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| Équipe de développement
du vélo «Heizkörper» |
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| Fabrication du moule
sur la fraiseuse CNC |
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| Insertion du carbone
tressé dans le moule |
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| Durcissement des demi-coques
pré-imprégnées dans l'autoclave |
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| Prototype au cours
du test de sollicitation |
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DES ÉTUDIANTS EN TECHNOLOGIE CONSTRUISENT UN CARBONBIKE
En vue de l'obtention de leur Diplôme de fin d'études,
4 étudiants en Construction Mécanique de l'École
Technique Supérieure de Rapperswil ont développé
un vélo en carbone capable de fonctionner.
Définition du problème / objectif du projet
L'équipe devait développer un «mountainbike»
équipé de suspensions avant et arrière
jusqu'au stade de la présérie. Le cadre devrait
être fabriqué en carbone et la barre oscillante
de suspension arrière en aluminium. Des prototypes ont
été fabriqués et perfectionnés pour
atteindre cet objectif. Il a fallu faire appel à l'argent
de sponsors pour couvrir les frais du projet.
L'objectif a été atteint en passant par les étapes
suivantes:
– dimensionnement et optimisation du cadre
– calculs de cinétique du cadre au moyen de UG motion
– calculs de géométrie du cadre au moyen
de la méthode des
éléments finis
– organisation parallèle du travail du fait de la
complexité du
projet
– préparation de la fabrication / entretiens avec
les fabricants
Rentabilité de la fabrication
Les quatre compagnons cyclistes ont du tout d'abord se familiariser
avec les matériaux fibreux nécessaires à
la fabrication. Le choix d'une méthode de construction
intégrale devait permettre de simplifier la fabrication
et d'alléger le poids. Ce qui fut obtenu au moyen d'un
cadre de carbone à deux demi-coques. Grâce aux
calculs menés selon la méthode des éléments
finis, la géométrie et la cinétique du
cadre ont été déterminées et le
mélange des matériaux mis au point. L'évaluation
des sollicitations pour arriver à concevoir correctement
le vélo sur le plan de la résistance et de la
rigidité a été difficile. On s'est fixé
le groupe Enduro comme groupe d'utilisateurs cible.
Le Prepreg, durci en autoclave, fut choisi comme matériau
de fabrication pour le cadre du vélo. Pfyl, fan de vélo
explique: «L'utilisation de la technologie des matériaux
composites est très coûteuse. Choisir de fabriquer
aussi la partie arrière du vélo en carbone aurait
été absurde. Grâce à la construction
en aluminium, les pièces de la barre oscillante arrière
ont pu être découpées et soudées
ensemble.» La partie arrière de la construction
a été conçue en fonction d'un débattement
de 150 mm, le recul de pédale a été calculé
puis réduit à un minimum. Comme Markus Föllmi,
étudiant, l'explique: «Nous sommes partis de forces
de sollicitations relativement élevées puisque
le vélo est utilisé en terrain extrême.
Les forces apparaissant aux jointures de la partie arrière
sont les mêmes que celles exercées sur le cadre
principal puisque les deux éléments sont raccordés
et articulés au moyen de tiges.»
Design
Thomas Tischhäusler explique: «Nous avons volontairement
choisi de concevoir le cadre principal en utilisant des formes
dynamiques, des transitions fluides et des découpes transversales
variables, de telle sorte que le «biker puisse reconnaître
immédiatement un véritable cadre de carbone.»
Intégrer les fabricants dans la construction
À chaque étape du développement, l'équipe
a du tenir compte de l'application industrielle et du cadre
des dépenses. Les machines et les spécialistes
qualifiés ont du être trouvés pour pouvoir
réaliser toutes les tâches de travail et environ
100 pièces distinctes. Urs Bruhin se souvient: «Nous
avons souvent pu utiliser l'infrastructure de l'entreprise.»
Les PME régionales tout particulièrement ont prêté
une oreille attentive à leurs requêtes.
La société PaucoPlast
AG d'Altendorf, sur laquelle l'équipe était
tombée en recherchant sur internet un fabricant de matériaux
composites, a ainsi également été contactée.
Paul Pfenninger,
chef de l'entreprise, déclare: «J'ai été
fasciné par la détermination, la volonté
et la persévérance avec lesquelles les étudiants
se sont mis au travail.» Il n'a pas seulement fabriqué
pour les futurs ingénieurs le cadre de carbone à
un prix avantageux, mais les a aussi aidé en leur prodiguant
des conseils précieux. La société Haba
AG de Cham a mis spontanément à disposition de
l'équipe un aluminium spécial hautement résistant
et coûteux. L'entreprise Stutz Schweisstechnik d'Hinwil
est venue à l'aide pour effectuer les soudures des pièces
d'aluminium.
Heizkörper-Hightech
En octobre 2004, nous y étions: deux prototypes étaient
prêts pour démontrer au cours d'essais la sécurité
du fonctionnement et des matériaux. Il s'est agi alors
de mettre en œuvre des mesures de laboratoire et de recueillir
les valeurs de rigidité, les données géométriques
et cinétiques. Différents essais dans la durée
à mener conformément aux normes DIN furent annoncés.
La société velotech.de GmbH a mis en œuvre
les essais de contrainte.
Essais pratiques
L'ancien coureur cycliste Ruedi Hafner offrit ses services pour
tester en compagnie de deux autres collègues cyclistes
les qualités du vélo de 13.5 kg sur différents
terrains pendant une journée entière. Leur jugement
fut positif. Ruedi Hafner commenta: «La suspension arrière
du vélo réagit très bien même face
aux déformations du terrain les plus petites. Le vélo
est ergonomique et sûr. Le grand débattement offre
beaucoup de confort sur le terrain, sans nuire à la capacité
de passer les pentes très escarpées, ce qui est
loin d'être évident pour un endurobike.»
La position assise reculée s'est révélée
être légèrement préjudiciable. Elle
nuit à l'avancée sur le plat et décharge
trop fortement la roue avant en montée – un défaut
auquel l'équipe veut encore remédier. «Des
modifications de construction sont encore nécessaires.
Mais il est étonnant de constater de quelle manière
cette équipe sans expérience a su construire un
si bon vélo.»
Fit pour l'avenir
Markus Föllmi se souvient: «Le chemin vers le succès
n'a pas été de tout repos. Celui-ci a nécessité
un gros engagement. La plupart de nos camarades ont considéré
comme étant fou de s'attaquer à quatre à
la réalisation d'un projet exigeant pour nous de s'y
consacrer à fond pendant près d'un an.»
Mais la volonté de s'accrocher a permis aux passionnés
de technique de trouver les ressources nécessaires. Urs
Bruhin constate: «Il faut apporter quelque chose de concret
pour obtenir des moyens.» Marc Pfyl rappelle: «Il
nous a fallu souvent retravailler des pièces, ce qui
menaçait le respect de notre échéancier.
Nous avons alors eu peur en ce qui concerne les finances nécessaires.
Nous avons appris largement autant au travers de la confrontation
avec tous ces problèmes qu'au cours de la construction
proprement dite.»
En 2005, le vélo de marque «Heizkörper»
devrait être achevé à l'état de présérie.
On projette de mettre par la suite le vélo sur le marché
avec l'aide de partenaires qualifiés. |
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PaucoPlast AG
Talstrasse 14
8852 Altendorf
Fon +41 55 451 11 44
Fax +41 55 451 11 49
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