Brevet FR3088582A1 — publié le 20200522

Description Titre de l'invention : Jante à une portion structurée. [0001] La présente invention concerne les jantes, telles qu'utilisées dans les moyens de transport et leur procédé de fabrication. L'invention a également trait aux roues comportant de telles jantes. Technique antérieure [0002] Les jantes sont classiquement des structures massives en alliage, notamment en alliage d'aluminium ou en acier, réalisées par fonderie, emboutissage. En vue de réduire la consommation de carburant d'un véhicule comportant la jante, un alliage d'aluminium est généralement utilisé pour le gain de masse qu'il procure par rapport à l'acier. [0003] Dans le secteur des transports, notamment le secteur automobile et aéronautique, il est connu de remplacer une portion pleine d'une pièce fixe, par exemple une voilure d'avion, par une structure poreuse entourée au moins partiellement par une structure de peau dense, afin d'alléger ladite pièce. Généralement, la structure poreuse est disposée dans une portion de la pièce qui subit des contraintes d'usage faibles. [0004] Il est également connu de la demande US 2015/0017013 une hélice de turbomachine formée par fabrication additive dans laquelle au moins une portion interne du moyeu a une structure poreuse entourée d'une structure de peau dense afin de réduire le poids de l'hélice. Les contraintes subies par les pièces tournantes sont toutefois différentes de celles subies par les pièces fixes et les contraintes sont sensiblement constantes à chaque tour et homogènes dans la pièce. [0005] Une roue comportant une jante sur laquelle est monté un pneu, est soumise lors de son usage à des contraintes très spécifiques. La portion de la jante du côté de la route par rapport à l'essieu, i.e. sous l'essieu, est soumise à une force de pression générée par le poids du véhicule venant en appui sur la route par l'intermédiaire de l'essieu, de la portion de la jante et de la roue. Elle est donc soumise à des efforts de flexion et de compression. En outre, lors de son utilisation, la jante peut être soumise à des variations soudaines de contrainte, généralement de traction et/ou de compression, résultant des chocs du pneu avec des défauts de la chaussée routière, telles que des nids de poule. De tels chocs peuvent endommager irrémédiablement la jante. [0006] Il existe donc un besoin pour une jante plus légère présentant des propriétés mé- caniques semblables à celles d'une jante classique de mêmes dimensions. Il existe aussi un besoin pour une jante plus résistante aux chocs. Résumé de l'invention [0007] L'invention répond à ce besoin à l'aide d'une jante comportant : 2 - un moyeu, s'étendant le long d'un d'axe X, pour monter la jante sur un essieu d'un véhicule, - un lit de jante configure pour recevoir un pneu, et - un organe de liaison reliant le lit de jante au moyeu, [0008] au moins l'un du moyeu, du lit de jante et de l'organe de liaison comportant au moins une portion structurée présentant une enveloppe dense recouvrant au moins partiellement un coeur présentant une structure poreuse. [0009] La portion structurée allège la jante par rapport à une jante classique de forme identique. Notamment, dans une variante où au moins le lit de jante comporte la portion structurée, cette dernière est apte à supporter les contraintes cycliques de flexion et compression qui s'appliquent sur le lit de jante dans la zone définie entre l'aire de contact du pneu avec le sol et le moyeu. [0010] Par ailleurs, la portion structurée procure à la jante des propriétés de flexion sen- siblement identiques ainsi qu'une rigidité sous sollicitation de traction et de compression plus faible. Ainsi, la jante se déforme plus élastiquement qu'une jante de l'art antérieur lors d'un choc. La défortnabilité élastique de la jante limite les risques de dégradation de la jante lors des chocs. [0011] De plus, la quantité de matériau utilisée est réduite, ce qui diminue les coûts en matière première. [0012] La jante peut être une jante d'une roue destinée à être utilisée dans les secteurs des transports en général, notamment dans le secteur aéronautique ou automobile. De préférence, la jante est une jante d'un véhicule automobile. [0013] La jante peut être en un ou plusieurs matériaux. [0014] De préférence, la jante comporte, de préférence pour plus de 90 % de sa masse, voire est constituée par, un matériau choisi parmi un alliage métallique, notamment un alliage d'aluminium ou un alliage de magnésium ou de l'acier, un matériau composite, par exemple à base de kevlar ou de carbone, et leurs mélanges. [0015] Dans une variante, la jante peut comporter, de préférence pour plus de 90 % de sa masse, voire être constituée par, de l'acier. Par la présence d'une structure poreuse dans le coeur, une portion structurée en acier peut présenter une masse proche, voire identique à une portion dense en alliage d'aluminium de même volume, bien que présentant une masse volumique plus élevée qu'un alliage d'aluminium. La jante bénéficie ainsi de la rigidité de l'acier, trois fois plus élevée que celle d'un alliage à base d'aluminium. [0016] De préférence, la jante est monobloc. En variante, la jante est fabriquée en au moins deux parties différentes assemblées entre elles. Les deux parties peuvent être en un même matériau ou en des matériaux différents. Les deux parties peuvent être fabriquées par le même procédé ou par des procédés différents. Par exemple, une partie 3 peut être fabriquée par fabrication additive et l'autre partie par emboutissage ou fonderie. En fonction des matériaux les constituant, les parties peuvent être soudées, frettées, vissées l'une à l'autre. [0017] De préférence, la jante présente une pluralité de portions structurées sur l'un ou plusieurs du moyeu, du lit de jante et de l'organe de liaison. [0018] Notamment, seul l'un du moyeu, du lit de jante et de l'organe de liaison peut comporter une unique portion structurée ou une pluralité de portions structurées. [0019] De préférence, le moyeu présente une portion structurée ayant la forme d'un cylindre creux d'axe X. [0020] De préférence, le lit de jante présente une portion structurée dans son épaisseur et sur toute sa circonférence autour de l'axe du moyeu. L'épaisseur du lit de jante est mesurée selon une direction radiale. [0021] Une direction « radiale » est normale à l'axe X du moyeu et intersecte l'axe X. [0022] Une pièce est disposée « radialement à l'intérieur », respectivement « radialement à l'extérieur », d'une autre pièce, lorsqu'elle est à plus grande, respectivement plus courte distance de l'axe X, le long d'une direction radiale, que l'autre pièce. [0023] La face « radialement intérieure », respectivement « radialement extérieure » d'une pièce présente une normale orientée vers, respectivement à l'opposé de l'axe X, selon une direction sensiblement radiale. [0024] Un plan « axial » comporte l'axe X du moyeu. Un plan « radial » est défini par une direction radiale et est perpendiculaire à l'axe X du moyeu. [0025] L'organe de liaison peut comporter une pluralité de rayons s'étendant entre le moyeu et le lit de jante. Au moins un rayon, de préférence tous les rayons, peuvent comporter, voire consister en, une portion structurée. Les rayons peuvent s'étendre radialement et/ ou dans un plan radial. [0026] De préférence, la masse de la jante est régulièrement répartie angulairement autour de l'axe du moyeu. Ceci limite les balourds indésirables lors de la rotation de la jante autour de l'axe du moyeu. [0027] L'enveloppe dense et le coeur de la portion structurée sont préférentiellement en un même matériau. Ceci permet de les fabriquer simultanément, notamment par fabrication additive. [0028] En variante, l'enveloppe dense et le coeur de la portion structurée peuvent être en deux matériaux différents. [0029] De préférence, l'enveloppe dense du ou de chacune des portions structurées ceinture totalement le coeur de l'environnement extérieur. En particulier, l'enveloppe dense peut être étanche à l'air et/ou au liquide, notamment à l'eau et aux boues. Ceci évite l'encrassement et/ou l'oxydation du coeur. L'enveloppe dense peut comporter toutefois au moins un trou, de préférence plusieurs trous. [0030] Un tel trou permet l'évacuation des poudres non fondues durant la fabrication de la jante par fabrication additive métallique par fusion ou frittage sélectif par laser ou par fusion ou fusion laser par projection de poudre. Le trou peut également être fermé par un bouchon rapporté et notamment soudé ou emmanché de force dans le trou. Le bouchon protège la structure poreuse de l'environnement extérieur et notamment évite l'encrassement et/ou l'oxydation du coeur. [0031] Dans une variante selon laquelle le lit de jante présente au moins une portion structurée, le trou débouche préférentiellement sur la partie radialement extérieure du lit de jante destinée à être en contact avec le pneu. Ainsi, lorsqu'un pneu est monté sur la jante, l'ensemble formé par la portion structurée et le pneu définit un ensemble étanche à l'air. Un bouchon n'est alors pas nécessaire pour obturer le trou formé dans l'enveloppe dense. De préférence, selon cette variante, le trou est de préférence localisé au droit des rayons de l'organe de liaison. [0032] De préférence, l'enveloppe dense est massive, c'est-à-dire qu'elle présente une porosité totale inférieure à 0.7%, de préférence inférieure à 0.5%. [0033] De préférence, l'enveloppe dense présente une épaisseur supérieure ou égale à 2 mm, mieux supérieure ou égale à 5 mm. [0034] La ou les structures poreuses peuvent être chacune défini par un matériau poreux par exemple une mousse ou par une structure lanice (autrement appelée structure architecturée) en deux ou trois dimensions. [0035] La ou les structures poreuses présentent chacune préférentiellement, au moins par- tiellement, une répétition régulière, de préférence périodique, d'au moins un motif élémentaire selon au moins deux directions [0036] La période de répétition du motif élémentaire est préférentiellement de l'ordre du millimètre. [0037] Le motif élémentaire peut présenter une taille variable dans la structure poreuse du coeur. Il peut être de forme tubulaire et creuse de section transverse polygonale, notamment hexagonale, rectangulaire, notamment carrée, triangulaire ou losange, ou circulaire. [0038] De préférence, la ou les structures poreuses présentent une porosité totale supérieure ou égale à 30 %, de préférence supérieure ou égale à 50%. [0039] Dans une variante selon laquelle la jante comporte une pluralité de portions structurées, les structures poreuses de ces dernières peuvent être joints de sorte à définir une structure poreuse commune. En particulier, les structures poreuses des coeurs sont percolante au sein de la structure poreuse commune. En variante, les structures poreuses sont disjointes les uns des autres. En particulier, ils peuvent être espacés par une portion dense, par exemple une enveloppe dense. [0040] Dans une variante selon laquelle la jante présente plusieurs portions structurées, les structures poreuses d'au moins deux, voire de toutes les portions structurées peuvent présenter un coeur comportant un même motif, de préférence répété selon une même période et/ou une même direction, et/ou une même porosité totale. En variante, au moins une portion structurée présente une structure poreuse présentant une porosité et/ ou un motif élémentaire et/ou une période de répétition du motif élémentaire et/ou une de direction de répétition différentes d'au moins une autre des structures poreuses. Par exemple, la jante peut présenter une portion structurée dans le lit de jante présentant une porosité différente d'une portion structurée dans l'organe de liaison, notamment dans les rayons de l'organe de liaison. Ceci permet notamment d'équilibrer la jante en termes de poids et de tenir compte des différences de contraintes subies par les différentes parties de la jante. [0041] La ou les portions structurées peuvent être de porosité constante dans tout leur volume. En variante, la ou les portions structurées peuvent présenter une porosité variable dans leur volume. Par exemple, l'organe de liaison, notamment ses rayons, peut comporter une portion structurée variable continumcnt radialement, du moyeu au lit de jante. [0042] La jante peut présenter un diamètre mesuré transversalement à l'axe X, compris entre 10 cm et 1 ni. [0043] L'invention a également pour objet une roue comportant une jante telle que décrite précédemment et un pneu monté sur la jante. [0044] Le pneu est, de préférence, monté sur le lit de jante. [0045] L'invention concerne encore un véhicule choisi parmi un avion, un camion, un engin de manutention, un engin de chantier, une motocyclette, un vélo et une voiture, le véhicule comportant une jante selon l'invention. [0046] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une jante telle que décrite précédemment. [0047] Le procédé peut comporter une étape de fabrication additive métallique, d'emboutissage ou de fonderie d'au moins une partie de la jante. De préférence, la jante est fabriquée par fabrication additive métallique, notamment par stéréolithographie (SLA), par fusion sélective par laser (SLM), notamment dans le cas où la ou les structures poreuses sont une ou des structures architecturées en deux ou trois dimensions, par frittage sélectif par laser (SLS) ou par fusion ou frittage laser par projection de poudre (LMD). [0048] Dans le cas d'une fabrication par fusion ou frittage sélectif par laser ou par fusion ou frittage laser par projection de poudre, le procédé peut comporter une étape d'évacuation des poudres non agglomérées par les trous d'évacuation décrits précédemment. [0049] Dans une variante où la ou les structures poreuses sont une ou des mousses, 6 notamment architecturées ou non. [0050] En variante, le procédé comporte les étapes suivantes : fabrication additive métallique ou fabrication par fonderie d'une première partie de la jante, fabrication par emboutissage ou fabrication par fonderie d'une deuxième partie de la jante, et assemblage de la première et de la deuxième partie de la jante. Brève description des dessins [0051] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : [0052] [fig.1] représente en perspective, de façon schématique et en coupe une jante selon l' invention, [0053] [fig.2] représente une autre coupe de la jante de la figure 1, selon un plan axial, [0054] [fig.3] représente un détail de la jante des figures 1 et 2, [0055] [fig.4] est un détail d'en coupe selon un plan axial du lit de jante de la jante des figures 1 à3, [0056] W8.51 est une photographie de variantes de structures poreuses du coeur d'une portion poreuse, [0057] [fig.6] est une photographie de variantes de structures poreuses du coeur d'une portion poreuse, [0058] [fig.7] est une photographie de variantes de structures poreuses du coeur d'une portion poreuse, et [0059] [fig.8] est une photographie de variantes de structures poreuses du coeur d'une portion poreuse. Description détaillée 100601 Un exemple de jante 10 selon l'invention, illustré sur les figures 1 et 2 est maintenant décrit. La jante 10 illustrée est configurée pour être fixée à l'essieu d'un véhicule, par exemple une automobile, non représenté. La jante 10 comporte un moyeu 12, s'étendant le long d'un axe X, et un lit de jante 14 reliés rigidement entre eux par un organe de liaison 16. 100611 Le moyeu 12 présente une portion centrale cylindrique 18 présentant en son centre un passage cylindrique de révolution 20 et une portion périphérique 19 présentant des ouvertures cylindriques 22 de passage d'éléments de fixation. Le passage 20 et les ouvertures 22 permettent de fixer et positionner la jante 10 sur l'essieu du véhicule. En usage, la jante est mise en rotation autour de l'axe X par l'essieu. 100621 L'organe de liaison 16 comporte une pluralité de rayons 30 s'étendant, radialement 7 vers l'extérieur, de la surface radialement extérieure du moyeu 12 à la surface radialement intérieure 32 du lit de jante 14. Comme cela est illustré, les rayons 30 peuvent s'étendre du moyeu 12 de manière à définir ensemble un motif en forme d'étoile lorsque la jante est observée selon l'axe X. Chaque rayon 30 peut être joint à un rayon 30 adjacent par son extrémité en contact avec le moyeu 12 et à un autre rayon 30 adjacent par son extrémité en contact avec le lit de jante 14. Les rayons adjacents 30 se joignant par leurs extrémités en contact avec le lit de jante 14 forment entre eux un angle a. Les rayons adjacents 30 se joignant par leurs extrémités en contact avec le moyeu 12 forment entre eux un angle Os. [0063] Le lit de jante 14 présente une forme annulaire s'étendant autour de l'axe X dont, en section transversale, la surface radialement intérieure 32 à la jante est de profil concave vers l'extérieur et la surface externe 34 à la jante est de profil droit. La surface extérieure 34 du lit de jante 14 est bordée latéralement par deux rebords 36 permettant notamment de maintenir le pneu en place sur la jante 10. [0064] Dans l'exemple illustré, le lit de jante 14, la portion centrale cylindrique du moyeu 18 et les rayons 30 présentent chacun des portions structurées 40. Les portions structurées 40 comportent chacune une enveloppe dense 42 et un coeur 44. L'enveloppe dense enveloppe le coeur 44 et l'isole de l'extérieur de la jante. Le coeur 44 présente une structure poreuse. Comme illustré sur la figure 4 représentant une section axiale du lit de jante 14, l'enveloppe 42 présente une épaisseur e supérieure ou égale à 5 mm [0065] Les coeurs 44 des différentes portions structurées 40 peuvent être disjointes les unes des autres par les enveloppes 42. En variante, les coeurs 44 des différentes portions structurées 40 sont en communication fluidique les uns avec les autres et les structures poreuses correspondantes présentent une structure commune à leur jonction. [0066] Dans l'exemple illustré, la structure poreuse du coeur 44 est une de type lattice pouvant se présenter de différentes formes, dont des exemples sont illustrés sur les figures 4 à 8. [0067] La figure 5 représente une mousse non architecturée. [0068] La figure 6 représente une mousse architecturée présentant une répétition régulière et périodique d'un motif élémentaire 65 selon trois directions non orthogonales les unes avec les autres. Une telle structure est obtenue par fonderie métallique sur un noyau formé d'une matrice de structure de Kelvin. [0069] La figure 7 illustre différentes variantes de structures architecturées en trois di- mensions présentant chacune une répétition régulière et périodique d'un ou plusieurs motifs élémentaires 65 selon trois directions. Le motif élémentaire peut être de différentes forme, notamment polyédrique, comme illustré sur les figures 7A à 7D ou cylindrique comme illustré sur la figure 7E. Une telle structure peut être obtenue par fa- 8 brication additive métallique. [0070] La figure 8 illustre différentes variantes de de structure architecturée en deux di- mensions présentant chacune une répétition régulière et périodique d'un ou plusieurs motifs élémentaires 65 selon deux directions. Le ou les motifs élémentaires peut être chacun de différentes formes, notamment polygonale, comme illustré sur les figures RA, 8D, RF et 8G ou d'une autre forme comme illustré sur la figure 8B, RC et 8E. Une telle structure est obtenue par fabrication additive métallique. [0071] Dans le cas d'une fabrication additive métallique, l'intégralité de la jante 10 peut être fabriquée par cette méthode. La fabrication additive métallique peut être réalisée par différentes méthodes, notamment par stéréolithographic (SLA), fusion sélective par laser (SLM), frittage sélectif par laser (SLS) ou fusion ou frittage laser par projection d'une poudre (LMD). Dans le cas où une poudre est utilisée, l'enveloppe 42 peut présenter des trous 60 pour l'évacuation des poudres non utiles au procédé. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, les trous 60 sont réalisés dans l'enveloppe 42 de la portion structurée du lit de jante 14 et débouchent sur la surface radialement extérieure 34 du lit de jante 14 au droit des rayons 30. [0072] En variante, une partie seulement de la jante peut être fabriquée par fabrication additive, l'autre partie de la jante pouvant être fabriquée par emboutissage ou par fonderie. [0073] Dans l'exemple illustré, les structures poreuses sont réparties angulairetnent uni- formément autour de l'axe X dans la jante 10 de sorte à éviter les balourds indésirables en usage. [0074] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. [0075] Par exemple, les motifs élémentaires des structures poreuses peuvent être différents de ceux illustrés, la jante peut avoir une autre forme ou seul l'un du moyeu, des rayons ou du lit de jante peut présenter une portion structurée. 9