Brevet FR2616197A1 — publié le 19881209

L'invention a pour objet un dispositif de connexion d'un tube, tuyau, soufflet corrugué ou analogue à un embout à l'aide d'un organe en alliage à mémoire de forme et un procédé de montage d'un tel dispositif. Elle vise, en particulier, un tel dispositif propre à être utilisé dans le domaine de l'industrie auto- mobile, par exemple pour la fixation d'une durite sur un embout de radiateur et/ou le moteur d'un véhicule, ou encore pour la fixation des bouts d'extrémités de soufflets de protection de transmissions à cardans ou à joints homo- cinetiques d'essieux d'automobiles. Aussi bien pour le montage des soufflets de protection en matériaux thermoplastiques, que pour le mon- tage des tubes ou tuyaux souples à base d'élastomères, les constructeurs d'automobiles souhaitent pouvoir utiliser des dispositifs de fixation assurant, d'une part, l'étanchéité requise de la liaison des tubes ou tuyaux avec leurs embouts respectifs ou des bouts de soufflet avec leurs arbres ou leurs bols fusée et susceptibles d'être mis en oeuvre par un processus d'automatisation aussi complet que possible, d'autre part. Pour tenter d'apporter une solution au problème posé, et fournir un dispositif répondant aux conditions définies ci-dessus, la Demanderesse a déjà proposé, dans FR-A-86 10899, un dispositif de raccord comprenant un anneau en alliage à mémoire de forme propre à être amené à une température supérieure à sa température de transition par l'effet Joule d'un courant électrique qui le traverse et qui lui est appliqué par l'intermédiare de bornes d'er.trée et de sortie du courant qu'il présente. Un tel dispositif donne satisfaction mais il peut se révéler dif- ficile d'emploi dans certaines réalisations et si l'étanchéité et le maintien d'une pièce en élastomère ou en un matériau analogue sur un embout exigent un effort de serrage minimal, on ne peut pas toujours donner aux bagues ou anneaux en alliage à mémoire de forme la plus petite di- mension permettant d'obtenir ce serrage compte tenu du coefficient de rétreint des alliages a mémoire de forme connus, de l'ordre de 3 à 8%, qui limite la déformation qui peut être impartie à une bague ou collier donné. La raison en est qu'il faut tenir compte des tolérances de dimensions des embouts, des tubes, tuyaux ou bouts de soufflet, d'une part et, d'autre part, du fait que de nombreaux embouts ne sont pas à section droite constante mais présentent, au voisinage de leur extrémité, un renflement de diamètre plus grand que le reste de l'embout. Par ailleurs, on sait que le serrage d'un tube, tuyau ou analogue en matériau élastomère s'accompagne fré- quemment au cours du temps d'un effet de relaxation qui peut conduire à une diminution du serrage et, partant, de l'étanchéité recherchée, de sorte qu'un problème complémen- taire se pose pour de tels dispositifs de connexion qui est celui de fournir un dispositif présentant un certain degré d'élasticité propre à compenser l'effet de relaxation de la matzère constitutive du tube, tuyau ou analogue mise en oeuvre. L'invention propose alors, pour s'affranchir de certaines des limitations que présentent les réalisations de l'art antérieur, un dispositif perfectionné comprenant un organe en alliage en mémoire de forme qui se rétreint lorsqu'il est amené à une température supérieure à sa tem- pérature de transition par l'effet Joule d'un courant élec- trique qui lui est appliqué, le dispositif étant caracté- risé en ce que ledit organe est associé à des moyens ou est conçu de manière telle que son rétreint soit amplifié d'un facteur tel que l'on obtient l'effet de serrage requis y compris pour des alliages à mémoire de forme ayant un coef- ficient de rétreint dimensionnel aussi faible que 3%. Dans une première réalisation, l'organe en al- liage à mémoire de forme est une bague ou anneau et l'effet d'amplification du rétreint ou retrait dimensionnel de ladite bague ou anneau est obtenu a l'aide d'une pièce de forme, à zones de déformation préférentielle analogue à un flambage et qui est interposée entre la bague ou anneau en alliage à mémoire de forme et un répartiteur de contrainte au contact du tube, tuyau ou bout de soufflet à serrer sur un embout ou analogue. Dans cette réalisation, un mode d'exécution préféré prévoit que ladite pièce de forme ait un contour de polygone étoilé (ou une forme lobée analogue) dont les som- mets externes sont au contact de la bague ou anneau en al- liage à mémoire de forme et dont les sommets internes sont au contact du répartiteur de contrainte, ce dernier étant réalisé, le plus simplement, en tant que bague fendue. La pièce de forme peut être façonnée à partir d'une-bande métallique plane par galetage, repoussage, em- boutissage ou toute technique analogue dans une matrice de forme appropriée. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de connexion de l'invention est alors constitué par un en- semble unitaire rassemblant la bague ou anneau en alliage à mémoire de forme, la pièce de forme procurant l'effet d'amplification et le répartiteur de contrainte, ces trois éléments étant solidarisés entre eux à l'encontre d'un dé- placement longitudinal, -mais avec possibilité de déplace- ment radial-, par tous moyens appropriés comme des rebords, des picots ou des parties de formes conjuguées desdits élé- ments. Lorsque, dans une exécution préférée, les élé- ments constitutifs du dispositif sont en métal on prévoit, avantageusement, que la bague ou anneau en alliage à mémocire de forme soit électriquement isolé de la pièce de forme avec laquelle elle est partiellement en contact, par exemple à l'aide d'une laque ou d'une peinture isolante, pour éviter toute déperdition de courant lorsque ladite bague ou anneau est serré entre les deux mâchoires d'une pince d'amenée de courant électrique. Dans une seconde réalisation, l'organe en al- liage à mémoire de forme est un fil enroulé suivant des spires hélicoïdales et l'effet d'amplification du rétreint ou retrait dimensionnel dudit organe est obtenu à l'aide d'un manchon sur lequel sont placées lesdites spires de fil et qui est partiellement évidé au droit d'au moins une spire pour permettre la contraction de cette dernière, à l'exclusion des autres, et ainsi l'application par ladite spire de l'effort de serrage requis pour la solidarisation d'un tube, tuyau, bout de soufflet ou analogue sur l'embout avec lequel il doit être solidarisé. Dans un mode d'exécution de cette réalisation, les extrémités du fil en alliage à mémoire de forme enroulé à la manière d'un ressort en boudin sont fixées par sertis- sage aux extrémités du manchon par des retours que présente ce dernier, une telle disposition permettant de s'opposer à la rotation des spires l'une par rapport à l'autre, lors de l'application du courant électrique. Lorsque le manchon est lui aussi métallique, on prévoit de l'isoler du fil en alliage à mémoire de forme par une peinture isolante, une laque ou analogue rapportée sur le manchon et/ou sur le fil. Pour la mise en oeuvre de ce premier mode d'exécution l'invention propose un procédé suivant lequel l'ensemble unitaire réunissant le manchon et le fil à.ex- trémités serties sur le manchon est rapporté sur le tube, tuyau ou bout de soufflet par coulissement, puis ledit en- semble est relié à une source de courant électrique appli- quée aux extrémités du fil, ou suivant deux génératrices de l'enroulement. Dans une autre mise en oeuvre du procédé on rapporte d'abord sur le tube, tuyau ou analogue un manchon démuni de retours, on met en place sur celui-ci le fil en alliage à mémoire de forme conformé suivant des spires hé- licoidales, adjacentes ou non, puis l'on procède à un ser- tissage in situ et à l'amenée de courant dans le fil. En variante, on rapporte sur le manchon démuni de retours un fil en alliage à mémoire de forme conformé suivant des spires hélicoïdales, adjacentes ou non, mais dont les extrémités sont dirigées suivant l'axe des pièces à solidariser entre elles et l'amenée de courant auxdites spires est alors effectué par l'intermédiaire desdites ex- trémités du fil dirigées longitudinalement. L'invention sera bien comprise par la descrip- tion qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue partie en coupe, par- tie en élévation, d'un dispositif selon l'invention pour une première réalisation; - - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle, montrant les pièces constitutives du dispo- sitif selon l'invention; - la figure 4 montre, très schématiquement, des moyens de mise en oeuvre du dispositif; - la figure 5 est un schéma explicatif; - la figure 6 est une demi-vue en coupe, sché- matique, d'une autre réalisation; - la figure 6a est une vue partielle, schéma- tique, d'un manchon de dispositif selon l'invention; - la figure 7 est une vue schématique en éléva- tion du manchon du dispositif selon la figure 6; - la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne 8-8 de la figure 7. On se réfère d'abord aux figures 1 a 5 illus- trant une première réalisation d'un dispositif selon l'invention. Celuici, prévu pour la connexion d'un tube ou tuyau à base d'élastomère ou d'une extrémité d'un soufflet corrugué 10 et d'un embout 11 à renflement d'extrémité 12 est constitué de trois éléments 15, 16 et 17, figure 3. Le premier, 15, qui est un organe en un alliage à mémoire de forme est ici une bague circulaire réalisée à l'aide d'un jonc et dont le diamètre interne initial est désigné par D (représentation en traits mixtes sur le schéma de la figure ). Avec ladite bague ou anneau 15, -dont le diamètre passe de la valeur D à la valeur d lorsqu'elle est amenée à une température supérieure à sa température de transition-, co- opère la pièce de forme 16 destinée à fournir l'effet d'amplification du rétreint ou retrait dimensionnel de la bague 15. La pièce de forme 16 est réalisée ici à partir d'une bande métallique plane conformée par galetage, re- poussage, ou emboutissage suivant un polygone étoilé à faces 18i, 182, 183...... 18n reliées en des sommets externes 191, 192, etc... et des sommets internes 20:, 202, etc... dont les premiers sont répartis sur un cylirndre de diamètre D, -dans la condition initiale du dispositif-, et dont les seconds reposent sur l'élément 17 jouant le rôle de répartiteur de contrainte et qui est constitué, ici, par une bague fendue, figure 2, au contact de la surface ex- terne 25 du tube, tuyau ou bout de soufflet 10. Les trois éléments 15, 16 et 17 sont assemblés entre eux pour former un dispositif unitaire et ont des dimensions telles que, dans la condition initiale du dispo- sitif, celui-ci peut être enfilé sur l'embout l1 et fran- chir le renflement 12 après qu'il ait été rapporté sur le- tube 10 ou analogue. Le dispositif unitaire est réalisé en formant sur la surface externe 26 de la pièce de forme 16 une empreinte annulaire 27, à section droife en are de cercle pour partiellement loger la bague ou anneau 15, la pièce de forme 16 étant, quant à elle, maintenue à l'égard d'un déplacement longitudinal parallèle à l'axe A des pièces à assembler par rapport à la pièce de forme 16 par des saillies comme 28 ou 29 de la bague fendue 17 qui enserrent ladite pièce de forme 16; lesdites saillies règnent sur la totalité de la circonférence de ladite bague ou sur des zones seulement de celle-ci, en formant alors des picots ou des rabats discontinus. Pour rendre opératoire le dispositif selon l'invention, après que celuici ait été mis en place sur le tube, tuyau ou analogue et ledit tube ou tuyau enfilé sur l'embout, l'anneau 15 est porté par effet Joule à la tempé- rature de transition de l'alliage à mémoire de forme qui le constitue en faisant circuler dans ledit anneau un courant électrique issu d'un générateur, non représenté, et appli- qué audit anneau par l'intermédiaire d'une pince dont les mors 30 et 31, figure 4, sont placés sur ledit anneau en des zones diamétralement opposées de celui-ci. L'anneau 15 étant électriquement isolé de la pièce de forme 16 par une peinture ou une laque isolante, le passage de courarnt pro- voque l'échauffement de l'anneau et le rétreint de celui-ci en un très court intervalle de temps, de l'ordre de 1 à 2 secondes. Pour un alliage à mémoire de forme à base de titane le rétreint peut être de l'ordre de 8%, amenant l'anneau 15 de la condition montrée en traits mixtes sur la figure 5 à la condition montrée en traits pointillés sur cette même figure. Ce rétreint qui fait passer l'anneau 15 du diamètre D au diamètre d provoque la déformation de la pièce de forme 16 dont les faces 18 passent de la condition montrée en trait plein à celle montrée en tirets, entraî- nant les sommets 20 intérieurs (ou plus exactement les gé- nératrices de la bande 16 en regard de ces sommets) de la position montrée en 20m à celle montrée en 20'm, c'est-à- dire déplaçant lesdites génératrices d'une longueur plus grande que le déplacement des sommets (ou plus exactement 261-6197 des génératrices) extérieurs 19k, l9k41...; l'effet de serrage exercé par les génératrices 20 sur le répartiteur de contrainte 17, et par ce dernier sur le tube, tuyau, ou bout de soufflet 10 est alors amplifié par rapport a celui qui serait obtenu par le seul rétreint de la bague ou anneau 15. Le facteur d'amplification dépend du nombre de faces du polygone étoilé de la pièce de forme 16; il peut également être réglé par la pente initiale de chaque face par rapport au plan défini par deux génératrices exté- rieures successives. La déformation de la pièce de forme 16, quelque peu analogue à un flambage, peut également être obtenue avec une piece conformée autrement que suivant un polygone étoilé, par exemple suivant une forme lobée ou festonnée. Lorsque le tube, tuyau ou bout de soufflet 10 est en matériau élastomère, la présence de la pièce de forme 16 permet en outre de compenser l'effet de relaxation de ce matériau. Il suffit, pour ce faire, de choisir de façon appropriée le matériau constitutif de ladite pièce de forme pour que celle-ci conserve une certaine élasticité radiale, même après déformation, afin que les génératrices internes 20m puissent encore se déplacer, légèrement en direction du centre O du dispositif. Celui-ci est particulièrement bien adapté au montage automatisé du tube, tuyau ou bout de soufflet 10 sur l'embout 11, l'amenée de courant pouvant être effectuée en n'importe quelles zones diamétralement opposées de la bague 15, laquelle n'a pas ainsi besoin d'être orientée dans l'espace, comme requis, par exemple, pour des disposi- tifs à collier de serrage à vis. On se réfère maintenant aux figures 6 à 8, re- latives à une autre réalisation d'un dispositif selon l'invention. Dans celle-ci l'organe en alliage.-à mémoire de forme est un fil 40 enroulé suivant des spires héliccïdales 411, 412....41., jointives ou non jointives. Pour la connexion du tube, tuyau ou bout de soufflet 10 à l'embout 11, le fil 40 en alliage a mémoire de forme est associé a un manchon 45 conformé de manière telle qu'il laisse libre la déformation par contraction d'au moins l'une des spires de l'enroulement, ici la spire 413, tout en empêchant la déformation des autres spires et le vril- lement de l'ensemble des spires hélicoïdales. Comme montré sur la figure 7 le manchon 45 comprend un corps cylindrique 46 qui présente à ses extrémités deux retours 47 et 48 et qui, selon l'invention, est partiellement évidé, comme mon- tré en 49, au droit d'au moins une spire 413 de fil 40. L'évidement 49 peut être formé par des boutonnières 50, 502, etc... placées obliquement sur le manchon en corres- pondance de la spire 413 et séparées entre elles par des ponts 511, 512, etc... facilement déformables. Pour empêcher les spires 41 de tourner l'une par rapport à l'autre lorsqu'un courant électrique est amené à traverser le fil 40, l'invention prévoit d'une part, de sertir les extrémités du fil sur les retours 47, 48 du manchon, par tout moyen mécanique approprié et, d'autre part, de ménager sur le manchon 45 des empreintes hélicoïdales 45' de logement partiel des spires du fil, obligeant celui-ci à conserver son angle d'hélice initial (figure 6a). Un tel mode de fixation des extrémités du fil évite, contrairement à une soudure, une élévation de température locale dudit fil qui serait susceptible de por- ter atteinte à ses caractéristiques avant la mise en condi- tion opératoire du dispositif. Pour celle-ci, l'ensemble unitaire formé par le fil 40 et le manchon 45 dont le dia- mètre correspond à celui du renflement d'extrémité 12 de l'embout 11 augmenté de l'épaisseur du tube ou tuyau 10 est rapporté sur le tube ou tuyau 10 et celui-ci enfilé sur l'embout 11; les mors d'une pince reliée à un générateur de courant sont serrés sur les retours 47 et 48 et le cou- 1-0 rant amené à traverser le fil 40. Lorsque, par effet Joule, la température du fil devient supérieure à sa température de transition, le fil se rétreint; toutefois, les spires 4ll, 412, etc... en contact avec la surface pleine ou à em- preintes 45' du corps 46 du manchon ne peuvent se déplacer et les sertissages des extrémités dudit fil s'opposant à un vrillement de celuici, c'est la spire centrale libre, 413, en regard des parties évidées 49 qui se déforme préféren- tiellement pour appliquer l'effort de serrage requis pour la connexion et/ou la solidaridarisation du tube, tuyau ou bout de soufflet 10 sur l'embout 11. Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé décrit immédiatement cidessus, on rapporte d'abord sur le tube 10 ou analogue un manchon démuni de retours, on met en place sur celui-ci le fil 40 en alliage à mémoire de forme disposé suivant des spires hélicoïdales, jointives ou non jointives, on enfile le tube ainsi équipé sur l'embout Il et l'on procède alors au sertissage des extrémités du fil in situ, préalablement à l'amenée du courant électrique. Un tel processus, qui n'exige pas d'orientation angulaire des éléments les uns par rapport aux autres, peut être facile- ment automatisé sur une chaîne de fabrication. Il en est de même lorsque, en variante, on rap- porte sur le manchon démuni de retours un fil 40 en alliage à mémoire de forme à spires hélicoïcales jointives ou non jointives mais dont les extrémités sont dirigées suivant l'axe des pièces à relier entre elles, l'amenée de courant étant alors effectuée par l'intermédiaire desdites extrémi- tés du fil dirigées longitudinalement et maintenues par la pince d'amenée de courant. Quel que soit le mode d'exécution et de mise en oeuvre l'invention prévoit, dans cette réalisation égale- ment, que le fil en alliage à mémoire de forme soit élec- triquement isolé du manchon lorsque celui-ci est conduc- teur, une telle isolation électrique étant obtenue par une peinture isolante, une laque ou analogue rapportée sur la - bague et/ou sur le manchon. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la connexion d'un tube, soufflet ou analogue à un embout à l'aide d'un organe en alliage à mémoire de forme qui se rétreint lorsqu'il est amené à une température supérieure à sa température de transition par l'effet Joule d'un courant électrique qui lui est appliqué, caractérisé en ce que ledit organe (15, ) est associé à des moyens (16, 45) ou est conçu de telle manière que son rétreint soit amplifié d'un facteur tel que l'on obtient l'effet de serrage requis y compris pour des alliages à mémoire de forme ayant un coefficient de ré- treint dimensionnel aussi faible que 3%. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe en alliage à mémoire de forme est une bague ou anneau (15) et en ce que l'effet d'amplification du rétreint ou retrait dimensionnel de la- dite bague (15) est obtenu à l'aide d'une pièce de forme (16) à zones de déformation préférentielle analogue à un flambage et qui est interposée entre la bague (15) en al- liage à mémoire de forme et un répartiteur de contrainte (17) au contact du tube, tuyau ou bout de soufflet (10) à relier à l'embout (11) ou analogue. 3. Dispositif selon ia revendication 2, carac- térisé en ce que ladite pièce de forme (16) a un contour de polygone étoilé (ou une forme lobée analogue) dont les som- mets externes (191, 19k,...) sont au contact de la bague (15) en alliage à mémoire de forme et dont les sommets in- ternes (201,... 20,...) sont au contact du répartiteur de contrainte (17) constitué par une bague fendue. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il forme un ensemble unitaire. dans lequel la bague (15) en alliage à mémoire de forme, la pièce de forme (16) et le répartiteur de contrainte (17) sont solidarisés entre eux. à l'encontre d'un déplacement longitudinal, -mais avec possibilité de déplacement radial-, par des rebords, des picots ou ana- logues (28, 29...) ou des parties de formes conjuguées (26, 27) desdits éléments. 5. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe en alliage à mémoire de forme est un fil (40) enroulé suivant des spires (41) hélicoïdales et en ce que l'effet d'amplification du rétreint ou retrait dimensionnel dudit fil est obtenu à l'aide d'un manchon (45) sur lequel sont placées lesdites spires (41) et qui est partiellement évidé au droit d'au moins une spire (413) pour permettre la contraction de cette dernière, à l'exclusion des autres, et ainsi l'application par ladite spire de l'effort de serrage requis pour la liaison du tube, tuyau, bout de soufflet ou analogue (10) sur l'embout ou analogue (11) avec lequel il doit être solidarisé. 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les extrémités du fil (40) en alliage à mémoire de forme enroulé en spires hélicoïdales sur le man- chon (45) sont fixées par sertissage aux extrémités dudit manchon par des retours (47, 48) que présente ce dernier, une telle disposition permettant de s'opposer à la rotation des spires (41) l'une par rapport à l'autre, lors de l'application du courant électrique audit fil. 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que ses éléments constitutifs (15, 16; 40, 45) sont en un matériau conduc- teur et en ce que l'organe en alliage à mémoire de forme (bague ou fil) est électriquement isolé à l'aide d'une laque, peinture isolante ou analogue de la pièce de forme (16, 45) avec lequel il est partiellement en contact. 8. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon les revendications 5 et 6,r caractérisé en ce qu'on rapporte d'abord sur le tube, tuyau ou analogue (10) un manchon démuni de retours, en ce qu'on met en place sur ledit manchon un fil en alliage à mémoire de forme conformé Z616197 suivant des spires hélicoïdales (41) adjacentes ou non, en ce que l'on procède à un sertissage "in situ" des extrémi- tés du fil sur le manchon et a ce que l'on applique au fil un courant électrique propre à amener par effet Joule ledit fil à une température supérieure a sa température de tran- sition pour provoquer la contraction de la spire du fil placée au droit des évidements partiels dudit manchon. 9. Procédé selon la revendication 8, caracté- risé en ce que pour la mise en oeuvre d'un dispositif dans lequel les extrémités du fil (40) en alliage à mémoire de forme formant les spires (41) sont dirigées suivant l'axe des pièces à solidariser entre elles on monte le fil sur le manchon partiellement évidé et on maintient lesdites extré- mités du fil sur le manchon simultanément à l'amenée de courant pour s'opposer au vrillement dudit fil et provo- quer, par la spire placée en regard des évidements partiels du manchon et qui se contracte, l'effet de serrage requis pour la solidarisation du tube, tuyau, bout de soufflet ou analogue {10) sur l'embout ou analogue auquel il doit être relie.