Dispositif de protection d'organes de direction et/ou de transmission et soufflet de protection équipant un tel dispositif

La présente invention concerne un dispositif de protection de direction, en particulier de véhicule automobile, du type dans laquelle l'élément principal de direction, tel qu'une crémaillère, est logé et monté coulissant à l'intérieur d'un boîtier de direction, le dispositif de protection comprenant au moins deux soufflets raccordables par l'une de leurs extrémités, généralement par serrage, au boîtier de la direction à protéger, ainsi qu'un soufflet apte à équiper un tel dispositif et une direction intégrant un tel dispositif de protection.

L'invention s'applique plus particulièrement aux systèmes de direction assistée ou manuelle constitués d'une crémaillère à déplacement longitudinal logée dans un boîtier de direction, les deux extrémités de ladite crémaillère étant munies d'une liaison rotule pour biellettes de direction ou barres d'accouplement de direction, ces liaisons étant protégées par des soufflets.

De façon générale, la liaison entre crémaillère de direction et biellette de direction ou barre d'accouplement doit être protégée. Ces liaisons généralement de type rotules sont protégées des agressions extérieures du type eau, particules solides, par un soufflet fixé depuis l'une de ses extrémités à la biellette de direction ou barre d'accouplement et depuis son autre extrémité au boîtier de direction, formant un système étanche.

Dans ce type de système, l'homme du métier est confronté à deux problèmes.

D'une part, lors d'un mouvement de rotation du volant de direction d'un véhicule, la crémaillère effectue une translation selon son axe longitudinal proportionnelle à la variation angulaire donnée par le volant. Cette translation, provoque un changement de direction des roues du véhicule et entraîne une variation du volume disponible dans les soufflets. Il est ainsi nécessaire d'effectuer une compensation de la quantité d'air contenue dans chacun des soufflets afin d'éviter tout phénomène de surpression ou dépression à l'intérieur

pouvant à terme dégrader prématurément l'étanchéité réalisée d'un coté entre chaque soufflet et le boîtier de direction et d'un autre côté entre chaque soufflet et une biellette de direction. D'autre part, le volume d'air emprisonné dans et entre les soufflets d'un système de direction est soumis aux variations de température que peut rencontrer le véhicule lors de son utilisation. Une direction étant un système étanche, les phénomènes de dilatation et de réduction du volume de l'air, liés à la variation de la température, peuvent entraîner une déformation du soufflet conduisant de nouveau à une détérioration prématurée.

II existe une première solution permettant d'éviter les problèmes de surpression et de dépression résultant des variations de température. Cette solution consiste en l'insertion d'une membrane perméable à l'air et imperméable à l'eau sur tout ou partie de la paroi d'un soufflet. Cette membrane permet en effet de résoudre les problèmes énoncés précédemment auxquels l'homme du métier est confronté, mais comporte l'inconvénient d'un coût élevé essentiellement dû au coût de la membrane dans le cas d'un soufflet dont la paroi souple serait essentiellement constituée d'une telle membrane, comme en témoigne le document FR 2792273. En effet, la conception microporeuse de ce type de membrane empêche un débit d'air conséquent de la traverser. Il est ainsi nécessaire que la surface de la membrane soit la plus importante possible, car dans le cas contraire, c'est-à-dire dans le cas d'une surface de membrane relativement réduite, comme l'illustre le brevet EP-1048865, la liaison entre la paroi du soufflet et la membrane se dégrade prématurément entraînant un défaut d'étanchéité dans le soufflet. En effet, la membrane tend à se décoller de son siège lors de la compression du soufflet.

Dans le prolongement de cette première solution, il est également connu à travers le brevet FR-2.859.156, une direction à crémaillère dans laquelle chaque soufflet est serré sur l'extrémité correspondante du boîtier de direction au moyen d'un collier entourant une partie terminale du soufflet. Le collier de serrage de l'un au moins des soufflets comporte au moins un passage d'air, prévu pour prendre place en correspondance avec un passage d'air de la partie

terminale du soufflet et de l'extrémité du boîtier de direction, le collier étant pourvu, au niveau de son passage d'air, d'une pastille perméable à l'air mais imperméable à l'eau.

Outre la complexité d'un tel système qui nécessite de disposer d'un collier de serrage, d'un boîtier de direction et d'un soufflet spécifique, on constate les mêmes inconvénients que ceux précédemment cités, à savoir que la membrane tend à se décoller prématurément de son siège lors de la compression du soufflet.

Une autre deuxième solution décrite dans le brevet EP-1.300.319 consiste à prévoir, en un point intermédiaire du boîtier de direction d'une direction à crémaillère, un orifice débouchant sur l'extérieur obturé par un élément réalisé, au moins partiellement, en une matière perméable à l'air mais hydrophobe, pour permettre l'équilibrage des pressions entre l'intérieur et l'extérieur de la direction, et éviter ainsi la déformation des soufflets de cette direction, en utilisant aussi la communication existante entre les deux soufflets.

L'inconvénient de cette solution est qu'elle nécessite de procéder à une adaptation du boîtier de direction, ce qui rend le dispositif de protection non universel.

Une troisième solution permettant le transfert d'air d'un soufflet en compression vers un soufflet en expansion consiste à placer une conduite extérieure au boîtier de direction reliant les deux soufflets entre eux. Cette solution possède l'avantage de permettre un transfert de l'air provenant du soufflet en compression vers un soufflet en expansion sans contraindre l'air à traverser des zones limitant de façon significative le débit. Cependant, dans cette conception, il n'y a pas d'échange d'air possible avec le milieu extérieur. Ainsi, cette solution ne résoud pas le problème de variation du volume de l'air contenu dans les soufflets due aux variations de température.

11 en résulte qu'il n'existe pas aujourd'hui de dispositif universel, c'est-à-dire adaptable à tout type de direction permettant d'assurer, à la fois un transfert de l'air contenu dans un soufflet dont le volume est en compression vers un soufflet dont le volume qu'il contient est en expansion et un transfert de l'air vers le milieu extérieur afin de pallier les variations de volume de l'air dues aux variations de température sans passage dans une zone limitante de l'air transféré d'un soufflet vers un autre.

Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif de protection universel, adaptable à tout type de transmission dont la conception permet de répondre aux problèmes de transfert de l'air contenu dans un soufflet dont le volume qu'il peut contenir diminue vers un soufflet dont le volume qu'il peut contenir augmente, sans dégradation prématurée, et de pallier les variations de volume de l'air occupé lors de variations de température.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection de direction, en particulier de véhicule automobile, du type dans laquelle l'élément principal de direction, tel qu'une crémaillère, est logé et monté coulissant à l'intérieur d'un boîtier de direction, le dispositif de protection comprenant au moins deux soufflets raccordables par l'une de leurs extrémités, généralement par serrage, au boîtier de la direction à protéger, caractérisé en ce que le dispositif de protection comporte en outre au moins une conduite de liaison des soufflets entre eux extérieure au boîtier de direction, ladite conduite extérieure de mise en communication des soufflets et de transfert de la pression d'air résultant de la compression d'un soufflet vers le soufflet en expansion étant équipée d'au moins un organe d'équilibrage des pressions par transfert de gaz entre conduite et atmosphère extérieure.

La conception du dispositif de protection permet son adaptation à tout boîtier de direction puisque aucune adaptation ou modification de la direction n'est nécessaire. La double liaison entre soufflets assurée d'une part, par le boîtier de direction, d'autre part, par la conduite de liaison extérieure au boîtier permet de réduire les sollicitations de l'organe d'équilibrage des pressions équipant

ladite conduite.

Le positionnement de l'organe d'équilibrage des pressions en un emplacement quelconque de la conduite de transfert d'air permet un libre transfert d'air entre lesdits soufflets sans passage dans une zone limitante, l'organe d'équilibrage des pressions n'étant sollicité que lorsque cela est nécessaire.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, l'organe d'équilibrage des pressions est formé d'une membrane perméable aux gaz et imperméable à l'eau.

Généralement, la conduite extérieure de mise en communication des soufflets est formée d'un tuyau et de deux raccords, lesdits raccords se présentant chacun sous forme d'un corps tubulaire dont une extrémité est raccordée à un soufflet et l'autre au tuyau.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le ou au moins un organe d'équilibrage des pressions est monté sur un raccord d'un soufflet.

Dans ce mode de réalisation, au moins l'un des raccords affecte la forme générale d'un conduit en « L », l'extrémité ouverte d'une des branches du L étant raccordée au tuyau tandis que l'extrémité de l'autre branche est raccordée au soufflet.

De préférence, l'organe d'équilibrage des pressions est disposé au voisinage de la zone de liaison desdites branches du L entre elles.

Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, non représenté, le ou au moins un organe d'équilibrage des pressions est monté sur le tuyau de la conduite. Le raccord du tuyau au soufflet peut affecter une forme similaire à celle décrite ci-dessus.

Il doit être noté qu'il existe un grand nombre de positions possibles de l'organe

d'équilibrage des pressions sur la conduite, le nombre d'organes de décompression sur ladite conduite pouvant également être variable.

L'invention a également pour objet un soufflet de protection de direction de véhicule automobile, dans laquelle l'élément principal de direction, tel qu'une crémaillère, est logé dans un boîtier de direction, ledit soufflet comprenant un tronçon souple de soufflet présentant des plissures annulaires et des zones en collier qui s'y raccordent aux deux extrémités, une des zones en collier servant au raccordement du soufflet au boîtier de direction, ce soufflet comprenant en outre au moins un raccord se raccordant depuis l'extérieur à une zone en collier, ce raccord se présentant sous la forme d'un corps tubulaire, de préférence en L, dont une extrémité est solidarisée à la paroi dudit soufflet et dont l'autre extrémité ouverte est apte à être raccordée par l'intermédiaire d'un tuyau externe à un autre soufflet, tuyau externe et raccord étant aptes à former une conduite, extérieure au boîtier de direction, de mise en communication dudit soufflet avec un autre soufflet et de transfert de la pression d'air résultant de la compression d'un soufflet vers le soufflet en expansion, caractérisé en ce que ledit raccord est équipé en outre d'un organe d'équilibrage des pressions situé en dehors de la zone de liaison du raccord au tuyau en vue de l'obtention, à l'état raccordé du soufflet à l'autre soufflet par l'intermédiaire du tuyau, d'un dispositif de protection du type précité.

L'invention a encore pour objet une direction pour véhicule automobile du type comprenant un boîtier de direction, une crémaillère logée et montée à déplacement coulissant à l'intérieur dudit boîtier, des barres d'accouplement ou biellettes associées à ladite crémaillère et au moins deux soufflets de protection reliés au boîtier de direction d'un côté et à la barre d'accouplement ou biellette voisine de l'autre côté, caractérisé en ce que les soufflets sont en outre reliés entre eux par une conduite extérieure au boîtier de direction, ladite conduite de mise en communication des soufflets et de transfert de la pression d'air résultant de la compression d'un soufflet vers le soufflet en expansion étant équipée d'au moins un organe d'équilibrage des pressions par transfert de gaz entre conduite et atmosphère extérieure, conduite extérieure et soufflets

formant un dispositif de protection de direction en particulier du type précité.

L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représente une vue schématique d'ensemble d'une direction dont les roues sont en position droite, cette direction étant munie d'un dispositif de protection conforme à l'invention.

la figure 2 représente une vue schématique d'ensemble d'une direction dont les roues sont orientées d'un angle proportionnel à l'angle donné par le volant de direction, cette direction étant munie d'un dispositif de protection conforme à l'invention.

la figure 3 représente une vue en coupe d'un soufflet de direction et/ou de transmission muni d'un raccord comprenant un organe d'équilibrage des pressions

la figure 4 représente une vue partielle en coupe d'un soufflet équipé d'un raccord muni d'un organe d'équilibrage des pressions protégé par un capot extérieur,

la figure 5 représente une vue partielle en coupe d'un soufflet équipé d'un raccord muni d'un organe d'équilibrage des pressions et comportant un canal de fuite.

Un exemple de réalisation de l'invention appliqué à une direction à crémaillère de véhicule automobile va à présent être décrit. Comme mentionné ci-dessus, le dispositif 1 de protection, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné à la protection d'une direction assistée ou manuelle de véhicule automobile du type comprenant au moins un boîtier 16 de direction, une crémaillère logée et montée coulissante dans ledit boîtier, des barres d'accouplement ou biellettes auxquelles les extrémités de la crémaillère sont

raccordées par l'intermédiaire de liaison rotule ou d'une liaison de type filet à visser et joint sphérique ou autre. Les zones d'extrémité de la crémaillère et leur liaison aux barres d'accouplement ou biellettes sont recouvertes par un soufflet 3a, 3b destiné à protéger la direction des agressions extérieures. Chaque soufflet est serré sur l'extrémité correspondante du boîtier 16 de direction par exemple au moyen d'une bague ou collier ou bride entourant une partie terminale du soufflet dite zone 13 en collier dudit soufflet 3a, 3b. Le dispositif de protection comprend, outre les deux soufflets 3a, 3b, au moins une conduite 2 extérieure au boîtier 16 de direction, cette conduite 2 étant formée d'un tuyau 6 reliant les soufflets 3a, 3b par l'intermédiaire d'un raccord 4 fixé sur chaque soufflet et au moins un organe d'équilibrage des pressions 5 équipant ladite conduite 2. Dans l'exemple de la figure 1 , le tuyau 6, constitutif de la conduite 2, est placé parallèlement à l'axe longitudinal du boîtier 16 de direction qui relie les deux soufflets 3 entre eux. Ce boîtier 16 loge une crémaillère, non visible, mobile axialement à l'intérieur du boîtier 16 lors d'une action sur la colonne de direction 18 par l'intermédiaire d'un volant 14 de direction. Chaque soufflet 3a, 3b est donc fixé par une extrémité au boîtier 16 de direction et par son autre extrémité à une biellette 17 de direction reliée à la crémaillère par une liaison rotule.

Les figures 1 et 2 mettent en évidence le comportement des soufflets 3a, 3b lors d'une variation angulaire des roues 15 provoquant un changement de direction du véhicule, issu d'une rotation du volant 14 de direction. En effet, lorsque les roues 15 du véhicule sont en position droite, c'est-à-dire sensiblement parallèles entre elles, comme l'illustre la figure 1 , le volume des soufflets 3a, 3b est sensiblement égal. Lors d'une action sur le volant 14 de direction entraînant un changement de direction des roues 15 du véhicule, un soufflet, représenté en 3a aux figures, subit un phénomène de compression tandis qu'un autre soufflet, représenté en 3b aux figures, subit le phénomène inverse, c'est-à-dire d'expansion. Le soufflet se comprimant et le soufflet s'expansant sont inversés lors d'une action sur le volant suivant une direction opposée. Ainsi, quand un soufflet s'expanse, l'autre se comprime et inversement. Il est à rappeler que chaque soufflet 3a, 3b de protection d'organe

de direction et/ou de transmission comprend généralement un tronçon 11 souple de soufflet, généralement réalisé à partir de caoutchouc ou thermoplastique élastomère. Ce tronçon 11 présente des plissures 12 annulaires. Aux extrémités du tronçon 11 , il est prévu des zones 13 en collier servant au raccordement du soufflet d'une part au boîtier 16 de direction, d'autre part à une biellette 17 ou barre d'accouplement. Les soufflets 3a, 3b sont ici de forme cylindro conique de sorte que chaque soufflet présente une première zone 13 en collier constituant la grande base du soufflet raccordable au boîtier 16 de direction et une seconde zone 13 en collier constituant la petite base du soufflet. Les plissures 12 du soufflet confèrent au soufflet une capacité à se comprimer ou à s'expanser sans risque de détérioration. Cependant, les systèmes de direction nécessitent une étanchéité parfaite. Ainsi, il est nécessaire d'une part de transférer l'air contenu dans un soufflet 3a en compression vers un soufflet 3b en expansion et d'autre part de s'assurer de l'équilibre de la pression interne par rapport à la pression atmosphérique à tout instant. Dans le cas d'une application à un véhicule automobile, celui-ci produit de la chaleur du fait de l'utilisation de moteur à combustion interne pour la mise en mouvement du véhicule et du frottement qui se produit entre les différentes pièces lors du fonctionnement normal du véhicule. Cette chaleur produite engendre une augmentation de la température des pièces situées à proximité et provoque une dilatation du volume de l'air contenu dans le dispositif 1. Ainsi pour conserver un équilibre de la pression interne du dispositif 1 par rapport au milieu extérieur et éviter une surpression apte à endommager les soufflets, il est nécessaire de placer un organe d'équilibrage des pressions 5 sur ledit dispositif 1.

Comme mentionné ci-dessus, chaque soufflet 3a, 3b est équipé d'un raccord 4 sur lequel vient se fixer le tuyau 6 de transfert d'air entre lesdits soufflets 3a, 3b. Raccords 4 et tuyau 6 forment la conduite 2, extérieure au boîtier 16 de direction, de mise en communication des soufflets 3a, 3b entre eux. Grâce à sa simplicité de construction, la conduite 2 peut être associée à tout type de direction.

Chaque raccord 4 se présente sous la forme d'un conduit tubulaire en L. Une extrémité 4b du raccord 4 est fixée à la paroi du soufflet 3a, 3b, par des moyens tels que le collage ou le soudage, au voisinage de la zone en collier 13 qui se raccorde au boîtier 16 de direction. L'autre extrémité 4a du raccord 4 présente, comme l'illustrent les figures 4 et 5, sur son pourtour des crans de sapin 10 pour une liaison par emmanchement avec ledit tuyau 6. L'extrémité 4a peut aussi présenter un pourtour circulaire. Il sera prévu dans ce cas soit un moyen de serrage du tuyau 6 sur l'extrémité 4a du raccord 4, soit un emmanchement du tuyau 6 dans l'extrémité 4a du raccord 4.

Le choix du positionnement de l'organe d'équilibrage des pressions s'effectue en tenant compte du chemin à parcourir par l'air d'un soufflet 3a en compression vers celui 3b en expansion. On évite donc de placer ledit organe 5 d'équilibrage des pressions sur le chemin naturel emprunté par l'air lors de son déplacement d'un soufflet 3a en compression vers un soufflet 3b en expansion par l'intermédiaire d'un tuyau 6 reliant les soufflets 3. C'est ainsi que, de préférence, l'organe 5 d'équilibrage des pressions est placé au voisinage de la zone de liaison des branches du raccord 4 en L. L'avantage que procure l'intégration d'un organe 5 d'équilibrage des pressions dans le raccord 4 plutôt que sur le tuyau 6 reliant les soufflets 3a, 3b s'explique par le fait que selon les modèles d'automobile, la distance entre les soufflets 3a, 3b de protection des organes de direction et/ou de transmission est rarement constante. Ainsi pour s'affranchir de cette contrainte dimensionnelle, il est plus judicieux de placer l'organe 5 d'équilibrage des pressions sur le raccord 4 dont une extrémité 4b est solidarisée au soufflet et l'autre extrémité 4a assemblée à une extrémité du tuyau 6 car les caractéristiques dimensionnelles du raccord 4 sont indépendantes des modèles de véhicule automobile intégrant ce type de raccord 4. De ce fait, l'efficacité de l'organe 5 de décompression, dont les conditions d'utilisation sont connues, est garantie. Comme décrit ci avant, la position de l'organe d'équilibrage des pressions fait l'objet d'un choix particulier présentant plusieurs avantages, cependant, il n'est pas exclu de la protection de placer l'organe d'équilibrage des pressions sur le tuyau 6 reliant les soufflets entre eux.

Selon une première variante du mode de réalisation préféré représenté à la figure 4, l'organe 5 d'équilibrage des pressions est disposé dans un évidement de la partie de paroi du raccord 4 en regard de l'extrémité 4a ouverte de la branche dudit raccord 4 reliée audit tuyau 6, cet organe 5 d'équilibrage des pressions étant protégé par un capot 9 extérieur audit raccord 4. Dans ce cas, l'organe 5 d'équilibrage des pressions peut être fixé au raccord 4 lors d'une opération de surmoulage dudit raccord 4 sur l'organe 5 de décompression. Il peut également être fixé au moyen d'un élément de serrage (élément non représenté dans les figures) ou d'une soudure. Le capot 9 extérieur peut être un élément rapporté, auquel cas il sera assemblé au raccord 4 par exemple par encliquetage. Ce capot 9 peut également être moulé avec le raccord 4, lors de sa fabrication, la liaison entre capot et raccord étant obtenue par un amincissement de matière. Dans les deux cas, il est rabattu sur l'ouverture ou évidement logeant ledit organe 5 d'équilibrage des pressions afin de remplir sa fonction de protection de l'organe 5 d'équilibrage des pressions contre les agressions du milieu extérieur.

Selon une deuxième variante du mode de réalisation préféré représenté à la figure 5, l'organe 5 d'équilibrage des pressions constitue au moins une partie de la paroi d'un logement 7 ménagé à l'intérieur dudit raccord 4, ce logement 7 communiquant, par un canal 8 de fuite, avec le milieu extérieur. Dans ce cas, l'organe 5 d'équilibrage des pressions est introduit par l'extrémité 4a du raccord 4 puis est fixé par soudage depuis l'extrémité 4a du raccord 4. Ainsi, dans cette variante, l'organe 5 d'équilibrage des pressions est également protégé contre les agressions du milieu extérieur, car le canal 8 de fuite est spécialement dimensionné pour empêcher tout contact de l'organe 5 d'équilibrage des pressions avec des éléments du type gravillon, boue, coupant et/ou perforant pouvant le dégrader prématurément.

Grâce au choix du positionnement de l'organe 5 d'équilibrage des pressions perméable à l'air et imperméable à l'eau dans le raccord 4 qui relie le soufflet au tuyau 6, il en résulte un avantage conséquent. En effet, la réalisation d'un tel

raccord 4 permettant d'associer les fonctions de transfert de fluide et d'équilibrage des pressions sur la même pièce, réduit le nombre d'opérations à effectuer sur le soufflet pour le doter de ces deux fonctions, ceci entraînant une réduction du coût de l'ensemble et une durée de vie accrue.