Brevet FR2589542A1 — publié le 19870507

L'invention concerne les courroies ou les sangles. et, plus parti- culièrement. les courroies transporteuses élévatrices. Elle est relative à une méthode et à un dispositif de jonction des extr-mi- tés de courroies, soit pour en accroître la longueur, soit pour S réaliser une mise en sans fin par bouclage de la courroie sur elle-même, qui s'avère fiable en cours de fonctionnement. Le dis- positif d'agrafage ainsi que le procédé seront décrits ci-après, à titre d'exemple, dans l'application à une courroie pour élévateur, étant entendu qu'ils ne sont pas limités à cet emploi. Une méthode classique de jonction des extrémités de courroies consiste en un jonctionnement à chaud, après avoir procédé à une imbrication des extr'mités du matAriau de renforcement. Diverses formes de ces techniques de fonctionnement à chaud sont décrites dans de nombreux brevets tels que DE 1165354 de Franz Clouth Rheinische Gummiwarenfabric, FR74.03141 et DE 907996 de Continental Gummi-Werke, FR 1395634, FR 1582190 et FR 1440605 de Pneumatiques, Caoutchouc Manufacturé et Plastiques Kléber Colombes, US 173686 de Goodyear Tire and Rubber. Une méthode est préconisée dans la norme allemande DIN 22131. Une autre méthode est décrite, par M.Gozdiff de Goodyear dans une conférence intitu- lée "Factors relating to vulcanized splice reliability for steel cable reinforced conveyor belting", présentée au 125ème meeting of the Rubber Division, American Ghemical Society, à Indianapolis, du 8 au 11 mai 1984. Enfin, un article de H.P.Lachmann intitulé "A survey of present-day conveyor belt technology", publié dans "Bulk solids handling", volume 4, numéro 4, de décembre 1984 fait le point des différentes technologies utilisables. Des exemples sont illustrés sur la figure 1, relative à l'art an- térieur dans le jonctionnement à chaud. Il existe cependant, des 0C conditions qui rendent inapplicables les techniques de jonction- nement à chaud: par exemple, la longueur d'une telle jonction peut être incompatible avec la place disponible dans la gaine ou à coté de l'élévateur, ou encore la résistance mécanique peut de- venir insuffisante pour garantir un fonctionnement sans incident de l'élévateur, si la température des produits transportés ou cel- le des gaz qui circulent dans la gaine dépasse 80 à 100 OC. En effet, dans le cas d'une imbrication des cables métalliques, la liaison entre les deux extrémités de courroie(s) est assurée par le mélange de caoutchouc séparant les extrémités des cables. Or, il est connu que lorsque la température croit, les propriétés mé- caniques des mélanges à base d'élastomères diminuent et il en est de mQme des forces de liaison entre le caoutchouc et le métal; en conséquence, la résistance à la traction d'une telle jonction dé- croit lorsque la température s'élève. Compte tenu des risques encourus avec une jonction par collage à chaud et imbrication des cables métalliques, les techniciens de la manutention ont proposé de remplacer la liaison par collage par une liaison mécanique visant à serrer l'une contre l'autre les deux extrémités de courroie(s). Ces techniques sont désignées par le terme "d'agrafage" et sont décrites, par exemple, dans le bre- vet FR 1320222 de Pneumatiques, Caoutchouc Manufacturé et Plasti- ques Kléber Colombes ou dans les publicités des sociétés spéciali- sées telles que Goro ou Flexco. L'effort de compression est assuré par des joues métalliques que traversent des boulons de serrage. Le principe appliqué dans la jonction des extrémités de courroie(s) par voie mécanique est théoriquement plus satisfaisant que le fonctionnement par collage à chaud mais l'analyse des phénomènes qui accompagnent la mise en service de ce type de dispositifs démontre que la sécurité de fonctionnement n'est que peu améliorée. En effet, sous l'effort de traction exercé sur les deux extrémités de la courroie, les pla- ques latérales ont tendance à s'écarter l'une de l'autre. Pour remédier à ce défaut, on utilise, généralement, deux lignes de boulons pour assurer le serrage des plaques, la ligne de boulons placée le plus près de la zone de tension étant destinée à limiter le déplacement des plaques. La figure 2, relative à l'art antérieur dans la technique d'agra- fage, permet d'expliquer les modifications qui interviennent, en fonctionnement, au niveau de la répartition de la pression sur les extrémités de la courroie. Lors du serrage initial du dispositif d'agrafage, la pression est répartie uniformément sur l'ensemble des deux extrémités serrées. A la mise en service, il se produit un déplacement des pièces la- térales qui tend à diminuer la pression dans la zone X et à l'aug- menter dans la zone Y. Sous l'effet de l'accroissement de pres- sion, le mélange de caoutchouc qui se trouve dans la zone Y a ten- dance à Etre chassé et flue c'est-à-dire qu'il y a déplacement du caoutchouc des zones les plus comprimées vers les zones les moins comprimées. Ce fluage a pour effet de favoriser encore le rappro- chement des plaques de serrage dans la zone Y, ce qui accentue le phénomène. A l'appui de cette analyse, on constate couramment que la seconde ligne de boulons est totalement desserrée ce qui prouve que l'ef- fort de pression exercé sur les extr'mités de courroies) n'est pas du aux boulons mais à un mouvement de rotation des plaques de serrage. Comme dans la zone X, l'effort de serrage a notablement baissé, la tenue d'une telle agrafe n'est due qu'à la retenue des cables métalliques dans la zone Y et aux forces de frottement existant dans la zone X entre la courroie et chacune des plaques de serrage. Apres desserrage de la zone Y, l'examen des extrémités de courroie(s) dans ladite zone montre que l'effort de tension est tel qu'il y a destruction locale du mélange caoutchouc et de la liaison entre le caoutchouc et les cables métalliques. De ce fait, la tenue d'une telle agrafe devient très problématique surtout lorsque vient s'ajouter à cet effet mécanique celui de la tempéra- ture. Il est, en effet, bien connu que l'augmentation de tempéra- ture accélère et facilite le fluage des mélanges à base d'élasto- mères et diminue la force de la liaison entre lesdits mélanges et les cables d'acier. Pour pallier ce défaut, on peut essayer de renforcer la pression exercée par les plaques latérales par un blocage des extrémités des cables métalliques. Le brevet DE 2341992 de Bernhard Beumer Maschinenfabrik décrit une telle solution, dans laquelle chaque cable métallique est dénudé à son extr. mité de son enrobage de caoutchouc et ladite extrémité est inserrée dans un dispositif de serrage par vis. Une telle technique, longue et délicate & mettre en oeuvre, présente, en outre, un risque du fait de la conception de la zone de serrage du - 4 - cable. En effet, si la pression de serrage n'est pas contrôlée, il existe un risque certain de couper le cable, ce qui réduirait à néant l'effet escompté. De plus, sous l'effet des vibrations et de la température, les vis ont tendance à se desserrer et nécessitent donc une surveillance constante. Une solution différente, utilisée notamment pour assurer le bloca- ge des cables de prétension des structures précontraintes, consis- te à dénuder les extrémités des cables métalliques, à détoronner, c'est à dire à détruire l'enroulement des brins constitutifs, pour en épanouir l'extrémité et à couler, autour, un métal à bas point de fusion. Cette technique présente une grande fiabilité lors- qu'elle est utilisable; en effet, la coulée du métal en fusion nécessite la mise en position verticale de l'agrafe, ce qui impli- que, soit que l'on puisse déplacer l'un des tambours de l'éléva- teur -ce qui n'est pas toujours possible- soit que l'on puisse placer l'agrafe au sommet de l'élévateur, mais la coulée d'un mé- tal en fusion, sur des extrémités de cables métalliques, à une hauteur de plusieurs dizaines de mètres est alors délicate, voire dangereuse. En outre, un tel dispositif est pratiquement indémon- table ce qui ne facilite pas les opérations d'entretien de l'élé- vateur ou de remplacemnet de la courroie. L'invention a donc pour objet un dispositif d'agrafage et un pro- cédé pour la jonction de courroies, et, plus particulièrement, de courroies pour élévateurs à godets, comportant des éléments de renforcement constitués de cables métalliques ou de textiles syn- thétiques. L'invention concerne un dispositif d'agrafage constitué de deux plaques latérales comportant à leur partie supérieure une zone d'extrémité faisant un angle avec le plan de serrage, d'une plaque centrale et de deux noyaux de blocage permettant de réali- ser une boucle avec les éléments de renforcement dont on a enlevé le revêtement de caoutchouc à l'ex:trémité de la courroie et agis- sant par effet de coin entre les zones d'extrémités desdites pla- ques latérales et la plaque centrale, pour assurer la sécurité de la jonction. L'invention a également pour objet le procédé utili- sant le dispositif décrit et l'application à une courroie trans- porteuse élévatrice. L'invention vise à insérer dans le dispositif d'agrafage un élé- ment destiné à permettre la reprise des efforts de tension par les seuls éléments de renforcement sans solliciter la liaison adhésive entre le caoutchouc et l'élément de renforcement et, par consé- quent, à réduire considérablement le risque de rupture au niveau de la jonction, par glissement des pièces du dispositif d'agrafa- ge. Les caractéristiques et variantes de l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description ci-après et en se réfé- rant aux dessins dans lesquels, après les figures 1 et 2 illus- trant l'art antérieur, - la figure 3 représente le dispositif d'agrafage utilisé pour la réalisation de la jonction ou de la mise en sans fin de la courroie, - la figure 4 illustre le procédé de fonctionnement utilisant ledit dispositif d'agrafage, - la figure 5 propose quelques formes particulières du noyau de blocage. - la figure 6 montre une disposition particulière permettant d'améliorer la qualité de la jonction. - la figure 7 illustre une amiélioration du dispositif permettant une protection contre la pollution. La figure 3 montre que le dispositif d'agrafage est constitué de deux plaques latérales 1 et d'une plaque centrale 2. Les plaques latérales 1 comportent deux zones d'extrémités 3 et 4, l'extrémité 3 ayant une forme d'arc de cercle de rayon R pour per- mettre l'enroulement de ladite courroie tendue, sans risque de blessure, l'extrémité 4 étant inclinée d'un angle A, compris entre 15 et 750, mais préférentiellement d'une valeur proche de 300. pour assurer un rendement maximal de l'agrafage, par rapport à l'axe longitudinal du dispositif d'agrafage. Les extrémités 3 et 4 comportent des pièces de renforcement 6 et 7. Les plaque 2 comportent, à Ieur base, une partie métallique 5, dont la section a une forme de triangle curviligne, en soi connue, destinée à séparer les deux extrémités de courroie(s) et à éviter, -6- grâce à sa base élargie, que ne se produisent des chocs au moment du passage de la jonction sur les rouleaux ou tambours. Les plaques 1 et 2 sont percées de trous 8 pour le passage des boulons. La figure 4 montre comment est réalisé le jonctionnement des ex- trémités de la courroie 9. Les éléments de renforcement 10 de l'extrémité de ladite courroie sont dénudés de leur enrobage de caoutchouc 11 et sont recourbés autour d'un noyau de blocage 12 puis recollés sur la partie partiellement dénudée de la courroie correspondant à la zone d'agrafage. Afin d'assurer à ladite zone d'agrafage une épaisseur constante, la longueur des éléments de renforcement dénudés correspond à la longueur de la boucle hors de la partie droite du dispositif d'agrafage augmentée de la longueur de ladite partie droite du dispositif d'agrafage. La zone de serrage a donc sensiblement la longueur de la partie droite de la plaque centrale 2 du dispositif d'agrafage. Le montage se fait par pincement des extrémités de courroies) ainsi préparées entre les plaques 1 et 2 du dispositif d'agrafage, elles-mêmes serrées par des boulons traversants (non représentés). Sous l'effet de la traction exercée par la courroie sur ses extré- mités, les boucles formées par les éléments de renforcement 10 pénètrent dans les coins formes par la plaque 2 et les extrémités 4 des plaques 1 du dispositif d'agrafage. Les éléments de renfor- cement se trouvent alors bloqués par la compression exercée par les noyaux de blocage 12. Plus l'effort de traction augmente, plus l'effort de serrage croît, renforçant ainsi la sécurité de la jonction. Afin que les extrémités de courroie(s) à assembler puissent s'en- rouler, sans contraintes excessives, autour des noyaux de blocage 12, lesdits noyaux de blocage doivent posséder un rayon de courbu- re suffisant. La valeur minimale de ce rayon de courbure n'est pas critique pour une courroie à renforcement textile, qui est assez souple, mais. dans le cas d'utilisation du dispositif d'agrafage avec une courroie dont le renforcement est constitué de cables métalliques, le rayon de courbure r du noyau de blocage 12 doit tre choisi en fonction du diamètre des cables. Pour un rendement efficace, il doit 9tre égal à au moins 5 fois le diamètre desdits cables et, préférentiellement 8 fois, la valeur supérieure dudit rayon de courbure n'étant limitée que par l'encombrement. La jonction illustrée en figure 4 utilise des noyaux de blocage 12 cylindriques creux, mais il est bien évident que toute autre forme telles que celles proposées, de manière non limitative, sur la figure 5 conviendraient. La vue 5a montre un noyau de blocage à section circulaire pleine alors que la vue 5b illustre un noyau de blocage à section triangulaire à angles arrondis, et la vue 5c un noyau à section ovale, la seule condition étant que ces noyaux de blocage puissent venir s'insérer, sous l'effort de traction, entre la plaque 2 et les extrémités 4 des plaques 1 sans blesser les éléments de ren- forcement. Les noyaux de blocage 12 sont réalisés, le plus sou- vent en métal, mais ils peuvent Vtre constitués à titre d'exemple non limitatif, de matériaux composites à matrice rigide ou de ca- outchouc renforcé de charges ou de fibres textiles ou métalliques. Ils peuvent Qtre également réalisés par une association de plu- sieurs matériaux, tels qu'une partie métallique et un prolongement en mélange à base de caoutchouc, comme sur la vue 5d. Une protection des éléments de renforcement de la courroie, dénu- dés, contre la corrosion, la pollution par les poussières, les attaques chimiques et l'usure par contact avec les plaques 1 et 2 du dispositif d'agrafage ou avec les noyaux de blocage 12 est as- surée par enroulement fin d'une feuille de caoutchouc ou de texti- le. Afin d'augmenter l'efficacité de la jonction en limitant le nombre des éléments de renforcement coupes dans la zone de passage des boulons, il est possible, lors du montage, de disposer lesdits éléments de renforcement 10 de manière à ce qu'ils soient déviés de leur trajectoire initiale autour de la tige desdits boulons 13A comme schematisé sur la figure 6. Cette opération est réalisée au moyen d'un outil adapté, par exemple du type à embout conique, bien connu de l'homme de l'art ou par moulage et vulcanisation. Dans le type de jonction proposé, il est courant de disposer, afin d'augmenter la surface de serrage, deux rangées de boulons qu'il est préférable de placer sur une même ligne et non en quinconce -8 - pour limiter le nombre des éléments de renforcement concernés par le passage desdits boulons. Pour obtenir un effet de coincement par le noyau de blocage 12, l'effort de serrage des boulons doit tre suffisant. L'expérience montre qu'un serrage initial de 30 a 50 m.kg pour des boulons de diamètre 20 mm est nécessaire. Comme il a été dit précédemment, les éléments de renforcement sont protégés par un rev8tement rapporté, mais pour accroître encore cette protection, il est possible, comme l'illustre la figure 7, de disposer, dans la partie supérieure du dispositif d'agrafage, un capot 14, le plus souvent réalisé en t8le, qui vient se fixer, au moyen de vis par exemple, sur les extrémités 4 des plaques 1 du dispositif d'agrafage. L'étanchéité est complétée par la pose d'un mastic ou d'une matière malléable. Pour illustrer l'efficacité du dispositif de jonction objet de l'invention, les essais suivants ont été réalisés. Trois courroies identiques, d'une résistance nominale de 1250 N/mm ont été mises en sans fin. 1) à l'aide d'une agrafe standard du commerce, n'utilisant pas de noyau de blocage et n'agissant donc que par serrage (courroie 1) 2) à l'aide du dispositif d'agrafage objet de l'invention dans lequel le passage des boulons traversants provoque un certain nombre de coupures des éléments de renforcement (courroie 2). 3) à l'aide du dispositif d'agrafage objet de l'invention et en utilisant la technique de déviation des éléments de renforcement schématisée sur la figure 6 (courroie 3). Les courroies ainsi jonctionnées sont montées sur un banc de mesu- re de la résistance en traction formé de deux tambours cylindri- ques à axes parallèles. Par éloignement progressif des deux tam- bourse la tension exercée sur l'anneau constitué de la courroie mise en sans fin augmente jusqu'à la rupture de la courroie et l'on enregistre la force maximale appliquée. Le "rendement" de la jonction est défini comme le rapport, en pourcentage, de l'effort maximal enregistré à la résistance nominale de la courroie. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau ci-après. - 9 - Référence : Courroie 1 Type d'agrafage : Agrafe du commerce : Rendement: : 51-- - -- -: :- 51 %: _ ------------ : Courroie 2 : Agrafage à effet de coin : 68 %: :: : a O ta : Courroie 3 : : Agrafage à effet de coin : + déviation des éléments de : renforcement dans la zone de : perçage %: _L_ Il est ainsi démontré que le système d'agrafage objet de l'invention, qui utilise un noyau de blocage pour provoquer un effet de coin, permet de réaliser une jonction des extrémités de courroie(s) dans des conditions simples, voisines de celles des agrafages conventionnels. dans des conditions de sécurité puisqu'il n'y a aucune nécessité de manipuler du métal en fusion et en rendant la jonction fiable même dans des cas d'utilisation difficiles tels que des températures élevées ou de fortes tensions -5 de service. L'homme de l'art peut, bien entendu, apporter diverses modifica- tions au dispositif, au procédé et aux> applications décrits préce- demment et illustrés à titre d'exemples non limitatifs, sans sor- tir du cadre de l'invention. m à1-------------------- ------------------: - 10 - REVENDICATIONS Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies et, en par- ticulier, de courroies pour élevateurs à godets, comportant des éléments de renforcement en textiles synthétiques ou en cables métalliques, caractérisé en ce qu'il est consititué de deux pla- ques latérales (1) comportant chacune, à leur partie supérieure, une zone d'extrémité (4) faisant avec le plan de serrage un angle A compris entre 15 et 750, d'une plaque centrale (2) et de deux noyaux de blocage (12) qui permettent de réaliser des boucles avec les éléments de renforcement dont le revêtement en caoutchouc a été enlevé aux extrémités de courroie(s), lesdits noyaux de bloca- ge (12) agissant par effet de coin entre les zones d'extrémité (4) des plaques latérales (1) et la plaque centrale (2) pour assurer la sécurité de la jonction. 2 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle A de la zonè d'ex- trémité (4) des plaques latérales (1) est compris entre 20 et 350 . Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les noyaux de blo- cage (12) sont métalliques. 4 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les noyau>: de blo- cage (12) sont réalisés en matériaux composites à matrice rigide. Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les noyaux de blo- cage (12) sont réalisés dans un mélange à base de caoutchouc ren- forcé par des charges ou des fibres textiles ou métalliques. Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le noyau est constitué d'au moins deux matières telles qu'un matériau rigide pour la partie en contact avec les éléments de renforcement et un matériau à base de caoutchouc pour la partie en contact avec le coin formé par les zones de>xtrémité (4) des plaques latérales (1) et la plaque centale (2). Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une Z5 des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans le cas d'une utilisation avec des courroies renforcées de cables métalliques, - 11 - le rayon de courbure r de la partie du noyau de blocage (12) en contact avec le cable métallique est au moins égal à 5 fois le diamètre dudit cable. 8 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un capot de protec- tion (13) contre la pollution et les intempéries est fixé à la partie supérieure dudit dispositif et rendu étanche par l'emploi d'un mastic. 9 Procédé de jonction par agrafage de courroies caractérisé en ce que les extrémités des éléments de renforcement (10), dénudées de leur revêtement de caoutchouc, sont collées sur les parties - éga- lement partiellement dénudées des éléments de renforcement - si- tuées dans la zone de serrage entre les plaques (1) et (2) du dis- positif d'agrafage conforme à l'une des revendications i à 8. 10 Procédé de jonction par agrafage de courroies selon la reven- dication 9, caractérisé en ce que la longueur de serrage dans le dispositif d'agrafage est égale à la longueur droite de la plaque centrale (2) dudit dispositif. Procédé de jonction par agrafage de courroies selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les éléments de ren- forcement (10) au voisinage des boulons de fixation des diffé- rentes parties (1) et (2) du dispositif d'agrafage sont déviés de leur trajectoire initiale pour ne pas Etre coupés par les boulons traversants. 120 Courroie transporteuse pour élévateur à godets caractérisée en ce que sa jonction ou sa mise en sans fin est réalisée selon l'une des revendications 9 à 11 et en utilisant le dispositif d'agrafage conforme à l'une des revendications 1 à 8.