Brevet FR3121718A1 — publié le 20221014

L'invention concerne une bielle comportant, à chacune de ses deux extrémités, une partie de liaison destinée à coopérer avec un organe extérieur, l’une de ces parties de liaison étant conformée en étrier (14) et l’autre de ces parties de liaison comprenant un œillet principal (1), ledit étrier (14) comportant deux œillets secondaires (3a, 3b) reliés chacun audit œillet principal (1) par un ensemble de bande de renfort (5) comprenant deux parties continues (5a, 5b) formant boucles autour dudit œillet principal (1) et respectivement autour de chacun desdits œillets secondaires (3a, 3b), lesdits œillets principal (1) et secondaires (3a, 3b) et ledit ensemble de bande (5) étant surmoulés au moins partiellement par une matière thermoplastique définissant notamment deux branches d’étrier (14a, 14b) comportant chacune l’un desdits œillets secondaires (3a, 3b). (Fig. 3) Bielle de liaison entre des organes d’un véhicule automobile, et procédé de fabrication associé. Domaine de l’invention La présente invention se rapporte au domaine de la mécanique, et plus précisément à celui des composants intervenant dans la structure d’un véhicule automobile. Domaine technique de l’invention Dans un véhicule automobile, certains organes doivent pouvoir se mouvoir relativement les uns aux autres, selon des trajectoires prédéterminées, tout en demeurant fermement reliés les uns aux autres. A cette fin, des bielles sont prévues : les extrémités de ces bielles sont montées rotatives sur chacun des organes susceptibles de se mouvoir l’un par rapport à l’autre selon une trajectoire prédéfinie. Un exemple d’une telle bielle est une bielle de reprise de couple du moteur d’un véhicule automobile, interposée entre ce moteur et le châssis du véhicule. Un autre exemple d’une telle bielle est une bielle de liaison entre le berceau et un support de roue d’un véhicule automobile. Etat de la technique Dans certaines applications, il est souhaitable de pouvoir utiliser une bielle comportant à l’une de ses extrémités un œillet de liaison, et à son autre extrémité, un étrier de liaison. C’est le cas par exemple pour une bielle de liaison berceau/support de roue, dont l’œillet coopère avec le berceau, et l’étrier avec le support de roue. Classiquement, ces bielles de la technique antérieure sont formées en métal ou en alliage métallique, par exemple en aluminium extrudé, ou en acier moulé. L’inconvénient principal associé à ces matériaux est leur poids : ils n’offrent ainsi pas de réponse satisfaisante lorsque le constructeur de véhicules automobiles impose de fortes contraintes notamment sur le poids des éléments constitutifs de la structure du véhicule. On trouve aussi dans la technique antérieure des bielles en matériaux thermoplastiques, du type à œillets aux deux extrémités, plus légères mais moins résistantes mécaniquement. Problème technique restant posé La présente invention a ainsi notamment pour objectif de fournir une bielle pour structure de véhicule automobile, du type à œillet et à étrier de liaison, plus légère que celle de la technique antérieure, et présentant une résistance mécanique au moins égale. On atteint ce but de l’invention avec une bielle comportant, à chacune de ses deux extrémités, une partie de liaison destinée à coopérer avec un organe extérieur, l’une de ces parties de liaison étant conformée en étrier et l’autre de ces parties de liaison comprenant un œillet principal, ledit étrier comportant deux œillets secondaires reliés chacun audit œillet principal par un ensemble de bande de renfort comprenant deux parties continues formant boucles autour dudit œillet principal et respectivement autour de chacun desdits œillets secondaires, lesdits œillets principal et secondaires et ledit ensemble de bande étant surmoulés au moins partiellement par une matière thermoplastique définissant notamment deux branches d’étrier comportant chacune l’un desdits œillets secondaires. Avec ces caractéristiques, on obtient une bielle qui est non seulement résistante, grâce à la présence de l’ensemble de bande de renfort comprenant deux parties continues, mais également légère, grâce à l’utilisation d’une matière thermoplastique qui vient se substituer au métal ou à l’alliage métallique de la technique antérieure. La réalisation de l’étrier de la bielle au moyen de deux œillets secondaires entourés chacun par une partie respective de la bande, le tout surmoulé, permet d’obtenir un étrier parfaitement intégré à la bielle, ne nécessitant l’apport d’aucune pièce métallique en forme d’étrier : on peut de la sorte s’affranchir des problèmes d’interface qui peuvent survenir entre une telle pièce métallique et le reste de la bielle. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de la bielle selon invention, prises seules ou en combinaison : - ledit œillet principal comporte un élément élastique au centre duquel est inséré un élément métallique de forme sensiblement tubulaire : cet élément élastique, qui peut être par exemple – mais non nécessairement – annulaire, permet de filtrer les vibrations transmises par la bielle, et l’insert métallique permet de relier par boulonnage cet élément élastique à la structure du véhicule automobile sans risque d’usure de cet élément ; - lesdits œillets secondaires sont réalisés en alliage métallique ; - les deux parties dudit ensemble de bande de renfort sont distinctes ; - les deux parties dudit ensemble de bande de renfort sont liées l’une à l’autre dans la zone dudit œillet principal ; - ledit ensemble de bande de renfort comprend des fibres longues et continues telles que des fibres de verre ou de carbone, ou des fibres végétales telles que des fibres de lin ou d’orties par exemple, noyées dans une résine : un tel ensemble de bande de renfort, réalisé par exemple – mais de manière non limitative – avec une résine polyamide, présente l’avantage d’être très résistant aux efforts de traction, tout en étant suffisamment souple pour pouvoir être mis en œuvre aisément entre les œillets principal et secondaires lors du processus de fabrication de la bielle ; - lorsque les deux parties dudit ensemble de bande de renfort sont liées l’une à l’autre, lesdites fibres longues se croisent dans la zone dudit œillet principal ; - ledit surmoulage thermoplastique est réalisé dans une résine identique ou chimiquement compatible avec celle de la résine enrobant les fibres dudit ensemble de bande de renfort : un tel surmoulage peut être réalisé aisément avec des outils d’injection classique, à faible coût ; il permet en outre de protéger l’ensemble de bande de renfort vis-à-vis des projections de graviers et autres particules lors des déplacements du véhicule automobile ; comme il est réalisé dans la même résine, ou dans une résine chimiquement compatible avec celle enrobant l’ensemble de bande de renfort, on obtient une excellente cohésion de ce surmoulage avec cet ensemble de bande de renfort ; - ledit surmoulage présente des cavités et des nervures : ces nervures et ces cavités, placées sur les principaux chemins d’effort, permettent de faire une économie de matière surmoulée, et donc de réduire le poids et le coût de fabrication de la bielle ; de plus, des nervures disposées entre l’ensemble de bande de renfort et la périphérie de la bielle permettent de positionner cet ensemble de bande de renfort à l’écart des agressions mécaniques extérieures, comme des chocs de graviers ou autres particules lors du déplacement du véhicule. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une bielle conforme à ce qui précède, dans lequel on passe les deux parties dudit ensemble de bande de renfort autour dudit œillet principal et respectivement autour de chaque œillet secondaire, on place l’ensemble de ces pièces ainsi reliées à l’intérieur d’un moule à injection, et on injecte une matière de surmoulage à l’intérieur de ce moule. Ce faisant, la matière de surmoulage vient enrober les œillets principal et secondaires et l’ensemble de bande de renfort, permettant de solidariser ces pièces entre elles. Lorsque l’œillet principal comporte un élément élastique annulaire, la pression exercée par la matière de surmoulage lors de son injection à l’intérieur du moule permet de comprimer cet élément élastique annulaire vers son centre : ceci permet d’augmenter la durée de vie de cet élément élastique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : : est une vue en perspective d’un œillet principal, de deux œillets secondaires et d’un ensemble de bande de renfort d’une bielle selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel l’ensemble de bande comporte deux parties reliées entre elles, avant l’assemblage et le surmoulage de l’ensemble de ces pièces ; : est une vue en perspective d’un œillet principal, de deux œillets secondaires et d’un ensemble de bande de renfort d’une bielle selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel l’ensemble de bande comporte deux parties distinctes, après l’assemblage et avant le surmoulage de l’ensemble de ces pièces ; : est une vue en perspective d’une bielle selon l’invention après surmoulage de l’œillet principal, des deux œillets secondaires et de l’ensemble de bande de renfort. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. Description détaillée de modes de réalisation de l’invention On se reporte à présent à la , sur laquelle on a représenté quatre pièces entrant dans la constitution d’une bielle selon la présente invention. Ces quatre pièces comprennent un œillet principal 1, deux œillets secondaires 3a, 3b et un ensemble de bande de renfort 5. L’œillet principal 1 comprend un élément 7 de préférence – mais de manière non limitative - annulaire formé dans un matériau élastique tel que du caoutchouc naturel ou synthétique, surmoulé avec adhérisation sur un élément sensiblement tubulaire 9, formé de préférence en métal. Les deux œillets secondaires 3a, 3b sont formés dans un alliage métallique, et présentent de préférence un diamètre moindre que celui de l’œillet principal 1. L’ensemble de bande de renfort 5 comporte deux parties 5a, 5b qui, dans une première variante représentée à la , sont reliées l’une à l’autre dans la zone 6 de l’œillet principal 1. Dans une seconde variante représentée à la , les deux parties 5a, 5b de l’ensemble de bande 5 sont totalement indépendantes l’une de l’autre, y compris dans la zone de l’œillet principal 1. La largeur de chaque partie de bande 5a, 5b peut par exemple – mais de manière non limitative - être de l’ordre de 10 mm, et l’épaisseur de l’ordre de 1 mm. Cet ensemble de bande 5 est formé en résine, telle que de la résine polyamide emprisonnant des fibres de renfort longues et continues, telles que des fibres de verre ou de carbone, ou des fibres végétales telles que fibres de lin ou d’orties par exemple, ces fibres étant disposées sensiblement selon la direction de la longueur de chaque partie 5a, 5b. Dans la variante de la où les deux parties de bande 5a, 5b sont reliées entre elles dans la zone de l’œillet principal 1, les fibres de chaque partie de bande s’entrecroisent dans la zone de l’œillet principal 1, induisant donc une légère surépaisseur de l’ensemble de bande dans cette zone. La résine polyamide est indiquée à titre d’exemple, mais il va de soi que d’autres résines utilisées dans le domaine des composites peuvent aussi convenir. Les deux parties 5a, 5b de l’ensemble de bande de renfort forment chacune une boucle continue entre l’œillet principal 1 et respectivement chacun des œillets secondaires 3a, 3b, c’est-à-dire qu’elles ne comportent pas d’interruption. Sur la , on peut voir la bielle selon invention après l’opération de surmoulage par une matière thermoplastique identique ou chimiquement compatible avec la résine de l’ensemble de bande de renfort 5, telle que de la résine polyamide. Comme cela visible sur cette figure, cette matière thermoplastique 13 enrobe, l’œillet principal 1, les œillets secondaires 3a, 3b et l’ensemble de bande de renfort 5, définissant ainsi notamment un étrier 14 dont chacune des deux branches 14a, 14b inclut respectivement un œillet secondaire 3a, 3b. La matière thermoplastique 13 ainsi surmoulée comporte des nervures 15 et des cavités 17, judicieusement placées par rapport aux chemins de contraintes tels qu’ils résultent des calculs de conception. Certaines de ces nervures maintiennent un espace entre l’ensemble de bande de renfort 5 et la périphérie de la bielle, de manière à protéger cette bande de renfort des agressions extérieures. On notera en particulier qu’une nervure circulaire 19 entoure l’élément annulaire en caoutchouc 7, et que de la matière thermoplastique 13 vient entourer complètement les deux œillets secondaires 3a, 3b. De préférence, la résine polyamide permettant d’obtenir le surmoulage est elle-même chargée de fibres de renfort, par exemple en verre ou en carbone, ou des fibres végétales telles que fibres de lin ou d’orties par exemple, disposées de préférence selon la direction de la longueur de la bielle. Pour obtenir la bielle selon invention, on place l’œillet principal 1, les œillets secondaires 3a, 3b et l’ensemble de bande de renfort 5, mutuellement agencés conformément à la , à l’intérieur d’un moule à injection dont les deux demi-moules comportent des empreintes correspondant au négatif de la matière plastique surmoulée 13 visible à la . Une fois les quatre pièces 1, 3a, 3b et 5 placées à l’intérieur de ce moule, on injecte la résine polyamide à l’intérieur de ce moule, de sorte que cette résine circule dans toutes les zones en creux définissant les nervures 15. La pression de l’injection permet notamment d’exercer un effort de compression radiale sur l’élément annulaire en caoutchouc 7, contre l’élément métallique tubulaire 9. Cet élément 7 ayant au préalable été enduit sur sa périphérie d’une sous-couche spéciale, il devient complétement adhérisé à la nervure circulaire 19. Le surmoulage ainsi obtenu permet notamment de protéger l’ensemble de bande de renfort 5 des projections de graviers ou autres particules, pouvant survenir lorsque le véhicule se déplace. Cet ensemble de bande ainsi surmoulé permet d’obtenir une excellente résistance de la bielle selon l’invention vis-à-vis des efforts de traction et de compression. L’effort de compression radiale réalisé sur l’élément annulaire élastique 7 lors du surmoulage, permet de maintenir cet élément annulaire sous précontrainte, et ainsi d’éviter une usure prématurée du caoutchouc qui le constitue. Les deux œillets secondaires 3a, 3b disposés dans les deux branches 14a, 14b de l’étrier 14 sont typiquement destinés à coopérer avec un œillet de support de roue de véhicule automobile. L’élément tubulaire 9 de l’œillet principal 1 est typiquement destiné à coopérer avec un téton ou plus généralement avec une prise en chape solidaire d’un berceau d’essieu de véhicule automobile. Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, la bielle selon invention et son procédé de fabrication associé, permettent d’obtenir une bielle résistante en matériaux très légers. Une telle bielle peut être utilisée pour les articulations des roues d’un véhicule automobile, mais également, moyennant les adaptations géométriques qui s’imposent, par exemple comme bras de reprise de couple, interposé entre le moteur d’un véhicule automobile et son châssis. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Bielle comportant, à chacune de ses deux extrémités, une partie de liaison destinée à coopérer avec un organe extérieur, l’une de ces parties de liaison étant conformée en étrier (14) et l’autre de ces parties de liaison comprenant un œillet principal (1), ledit étrier (14) comportant deux œillets secondaires (3a, 3b) reliés chacun audit œillet principal (1) par un ensemble de bande de renfort (5) comprenant deux parties continues (5a, 5b) formant boucles autour dudit œillet principal (1) et respectivement autour de chacun desdits œillets secondaires (3a, 3b), lesdits œillets principal (1) et secondaires (3a, 3b) et ledit ensemble de bande (5) étant surmoulés au moins partiellement par une matière thermoplastique définissant notamment deux branches d’étrier (14a, 14b) comportant chacune l’un desdits œillets secondaires (3a, 3b). Bielle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit œillet principal (1) comporte un élément élastique (7) au centre duquel est inséré un élément métallique (9) de forme sensiblement tubulaire. Bielle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits œillets secondaires (3a, 3b) sont réalisés en alliage métallique. Bielle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les deux parties (5a, 5b) dudit ensemble de bande de renfort (5) sont distinctes. Bielle selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les deux parties (5a, 5b) dudit ensemble de bande de renfort (5) sont liées l’une à l’autre dans la zone dudit œillet principal (1). Bielle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit ensemble de bande de renfort (5) comprend des fibres longues et continues telles que des fibres de verre ou de carbone, ou des fibres végétales telles que fibres de lin ou d’orties, noyées dans une résine. Bielle selon les revendications 5 et 6, dans laquelle lesdites fibres longues se croisent dans la zone (6) dudit œillet principal (1). Bielle selon la revendication 7, dans laquelle ledit surmoulage thermoplastique (13) est réalisé dans une résine identique ou chimiquement compatible avec celle de la résine enrobant les fibres dudit ensemble de bande de renfort (5). Bielle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit surmoulage (13) présente des cavités (17) et des nervures (15). Procédé de fabrication d’une bielle conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on passe les deux parties (5a, 5b) dudit ensemble de bande de renfort (5) autour dudit œillet principal (1) et respectivement autour de chaque œillet secondaire (3a, 3b), on place l’ensemble de ces pièces ainsi reliées à l’intérieur d’un moule à injection, et on injecte une matière de surmoulage à l’intérieur de ce moule.