Brevet FR2527372A1 — publié le 19831125

La présente invention est relative aux organes à mémoire de forme De tels organes peuvent être utilisés par exemple comme organes de commande thermiques, bagues de serrage, et dans bien d'autres domaines. L'effet de mémoire de forme est propre à divers matériaux et consiste essentiellement en ce qu'un élément fait en ce matériau et présentant une certaine forme ini- tiale, se déforme plastiquement pour prendre une autre forme à une température appropriée, retrouvera automati- quement, au moins dans une certaine mesure, sa forme ini- tiale à une température différente ou aura tendance à le faire suivant le degré de contrainte extérieure à laquelle il est soumis Ainsi, de tels éléments, dans leur nouvelle forme, peuvent être soumis à un échauffement ou à un re- froidissement en traversant une plage de températures de transformation caractéristique du matériau, de façon à provoquer une déformation vers leur forme initiale ou à avoir tendance à provoquer cette déformation et ainsi exer- cer simplement une force sur un autre élément La trans- formation peut être rendue automatiquement réversible en fonction des modifications de température. L'effet de mémoire de forme est présenté parti- culièrement par certains alliages dont la composition a une prédominance en phase e qui subit une transformation à-partir d'austénite à une température relativement élevée en martensite à une température relativement basse, et la transformation inverse à une température plus élevée Ces alliages comprennent les alliages de Ni-Ti, In-Tl, Au-Cd, AgZn, et (Ni 1 X Cux)-Ti Des alliages particulièrement préférables-sont les alliages de Cu avec ur ou plusieurs métaux tels que, par exemple, Zn, Al, Ni, Mn, Sn ou Co. En général, on a utilisé l'effet de mémoire de forme dans le domaine de la commande de l'écoulement des fluides dans des organes d'actionnement pour les obtu- rateurs ou analogues Bien que de tels agencements ore- sentent de nombreux avantages comme une bonne sensibilité et une réponse rapide, il reste le fait que l'organe d'ac- tionnement à mémoire de forme remplace un organe d'action- nement connu dans un dispositif par ailleurs relativement classique On a proposé un gicleur de carburateur en al- liaae à mémoire de forme, dont la section varie avec la température Cependant, les changements mis en jeu ne seraient pas de grande amplitude, et, dans un cas particu- :ier proposé, la réduction de l'orifice du gicleur sur une plage de températures d'environ 50 L est d'environ 0,008 mm. L'un des buts de l'invention est donc de four- nir un dispositif perfectionné de commande d'écoulement, utilisant l'effet de mémoire de forme. L'effet de mémoire de forme a aussi été proposé dans le domaine des organes de retenue, ou de fixation. Ainsi, des bagues de serrage en alliage à mémoire de forme ont été proposées, de même que des agrafes en forme de C. Un autre but de cette invention est donc de fournir des moyens qui permettent des arrangements de retenue ou de fixation d'utilisation plus souple. L'invention a encore pour but de fournir des moyens qui permettent la construction de types perfection- nés d'organes d'actionnement destinés à être utilisés dans des domaines très variés. Ainsi, sous un certain aspect, l'invention fournit un élément en matière à mémoire de forme compor- tant au moins une fente délimitant, au moins en partie, une partie de l'élément destinée à se déformer ou à avoir tendance à s-e déformer sous l'effet d'un changement de température, en raison d'un-effet de mémoire de forme. Dans le domaine de l'écoulement d'un fluide, l'agencement sera généralement tel que l'élément soit placé dans le trajet d'écoulement, la partie déformable se déformant pour commander l'écoulement à travers l'élé- ment Ainsi, c'est la partie déformable elle-même qui commande directement l'écoulement, étant donné qu'elle est sur le trajet de celui-ci Cette conception est différente des agencements connus dans lesquels l'élé- ment à mémoire de forme sert seulement d'organe d'ac- tionne-ment. Dans l'agencement décrit ci-dessus, l'ouver- ture à travers laquelle s'effectue l'écoulement est l'élément lui-même De ce fait, la section d'écoulement de la fente délimitant l'élément augmentera ou diminuera effectivement avec les déformations de l'élément Bien sûr, en position "ouverte", la fente peut être transfor- mée en un type différent d'ouverture Bien que la partie déformable puisse coopérer avec un autre élément pour régler l'écoulement, l'agencement cidessus est celui qui est préféré et ainsi, sous un autre aspect, l'inven- tion fournit des moyens de commande d'écoulement compre- nant un élément destiné à être placé dans le trajet de l'écoulement, cet élément présentant une ouverture dans laquelle s'étend une partie de l'élément, cette partie étant en matière à mémoire de forme et déformable avec un changement de température, sous l'influence de l'effet de mémoire de forme, de façon à modifier la section d'é- coulement de l'ouverture. En général, la déformation portera la partie déformable dans le plan ou hors du plan de l'ouverture. Une commande de débit utilisant un élément conforme à l'invention pourrait concerner des liquides, des gaz ou des solides L'élément pourrait par exemple servir comme volet d'un ventilateur pour l'air, ou comme moyen de criblage pour un matériau solide en particules. Dans le contexte des organes de retenue ou de fixation, la partie déformable aura par exemple la forme d'une patte destinér à coopérer avec un autre élément. Elle peut se déformer pour venir en contact avec 1 'jatrt élément, exerçant ainsi une force de serrage ou se ver- rouillant sur une partie de l'autre élément, par exemple. Dans certaines circonstances, aucun mouvement n'est né- cessaire et dans ce cas, c'est la tendance à se déformer qui provoque la force de serrage. Vu sous un autre aspect, l'invention fournit un élément présentant des moyens pour assurer la fixation de l'élément à un autre élément, ces moyens comprenant une partie de l'élément en forme de patte en matière à mémoire de forme destiné à se déformer ou à avoir tendance à se-déformer par rapport à des parties adjacentes de l'élément sous l'action d'un changement de température, sous l'influence de l'effet de mémoire de forme, pour coopérer avec l'autre élément. Dans le contexte des organes d'actionnement, l'invention permet d'utiliser comme éléments de base, par exemple, des ressorts hélicoïdaux en alliage à mémoire de forme Ainsi, par exemple, un organe d'actionnement pour- rait remplacer un ressort à membrane classique muni d'éld- ments dirigés rad ialement, qui sont délimités, par exemple, par des fentes, et qui se déforment. * Ainsi, vu sous un autre aspect, l'invention fournit un organe d'actionnement sous la forme d'une pla- que comprenant plusieurs éléments s'étendant radialement et en une matière à mémoire de forme agencés et adaptés de telle façon qu'à la suite d'un changement de tempéra- ture, la plaque subit ou a tendance à subir une modifica- tion de forme sous l'influence d'un effet de mémoire de forme. On comprendra que, dans le domaine de la fixa- tion, ou des organes d'actionnement, la principale fonc- tion de la fente ou autre ouverture sera en général de permettre la formation d'une patte d'une languette ou analogue à partir de la matière de l'élément de base, alors que dans la commande d'écoulement, l'ouverture a normalement la fonction, généralement outre de définir la languette, de fournir un passage à l'écoulement Même dans le domaine des organes d'actionnement, ceci peut être souhaitable, avec l'écoulement de fluide à travers les ouvertures même si elles ne sont pas faites pour changer de dimension. Dans les agencements préférés, c'est grâce au fait que l'on prévoit une languette, patte ou analogue que l'on obtient plus de souplesse d'utilisation que pré- cédemment L'amplitude du mouvement de par exemple une languette de commande d'écoulement peut être rendue signi- ficative D'une manière générale, l'élément de base aura la forme d'une feuille, plaque, bande ou analogue relati- vement mince. En général, l'élément de base sera en alliage à mémoire de forme et d'une seule pièce avec la partie destinée à se déformer ou à avoir tendance à se déformer. Sous certains aspects de l'invention, il serait pourtant possible qu'au moins une partie de l'élément soit réali- sée en une autre matière, tel qu'un alliage classique. Un tel élément pourrait être pourvu d'un nombre d'ouver- tures sur lesquelles sont disposées des languettes à mé- moire de forme soudées ou fixées autrement à l'élément de base Il pourrait être avantageux qu'une partie de la languette soit en alliage à mémoire de forme et une autre en une autre matière, par exemple une partie trempée des- tinée à pénétrer dans un élément qui doit être saisi, une *partie élastique pour constituer un joint d'étanchéité, ou toute autre matière, destinée à assurer d'autres appli- cations particulières Dans le cas o l'élément et l'or- gane de base sont au moins en partie de la même matière, l'élément peut être délimité par une ou plusieurs fentes pratiquées dans l'organe, d'une façon classique Une ran- gée à peu près régulière de fentes et d'éléments peut être souhaitable pour certaines applications. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre de quelques modes de réalisation représentés aux des- sins annexés donnés uniquement à titre d'exemple Sur les dessins: les figures 1 et 1 A représentent deux vues en perspective d'un premier mode de réalisation, à des tempé- ratures différentes; les figures 2 et 2 A représentent une vue de J) face et une vue en coupe d'ur second mode de réalisation; les figures 3 et 3 A représentent une vue de face et une vue en coupe d'un troisième mode de réalisa- tion; les figures 4 et 4 A représentent une vue de face et une vue en coupe d'un quatrième mode de réalisa- tion; la figure 5 est une vue en perspective d'un cinquième mode de réalisation; les figures 6 et 6 A représentent une vue de face et une vue en coupe d'un sixième mode de réalisation; la figure 7 est une vue en perspective d'un septième mode de réalisation; les figures 8 et 8 A montrent une vue en coupe et une vue de face d'un huitième mode de réalisation; la figure 9 est une vue schématique d'un neu- vième mode de réalisation; et la figure 10 est une vue en coupe d'un appa- reil incorporant le mode de réalisation des figures 8 et 8 A. En se référant aux figures 1 et 1 A, une plaque 1 en alliage à mémoire de forme est représentée munie d'ouvertures 3 en forme de fentes A une certaine tempéra- ture, toutes les parties de la plaque 4 autour et entre les fentes parallèles 3 sont dans un même plan (figure 1). Ainsi, on peut considérer qu'entre chaque paire de fentes Ä 7372 est délimitée une ouverture qui, à cette température, est recouverte par une partie de plaque A une autre tempéra- ture, les parties de plaque 4 en forme de bande situées entre les fentes 3 se bombent en prenant une forme convexe ce qui modifie la dimension et la forme des fentes indi- viduelles pour donner la configuration d'ouvertures 2 (figure l A) Ainsi, les parties de plaque se sont écartées des ouvertures définies précédemment. La plaque en alliage à mémoire de forme repré- sentée sur les figures 2 et 2 A présente une fente 3 de forme crénelée, laquelle délimite deux languettes 4 et 5. Si on fait subir un traitement adéquat aux languettes, ces dernières peuvent s'incurver vers l'extérieur à une certaine température en s'écartant de leur position dans le plan de la plaque 1 vers une position représentée à la figure 2 A, agrandissant de ce fait la dimension des fentes 3 pour former des ouvertures 2 En portant la température à sa valeur initiale, les languettes reviendront à leur position initiale, dans laquelle elles s'étendent dans le plan de la plaque 1 Un tel changement de température peut être appliqué à la plaque par un courant de fluide. Une modification appropriée de la température du fluide produira alors l'effet désiré de déformation des languet- tes En principe, un tel dispositif peut être utilisé comme volet de ventilation pour régler et commander l'éva- cuation d'air par exemple à travers les ouvertures 2 en fonction de la température de l'air. Un dispositif similaire est représenté aux figures 3 et 3 A Cependant, dans ce cas, les languettes 4 sont couvertes par une couche 6 en matière flexible contenant une matière capable de chauffer les languettes en y envoyant un courant électrique En chauffant les languettes 4, elles peuvent passer d'une forme plate à une forme incurvée Un isolant électrique sera bien en- tendu interposé entre les languettes et la couche de recouvrement 6. Les figures 4 et -4 A montrent que plusieurs ou- vertures 2 avec des parties 3 en forme de fentes sont réalisées de préférence à intervalles réguliers dans une O plaque 1 en alliage à mémoire de forme, de façon à donner un organe de criblage dont les ouvertures de criblage ont une dimension variable avec la température de la plaque. Une autre possibilité est représentée sur la figure 5, dans laquelle on a pratiqué des incisions for- mant des parties en forme de boucles 4 dans une plaque 1 en alliage à mémoire de forme Ce dispositif peut être utilisé comme moyen de fixation ou d'ancrage de la plaque à un objet voisin ou adjacent 7 Une telle fixation est réalisée en provoquant un changement de température. Il est aussi possible de couvrir une plaque à mémoire de forme avec par exemple une couche d'élastomère 8 sur sa partie pourvue de fentes 3, comme le représentent les figures 6 et 6 A Ainsi, lorsque la languette 4 s'étend dans le plan de la plaque 1, la fente est recouverte et fermée par une partie d-e recouvrement de la couche 8. Grâce à un changement approprié de température, la ferme- ture des fentes 3 est interrompue par la déformation de la languette 4 Ainsi, la couche fait office de joint. Un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 7, consiste en un élément de fixation tubulaire 9 muni de languettes 4 qui peuvent être actionnées thermi- quement et qui par un échauffement ou un refroidissement appropriés, peuvent exercer une force orientée radialement convenable sur un élément disposé soit à l'intérieur soit à la périphérie du tube pour réaliser avec lui une conne- xion fixe. Dans les modes de réalisation représentés ci- dessus, la dimension des ouvertures augmente et ces ouver- tures se modifient par exemple d'ouvertures 3 en forme de fente dans le plan de la plaque en ouvertures plus larges, la languette 4 s'étendant également dans un sens qui l'écarte du plan de la plaque Toutefois, il est aussi possible de modifier la forme entière, de la plaque sans altérer ou en altérant seulement légèrement, la dimension des ouvertures qui restent dans le plan de la plaque en- vironnante Un tel mode de réalisation est schématique- ment représenté aux figures 8 et 8 A dans lesquelles un disque plat circulaire 1 en alliage à mémoire de forme se déforme par un échauffement (ou un refroidissement) approprié pour prendre une forme convexe (approchant un dôme en calotte sphérique) représenté par les lignes pointillées Au cours de ce changement de forme, la largeur des fentes 3 diminue, mais elles restent dans le plan de la plaque environnante 1 Une combinaison des deux modes de transformation de la forme des fentes dans une plaque est bien sûr concevable. En se référant maintenant au mode de réalisa- tion de la figure 9, on a représenté un dispositif de ventilation pour un radiateur 10 de véhicule à moteur. Le dispositif comprend une plaque à volet 11 en alliage à mémoire de forme pourvue d'ouvertures de dimensions différentes, définies par des languettes, selon l'inven- tion La plaque 11 est en zigzag et placée entre le ra- diateur 10 et une hélice de ventilateur 12 Après le dé- marrage du moteur, l'eau du radiateur s'échauffe tout comme l'espace 13 derrière le radiateur qui est délimité par la plaque à volet 11 Lorsque la température dans cet espace 13 monte suffisamment, par exemple jusqu'à 55 'C, les languettes rectangulaires 14 délimitées dans la pla- que 11 commencent à s'incurver vers l'arrière de façon à créer des ouvertures dans la plaque par lesquelles peut passer l'écoulement d'air de refroidissement qui traverse le radiateur Ce passage d'air de refroidissement est encore intensifié par l'effet d'aspiration des pales tour- nantes de l'hélice 12 Lorsque la température du courant d'air traversant l'espace 13 s'est abaissée à un niveau prédéterminé, par exemple jusqu'à 45 à 50 C, les languet- tes 14 de la plaque il sont à une température à laquelle, du fait de leurs propriétés de mémoire de forme, elles se redressent pour fermer les ouvertures A partir de cet instant, l'action de refroidissement de l'air est réduite de façon que la température à l'intérieur du radiateur et Se l'espace 13 monte de nouveau Lorsque la température devient de nouveau trop forte, les languettes 14 sont dé- formées et le cycle de refroidizsement recommence De cette manière, il est poss Ible ue comiander la tempéra- ture du radiateur dans des limites très étroites Ceci est tout à fait souhaitable pour rendre maximal le rende- ment du moteur Le volet 11 aura de préférence une forme i 5 en zigzag comme sur le dessin ou une forme ondulée, de façon à augmenter sa surface de contact avec le courant d'air Les languettes rectangulaires 14 sont agencées de façon que l'écoulement d'air puisse s'effectuer dans une direction à peu près horizontale, pour pouvoir frapper de front les pales du radiateur. Un volet similaire 15 peut être placé devant le radiateur, toutefois avec des languettes se déformant vers l'arrière à environ 5 C pour permettre à l'air de refroidissement de passer à travers le radiateur Ceci est avantageux surtout par temps froid pour accélérer l'échauffement du moteur et ainsi rendre minimal le temps nécessaire pour porter le moteur à sa température de fonc- tionnement Dans les deux cas, la face arrière des lan- guettes peut éventuellement être recouverte par une bande d'étanchéité flexible 8, comme cela a été suggéré pour le mode de réalisation des figures 6 et 6 A, de façon à fermer la fente d'ouverture autour de la languette lorsqu'elle est en position de fermeture. Une plaque de volet en zigzag ou ondulée du 3; type que l'on vient de décrire peut aussi être utilisée 2 i 27372 l 1 par exemple comme dispositif de sécurité en cas d'incen- die dans des locaux tels que des entrepôts ou des grands magasins o des systèmes d'évacuation des fumées sont né- cessaires La plaque de volet est alors montée dans le toit du local Lorsque sa température augmente suffi- samment à cause de l'incendie et du développement de la fumée dans la pièce, les languettes commencent à s'incur- ver créant ainsi des ouvertures d'évacuation pour la fumée. Dans le mode de réalisation de la figure 10, un dispositif d'embrayage sensible à la chaleur est illus- tré pour commander un ventilateur en fonction de la tem- pérature environnante Les dispositifs de ventilation commandés par la température sont bien connus par exemple pour être utilisés sur des moteurs de camion pour écono- miser de l'énergie et éviter l'utili sation d'un dispositif d'accouplement hydraulique Ce dispositif comprend un arbre rotatif 16 a l'extrémité duquel est fixé un organe de commande 17 à mémoire de forme au moyen d'une bague de serrage 18 L'organe de commande 1-7 comprend un empilement de disques à fentes du type représenté sur les figures 8 et 8 A et un ressort Belleville 26 en forme de disque dans lequel est prévu un certain nombre d'ouvertures 25 Les fentes 3 dans les disques 17 sont alignées les unes par rapport aux autres pour permettre au courant d'air de passer à travers l'empilement Le bord de la circonférence du disque 26 est fixé à une bague 19 présentant une sur- face externe conique Les pales du ventilateur sont mon- tées sur l'arbre 16 au moyen d'un élément 21 et d'un rou- lement 20 L'élément 21 est pourvu d'une garniture de frein 22 Lorsque la température du courant d'air (flèches 23) traversant l'hélice est faible, l'organe de commande présente sa forme convexe Toutefois, lorsque la tempéra- ture de l'air monte à une température prédéterminée (flè- ches 24), les disques de l'organe de commande 17 fléchi- ront et pousseront la bague 19 axialement contre la gar- niture de frein 22 à l'encontre de l'action du ressort 26 Par ce contact, l'élément 21 et Ies pales de l'hé- lice 12 sont couplés à l'arbre rotatif et commencent à tourner intensifiant l'évacuation du courant d'air chaud. Quand le refroidissement du courant d'air est suffisant, le ressort 26 repousse les disques 17 pour qu'ils re- prennent leur forme convexe initiale L'élément 21 et la bague 19 se séparent et le ventilateur n'est plus entra - né par l'arbre 16. REVENDICATIONS 1 Elément réalisé en une matière à mémoire de forme, caractérisé en ce qu'il présente au moins une fente ( 3) délimitant, au moins en partie, une partie ( 4) de l'élément destinée à se déformer ou à avoir tendance à se déformer en réponse à un changement de température sous l'influence de l'effet de mémoire de forme. 2 Dispositif de commande d'écoulement, carac- térisé en ce qu'il com Drend un élément suivant la revendication 1, adanté pour être placé surle trajet de l'écoulement, l'élément présentant une ouverture ( 2) dans laquelle s'étend une partie ( 4) de l'élément, cette partie étant en une matière ayant une mémoire de forme et pouvant se déplacer en réponse à un changement de température sous l'influence de l'effet de mémoire de forme afin de modifier la section d'écoulement de l'ouverture ( 2). 3 Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le déplacement de la partie ( 4) s'effec- tue entre une position dans laquelle elle est dans le plan de l'ouverture ( 2) et une position dans laquelle elle est hors de ce plan. 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la partie déplaçable ( 4) est réalisée d'une seule pièce avec le reste de l'élément ( 1) et défi- nie par au moins une fente ( 3). Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'une matière souple ( 8) est supportée par la partie déplaçable ( 4) pour agir comme joint d'étanchéité. 6 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 5, caractérisé en ce que la partie dépla- çable ( 4) est munie de moyens de chauffage ( 6). 7 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une rangée régulière d'ouvertures ( 2) et de partirs déplaçîokes. 8 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 _ à 7, caractérisé en ce que l'élément ( 1) est en forme de feuille, plaque, bande ou analogue. g* Elénint suivant la revendication 1, présentant des noyens Pour assurer sa fixation sur un alut-r-zelél t, caractérise en ce quie ces moyens comprenne-nt ladite partie -,4) de il'élànent ayant la forme d'une patte en mo ee memoire de forme destiné à se défornier ou à avzoîr teo: e déformer par rap- oort à 'es parties edaae e éet N réponse à iii changement de tep ar os I in flu ence de l'1 ef f et de méemoire de formée, pour cr avc un autre élément ( 7). Elémient selon la;e':endication 9, caracté- risé en ce que ladite patte 4 est -'une seule pièce avec le reste de l_'éliémert -et défin-ie par au moins ladite fente ( 3). il Elément selon l'1 une quelconque des reven- di-cations 9 ou 10, carctris o cc ui ala for 7 me d' une feuille, dl une plaque,d'ebne ou analogue. 12 Organe de cane N re de plaque ca- racté,risé en ce qu' Il correr-2 p Rs éeuse:efnts suianct la e;n- cation 1, dirigés radialemrentn er, ïieti-re à mémoire de 'i Crme agencési et adaptés de telle Mnanière quen o m- a car angatien de température, la pl-aque subit cu tendance àsui une m,, odificati-on de forme sousl'fuec de lleffet de mémoire de forme.