Brevet FR2572524A1 — publié le 19860502

La présente invention est relative à un appareil de mesure de forces tels que dynamomètre de traction etlou de compression, anneau dynamométrique, jauge de contrainte, utilisant la déformation élastique d'un corps. Cet appareil pourra être utilisé à chaque fois qu'il y a lieu de connaitre la force de traction ou de compression qui s'exerce sur un objet, un appareil ou une installation, dans une gamme de forces situées entre quelques kilogrammes et plusieurs centaines de tonnes. On connalt déjà des dynamomètres de traction utilisant la déformation élastique d'un corps sous l'effet d'une force, construits selon le principe d'un cadre déformable comprimant un ou plusieurs ressorts. Ces appareils comprennent une partie active en acier, dont la déformation résultant de l'effort appliqué est transmise par un palpeur à un indicateur de forces.Cet indicateur comporte un cadran gradué, sur lequel une aiguille mobile indique l'effort atteint. On connait également des anneaux dynamométriques construits selon le principe d'un anneau en acier traité à l'intérieur duquel est placé un comparateur qui indique la force de compression appliquée sur ledit anneau. Ces appareils, dont les organes actifs sont en acier, présentent l'inconvénient d'être à la fois lourds, encombrants et chers. En effet, un dynamomètre d'une capacité de trente tonnes pèse environ deux cent quarante kilogrammes, et ses dimensions fonctionnelles sont d'environ 0,70 m x 0,55 m x 0,40 m. De plus, lors d'une utilisation intensive, ces appareils sont sujets à une fatigue prématurée de la partie active en acier. Par ailleurs, cette partie en acier est exposée à des dégradations et oxydations dans le cas d'une utilisation en ambiance corrosive. Enfin, I'usage des dynamomètres de traction tels qu'ils sont connus dans l'état actuel de la technique, est limité à une gamme spécifiée d'utilisation, ce qui nécessite pour l'usager l'acquisition de plusieurs appareils dans le cas d'une large plage d'utilisation. Un des buts de la présente invention est donc de proposer un appareil de mesure de forces tels que dynamomètre de traction et/ou de compression, anneau dynamométrique, jauge de contrainte, qui supprime les inconvénients liés aux réalisations connues dans l'état actuel de la technique, c'est-à-dire d'une conception propre à minimiser le poids, I'encombrement et le prix de l'appareil. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil pour la mesure de forces qui procure une plus grande souplesse d'utilisation, c'est-à-dire utilisable sur une plus large plage d'intensité des forces à mesurer, et qui puisse être employé sans dommages dans une atmosphère corrosive. Un ultime but de la présente invention est de proposer un appareil de mesure de forces électriquement isolant, c'est-à-dire qui puisse être utilisé dans le cas où les forces à mesurer sont appliquées à des objets, des appareils, ou des installations sous tension. Par ailleurs, L'appareil de mesure de forces conforme à la présente invention a l'avantage de posséder une partie active interchangeable en cas d'usure de cette partie ou dans le cas où l'utilisateur désire étendre la plage d'utilisation de l'appareil. A cet effet I'invention concerne un appareil de mesure de forces tels que dynamomètre de traction et/ou de compression, anneau dynamométrique, jauge de contrainte et autres, utilisant la déformation élastique d'un corps, caractérisé par le fait qu'il comporte une partie active en matériau composite, qui coopère avec des moyens tendeurs et/ou compresseurs sollicitant des moyens indicateurs de force, I'ensemble de ces éléments pouvant être disposé dans un boitier de protection. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en plan partiellement en coupe d'un dynamomètre de traction conforme à la présente invention - la figure 2 est une vue en élévation d'un anneau dynamométrique conforme à la présente invention - la figure 3 est une vue de côté d'un anneau dynamométrique conforme à la présente invention. On se réfere à la figure 1. L'appareil de mesure de forces conforme à la présente invention est principalement constitué d'une partie active 5 réalisée à partir d'un matériau composite alliant des résines et fibres synthétiques telles que, par exemple, une résine époxy et des fibres de verre. L'intérêt et l'originalité d'utiliser un matériau composite dans ce type d'application réside dans sa particularité première de posséder une limite d'étirement se situant, selon le type de fibres utilisées, entre 13000 et 27000 kp/cm2 alors que la valeur couramment attribuée à l'acier est de 2400 kp/cm2. De plus, la déformation du composite selon la position donnée aux fibres au moment de la mise en oeuvre est parfaitement linéaire et élastique. Par ailleurs, la densité du composite étant de quatre fois inférieure à celle de l'acier (1,9 kg/dm3 contre 7,8 kgtdm3), ceci confère aux appareils de mesure de forces conformes à la présente invention une très grande légèreté relativement à un appareil de même capacité dont la partie active est réalisée en acier. Par ailleurs, la limite d'étirement très élevée des matériaux composites permet, pour une gamme de mesure donnée, de faire une économie substantielle de matériau, ce qui se traduit en outre par une diminution appréciable de l'encombrement et du prix de l'appareil. Dans la réalisation préférentielle de l'invention schématisée sur la figure 1, la partie active 5 en matériau composite revêt la forme d'un anneau oblong. Cet anneau est constitué de deux bras rectilignes reliés à leurs extrémités par deux portions courbes. Selon la gamme de mesure de forces désirée, la partie active 5 doit posséder une section allant de quelques millimètres carrés à quelques centimètres carrés. Grâce à la faible densité du matériau utilisé, la différence de poids et d'encombrement est relativement faible entre les appareils destinés aux gammes extrêmes. Le dynamomètre de traction conforme à la présente invention comporte en outre des moyens tendeurs qui permettent d'appliquer l'effort à mesurer à la partie active 5. Dans un mode préférentiel d'exécution, ces moyens tendeurs sont constitués de deux étriers 2 et 3 en contact avec les portions courbes de la partie active 5. La partie de chaque étrier en contact avec l'élément actif possède une forme hémicirculaire ce qui permet de garantir une- bonne adhérence et un contact sans aspérités. Par ailleurs, cette configuration permet d'éviter de fixer des attaches de traction directement sur la partie active 5. De ce fait, seule cette partie active 5 est sollicitée au cours de la traction, ce qui permet d'augmenter la fiabilité et la durée de vie de l'appareil. Par ailleurs, chacun des étriers 2 et 3 comporte un orifice de préhension ou d'accrochage permettant d'exercer l'effort sur la partie active 5. L'un des étriers 3 est relié de façon solidaire à un indicateur de force 8 par des moyens rigides et indéformables, notamment des joncs d'écartement 4. L'indicateur de forces 8 est constitué d'un cadran gradué, et d'une aiguille mobile. Cette aiguille mobile est actionnée en rotation lors du déplacement du palpeur 7, selon un procédé connu. L'autre étrier 2 est solidaire d'une enclume 6. Cette enclume présente une face de référence sur laquelle vient s'appliquer la partie sensible du palpeur 7. Le dynamomètre de traction conforme à la présente invention comporte en outre un boitier de protection 9 entourant la partie active 5, les moyens tendeurs 2 et 3 et les moyens indicateurs de forces 8. De ce fait, les éléments sensibles de l'appareil sont protégés et la durée de vie ainsi que la fiabilité de l'ensemble s'en trouvent améliorées. Par ailleurs, le boitier de protection 9 peut, si nécessaire, être réalisé dans un matériau électriquement isolant. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le boitier 9 est constitué de deux demi-coquilles symétriques et amovibles. De ce fait, I'utilisateur désirant adapter l'appareil de mesure à la gamme de forces à mesurer pourra procéder au remplacement de la partie active 5 et de l'indicateur de forces 8 étalonné pour celle-ci par une partie active de section plus élevée ou plus faible selon que les efforts à appliquer sont plus élevés ou plus faibles et par un indicateur de forces correspondant. Pour le remplacement de la partie active, il suffira donc de démonter les deux demi-coquilles du boitier 9 puis d'échanger l'anneau en composite en conservant les autres éléments de l'appareil. Cette procédure est également applicable lorsqu'il s'agit de remplacer une partie active détériorée à la suite d'une surcharge. Par ailleurs, l'anneau actif étant constitué d'un matériau électriquement isolant, ce qui peut également être le cas de l'enclume 6, de l'indicateur de forces 8, du palpeur 7, des joncs d'écartement 4, les étriers 2 et 3 sont isolés l'un de l'autre, qu'ils soient eux-mêmes réalisés en métal ou en matériau isolant, ce qui permet d'utiliser cet appareil de traction pour des opérations de mesure pendant lesquelles les parties soumises à des efforts doivent rester électriquement isolées. Le fonctionnement du dynamomètre de traction conforme à la présente invention et éclairé par la description, est le suivant Au repos, L'aiguille de l'indicateur de forces est positionnée sur le zéro de la graduation du cadran. Lorsque les étriers 2 et 3 sont soumis à un effort de traction, cet effort est transmis à la partie active 5 qui subit un allongement en fonction de l'effort appliqué. Cet allongement provoque un déplacement linéaire correspondant du palpeur 7 ainsi qu'un déplacement en rotation de l'aiguille de l'indicateur de forces 8. A l'équilibre, la position de l'aiguille sur la graduation permet la lecture de l'effort appliqué. Après le décrochage des étriers de l'appareil, la partie active 5 n'est plus soumise à l'effort de traction et revient élastiquement à sa position initiale. On se réfère aux figures 2 et 3. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, I'appa- reil de mesure de forces possède la configuration d'un anneau dynamométrique destiné à la mesure de forces de compression. Cet anneau dynamométrique comporte principalement une partie annulaire circulaire 16 en matière composite qui constitue l'élément actif de l'appareil. L'appareil comporte en outre deux éléments de compression 12 et 15 situés selon un diamètre de l'élément actif et prenant appui sur celuici. Ces éléments de compression servent à transmettre l'effort à mesurer à la partie active 16 qui se déforme. Comme précédemment, cette déformation est transmise par un palpeur 17 et un ressort de compression 14 à un indicateur de forces 13. A cet effet, le palpeur 17 et le ressort de compression 14 sont situés sur le même axe que les éléments de compression 12 et 15. Au repos, L'aiguille de l'indicateur de forces 13 est positionnée sur zéro. Lors de l'application d'un effort de compression par les éléments de compression 12 et 15, L'aiguille de l'indicateur de forces 13 se déplace sur le cadran. A l'équilibre, la position de l'aiguille sur la graduation indique la valeur de l'effort de compression. Bien entendu, comme précédemment, L'anneau dynamométrique conforme à la présente invention peut être entouré par un boitier de protection 18. Dans un mode particulier de réalisation de la présente invention, ce boitier 18 est constitué de deux demi-coquilles démontables, permettant le remplacement de la partie active 16 ou l'adjonction d'un anneau actif supplémentaire en vue d'étendre la gamme d'utilisation de l'appareil. Ce boitier 18 peut également être un isolant électrique. L'Homme de l'Art déterminera facilement la composition exacte du matériau composite à employer et les dimensions à donner aux éléments actifs pour chaque application spécifique et pour chaque gamme de mesure, afin d'obtenir des appareils de mesure à la fois légers, peu encom brants, d'un prix modique, et d'un usage très général. L'utilisation d'éléments actifs à matériau composite tels que décrits précédemment permet d'ailleurs des gains de poids et d'encombrement d'autant plus élevés que les forces à mesurer sont importantes. Par exemple, un dynamomètre conforme à la présente invention, d'une capacité de cinq mille kilogrammes pèse environ quatre kilogrammes contre vingt cinq kilogrammes pour le plus léger des dynamomètres conventionnels en acier. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et représentés mais s'étend au contraire à toute variante de formes, de dimensions et de matériaux ou de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Appareil de mesure de forces tels que dynamomètre de traction et/ou de compression, anneau dynamométrique, jauge de contrainte et autres, utilisant la déformation élastique d'un corps, caractérisé par le fait qu'il comporte une partie active (5, 16) en matériau composite, qui coopère avec des moyens tendeurs (2, 33 et/ou compresseurs (12, 15) sollicitant des moyens indicateurs de forces(8, 13), l'ensemble de ces éléments pouvant être disposé dans un boitier de protection (9, 18). 2. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie active (5, 16) est composée de résine et- fibres synthétiques. 3. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie active (5, 16) est composée de fibres de verre et de résine époxy. 4. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie active (5) en matériau composite est un anneau oblong dont la déformation élastique longitudinale est fonction de l'effort appliqué. 5. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie active (16) en matériau composite est un anneau circulaire dont la déformation selon un diamètre est fonction de l'effort appliqué. 6. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens tendeurs sont constitués de deux étriers (2) et (3) transmettant l'effort à la partie active (5), I'un de ces étriers (3) étant solidaire d'un moyen indicateur (8) de l'effort appliqué comportant un élément palpeur (7), l'autre étrier (2) étant solidaire d'une enclume (6). 7. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens compresseurs sont constitués de deux éléments de compression (12) et (15) solidaires de la partie active (16) et disposés selon un diamètre de celle-ci, un indicateur de forces (13) et un palpeur (17) étant en outre fixés à la partie active (16) selon le même diamètre. 8. Appareil de mesure de forces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie active (5, 16) et les différents moyens (2, 3, 12, 15, 6, 7, 8, 13, 17...) renfermés dans le boitier 19, 18), et le boîtier (9, 18) sont en matière électriquement isolante. 9. Appareil de mesure de forces selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la partie active (5, 16) et l'indicateur de forces (8, 13) sont interchangeables en fonction de la gamme d'efforts à mesurer. 10. Appareil de mesure de forces selon les revendications 1 et 9, caractérisé par le fait que les boitiers de protection (9, 18) sont constitués de deux demi-coquilles recevant la partie active (5, 16), les moyens tendeurs (2, 3) etlou compresseurs (12, 15) et les moyens indicateurs de forces (8, 13).