Brevet FR3116467A1 — publié le 20220527

Chape en matériau composite L’invention concerne une chape (1) conformée selon une première paroi (2) sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe (X) et percée d’un premier trou (5) selon l’axe (X), une deuxième paroi (3) sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe (X), percée d’un deuxième trou (6) selon l’axe (X) et sensiblement parallèle à la première paroi (2), et une troisième paroi (4) reliant la première paroi (2) et la deuxième paroi (3) en s’enroulant autour de l’axe (X) selon au moins un quart de tour, comprenant une armature (7), venue de matière, suivant les trois parois (2-4), un organo (8) suivant la première paroi (2) et la troisième paroi (4) et un surmoulage (9) assemblant l’armature (7) et l’organo (8) en les recouvrant au moins partiellement sur au moins une des deux faces. Figure d’abrégé : Figure 1 Chape en matériau composite L’invention concerne une chape. Une chape est une pièce mécanique apte à accueillir un arbre. Autour de l’arbre peut être disposée une rotule d’extrémité d’une bielle. Ainsi une chape, étant fixée à un bâti, participe d’un assemblage entre une bielle et un bâti. La rotule pouvant tourner autour de l’arbre autorise un degré de liberté en rotation. Une telle chape est organisée autour de l’axe de l’arbre accueilli et présente sensiblement une forme de coquille, comprenant trois extensions principales : une première paroi sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe et percée d’un premier trou selon l’axe, une deuxième paroi sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe, percée d’un deuxième trou selon l’axe et sensiblement parallèle à la première paroi, et une troisième paroi reliant la première paroi et la deuxième paroi en s’enroulant autour de l’axe selon au moins un quart de tour. Le premier et le deuxième trou sont ainsi alignés et permettent de laisser passer un arbre de la première paroi à la deuxième paroi. Dans, un exemple d’application, la bielle appartient à un triangle de direction et le bâti est un châssis de véhicule automobile. Aussi, la chape peut être soumise à des chocs, à des efforts importants en amplitude, ainsi qu’à une cyclicité de ces efforts, transmis par la bielle. Il est connu de réaliser une telle chape en acier. Cependant un tel mode de réalisation produit une pièce lourde. Il est souhaité diminuer le bilan pondéral. Il est encore connu de réaliser une telle chape en fonte d’aluminium. Un tel mode de réalisation, s’il diminue le bilan pondéral, conduit cependant à un coût élevé, en matière et en outillage, que l’on souhaite éviter. L’invention a pour objet une chape, du type apte à accueillir un arbre selon un axe, conformée selon une première paroi sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe et percée d’un premier trou selon l’axe, une deuxième paroi sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe, percée d’un deuxième trou selon l’axe et sensiblement parallèle à la première paroi, et une troisième paroi reliant la première paroi et la deuxième paroi en s’enroulant autour de l’axe selon au moins un quart de tour, la chape comprenant une armature, venue de matière, suivant les trois parois, un organo suivant la première paroi et la troisième paroi et un surmoulage assemblant l’armature et l’organo en les recouvrant au moins partiellement sur au moins une des deux faces. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - l’organo, dans les parties où il suit l’armature, est en contact direct avec l’armature, - l’organo se prolonge, parallèlement à la troisième paroi au-delà de la deuxième paroi, - la chape comprend encore, au niveau de chacun des trous, une douille de longueur selon l’axe sensiblement égale à l’épaisseur de la chape, afin de former un limiteur de compression, préférentiellement en acier et soudée à l’armature, - la chape comprend encore, entre les deux trous une entretoise anti-compression, - l’armature comprend au moins un perçage traversant permettant une interpénétration de l’organo ou du surmoulage de manière à former un point de jonction, - l’armature est en aluminium ou préférentiellement en acier, réalisée préférentiellement à partir d’une tôle pliée ou emboutie, - l’organo comprend un tapis de fibres longues, préférentiellement de verre, tissées, imprégné par une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique, - le surmoulage comprend une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique, renforcée de fibres, préférentiellement de verre ou de carbone, coupées et non tissées, - la part de fibres dans l’organo est au moins de 50% et la part de fibres dans le surmoulage est au moins de 20%*. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre, en vue de face, un assemblage comprenant une chape selon l’invention, montre, en vue de côté, le même assemblage, montre, en vue coupée selon A-A, le même assemblage, montre, en vue coupée selon B-B, le même assemblage, montre, en vue perspective, le même assemblage, montre, en vue perspective, la chape seule, montre, en vue perspective, l’organo seul, montre, en vue perspective, l’armature seule, montre, en vue perspective, la rotule et l’arbre. En référence aux figures 1 à 6, une chape 1 est apte à accueillir un arbre 11, visible sur les figures 2-5, 9. Cet arbre 11 traverse les deux flasques 2, 3 de la chape 1 au niveau des trous 5, 6 et offre un support rotatif à une rotule 16 disposée en tête d’une bielle 18. L’arbre 11 est maintenu en place au moyen d’un écrou 14. Un palier 15 peut être disposé entre l’arbre 11 et la rotule 16 afin de faciliter la rotation relative. La chape 1 est organisée autour de l’axe X de l’arbre 11 qu’elle peut accueillir. La chape 1 est conformée selon trois parois 2-4. Une première paroi 2 structure une première flasque 2 de la chape 1. Une deuxième paroi 3 structure une deuxième flasque 3 de la chape 1. Une troisième paroi 4 assemble et maintient la distance entre la première paroi 2 et la deuxième paroi 3. La première paroi 2 est sensiblement plane et sensiblement perpendiculaire à l’axe X. Elle est encore percée d’un premier trou 5 selon l’axe X, apte à permettre le passage de l’arbre 11, soit présentant une section sensiblement identique à la section transverse à l’axe X de l’arbre 11. La deuxième paroi 3 est, elle aussi, sensiblement plane et sensiblement perpendiculaire à l’axe X. Elle est, elle aussi, percée d’un deuxième trou 6 selon l’axe X, semblable au premier trou 5. Les deux trous 5, 6 sont disposés en regard l’un de l’autre. La deuxième paroi 3 est sensiblement parallèle à la première paroi 2. Enfin, une troisième paroi 4 relie la première paroi 2 et la deuxième paroi 3. Cette troisième paroi 4 est sensiblement perpendiculaire à la première paroi 2 et à la deuxième paroi 3, et elle s’enroule autour de l’axe X, L’enroulement est au moins selon un quart de tour. L’enroulement est suffisamment distant de l’axe X pour permettre la mise en place de la rotule 16 et de la bielle 18. Selon l’invention, la chape 1 comprend une armature 7, un organo 8 et un surmoulage 9. L’armature 7, plus particulièrement illustrée à la est métallique et venue de matière et suit les trois parois 2-4. L’organo 8, plus particulièrement illustré à la , suit la première paroi 2 et la troisième paroi 4. Enfin, le surmoulage 9 recouvre l’armature 7 et l’organo 8 au moins partiellement sur au moins une de leurs deux faces. Ainsi, le surmoulage 9 assure un assemblage de l’armature 7 avec l’organo 8. Le surmoulage 9 complète encore la chape 1 de manière à lui donner sa forme finale exacte. Il a été vu que l’organo 8 suit l’armature 7. Aussi, selon une autre caractéristique, dans les parties où l’organo 8 suit l’armature 7, l’organo 8 est en contact direct avec l’armature 7. Selon une autre caractéristique, l’organo 8 se prolonge, parallèlement à la troisième paroi 4 au-delà de la deuxième paroi 3. Ceci permet avantageusement d’augmenter la surface extérieure de la chape 1 et ainsi augmenter sa surface de contact et de fixation avec un bâti. Une telle fixation est par exemple réalisée au moyen d’inserts métalliques 17, de type à souder, noyés dans l’organo 8 et qui permettent un soudage ou un vissage avec le bâti. Selon une autre caractéristique, la chape 1 comprend encore, au niveau de chacun des trous 5, 6, une douille 10 tubulaire selon l’axe X. Une telle douille 10 présente, selon l’axe X, une longueur sensiblement égale à l’épaisseur de la chape 1, au droit de chacun des trous 5, 6, afin de réaliser une fonction d’anti-fluage. Une telle douille 10, forme ainsi un limiteur de compression selon l’axe X, évitant qu’une compression trop importante, typiquement causée par un vissage de l’écrou 14 sur l’arbre 11, ne cause un écrasement d’une des flasques 2, 3 de la chape 1 au droit d’au moins un des trous 5, 6. Pour réaliser cette fonction très contrainte, une douille 10 est de préférence réalisée en acier afin d’apporter des caractéristiques mécaniques suffisantes. De plus, une telle matière permet avantageusement d’assembler les douilles 10 avec l’armature 7 métallique par soudage. Les douilles 10 visent à éviter un écrasement de l’épaisseur d’une flasque 2, 3 de la chape 1. Afin d’éviter un écrasement de la chape 1, tendant à rapprocher une flasque 2, 3 de l’autre, la chape 1 comprend, entre les deux trous 5, 6, soit si elles sont présentes, entre les deux douilles 10, une entretoise 13 anti-compression. Cette entretoise 13 est typiquement tubulaire et disposée autour d’un arbre 11 accueilli par la chape 1. La longueur de cette entretoise 13 selon l’axe X est telle qu’elle vienne en contact avec les faces internes respectives des flasques 2, 3 de la chape 1, au droit des trous 5, 6. Selon une autre caractéristique, l’armature 7 comprend au moins un perçage 12 traversant. Lesdits au moins un perçage 12, plus particulièrement visibles à la , sont avantageusement répartis sur toute la surface de l’armature 7. Au droit d’un tel perçage 12, lors de la mise en place de l’organo 8 et/ou du surmoulage 9, la résine polymère de l’organo 8 et/ou du surmoulage 9 étant ramollie peut pénétrer dans ledit perçage 12 et y champignonner. Après solidification de la résine polymère, ledit champignon interpénètre l’armature 7 et forme ainsi un point de jonction, contribuant à assembler l’organo 8 et/ou le surmoulage 9 avec l’armature 7. Selon une autre caractéristique, l’armature 7 est réalisée en métal. Ce métal peut être de l’aluminium ou préférentiellement de l’acier. Tout mode de réalisation est possible, tel que moulage, emboutissage, usinage, pliage, soudage. Selon un mode de réalisation préférentiel, l’armature 7 est réalisée à partir d’une tôle pliée ou emboutie. Un organo 8 est, de manière connue, une pièce composite comprenant un matelas réalisé à partir de fibres continues tissées, imprégné par une matrice en résine polymère. Le type de fibre peut être quelconque. Le matelas confère à l’organo 8 une charpente et une tenue mécanique, tandis que la résine polymère lui apporte sa forme. Il est possible de mettre en forme un organo au moyen d’un moule. Le moule permet une mise en forme du matelas, préalablement plan et souple lorsqu’il est seul. Une imprégnation du matelas par une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique, en surmoulage autour du matelas permet après solidification de la résine polymère de conférer à l’ensemble une forme durable. Un organo est classiquement utilisé pour former une pièce nécessitant des caractéristiques mécaniques élevées. Aussi, selon une autre caractéristique l’organo 8 de la chape 1 comprend un matelas de fibres continues ou CFRT (de l’anglais « Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic »), préférentiellement de verre, tissées, imprégné par une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique. Une résine thermoplastique est préférée relativement à une résine thermodurcissable, principalement en ce qu’elle permet une réutilisation de la résine et donc un recyclage. Selon une autre caractéristique, le surmoulage 9 comprend une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique, renforcée de fibres, préférentiellement de verre ou de carbone, coupées et non tissées. Ici, on est en présence d’un composite « classique ». La préférence pour une résine polymère thermoplastique est emportée par sa recyclabilité. De plus, le fait de choisir une résine polymère de même type pour l’organo 8 et pour le surmoulage 9 permet, par fusion, de les assembler l’une avec l’autre. Dans le cas d’un organo, la présence d’un matelas limite les possibilités de pliage et donc les formes atteignables. Au contraire, le matériau du surmoulage 9 est moins contraint. Aussi, le surmoulage 9 permet de réaliser des formes plus complexes. Ceci permet ainsi de réaliser des formes géométriquement moins limitées ou plus détaillées et notamment les deux flasques 2, 3 de la chape 1, l’une des flasques comprenant l’organo 8 et l’autre flasque, ne comprenant pas l’organo 8. Le surmoulage 9 permet encore de réaliser des parties plus détaillées, telles que des nervures. Selon une autre caractéristique, la part de fibres dans l’organo 8 est au moins de 50% en masse, de préférence au moins 60% en masse et encore plus préférentiellement au moins 70% en masse. Autrement dit, l’organo 8 est majoritairement constitué de son matelas. Selon une autre caractéristique, la part de fibres dans le surmoulage 9 est au moins de 20% en masse et préférentiellement d’au moins 30% en masse. Ainsi, dans le surmoulage 9 la part de résine polymère est dominante. Dans tout ce qui précède, une résine polymère thermoplastique peut être du polyamide 6, du polyamide 66, du polypropylène, du PET (polyéthylène téréphtalate) ou tout autre résine polymère thermoplastique. Les fibres peuvent être des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de basalte ou des fibres naturelles. Le matelas de fibres de l’organo 8 peut être constitué de tissus ou de multiaxiaux NCF (de l’anglais : « Non Crimp Fabrics ») ou encore de mats de fibres. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. X : axe, 1 : chape, 2 : première paroi, première flasque, 3 : deuxième paroi, deuxième flasque, 4 : troisième paroi, 5, 6 : trou, 7 : armature, 8 : organo, 9 : surmoulage, 10 : douille, 11 : arbre, 12 : perçage, 13 : entretoise, 14 : écrou, 15 : palier, 16 : rotule, 17 : insert, 18 : bielle Chape (1), du type apte à accueillir un arbre (11) selon un axe (X), conformée selon une première paroi (2) sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe (X) et percée d’un premier trou (5) selon l’axe (X), une deuxième paroi (3) sensiblement plane, sensiblement perpendiculaire à l’axe (X), percée d’un deuxième trou (6) selon l’axe (X) et sensiblement parallèle à la première paroi (2), et une troisième paroi (4) reliant la première paroi (2) et la deuxième paroi (3) en s’enroulant autour de l’axe (X) selon au moins un quart de tour, caractérisée en ce qu’ elle comprend une armature (7), venue de matière, suivant les trois parois (2-4), un organo (8) suivant la première paroi (2) et la troisième paroi (4) et un surmoulage (9) assemblant l’armature (7) et l’organo (8) en les recouvrant au moins partiellement sur au moins une des deux faces. Chape (1) selon la revendication précédente, où l’organo (8), dans les parties où il suit l’armature (7), est en contact direct avec l’armature (7). Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’organo (8) se prolonge, parallèlement à la troisième paroi (4) au-delà de la deuxième paroi (3). Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore, au niveau de chacun des trous (5, 6), une douille (10) de longueur selon l’axe (X) sensiblement égale à l’épaisseur de la chape (1), afin de former un limiteur de compression, préférentiellement en acier et soudée à l’armature (7). Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore, entre les deux trous (5, 6) une entretoise (13) anti-compression. Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’armature (7) comprend au moins un perçage (12) traversant permettant une interpénétration de l’organo (8) ou du surmoulage (9) de manière à former un point de jonction. Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’armature (7) est en aluminium ou préférentiellement en acier, réalisée préférentiellement à partir d’une tôle pliée ou emboutie. Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’organo (8) comprend un tapis de fibres longues, préférentiellement de verre, tissées, imprégné par une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique. Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le surmoulage (9) comprend une matrice en résine polymère, préférentiellement thermoplastique, renforcée de fibres, préférentiellement de verre ou de carbone, coupées et non tissées. Chape (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la part de fibres dans l’organo (8) est au moins de 50% en masse et où la part de fibres dans le surmoulage (9) est au moins de 20% en masse.