Brevet FR3071188A1 — publié le 20190322

L'invention concerne le domaine des cages pour une rotule d'un véhicule comme par exemple, une roture de direction ou une rotule de suspension. Généralement, une biellette de direction d'un véhicule est reliée par ses extrémités à une crémaillère d'une part et à un roue d'autre part. Chacune des liaisons est une liaison sphérique réalisée au moyen d'une rotule liant complètement deux pièces en translation et permettant une rotation desdites deux pièces entre elles. Les deux pièces constitutives d'une rotule sont une cage et une tête. La cage comprend une cavité sensiblement sphérique destinée à recevoir 10 et à retenir la tête. La cavité sphérique est délimitée par un fond et par des languettes de retenue s'étendant à partir du fond. La tête est un pivot muni d'une tête sensiblement sphérique destinée à être introduite dans la cavité, c'est-à-dire entre les languettes de retenue de la cage. Pour permettre une résistance de la rotule à des efforts et à des 15 températures subis lors du fonctionnement du véhicule et donc de la rotule, l'utilisation d'une matière rigide s'avère parfois nécessaire. Il est connu de l'état de la technique de réaliser la cage dans une matière dont le module de Young est supérieur à 10 000MPa tel que le polyétheréthercétone (PEEK) ou un mélange de polymère du groupe des polyphtalamides (PPA) chargé en 20 fibres de verre ou de carbone par exemple. Une telle matière sera dite rigide dans la suite de la description. Cependant, la faible flexibilité des languettes de retenue constituant la cage rend difficile l'assemblage de la tête dans la cage. En effet, l'introduction de la tête dans la cavité sphérique occasionne une forte concentration de contraintes à la 25 base des languettes de retenue pouvant créer des fissures engendrant un risque de rupture. En outre, l'utilisation d'une matière rigide peut entrainer un mouvement saccadé entre la tête et la cage, appelé phénomène de stick-slip, lors du fonctionnement du véhicule. Ce phénomène engendre notamment des nuisances 30 sonores. Il est également connu de l'état de la technique de réaliser la cage pour une rotule dans une matière dont le module de Young est de l'ordre de 3000MPa tel que le polyoxyméthylène (POM). Une telle matière sera dite souple dans la suite de la description. 35 Les propriétés de glissement d'une matière souple permettent de limiter les frottements entre la cage et la tête et ainsi d'éviter le phénomène de stick-slip. 2 Cependant, une contrainte thermique associée à un effort mécanique entraine un fluage d'une matière souple. Ainsi un jeu peut se créer entre la tête et la cage, limitant les domaines d'application possibles d'une telle cage pour une rotule. L'invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients 5 précités en proposant, un procédé de fabrication d'une cage pour une rotule d'un véhicule, comprenant : - une étape d'injection d'une première matière par un premier point d'injection, de manière à former une coque comprenant au moins un logement sur une surface interne sensiblement sphérique; - une étape d'injection d'une deuxième matière par un deuxième point d'injection, de manière à former une zone de contact dans le logement de la coque. La coque de la cage pour une rotule est façonnée avec ladite première matière lors de l'étape d'injection d'une première matière. La coque comprend une cavité présentant une surface interne sensiblement sphérique sur laquelle s'étend au moins un logement. On entend par un logement, un évidement ménagé dans une épaisseur de la coque. Lors de l'étape d'injection d'une deuxième matière, l'au moins un logement de la coque est rempli par la deuxième matière. Ainsi, la première matière et la deuxième matière de la cage pour une rotule sont indissociables. Cela permet de faciliter l'assemblage de la cage avec une tête de manière à former une rotule. En outre, l'assemblage de deux matières permet d'obtenir une cage pour une rotule comportant des caractéristiques mécaniques de la première matière et des propriétés de glissement de la deuxième matière. Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième matière circule dans au moins un canal entre le deuxième point d'injection et l'au moins un logement. Ainsi, la deuxième matière est guidée du deuxième point d'injection jusqu'au logement par le canal. Préférentiellement, le deuxième point d'injection est ménagé dans l'épaisseur de la coque. Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième matière circule dans une pluralité de canaux entre le deuxième point d'injection et une pluralité de logements ou/et entre une pluralité de logements. Ainsi, l'injection de la deuxième matière en un point d'injection permet de remplir l'ensemble des logements. La fabrication de la cage se réalise par deux étapes d'injection de matière en deux points d'injection distincts. 3 Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication comprend après l'étape d'injection d'une première matière, une étape d'éjection de la coque d'un premier moule et une étape de positionnement de la coque dans un deuxième moule. 5 Le premier moule permet la création d'au moins un logement sur la surface interne de la cavité de la coque. Ainsi, le premier moule comprend une première partie femelle coopérant avec un premier noyau. Le premier noyau comprend un élément sensiblement sphérique sur lequel s'étend au moins un épaulement correspondant à l'au moins un logement. On entend par épaulement une 10 surface faisant saillie. Après refroidissement et solidification de la première matière, la coque est éjectée du premier moule puis repositionnée dans le deuxième moule. Le deuxième moule comprend une deuxième partie femelle coopérant avec un deuxième noyau. La deuxième partie femelle comprend préférentiellement le 15 deuxième point d'injection. Le deuxième noyau comprend un élément sensiblement sphérique sur lequel s'étend préférentiellement au moins un évidement correspondant à l'au moins un logement de manière à permettre la fabrication d'au moins une zone de contact en relief par rapport à la surface interne de la coque. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend 20 après l'étape d'injection d'une première matière, une étape d'extraction d'un premier noyau d'un moule de la coque et une étape d'insertion d'un deuxième noyau dans la coque. Ainsi, après refroidissement et solidification de la première matière, le premier noyau du moule est extrait de la coque puis le deuxième noyau du moule est 25 inséré dans la coque à la place du premier noyau. Dans ce mode de réalisation, le premier noyau et le deuxième noyau sont montés sur un axe rotatif permettant l'insertion tour à tour du premier noyau puis du deuxième noyau. L'invention porte aussi sur une cage pour une rotule d'un véhicule 30 fabriquée par le procédé selon l'invention comportant une coque réalisée dans une première matière et au moins une zone de contact réalisée dans une deuxième matière positionnée solidairement sur une surface interne sensiblement sphérique de la coque. Ainsi, la coque est réalisée en une seule pièce présentant des propriétés 35 mécaniques de la première matière et des propriétés de glissement de la deuxième matière. 4 Par exemple, la cage pour une rotule présente une robustesse mécanique permettant une résistance aux efforts et aux températures subis lors de son fonctionnement et des propriétés de glissement permettant d'éviter le phénomène de stick-slip entre la cage et la tête pour une rotule. 5 Selon une caractéristique de l'invention, l'au moins une zone de contact est entourée par la surface interne de la coque. Ainsi, la deuxième matière ne peut pas fluer de manière à créer un jeu entre la cage pour une rotule et la tête pour une rotule. En effet, lors d'une mise sous une contrainte thermique associée à un 10 effort mécanique, la deuxième matière est maintenue par la première matière constituant la surface interne de la coque. Selon une caractéristique de l'invention, l'au moins une zone de contact forme un relief par rapport à la surface interne. Ainsi la tête pour une rotule est seulement en contact avec l'au moins 15 une zone de contact présentant un coefficient de frottement réduit par rapport au coefficient de frottement de la surface interne. En outre, lors de l'assemblage de la cage avec la tête pour former une rotule, l'au moins une zone de contact est partiellement écrasée de sorte que la tête sera parfaitement au contact de l'au moins une zone de contact de la cage pour une 20 rotule. Selon une caractéristique de l'invention, la cage pour une rotule comprend une pluralité de zones de contact. Ainsi, les zones de contact sont mieux réparties sur la surface interne de la cage. 25 En outre, les zones de contact ont une taille plus faible diminuant le risque de fluage de la deuxième matière. Selon une caractéristique de l'invention, l'au moins une zone de contact est reliée à un deuxième point d'injection par au moins un canal. Ainsi lors de la fabrication de la cage pour une rotule, la deuxième 30 matière constituant les zones de contact est injectée à un seul endroit puis diffuse aux travers de l'au moins un canal de manière à remplir l'ensemble des zones de contact. Selon une caractéristique de l'invention, une pluralité de zones de contact sont reliées entre elles par une pluralité de canaux. Selon une caractéristique de l'invention, l'au moins un canal est dans le 35 même plan que la surface interne. 5 Ainsi l'au moins un canal est situé dans une zone où il n'y a pas de contact avec la tête pour une rotule. Selon une caractéristique de l'invention, la première matière est une matière dont le module de Young est supérieur à 10 000MPa. 5 Ainsi, la première matière permet une résistance de la cage pour une rotule aux efforts et aux températures subis lors de son fonctionnement dans une direction de véhicule. Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième matière est une matière dont le module de Young est de l'ordre de 3 000MPa. 10 Ainsi la deuxième matière permet de limiter les frottements entre la cage et la tête pour une rotule et évite le phénomène de stick-slip. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation selon la présente invention, donné à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques 15 annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une coque pour une rotule selon l'invention ; - la figure 2 est une languette de retenue de la coque pour une rotule selon l'invention. 20 Une coque 1 pour une rotule, telle que représentée en figure 1, est fabriquée à l'aide d'un procédé comprenant une étape d'injection d'une première matière. La première matière constituant la coque 1 présente des propriétés mécaniques permettant une résistance de la coque 1 à des efforts mécaniques et des 25 températures subis dans une direction assistée de véhicule. Le module de Young de la première matière est supérieur à 10 000MPa tel que le polyétheréthercétone (PEEK) ou un mélange de polymère du groupe des polyphtalamides (PPA) chargé en fibres de verre ou de carbone par exemple. La première matière est injectée par un premier point d'injection 22 sous 30 forme liquide à visqueuse dans un moule. Le moule comprend une partie femelle coopérant avec un premier noyau. La partie femelle comprend une cavité sphérique et le premier point d'injection 22. Le premier noyau comprend un élément sphérique, coopérant avec la cavité sphérique de la partie femelle, sur lequel s'étendent des épaulements. 35 La coque 1 réalisée lors de l'étape d'injection d'une première matière comprend une cavité sensiblement sphérique avec un rayon R1 défini présentant une 6 ouverture sensiblement circulaire. La cavité est formée par 5 languettes de retenues 43 identiques, comme on peut le voir sur la figure 2, s'étendant de manière homogène depuis un fond 23 opposé à l'ouverture. Le fond 23 comprend le premier point d'injection 22. 5 On définit un axe de rotation YY' de la cavité, comme un axe perpendiculaire au fond 23. On définit un équateur XX' de la cavité, comme un axe XX' coupant perpendiculairement l'axe de rotation YY' à une distance égale au rayon R1 de la cavité à partir du fond 23. 10 Une languette de retenue 43 a un bord latéral 44 séparé d'un bord latéral 44 d'une languette de retenue 43 adjacente par une entaille 42. On nommera zone inférieure, une partie de la languette de retenue 43 située entre le fond 23 et l'équateur XX' de la cavité et zone supérieure, une partie de la languette de retenue 43 comprise entre l'équateur XX' de la cavité et l'ouverture. 15 Chaque zone inférieure d'une languette de retenue 43 comporte un logement 33 d'une profondeur de 0,28mm, s'étendant à 4mm de l'équateur de la cavité XX', à 2mm du fond 23 et à 2mm de chacun des bords latéraux 44 de la languette de retenue 43. Chaque zone supérieure de la languette de retenue 43 comporte deux 20 élongations 4 séparées par une entaille 41 s'étendant selon l'axe de rotation YY'. Chaque élongation 4 comporte un logement 31 d'une profondeur de 0,28mm, s'étendant à 1,5mm de l'équateur de la cavité XX', à 1,5mm de l'ouverture et à 1,5mm de chacun des bords latéraux 44 de l'élongation. Chaque logement 31 de chaque élongation 4 d'une languette de retenue 25 43 est relié par un canal 32 à un logement de la zone inférieure de la languette de retenue 43, lui-même reliée à un second point d'injection 34 ménagé dans une épaisseur de la coque 1 sur l'axe de rotation YY' par un autre canal 32. Les logements 33, 31 et les canaux 32 sont formés par les épaulements du premier noyau. 30 Lorsque la coque 1 est solidifiée, le procédé de fabrication réalise une étape d'extraction du premier noyau du moule puis une étape d'insertion d'un deuxième noyau dans la coque 1. Le deuxième noyau comprend un élément sphérique d'un diamètre sensiblement similaire à celui de l'élément sphérique du premier noyau permettent 35 de coopérer avec la cavité sphérique de la coque 1. L'élément sphérique du deuxième 7 noyau comprend des évidements venant en regard des logements 31, 33 de la coque 1. Ensuite, le procédé de fabrication réalise une étape d'injection d'une deuxième matière. 5 La deuxième matière présente des propriétés de glissement meilleures que celles de la première matière mais a un module de Young est de l'ordre de 3000MPa tel que le polyoxyméthylène (POM). Ainsi la deuxième matière flue lorsqu'elle est soumise à des contraintes mécaniques et de température telles que celles d'une direction de véhicule. 10 La deuxième matière est injectée par le deuxième point d'injection 34 sous forme liquide à visqueuse dans le moule. La deuxième matière s'écoule depuis le deuxième point d'injection 34 dans les canaux 32 de la coque 1 de manière à remplir les logements 33, 31 de la coque 1 et les évidements du deuxième noyau. Ainsi, la deuxième matière présente dans les logements 31, 33, nommés par la suite zones de 15 contact, forme un relief d'une épaisseur de 0,02mm par rapport à une surface interne 21 des languettes de retenue 43. La deuxième matière présente dans les canaux 32 affleure à la surface interne 21. Une coque 1 dont les logements 31, 33 sont remplis de la deuxième matière sera nommée cage par la suite. 20 Lorsque la deuxième matière est solidifiée, la cage est éjectée du moule. Enfin, une étape d'assemblage de la rotule consiste en une insertion d'une tête pour une rotule dans la cage de manière à créer par exemple une rotule de direction d'un véhicule ou une rotule de suspension. Lors de l'assemblage, la tête pour une rotule vient en contact et écraser 25 en partie les zones de contact. Ainsi, la tête est parfaitement ajustée dans la cage. Lors d'une sollicitation en compression de la rotule, la tête est conçue pour venir au contact des zones de contact des zones inférieures des languettes de retenue 43. Lors d'une sollicitation en traction de la rotule, la tête est conçue pour 30 venir au contact des zones de contact des zones supérieures des languettes de retenue 43. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution 35 d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une cage pour une rotule d'un véhicule, comprenant : - une étape d'injection d'une première matière par un premier point d'injection (22), de manière à former une coque (1) comprenant au moins un logement (31, 33) sur une surface interne (21) sensiblement sphérique; - une étape d'injection d'une deuxième matière par un deuxième point d'injection (34), de manière à former une zone de contact dans le logement (31, 33) de la coque (1). 2. Procédé de fabrication d'une cage pour une rotule selon la revendication 1, dans lequel la deuxième matière circule dans au moins un canal (32) entre le deuxième point d'injection (34) et l'au moins un-logement (31, 33). 3. Procédé de fabrication d'une cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant après l'étape d'injection d'une première matière, une étape d'éjection de la coque (1) d'un premier moule et une étape de positionnement de la coque (1) dans un deuxième moule. 4. Procédé de fabrication d'une cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant après l'étape d'injection d'une première matière, une étape d'extraction d'un premier noyau d'un moule de la coque (1) et une étape d'insertion d'un deuxième noyau dans la coque (1). 5. Cage pour une rotule d'un véhicule fabriquée par le procédé de l'une des revendications précédentes, comportant une coque (1) réalisée dans une première matière et au moins une zone de contact réalisée dans une deuxième matière positionnée solidairement sur une surface interne (21) sensiblement sphérique de la coque (1). 6. Cage pour une rotule selon la revendication 5, dans laquelle l'au moins une zone de contact est entourée par la surface interne (21) de la coque (1). 7. Cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans laquelle l'au moins une zone de contact forme un relief par rapport à la surface interne (21). 8. Cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle l'au moins une zone de contact est reliée à un deuxième point d'injection (34) par au moins un canal (32). 9. Cage pour une rotule selon la revendication 8, dans laquelle l'au moins un canal (32) est dans le même plan que la surface interne (21). 10. Cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans laquelle la première matière est une matière dont le module de Young est supérieur à 10 000MPa. 11. Cage pour une rotule selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, dans laquelle la deuxième matière est une matière dont le module de Young est de l'ordre de 3 000MPa.