WO2008125470A1 - Système d'ancrage à billes. - Google Patents

Système d'ancrage à billes. Download PDF

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WO2008125470A1
WO2008125470A1 PCT/EP2008/053815 EP2008053815W WO2008125470A1 WO 2008125470 A1 WO2008125470 A1 WO 2008125470A1 EP 2008053815 W EP2008053815 W EP 2008053815W WO 2008125470 A1 WO2008125470 A1 WO 2008125470A1
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WO
WIPO (PCT)
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holes
balls
rod
ball
bushing
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/053815
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English (en)
Inventor
Bruno Jeanroy
Original Assignee
Sofrasar Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B21/00—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings
    • F16B21/10—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings by separate parts
    • F16B21/16—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings by separate parts with grooves or notches in the pin or shaft
    • F16B21/165—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings by separate parts with grooves or notches in the pin or shaft with balls or rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2/00—Friction-grip releasable fastenings
    • F16B2/02—Clamps, i.e. with gripping action effected by positive means other than the inherent resistance to deformation of the material of the fastening
    • F16B2/16—Clamps, i.e. with gripping action effected by positive means other than the inherent resistance to deformation of the material of the fastening using rollers or balls

Definitions

  • the present invention relates to a ball anchor system.
  • Assembling systems of this type are already known for, in general, providing a connection in the axial direction between a male element, or rod, and a female part in which the rod is inserted along said axial direction, with generally interposing an intermediate element, such as bushing or pin, between the male element and the hole wall of the female element.
  • the male element is a threaded screw or rod, screwed into an ankle previously or simultaneously inserted into the hole, and which is anchored in said peg by the thread of the opinion.
  • the insertion of the rod or screw causes an expansion effect of the ankle, adapted to ensure the anchoring of the peg on the wall of the hole.
  • This expansion effect may result from the nature of the ankle material, or the shapes used, for example by using a special dowel and thread with a thread having in section a taper able to cause the expansion ankle when axial force is applied.
  • Such systems are for example described in FR-A-2842572.
  • the rod is inserted into an intermediate element, or bushing, and balls, located between the rod and a wall which may be an element of the bushing or directly the wall of the hole, provide a jamming between the rod and said wall, so as to axially retain the rod relative to said wall.
  • This jamming is generally obtained by means of a taper, or an inclination relative to the axis, of at least one of the surfaces between which the balls are located.
  • the document EP 156575 also describes a system of the type with cage for holding the balls in position, in the case where the balls and said cage are connected to the female part, for gripping a male element.
  • the holes of the cage are provided elongate in the axial direction .
  • a variable relative positioning of the balls is thus allowed, but this system, like those mentioned above, requires the use of a cage and therefore of an intermediate element, necessarily located at the interface between the male and female part, and necessarily axially mobile. Under conditions of use in an aggressive environment, dusty, etc., an inconvenience to the axial displacement of the cage can lead to that no ball can move on its ramp, or at least that too few balls ensure their blocking function.
  • a problem of such systems is to ensure the maintenance of the balls in their holes before the male element is placed in the female element, that is to say before there is a surface confronting the outlets of the holes and which prevents the balls from escaping.
  • their outlet to the cylindrical surface of the part in which they are made is a rather elongated generally elongated hole. It can then be difficult to ensure that, at any point along the length of the orifice, the ball remains both sufficiently held in its hole so that it will not escape, which implies that the width the orifice must remain at any point sufficiently below the diameter of the ball, but also without risk of jamming. This can be all the more difficult to achieve when, as in FR2398209 or US 1509565, the ball is also pushed outwardly by a spring to ensure a better engagement of the ball with the surface confronting the opening of the hole.
  • the present invention aims to solve the problems and satisfy the needs mentioned above.
  • the object of the invention is a ball anchoring system, for axially holding a male element with respect to a female element, the male element being able to engage axially in the female element by sliding in a direction of insertion until it is anchored so that it can not come out in the opposite direction, the system having balls guided in holes having a generatrix zone which, seen in a radial plane, is inclined with respect to the axial direction, the holes being made in a first of the male or female elements and opening into a generally cylindrical surface said first element which confronts the surface of the second element, the system comprising elastic means for pushing the balls towards said generally cylindrical surface.
  • the system is characterized in that the holes are formed so that at least two holes open at said generally cylindrical surface in positions with a predetermined axial offset as a function of the geometry of the surface of the surface. second element, and such that, whatever the relative axial position of said male and female elements, at least one of the balls is in contact and pressed against the surface of the second element to block said second element by wedging said ball between said surface of the second element and the surface of the hole in the vicinity of said inclined generator.
  • the balls are then held in holes made in the female element, consisting of a bushing whose bore is said surface of generally cylindrical shape, and the holes opening into said bore.
  • the male element is a rod, substantially smooth or having a particular predetermined geometry, which can be inserted axially substantially freely into the bore of the sleeve in a direction of insertion, the balls to prevent the withdrawal of the rod in the opposite direction to insertion direction.
  • the rod may have defects in geometry or have a specific geometry, with recessed areas and / or bumps, and therefore require that the balls are positioned at different levels in the axial direction, to ensure the jamming effect sought despite variations in geometry of the rod.
  • the present invention allows, by a distribution in space, both axially and circumferentially, bead guide holes, which is adapted to the shape of the rod or defects that its surface is likely to present: - d on the one hand, for a given distribution of the balls, to adapt to surface geometry irregularities, whether these irregularities are voluntary or to be surface defects, on the other hand, by an adaptation of the distribution of the balls to a or predefined shapes of the rod, to ensure optimal anchoring, regardless of the relative axial position or rotation of the rod relative to the sleeve.
  • the position of the holes can thus be determined, for example, in such a way that their outlets, that is to say the point of the socket where the ball is likely to come into contact with the surface of the rod, are distributed in a helix. corresponding to a thread of the rod, or in a disposition corresponding for example to the shape and distribution of the notches or transverse bosses of a rod of concrete, etc.
  • the holes are conical holes opening laterally to the surface of the bushing.
  • the realization of the holes in the form of conical holes makes it possible to simply constitute the bearing area of the balls oblique with respect to the axis of the sleeve and the rod.
  • the axis of the conical holes may be parallel or not with respect to the axis of the system.
  • an obliquity of the axis makes it possible, as will be better understood later, to make more circumferentially distributed holes, by deporting to outlets of greater circumference the outlets. large diameter conical holes.
  • the axis of the conical holes is inclined with respect to the axial direction of the system so that the generatrices of the conical holes near their intersection with the bore of the bushing are substantially parallel to the axis of the system.
  • conical holes can also be conceived in anchoring systems that do not correspond to the particular arrangement of the holes with an axial offset. Such conical holes could also be used in other anchoring systems or ball locks, including systems where all the balls would be disposed in the same plane orthogonal to the axis, and to engage for example with a circular groove of the stem.
  • the anchoring system comprises at least three holes opening on the surface of the bore axially in stages according to their circumferential position. These holes can be evenly distributed, either on a propeller like previously mentioned, but also in any other way, with variable deviations both in the axial direction and in the angular distribution around the axis.
  • the system may also comprise several rows of holes and balls, distributed in the axial direction, these rows being themselves helically or in any other pattern as indicated above, and the axial distribution is also regular or not.
  • the holes will be made in such a way that, taking into account
  • the elastic means for thrusting the balls may comprise a rubber ring or a spring-loaded foam, also serving as a means for sealing the holes and prevent the balls from escaping.
  • these resilient means must ensure that the balls will actually be brought and maintained in contact with the rod during insertion thereof into the bore, but do not need to ensure a thrust on the balls until at the bottom of their holes. It is in fact necessary that these elastic means are determined to bring the balls to rest, in the absence of the rod, and under the effect of the inclination of the said bearing generatrix holes, in a radial position specific to ensure the contact of all the balls with the rod during the insertion thereof.
  • the insertion of the rod must cause minimal shrinkage of each ball in its hole, against the elastic force exerted by said elastic means, this force then being sufficient to ensure the contact of all the balls on the stem.
  • the contact connection of the balls on the rod resulting simply from friction or entrainment by geometric irregularities, which ensures the effect of entrainment and jamming, as we will probably have already understood.
  • the socket may be made in particular of plastic or metal. It can also consist of an assembly of several elements made of suitable materials, for example with a metal outer wall having conical shapes and receiving inside a plastic cage in which grooves oriented in the axial direction are formed to guiding the balls, the grooves opening laterally on the side of the outer wall so as to form, in combination with said outer wall, the conical bead guide holes. So that, in accordance with the preferred embodiment of the invention, the outlets of these holes in the bore of the bushing can be located precisely at the desired locations, the outer wall will be preformed, for example by stamping or molding, to form the different inclined bearing areas of each ball.
  • the rod may be a smooth or rough cylindrical rod. It may also include one or more threads, the holes being then axially offset helically according to the pitch of the thread, to adapt to the geometry of the rod.
  • the anchoring is carried out as previously explained, and moreover it is possible to consolidate the anchoring by screwing the threaded rod. Indeed, the pressure of the threads on the balls and therefore balls on the sleeve increases correlatively to the axial screwing force exerted. It is then also possible to separate the anchor by unscrewing the rod.
  • the holes and the balls may be distributed in at least two sets of holes axially offset by a distance different from a multiple of the pitch of the thread, so as to guarantee anyway an anchoring reliable even in the case where logs of a series come to no longer wear correctly on a net; it would then be those of the following series that would come to hurry on the corresponding net, without there being need for a displacement of the value of a step of the net before the biles come again in catch.
  • the female element comprises at least two bushes assembled axially. So with similar sockets or identical, one can modulate the size of the anchoring system. By adding an additional socket, the number of balls of the anchoring system is increased by reusing a large part of the elements designed and manufactured for a single socket system. The cost of an anchoring system of larger size and the tools required to manufacture it is thus limited.
  • each sleeve carries one of the series of holes.
  • the sockets can be similar, the offset between the series being adjusted by the assembly of the sockets between them.
  • the assembly of two sockets between them is indexed angularly.
  • all the balls will be distributed on the same helix, or each socket will carry a series of axially offset balls.
  • the specificity of the anchoring system is then determined simply by the angular offset between the bushings, at the time of assembly thereof.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating the general principle of a ball anchor according to the invention
  • Figure 2 is another schematic view of the set of a ball anchor according to the present invention
  • FIG. 3 is a sectional view of a first example of a ball anchor according to the invention, for anchoring a threaded rod
  • FIG. 4 is a diagrammatic cross-sectional view along line IV. IV of FIG. 3, illustrating the positioning of the balls in their respective guide holes
  • FIG. 5 is an external view of a bushing and threaded rod assembly, also according to the preferred embodiment of the invention, but with a larger number of balls and a left-hand thread, clearly showing the staggering of the balls and of their respective guide holes.
  • FIG. 6 is a partially developed representation of the positioning of the balls according to a helix corresponding to the helical groove of the threaded rod, in the case of the embodiment adapted to the anchoring of such a rod, and further showing a example of elastic means for holding and pushing the balls,
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of the distribution of the holes of the balls, in the case where the sleeve comprises two series of balls arranged in helices axially offset by 1/2 steps;
  • FIG. 8 is a perspective view of FIGS. a complete set of socket and threaded rod according to a variant of the preferred embodiment,
  • FIG. 11 is a perspective view of the threaded rod and the sleeve in axial section in a second embodiment
  • FIG. 12 is an axial sectional view of this second embodiment, showing better the offset.
  • FIG. 13 is an axial sectional view of the sleeve only in this second embodiment
  • FIG. 14 is an exploded view of a third embodiment, using a socket formed by the assembly of several pieces in different materials
  • Fig. 15 is a view of a fourth embodiment
  • FIG. 16 is a sectional view of the system of FIG.
  • FIG. 1 is a reminder of the general principle of a ball anchor according to the invention.
  • a bushing 1 has in its bore 11 oblique bearing areas 12, which extend obliquely relative to the axis A of the bushing.
  • a rod 2 is inserted into the bushing, coaxially, and balls 3 are arranged and held between the rod and the oblique bearing zones, pushed by a spring 4 which tends to push the balls in the direction corresponding to a decrease in the distance said zone of oblique range with respect to the axis A.
  • the rod 2 can be introduced into the sleeve, in the direction F, pushing the balls 3 as necessary for the rod to pass between the balls.
  • the springs 4 tend to maintain the balls applied in support between the sleeve and the rod. Consequently, if it is desired to remove the rod in the opposite direction to F, the rod tends, by friction, to drive the balls, which then become stuck as the extraction force increases, and therefore the balls are tighter between the rod 2 and oblique bearing areas 12. There is very quickly blocking the rod in the socket.
  • FIG 2 there is shown a disposition of the balls offset in the direction axial, in accordance with the preferred embodiment of the present invention.
  • the oblique bearing areas 12 ', 12''of the balls 3 are specific to each ball, made for example in the form of conical holes opening laterally into the bore 11 of the sleeve, as will be seen later. Each ball can move in the direction of the axis A being guided in its own hole.
  • the springs 4 acting on the balls have not been shown in this view.
  • FIG. 3 shows a bushing 10 in the wall 101 of which several conical holes 50 of axes substantially parallel to the axis A are formed, which open laterally to the surface of the bore 11 of the socket, so that the balls 3 can come into contact with the rod 2, whose end has, in this example, a thread 21.
  • the sleeve further comprises a stop ring 102 fitted in a shoulder formed on the periphery of the socket and that holds back and maintaining pressure elastic means of thrust on the balls, schematized by springs 4. These springs act on the balls to push them to the funds 51 of their respective homes, but, as already explained, without the balls can in normal use to get caught in the cones formed by their holes 50.
  • the end of the sleeve, the side of the shoulder bearing the ring 102 is closed by a cover 103, and the other side, which is the side introduction of the rod 2, comprises a flared guide 104 to facilitate the insertion of the rod.
  • the balls are represented in position where they are not exactly engaged in correspondence with the thread of the rod, this to understand that, as already explained elsewhere, it is not essential that the balls are housed all directly in a groove of the net, but they can instead come lodge after introduction of the rod, either during a relative axial displacement of the rod in the sleeve, under a certain extraction force, or by screwing rotation of the rod.
  • the invention provides the embodiment of the sleeve 10 'which is illustrated in Figure 5, wherein the holes 50 are staged in a helix corresponding to the pitch of thread of the rod, with a regular angular distribution of the six holes of this example.
  • FIG. 7 schematically illustrates an improvement in which the six balls 3 are distributed in two series of three balls each distributed over helices with a pitch equal to that of the threaded end of the rod, but offset axially by a half pitch.
  • Figures 8 to 10 show a particular embodiment of an anchoring system comprising a sleeve 10 'as described above.
  • This system further comprises a flared entry guide 104 fitted on the sleeve 10 '.
  • the elastic means for holding the balls and pushing them towards the bottom of the holes 50 are here constituted by a ring or a rubber seal 105 placed in a shoulder of the sleeve and held by a cover 103 which is also fixed on the socket for ensure the tightness of the side likely to be embedded in the concrete.
  • FIGS 11 to 13 illustrate another embodiment of an anchoring system according to the invention, which differs from the previous essentially by the outer shape of the sleeve 10 '', and by a higher number of holes leading to a different distribution of their staging according to their angular position, but the operating principle remains the same.
  • the axes B of the conical holes 50 are inclined with respect to the axis A, an angle of the order of 9 ° for example. This inclination makes it possible to deviate, with respect to the axis A and from one another, the outlets 108 of the holes in the front face of the countersink 107, which makes it possible to accommodate a larger number of holes in the socket. , without creating interference between adjacent holes.
  • the outlet 109 of said holes on the surface of the bore 11 of the bushing may have a V shape with V wings inclined one relative to each other at an angle defined by the intersection of the conical surface of the holes 50 with the cylindrical surface of the bore.
  • the opening of this V remains at all points sufficiently inferior to the diameter of the balls.
  • Anchoring systems as shown in Figures 8 to 13 are intended for example to be embedded in the concrete of a prefabricated building part, to allow the subsequent assembly of such parts, or allow to fix any element.
  • This system could also be inserted into a pre-drilled hole in a concrete part or other material, metal, wood, etc., and sealed with a resin or other sealing material.
  • the socket can be made of thermoplastic material, metal, foundry material, light alloy, etc. It can also consist of an assembly of several elements as shown in FIG. 14.
  • the bushing essentially comprises:
  • a metal wall 110 having the general shape of a tube diameter reduction piece
  • a barrel 111 of external shape adapted to be fitted without play in the wall 110,
  • the metal wall 110 has the different zones 112 distributed circumferentially corresponding to the bearing surfaces 52 inclined balls.
  • This wall 110 may be cast steel, pressed, cast aluminum cast or injected, etc.
  • the barrel 111 for example of thermoplastic material, which comprises the central bore 113 for the passage of the rod, constitutes a cage for the balls 3 and comprises for this purpose grooves 118 of shapes and dimensions adapted to receive the balls 3, and form in cooperation with the zones 112 of the wall 110 the guide holes of the balls .
  • the grooves 118 open at the periphery of the barrel facing the zones 112 of the wall 110, and also open on the surface of the bore 113 at outlets 119 corresponding functionally to the outlets 109 of the previous example.
  • the grooves 118 and the zones 112 may be shaped so as to ensure the desired circumferential distribution of the balls as well as their staggering in the axial direction. Insofar as the forces on the balls in the circumferential direction are weak if not almost non-existent, the barrel which ensures their guiding can be made of relatively weak material. On the other hand, all the radial and axial forces due to the wedging effect of the balls are directly supported by the metal wall 110 which thus ensures the required mechanical strength of the anchoring.
  • the female element consists of the assembly of two sockets 10a, 10b similar to the sleeve 10 'of the system of Figures 8 to 10, and a Input guide 104.
  • a first of the sockets 10a has a cylindrical bearing surface 116a at one of its ends, on which the second bushing 10b is fitted.
  • the second bushing also has a cylindrical bearing surface 116b, of the same dimensions as that of the first bushing, and on which the inlet guide 104 is fitted.
  • the connection between the sockets 10a, 10b and the inlet guide 104 is achieved by a detent system, not detailed. It could also be completed or replaced by glue, so that ensure a complete and definitive connection between the elements.
  • Each bushing 10a, 10b comprises angular marks 117, including main marks 117a and secondary marks 117b.
  • main marks 117a When the main marks 117a are aligned, the set of balls of the two sockets 10a, 10b is on the same helix. When the bushings are fixed in this position, all the balls are housed in the thread of the rod simultaneously, which ensures a recovery of maximum effort.
  • the alignment of the main marks 117a is performed during the bonding of the sleeves therebetween 10a, 10b.
  • each bushing 10a, 10b comprises a series of balls axially offset relative to that of the other bushing, in a layout similar to that described with reference to FIG. 7.
  • each bushing may comprise two series of axially offset balls, and depending on the relative angular orientation of the bushings, it is possible to obtain an anchoring system with four series with an axial positioning offset relative to each other, or two series distributed for half on each of the sleeves. It will be readily understood that the number of sockets is not limited to two.
  • the invention is not limited to the embodiments described above.
  • the number and the distribution of the holes, axially and circumferentially may be modified, in particular as a function of the shape of the surface of the rod to be anchored, for example by adopting an irregular distribution of the holes both in the axial direction and in the circumferential direction, with for example different angles between adjacent holes, etc.
  • the anchoring system according to the invention can also be applied to the anchoring of rods comprising grooves in which the balls will be placed, with a possibility of adapting the depth of penetration of the rod in the case where the sleeve comprises a series of axially offset balls.
  • the number and the arrangement of the balls will be adapted so that at least three balls are in contact with the anchored rod, a preferable arrangement for also providing the centering of the rod in the socket.
  • the anchor rod can be smooth or threaded as already indicated, but also have other surface geometries, irregular or with all reliefs periodically repeated axially, such as concrete, knurled rod, etc..

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Abstract

Le système d'ancrage à billes est destiné à maintenir axialement un élément mâle (2) par apport à un élément femelle (1). Il comporte des billes (3) guidées dans des trous présentant une génératrice (12, 12') qui, vue dans un plan radial, est inclinée par rapport à la direction axiale (A), les trous étant réalisés dans un premier des éléments mâle ou femelle et débouchant à la surface (11) de forme générale cylindrique de cet élément qui confronte le deuxième élément, et le système comportant des moyens élastiques (4) pour pousser les billes vers la dite surface cylindrique. Les trous sont formés de manière que au moins deux trous (50) débouchent à la dite surface dans des positions situées avec un décalage axial prédéterminé, en fonction de la géométrie de la surface du deuxième élément, tel que, quelle que soit la position axiale relative des dits éléments mâle et femelle, au moins une des billes (3) soit pressée contre le deuxième élément pour le bloquer par coincement.

Description

Système d/ ancrage à billes.
La présente invention concerne un système d' ancrage à billes. Des systèmes d'assemblage de ce type sont déjà connus pour, de manière générale, assurer une liaison dans la direction axiale entre un élément mâle, ou tige, et une pièce femelle dans laquelle la tige est insérée selon la dite direction axiale, avec généralement interposition d'un élément intermédiaire, tel que douille ou cheville, entre l'élément mâle et la paroi du trou de l'élément femelle.
Dans les systèmes les plus courants d'assemblage ou ancrage par chevilles, l'élément mâle est une vis ou tige filetée, vissée dans une cheville préalablement ou simultanément insérée dans le trou, et qui s'ancre dans la dite cheville par le filet de la vis. L'insertion de la tige ou vis provoque un effet d'expansion de la cheville, apte à assurer l'ancrage de la cheville sur la paroi du trou. Cet effet d'expansion, peut résulter de la nature du matériau de la cheville, ou des formes utilisées, par exemple par utilisation d'une cheville spéciale et d'un filetage avec un filet présentant en section une conicité apte à provoquer l'expansion de la cheville lorsqu'un effort axial est appliqué. De tels systèmes sont par exemple décrits dans FR-A-2842572.
Dans certains systèmes d'ancrage à billes, la tige est insérée dans un élément intermédiaire, ou douille, et des billes, situées entre la tige et une paroi qui peut être un élément de la douille ou directement la paroi du trou, assurent un coincement entre la tige et la dite paroi, de manière à retenir axialement la tige par rapport à la dite paroi. Ce coincement est généralement obtenu au moyen d'une conicité, ou d'une inclinaison par rapport à l'axe, d'au moins une des surfaces entre lesquelles les billes sont situées. Des systèmes de ce type sont connus avec soit des billes liées à la douille, ou autre élément femelle, et agencées pour enserrer, en se rapprochant de l'axe du fait de ladite conicité existant sur la douille, une tige passant dans l'alésage de la douille ; soit des billes liées à l'élément mâle, tige ou similaire, et agencées pour s'appliquer en pression, en s' éloignant de l'axe du fait d'une conicité de la tige, contre la surface de l'alésage de élément femelle. Les documents EP 1710450 et GB 2424684 montrent des systèmes de ce dernier type, destinés à s'ancrer à l'intérieur de tubes, dans lesquels les billes s'appuient contre des surfaces inclinées formant des rampes respectives aménagées sur le pourtour d'une tige. Les billes sont par ailleurs maintenues en position par une cage sous forme d'une bague mince entourant la tige et comportant des trous adaptés pour recevoir les billes et maintenir leur positionnement relatif, et par ailleurs maintenir les billes contre la tige. Un déplacement axial de cette cage par rapport à la tige s'accompagne d'un déplacement des billes sur leurs rampes, et donc d'un déplacement centrifuge des billes, apte à assurer leur coincement contre la paroi interne de l'alésage du tube.
Le document EP 156575 décrit aussi un système du type avec cage de maintien en position des billes, dans le cas où les billes et la dite cage sont liées à la pièce femelle, pour enserrer un élément mâle. Pour éviter qu'un guidage trop précis des billes par la cage nuise à un placement optimal de toutes les billes, apte à assurer le serrage, lorsque l'élément mâle présente une ovalité, les trous de la cage sont prévus allongés dans la direction axiale. Un positionnement relatif variable des billes est ainsi autorisé, mais ce système, comme ceux cités précédemment, nécessite l'utilisation d'une cage et donc d'un élément intermédiaire, nécessairement situé à l'interface entre pièce mâle et femelle, et nécessairement mobile axialement. Dans des conditions d'utilisation dans un environnement agressif, poussiéreux, etc., une gêne au déplacement axial de la cage peut conduire à ce qu'aucune bille ne puisse se déplacer sur sa rampe, ou au moins que trop peu de billes assurent leur fonction de blocage.
On connaît aussi des systèmes de même principe général mais dans lesquels chaque bille peut se déplacer indépendamment des autres, échappant ainsi au problème précité. Dans les systèmes décrits dans les documents US 1374510, US 1509565, FR 2398209, les billes sont placées dans des trous cylindriques forés obliquement par rapport à l'axe et débouchant à la surface extérieure de l'élément mâle. Au niveau du débouché, ces trous sont prévus pour que les billes dépassent au-delà de la surface cylindrique de l'élément mâle, et puissent ainsi s'engager contre la surface intérieure de l'élément femelle. Le dimensionnement des trous et leur position sont aussi déterminés de manière que cet engagement s'effectue alors que les billes ont encore une certaine latitude de coulissement dans leurs trous respectifs, de manière à pouvoir assurer l'effet de coincement recherché. Cet effet de coincement résulte, de manière similaire à ce qui a été décrit précédemment, de l'obliquité des trous par rapport à la direction axiale, cette obliquité provoquant l'effet de rampe qui pousse les billes vers l'extérieur, et assure ainsi leur serrage contre la paroi de l'alésage, et finalement le blocage axial de l'élément mâle par rapport à l'élément femelle. Le document US 1509565 montre aussi l'utilisation d'un système d'ancrage de même principe, adapté au cas où les trous sont réalisés dans l'élément femelle, les billes venant alors se serrer sur l'élément mâle.
Un problème de tels systèmes est d'assurer le maintien des billes dans leurs trous avant que l'élément mâle soit placé dans l'élément femelle, c'est-à-dire avant qu' il y ait une surface confrontant les débouchés des trous et qui empêche les billes de s'échapper. Compte tenu de l'obliquité relativement faible des trous, leur débouché à la surface cylindrique de la pièce dans laquelle ils sont réalisés est un orifice de forme généralement elliptique assez allongée. Il peut alors être difficile d'assurer que, en tout point sur la longueur de l'orifice, la bille reste à la fois suffisamment maintenue dans son trou afin qu'elle ne risque pas de s'échapper, ce qui implique que la largeur de l'orifice doit rester en tout point suffisamment inférieure au diamètre de la bille, mais aussi sans risque de coincement. Ceci peut être d'autant plus difficile à obtenir lorsque, comme dans FR2398209 ou US 1509565, la bille est par ailleurs poussée vers l'extérieur par un ressort pour assurer un meilleur engagement de la bille avec la surface confrontant le débouché du trou.
La réalisation de ces trous cylindriques, avec une inclinaison axiale faible par rapport à l'axe de l'alésage ou de la tige, et avec suffisamment de précision pour assurer qu' ils débouchent de manière adéquate, comme relaté ci-dessus, pour retenir les billes, tout en autorisant une proéminence de celles-ci au-delà de la surface, peut aussi être compliquée et donc coûteuse. Comme il faut en effet que les trous ne débouchent pas totalement dans leur direction axiale, car alors les billes pourraient s'échapper librement, cela conduit à réaliser les perçages en direction de la surface latérale, à partir d'une surface frontale qui peut être relativement éloignée du débouché du trou, conduisant alors à des trous de grande longueur par rapport à leur diamètre, comme on le voit notamment dans les documents US 1374510, US 1509565 précités. La longueur de ces trous doit être précisément assurée, pour que de la matière subsiste à leur extrémité axiale, pour former une butée empêchant les billes de s'échapper. L'ensemble de ces contraintes sur la précision nécessaire de réalisation des trous cylindriques de guidage des billes, associée aux difficultés de réaliser ces trous dans des matériaux qui peuvent être durs et difficiles à usiner, entraîne aussi des coûts importants.
D'autres problèmes des systèmes d'ancrage à bille peuvent aussi provenir de la nature des surfaces sur lesquelles les billes sont destinées à venir s'appuyer. Ainsi, dans le cas où les billes sont liées à l'élément femelle pour serrer une tige insérée axialement dans celle-ci, la surface de cette tige peut être, volontairement ou non, irrégulière, ou avec des défauts de surface ou des défauts géométriques d'ensemble, ou avec des aspérités plus ou moins régulièrement réparties, ou encore comporter une surface en forme de filet plus ou moins prononcé, etc. Il est cependant souhaitable de pouvoir assurer malgré cela un ancrage optimal, ne dépendant pas de la position relative entre les éléments mâle et femelle, et en particulier pas de leur position relative axialement.
Il peut encore être souhaité de pouvoir assurer à la fois cet ancrage à billes et aussi des possibilités de démontage et/ou de réglage venant en complément de la fonction d'ancrage proprement dite.
La présente invention vise à résoudre les problèmes et à satisfaire les besoins précédemment évoqués.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système d'ancrage à billes, pour maintenir axialement un élément mâle par rapport à un élément femelle, l'élément mâle pouvant s'engager axialement dans l'élément femelle par coulissement dans un sens d'insertion jusqu'à y être ancré de manière à ne pas pouvoir en ressortir en sens inverse, le système comportant des billes guidées dans des trous présentant une zone de génératrice qui, vue dans un plan radial, est inclinée par rapport à la direction axiale, les trous étant réalisés dans un premier des éléments mâle ou femelle et débouchant dans une surface de forme générale cylindrique du dit premier élément qui confronte la surface du deuxième élément, le système comportant des moyens élastiques pour pousser les billes vers la dite surface de forme générale cylindrique. Selon la présente invention, le système est caractérisé en ce que les trous sont formés de manière que au moins deux trous débouchent à la dite surface de forme générale cylindrique dans des positions situées avec un décalage axial prédéterminé en fonction de la géométrie de la surface du deuxième élément, et tel que, quelle que soit la position axiale relative des dits éléments mâle et femelle, au moins une des billes soit en contact et pressée contre la surface du deuxième élément pour bloquer le dit deuxième élément par coincement de la dite bille entre la dite surface du deuxième élément et la surface du trou au voisinage de la dite génératrice inclinée .
Selon l'invention, les débouchés des trous de guidage des billes sont donc disposés dans le premier élément, mâle ou femelle selon le type de réalisation choisi, et répartis selon la direction axiale, de manière à assurer qu'au moins une bille entre en contact pressant avec la surface du deuxième élément, quelle que soit la position axiale d'insertion de la tige dans l'alésage, et indépendamment des variations locales de géométrie de la surface du deuxième élément, que ces variations résultent d'une géométrie particulière donnée volontairement à la surface du deuxième élément, ou d'irrégularités non contrôlées ou autres défauts de celle-ci. Selon un mode de réalisation préféré, le premier élément comportant les billes est un élément femelle, et le deuxième élément un élément mâle. Les billes sont alors maintenues dans des trous réalisés dans l'élément femelle, constitué par une douille dont l'alésage constitue la dite surface de forme générale cylindrique, et les trous débouchant dans ledit alésage. Et l'élément mâle est une tige, sensiblement lisse ou ayant une géométrie particulière prédéterminée, qui peut être insérée axialement sensiblement librement dans l'alésage de la douille selon un sens d' insertion, les billes devant empêcher le retrait de la tige dans le sens opposé au sens d'insertion.
Pour la simplification et la clarté de l'exposé, on ne considérera par la suite que le cas du mode de réalisation préféré indiqué ci-dessus. On comprendra cependant aisément que les explications qui seront données par la suite s'appliqueraient mutatis mutandis dans le cas où les billes seraient placées dans des trous de la tige, pour bloquer une douille présentant un alésage de forme générale sensiblement cylindrique.
Dans l'hypothèse où la tige serait parfaitement cylindrique, il pourrait être suffisant de placer deux billes dans des positions diamétralement opposées et dans un même plan orthogonal à l'axe pour obtenir l'effet de coincement recherché. Dans la pratique, la tige peut comporter des défauts de géométrie ou avoir une géométrie spécifique, avec des zones en creux et/ou en bosses, et donc nécessiter que les billes se positionnent à des niveaux différents selon la direction axiale, pour assurer l'effet de coincement recherché malgré les variations de géométrie de la tige.
On notera à ce sujet que la solution proposée par le document EP-156575 précité, pour assurer l'effet de coincement malgré une ovalisation de la tige, ne se justifie que parce que les portées inclinées des billes sont formées par une surface conique de même axe que la tige et la douille, et donc sont de fait situées au même niveau dans la direction axiale. La latitude de positionnement axial ne peut donc résulter dans ce cas que de la forme oblongue des trous de positionnement des billes dans la bague de guidage, ce qui limite l' adaptabilité de ce système si les formes de la surface de la tige sont très irrégulières ou fortement variables dans la direction axiale, comme par exemple dans le cas d'une tige filetée. Comparativement, la présente invention permet, par une répartition dans l'espace, tant axialement que circonférentiellement, des trous de guidage des billes, répartition qui est adaptée à la forme de la tige ou aux défauts que sa surface est susceptible de présenter : - d'une part, pour une répartition donnée des billes, de s'adapter à des irrégularités de géométrie de surface, que ces irrégularités soient volontaires ou soient des défauts de surface, d'autre part, par une adaptation de la répartition des billes à une ou des formes prédéfinies de la tige, de permettre d'assurer un ancrage optimal, quelle que soit la position relative axiale ou en rotation de la tige par rapport à la douille.
La position des trous pourra ainsi être déterminée par exemple de manière que leurs débouchés, c'est-à-dire l'endroit de la douille où la bille est susceptible de venir en contact avec la surface de la tige, soient répartis selon une hélice correspondant à un filetage de la tige, ou selon une disposition correspondant par exemple à la forme et la répartition des crans ou bossages transversaux d'une tige de fer à béton, etc.
Selon une disposition préférentielle, les trous sont des trous coniques débouchant latéralement à la surface de la douille. La réalisation des trous sous forme de trous coniques permet de constituer simplement la zone d'appui des billes oblique par rapport à l'axe de la douille et de la tige.
L'axe des trous coniques peut être parallèle ou non par rapport à l'axe du système. Dans le cas où les trous sont réalisés dans l'élément femelle, une obliquité de l'axe permet, comme on le comprendra mieux par la suite, de réaliser plus de trous circonférentiellement répartis, en déportant vers une zone de plus grande circonférence les débouchés de grand diamètre des trous coniques. Selon une disposition particulière, l'axe des trous coniques est incliné par rapport à la direction axiale du système de sorte que les génératrices des trous coniques à proximité de leur intersection avec l'alésage de la douille, sont sensiblement parallèles à l'axe du système. On obtient de la sorte un débouché des trous coniques à la surface de l'alésage de la douille, qui est une rainure de largeur sensiblement constante sur sa longueur, ce qui permet un bon maintien des billes dans leurs trous, en évitant à la fois qu'elles se coincent dans les trous ou qu'elles s'en échappent.
On notera que l'utilisation de trous coniques peut aussi se concevoir dans des systèmes d'ancrage qui ne correspondraient pas à la disposition particulière des trous avec un décalage axial. De tels trous coniques pourraient aussi être utilisés dans d'autres systèmes d'ancrage ou de verrouillage à billes, notamment des systèmes où toutes les billes seraient disposées dans un même plan orthogonal à l'axe, et pour s'engager par exemple avec une gorge circulaire de la tige.
Toutefois, selon une autre disposition préférentielle de l'invention, le système d'ancrage comporte au moins trois trous débouchant à la surface de l'alésage de manière axialement étages selon leur position circonférentielle . Ces trous peuvent être répartis régulièrement, soit sur une hélice comme précédemment mentionné, mais aussi de toute autre manière, avec des écarts variables tant dans la direction axiale que dans la répartition angulaire autour de l'axe.
Le système peut aussi comporter plusieurs rangées de trous et billes, réparties selon la direction axiale, ces rangées étant elles-mêmes en hélice ou selon tout autre motif comme indiqué ci-dessus, et la répartition axiale étant elle aussi régulière ou non.
Quelle que soit la répartition des trous et de leur débouché à la surface de l'alésage de la douille, et quelle que soit l'inclinaison de leurs axes et leur conicité, les trous seront réalisés de manière que, compte tenu
- des dimensions et des caractéristiques mécaniques des matériaux de la douille et de la tige,
- de la géométrie de la tige, du déplacement axial relatif de la tige par rapport à la douille survenant sous la charge axiale appliquée, et - de la déformation des pièces en contact, douille, tige et billes, sous l'effet des forces radiales induites par le coincement des billes lors du dit déplacement axial, les billes ne puissent pas se trouver coincées dans leurs trous coniques respectifs du seul fait de la conicité des dits trous. On comprendra en effet que si cela venait à se produire, alors l'effet de coincement entre tige et douille ne pourrait se poursuivre au-delà du point ou les billes se trouveraient coincées dans leurs trous, et la résistance à l'arrachement de la tige se trouverait alors fortement limitée.
Selon une autre disposition particulière, les moyens élastiques de poussée des billes peuvent comportent un anneau en caoutchouc ou une mousse à effet ressort, servant également de moyen pour obturer les trous et empêcher les billes de s'échapper. On notera que ces moyens élastiques doivent assurer que les billes seront effectivement amenées et maintenues en contact avec la tige lors de l'insertion de celle-ci dans l'alésage, mais n'ont pas besoin d'assurer une poussée sur les billes jusqu'au fond de leurs trous. Il faut en fait que ces moyens élastiques soient déterminés pour amener les billes au repos, en l'absence de la tige, et sous l'effet de l'inclinaison de la dite génératrice d'appui des trous, dans une position radiale propre à assurer le contact de toutes les billes avec la tige lors de l'insertion de celle-ci. Autrement dit, l'insertion de la tige doit provoquer un retrait minimal de chaque bille dans son trou, à l' encontre de l'effort élastique exercé par les dits moyens élastiques, cet effort étant ensuite suffisant pour assurer le contact de toutes les billes sur la tige. Lors d'un effort d'arrachement ultérieur, c'est la liaison de contact des billes sur la tige, résultant simplement du frottement ou d'un entraînement par des irrégularités géométriques, qui assure l'effet d'entraînement et de coincement, comme on l'aura sans doute déjà compris.
La douille peut être réalisée notamment en matière plastique ou métal. Elle peut aussi être constituée d'un assemblage de plusieurs éléments en matériaux adaptés, par exemple avec une paroi extérieure métallique ayant des formes coniques et recevant à l'intérieur une cage en matière plastique dans laquelle des rainures orientées selon la direction axiale sont formées pour assurer le guidage des billes, les rainures débouchant latéralement du côté de la paroi extérieure de manière à former, en combinaison avec la dite paroi extérieure, les trous coniques de guidage des billes. Pour que, conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, les débouchés de ces trous dans l'alésage de la douille puissent être localisés précisément aux endroits souhaités, la paroi extérieure sera préformée, par exemple par emboutissage ou moulage, pour constituer les différentes zones d'appui inclinées de chaque bille.
La tige peut être une tige cylindrique lisse ou rugueuse. Elle peut aussi comporter un ou plusieurs filets, les trous étant alors décalés axialement en hélice selon le pas du filet, pour s'adapter à la géométrie de la tige. On notera que dans un tel cas, l'ancrage se réalise comme précédemment expliqué, et de plus il est possible de conforter l'ancrage par vissage de la tige filetée. En effet, la pression des filets sur les billes et donc des billes sur la douille s'accroît corrélativement à l'effort axial de vissage exercé. Il est alors aussi possible de désolidariser l'ancrage par dévissage de la tige.
Dans un tel système, selon une disposition particulière complémentaire, les trous et les billes pourront être réparties selon au moins deux séries de trous axialement décalées d'une distance différente d'un multiple du pas du filet, ceci afin de garantir quand même un ancrage fiable même dans le cas où des billes d'une série viendraient à ne plus porter correctement sur un filet ; ce seraient alors celles de la série suivante qui viendraient se presser sur le filet correspondant, sans qu'il y ait besoin d'un déplacement de la valeur d'un pas du filet avant que les biles viennent à nouveau en prise. Le décalage pourra par exemple être de n pas + pas/k, avec par exemple k = 2 pour assurer une prise au moins tous les H pas, ou k = 3 pour réduire le débattement axial éventuel à 1/3 de pas, etc .
Selon un autre mode de réalisation, l'élément femelle comporte au moins deux douilles assemblées axialement. Ainsi, avec des douilles similaires ou identiques, on peut moduler la taille du système d'ancrage. En ajoutant une douille supplémentaire, on multiplie le nombre de billes du système d'ancrage en réutilisant une part importante des éléments conçus et fabriqués pour un système à une seule douille. Le coût d'un système d'ancrage de taille plus importante et de l'outillage nécessaire pour le fabriquer est ainsi limité .
Dans le cas de séries de trous axialement décalées, on peut prévoir que chaque douille porte l'une des séries de trous. Ainsi, les douilles peuvent être similaires, le décalage entre les séries étant réglé par l'assemblage des douilles entre elles.
Dans le cas où la tige est filetée, l'assemblage de deux douilles entre elles est indexé angulairement . Ainsi, selon l'angle que l'on choisit pour l'assemblage des douilles, toutes les billes seront réparties sur la même hélice, ou chaque douille portera des séries de billes axialement décalées. La spécificité du système d'ancrage est alors déterminée simplement par le décalage angulaire entre les douilles, au moment de l'assemblage de celles-ci.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un exemple de réalisation de l'invention sous forme d'une douille en matière plastique destinée à être noyée dans une pièce en béton ou similaire, et pour y ancrer une tige filetée, ainsi que de quelques variantes de réalisation.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique illustrant le principe général d'un ancrage à bille selon l'invention, la figure 2 est une autre vue schématique de l'ensemble d'un ancrage à bille conforme à la présente invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'un premier exemple d'un ancrage à bille selon l'invention, pour l'ancrage d'une tige filetée, la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne IV-IV de la figure 3, illustrant le positionnement des billes dans leurs trous de guidage respectifs,
- la figure 5 est une vue extérieure d'un ensemble douille et tige filetée aussi selon le mode de réalisation préféré de l'invention, mais avec un plus grand nombre de billes et un filetage à gauche, montrant bien l'étagement des billes et de leurs trous de guidage respectifs .
- la figure 6 est une représentation en développé partiel du positionnement des billes selon une hélice correspondant à la gorge hélicoïdale de la tige filetée, dans le cas du mode de réalisation adapté à l'ancrage d'une telle tige, et montrant de plus un exemple de moyens élastiques de maintien et de poussée sur les billes,
- la figure 7 est une représentation schématique de la répartition des trous des billes, dans le cas où la douille comporte deux séries de billes disposées en hélices décalées axialement d'1/2 pas, - la figure 8 est une vue en perspective d'un ensemble complet de douille et tige filetée selon une variante du mode de réalisation préféré,
- la figure 9 est une vue en coupe axiale de cette variante, - la figure 10 est une vue en perspective et coupe axiale de la douille seule dans le cas de cette variante,
- la figure 11 est une vue en perspective de la tige filetée et de la douille en coupe axiale dans un deuxième mode de réalisation, - la figure 12 est une vue en coupe axiale de ce deuxième mode de réalisation, montrant mieux le décalage axial des trous adapté pour l'ancrage d'une tige filetée,
- la figure 13 est une vue en coupe axiale de la douille seule dans ce deuxième mode de réalisation, la figure 14 est une vue en éclaté d'un troisième mode de réalisation, utilisant une douille formée par l'assemblage de plusieurs pièces en différents matériaux ; la figure 15 est une vue d'un quatrième mode de réalisation ; - la figure 16 est une vue en coupe du système de la figure 15.
Le dessin de la figure 1 illustre pour rappel le principe général d'un ancrage à bille selon l'invention. Une douille 1 comporte dans son alésage 11 des zones de portée oblique 12, qui s'étendent obliquement par rapport à l'axe A de la douille. Une tige 2 est insérée dans la douille, coaxialement, et des billes 3 sont disposées et maintenues entre la tige et les zones de portée oblique, poussées par un ressort 4 qui tend à pousser les billes dans le sens correspondant à une diminution de la distance de la dite zone de portée oblique par rapport à l'axe A. On comprendra facilement que la tige 2 peut être introduite dans la douille, selon la direction F, en repoussant tant que de besoin les billes 3 pour que la tige passe entre les billes. Les ressorts 4 tendent à maintenir les billes appliquées en appui entre la douille et la tige. En conséquence, si on cherche à retirer la tige dans le sens opposé à F, la tige tend, par frottement, à entraîner les billes, qui se coincent alors d'autant plus que l'effort d'extraction croit, et donc que les billes sont plus serrées entre la tige 2 et les zones de portée oblique 12. Il y a donc très rapidement blocage de la tige dans la douille. Sur la vue de la figure 2, on a représenté une disposition des billes décalées selon la direction axiale, conformément au mode préféré de réalisation de la présente invention. Les zones de portée oblique 12', 12'' des billes 3 sont spécifiques à chaque bille, réalisées par exemple sous forme de trous coniques débouchant latéralement dans l'alésage 11 de la douille, comme on le verra mieux par la suite. Chaque bille peut donc se déplacer selon la direction de l'axe A en étant guidée dans son propre trou. Pour simplifier la représentation schématique de la figure 2, les ressorts 4 agissant sur les billes n'ont pas été représentés sur cette vue.
Par l'utilisation d'un nombre suffisamment important de billes réparties autour de la tige, et du fait du décalage des trous de guidage des billes dans la direction axiale, et donc de la position des billes lorsqu'elles sont en contact avec la surface sensiblement cylindrique de la tige 2, on peut ainsi compenser les effets de défauts ou d' irrégularités de surface de la tige, en faisant que les points de contact des billes sur la tige soient répartis de manière plus ou moins régulière et/ou en fonction des reliefs volontaires formés sur la dite surface de la tige. Même s'il n'y a pas totalement une telle compensation globale, qui permettrait que toutes les billes puissent effectivement venir au contact de la tige et se coincer entre celle-ci et la douille, il y aura toujours suffisamment de billes pour venir coincer la tige par rapport à la douille.
Cela est notamment illustré sur la figure 3, qui représente une douille 10 dans la paroi 101 de laquelle sont formés plusieurs trous coniques 50 d'axes sensiblement parallèles à l'axe A, qui débouchent latéralement à la surface de l'alésage 11 de la douille, de manière que les billes 3 puissent venir en contact avec la tige 2, dont l'extrémité présente, dans cet exemple, un filet 21. La douille comporte par ailleurs une bague d'arrêt 102 emmanchée dans un épaulement réalisé sur le pourtour de la douille et qui retient et maintien en pression des moyens élastiques de poussée sur les billes, schématisés par des ressorts 4. Ces ressorts agissent sur les billes pour les pousser vers les fonds 51 de leurs logements respectifs, mais, comme cela a déjà été expliqué, sans que les billes puissent en utilisation normale venir se coincer dans les cônes constitués par leurs trous 50. L'extrémité de la douille, du côté de l'épaulement portant la bague 102, est obturée par un couvercle 103, et l'autre côté, qui est le côté d'introduction de la tige 2, comporte un guide évasé 104 pour faciliter l'insertion de la tige.
On notera sur cette figure que les billes sont représentées en position où elles ne sont pas exactement engagées en correspondance avec le filet de la tige, ceci pour faire comprendre que, comme déjà expliqué ailleurs, il n'est pas indispensable que les billes se logent toutes directement dans une gorge du filet, mais qu'elles peuvent par contre venir s'y loger après introduction de la tige, soit lors d'un déplacement relatif axial de la tige dans la douille, sous un certain effort d'extraction, soit par rotation de vissage de la tige.
Sur le dessin de la figure 4, on a représenté cinq trous coniques 50, mais on comprendra aisément que le nombre de trous pourrait être différent, le nombre maximum dépendant essentiellement de l'encombrement. A titre indicatif, pour une tige de diamètre 18 mm, et donc une douille présentant un diamètre intérieur légèrement supérieur à 18 mm, les billes ont un diamètre de 6 mm et les trous coniques ont un diamètre de 8 mm à leur extrémité de plus grand diamètre, la conicité des trous étant de 7 à 10 %, ces dimensions étant uniquement données à titre d'exemple et n'étant nullement limitatives de l'invention.
La réalisation des trous de guidage des billes sous forme de trous coniques présente l'avantage de constituer ainsi directement la pente de la surface d'appui des billes dans la douille, cette surface étant alors formé par la zone longitudinale 52 au voisinage de la génératrice du trou 50 qui est la plus distante de l'axe A. D'autres avantages ressortiront de la description de dispositions particulières des trous 50, qui sera faite dans la suite de ce mémoire.
Avec une douille telle que représentée sur cette figure 4, si tous les trous sont formés jusqu'à la même profondeur et si la tige introduite dans la douille est cylindrique, toutes les billes porteront sur la tige sensiblement au même niveau dans un même plan perpendiculaire à l'axe A. Si, lorsque la tige est introduite dans la douille, une bille se trouve en regard d'une zone en creux de la surface de la tige, la bille en question pourra être amenée à se déplacer axialement plus loin que les autres avant d'assurer son effet de coincement. Inversement, si une bille vient en contact sur une zone localisée en relief de la tige, elle pourra cependant exercer son effet de coincement, mais en étant alors décalée axialement moins enfoncée que les autres billes .
Du fait du filetage 21 d'extrémité de la tige représenté figure 3, certaines billes vont ainsi être situées au niveau du fond du filet de la tige, et d'autres seront situées au niveau des flans du filet ou sur son sommet. On comprendra que ces dernières pourront ne pas assurer immédiatement leur effet de coincement, puisqu'elles risquent d'arriver facilement au fond du filet suivant même si la tige ne subit qu'un petit déplacement axial. Par contre, celles qui se trouveront plus en fond de filet, ou sur le flan du filet du côté adéquat, assureront immédiatement leur effet de coincement. Ainsi, conformément à l'invention, même si toutes les billes ne portent pas parfaitement en appui sur la tige, il y en a au moins une ou quelques unes qui assurent le maintien de la tige, et comme indiqué précédemment, l'effet de coincement peut être amélioré lorsque les trous et les billes sont répartis axialement et circonférentiellement en fonction de la géométrie de surface de la tige. Ainsi, pour assurer le meilleur ancrage dans le cas particulier d'une tige fileté, l'invention prévoit le mode de réalisation de la douille 10' qui est illustré figure 5, dans lequel les trous 50 sont étages selon une hélice correspondant au pas du filet de la tige, avec une répartition angulaire régulière des six trous de cet exemple .
Cette répartition est illustrée sur la vue en développé de la figure 6, où les billes sont représentées dans la position qu'elles ont lorsque la tige est en place dans la douille, et où on voit bien que les billes 3 sont réparties selon la pente de l'hélice développée du filet de la tige, tous les 60°. On remarquera aussi sur cette figure l'utilisation d'une bande de mousse élastique 105 qui sert de moyen de maintien et de poussée des billes, jouant le rôle des ressorts 4. On voit que au niveau des trous les plus profonds, vers la gauche de la figure, la dite mousse pénètre au moins un peu dans les trous 50, alors que au niveau des trous les moins profonds, elle est plus ou moins comprimée par les billes.
La figure 7 illustre schématiquement un perfectionnement dans lequel les six billes 3 sont réparties en deux séries de trois billes chacune réparties sur des hélices de pas égal à celui l'extrémité filetée de la tige, mais décalées axialement d'un demi pas. Par cette disposition, ainsi que cela a déjà été expliqué, on comprendra que au cas où les billes d'une série viendraient à porter sur la crête du filet de la tige, avec un fort risque d'échapper alors lors d'un effort de traction de la tige, alors ce serait les billes de la deuxième série qui prendraient le relais pour assurer cette fois un ancrage sûr, du fait que les dites billes se trouveraient alors en position propice dans le creux du filet. De plus, avec un décalage d'1/2 pas + n pas entre les deux séries de billes, on assure que le déplacement axial susceptible de survenir dans le cas précédemment évoqué où les billes d'une première série échapperaient au filet de la tige, sera au plus d'un demi pas avant que la tige soit bloquée par engagement du filet avec la deuxième série de billes. On notera aussi que, dés lors qu'une série de billes est engagée en prise avec le creux d'un filet de la tige filetée, il est possible d'augmenter l'effort d'ancrage en vissant la tige filetée. En effet, à position axiale fixe de la tige par rapport à la douille, un vissage de la tige aura tendance à tirer sur les billes dans le sens qui accroît leur coincement entre tige et douille, de manière équivalente à l'effet d'un déplacement axial de la tige tendant à entraîner les billes par simple frottement dans le cas d'une tige lisse, ou par butée dans le cas d'une tige filetée ou rainurée transversalement.
On comprendra aussi qu' il sera possible de dégager la tige filetée par rotation dans le sens inverse.
Les figures 8 à 10 représentent un exemple de réalisation particulier d'un système d'ancrage comportant une douille 10' telle que décrite ci-dessus. Ce système comporte en plus un guide d'entrée évasé 104 emmanché sur la douille 10'. Les moyens élastiques destinés à maintenir les billes et à les repousser vers le fond des trous 50 sont ici constitués par une bague ou un joint caoutchouc 105 placé dans un épaulement de la douille et maintenu par un couvercle 103 qui est également fixé sur la douille pour assurer l'étanchéité du côté susceptible d'être noyé dans le béton. Lors de l'insertion de la tige filetée 2 selon la flèche F, les billes 3 peuvent être repoussées en déformant élastiquement le joint 105, comme illustré sur la figure 9, le joint servant de rappel élastique pour repousser les billes en sens inverse et ainsi les appliquer contre la tige 2 par l'effet de l'inclinaison de la surface d'appui 52 qui résulte de la conicité des trous 50. La figure 10 illustrant le système d' ancrage en coupe permet de bien voir les débouchés des trous 50 à la surface de l'alésage 11, débouchés dont la forme géométrique est l'intersection des cônes des trous 50 avec la surface cylindrique de l'alésage 11, et dont la largeur est en tout point selon la direction axiale, inférieure au diamètre des billes.
Les figures 11 à 13 illustrent un autre mode de réalisation d'un système d'ancrage conforme à l'invention, qui se distingue du précédent essentiellement par la forme extérieure de la douille 10'', et par un nombre de trous plus élevé entraînant une répartition différente de leur étagement en fonction de leur position angulaire, mais le principe de fonctionnement reste le même. On pourra noter que dans ce mode de réalisation les axes B des trous coniques 50 sont inclinés par rapport à l'axe A, d'un angle de l'ordre de 9° par exemple. Cette inclinaison permet d'écarter, par rapport à l'axe A et l'un de l'autre, les débouchés 108 des trous dans la face frontale du lamage 107, ce qui permet de loger dans la douille un nombre de trous plus important, sans créer d'interférence entre des trous adjacents. En fonction de la conicité des trous 50 et de l'obliquité de leurs axes B, le débouché 109 des dits trous à la surface de l'alésage 11 de la douille pourra présenter une forme en V avec des ailes du V inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle défini par l'intersection de la surface conique des trous 50 avec la surface cylindrique de l'alésage. Pour éviter que les billes s'échappent, il est nécessaire que l'ouverture de ce V reste en tout point suffisamment inférieure au diamètre des billes. On pourra notamment prévoir les angles de conicité des trous et d' inclinaison de leur axe B tels que les bords des débouchés 109 soient parallèles ou sensiblement parallèles.
Des systèmes d'ancrage tels que représentés figures 8 à 13 sont destinés par exemple à être noyé dans le béton d'une pièce de construction préfabriquée, pour permettre l'assemblage ultérieur de telles pièces, ou permettre d'y fixer une élément quelconque. Ce système pourrait aussi être inséré dans un trou percé préalablement dans une pièce en béton ou autre matériau, métal, bois, etc., et scellé par une résine ou autre matière de scellement. La douille peut être réalisée en matière thermoplastique, métal, matière de fonderie, alliage léger, etc. Elle peut aussi être constituée d'un assemblage de plusieurs éléments comme illustré figure 14. Dans cet exemple, la douille comprend essentiellement :
- une paroi métallique 110, ayant la forme générale d'une pièce de réduction de diamètre de tube,
- un barillet 111, de forme extérieure adaptée pour être emmanchée sans jeu dans la paroi 110,
- un anneau élastique 120 de maintien des billes 3,
- un couvercle 130,
- un guide d'entrée de tige évasé 114.
La paroi métallique 110 présente les différentes zones 112 réparties circonférentiellement correspondant aux surfaces d'appui 52 inclinées des billes. Cette paroi 110 peut être en acier moulé, embouti, fonte d'aluminium coulée ou injectée, etc. Le barillet 111, par exemple en matière thermoplastique, qui comporte l'alésage central 113 pour le passage de la tige, constitue une cage pour les billes 3 et comporte à cet effet des rainures 118 de formes et dimensions adaptées pour recevoir les billes 3, et former en coopération avec les zones 112 de la paroi 110 les trous de guidage des billes. A cette fin, les rainures 118 débouchent à la périphérie du barillet face aux zones 112 de la paroi 110, et débouchent également à la surface de l'alésage 113 au niveau de débouchés 119 correspondants fonctionnellement aux débouchés 109 de l'exemple précédent. On comprendra aisément que, comme dans les modes de réalisation précédemment décrits, les rainures 118 et les zones 112 pourront être conformées de manière à assurer la répartition circonférentielle souhaitée des billes de même que leur étagement dans la direction axiale. Dans la mesure où les efforts sur les billes dans la direction circonférentielle sont faibles sinon quasi inexistants, le barillet qui assure leur guidage peut être réalisé en matière relativement peu résistante. Par contre tous les efforts radiaux et axiaux dus à l'effet de coincement des billes sont supportés directement par la paroi métallique 110 qui assure ainsi la résistance mécanique requise de l'ancrage.
Dans un quatrième mode de réalisation, présenté sur les figures 15 et 16, l'élément femelle est constitué de l'assemblage de deux douilles 10a, 10b similaires à la douille 10' du système des figures 8 à 10, ainsi que d'un guide d'entrée 104. Une première des douilles 10a comporte une portée cylindrique 116a à l'une de ses extrémités, sur laquelle la deuxième douille 10b est emmanchée. La deuxième douille comporte également une portée cylindrique 116b, de même dimensions que celle de la première douille, et sur laquelle le guide d'entrée 104 est emmanché. L'assemblage entre les douilles 10a, 10b et le guide d'entrée 104 est réalisé par un système d' encliquetage, non détaillé. Il pourrait aussi être complété ou remplacé par de la colle, de manière à assurer une liaison complète et définitive entre les éléments .
Chaque douille 10a, 10b comporte des repères angulaires 117, dont des repères principaux 117a et des repères secondaires 117b. Lorsque les repères principaux 117a sont alignés, l'ensemble des billes des deux douilles 10a, 10b est sur la même hélice. Lorsque les douilles sont fixées dans cette position, l'ensemble des billes se logent dans le filet de la tige simultanément, ce qui assure une reprise d'effort maximale. L'alignement des repères principaux 117a est réalisé lors du collage des douilles entre elles 10a, 10b.
Lorsque les repères principaux 117a ne sont pas alignés, chaque douille 10a, 10b comporte une série de billes décalée axialement par rapport à celle de l'autre douille, dans une disposition similaire à celle décrite en lien avec la figure 7. Dans une variante, chaque douille peut comporter deux séries de billes décalées axialement, et en fonction de l'orientation relative angulaire des douilles, on peut obtenir un système d'ancrage avec quatre séries avec un positionnement axial décalé relativement les unes aux autres, ou deux séries réparties pour moitié sur chacune des douilles. On comprendra aisément que le nombre de douilles n'est pas limité à deux.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment. En particulier, le nombre et la répartition des trous, axialement et circonférentiellement pourront être modifiés, notamment en fonction de la forme de la surface de la tige à ancrer, en adoptant par exemple une répartition irrégulière des trous tant dans la direction axiale que dans la direction circonférentielle, avec par exemple des angles différents entre des trous adjacents, etc. Le système d'ancrage selon l'invention peut aussi être appliqué à l'ancrage de tiges comportant des gorges circulaires dans lesquelles les billes viendront se placer, avec une possibilité d'adaptation de la profondeur de pénétration de la tige dans le cas où la douille comporte des séries de billes axialement décalées. Préférentiellement toutefois, quels que soient les modes de réalisation de la douille et les formes de la tige, on adaptera le nombre et la disposition des billes de manière que au moins trois billes soient en contact avec la tige ancrée, disposition préférable pour assurer également le centrage de la tige dans la douille.
La tige d'ancrage peut être lisse ou filetée comme déjà indiqué, mais aussi avoir d'autres géométries de surface, irrégulières ou avec tous reliefs périodiquement répétés axialement, tel que fer à béton, tige moletée, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'ancrage à billes, pour maintenir axialement un élément mâle (2) par rapport à un élément femelle (1, 10, 10'), l'élément mâle pouvant s'engager axialement dans l'élément femelle par coulissement dans un sens d'insertion (F) jusqu'à y être ancré de manière à ne pas pouvoir en ressortir en sens inverse, le système comportant des billes (3) guidées dans des trous présentant une zone de génératrice (12, 12', 52) qui, vue dans un plan radial, est inclinée par rapport à la direction axiale (A) , les trous étant réalisés dans un premier des éléments mâle ou femelle et débouchant dans une surface (11, 113) de forme générale cylindrique du dit premier élément qui confronte le deuxième élément, le système comportant des moyens élastiques (4) pour pousser les billes vers la dite surface de forme générale cylindrique, caractérisé en ce que les trous sont formés de manière que au moins deux trous (50), débouchent à la dite surface dans des positions situées avec un décalage axial prédéterminé en fonction de la géométrie de la surface du deuxième élément, et tel que, quelle que soit la position axiale relative des dits éléments mâle et femelle, au moins une des billes (3) soit en contact et pressée contre la surface du deuxième élément pour bloquer le dit deuxième élément par coincement de la dite bille entre la dite surface du deuxième élément et la surface du trou au voisinage de la dite génératrice inclinée (12, 52, 112) .
2. Système d'ancrage à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément comportant les billes est un élément femelle comportant au moins une douille (10', 10'', 110) et les trous (50) débouchent dans l'alésage (11, 113) de l'élément femelle, et le deuxième élément est une tige (2) .
3. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trous sont constitués par des trous coniques (50) débouchant latéralement à la surface (11, 113) de l'alésage de la douille .
4. Système d'ancrage à billes selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe (B) des trous coniques (50) est parallèle à l'axe (A) du système.
5. Système d'ancrage à billes selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe (B) des trous coniques est incliné par rapport à la direction axiale (A) du système, de sorte que les génératrices des trous coniques au niveau de leur intersection (109) avec la surface (11, 113) de l'alésage de la douille, sont sensiblement parallèles à l'axe du système.
6. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens élastiques de poussée des billes comportent un anneau en caoutchouc (105), servant également de moyen pour obturer les trous et empêcher les billes de s'échapper.
7. Système d'ancrage à billes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois trous (50) débouchant à la surface du premier élément de manière axialement étages selon leur position circonférentielle .
8. Système d'ancrage à billes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs rangées de trous (50) et billes (3), réparties selon la direction axiale.
9. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la douille (10', 10'') est en matière plastique ou métallique.
10. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la douille comporte une paroi extérieure métallique (110) ayant des formes coniques et recevant à l'intérieur une cage (111) dans laquelle des rainures (118) orientées selon la direction axiale sont formées pour assurer le guidage des billes (3) , les rainures débouchant latéralement du côté de la paroi extérieure de manière à former, en combinaison avec des zones d'appui inclinées (112) la dite paroi extérieure, les trous coniques (50) de guidage des billes.
11. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige (2) est une tige métallique cylindrique lisse ou rugueuse.
12. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige (2) comporte un ou plusieurs filets (21), et les trous (50) sont décalés axialement en hélice selon le pas du filet.
13. Système d'ancrage à billes selon la revendication 12, caractérisé en ce que les trous (50) et les billes (3) sont répartis selon au moins deux séries de trous axialement décalées d'une distance différente d'un multiple du pas du filet.
14. Système d'ancrage à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément femelle comporte au moins deux douilles assemblées axialement.
15. Système d'ancrage à billes selon les revendications 13 et 14 prises en combinaison, caractérisé en ce que chaque douille porte l'une des séries de trous.
16. Système d'ancrage à billes selon les revendications 12 et 14 prises en combinaison, caractérisé en ce que l'assemblage de deux douilles entre elles est indexé angulairement .
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