Brevet FR2429419A1 — publié le 19800118

La présente invention concerne un capteur sensible aux charges, c'est-à-dire un détecteur d'efforts. Selon la présente invention, un capteur sensible aux charges comprend (i) un élément comportant un corps central muni d'une multiplicité de bras flexibles disposés en porte-à-faux et s'étendant à partir de ce corps; (ii) des premier et second supports de charges entre lesquels l'élément précité est pris en sandwich; l'extrémité extérieure de chaque bras étant reliée au premier support, le corps central étant relié au second support; (iii) une jauge de contrainte incorporée dans au moins un des bras; (iv) un moyen d'espacement sur le premier et/ou le second support de charge de telle sorte que lorsqu'une charge agissant de manière à pousser le premier support en direction du second dépasse une quantité donnée, le moyen d'espacement précité sert à maintenir un intervalle entre les deux supports. On va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention se référant aux dessins annexes parmi lesquels la fig. 1 montre sous une forme éclatée un capteur sensible aux charges; la fig. 2 montre en plan le capteur sensible aux charges; la fig, 3 est une vue en coupe du capteur sensible aux charges représenté suivant A-A et B-B de la fig. 2; et la fig. 4 montre un capteur sensible aux charges qui est d'un type similaire à celui représenté sur les fig. 1 à 3 mais qui est adapte pour supporter des charges de cisaillement. Le capteur sensible aux charges consiste en un élément 11 monté centralement et ayant la forme d'une étoile en fibre carbone/acier, cet élément comprenant un noyau central 10 muni de quatre bras flexibles 13-16. L'élément 11 est pris en sandwich entre une plaque supérieure 17 et une plaque inférieure 22. L'élément 11 et la plaque inférieure 22 sont enfermés dans un boltier C. Les bras 13-16 fonctionnent à la manière de quatre courtes poutres en porte-à-faux montées sur le noyau central 10. La charge appliquée à la plaque centrale 17 est transférée aux extrémités des bras 13-16 par l'intermédiaire de piliers respectifs 18-21. Les bras transfèrent la charge au noyau central 10 qui transmet la charge à la plaque inférieure 22 par l'intermédiaire d'un bossage de transfert 12. L'application de la charge aux bras 13-16 entraîne une flexion de chaque bras qui provoque l'apparition de contraintes à la fois de compression et de traction. Ces contraintes sont mesurées au moyen de jauges de contrainte 23-26. La somme des contraintes de compression et de traction, à l'aide d'un circuit en pont, donne la charge totale appliquée à la plaque supérieure. Les quatre jauges sont montées autour du capteur sensible aux charges, cela alternativement au-dessus et en dessous des bras. Dans le cas d'une surcharge ou d'une charge due à un choc, les bras 13-16 fléchissent jusqu'à ce que des blocs triangulaires 27, 28 montés sur les plaques supérieure 17 et inférieure 22 se rencontrent. Toute autre charge est alors transmise par l'intermédiaire de ces blocs. De cette façon, le capteur peut supporter un facteur de surcharge égal à 25. Les jauges de contrainte 23-26 sont connectées à des bornes de sortie 29 en vue d'être reliées à un matériel de surveillance classique. L'utilisation de fibre de carbone pour les bras 13-16 permet d'obtenir un ensemble très comptact (90 x 90 x 32 mm), léger et d'aspect "bas". Ceci permet un montage entre le ressort à lames et l'essieu d'un camion sans apporter pratiquement de modification dans la hauteur à vide/sous-charge. La conception de capteurs sensibles aux charges présenteun facteur important de sécurité et est infallible. Du fait que pratiquement aucun mouvement coulissant n'y a lieu, il ne s'y produit que très peu d'usure. Toutes les surcharges sont traitées suivant un mode de fonctionnement qui diffère du mode mesurage. De cette façon, il n'existe aucun risque qu'une surcharge endommage le système de mesure soit en ce qui concerne sa partie mécanique, soit en ce qui concerne les jauges de contrainte elles-mêmes. Le module d'élasticité relativement bas des fibres de carbone donne naissance à des contraintes élevées lors de l'application d'une charge. Du fait qu'une surcharge est traitée separeme=, .es jauges de contrainte peuvent être calculées en vue d'tune flexion sur la totalité de la graduation à des niveaux ae contraintes élevés et on peut utiliser le degré maximal de résolution des jauges de contrainte Avec la technique actuelle des jauges de contrainte, on envisage une résolution de 0,5 kg pour 5 tonnes ou une résolution plus faible avec une mesure relativement peu compliquee. Du fait que l'usure est faible, la précision mécanique à long terme du dispositif est bonne. Le capteur sensible aux charges convient particulièrement pour des conditions de fonctionnement sévères. Comme ce capteur peut être fermé de façon étanche pour touté sa durée de vie utile, on peut éviter le risque d'entree d'éléments contaminants. L'aptitude à supporter des surcharges permet une surcharge continue de 110 tonnes avant déformation permanente et de 135 tonnes avant rupture. Les bornes de sortie 29 peuvent être incorporées au boîtier avec, comme résultat, une protection excellente contre tout endommagement. Le capteur sensible aux charges convient pour des applications exigeant une capacité de charge élevée et peut être utilisé pour mesurer directement des charges appliquées aux essieux. On peut augmenter la capacité de charge en augmentant les dimensions de l'élément en.fibre de carbone/ acier. Tel qu'il est conçu, le dispositif est suffisamment petit pour être monté entre l'essieu des roues et le ressort à lames sur les nouveaux camions et sur les camions existants par une main-d'oeuvre non qualifiée sans exiger d'étalonnage. Le présent capteur est compatible avec un matériel électro- nique classique de jauges de contrainte. L'incorporation des quatre jauges de contrainte 23-26 apporte à ces jauges une compensation en ce qui concerne la contrainte de température apparente. Les besoins relatifs aux circuits électroniques de mesure de charge se bornent à une source d'alimentation précise et stable, un instrument de-mesure analogique muni de résistances d'étalonnage et un dispositif de-commutation pour effectuer à volonté une mesure de la charge appliquée à l'essieu avant et à l'essieu arribre, Bien que l'élément 11 puisse être en fibre de carbone massive, on l'a représenté avec un noyau central 30 en acier dans un corps 31 en fibres de carbone, Le noyau 30 agit de manière à- réduire légèrement la flexion de la poutre mais supporte la totalité de la force de cisaillement et de la force de contact de charge appliquées aux poutres, Le corps 31 en fibres de carbone supporte tous les efforts de flexion. Un élément massif il en acier, en plus d'être trop volumineux, ne fléchirait pas autant qu'une fibre de carbone pour une charge donnée. Plus la flexion de l'élément en forme d'étoile sous des charges normales est grande, plus la fabrication de l'ensemble est facile en raison des tolérances. il ne serait pas possible de fabriquer un élément étoilé en acier capable de supporter la même charge avec la même protection contre les surcharges. Dans le présent cas, les bras 13-13 sont conçus pour présenter une flexion transversale leur assurant une résistance mécanique constante. Le positionnement des jauges de contrainte n'est pas critique étant donné que l'effort de flexion sera constant. La plaque supérieure 17 a été conçue en vue de la facilité de fabrication de telle sorte que les faces en contact se trouvent toutes dans le même plan. La hauteur des blocs 28 sur la plaque inférieure par rapport à la hauteur des extrémités des bras 13-16 détermine le point de départ de la protection contre les surcharges. On peut assurer la protection des dispositifs contre le cisaillement, depuis la plaque supérieure jusqu'à la plaque inférieure, en ajoutant des blocs de cisaillement aux angles des plaques de manière que le cisaillement soit- transféré, par l'intermédiaire des plaques, au bottier C. Un procédé possible absorber les forces de cisaillement développées entre le couvercle et la base est représenté sur la fig. 4. On introduit alors une bande 41 d'un sandwich acier-caoutchouc dans l'intervalle vertical 42 entre le boîtier C et les cotés de la plaque supérieure. Pour les conditions de cisaillement faibles, la charge appliquée au droit de la bande 41 est supportée par le caoutchouc qui se comprime. Le taux charge/flexion est très élevé pour ce mode de fonctionnement.Le mode de mesure de l'élément en forme d'étoile en fibre carbone/acier reste inchangé étant donné que le taux charge/flexion du sandwich caoutchouc/acier pour le cisaillement se manifestant dans le sandwich est relativement faible; en outre la résistance offerte par le sandwich reste constante dans le temps, c'est-à-dire que la flexion en mode de mesurage entre le couvercle et -la base est exempte de frottement pour de faibles valeurs de cisaillement. Pour des valeurs plus élevées de cisaillement, la bande peut être conçue de manière que le caoutchouc talonne" et que toute autre charge soit-transmise par un contact direct d'acier à acier. Si on juge qu'il est nécessaire que le capteur accepte des charges de traction aussi bien que des charges de compression, on peut alors l'agencer de manière que les charges de traction soient transmises par l'intermédiaire de vis ou d'éléments en porteà-faux montés extérieurement ou intérieurement par rapport à l'élément en forme d'étoile. Cette disposition constructive permettrait également qu'une charge préalable soit exercée sur l'élément en forme d'étoile, ce qui augmenterait la résistance à la fatigue des jauges de contraintes par reduction de l'amplitude de cyclage. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention, laquelle est définie par les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1, Capteur sensible aux charges comportant un élément en porte-à--faux comprenant une jauge de contrainte, le capteur susvisé étant caractérisé par le fait qu'il comprend (i) un élément (11) comportant un corps central (10) muni d'une multiplicité de bras flexibles (13,14,15,16) montés en porte-à-faux et s'étendant depuis ledit corps central; (ii) des premier et second supports de charges (17, 22) entre lesquels l'élément (11) est pris en sandwich; l'extré- mité extérieure de chaque bras (1316) étant reliée au premier support (17), le corps central (10) étant relié au second support (22); (iii) une jauge de contrainte (23,24, 25,26) incorporée à au moins un des bras; et (iv) un moyen d'espacement (28) sur le premier support (17) et/ou le second support (22) de manière que lorsqu'une charge agissant de manière à pousser le premier support (17) en direction du second support (22) dépasse une valeur donnée, le moyen d'espacement précité (28) sert à maintenir un intervalle entre les deux supports (17,22). 2. Capteur sensible aux charges suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque bras (13-16) comprend une jauge de contrainte (23-26), 3. Capteur sensible aux charges suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque bras (1316) est constitué, au moins en partie, par une matière à base de fibre de carbone. 4. Capteur sensible aux charges suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le corps comprend, d'une part, un noyau dont font partie intégrante les bras et qui est constitué par une matière rigide et, d'autre part, une gaine qui est formée par une matière à base de fibre de carbone et qui recouvre le corps et les bras.