FR3078568A1

FR3078568A1 - Dispositif de fixation

Info

Publication number: FR3078568A1
Application number: FR1851891A
Authority: FR
Inventors: Jerome Chopard; Jean-Francois Jambut; Loic Roques
Original assignee: Bollhoff Otalu SA
Current assignee: Bollhoff Otalu SA
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: FR3078568B1

Abstract

Dispositif de fixation, comprenant un support (18), un organe de fixation (2) monté sur le support (18), l'organe de fixation (2) ayant une tête d'appui (3) et un corps (4) monté sur la tête d'appui (3) et s'étendant le long d'un axe longitudinal (A), le dispositif comprenant en outre un premier capteur (7) muni d'un premier détecteur (9) d'effort mécanique subi par l'organe de fixation (2) et d'une première paire d'électrodes (11, 12) reliées électriquement au premier détecteur (9), et un deuxième capteur (8) muni d'un deuxième détecteur (10) d'effort mécanique subi par l'organe de fixation (2) et d'une deuxième paire d'électrodes (13, 14) reliées électriquement au deuxième détecteur (10), les premier et deuxième détecteurs (9, 10) étant superposés l'un sur l'autre selon un axe (A') passant par le support (18) et la tête d'appui (3).

Description

L’invention concerne les dispositifs de fixation, et plus particulièrement les dispositifs de fixation pour lesquels on souhaite mesurer des efforts mécaniques subis par ces dispositifs.

État de la technique

La demande internationale WO02/069666 divulgue un dispositif pour mesurer des pressions, des températures, des impulsions et des dilatations sur un tuyau flexible pendant l’utilisation de ce dernier. Le tuyau comporte un embout raccordé à une extrémité du tuyau, un capteur pour chaque valeur de mesure situé dans l’embout, et comporte une unité de mesure située dans ou sur la paroi du tuyau flexible. L’unité de mesure est couplée au capteur par des liaisons filaires. Mais un tel dispositif n’est pas un organe de fixation destiné à fixer deux pièces mécaniques entre elles.

Le modèle d’utilité allemand DE 202004002116 divulgue un élément de raccordement de câbles pour liquides ou gaz, électriques ou optiques, comprenant une douille, un connecteur destiné à être assemblé sur la douille, et un conducteur électrique configuré pour fermer un circuit en coopérant avec un contact électrique lorsque l’assemblage du connecteur avec la douille est correct. En outre, le conducteur électrique est monté sur le connecteur et est couplé à une antenne et à un transpondeur passif, et le contact électrique est monté sur la douille. La demande de brevet français FR 2887955 divulgue un dispositif de raccordement de deux éléments tubulaires pour le transport de fluides, comprenant un embout femelle, un embout mâle destiné à s’insérer dans l’embout femelle, une organe de verrouillage, un capteur de proximité pour déterminer la position de l’organe de verrouillage, et une étiquette radiofréquence connectée à une antenne pour transmettre la position déterminée. Le capteur de proximité peut être solidaire de l’embout femelle ou de l’organe de verrouillage. Mais ces appareils de mesure ne permettent pas de mesurer un effort mécanique subi par les dispositifs de raccordement.

La demande de brevet allemand DE 19831270 décrit un dispositif mécanique d’assemblage de deux tôles au moyen d’une vis de fixation. L’état de serrage et de déformation de la vis est contrôlé au moyen d’un capteur comprenant au moins une feuille en matériau piézoélectrique, laquelle est fixée soit sur la tête de vis, soit angulairement répartie le long du fût de la vis. Le capteur est connecté directement par un circuit de liaison à un dispositif électronique de traitement lequel est disposé à l’extérieur. Mais il faut prévoir des circuits de liaison suffisamment longs lorsque le dispositif électronique est très éloigné de la vis.

Par ailleurs, le brevet américain US5297430 divulgue un capteur de force en forme de disque mince, situé entre un écrou et un cylindre d’un moteur diesel marin. Le capteur comporte quatre cellules de mesure des forces en Z intégrées au sein d’un boîtier principal métallique. Les cellules peuvent comprendre des disques de quartz du type piézoélectrique. Le capteur comporte en outre quatre électrodes reliées à un préamplificateur logé dans un boîtier de connexion juxtaposé au boîtier principal. Un tel capteur est utilisé comme rondelle placée entre un écrou et une pièce. Mais ce capteur nécessite plusieurs cellules de mesure de force et il est donc encombrant.

On peut en outre citer le brevet américain US6272936 qui divulgue un capteur de pression comprenant un détecteur de pression relié à deux électrodes, le détecteur comprenant une encre imprimée à résistance variable. Mais un tel capteur fournit un seul type de mesure. Ce capteur n’est pas adapté pour mesurer différents types de contraintes mécaniques subies par un organe de fixation, telles que notamment des vibrations.

Objet de l'invention

Un objet de l’invention consiste à pallier ces inconvénients, et plus particulièrement à fournir un dispositif compact intégrant des équipements permettant de fournir des informations de plusieurs types d’efforts mécaniques subis par le dispositif de fixation.

Selon un aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de fixation, comprenant un support, un organe de fixation monté sur le support, l’organe de fixation ayant une tête d’appui et un corps monté sur la tête d’appui et s’étendant le long d’un axe longitudinal, le dispositif comprenant en outre un premier capteur muni d’un premier détecteur d’effort mécanique subi par l’organe de fixation et d’une première paire d’électrodes reliées électriquement au premier détecteur, et un deuxième capteur muni d’un deuxième détecteur d’effort mécanique subi par l’organe de fixation et d’une deuxième paire d’électrodes reliées électriquement au deuxième détecteur.

Les premier et deuxième détecteurs sont superposés l’un sur l’autre selon un axe passant par le support et la tête d’appui.

Ainsi, on fournit un dispositif équipé de plusieurs capteurs d’efforts mécaniques particulièrement compact.

Le premier capteur peut être configuré pour fournir une information relative à une vibration subie par l’organe de fixation.

Le deuxième capteur peut être configuré pour fournir une information relative à une force constante appliquée sur l’organe de fixation.

Un tel dispositif équipé de deux capteurs fournissant des informations distinctes permet de mesurer des vibrations subies et une force constante appliquée sur l’organe de fixation.

Le premier détecteur peut être une encre à propriété piézoélectrique.

Le deuxième détecteur peut être une encre à résistance électrique variable en fonction d’une force constante appliquée sur le deuxième détecteur.

Avantageusement, le deuxième détecteur est alimenté électriquement par l’intermédiaire de la deuxième paire d’électrodes.

Les premier et deuxième détecteurs peuvent chacun avoir une forme annulaire entourant au moins en partie le corps de l’organe de fixation.

Le dispositif de fixation peut comprendre un élément isolant placé entre les premier et deuxième détecteurs.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation et de mise en œuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1, illustre schématiquement une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention ; et

- la figure 2, illustre schématiquement une vue en perspective éclatée des capteurs du dispositif de fixation illustré à la figure 1.

Description détaillée

Sur les figures 1 et 2, on a représenté un mode de réalisation préféré d’un dispositif de fixation 1. De manière générale, le dispositif de fixation 1 comporte un organe de fixation 2 muni d’une tête d’appui 3 et d’un corps 4 monté sur la tête d’appui 3. Plus particulièrement, le corps 4 s’étend le long d’un axe longitudinal A en saillie de la tête d’appui 3. C’est-à-dire que la tête d’appui 3 présente une première surface 5 située en regard du corps 4, et une deuxième surface 6 opposée à la première, la première surface 5 formant un épaulement avec le corps 4 de l’organe de fixation 2. En d’autres termes, la tête d’appui 3 s’étend transversalement au corps 4 le long d’un axe transverse B. Préférentiellement, l’axe transverse B est perpendiculaire à l’axe longitudinal A. Le corps 4 donne la fonction à l’organe de fixation 2. De façon générale, l’organe de fixation 2 est destiné à être monté sur une pièce 21. Le corps 4 peut être un cylindre creux. On entend par cylindre, un solide limité par une surface cylindrique engendrée par un ensemble de droites parallèles, notées génératrices, s’appuyant sur une courbe plane fermée, notée directrice, et deux plans coupant les génératrices. Le corps 4 peut être déformable, et l’organe 2 peut être un rivet ou un insert sertissable. Le corps 4 peut comprendre un filetage interne, et l’organe 2 est un écrou. Le corps 4 peut être plein et comprendre un filetage externe, et l’organe 2 est une vis. L’organe de fixation 2 peut être réalisée à partir d’une seule pièce, c’est-à-dire que la tête d’appui 3 et le corps 4 forment une même pièce 2. En variante, la tête d’appui 3 et le corps 4 sont deux pièces distinctes. Plus particulièrement, on dit que le corps 4 est monté sur la tête d’appui 3. En d’autres termes, le corps 4 est relié mécaniquement à la tête d’appui 3. On dit également que le corps 4 et la tête d’appui 3 forment un ensemble où les éléments de l’organe 2 sont maintenus en contact l’un contre l’autre. En variante, le corps 4 comporte des éléments de fixation coopérant avec des parties complémentaires prévues sur la tête d’appui 3 afin de monter le corps 4 sur la tête d’appui 3. Selon cette variante, le corps 4 peut être monté fixe ou amovible sur la tête d’appui 3. Lorsque le corps 4 est monté fixe, il ne peut pas être retiré de la tête d’appui 3 sans détruire la tête 3 ou le corps 4. Lorsque le corps 4 est monté amovible, il peut être retiré de la tête d’appui 3 sans destruction pour pouvoir être à nouveau monté sur la tête d’appui 3. L’organe de fixation 2 peut être en métal ou en matériau polymère. Lorsque l’organe 2 comporte deux pièces distinctes 3, 4, ces pièces peuvent être métalliques, ou l’une en métal et l’autre en matériau polymère, ou les deux peuvent être en matériau polymère. Le fait que le corps 4 soit situé en saillie de la tête d’appui 3 rend le corps 4 accessible et peut participer à la fixation d’une autre pièce, non représentée à des fins de simplification, sur le corps 4.

Le dispositif 1 comporte en outre un support 18 et deux capteurs 7, 8. L’organe de fixation 2 est monté sur le support 18. Les deux capteurs 7, 8 permettent de mesurer des efforts mécaniques subis par l’organe de fixation 2. Un effort mécanique peut être une déformation, une vibration, une dilatation, un poids ou une pression. On distingue les vibrations, considérées comme des efforts « dynamiques », des autres contraintes considérées comme des efforts « statiques ». En d’autres termes, on considère qu’une vibration est une force qui varie au cours de la mesure de celle-ci. Au contraire, un effort statique est une force constante, c’est-à-dire une force ayant une valeur constante au cours d’un temps spécifique pendant lequel on mesure cette force. Une force constante est par exemple une charge placée au contact de l’organe de fixation 2.

Le premier capteur 7 comporte un premier détecteur 9 d’effort mécanique et une première paire d’électrodes 11,12 reliées électriquement au premier détecteur 9. Le deuxième capteur 8 comporte un deuxième détecteur 10 d’effort mécanique et une deuxième paire d’électrodes 13, 14 reliées électriquement au deuxième détecteur 10.

Le dispositif de fixation 1 peut en outre comprendre une unité de contrôle électronique 15 reliée aux premier et deuxième détecteurs 9, 10 par l’intermédiaire des deux paires d’électrodes 11 à 14. L’unité de contrôle électronique 15 peut en outre être configurée pour élaborer les mesures d’efforts mécaniques à partir des informations fournies par les capteurs 7, 8, notamment par les détecteurs 9, 10 via les électrodes 11 à 14. L’information fournie par un détecteur 9, 10 est représentative d’un effort mécanique subi par l’organe de fixation 2. L’unité de contrôle électronique 15 peut être un microprocesseur.

Plus particulièrement, les premier et deuxième détecteurs 9, 10 sont superposés l’un sur l’autre selon un axe A’ passant par le support 18 et la tête d’appui 3.

Cette disposition étagée des détecteurs 9, 10 permet de rendre le dispositif de fixation 1 particulièrement compact. Par exemple, l’axe A’ est parallèle à l’axe longitudinal A, afin de faciliter la fabrication du dispositif 1. En d’autres termes, le long de l’axe A’ qui passe par le support 18 et la tête d’appui 3, on trouve le support 18, le premier détecteur 9, le deuxième détecteur 10 et la tête d’appui 3. Selon un mode de réalisation, chaque détecteur 9, 10 est placé entre deux électrodes de la paire associée au détecteur 9, 10. De préférence, on place un élément isolant 16 entre deux électrodes respectivement reliées aux premier et deuxième détecteurs 9, 10, de manière à isoler les circuits électriques associés aux détecteurs 9, 10. De manière optionnelle, on peut placer un élément isolant supplémentaire 17 entre la tête d’appui 3 et l’électrode 14 reliée au deuxième détecteur 10 qui est située la plus proche de la tête d’appui 3. Ainsi, on peut réaliser un ensemble comprenant le support 18 et l’élément isolant supplémentaire 17 entre lesquels sont placés les capteurs 7, 8. Un tel ensemble permet de former un bloc sur lequel on monte l’organe de fixation 2. Dans ce cas, on prévoit, de préférence des détecteurs 9, 10 dans lesquels un orifice est formé. Un orifice permet un passage du corps 4 de l’organe de fixation 2. Préférentiellement les électrodes 11 à 14, le support 18, l’élément isolant 16 et l’élément isolant supplémentaire 17 sont également pourvus d’un orifice pour le passage du corps 4 de l’organe de fixation 2, comme illustré sur la figure 2. Les orifices sont formés de sorte que lorsque les éléments de l’ensemble sont superposés les uns aux autres, les orifices des éléments coïncident entre eux. Par exemple les éléments sont placés de sorte que l’axe A longitudinal passe par chacun des orifices des éléments.

Les éléments isolants 16, 17 peuvent être réalisés à partir d’une résine.

Sur la figure 2, on trouve le long de l’axe A’, le support 18, la première électrode 11 de la première paire, le premier détecteur 9, la deuxième électrode 12 de la première paire, un élément isolant 16, la première électrode 13 de la deuxième paire, le deuxième détecteur 10, la deuxième électrode 14 de la deuxième paire, et un élément isolant supplémentaire 17.

De préférence, le premier détecteur 9 est configuré pour fournir une information relative aux vibrations subies par l’organe de fixation 2. Selon un mode de réalisation, le premier détecteur 9 possède des propriétés piézoélectriques, c’est-à-dire que le détecteur 9, lorsqu’il est déformé selon une direction particulière sous l’effet d’une contrainte mécanique, présente des charges positives et négatives en certains endroits de sa surface. La quantité de charges est proportionnelle à la contrainte exercée et disparaît lorsque la contrainte est supprimée et que le premier détecteur 9 reprend sa forme initiale. Préférentiellement, le premier détecteur 9 est élastique. Les charges créées génèrent une différence de potentiel qui peut être mesurée par l’unité de contrôle électronique 15. La différence de potentiel étant relative à la force appliquée sur le premier détecteur 9, la différence de potentiel permet de mesurer la contrainte exercée sur l’organe de fixation 2. Préférentiellement, le premier détecteur 9 est une première encre à propriétés piézoélectriques, ce qui permet de fournir un dispositif de fixation 1 particulièrement compact. Par exemple, la première encre peut être réalisée à partir de graphène, c’est-à-dire un matériau ayant une forme allotropique cristalline du carbone. Le premier détecteur 9 peut être autonome, dans ce cas il ne nécessite pas de consommer une énergie électrique pour fonctionner. Par exemple, le premier détecteur 9 comprend un matériau polymère à propriété piézoélectrique, tel que le quartz piézoélectrique ou le polyfluorure de vinylidène (ou Polyvinylidene fluoride en langue anglaise). Le premier détecteur 9 peut également consommer une énergie électrique pour fonctionner, on dit que le premier détecteur 9 est électro-actif. Par exemple le premier détecteur 9 est un microsystème électromécanique (ou microelectromechanical System en langue anglaise) présentant des dimensions micrométriques et étant du type accéléromètre. Un tel détecteur 9 est particulièrement adapté pour mesurer des vibrations. En outre, le premier détecteur 9 peut également être un matériau polymère électro-actif, tel qu’une encre, une pâte, ou une peinture électro-active métallique ou en matériau polymère conducteur ou une combinaison des deux.

Préférentiellement, le deuxième détecteur 10 est configuré pour fournir une information relative à une force constante appliquée sur l’organe de fixation 2. Selon un mode de réalisation préféré, le deuxième détecteur 10 possède une résistance électrique variable en fonction d’une contrainte mécanique, on dit également que le deuxième détecteur 10 possède des propriétés « piézorésistives ». C’est-à-dire que lorsqu’une force est appliquée sur le deuxième détecteur 10, le deuxième détecteur 10 est déformé. La déformation peut résulter d’une flexion ou d’une compression exercée sur le deuxième détecteur 10. La flexion ou la compression entraîne une variation d’une longueur du deuxième détecteur 10 selon une direction particulière. La déformation modifie la résistance électrique du deuxième détecteur 10. La variation de résistivité du deuxième détecteur 10 est fonction de la contrainte mécanique exercée sur le deuxième détecteur 10. En particulier, le deuxième détecteur 10 est élastique et lorsque la contrainte mécanique disparaît, le deuxième détecteur 10 reprend sa forme et sa résistance électrique reprend sa valeur initiale. La déformation du deuxième détecteur 10 génère une différence de résistance électrique qui peut être mesurée par l’unité de contrôle électronique 15. Par exemple le deuxième détecteur 10 est une jauge de déformation, par exemple une jauge réalisée à partir de silicium. Préférentiellement, le deuxième détecteur 10 est une deuxième encre ayant une résistance électrique variable en fonction d’une force constante appliquée sur la deuxième encre. Par exemple, la deuxième encre peut être réalisée à partir d’un oxyde conducteur, tel qu’un oxyde de plomb, un oxyde de Ruthénium ou un oxyde de Bismuth, ou un mélange de ces oxydes conducteurs. En particulier, le deuxième détecteur 10 est alimenté électriquement par l’unité de contrôle électronique 15, via la deuxième paire d’électrodes 13, 14, pour fournir une information relative à la force constante appliquée sur l’organe de fixation 2. On dit alors que le deuxième détecteur 10 est électro-actif. L’information fournie par le deuxième détecteur 10 est une valeur de résistance électrique relative à la force mécanique appliquée sur le deuxième détecteur 10.

En utilisant deux détecteurs distincts 9, 10, de préférence en utilisant deux encres de type distincts, on fournit un dispositif de fixation 1 permettant de mesurer des vibrations et une contrainte mécanique constante appliquées à un même organe de fixation 2. On peut alors mesurer les effets vibratoires et une charge appliqués sur une pièce 21 fixée au dispositif de fixation 1.

Par exemple, les premier et deuxième détecteurs 9, 10 ont, chacun, une forme annulaire entourant au moins en partie le corps 4 de l’organe de fixation 2. Par exemple la forme annulaire est fermée, et on augmente la surface de détection pour améliorer la précision des mesures. On peut également choisir une forme annulaire non fermée pour diminuer la quantité d’encre à utiliser.

L’unité de contrôle électronique 15 peut également être configurée pour transmettre les mesures qu’elle élabore à partir des informations fournies par les capteurs 7, 8, à un système d’analyse et de traitement situé à l’extérieur du dispositif de fixation 1, ou intégrée au dispositif 1, par exemple en étant monté sur le support 18. Par exemple, pour transmettre les mesures, le dispositif de fixation 1 peut en outre comprendre un connecteur électrique ou une antenne radiofréquence reliée à l’unité de contrôle électronique 15.

En outre, le dispositif de fixation 1 peut comprendre un boîtier 22 monté sur l’organe de fixation 2 pour protéger les détecteurs 9, 10 lors du montage du dispositif 1 sur la pièce 21. Avantageusement, le boîtier 22 permet de loger les éléments des premier et deuxième capteurs 7, 8, comme illustré sur la figure 1. Le boîtier 22 peut également être utilisé comme interface entre la pièce 21 et le support 18 du dispositif de fixation 1. Par exemple, le boîtier 22 est une carte électronique réalisée en polycarbonate ou en époxy.

L’invention qui vient d’être décrite offre un dispositif de fixation particulièrement compact. L’intégration de deux capteurs permet de mesurer des efforts mécaniques distincts et permet de faire un diagnostic complet des contraintes mécaniques statiques et dynamiques exercées sur différentes parties d’un véhicule dans divers secteurs, notamment de l’automobile, l’aéronautique, et du ferroviaire. Il est ainsi possible de détecter des bruits ou des comportements anormaux, telles des surcharges.

Claims

1. Dispositif de fixation, comprenant un support (18), un organe de fixation (2) monté sur le support (18), l’organe de fixation (2) ayant une tête d’appui (3) et un corps (4) monté sur la tête d’appui (3) et s’étendant le long d’un axe longitudinal (A), le dispositif comprenant en outre un premier capteur (7) muni d’un premier détecteur (9) d’effort mécanique subi par l’organe de fixation (2) et d’une première paire d’électrodes (11, 12) reliées électriquement au premier détecteur (9), et un deuxième capteur (8) muni d’un deuxième détecteur (10) d’effort mécanique subi par l’organe de fixation (2) et d’une deuxième paire d’électrodes (13, 14) reliées électriquement au deuxième détecteur (10), caractérisé en ce que les premier et deuxième détecteurs (9, 10) sont superposés l’un sur l’autre selon un axe (A’) passant par le support (18) et la tête d’appui (3).

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier capteur (7) est configuré pour fournir une information relative à une vibration subie par l’organe de fixation (2).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième capteur (8) est configuré pour fournir une information relative à une force constante appliquée sur l’organe de fixation (2).

4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier détecteur (9) est une encre à propriété piézoélectrique.

5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le deuxième détecteur (10) est une encre à résistance électrique variable en fonction d’une force constante appliquée sur le deuxième détecteur (10).

6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le deuxième détecteur (10) est alimenté électriquement par l’intermédiaire de la deuxième paire d’électrodes (13, 14).

5

7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les premier et deuxième détecteurs (9, 10) ont chacun une forme annulaire entourant au moins en partie le corps (4) de l’organe de fixation (2).

8. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant un élément io isolant (16) placé entre les premier et deuxième détecteurs (9, 10).