FR3040680A1

FR3040680A1 - Procede de fixation d'equipements sur une structure sandwich en materiaux composites ne fragilisant pas ladite structure.

Info

Publication number: FR3040680A1
Application number: FR1558171A
Authority: FR
Inventors: Gael Lavaud; Marc Duboc
Original assignee: Gazelle Tech
Current assignee: Gazelle Tech
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-10
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: FR3040680B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de fixation sur un panneau de structure sandwich en matériaux composites, comprenant deux parois de peau et une âme centrale, d'un organe de montage d'un élément susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D, l'organe de montage comprenant une pièce rigide (8) définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d'au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d'accroche de l'élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l'embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l'élément ou présentant une inclinaison inclinée d'un angle respectivement de plus ou moins α = 20°, de préférence α = 10°par rapport à cette direction D.. L'invention concerne également le panneau pourvu de cet organe, ainsi qu'un véhicule automobile dont la carrosserie et/ou le châssis est formé d'un assemblage de panneaux

Description

PROCEDE DE FIXATION D’EQUIPEMENTS SUR UNE STRUCTURE SANDWICH EN MATERIAUX COMPOSITES NE FRAGILISANT PAS LADITE

STRUCTURE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L’invention concerne le domaine des structures sandwich en matériaux composite, destinées à servir de support de fixation à des équipements. L’invention concerne plus particulièrement les structures sandwich de type panneaux composite et notamment ceux agencés pour constituer la carrosserie et/ou le châssis d’un véhicule automobile et auxquels doivent être fixés des équipements du véhicule tels que les ceintures de sécurité ou les organes fonctionnels du véhicule tels que les amortisseurs, le train roulant, le moteur.

On a déjà utilisé dans l'industrie automobile, de telles structures sandwich en matériaux composites constituées de plusieurs panneaux à assembler pour former la caisse d'un véhicule.

Comme mieux visible sur la figure 3 des dessins annexés, chaque panneau 1, 101 d'une telle structure sandwich peut être constitué de deux peaux 2, 3 par exemple en fibres imprimées de résine, qui sont séparées par un noyau léger en mousse ou nid d'abeilles 4, et assemblées ensemble par collage à leur périphérie pour enfermer entre elles ledit noyau.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Ce type de structure pose toutefois de nombreux problèmes lorsque l'on veut y fixer des éléments, tels que par exemple les charnières de portières latérales et d'hayon arrière et les gâches de leurs serrures, les bras de suspension, support moteur, les poignées de maintien internes à l'habitacle, les supports de ceinture de sécurité ou tout autre élément devant être solidement fixé à la structure, surtout lorsque ces éléments subissent des contraintes importantes, variables ou répétées.

On connaît déjà plusieurs méthodes pour poser un élément sur ce type de structure sandwich, qui consistent généralement tel que le représente la figure 3, à fixer un insert 6 sur un panneau de ladite structure, ledit élément étant à son tour fixé sur la partie de l'insert qui fait saillie à l'extérieur du panneau au moyen d’une vis 7 traversant l’insert dans son épaisseur. Plus précisément, le dispositif est disposé dans le noyau du matériau et est ensuite recouvert des mêmes peaux stratifiées que le panneau.

Ces inserts sont toutefois très coûteux et longs à mettre en place dans les moules de fabrication des panneaux, quelle que soit la méthode utilisée :

Une première méthode consiste à fixer l'insert à travers l'une des peaux du panneau avant le moulage du noyau.

Une autre méthode consiste, après moulage du noyau, à usiner l'une des peaux du panneau et à sertir l'insert à travers celle-ci.

Une autre méthode encore consiste à localement réunir les deux peaux du panneau et à insérer une vis à travers la zone à double paroi ainsi formée pour serrer l'ensemble avec un écrou par exemple.

Les deux premières méthodes n'assurent pas un ancrage suffisamment solide de l'insert à travers le panneau car la fixation se fait sur une seule peau.

La troisième méthode offre une meilleure résistance car la fixation se fait à travers les deux peaux d'un même panneau, mais l'insert fait saillie du panneau de chaque côté, ce qui peut poser de nombreux problèmes, notamment si la pose doit se faire à l'aveugle, et l'une des parties extérieurement saillantes de l'insert reste inutilisée, pouvant provoquer des blessures ou une gêne.

Par ailleurs, dans le document FR 2 744 182 on a choisi pour fixer un insert à une telle structure, de coller ensemble deux panneaux sandwich suivant un plan de joint périphérique, et d’insérer un insert avant collage dans le plan de joint dans un évidemment accueillant partiellement cet insert, pratiqué dans l’un des panneaux. Il a été choisi selon un mode de réalisation préféré, de doter le plan de joint d’une forme en escalier avec une contremarche inclinée ou sensiblement perpendiculaire par rapport au plan des panneaux, de façon, d’après ce document, que les efforts exercés au niveau du plan de joint par les éléments qui y sont fixés ne soient pas parallèles à la force de collage.

Cependant, quelle que soit la méthode utilisée, les efforts générés par l’élément fixé sont localisés à l’intérieur du composite, ce qui oblige à multiplier les vis de fixation et sollicite ce matériau composite dans le sens de rarrachement des peaux et de la mousse et lui confère ainsi une durée de vie limitée.

Dans le cas du brevet FR2744182, il est également dommageable de devoir mettre une découpe de panneau sur les points d’entrée d’efforts sur le châssis pour y mettre l’insert. On crée ainsi des points de faiblesses et sollicite la colle plutôt que le panneau qui a une résistance moindre que les peaux en composite.

La présente invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un nouveau procédé pour fixer un dispositif de fixation d’un équipement sur une structure sandwich en matériaux composites qui offre une meilleure résistance.

OBJET DE L’INVENTION L’invention répond à ce besoin en proposant un procédé de fixation sur un panneau de structure sandwich en matériaux composites, d’un organe de montage d’un élément susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D.

Selon l’invention, l’organe de montage comprenant une pièce rigide (8) définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d’au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d’accroche de l’élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l’embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D. L’invention peut par ailleurs présenter l’une et/ou l’autre des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison : la pièce rigide comprend au moins deux embases fixées en surface respectivement d’au moins deux parois du panneau, les deux parois du panneau à la surface desquelles sont fixées les embases de la pièce rigide, étant sensiblement parallèles à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D. Il est préférable d’avoir deux embases pour éviter de créer un moment de rotation qui ferait travailler la peau sur laquelle est fixé l’organe de fixation, en compression et arrachement. Il est également possible d’avoir trois embases. les deux parois du panneau à la surface desquelles sont fixées les embases de la pièce rigide, sont sensiblement parallèles à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentent une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 5 ou 10°par rapport à cette direction D. les embases de la pièce rigide sont parallèles l’une de l’autre ou peuvent avoir un léger angle d’inclinaison l’une vis à vis de l’autre, par exemple entre 5 et 20°, pour faciliter le montage les embases de la pièce rigide divergent l’une de l’autre en direction opposée à la partie intermédiaire. la pièce rigide et le dispositif précité forment une seule pièce. le dispositif comprend une chape, un bossage, un crochet et/ou une bride pour permettre la fixation de l’élément sur le panneau. lorsque le dispositif comprend une chape, les deux branches opposées de la chape constituent les embases de la pièce rigide et la partie centrale à orifice de la chape, forme le moyen d’accroche de l’élément. la pièce rigide présente une section en escalier définissant deux marches et une contremarche et le panneau est pourvu d’un bord périphérique de forme complémentaire, le dispositif étant fixé sur la surface externe de la pièce rigide, opposée au panneau. lorsque le dispositif est une chape, la tranche latérale de la chape est fixée en surface de la contremarche et/ou les tranches d’extrémité de ses branches sont fixées en surface de la marche adjacente. la pièce rigide comprend deux plaques rigides formant respectivement les deux embases fixées en surface des deux parois du panneau, prolongées chacune par une partie de plaque à fixer sur le dispositif. lorsque le dispositif est une chape, les deux tranches latérales de la chape sont fixées en surface des deux parties de plaque. la pièce rigide et/ou l’organe de montage sont également fixés en surface d’un bord frontal du panneau. la fixation des embases en surface respectivement des deux parois du panneau s’effectue par collage. L’invention concerne également un panneau de structure sandwich en matériaux composites, pourvu d’un organe de montage d’un élément susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D, l’organe de montage comprenant une pièce rigide définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d’au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d’accroche de l’élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l’embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D. L’invention concerne également un ensemble incluant le panneau ci-dessus, un équipement du véhicule à fixer sur le panneau, un organe de montage de cet élément, comprenant un axe s’étendant selon une direction principale D et susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D, l’organe de montage comprenant une pièce rigide définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d’au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d’accroche de l’élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l’embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D. L’invention concerne également un véhicule automobile dont la carrosserie et/ou le châssis est formé d’un assemblage de panneaux selon la revendication précédente, et d’équipements fixés à ces panneaux au moyen des organes de montage tels que définis ci-dessus.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d’un premier mode de réalisation du montage d’un organe mécanique de fixation d’un équipement sur un panneau de structure sandwich, selon l’invention - la figure 2 illustre une vue en perspective d’un deuxième mode de réalisation du montage d’un organe mécanique de fixation d’un équipement sur un panneau de structure sandwich, selon l’invention - la figure 3 précitée est une vue en coupe illustrant le montage d’un organe mécanique de fixation d’un équipement sur un panneau de structure sandwich, selon l’art antérieur - la figure 4 représente par une vue schématique de côté, le montage de l’organe mécanique de fixation de la figure 1, sans l’axe de fixation à l’équipement, - les figures 5 à 8 illustrent respectivement quatre variantes de réalisation du montage selon l’invention.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES

Conformément notamment à la figure 1, l’invention concerne la fixation, sur un panneau de structure sandwich en matériaux composites 1, définissant deux peaux extérieures 2, 3 et un cœur de mousse 4, d’un organe de montage de type chape dans l’exemple illustré 6 et axe de chape 7.

Cet organe de montage sert à la fixation d’un équipement du véhicule automobile susceptible de solliciter ce panneau suivant une direction principale D, tel qu’un amortisseur sollicitant un panneau dans la direction de son cycle de compression/détente.

Pour éviter de fragiliser le panneau du fait de la fixation de l’organe de montage, et de sa liaison avec un équipement lui faisant subir des efforts, l’invention prévoit de monter la chape 6 ou tout autre organe d’accroche de l’équipement, par l’intermédiaire d’une pièce rigide 8 définissant au moins deux embases 9 fixées en surfaces respectivement de deux parois de peau 11, 12 du panneau sensiblement parallèles à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison d’un angle de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 5° ou 10° par rapport à cette direction D.

Les embases 9 de la pièce rigide 8 sont fixées à la surface des parois de peau 11, 12 du panneau par collage.

Cette configuration permet de disposer la surface de collage dans le plan de l’effort principal pour faire travailler en traction/compression la peau du composite sandwich, et non en flexion sans ainsi pâtir de la faible résistance de la mousse à la compression, et en tirant profit des meilleures propriétés mécaniques des peaux 2, 3 vis à vis de celles de la mousse. Les efforts transmis au panneau par l’équipement via sa fixation sont ainsi répartis sur les surfaces de collage et non localisés ponctuellement, en étant orientés parallèlement aux peaux du panneau et en ne sollicitant que ces peaux, non la mousse ou dans une largement moindre mesure.

Les fibres de la peau seront avantageusement disposées également sensiblement parallèlement à la direction de sollicitation et ainsi parallèlement à l’un des côtés de l’embase.

Il se peut que les deux parois de peau sur lesquelles sont fixées les deux embases, soient réalisées par une seule plaque de peau mise en forme, telle qu’illustrée sur la figure 2.

Selon un mode de réalisation non représenté, l’organe de fixation n’a qu’une unique embase de collage, et il est collé sur une unique paroi du panneau. Tel est le cas lorsque, par exemple, l’axe de la vis de fixation de l’équipement est parallèle à cette paroi et au plan de collage. Il n’y a alors pas de moment de rotation généré par l’effort D et la peau travaille uniquement en traction/compression.

On décrit dans ce qui suit, différents exemples illustratifs de l’invention en référence aux figures :

Figures 1,4 et 5

En référence à la figure 1, et à la figure 4, dans ce mode de réalisation, la pièce rigide 8 présente une section en escalier définissant deux marches formant les embases 9 et une contremarche 13 et le panneau est pourvu d’un bord périphérique de forme complémentaire.

En roccurrence, la tranche du panneau est pourvue d’une réservation 14 de forme générale parallélépipédique définissant une surface supérieure horizontale interne 11, une surface en retrait perpendiculaire (ou sensiblement) 16 et la surface horizontale coïncidant avec la paroi inférieure 12 du panneau 1.

La pièce rigide à section transversale en forme d’escalier est fixée sur cette réservation.

Une chape 6 est fixée à cette pièce rigide avec sa tranche latérale fixée en surface de la contremarche 13 de la pièce rigide et les tranches d’extrémité de ses branches sont fixées en surface de la marche adjacente formant l’embase supérieure 9.

La fixation de la chape sur la pièce rigide s’effectue par exemple par soudure, préalablement au collage de la pièce rigide sur le panneau.

On dispose en fait d’un ensemble « pièce rigide + chape » (éventuellement axe de chape) déjà assemblé et solidarisé qu’il suffit de venir coller par ses embases sur les parois appropriées du panneau.

Les embases 9 sont fixées sur toute leur surface par collage 17 sur les parois correspondantes du panneau. On prévoit de la colle sur les embases et/ou les parois et la mise en place s’effectue par simple application des embases sur leurs parois respectives.

Une fois que le collage est sec, l’équipement peut être monté sur l’axe.

Conformément à la comparaison des figures 4 et 5, on adaptera soit le profil du panneau, et/soit la géométrie de la pièce rigide à la direction de sollicitation D pour toujours disposer les surfaces de colle parallèlement ou avec un angle compris entre 5 et 20° vis à vis de cette direction de sollicitation.

Figure 2

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la pièce rigide et l’organe forment une seule pièce, en l’occurrence une chape spécifique 18, spécifique puisque ses deux branches divergent l’une de l’autre d’un angle a inférieur à 20°, de préférence à 10°, et supérieur à 2°, de préférence à 5° en direction opposée à sa partie centrale 19.

Ces branches divergentes 18 constituent les embases 9 à fixer sur deux parois de même inclinaison 21 formées dans le panneau.

La partie centrale 19 de la chape forme le moyen d’accroche de l’élément.

La fixation de la chape sur les parois externes 21 du panneau s’effectue sur la zone de recouvrement entre les branches 18 et lesdites parois 21, ce recouvrement pouvant s’étendre sur tout ou partie de la surface de chaque branche 21.

La colle 17 est présente sur toute cette zone de recouvrement.

Cette chape spécifique 18 est particulièrement adaptée pour être montée sur une partie proéminente de panneau (voir figure) et la divergence de ses branches permet un maintien de la colle dans la zone de recouvrement lors de la fixation, une application des embases sur une paroi inclinée par rapport à la direction de rapprochement de la chape vers le panneau, étant moins susceptible de repousser la colle que l’application d’embases sur une paroi parallèle à la direction d’application.

Figures 6 à 8

Dans les modes de réalisation de ces figures, la pièce rigide se présente sous la forme de deux plaques rigides 22 formant respectivement les deux embases collées en surface de deux parois 23 du panneau parallèles à la direction de sollicitation, prolongées chacune par une partie de plaque à fixer sur le dispositif qui dans l’exemple illustré est une chape 6. Dans ce cas, la chape 6 peut être fixée sur les plaques par ses deux tranches latérales.

La figure 7 montre que l’on peut également coller la surface externe de la chape contre le bord frontal 24 en regard du panneau sans pour autant solliciter outre mesure la mousse du panneau puisque les efforts transiteront principalement via les surface de colle 17 parallèles à la direction de sollicitation D.

La figure 8 met en évidence que le fait que l’on puisse, comme pour la variante de réalisation de la figure 2, prévoir des parois de panneau et embases à coller dessus, inclinées d’un angle a compris entre 5 et 20° de préférence 10° pour garantir une bonne répartition de la colle lors de la fixation de l’ensemble « chape + plaques rigides » sur le panneau.

Claims

REVENDICAIIQNS

1. Procédé de fixation sur un panneau de structure sandwich en matériaux composites, comprenant deux parois de peau et une âme centrale, d’un organe de montage d’un élément susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D, l’organe de montage comprenant une pièce rigide (8) définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d’au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d’accroche de l’élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l’embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D.
2. Procédé selon la revendication 1, dans laquelle, la pièce rigide comprend au moins deux embases fixées en surface respectivement d’au moins deux parois du panneau, les deux parois du panneau à la surface desquelles sont fixées les embases de la pièce rigide, étant sensiblement parallèles à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = I0°par rapport à cette direction D.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les embases (9) de la pièce rigide sont parallèles l’une de l’autre.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les embases (9) de la pièce rigide s’étendent de part et d’autre d’une partie intermédiaire (19) et divergent l’une de l’autre en direction opposée à la partie intermédiaire (19).
5. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la pièce rigide et le dispositif forment une seule pièce (18).
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend une chape, un bossage, un crochet et/ou une bride pour permettre la fixation de l’élément sur le panneau.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel lorsque le dispositif comprend une chape (18), les deux branches opposées de la chape constituent les embases de la pièce rigide et la partie centrale à orifice de la chape, forme le moyen d’accroche de l’élément.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, la pièce rigide (8) présente une section en escalier définissant deux marches (9) et une contremarche (13) et le panneau est pourvu d’un bord périphérique de forme complémentaire, le dispositif étant fixé sur la surface externe de la pièce rigide, opposée au panneau.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel lorsque le dispositif est une chape, la tranche latérale de la chape est fixée en surface de la contremarche (13) et/ou les tranches d’extrémité de ses branches sont fixées en surface de la marche adjacente.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce rigide comprend deux plaques rigides (22) formant respectivement les deux embases fixées en surface des deux parois du panneau, prolongées chacune par une partie de plaque à fixer sur le dispositif.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel lorsque le dispositif est une chape (6), les deux tranches latérales de la chape sont fixées en surface des deux parties de plaque.
12. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce rigide et/ou l’organe de montage sont également fixés en surface d’un bord frontal (24) du panneau.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la fixation des embases en surface respectivement des deux parois du panneau s’effectue par collage.
14. Panneau de structure sandwich en matériaux composites, pourvu d’un organe de montage d’un élément susceptible de solliciter le panneau suivant une direction principale D, l’organe de montage comprenant une pièce rigide (8, 18,22) définissant au moins une embase (9) fixée en surface respectivement d’au moins une paroi (11, 12) du panneau et un dispositif doté de moyens d’accroche de l’élément, solidarisé à la pièce rigide, la paroi du panneau à la surface de laquelle est fixée l’embase de la pièce rigide, étant sensiblement parallèle à la direction de sollicitation du panneau par l’élément ou présentant une inclinaison inclinée d’un angle respectivement de plus ou moins a = 20°, de préférence a = 10°par rapport à cette direction D, l’organe de montage étant fixé sur le panneau conformément au procédé selon l’une des revendications précédentes.
15. Véhicule automobile dont la carrosserie et/ou le châssis est formé d’un assemblage de panneaux selon la revendication précédente, et d’équipements fixés à ces panneaux au moyen des organes de montage dont le panneau est pourvu.