexe, peut facilement être réalisée grâce à une seule étape de moulage. 3066140 3 Le composant selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - l'organe de renfort est au moins partiellement noyé, notamment totalement noyé ; 5 - l'organe de renfort est réalisé en matériau polymère renforcé avec des fibres de carbone et/ou des fibres de verre et/ou des fibres tressées et/ou des fibres naturelles bio-sourcées ; - la région environnante est réalisée dans un matériau polymère standard ; - l'organe de renfort est appliqué sur une surface extérieure de la portion io moulée de la région renforcée ; - l'organe de renfort est au moins une bande ; - la bande comporte des éléments de renfort. ; - les éléments de renforts sont des fibres de carbone et/ou des fibres de verre et/ou des fibres tressées et/ou des fibres naturelles bio-sourcées ; 15 - la bande est positionnée dans l'alignement de la direction de la contrainte mécanique ; - la bande comporte entre 20% et 60% d'éléments de renfort ; - l'organe de renfort est un squelette ; - le squelette est réalisé en matériau polymère, notamment en matériau 20 polymère plus performant que le matériau dans laquelle est réalisée la région environnante ; - l'organe de renfort recouvre moins de 50% de la surface extérieure dudit composant ; - l'organe de renfort recouvre moins de 30% de la surface extérieure dudit 25 composant ; - l'organe de renfort recouvre moins de 20% de la surface extérieure dudit composant ; - l'organe de renfort recouvre moins de 10% de la surface extérieure dudit composant. 30 L'invention concerne aussi un dispositif de gestion thermique pour véhicule 3066140 4 comportant un composant selon l'invention, ledit dispositif étant notamment choisi parmi la liste suivante : un refroidisseur d'air de suralimentation à eau (WCAC), un refroidisseur d'air de suralimentation (CAC), un refroidisseur de batterie, un module de face avant (FEM), un système de ventilation, un boitier EGR, des volets pilotés de 5 face-avant (AGS), un système de climatisation (par exemple un HVAC), un radiateur, un compresseur. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un composant pour véhicule automobile selon l'invention comportant une unique étape de moulage io comprenant les étapes consistant à: - positionner un organe de renfort dans un moule au niveau de la région renforcée de manière à ce que ladite région renforcée puisse résister à des contraintes mécaniques et/ou à des contraintes thermiques supérieures aux contraintes mécaniques 15 et/ou thermiques appliquées sur la région environnante, - injecter le matériau constituant la région environnante de manière à ce que la portion moulée de la région renforcée forme un ensemble monobloc avec au moins une partie de la région environnante. 20 Le procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs étapes supplémentaires, prises séparément ou en combinaison : - identifier une direction associée à chacune des contraintes mécaniques associées à la région renforcée ; 25 - positionner au moins une bande dans le moule parallèlement à la direction de la contrainte mécanique ; - réaliser l'organe de renfort par injection sous la forme d'un squelette ; - prédéfinir un seuil égal à une valeur de température, comprise par exemple entre 170°C et230°C, concernant les contraintes thermiques ; 30 - prédéfinir un seuil égal à une valeur de la résistance à la traction, comprise par exemple entre 20 MPa et 50 MPa à 23°C et/ou une valeur du module 3066140 5 d'élasticité, comprise par exemple entre 8 GPa et 40 GPa à 23°C, concernant les contraintes mécaniques ; déterminer les différentes régions grâce à la méthode des éléments finis (FEM). 5 Description des figures D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description io de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure la est une représentation schématique d'un composant selon l'invention, l'organe de renfort se trouvant sur la surface extérieure de la région renforcée ; - la figure lb est une vue en coupe selon AA du composant de la figure 15 1 ; - la figure 2 est une vue en coupe d'une variante du composant des figures la et 1 b, l'organe de renfort étant noyé dans la région renforcée ; - la figure 3 représente une simulation d'un composant selon l'invention, 20 ledit composant étant un module de face avant ; - les figures 4a et 4b représentent des simulations d'un composant selon l'invention, ledit composant étant une boîte d'un refroidisseur d'air. 25 Description détaillée des modes de réalisation L'invention concerne un composant 1 pour véhicule automobile, tel un refroidisseur d'air de suralimentation à eau (WCAC), un refroidisseur d'air de suralimentation (CAC), un refroidisseur de batterie, un module de face avant (FEM), 30 un système de ventilation, un boitier EGR, des volets pilotés de face-avant (AGS), un système de climatisation (par exemple un HVAC), un radiateur, un compresseur.... 3066140 6 Le composant 1 peut être considéré comme un élément à part entière ou seulement comme une partie d'un élément constitutif du véhicule automobile. Il est au moins partiellement fabriqué en matière plastique, notamment au moins 50% du composant 1 est réalisé en plastique réduisant ainsi sa masse et par 5 conséquent son impact environnemental. Comme illustré sur la figure la, le composant 1 se découpe en au moins deux régions 21, 22. Il peut toutefois être décomposé en un plus grand nombre de régions, suivant la taille dudit composant 1 ou encore son application. Le positionnement des régions 21, 22 dépend de la valeur des contraintes io thermiques et/ou mécaniques appliquées sur le composant 1 lors de son usage. Des exemples de découpage sont donnés sur les figures 3, 4a et 4b. Ce découpage peut par exemple être effectué grâce à des méthodes de simulation telle que la méthode des éléments finis (FEM) qui permet de déterminer les points de fortes contraintes afin de décider de la position de la ou des régions nécessitant un renforcement. 15 Dans un souci de simplification, le composant 1 a seulement été découpé en deux régions 21, 22. Il peut toutefois présenter un plus grand nombre de régions dans le cas où il nécessite des renforcements en différents points. En effet, il peut y avoir plusieurs régions 21 nécessitant des renforcements dans des orientations différentes ou identiques en fonction des contraintes mécaniques. 20 Les figures 1 a, lb et 2 montrent un composant 1 composé de deux régions distinctes 21, 22 : - une première région 21, dite région renforcée ; - et une deuxième région 22, dite région environnante. 25 Les deux régions 21, 22 sont reliées l'une à l'autre. Au moins une portion moulée 4 de la région renforcée 21 forme un ensemble monobloc avec la région environnante 22. Cette particularité est réalisée grâce à une unique étape de moulage lors de laquelle les deux régions 21, 22 sont solidarisées. En plus 3066140 7 d'améliorer le raccordement entre les deux régions 21, 22, cette étape unique permet de simplifier le procédé, diminuant ainsi les coûts de fabrication du composant 1. La région environnante 22 est, de préférence, fabriquée en plastique dans des 5 matériaux standards tels que le polypropylène (PP), le polyamide (PA), le polyphtalamide (PPA), le polyphénylène sulfide (PPS), le polyetheretherketone (PEEK), le polyaryletherketone (PAEK). Elle peut également être réalisée grâce à des mélanges de matériaux polymères (comme par exemple un mélange polyamide/polypropylène ou encore un mélange polyamide/polyphtalamide), ou 1 o encore au moyen de matéraiux polymères chargés. Ces matériaux ont tous une densité inférieure à celles des métaux utilisés communément pour la fabrication des composants utilisés dans l'industrie automobile. De plus, n'importe quelle forme complexe peut être réalisée aisément par moulage, rendant ces matériaux accessibles pour des applications diverses. 15 La région renforcée 21 est composée d'une portion moulée 4 et d'un organe de renfort 3a, 3b. Comme décrit précédemment, la portion moulée 4 forme un ensemble monobloc avec au moins une portion de la région environnante 22. L'organe de renfort 3a, 3b permet de renforcer le composant dans des zones 20 bien précises. En effet, lors de l'usage du composant, des contraintes plus importantes que sur le reste dudit composant sont appliquées sur certaines zones. Ces contraintes peuvent être thermiques, mécaniques, ou encore une combinaison des deux. Les régions renforcées 21 correspondantes vont donc devoir être constituées de matériaux pouvant résister à ces contraintes spécifiques. 25 Dans un mode de réalisation préféré représenté sur la figure 2, l'organe de renfort 3a, 3b est complètement noyé dans la portion moulée 4 de la région renforcée 21. Il peut toutefois être seulement partiellement noyé ou encore, comme représenté sur la figure lb, positionné sur la surface extérieure de la portion moulée 30 4. Cette caractéristique peut dépendre de divers facteurs tels que l'épaisseur nécessaire pour le composant 1, le procédé de fabrication... 3066140 8 L'organe de renfort 3a, 3b peut être de taille très variable selon les applications dans lesquelles le composant 1 est utilisé. Il peut être présent sur la totalité du composant 1. Il peut toutefois, recouvrir, par exemple, seulement 50% de la surface extérieure du composant 1. Il peut également recouvrir une surface 5 inférieure comprise entre 50% et 5% de la surface extérieure dudit composant 1. Les figures 1 a, lb et 2 représentent un premier mode de réalisation dans lequel l'organe de renfort se présente sous la forme d'au moins une bande 3a venant se placer sur la (ou les zones) de fortes contraintes. La bande 3a est formée d'une 1 o résine fabriquée dans un matériau plastique et permet un placement aisé et rapide au niveau des zones de fortes contraintes. Ce matériau plastique est préférentiellement choisi de manière à être le plus compatible possible avec le matériau utilisé pour fabriquer la région environnante 22 et/ou le matériau utilisé pour la portion moulée 4 de la région renforcée 21. La résine est réalisée dans des 15 matériaux polymères ayant une performance plus haute que celle du matériau utilisé pour réaliser la région environnante 22, comme par exemple des polymères contenant une ou plusieurs charges, notamment des charges minérales telles que du talc, du mica, du verre, du carbone, de l'aramide ou encore des nano-charges . Ces charges permettent d'améliorer la solidité du matériau polymère et sa résistance aux 20 différentes contraintes. Préférentiellement, la bande 3a contient également des éléments de renforts tels que des fibres de carbone, des fibres de verre ou encore des fibres tressées. Ces éléments de renforts sont imprégnés dans la résine constituant la bande, 25 préférentiellement dans une seule direction. La bande 3a peut, notamment, comporter entre 20% et 60% d'éléments de renforts suivant l'application dans laquelle le composant 1 est utilisé. Des critères tels que la température maximale durant son utilisation et/ou la température moyenne en usage et/ou les contraintes mécaniques auxquelles le composant 1 est soumis. L'utilisation de ces fibres permet 30 également de réduire l'épaisseur du composant, entrainant ainsi une diminution de son poids ainsi que de son coût. 3066140 9 Pour encore mieux pallier aux contraintes mécaniques, la bande 3a peut être positionnée de manière à ce que les éléments de renforts aient une direction parallèle à la direction de ladite contrainte. Une telle configuration permet d'améliorer la résistance aux contraintes mécaniques par plus de 100% par rapport à l'utilisation 5 de la résine seule. Il est évident que plusieurs bandes 3a peuvent être superposées pour encore améliorer la résistance du composant 1 aux différentes contraintes citées précédemment. Ces bandes 3a peuvent être toutes disposées dans la même 1 o direction ou dans des directions différentes choisies en fonction des contraintes mécaniques. Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 3a et 3b, l'organe de renfort se présente sous la forme d'un squelette 3b. Ce squelette 3b est 15 réalisé par moulage, notamment par injection, et peut former des formes complexes différentes d'une bande. Ces formes peuvent, par exemple, être des branches, des nervures, des rainures, des bossages, des plots. De la même manière que pour les bandes 3a, le squelette 3b est positionné au niveau des zones de fortes contraintes thermiques et/ou mécaniques. Il est préférentiellement réalisé par injection lors de 20 l'étape de moulage de la région environnante 22 et est fabriqué dans des matériaux polymères haute performance, comme par exemple du polyetheretherketone (PEEK) contenant des fibres de verre ou des fibres de carbone, du polyaryletherketone (PAEK) chargé, du polyamide (PA) chargé, du polypropylène (PP) chargé, du polyphtalamide (PPA) chargé, du polyphénylène sulfide (PPS) chargé, ou encore un 25 mélange de polypropylène/polyamide chargé. Le composant 1 est fabriqué grâce à un procédé de fabrication simplifié par rapport aux composants connus de l'état de la technique. En effet la création des deux régions 21, 22 décrites précédemment est effectuée au moyen d'une étape de 30 moulage unique qui diminue le temps de fabrication et par conséquent les coûts. Dans une première étape de fabrication, au moyen de méthodes de 3066 140 10 simulation, notamment par la méthode des éléments finis (FEM), le composant (1) est décomposé en au moins deux régions 21, 22 suivant les contraintes mécaniques et/ou thermiques qu'il subit lors de son usage. Les figures 3, 4a et 4b sont des exemples illustrant une telle décomposition. La figure 3 représente une simulation 5 d'un module de face avant alors que les figures 4a et 4b sont des simulations d'une boîte d'un refroidisseur d'air. Dans les deux cas, les régions de fortes contraintes, ou régions renforcées 21 sont détectées et différenciées de la région environnante 22. Comme décrit précédemment, ce découpage est préférentiellement effectué par simulation, notammanet par la méthode des éléments finis (FEM). 10 Lors de l'unique étape de moulage, l'organe de renfort 3a, 3b est placé dans un moule au niveau de la (ou des) région(s) renforcée(s) (21) présentant les contraintes mécaniques et/ou thermiques les plus importantes. Les différents matériaux composant les deux régions 21, 22 sont choisis lors de cette étape de 15 manière à pouvoir résister efficacement aux contraintes mesurées lors de la simulation. Suivant l'application dans laquelle le composant 1 est utilisé, la valeur du seuil prédéfini divisant les deux régions 21, 22, peut varier. Par exemple, lors de l'utilisation du composant 1 dans un refroidisseur d'air : - concernant les contraintes thermiques, le seuil de la valeur de 20 température est par exemple compris entre 170°C et 230°C, - concernant les contraintes mécaniques, le seuil de la valeur de la résistance à la traction est par exemple compris entre 20 MPa et 50 MPa à 23°C et/ou le seuil de la valeur du module d'élasticité peut, par exemple, varier entre 8 GPa et 40 GPa à 23°C. 25 Lors de cette étape, et lorsque l'organe de renfort est une bande 3a, celle-ci est préférentiellement placée de manière à ce qu'elle soit dans une direction parallèle à la direction de la contrainte mécanique qu'elle vise à renforcer. 30 De la même manière et comme décrit précédemment, le squelette 3b peut être injecté de sorte qu'il vienne se placer au niveau des zones de fortes contraintes définies précédemment. 3066140 11 Après placement de l'organe de renfort 3a, 3b, et lors de la même étape de moulage, le matériau constituant la région environnante 22 est injecté dans le moule de manière à former un ensemble monobloc avec la portion moulée 4 de la région 5 renforcée 21. REVENDICATIONS1. Composant (1) pour véhicule automobile fabriqué au moins partiellement en matière plastique et formant au moins deux régions (21, 22) distinctes : - une première région (21) dite région renforcée et comportant un organe de renfort (3a, 3b), - une deuxième région (22) environnante de la première région (21), caractérisé en ce que la région renforcée (21) est apte à résister à des contraintes mécaniques et/ou à des contraintes thermiques supérieures aux io contraintes mécaniques et/ou thermiques auxquelles la région environnante (22) est capable de résister, et en ce la région renforcée (21) comporte une portion moulée (4) formant un ensemble monobloc avec une portion de la région environnante (22). 152. 3. 20 4. 25 5. 30 6. Composant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de renfort (3a, 3b) est au moins partiellement noyé, notamment totalement noyé dans la portion moulée (4) de la région renforcée (21). Composant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de renfort (3a, 3b) est positionné sur une surface extérieure de la portion moulée (4) de la région renforcée (21). Composant (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de renfort est au moins une bande (3a). Composant (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bande (3a) comporte des éléments de renfort, notamment des fibres de carbone et/ou des fibres de verre et/ou des fibres tressées et/ou des fibres naturelles bio-sourcées. Composant selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la bande (3a) est positionnée dans l'alignement de la direction de la contrainte 3066140 13 mécanique. 7. Composant (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la bande (3a) comporte entre 20% et 60% d'éléments de renfort. 5 8. Composant (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de renfort (3b) est un squelette. 9. Composant (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que io l'organe de renfort (3a, 3b) recouvre moins de 50% de la surface extérieure dudit composant (1), notamment moins de 10%. 10. Dispositif de gestion thermique pour véhicule comportant un composant (1) selon l'une des revendications 1 à 9, ledit dispositif étant notamment choisi 15 parmi la liste suivante : un refroidisseur d'air de suralimentation à eau (WCAC), un refroidisseur d'air de suralimentation (CAC), un refroidisseur de batterie, un module de face avant (FEM), un système de ventilation, un boitier EGR, des volets pilotés de face-avant (AGS), un système de climatisation (par exemple un HVAC), un radiateur, un compresseur. 20 11. Procédé de fabrication d'un composant (1) pour véhicule automobile selon la revendication 1 comportant une unique étape de moulage comprenant les étapes consistant à : - positionner un organe de renfort (3a, 3b) dans un moule au niveau de la 25 région renforcée (21) de manière à ce que ladite région renforcée (21) puisse résister à des contraintes mécaniques et/ou à des contraintes thermiques supérieures aux contraintes mécaniques et/ou thermiques appliquées sur la région environnante (22), - injecter le matériau constituant la région environnante (22) de manière à 30 ce que la portion moulée (4) de la région renforcée (21) forme un ensemble monobloc avec au moins une partie de la région environnante (22).