BIELLE REALISEE EN MATERIAU COMPOSITE, ET PROCEDES DE REALISATION D'UNE BIELLE EN MATERIAU COMPOSITE.

La présente invention a pour objet une bielle réalisée en matériau composite, ainsi que les procédés de réalisation d'une bielle en matériau composite .

On sait qu'une bielle est une pièce allongée munie à chacune de ses extrémités d'un oeilleton, reliant deux axes parallèles et permettant de transmettre un mouvement de l'un à l'autre. Une bielle doit répondre à certaines contraintes de dimensions et de poids, mais également de résistance en traction et en compression.

Dans certains domaines, aéronautique et spatial par exemple, il est parfois impossible de concevoir des bielles pouvant répondre simultanément à toutes les caractéristiques exigées . La présente invention a pour but de proposer une bielle réalisée en matériau composite présentant des caractéristiques qui jusque maintenant n'ont jamais été réunies.

La bielle en matériau composite selon l'invention vient du moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, et elle se caractérise essentiellement en ce qu'elle comprend d'une part deux inserts en matériau résistant, percés chacun d'un alésage constituant un œilleton; d'autre part une âme, intercalée entre lesdits inserts, obtenue par moulage d'un composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et d'autre part encore une sangle ceinturant l'ensemble comprenant lesdits deux inserts enserrant ladite âme, en passant autour desdits inserts et le long de ladite âme, et qui est constituée de l'enroulement d'un élément filaire imprégné d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et en ce que l'assemblage est réalisé avec

précontrainte, c'est-à-dire que ladite âme est comprimée longitudinalement tandis que ladite sangle est tendue .

Le moulage de l ' âme est réalisé à partir un empilement de tissus de fibres orientées de manière unidirectionnelle dans le sens de 1 ' axe longitudinal s ' étendant entre les inserts .

La sangle assure la tenue en traction, tandis que l'âme assure la tenue à la compression, les inserts, qui sont réalisés en métal, de préférence en titane, assurant l'interface entre l'âme et la sangle, et la précontrainte évite la formation de jeu entre les inserts et l'âme.

Selon une caractéristique additionnelle de la bielle composite selon l'invention, l'âme est réalisée en plusieurs parties accolées longitudinalement.

Selon une caractéristique additionnelle de la bielle composite selon l'invention, la sangle est réalisée en plusieurs parties.

Le procédé de réalisation d'une bielle composite selon l'invention, par le moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste :

- à mouler une âme par compression d'un empilement de tissus composites fait des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, en veillant à conserver une orientation unidirectionnelles desdites fibres de renfort dans le sens longitudinal de ladite âme,

- à usiner ladite âme en sorte de la mettre aux dimensions souhaitées ,

- à préparer deux inserts, muni chacun d'un alésage formant oeilleton, et destinés à être disposés chacun à une extrémité de ladite âme, à usiner lesdits inserts et lesdites extrémités de l'âme, au niveau des zones de contact,

- à assembler les inserts et l ' âme , et à maintenir l ' ensemble avec contrainte ,

à enrouler, autour de l'ensemble précontraint en passant autour des inserts et le long de l'âme, un élément filaire constitué d'une fibre de renfort, tout en exerçant une tension sur ledit élément filaire,

à imprégner l'élément filaire avant enroulement, ou à imprégner l'enroulement, d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique ,

- à façonner par moulage et compression, l'enroulement imprégné, tout en maintenant la tension exercée sur ledit élément filaire .

Une bielle composite selon l'invention peut être réalisée selon plusieurs autres procédés, et notamment celui consistant à fabriquer séparément toutes les pièces qui le composent puis à les assembler entre elles dans certaines conditions de tension.

Ainsi le procédé de réalisation d'une bielle composite selon l'invention, par le moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste:

- à mouler une âme par compression d'un empilement de tissus composites fait des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, en veillant à conserver une orientation unidirectionnelles desdites fibres de renfort dans le sens longitudinal de ladite âme,

- à usiner ladite âme en sorte de la mettre aux dimensions souhaitées ,

- à préparer deux inserts, muni chacun d'un alésage formant oeilleton, et destinés à être disposés chacun à une extrémité de ladite âme, à usiner lesdits inserts et lesdites extrémités de l'âme, au niveau des zones de contact,

- à former une sangle par enroulement d'un élément filaire constitué d'une fibre de renfort, tout en exerçant une tension sur ledit élément filaire et à imprégner l'élément filaire avant enroulement, ou à imprégner l'enroulement, d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique ,

- à assembler les inserts et l ' âme dans la sangle en exerçant un effort de tension sur ladite sangle.

Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'usinage des inserts et des extrémités de l'âme, au niveau des zones de contact, est réalisé en sorte de créer des surfaces inclinées, non perpendiculaires à l'axe principal de l ' âme , de manière à générer un effet de coin lors de l'insertion de l'âme entre les inserts ou de chacun des inserts entre l'âme et la sangle.

Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'effort de tension sur la sangle est obtenu par insertion entre l'âme et au moins l'un des inserts, d'un ou de plusieurs éléments en forme de coin.

Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'effort de tension sur la sangle est obtenu en tirant sur la sangle pendant l ' insertion de l ' âme et des inserts , au travers de moyens de préhension aptes à être solidarisés aux inserts .

Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'effort de tension sur la sangle est obtenu en tirant sur la sangle pendant l'insertion de l'âme, ladite sangle comportant de fabrication des appendices de préhension susceptibles d'être usinés après l'opération de montage.

Les avantages et les caractéristiques du dispositif et des procédés de fabrication selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs .

Dans le dessin annexé :

- la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une bielle composite selon l'invention.

- les figures 2, 3, 4, 5 et 6 représentent des vues schématiques partielles en perspective de différentes étapes successives du procédé de réalisation d'une bielle composite selon l'invention, ainsi que du matériel utilisé.

- la figure 7 représente une vue schématique en perspective d'une étape du procédé de fabrication d'une bielle composite selon l'invention.

- la figure 8 représente une vue schématique en perspective d'une partie d'une bielle composite selon l'invention, réalisée selon un autre procédé de fabrication.

- les figures 9a, 9b et 9c représentent des vues schématiques en coupe selon un plan longitudinal de variantes de bielles composites selon l'invention.

- les figures 10a et 10b représentent des vues schématiques en perspectives d'une partie d'un autre mode de réalisation d'une bielle composite selon l'invention.

- les figures 11, 12 et 13 représentent des vues schématiques partielles de variantes de la bielle composite selon 1' invention.

Sur la figure 1 , on peut voir une bielle composite 1 selon l'invention, laquelle comprend une âme 2, deux inserts 3 percés chacun d'un alésage 30 formant un oeilleton, et une sangle 4 entourant l'ensemble constitué de l'âme 2 enserrée entre les deux inserts 3 , en passant autour de ces derniers et le long de l'âme 2.

En référence aux figures 2, 3, 4, 5 et 6 on peut voir différentes étapes du procédé de réalisation d'une bielle composite 1.

Sur la figure 2 , on peut voir une opération de moulage de l ' âme 2, entre les deux parties 50 et 51 d'un moule 5.

L'objectif est d'obtenir une résistance à la compression maximum dans le sens de la longueur de l'âme. Si il est possible de réaliser l ' âme 2 de plusieurs manières , celle qui permet d'obtenir les meilleurs résultats consiste à presser un assemblage de tissus de fibres unidirectionnelles, préimprégnés, où toutes les fibres sont orientées dans le même sens, celui de l'effort à la compression, c'est-à-dire celui de 1 ' axe longitudinal de l ' âme 2.

Le matériau utilisé peut consister, non limitativement, en des fibres de carbone ou d'aramide, noyées dans une matrice de type époxyde ou phénolique

L'étape suivante consiste à usiner les extrémités 20 de l'âme 2 d'une grande planéité et parallèles, et également usiner les inserts 3, en sorte d'obtenir des plans de contact d'une grande précision.

On notera que les extrémités 20 de l'âme 2 et les inserts 3 peuvent présenter des formes concordantes autres que plates, rétentrices par exemple .

Sur la figure 3 on peut voir une opération d'assemblage des deux inserts 3 et de l ' âme 2 , dans un gabarit 6 comprenant deux parties 60 et 61, qui permet en plus de maintenir les inserts 3 serrés contre les extrémités 20 de l'âme 2, de réaliser cet assemblage sous contrainte .

Les parties 60 et 61 du gabarit 6 enserrent l'assemblage sur deux côtés, ceux perpendiculaires aux axes des alésages 30, libérant ainsi les deux autres côtés .

Sur la figure 4 , on peut voir une opération de réalisation de la sangle 4, par enroulement d'un élément filaire 40, autour de l'assemblage maintenu dans le gabarit 6. L'enroulement est réalisé selon des plans perpendiculaires, ou presque, aux axes des alésages 30, tout en exerçant une tension T sur l'élément filaire 40.

En pratique, on fait tourner le gabarit 6 selon un axe parallèle à ceux des alésages 30, et équidistant de ceux-ci, pour enrouler l'élément filaire 40 qui se dévide avec retenue. Simultanément à l'enroulement, l'élément filaire 40, qui consiste en une fibre de renfort, est imprégnée d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique de type résine époxy.

On notera que selon une variante , l ' âme 2 peut ne pas être mise en pression, mais c'est le cumul de la tension de l'élément filaire 40 à chaque spire qui crée la contrainte.

Sur les figures 5 et 6, on peut voir que la sangle 4 est mise en forme par l'intermédiaire des deux pièces 70 et 71 d'un moule 7, qui s'insèrent entre les pièces 60 et 61 du gabarit 6, tout en maintenant la tension T .

Le procédé décrit ci-dessus n'est pas le seul permettant d'obtenir une bielle 1 selon l'invention, d'autres procédés peuvent être mis en oeuvre .

La précontrainte nécessaire est due au fait que la longueur de l'âme 2 relâchée est supérieure à la distance qui lui est réservée entre les deux inserts 3, lorsque ceux-ci sont montés dans la sangle 4.

Ainsi, outre le procédé décrit ci-dessus où la sangle 4 est fabriquée autour de l ' âme 2 , il est possible de fabriquer la sangle 4 séparément, et d'y introduire l'âme 2 après mise en tension de la sangle 4.

La figure 7 montre un procédé permettant de tendre la sangle 4 au moyen de deux éléments d'accrochage 8 aptes à être solidarisés chacun à un insert 3 au moyen d'un arbre 80, et sur lesquels est exercée une force de traction en sorte de tendre la sangle 4 en vue de permettre l'insertion entre les inserts 3 d'une âme 2, non représentée.

Comme cela est représenté sur la figure 8 , la mise en tension de la sangle 4 peut également être réalisée en créant aux extrémités de la sangle 4 , des appendices de préhension 4 , 1 qui peuvent être supprimés ultérieurement, et qui permettent un saisissement par des moyens de traction .

Il est également possible que les extrémités 20 de l'âme 20 ainsi que les inserts 3 soient usinés en faisant un certain angle en sorte que l ' introduction de l ' âme 2 dans la sangle 4

crée un effet de coin. Les figures 9a, 9b et 9c montrent de telles configurations.

Sur la figure 9a, le contact entre l'âme 2 et chacun des inserts 3 est réalisé au travers de plans inclinés respectivement 21 et 31, non perpendiculaire à l'axe principal de l'âme 2. La tension peut ainsi être obtenue lors de l'insertion de l'âme 2 entre les deux inserts 3, ou bien lors de l'insertion des inserts 3 entre l'âme 2 et la sangle 4.

Sur la figure 9b, le contact entre chacun des inserts 3 et de la sangle 4 est réalisée au travers de surfaces tronconiques respectivement 32 et 42. La tension peut ainsi être obtenue lors de l'insertion des inserts 3 entre l'âme 2 et la sangle 4.

Sur la figure 9c, la bielle reprend toutes les caractéristiques des âme 2, inserts 3 et sangle 4, à savoir des plans inclinés 21 et 31, et des surfaces tronconiques respectivement 32 et 42. La tension est ainsi obtenue lors de l'insertion des inserts 3 entre l'âme 2 et la sangle 4.

En référence maintenant aux figures 10a et 10b, on peut voir que la tension peut être obtenue par insertion de pièces rapportées 33 et 34 taillées en coin, entre l'âme 2 et les inserts 3. On peut prévoir l'insertion d'un de ses éléments ou de plusieurs, au niveau d'un seul insert 3 ou des deux.

On notera que sur les figures 9a, 9b, 9c, 10a et 10b, les angles des surfaces inclinées sont exagérés pour les besoins de l'explication.

En référence maintenant aux figures 11, 12 et 13, on peut des modes de réalisation différents de la bielle composite 1.

Sur la figure 11, l'âme 2 est réalisée en deux parties 22 en forme de plaques accolées longitudinalement, et comportant

chacune du côté intérieur une feuillure 23 créant une gorge apte à accueillir une sangle, non représentée. Les plaques 22 sont bien entendu adaptées après mise en tension de la sangle .

Sur les figures 12 et 13, la sangle 4 est réalisée en en deux parties 43, à savoir en l'occurrence deux sangles identiques destinées à être disposées parallèlement l'une à l'autre, en étant chacune placée dans une feuillure 24 créée dans l'âme 4 et 1' insert 3.