Brevet FR2605067A1 — publié le 19880415

DISPOSITIF DE FIXATION SEPARABLE La présente invention se rapporte i des disposi- tifs de fixation séparables, et plus particulièrement à des dispositifs de fixation comportant des surfaces coo- pérantes complémentaires qui sont aptes à coopérer l'une avec l'autre de façon libérable et qui résistent à un effort de séparation dirigéparallèlement au plan d'in- terface de coopération. Des dispositifs de fixation séparables tels que ceux décrits dans les brevets US-2 717 437 et 3 009 235 du type à crochets et à boucles et qui sont commerciali- sés sous la marque VELCRO, ont été accueillis très favo- rablement sur le marché en raison des propriétés des crochets et boucles d'accouplement que l'on peut fixer en plaçant simplement une surface définie par les cro- chets en vis-à-vis d'une surface définie par les boucles de sorte qu'un grand nombre de crochets s'engage dans un grand nombre de boucles et résiste i la séparation. Ces dispositifs de fixation sont généralement constitués par une feuille en matière tissée comportant des fils grat- tés ou poils brossés en matière synthétique telle que du nylon, pour fournir une surface veloutée définie par une pluralité de boucles qui peuvent être traités thermique- ment de façon à leur conférer une semi-rigidité. Certai- nes des boucles peuvent alors être découpées sur un côté i proximité de leurs extrémités extérieures pour former des crochets. Dans un autre dispositif de fixation sépa- rable de ce type, l'une des surfaces du dispositif de fixation peut présenter une configuration dotée de pro- tubérances en forme de pointes de lance, comme par exem- ple le type montré dans le brevet US-3 708 833, lesquel- les protubérances sont aptes à s'engager dans un dispo- sitif de fixation du type complémentaire à boucles ou dans un dispositif de fixation complémentaire présentant une autre configuration, comme par exemple un élément en mousse uréthane réticulée présentant une structure fon- damentale partielle tridimensionnelle de brins ou fibres à sa surface. Conformément à l'invention, il est prévu un sys- téme de fixation séparable comportant un premier élément séparable qui comprend une série de feuilles à crochets métalliques disposées en empilement définissant une ran- gée d'éléments en crochet sur sa surface large. Chaque feuille à crochets est un élément plan d'épaisseur uni- forme et comporte une portion de corps munie d'une série d'éléments en crochet formés le long d'un bord du corps. Chaque élément en crochet comprend une portion de tige, une portion de surface fléchissante, et une portion de verrouillage. Des feuilles intercalaires sont disposées entre les feuilles à crochets et peuvent être modifiées en épaisseur et en quantité, pour ajuster la densité des éléments en crochet sur la surface large du premier élé- ment de fixation. Les feuilles intercalaires et les feuilles à crochets sont fixées ensemble en empilement, par exemple par un brasage sur leurs surfaces planes ou à l'aide de fixations métalliques traversantes du type tiges filetées et écrous par exemple. Un second élément de fixation comporte une surface d'éléments coopérants complémentaires s'étendant le long de sa surface large, lesquels éléments peuvent coopérer de façon libérable avec les éléments en crochets du premier élément de fi- xation, les surfaces fléchissantes des éléments en cro- chet du premier élément de fixation ayant tendance à faire fléchir les portions d'éléments de coopération avec des crochets appartenant au second élément de fixa- tion et les portions de verrouillage des éléments en crochet du premier élément de fixation coopérant avec les portions du second élément de fixation en relation d'agrafage ou d'attache. La fabrication des dispositifs de fixation- à crochets et à boucles de ce type est facilement "roboti- sable" étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'obtenir un alignement précis des parties d'accouplement, et que pour les agrafer et les dégrafer, il suffit d'appliquer selon le cas, soit une simple pression, soit une simple traction sur celles-ci. Les dispositifs de fixation de ce type sont intéressants pour une grande diversité d'utilisations, par exemple dans l'industrie de l'éner- gie, de l'automobile et des appareils électroménagers o des systèmes de fixation tout en métal de ce type possè- dent de nombreuses applications potentielles. Un dispo- sitif de fixation entièrement métallique de ce type peut être conçu pour procurer une faculté d'adaptation, pour procurer une adaptation à des phénomènes transitoires thermiques ou mécaniques importants, et pour supporter des vibrations, étant donné que la force de serrage ou de prise de ces dispositifs de fixation devient plus forte encore. La fixation du graphite ou d'autres systèmes de bouclier constitués de tuiles sur la première paroi de réacteurs de fusion est depuis longtemps considérée com- me constituant un problème technique important. On a proposé des systèmes de fixation de tuiles qui mettent en oeuvre des rails refroidis qui supportent les tuiles dans les coins mais tolèrent une certaine flèche pour réduire les contraintes thermiques, ainsi que des agen- cements pour fixer les tuiles sur une plaque en métal expansé avec des boulons en acier inoxydable. Bien que ces systèmes de boulonnage et de rails procurent une ri- gidité acceptable si les charges sont réparties de façon appropriée, des déformations de la tuile ou de la struc- ture de fixation peuvent donner lieu à une concentration de charge importante et à des défectuosités éventuelles des tuiles au voisinage du système de fixation. De même, de tels systèmes de fixation impliquent la mise en oeu- vre d'une unité robotique de haute technicité pour dé- tecter, manipuler, saisir et assembler un dispositif de fixation à boulons ou encore pour introduire ou pour aligner avec précision une tuile sur des rails de guida- ge. Dans des modes de réalisation préférés de l'in- vention conçus pour l'utilisation dans des environne- ments à flux thermique élevé, les feuilles à crochets et les feuilles intercalaires sont réalisées en un métal réfractaire tel que du niobium, du molybdène, du tanta- le, du tungstène, ou des alliages de ces métaux. Dans un mode de réalisation particulier, une tuile en graphite comporte de courtes pattes faisant saillie depuis sa fa- ce arrière et les premiers éléments du dispositif de fi- xation sont montés sur la surface arrière des pattes à l'aide d'une matière adhésive pour céramique. Dans un mode de réalisation particulier, les éléments en crochet présentent une configuration symétrique dans laquelle chaque élément en crochet comporte deux surfaces flé- chissantes s'étendant de façon opposée et deux portions de verrouillage correspondantes. Dans d'autres modes de réalisation, les éléments en crochet sont de configura- tion asymétrique et les feuilles à crochets sont empi- lées de telle manière que les sens d'orientation des éléments en crochet alternent afin d'éviter une prédomi- nance directionnelle: un mode de réalisation asymétri- que de ce type comporte des éléments en crochet munis de portions de tiges rigides et dotés d'une surface flé- chissante unique ainsi d'une portion de verrouillage unique sur chaque portion de tige, tandis qu'un autre mode de réalisation asymétrique de ce type comporte des éléments en crochet munis de portions de tiges souples et d'une surface de verrouillage unique sur chaque tige. Les formes et densités des éléments en crochet sur les feuilles à crochets peuvent varier selon les souhaits en fonction des applications particulières, ceci s'appli- quant également aux dimensions des feuilles intercalai- res de façon à obtenir les densités de crochets souhai- tées. De façon préférée, le nombre des feuilles à cro- chets est d'au moins cinq, l'épaisseur de chaque feuille à crochets est inférieure à environ 0,5 mm et l'espace entre les feuilles intercalaires et les feuilles à cro- chets est d'au moins environ 0,5 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit de cer- tains modes de réalisation particuliers, description dans laquelle on se réfère aux dessins annexés sur les- quels: - la figure 1 est une vue-en perspective d'une tuile en graphite munie de structures de fixation con- formément à l'invention; - la figure 2 est une vue éclatée en perspecti- ve des composants d'une structure de fixation montrée à la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale d'une por- tion d'une feuille à crochets employée dans la structure de fixation de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique en coupe montrant la structure de fixation de la figure 1 en coo- pération avec une seconde structure de fixation coopé- rante; - la figure 5 est une vue latérale d'une por- tion d'une autre feuille i crochets conformément à l'in- vention; et - la figure 6 est une vue latérale d'une por- tion d'encore une autre feuille i crochets conformément à l'invention. La figure I montre une tuile en graphite 10 (PO- CO-graphite AFX-59) destinée à être utilisée dans l'en- vironnement d'un réacteur de fusion. Dans un environne- ment typique de réacteur Tokamak, la température de la surface des tuiles peut atteindre 2000 C et la tempéra- ture du dos des tuiles peut atteindre 500-600 C. Ces tuiles sont montées sur la première paroi de la chambre du réacteur et nécessitent un remplacement périodique. Sur la surface arrière de la tuile 10 sont formées des saillies 12 sur lesquelles sont fixés des éléments de fixation 14, par exemple à l'aide d'une matière adhésive pour céramique (Cermabond 569) ou par brasage (brasage au TiCuSil de GTE Westgo) avec fusion sous vide à 850 C et refroidissement lent jusqu'à la température ambiante. Chaque dispositif de fixation 14, comme cela est montré à la figure 2, consiste en une série de feuilles métalliques 16 dont chacune comporte une portion de corps 18 munie d'éléments en crochet 20 formés le long d'un bord par exemple par usinage chimique, estampage ou usinage par étincelage. Les feuilles à crochets 16 et les bandes intercalaires métalliques 22 sont fixées en- semble à l'aide de tiges filetées 24 qui traversent des ouvertures 26 provoquées dans les feuilles à crochets 16 et dans les bandes intercalaires 22 et qui sont fixées à l'aide d'écrous 28. Dans un mode de réalisation particulier, la feuille à crochets 16 est une feuille en alliage Monel d'environ 0,25 mm d'épaisseur munie d'une portion de corps 18 présentant une largeur d'environ 0,5 cm et une longueur d'environ 3 cm avec des ouvertures 26 de 1,5 mm de diamètre espacées entre elles de 1 cm. Une portion de la feuille à crochets 16 est montrée à la figure 3 et l'on note que chaque élément en crochet 20 en forme de pointe de flèche comprend une tige 32 relativement rigi- de et une portion de tête 34 qui définit deux surfaces 36 symétriques et fléchissantes s'étendant de façon op- posée (chaque surface ayant une longueur approximative de 1 mm) et deux surfaces symétriques de verrouillage 38 s'étendant de façon opposée. Dans ce mode de réalisa- tion, des éléments en crochet 20 sont espacés entre eux d'environ 0,3 cm sur la longueur de la feuille à cro- chets 16. Des bandes intercalaires 22 possèdent des dimen- sions similaires A celles des portions de corps 18 des feuilles à crochets 16. Dans un mode de réalisation, trente bandes à crochets 16 sont utilisées conjointement avec des bandes intercalaires 22 interposées ayant envi- ron 0,5 mm d'épaisseur, tandis que dans un autre mode de réalisation six bandes à crochets 16 sont utilisées avec des bandes intercalaires 22 interposées, ayant chacune une épaisseur d'environ 3 mm. Un élément coopérant de fixation séparable 40, comme il est montré à la figure 4, comporte des éléments à boucle 42 en fils d'acier inoxydable tissés de façon à fournir des hauteurs de boucle d'environ 3 mm. Les élé- ments coopérants de fixation séparables 40 sont fixés sur la paroi 44 d'un réacteur à l'aide d'une matière adhésive appropriée telle que du Cermabond 569. La force de retenue du système de fixation est fonction à la fois de la configuration et de la densité des crochets ainsi que du nombre et de la taille des boucles 42. Un dispositif de fixation comportant cin- quante crochets par centimètre carré (trente feuilles à crochets 16 avec onze éléments en crochet 20 par feuille de la configuration symétrique montrée aux figures 2 et 3) a fourni une force de retenue initiale d'environ 7 x Pa (7 kg/cm2). Après trois cycles d'agrafage et de séparation, ce système de fixation donnait une force d'adhérence d'environ 10 Pa (1 kg/cm2) par suite d'une défectuosité des boucles 42 dans chaque cycle de sépara- tion. Un ensemble de crochets à densité plus faible, comportant environ dix crochets par centimètre carré (onze crochets 20 par feuille à crochets 16 et six feuilles à crochets) a donné une force de retenue ini- tiale d'environ 3,5 x 10 Pa (3,5 kg/cm2). Dans un autre mode de ralisation du dispositi Dans un autre mode de réalisation du dispositif de fixation, onze éléments en crochet 20' ayant la con- figuration montrée à la figure 5 ont été formés sur une portion de corps similaire de feuilles i crochets 16' qui présentait une épaisseur d'environ 0,25 mm et une longueur d'environ 3 cm. Chaque élément en crochet 20' comportait une tige 32' et une tête 34' qui définis- saient une surface de flexion 36' et une surface de ver- rouillage 38'. Un dispositif de fixation 14' de cette configuration avec une densité de crochets d'environ cinquante crochets par centimètre carré (trente feuilles à crochets) coopérant avec le dispositif de fixation 40 a donné une force de résistance à la traction d'environ 4,2 x 105 Pa (4,2 kg/cm2) comme cela a été mesuré sur une machine d'essai des E.U.A. ayant un châssis de char- ge de 907 kg, une boite dynamométrique de 453 kg et un allongement mesuré par un appareil LVDT i tête transver- sale dont la vitesse est de 0,12 cm par minute. Apres trois cycles de fixation et de séparation, ce système de fixation a donné une force d'adhérence d'environ 0,7 x 105 Pa (0,7 kg/cm2) en raison d'une défectuosité des boucles 42 dans chaque cycle de séparation. La figure 6 montre encore un autre mode de réa- lisation de l'invention, la bande à crochets 16"en al- liage Monel ayant une épaisseur d'environ 0,25 mm avec une portion de corps 18" d'une longueur de 3 cm dans laquelle sont pratiquées des ouvertures 26". Le long d'un bord de la portion de corps 18" est formée une sé- rie de vingt-et-un éléments en crochet 20" souples dont chacun comprend une portion de tige souple 32", une por- tion inclinée-50 dont la surface extérieure définit une surface de flexion de boucle 36", et une portion de pointe latérale 52 dont la surface intérieure fournit une portion de verrouillage 38". Ces bandes à crochets accusent une tendance directionnelle unilatérale ce qui donne lieu à une résistance de fixation unilatérale au cisaillement. On peut éviter cette tendance direction- nelle unilatérale en alternant l'orientation des bandes i crochets dans l'empilement. Un dispositif de fixation selon la configura- tion de la figure 6 comportant environ cinquante cro- chets 20" par centimètre carré a donné une résistance de fixation i la traction initiale d'environ 1,4 x 105 Pa (1,4 kg/cm) tandis qu'un dispositif de fixation de den- sité moindre comportant environ dix crochets par centi- mètre carré a fournit une résistance de fixation initia- le à la traction d'environ 0,5 x 105 Pa (0,5 kg/cm2). La séparation du dispositif de fixation tend à provoquer une certaine déficience soit des crochets, soit des boucles, les boucles 42 ayant tendance à deve- nir défectueuses avec des configurations de crochet des figures 3 et 5, tandis que dans l'agencement de la figu- re 6 ce sont les éléments de boucle 20" qui ont tendance à devenir défectueux, L'invention fournit des structures de dispositif de fixation perfectionnées, séparables, en métal qui procurent des forces de fixation élevées par coopération par simple pression après un contact de surface initial. Les composants du dispositif de fixation peuvent être conçus de façon à offrier une vaste plage de forces d'adhérence, de nombre de cycles, et permettent l'enga- gement et le désengagement simples et pratiques. Bien que des modes de réalisation particuliers de l'invention aient montrés et décrits, différentes mo- difications de celle-ci apparaitront à l'homme de l'art et par conséquent, les modes de réalisation décrits ou les détails de ceux-ci ne limitent nullement l'invention et des variantes à ceux-ci peuvent par conséquent y être apportées sans s'éloigner de l'esprit et de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure de dispositif de fixation sépara- ble, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier élé- ment comportant une série de feuilles a crochets métal- liques (16) disposées en empilement, chaque feuille à crochets (16) comportant une portion de corps plan et une série d'éléments en crochet disposés le long d'un bord de ladite portion de corps (18), chaque élément en crochet (20) comportant une portion de tige (32) et une portion de tête (34) qui comprend une surface fléchis- sante (36) destinée à faire fléchir une portion du dis- positif de fixation d'un élément de fixation coopérant et une portion de verrouillage (38) pour coopérer avec une portion d'un élément de fixation coopérant en rela- tion d'attache, et un second élément de fixation coopérant, le second élément de fixation comportant des éléments métalliques coopérants complémentaires s'étendant à par- tir de la surface large de sa base, capables de coopérer de façon libérable avec les éléments en crochet (20) du premier élément de fixation. 2. Structure de dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément en crochet (20) est un prolongement de la portion de corps plan (18) et s'étend dans le même plan que ladite portion de corps (18). 3. Structure de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des feuilles métalliques intercalaires (22) agencées entre des feuilles à crochets (16) contiguës de façon à espa- cer latéralement les éléments en crochet (20) des feuil- les à crochets (16) contiguës, et des moyens servant à assujettir ensemble lesdites feuilles à crochets (16) et lesdites feuilles intercalaires (22). 4. Structure de dispositif de fixation selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'épaisseur de chaque feuille à crochets (16) est inférieure à environ 0,5 mm et en ce que les feuilles intercalaires (22) ser- vent à espacer entre elles des feuilles à crochets (16) contiguës selon un intervalle d'au moins 0,5 mm. 5. Structure de dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que chaque élément en crochet (20) compor- te une portion de tige souple (32) et une portion de prolongement inclinée vers le haut, la surface extérieu- re de ladite portion de prolongement définissant une -surface fléchissante (36) et la surface intérieure de ladite portion de prolongement définissant une portion de surface de verrouillage (38). 6. Structure de dispositif- de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que la portion de tête (34) de chaque élé- ment en crochet (20) est de configuration asymétrique et comprend une surface fléchissante (36) s'inclinant vers le bas en direction de ladite portion de corps (18) à partir de la tige (32) et en ce que ladite portion de verrouillage est agencée entre ladite surface fléchis- sante (36) et ladite portion de corps (18). 7. Structure de dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la portion de tête (34) de chaque élément de crochet (20) comprend deux surfaces fléchissantes (36) symétriques s'inclinant vers le bas en direction de la- dite portion de corps (18) à partir de la tige (32) et une portion de verrouillage (38) agencée entre chaque surface fléchissante (36) et ladite portion de corps (18). B. Structure de dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que les feuilles à crochets (16) sont em- pilées de façon i faire alterner les orientations des- dits éléments en crochet (20). 9. Structure de dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que la portion de surface fléchissante (36) de chaque portion de tête est inclinée et en ce que sa surface de verrouillage (38) associée est située en- tre ladite portion de surface fléchissante (36) et ladi- te portion de corps (18). 10. Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les feuilles à crochets (16) sont réalisées en un métal réfractaire choisi parmi le niobium, le molybdène, le tantale, le tungstène et les alliages de ces métaux. 11. Structure de tuile destinée à être utilisée dans un environnement à flux thermique élevé, caractéri- sée en ce que ladite structure de tuile comporte une surface frontale, plusieurs saillies sur sa surface.ar- rière, et une structure de fixation selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, montée sur chacune desdites saillies.