1 La présente invention a trait d'une façon générale aux roues en alliageThe present invention relates generally to alloy wheels
léger pour automobiles. Classiquement, un grand nombre de roues d'automobiles sont réalisées en acier, avec une bonne robustesse mais un poids conséquent. lightweight for automobiles. Conventionally, a large number of automobile wheels are made of steel, with good strength but a significant weight.
Ces roues étant généralement peu esthétiques, elles reçoivent souvent un enjoliveur, en tôle chromée, en matière plastique, etc. Pour donner aux roues une plus grande légèreté, on sait également les réaliser en alliage léger, notamment en alliage d'aluminium en une ou plusieurs parties. Et du fait qu'elles sont souvent fabriquées par moulage, il est possible de donner à ces roues un aspect satisfaisant sur le plan esthétique, même si ce souci esthétique peut aboutir à un poids plus élevé que celui qui pourrait être attendu de l'utilisation des alliages légers. Les caractéristiques les plus importantes que doivent présenter les roues des véhicules sont, après l'évidente solidité pour la sécurité, un moment d'inertie limité, une rapide déperdition de chaleur créée par l'utilisation du système de freinage souvent situé contre le moyeu de la roue ainsi que le respect des normes internationales définies par l'European Tyre And Rim Technical Organisation (ETRO) définissant les cotes et les profils. Il est également de notoriété publique que les roues de véhicules automobiles sont constituées de la jante ainsi que d'un moyeu et d'un voile ou disque plein ou ajouré, le moyeu étant le plus souvent d'un seul tenant avec le voile. Ces éléments, jante et voile, peuvent être réalisés indépendamment les uns des autres et être assemblés ensuite (roues en deux ou trois pièces) ou bien intégrés totalement pour ne former qu'une seule pièce (roues monolithiques). These wheels are generally unsightly, they often receive a hubcap, chrome sheet, plastic, etc. To give the wheels a greater lightness, it is also known to achieve light alloy, including aluminum alloy in one or more parts. And because they are often manufactured by molding, it is possible to give these wheels an aesthetically pleasing appearance, even if this aesthetic concern can lead to a weight higher than that which could be expected from the use light alloys. The most important characteristics of the vehicle wheels are, after obvious safety, a limited moment of inertia, a rapid loss of heat created by the use of the brake system often located against the hub of the vehicle. the wheel and the respect of the international standards defined by the European Tire and Rim Technical Organization (ETRO) defining the ratings and profiles. It is also common knowledge that the wheels of motor vehicles consist of the rim and a hub and a veil or solid disc or openwork, the hub is usually in one piece with the veil. These elements, rim and sail, can be made independently of each other and then assembled (wheels in two or three pieces) or fully integrated to form a single piece (monolithic wheels).
Afin de répondre le mieux possible aux impératifs techniques cités plus haut tels que la solidité et un moment d'inertie limité, la fabrication actuelle s'est orientée de préférence vers la production de roues en alliage léger à base d'aluminium, de magnésium ou de titane. Les roues (ou voiles) peuvent être moulées par gravitation ou par basse 30 pression, le forgeage est souvent réservé à des roues de prix plus élevé et limite les possibilités esthétiques. Les roues (et les voiles pour les roues en plusieurs parties) sont souvent moulées en basse pression, dans un moule métallique constitué généralement d'une semelle percée en son centre d'un système de remplissage, d'un noyau supérieur 35 définissant le relief intérieur de la roue, et de deux chapes latérales définissant la surface extérieure du voile. 2904789 2 Le noyau supérieur et la semelle sont dotés de canaux de refroidissement permettant selon l'état de l'art le pilotage progressif de la solidification depuis les extrémités du voile jusque vers la zone centrale de remplissage. La cadence de moulage est comprise entre 10 et 15 roues à l'heure. 5 La température du métal liquide dans le four est en général de 698 DEG C +/- 5 DEG C. Le métal utilisé peut être de l'AS7GO.3, constitué essentiellement d'aluminium de première fusion, de 7% de silicium +/-0,5% et de 0.30% de magnésium +/-0,1%. La géométrie finale de la roue est obtenue par une juxtaposition de zones brutes 10 de moulage et zones usinées comme de coutume pour les jantes en aluminium. Un traitement thermique pourra être appliqué aux roues (et/ou voiles) entre moulage et usinage, dont les conditions sont en général les suivantes : mise en solution pendant une durée comprise entre 5H et 5H30 à 535 DEG C +/- 5 DEG C ; trempe à l'eau (température comprise entre 40 DEG C et 80 DEG C); revenu pendant une durée 15 comprise entre 4H et 4H30 à 155 DEG C +/-3 DEG C. Les roues subissent ensuite un essai de fatigue sur un banc d'essai bidirectionnel dont le principe de sollicitation est reconnu pour tous les tests de fatigue. La roue est fixée sur un plateau tournant autour d'un axe. La roue est fixée sur ce plateau par plusieurs brides coopérant avec le bord intérieur de la jante. 20 Un système de bras de levier assure la transmission à la roue d'efforts Fy et Fz selon des directions horizontales et verticales par sa partie centrale boulonnée sur un bras. L'appréciation de la tenue en fatigue de la roue est faite, après un certain nombre de cycles sous sollicitations Fy et Fz, par ressuage, examen visuel et radiographie , de 25 façon à détecter la présence ou non de fissures de fatigue. La présente invention est fondée sur une démarche identique à la démarche ci-dessus mais permettant un allègement sensible pour une rigidité accrue. Ainsi la présente invention concerne une roue en alliage d'aluminium pour automobile, du type soit d'une seule partie moulée (roue monolithique) soit comportant un voile moulé et une jante moulée ou repoussée composée d'une ou deux parties (roue en deux ou trois parties), caractérisée en ce que le voile comporte plusieurs branches avec des lumières de gain de poids et de ventilation de frein en ce que l'ensemble des caractéristiques géométriques de la roue sont déterminées en fonction seulement de considérations de tenue mécanique de la roue. In order to best meet the technical requirements mentioned above, such as strength and a limited moment of inertia, the current production is geared towards the production of light alloy wheels based on aluminum, magnesium or of titanium. The wheels (or sails) can be gravitationally or low pressure molded, forging is often reserved for higher priced wheels and limits the aesthetic possibilities. The wheels (and the sails for the wheels in several parts) are often molded at low pressure, in a metal mold generally consisting of a sole drilled in the center of a filling system, an upper core 35 defining the relief inside the wheel, and two lateral clevises defining the outer surface of the sail. 2904789 2 The upper core and the sole are provided with cooling channels according to the state of the art the progressive control of the solidification from the ends of the veil to the central filling area. The molding rate is between 10 and 15 wheels per hour. The temperature of the liquid metal in the furnace is generally 698 ° C. ± 5 ° C. The metal used may be AS7GO.3, consisting essentially of primary aluminum, 7% silicon + / -0.5% and 0.30% magnesium +/- 0.1%. The final geometry of the wheel is achieved by juxtaposing rough casting areas and machined areas as customary for the aluminum rims. A heat treatment may be applied to the wheels (and / or sails) between molding and machining, the conditions of which are in general the following: dissolution for a period of between 5H and 5H30 at 535 ° C +/- 5 ° C; quenching with water (temperature between 40 ° C. and 80 ° C.); The wheels are then subjected to a fatigue test on a bidirectional test bench whose solicitation principle is recognized for all fatigue tests. The wheel is fixed on a turntable around an axis. The wheel is fixed on this plate by several flanges cooperating with the inner edge of the rim. A lever arm system transmits force Fy and Fz to the wheel in horizontal and vertical directions through its central portion bolted to an arm. The assessment of the fatigue strength of the wheel is made, after a certain number of cycles under Fy and Fz solicitations, by bleeding, visual inspection and radiography, so as to detect the presence or absence of fatigue cracks. The present invention is based on a similar approach to the above approach but allowing a significant lightening for increased rigidity. Thus, the present invention relates to an aluminum alloy wheel for an automobile, of the type either of a single molded part (monolithic wheel) or comprising a molded web and a molded or repoussed rim composed of one or two parts (wheel in two or three parts), characterized in that the web has several branches with weight gain and brake ventilation lights in that the set of geometric characteristics of the wheel are determined solely as a function of mechanical strength considerations of the wheel.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de 2904789 3 celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de face de trois quart schématique et partielle d'une roue en alliage léger monolithique à cinq branches selon la présente invention, 5 - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un modèle de branche formée de trois axes de la roue de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une branche de la roue de la figure 1 - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale et en détail d'une branche 10 de roue. - la figure 5 est une coupe schématique du moule de fonderie montrant le positionnement des trois parties de branche d'une roue. On va décrire ci-dessous une roue d'automobile en alliage d'aluminium, dont le voile seul ou la totalité de la roue monolithique est réalisée par moulage, obtenue par 15 des considérations purement techniques de gain de poids. La roue comprend un voile (1) dans lequel sont formés, d'une part, dans une zone centrale de montage (la), un ensemble de passages (3) pour des boulons de montage de la roue sur le véhicule, et, d'autre part, un ensemble de branches (2) dont l'espacement et la conception permet la ventilation des freins. Other aspects, objects and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings. in which: - Figure 1 is a schematic and partial schematic three-quarter front view of a monolithic light alloy wheel with five branches according to the present invention; - Figure 2 is an enlarged view of a model of 3-axis branch of the wheel of FIG. 1; FIG. 3 is a partial view in longitudinal section of a branch of the wheel of FIG. 1; FIG. 4 is a schematic view in axial section and in detail of FIG. a 10 wheel branch. - Figure 5 is a schematic section of the foundry mold showing the positioning of the three leg portions of a wheel. An aluminum alloy automobile wheel, whose sole or all of the monolithic wheel is made by molding, obtained by purely technical weight gain considerations, will be described below. The wheel comprises a web (1) in which are formed, on the one hand, in a central mounting area (la), a set of passages (3) for mounting bolts of the wheel on the vehicle, and, on the other hand, a set of branches (2) whose spacing and design allows ventilation of the brakes.
20 Le gain de poids est recherché en gardant à la roue toutes les qualités admissibles en matière de résistance tant à la fatigue qu'aux chocs et tout en conservant une ventilation optimale du système de freinage. Tout d'abord, afin d'alléger la roue autant que possible tout en permettant le passage d'air pour ventiler les systèmes de freinage sans compromettre sa résistance à 25 la fatigue et sans créer d'amorces de fissures, on a déterminé que les branches (2) sont composées de trois parties (9, 10 et Il) dont les axes passant par leur milieu sont situés sur deux plans (12 et 13 sur la figure 4/5) perpendiculaires à l'axe de rotation. On a également observé que la manière dont se raccordaient le voile et la jante avait une influence significative notamment sur la résistance aux chocs puisque la 30 portée des trois éléments longitudinaux (9, 10 et Il) de la branche (2) du voile (1) sur la jante (8) est plus importante et sur des points espacés qu'avec une branche de poids égal sur un seul plan et par là accroît la résistance de la jante (8). En variante, la roue peut être stylisée sans gêner la résistance accrue de ce type de branches.The weight gain is sought by keeping all the qualities that are acceptable in terms of resistance to fatigue and shock and to the wheel while maintaining optimum ventilation of the braking system. First of all, in order to lighten the wheel as much as possible while allowing the passage of air to ventilate the braking systems without compromising its resistance to fatigue and without creating crack initiation, it has been determined that the branches (2) are composed of three parts (9, 10 and 11) whose axes passing through their middle are located on two planes (12 and 13 in Figure 4/5) perpendicular to the axis of rotation. It has also been observed that the manner in which the web and the rim were connected had a significant influence, in particular on the impact resistance, since the range of the three longitudinal elements (9, 10 and 11) of the limb (2) of the web (1 ) on the rim (8) is larger and at spaced points than with a branch of equal weight on a single plane and thereby increases the resistance of the rim (8). Alternatively, the wheel can be stylized without hindering the increased strength of this type of branches.
35 D'autre part, la conception de la branche en plusieurs éléments sur plusieurs plans perpendiculaires à l'axe de rotation permet, avec les mêmes avantages, la 2904789 4 construction de roues monolithiques mais aussi la fabrication des roues en deux ou trois parties. Le frottement des plaquettes de freins sur les disques provoque un échauffement et l'évacuation de la chaleur produite nécessite que l'air circule le plus facilement 5 possible. La conception des branches (2) du voile (1) en trois parties longitudinales (9, 10 et 11) sur deux plans différents (12 et 13) constituant des lumières (14 et 15) facilite la circulation de l'air et permet par là un refroidissement facilité du système de freinage, gage de sécurité active. Les caractéristiques ci-dessus permettent, outre l'allégement précité et une 10 meilleure ventilation des freins, d'obtenir une résistance accrue aux chocs que risque de subir la roue au niveau de son accroche (7) avec le voile (1). Plus précisément, le fait que les points d'attache des parties longitudinales de branche (9 et 10) soient en retrait par rapport au plan général du voile (1) signifient que des ondes de choc se propageant dans la partie formant l'accroche (7) vont se propager plus facilement dans 15 la jante (8) que dans le voile (1), limitant ainsi le risque de rupture de ce dernier. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention trouve son intérêt dans les roues en alliage léger. On pourra pratiquer sur la roue les traitements thermiques et la trempe conventionnelle pour augmenter la résistance mécanique et la tenue en fatigue de la roue, notamment.On the other hand, the design of the branch in several elements in several planes perpendicular to the axis of rotation allows, with the same advantages, the construction of monolithic wheels but also the manufacture of wheels in two or three parts. The friction of the brake pads on the discs causes heating and the evacuation of the heat produced requires the air to circulate as easily as possible. The design of the branches (2) of the web (1) in three longitudinal parts (9, 10 and 11) on two different planes (12 and 13) constituting the lights (14 and 15) facilitates the circulation of the air and allows by there a facilitated cooling of the braking system, pledge of active safety. The above characteristics make it possible, in addition to the aforesaid lightening and better ventilation of the brakes, to obtain an increased resistance to the shocks that the wheel may experience in its grip (7) with the sail (1). More specifically, the fact that the attachment points of the longitudinal leg portions (9 and 10) are set back from the general plane of the web (1) means that shock waves propagating in the hook portion ( 7) will spread more easily in the rim (8) than in the web (1), thus limiting the risk of breaking the latter. As indicated above, the invention finds its interest in light alloy wheels. It will be possible to practice on the wheel heat treatments and conventional quenching to increase the mechanical strength and fatigue resistance of the wheel, in particular.
20 On peut aussi noter sur la figure 5 que le fait que les parties longitudinales (9, 10 et 11) de la branche (2) soient situées sur des plans différents (12 et 13) ne gênent pas le démoulage de la pièce du moule de fonderie si le positionnement des parties longitudinales de la branche supérieures et inférieures intègrent cette contrainte mécanique du démoulage. Par exemple, le démoulage sera facilité en précisant que 25 l'écartement des parties longitudinales (9 et 10) de la branche situées vers l'intérieur de la roue est plus important que la largeur totale de la partie longitudinale (Il) de branche située vers l'extérieur de la roue. On peut aussi faire l'inverse et positionner les deux parties sur le même plan vers l'extérieur de la roue en maintenant le même principe d'écartement. Tout fabricant d'outillages de fonderie saura concevoir un 30 moule intégrant ces données. Par ailleurs, des outillages à combinaison pourraient permettent aussi de résoudre la difficulté des contre dépouilles au démoulage. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit et, par exemple, inverser les plans des 35 branches en trois parties longitudinales en mettant deux parties vers l'extérieur de la roue et une partie de la branche vers l'intérieur de la roue en formant un triangle composé par les centres des bases de ces trois parties longitudinales.It may also be noted in FIG. 5 that the fact that the longitudinal portions (9, 10 and 11) of the branch (2) are situated on different planes (12 and 13) do not interfere with the demoulding of the mold part. of foundry if the positioning of the longitudinal parts of the upper and lower branch integrate this mechanical stress demolding. For example, the demolding will be facilitated by specifying that the spacing of the longitudinal portions (9 and 10) of the branch located towards the inside of the wheel is greater than the total width of the longitudinal portion (II) of branch located towards the outside of the wheel. We can also do the opposite and position the two parts on the same plane towards the outside of the wheel while maintaining the same principle of spacing. Any manufacturer of foundry tools will design a mold integrating these data. In addition, combination tools could also solve the problem of undercuts to demolding. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and shown, but one skilled in the art will be able to make any variant or modification in accordance with his spirit and, for example, reverse the plans of 35 branches in three longitudinal parts by putting two parts towards the outside of the wheel and a part of the branch towards the inside of the wheel forming a triangle composed by the centers of the bases of these three longitudinal parts.