Dispositif d'assemblage réversible

La présente invention concerne le domaine de l'assemblage de deux pièces entre elles, et concerne plus particulièrement les dispositifs d'assemblage amovible.

De tels dispositifs doivent permettre de réaliser un assemblage par frettage, par déformation élastique, par manchonnage ou encore par connexion rapide qui soit, dans tout les cas, réversible, de sorte que les deux pièces peuvent être facilement désolidarisées l'une de l'autre.

A cet effet, des dispositifs de ce type ont été développés, mais ces derniers présentent un certain nombre d'inconvénients. Certains de ces dispositifs utilisent par exemple des alliages à mémoire de forme. Toutefois, de tels dispositifs requièrent une étape d'éducation thermomécanique impossible à réaliser sur des formes complexes. C'est pourquoi ces alliages sont utilisés dans le domaine de l'assemblage selon des formes simples (manchons, lames, ressorts, fils ...). Les dépôts US 6 780 042 et US 5 366 254 donnent à cet effet des exemples d'assemblage par déformation élastique et de désassemblage ultérieur des pièces grâce à l'utilisation de fils en alliage à mémoire de forme de sections cylindriques et rectangulaires.

D'autres solutions permettent d'obtenir un assemblage réversible. On peut citer par exemple les dispositifs dont l'assemblage consiste à mettre sous pression l'une des pièces à assembler. Toutefois, ce type de dispositif est difficile et coûteux à mettre en œuvre. Les dépôts FR 2 843 071, US 4 402 532 et US 2 827 312 sont représentatifs de la complexité de ces dispositifs. Le document FR 2 417 028 concerne le domaine du frettage utilisant le principe du retrait chimique d'une résine thermodurcissable pendant sa polymérisation. Cette demande décrit un dispositif de serrage de type collier obtenu en mélangeant et moulant des fibres de verre et de la résine thermodurcissable directement sur les objets à serrer. Les forces de serrage sont provoquées par le retrait volumique chimique de la résine thermodurcissable lors du phénomène de polymérisation. La réversibilité du manchonnage est réalisée à l'aide d'un coin ou d'une glissière. L'invention décrite dans cette demande ne divulgue pas l'intégration d'une couche active dans l'épaisseur du composite permettant de serrer et desserrer

facilement le dispositif, la maîtrise de la direction de la déformation, ni la réversibilité et la facilité de « séparation » dudit dispositif, le phénomène de polymérisation étant, par nature, un phénomène irréversible.

Le document US 3 379 218 concerne également le domaine du frettage mais cette fois en utilisant le principe des matériaux à état métastable qui n'utilise pas le phénomène de la dilatation thermique. Ce brevet décrit la réalisation d'un manchon ou autre système de serrage sur tube dont les forces de maintien sont obtenues en chauffant sous pression un polymère de préférence cristallin au dessus de sa température de fusion sur un tube de diamètre supérieur à celui normalement utilisé. Cette forme reste stable jusqu'à nouveau chauffage à la température de fusion, au delà de cette température le dispositif se rétracte et revient à sa forme initiale. La réversibilité est obtenue en plaçant sur un côté du manchon un système d'attache mécanique de type bouton qui peut-être fixé définitivement ou non. La déformation est irréversible et s'obtient en jouant sur la mémoire de forme du polymère. Ce brevet ne divulgue donc pas non plus l'intégration de la couche active, la maîtrise directionnelle ou la réversibilité précitées.

Le document EP 0 503 414 Al a trait au frettage conventionnel par dilatation thermique et décrit la constitution et quelques modes de réalisation de rubans de cerclage destinés à assembler un récipient verseur d'infusion adapté aux fours à micro-ondes et sa poignée. L'ensemble des matériaux devant être notamment transparent aux micro-ondes et résistant aux dilatations successives du récipient. Les matériaux composites répondent particulièrement bien à ces critères. Le document US 2004/0187287 Al divulgue un blocage par retour élastique utilisant le phénomène de dilatation thermique. Il décrit de multiples assemblages de type manchonnage, clipsage, réalisés en chauffant les différents éléments à diverses températures. Le principe décrit consiste à chauffer un matériau qui est plus dilaté qu'un autre et lorsqu'on refroidit l'ensemble il y a assemblage. Ce principe de fonctionnement n'est pas adapté à la réalisation d'un dispositif d'assemblage amovible à l'instar de celui prévu dans la présente invention. En effet, alors qu'il est possible de chauffer séparément différentes pièces à différentes températures pour les assembler à une autre température commune il est, dans la pratique (notamment en raison de la conduction thermique), impossible de les séparer avec ce principe.

Le document WO 86/04542 Al a pour objet des polymères à mémoire de forme recouvrant leurs formes à une température supérieure à celle de leur température de transition vitreuse (qui est supérieure à 25 ⁰ C). L'application principale est l'assemblage de pièces situées sous un capot moteur d'une automobile c'est-à-dire dans un environnement chaud. Cet environnement va rétracter le polymère pour améliorer la qualité de la fixation.

Le document WO 93/09372 Al décrit des manchons rétrécissables à la chaleur comprenant des matériaux rétrécissables dans une certaine direction lorsqu'on les chauffe, un matériau tissé constitué de fibres synthétiques étant interposé entre le matériau thermo-rétractable et les polymères de couverture externes. Ces manchons, éventuellement utilisés en collaboration avec des colles thermo-activables, des matériaux d'étanchéité ou des thermo-peintures, sont destinés à relier des conduits ou câbles de façon permanente et la plus fiable possible. A cette fin, les manchons décrits fonctionnent sur le principe de la thermo-réticulation avec des peroxydes organiques, silanes, etc. Ce document ne décrit pas un dispositif d'assemblage amovible dans lequel la variation de la température permet un assujettissement ou un désengagement des pièces à assembler. L'objet de la présente invention est de proposer une alternative à ces dispositifs connus, qui soit facile à mettre en œuvre et de coût limité et qui permet de réaliser un assujettissement contrôlé de deux éléments entre eux.

Un tel dispositif pourrait également être piloté ou contrôlé à distance, par exemple par l'intermédiaire d'un dispositif électrique. Ceci permettrait de réaliser un système de verrouillage/déverrouillage, ou d'ouverture/fermeture susceptible de trouver des applications dans des conditions de fonctionnement extrême, dangereux, dans des endroits difficilement accessibles ou pollués. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'assemblage amovible de deux pièces caractérisé en ce qu'il consiste en au moins un moyen comportant, dans sa structure, au moins une section active intégrant un matériau composite à déformation continue et contrôlée sous l'effet d'une variation de température réglable d'au moins une couche active dudit matériau composite et induisant, dans chaque région dudit moyen 1 comportant une telle région active 4, une déformation de direction et

d' amplitude correspondantes entraînant un assujettissement des deux pièces 2 et 3 entre elles ou un désengagement de ces dernières.

L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à deux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :

Les figures IA et IB sont des vues en perspective de deux pièces tubulaires, respectivement avant et après leur assemblage par l'intermédiaire d'un dispositif d'assemblage selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue représentant le contour extérieur, vu en coupe transversale, du dispositif d'assemblage des figures IA et IB dans son état désactivé, la figure 3 représente les différentes couches de matériaux constituant le matériau composite intégré dans les couches actives du dispositif selon l'invention, la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif d'assemblage selon une variante d'un second mode de réalisation de l'invention, la figure 5 représente l'état activé et désactivé de l'élément de verrouillage représenté à la figure 4, les figures 6A, 6B et 6C sont des vues éclatées représentant respectivement deux pièces avant leur assemblage par l'intermédiaire d'un dispositif selon encore une autre variante du second mode de réalisation de l'invention, en position assemblée et en position de désengagement, la figure 5 est vue schématique d'un dispositif d'assemblage selon une autre variante de second mode de réalisation de l'invention, et les figures 7A, 7B et 7C représentent les étapes de montage d'une première pièce sur une seconde pièce, selon une autre variante de réalisation de ce second mode. Les figures annexées représentent un dispositif d'assemblage amovible de deux pièces 2 et 3 caractérisé en ce qu'il consiste en au moins un moyen 1 comportant au moins une région active 4 intégrant un matériau composite 5 à déformation continue et contrôlée sous l'effet d'une variation de température réglable d'au moins une couche active 6 dudit matériau composite 5 et induisant, dans chaque région dudit moyen 1 comportant une telle région active 4, une déformation de direction et d'amplitude

correspondantes entraînant un assujettissement des deux pièces 2 et 3 entre elles ou un désengagement de ces dernières.

Un matériau composite 5 susceptible d'être utilisé dans le dispositif d'assemblage selon la présente invention peut être du type de ceux décrits dans le dépôt n° 04 02163 au nom de la demanderesse.

Ils présentent l'avantage d'être facilement intégrés dans la structure d'un moyen 1 dont il est souhaité de contrôler et de commander la déformation. L'utilisation de tels matériaux composite 5 permet d'obtenir des déformations parfaitement contrôlées, prévisibles et réversibles au niveau des régions dans lesquelles ils sont intégrés.

Dans la description qui suit, il faut comprendre par état activé du moyen 1 un état dans lequel la ou les couches actives 6 des matériaux composites 5 intégrés dans le moyen 1 sont soumises à une variation de température et par état non activé du moyen 1 , un état dans lequel la ou les couches actives 6 desdits matériaux composites 5 ne sont pas soumises à une telle variation de température. De même, l'état activé des régions actives 4 correspond à un état dans lequel la ou les couches actives 6 du matériau composite 5 de ces régions sont soumises à une variation de température. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le moyen 1 peut être sous la forme d'une pièce rapportée indépendante assurant l'assujettissement des deux pièces 2 et 3 à assembler.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, le moyen 1 peut être intégré dans l'une des deux pièces 2 et 3 à assembler. Dans le cadre d'une première variante du premier mode de réalisation de l'invention, le moyen 1 peut être réalisé sous la forme d'un manchon 7 destiné à assembler deux pièces tabulaires aboutées et de même diamètre. Un tel assemblage est représenté aux figures IA et IB annexées.

Pour réaliser cet assemblage, le manchon 7 peut présenter, à l'état non activé de ses régions actives 4, un diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre extérieur des pièces 2 et 3 et permettant au manchon 7 d'exercer une pression sur les pièces 2 et 3 lorsqu'il est emmanché sur ces dernières, et peut comprendre des régions actives 4 dont l'activation entraîne une augmentation du diamètre intérieur dudit manchon 7 par déformation de ce dernier, permettant un manchonnage de ce dernier sur les pièces 2 et 3 aboutées.

A cet effet, les régions actives 4 peuvent être au moins au nombre de trois et être intégrées dans la paroi du manchon 7, de manière à être parallèles les unes par rapport aux autres et à l'axe longitudinal du manchon 7 et elles peuvent être situées à équidistance les unes des autres. En variante, le manchon 7 peut présenter au moins une région active 4 intégrée dans sa paroi sous la forme d'un anneau situé dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du manchon 7.

Dans le cas du manchonnage de deux pièces 2 et 3 réalisées en un matériau sensible à la chaleur, par exemple du métal, il peut être nécessaire d'éviter que les régions actives 4 ne soient en contact avec ces pièces 2 et 3, afin d'empêcher une dilatation de ces dernière par conduction thermique entre le manchon 7 et les pièces 2 et 3. En effet, selon le matériau utilisé pour réaliser la couche active 6 des matériaux composites 5, une température de 100 ⁰ C peut être atteinte pour l'activation des couches actives.

A cet effet, et selon une caractéristique de l'invention, le manchon 7 peut comprendre des régions actives 4 intégrant un matériau composite 5 et des régions non actives 4' n'intégrant pas de matériau composite 5 et peut présenter une section de forme générale circulaire dont la paroi interne est circulaire au niveau des parties coïncidant avec les régions non actives et présente des décrochements 18 au niveau des parties coïncidant avec les régions actives 4, de telle sorte qu'à l'état non activé du manchon 7, il présente une forme telle que ses régions non actives 4' exercent une pression sur les pièces 2 et 3 et que ses régions actives 4 ne sont pas en contact surfacique avec les parois externes des pièces 2 et 3. La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un tel manchon 7 à l'état non activé de ses régions actives 4.

La déformation étant proportionnelle à la variation de température appliquée et due au différentiel de déformation entre les couches constitutives du manchon 7, la structure et les matériaux constituant le manchon 7 peuvent être choisis tels qu'un moment de flexion ou de torsion est provoqué lors de l'activation des régions actives 4, de sorte que ces dernières se déforment pour entraîner une augmentation du diamètre interne dudit manchon 7. De cette manière, le manchon 7 peut être emmanché, dans sont état activé, sur les deux pièces 2 et 3 à assembler. Il suffit ensuite de supprimer l'activation des couches actives 4 pour que le manchon 7 retrouve sa forme initiale dans laquelle son diamètre interne est

plus petit que le diamètre externe des pièces 2 et 3, ce qui entraîne un assemblage des pièces 2 et 3 l'une à l'autre par pression, au moins par zones, du manchon sur ces pièces 2 et 3.

Dans tous les cas, l'activation peut être réalisée par l'augmentation de la température de chaque couche active 4, de sorte que l'assujettissement des pièces 2 et 3 entre elles et dû à la rétractation du manchon 7 lors de son refroidissement.

Dans une seconde variante de ce mode de réalisation, le moyen 1 peut être réalisé sous la forme d'un anneau et destiné à assembler deux pièces tubulaires de diamètre différent.

Cet anneau peut présenter, dans son état désactivé, un diamètre interne supérieur au diamètre externe d'une première 2 des pièces à assembler et un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la seconde 3 desdites pièces 2 et 3, de sorte que ledit anneau peut être susceptible d'emmancher, dans son état désactivé, la première pièce 3 et d'être emmanché par la seconde pièce 3, et ledit anneau peut présenter des régions actives 4 dont l'activation peut entraîner une déformation de ce dernier dans les deux directions radiales pour assujettir les deux pièces 2 et 3 l'une à l'autre. Lorsque les régions actives 4 de l'anneau sont activées, la déformation dudit anneau est donc telle qu'il est comprimé entre les deux pièces 2 et 3 qui sont ainsi assemblées l'une à l'autre.

De manière caractéristique, le moyen 1 peut être constitué par l'assemblage d'une première couche 8 de résine comprenant des fibres aramides reliée à une seconde couche 9 de résine comprenant des fibres de verre et les régions actives 4 peuvent correspondre à des régions dans lesquelles une couche active 10 à base de résine chargée en fibres de carbone est intégrée entre la première 8 et la seconde 9 couches, ladite couche active étant reliée à une alimentation électrique. Une telle structure est représentée à la figure 3. Ainsi, lorsqu'une puissance électrique donnée est appliquée aux couches actives 4, la température de ces dernières s'élève et se propage aux couches voisines par conduction thermique, créant un gradient thermique au sein du moyen 1. Ce gradient thermique entraîne une dilatation des couches inactives 8 et 9, et donc une déformation du moyen 1 , au moins au niveau de ses régions comprenant une région active 4.

La durée nécessaire pour atteindre une déformation donnée dépend de l'intensité de la puissance électrique injectée dans les couches

actives 4. Ainsi, par exemple, dans le cas du manchon 7 présentant une longueur de 200 mm, la déformation utile est obtenue après 70 secondes pour une puissance de 3950 W/m ² , soit 128 W.

En ce qui concerne les déformations, dans le cas du manchon 7 de 200 mm de longueur, réalisé à partir d'une première couche 8 de résine d'une épaisseur de 0,4 mm comprenant des fibres aramides reliée à une seconde couche 9 de résine d'une épaisseur de 0,65 mm comprenant des fibres de verre par l'intermédiaire d'une couche active 10 d'une épaisseur de

0,1 mm à base de résine chargée en fibres de carbone, on obtient les augmentations de diamètre suivantes :

- 3 mm lorsque le diamètre initial du manchon 7 est de 200 mm et avec une puissance totale de 248 W, et

- 0,6 mm lorsque le diamètre initial du manchon 7 est de 100 mm et avec une puissance totale de 124 W. Dans le cas du manchon 7 précité, dans lequel la première couche 8 de résine présente une épaisseur de 0,8 mm et la seconde couche 9 de résine de 1,3 mm l'on obtient, pour un diamètre initial de 100 mm, une augmentation de diamètre de 0,4 mm avec une puissance totale de 124 W.

Pour s'affranchir des perturbations thermiques extérieures, l'anneau ou le manchon 7 peuvent avantageusement être isolés thermiquement par l'intégration de couches de matériau isolant dans leur structure ou sur leur paroi extérieure.

En outre, pour assurer l'étanchéité du dispositif d'assemblage actif, on peut réaliser un manchon 7 équipé de joints d'étanchéité à ses extrémités constituant des régions non actives et qui présentent donc un diamètre constant.

Selon une première variante du second mode de réalisation de l'invention, le moyen 1 constitue une première pièce 2 en forme de manchon destinée à être montée sur une seconde pièce 3 cylindrique, ladite première pièce 2 pouvant présenter, à l'état non activé de ses régions actives 4, un diamètre intérieur sensiblement inférieur au diamètre extérieur de la seconde pièce 3 cylindrique et permettant à ladite première pièce 2 d'exercer une pression sur la seconde pièce 3 cylindrique lorsqu'elle est emmanchée sur cette dernière, et pouvant comprendre des régions actives 4 dont l'activation entraîne une augmentation du diamètre intérieur de ladite première pièce 2 par déformation de cette dernière, permettant un manchonnage de ladite première pièce 2 sur la seconde pièce 3 cylindrique.

Le montage d'une telle première pièce 2 sur une seconde pièce 3 cylindrique est représenté sur les figures 7A à 7C. La figure 7A représente la première pièce 2 avant son montage sur la seconde pièce 3. Les flèches représentent la direction de dilation de la première pièce 1 lors de son activation qui lui permet de présenter un diamètre interne plus important que le diamètre externe de la seconde pièce 3. La première pièce 2 est ensuite emmanchée sur la seconde pièce 3 (cf. figure 7B), puis l'activation de la première pièce 2 est supprimée, de sorte que cette dernière retrouve sa forme initiale, dans laquelle son diamètre interne est légèrement inférieur au diamètre externe de la seconde pièce 3, ce qui entraîne un assujettissement des deux pièces par compression, au moins par zones, de la première pièce 2 sur la seconde pièce 3 (cf. figure 7C).

Selon une seconde variante de ce second mode de réalisation, le moyen 1 peut se présenter sous la forme d'au moins un élément de verrouillage 11 prévu sur la première 2 des pièces à assembler et susceptible d'être déformé par activation ou désactivation de ses régions actives 4, cet élément de verrouillage 11 étant destiné à coopérer par forme avec au moins un élément de verrouillage 12 correspondant de la seconde pièce 3. A cet effet, et comme illustré à la figure 4, chaque élément de verrouillage 11 de la première pièce 2 peut se présenter sous la forme d'une languette munie, au niveau de son extrémité libre, d'une tête de verrouillage 13 munie d'une surface de verrouillage 19 perpendiculaire à l'axe longitudinal de la languette et destinée à coopérer avec une surface de verrouillage 21 correspondante d'un moyen de verrouillage 14 formant cran d'arrêt et réalisé dans la seconde pièce 3 et l'activation de la ou des régions actives 4 de chaque languette formant un élément de verrouillage 11 peut entraîner une flexion de cette dernière permettant un désengagement des surface de verrouillage 19 et 21 de la tête de verrouillage 13 et du moyen de verrouillage 14.

L'engagement des surfaces de verrouillage 19 et 21 peut également être réalisé par activation desdites régions actives 4.

De manière caractéristique, la tête de verrouillage 13 peut comporter une surface de came 20 transversale par rapport à l'axe longitudinal de la languette formant l'élément de verrouillage de la première pièce 2 et une surface de verrouillage 19 perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite languette et le moyen de verrouillage 12 de la seconde pièce 3 peut

comporter une surface de came 22 correspondante entraînant une flexion de la languette lors de l'assemblage des pièces 2 et 3. Dans cet exemple, l'assemblage des deux pièces 2 et 3 est réalisé par déformation par flexion de la languette. Pour le retrait de la tête de verrouillage 13, il suffit donc d'activer les régions actives 4 de l'élément de verrouillage 11 de manière à imprimer un mouvement de flexion à ce dernier qui permet un désengagement des deux surfaces de verrouillage 19 et 21.

Une telle configuration peut trouver une application dans le démontage de systèmes en fin de vie qui nécessitent d'être remplacés, par exemple les composants des tableaux de bords dans le domaine de l'automobile. Il suffit alors d'une seule connexion et activation électrique pour retirer la pièce sous forme de languette.

Selon une seconde variante de ce second mode de réalisation de l'invention, les deux pièces 2 et 3 à assembler peuvent être de forme tubulaire, l'élément de verrouillage 11 de la première pièce 2 peut se présenter sous la forme d'un anneau d'extrémité réalisé d'un seul tenant avec la première pièce 2, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de la seconde pièce 3, et pourvu d'une rainure 15 destinée à coopérer avec une nervure 16 correspondante formant l'élément de verrouillage 12 de la seconde pièce et réalisée dans la paroi interne de la seconde pièce et la section de cet anneau peut être susceptible d'être réduite par l'activation de ses régions actives 4 pour retirer l'anneau d'extrémité de la seconde pièce 3 et désolidariser les deux pièces 2 et 3. Les figures 6A à 6C représentent à cet effet deux pièces 2 et 3 respectivement avant leur assemblage, à l'état assemblé et lors de leur séparation. L'assemblage des deux pièces 2 et 3 se fait par insertion de la pièce 2 dans la pièce 3. Lors de cette insertion par translation, l'extrémité de la pièce 2 se déforme, de sorte la nervure 16 et insérée dans la rainure 15 suite à une déformation élastique de l'anneau. Les flèches illustrées à la figure 6C montrent la direction de déformation de l'anneau, qui permet d'extraire la pièce 2 de la pièce 3 par un désengagement de la nervure 16 hors de la rainure 15.

De manière caractéristique, et comme représenté dans les figures 6A à 6C, l'anneau d'extrémité formant élément de verrouillage 11 peut être constitué par des lamelles réparties de manière uniforme sur la périphérie dudit anneau.

De préférence, l'élément de verrouillage 11 de la première pièce

2 peut être constitué par un assemblage de trois couches de matériaux, à savoir une couche de verre 9 reliée à une couche à base de résine époxyde 8 entre lesquelles est intégrée une couche active 10 à base de résine époxyde chargée en fibres de carbone et reliée à une alimentation électrique.

Dans le cadre d'une pièce 2 présentant un diamètre de 100 mm, et seize lamelles de 1,15 mm d'épaisseur, de 30 mm de longueur et de 10 mm de largeur, constituée par une première couche 8 de résine d'une épaisseur de 0,4 mm comprenant des fibres aramides reliée à une seconde couche 9 de résine d'une épaisseur de 0,65 mm comprenant des fibres de verre par l'intermédiaire d'une couche active 10 d'une épaisseur de 0,1 mm à base de résine chargée en fibres de carbone, on obtient une déformation correspondant à une flèche de 1,6 mm au niveau de l'extrémité libre de chaque lamelle avec une puissance de 19 W. En doublant d'épaisseur des première 8 et seconde 9 couches de résine, et avec une longueur des lamelles de 40 mm, on obtient une déformation correspondant à une flèche de 1 ,6 mm au niveau de l'extrémité libre de chaque lamelle avec une puissance de 26 W.

Grâce à de telles configurations, il est possible d'assurer de manière efficace et aisée un verrouillage ou un assemblage de deux pièces entre elles, ce verrouillage et cet assemblage étant réversibles et pilotés par le contrôle de la déformation des régions actives intégrées dans les moyens

1 et 11.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention défini par les revendications.