Brevet FR2685399A1 — publié le 19930625

La présente invention concerne un dispositif de fixation de pièces à déblocage rapide. Plus particulièrement, quoique non exclusivement, le dispositif selon l'invention est destiné à être commandé à distance pour permettre la désolidarisation des pièces assemblées à un instant donné. De tels dispositifs de fixation sont généralement du type "boulon", et ils sont constitués d'un élément allongé et de moyens de serrage. En particulier, l'élément allongé traverse des trous en regard ménagés dans les pièces à assembler, et il se termine, à l'une de ses extrémités, par une tête qui s'applique contre la face extérieure d'une des pièces externes. Quant aux moyens de serrage, ils coopèrent par vissage avec l'autre extrémité de l'élément allongé et s'appliquent contre la face extérieure de l'autre pièce externe. Aussi, pour assurer leur déblocage rapide et à distance, on utilise bien souvent et selon les applications un moteur électrique ou une charge pyrotechnique, qui est associé à ces dispositifs de fixation. Ainsi, au moment opportun, la commande à distance du moteur électrique ou de la charge pyrotechnique provoque respectivement le dévissage du dispositif concerné, c'est-à-dire des moyens de serrage par rapport à l'élément allongé, ou sa rupture, telle que celle de l'élément allongé, ce qui par conséquent entraîne la désolidarisation des pièces assemblées. Bien que donnant des résultats satisfaisants, ces dispositifs de fixation présentent néanmoins des inconvénients principalement au niveau de la commande pour leur déblocage rapide. En effet, l'usage d'un moteur électrique implique notamment un encombrement supplémentaire important, qui limite ses possibilités d'applications, et un accroissement de masse significatif, qui n'est jamais souhaitable. Quant à l'usage d'une charge pyrotechnique, si elle n'engendre pas un encombrement et une augmentation de masse notables, en revanche, elle présente le risque d'endommager lesdites pièces et l'espace environnant. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le dispositif de fixation de pièces, à déblocage rapide, du type comportant - un élément allongé destiné à traverser des trous en regard ménagés dans les pièces à assembler, et ter miné, à l'une de ses extrémités, par une tête suscepti ble de s'appliquer contre la face extérieure d'une des pièces externes ; et - des moyens de serrage coopérant par vissage avec ledit élément allongé, et susceptibles de s'appliquer contre la face extérieure de l'autre pièce externe est remarquable, selon l'invention, en ce que ladite tête se présente sous la forme d'au moins une dent radiale ou analogue, en ce que le passage formé par lesdits trous en regard dans lesdites pièces présente une encoche correspondant à ladite dent de l'élément allongé, et en ce que ledit élément allongé est réalisé en un alliage à mémoire de forme, à deux états stables, de façon que, pour l'un de ses deux états stables, la dent dudit élément allongé soit décalée angulairement de ladite encoche et s'applique contre la face extérieure de la pièce externe correspondante, immobilisant, avec lesdits moyens de serrage, lesdites pièces, et que, pour son autre état stable, ladite dent soit alignée avec ladite encoche par une déformation en torsion dudit élément sous l'action de moyens thermiques, désolidarisant lesdites pièces. Ainsi, selon l'invention, le déblocage rapide du dispositif de fixation est obtenu par effet thermique, grâce à la nature même de l'élément allongé réalisé en un alliage à mémoire de forme. On s'affranchit par conséquent des inconvénients précités, inhérents à l'usage de moteur électrique ou de charge pyrotechnique, pour assurer le déblocage rapide et à distance des dispositifs de fixation, et permettre la séparation des pièces. En effet, on sait que les alliages à mémoire de forme présentent la particularité de posséder, à l'état solide, deux structures cristallines stables (l'une en phase austénitique, l'autre en phase martensitique) respectivement dans deux domaines de température différents qui correspondent chacun à une phase spécifique de la structure cristalline de l'alliage et qui sont séparés par une zone intermédiaire dite de température de transition. De la sorte, en fonction de la température, la pièce réalisée en un tel alliage peut prendre deux configurations distinctes stables, de façon réversible. A titre d'exemple, ces alliages sont métalliques, du type nickel-titane ou cuivre-zinc-aluminium, selon les applications. Pour obtenir une pièce ayant ces propriétés à partir d'un tel alliage, le procédé consiste par exemple à réaliser la pièce sous une première forme lorsque sa structure cristalline est en phase austénitique, dans le domaine de température correspondant à cette phase, à refroidir la pièce, en franchissant la zone de température de transition, jusqu'à son domaine de température correspondant à sa phase martensitique, et à lui appliquer une contrainte spécifique telle que dans ce cas une déformation en torsion, pour lui donner une seconde forme. Après le retour à la température ambiante, la pièce conserve cette seconde forme et ses caractéristiques mécaniques sont retrouvées. Une augmentation de température au-delà de la zone de transition permet à la pièce de passer de sa seconde forme vers sa première forme initiale. De préférence, ladite tête dudit élément allongé est définie par une pluralité de dents radiales équiangulairement réparties les unes par rapport aux autres, et ledit passage, formé par les trous en regard des pièces, présente une pluralité d'encoches correspondantes. Ainsi, sous l'action des moyens thermiques, l'élément allongé passe de son état stable martensitique vers son état stable austénitique pour lequel les dents de sa tête, par une déformation angulaire, se trouvent amenées en face des encoches ménagées dans le passage desdites pièces. De la sorte, comme la tête de l'élément allongé ne s'applique plus contre la face extérieure de la pièce correspondante, lesdites pièces sont désolidarisées l'une de l'autre. Plus particulièrement, ledit élément allongé est constitué par une tige cylindrique, dont une extrémité se termine par ladite tête et dont l'autre extrémité est pourvue, à sa périphérie, d'un filetage avec lequel coopèrent lesdits moyens de serrage. On remarque ainsi la simplicité de réalisation dudit élément allongé. Selon une autre caractéristique du dispositif, les moyens de serrage peuvent comprendre un manchon cylindrique entourant l'élément allongé et s'appliquant contre la face extérieure de la pièce correspondante, et un écrou monté par vissage au bout de l'élément allongé et pressant ledit manchon contre ladite pièce. Avantageusement, ledit manchon et ledit élément allongé sont solidaires en rotation, après leur montage, et ledit manchon est immobilisé en rotation par rapport auxdites pièces. Cet agencement permet de maintenir fixement en position l'extrémité filetée de la tige, pour que sa tête puisse se déplacer angulairement lors du changement d'état de l'élément allongé.De plus, il garantit que, après le montage du dispositif, les dents radiales de l'élément allongé s'appliquent bien contre la face extérieure de la pièce correspondante et qu'elles ne se trouvent pas en regard des encoches dudit passage. Pour cela, ledit manchon creux entourant l'élément allongé peut être pourvu d'au moins une rainure longitudinale interne dans laquelle est reçu un ergot radial prévu sur la tige dudit élément allongé, d'une part, et, d'autre part, la face d'extrémité dudit manchon, qui s'applique contre la pièce correspondante, peut se prolonger d'une patte latérale s'engageant dans ladite encoche prévue dans le passage des pièces. Par ailleurs, lesdits moyens thermiques, commandables à distance et aptes à provoquer le changement d'état dudit élément allongé, sont logés dans un évidement prévu dans ledit élément allongé. Plus particulièrement, lesdits moyens thermiques comprennent une composition chauffante, logée dans ledit évidement ménagé dans l'extrémité filetée de la tige, et reliée à une alimentation électrique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente, en coupe longitudinale partielle, le dispositif de fixation conforme à l'invention dans sa position permettant la solidarisation desdites pièces. La figure 2 est une vue en bout du dispositif montrant la position occupée par la tête dudit élément allongé par rapport au passage axial des pièces. Les figures 3 et 4 sont des vues en perspective partiellement écorchée du dispositif, prises respectivement du côté des moyens de serrage et du côté de la tête dudit élément allongé. Les figures 5 à 8 sont respectivement des vues analogues aux figures 1 à 4, mais dans lesquelles le dispositif de fixation est alors dans sa position permettant la libération des pièces. La figure 9 représente, en coupe longitudinale partielle, une variante de réalisation de l'élément allongé dudit dispositif. Le dispositif de fixation 1 conforme à l'invention a pour but d'assurer la solidarisation de pièces, telles que, dans cet exemple, deux plaques 2 et 3 l'une contre l'autre, comme le montrent les figures 1 à 4, et de permettre la libération des plaques grâce à un déblocage rapide dudit dispositif avantageusement commandable à distance, comme le montrent les figures 5 à 8. Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif de fixation 1 comporte un élément allongé 4 et des moyens de serrage 5. Plus particulièrement, l'élément allongé 4 a une forme de révolution d'axe longitudinal X-X et se compose d'une tige cylindrique, partiellement creuse, 4A terminée à l'une de ses extrémités par une tête élargie 4B et à son autre extrémité par un filetage 4C. La tige 4A de l'élément allongé traverse des trous en regard 2A et 3A, pratiqués respectivement dans les plaques 2 et 3 et formant un passage axial 6, jusqu'à ce que la tête 4B dudit élément allongé s'applique contre la face extérieure 2B de la plaque 2, alors que l'extrémité filetée 4C de la tige fait saillie par rapport à la plaque 3. Les moyens de serrage 5 coopèrent alors par vissage avec le filetage 4C de la tige et s'applique contre la face extérieure 3B de la plaque 3. Le dispositif de fixation 1 est serré au couple souhaité pour solidariser ainsi les deux plaques assemblées 2 et 3 l'une contre l'autre, comme les figures 1 à 4 l'illustrent. Selon l'invention, la tête 4B dudit élément allongé 4 est définie, dans cet exemple de réalisation, par une pluralité de dents ou d'ailettes radiales 4D, qui sont équi-angulairement réparties les unes par rapport aux autres, autour de l'axe longitudinal X-X. Douze dents radiales 4D, identiques et séparées par autant d'espaces 4E, sont prévues dans ce cas et constituent par conséquent la tête de l'élément allongé 4. Bien évidemment, le nombre de dents pourrait être différent. De plus, le passage axial 6, formé par les trous en regard 2A et 3A des plaques, présente alors des encoches ou des cannelures longitudinales 6A également équi-angulairement réparties les unes par rapport aux autres et en nombre identique auxdites dents 4D.Ces encoches longitudinales 6A, dont la dimension est supérieure à celle des dents, sont pratiquées dans les parois 2C et 3C délimitant la périphérie desdits trous, et sont ainsi séparées par autant de saillies longitudinales 6B. En outre, l'élément allongé 4 du dispositif de fixation 1 est avantageusement réalisé en un alliage à mémoire de forme à deux états stables, dont les propriétés sont rappelées précédemment. Ainsi, pour immobiliser les deux plaques 2 et 3 à l'aide des moyens de serrage 5, l'élément allongé 4 se trouve dans l'un de ses deux états stables, pour lequel les dents radiales 4D de sa tête 4B sont décalées angulairement des encoches longitudinales 6A dudit passage 6. On voit sur les figures 1 à 4 que les dents s'appliquent alors contre la face extérieure 2B de la plaque 2 délimitant latéralement les saillies longitudinales 6B. En revanche, pour désolidariser les plaques 2 et 3, l'élément allongé 4 passe vers son autre état stable, sous l'action de moyens thermiques 7, pour lequel, grâce à un déplacement angulaire, lesdites dents 4D sont alors alignées avec les encoches 6A du passage. Cette position est représentée en regard des figures 5 à 8. Pour obtenir un tel élément allongé à partir d'un alliage à mémoire de forme, on procède par exemple de la façon suivante. On réalise tout d'abord l'élément allongé cylindrique sous sa forme illustrée sur les figures 5 à 8, quand la structure cristalline de l'alliage constituant ledit élément est dans la phase austénitique correspondant à son premier état stable. Puis, on refroidit l'élément allongé jusqu'à une température telle que sa structure cristalline soit dans la phase martensitique. Ensuite, on fait subir à l'extrémité de la tige cylindrique définissant la tête élargie 4B une déformation en torsion d'un angle donné autour de son axe longitudinal X-X. Dans l'exemple illustré, l'angle de torsion est de 150 environ. A ce moment, l'élément allongé 4 est dans son second état stable, comme le montrent les figures 1 à 4. Après le retour à la température ambiante, cette nouvelle forme de l'élément allongé est acquise et ses caractéristiques mécaniques retrouvées. En outre, les moyens de serrage 5 du dispositif 1 sont constitués, dans ce mode de réalisation, par un manchon cylindrique creux 8 et par un écrou de serrage 9. Plus particulièrement, le manchon creux 8 entoure la tige 4A à l'exclusion de son filetage 4C, et il se termine à l'une de ses extrémités par une embase 8A dont la face transversale d'extrémité 8B s'applique efficacement contre la face extérieure 3B de la plaque correspondante 3, délimitant ledit passage axial 6. Le manchon 8 comprend par ailleurs une patte 8C prolongeant latéralement la face transversale 8B, à la périphérie de l'embase. On voit, notamment sur les figures 3 et 4, que cette patte latérale 8C s'engage dans l'une des encoches longitudinales des plaques, contre son fond 6C, de sorte que le manchon 8 est immobilisé en rotation par rapport aux plaques 2 et 3.De plus, dans la paroi interne 8D du manchon creux 8 sont ménagées des rainures longitudinales 8E, qui sont régulièrement réparties les unes par rapport aux autres et dans lesquelles s'engagent, lors de son montage, des ergots radiaux 4F faisant saillie par rapport à la tige 4A au voisinage de son filetage 4C. La position de ces rainures longitudinales 8E est telle que, lorsque les ergots radiaux 4F de la tige dudit élément allongé, occupant son second état stable, sont engagés dans les rainures 8E, les dents radiales 4D s'appliquent contre la face extérieure 2B de la plaque, définie, à cet endroit, par les bords des saillies longitudinales 6B. Ainsi, par ce montage assurant, d'une part, la liaison en rotation du manchon 8 par rapport aux plaques 2 et 3, et d'autre part, la liaison en rotation du manchon 8 et de l'extrémité filetée de l'élément allongé 4, la tête 4B de ce dernier peut se déplacer angulairement autour de l'axe X-X, puisque son extrémité opposée filetée 4C est maintenue fixe. De plus, on est sûr que les dents radiales 4D sont automatiquement placées en appui contre la plaque 2, et donc décalées angulairement des encoches longitudinales 6A dudit passage. Bien entendu, le manchon pourrait présenter plusieurs pattes latérales 8C. Une fois l'élément allongé 4, occupant son second état stable correspondant à sa structure cristalline martensitique, et le manchon 8 mis en place, l'écrou de serrage 9 est monté sur le filetage 4C de la tige 4A et assure l'immobilisation de l'assemblage réalisé en pressant axialement le manchon 8 contre la plaque 3 et la tête 4B de l'élément allongé contre la plaque 2. Quant aux moyens thermiques 7, destinés à permettre le changement d'état de l'élément allongé, c'est-à-dire la modification de sa structure cristalline martensitique (figures 1 à 4) vers sa structure cristalline austénitique (figures 5 à 8), ils sont avantageusement logés dans un évidement 4G prévu dans l'extrémité filetée 4C de la tige 4A. Ces moyens thermiques 7 sont, par exemple, constitués par une composition chauffante ou analogue 7A, par exemple pyrotechnique non détonante, disposée dans le fond 4H de l'évidement qui est par la suite obturé par un bouchon fileté 10. Une alimentation électrique 7B est reliée à la composition 7A. Pour obtenir le déblocage rapide et à distance du dispositif de fixation 1, et ainsi la libération des plaques 2 et 3, on procède à l'allumage de la composition thermique 7A par l'intermédiaire du circuit d'alimentation électrique 7B. La chaleur dégagée par la composition se propage dans l'élément allongé 4 réalisé en un alliage à mémoire de forme, de sorte que sa structure cristalline alors en phase martensitique, correspondant à son second état stable, se modifie progressivement, jusqu'à atteindre sa phase austénitique, correspondant à son premier état stable, après le franchissement de la zone de température de transition. Ainsi, comme l'extrémité filetée 4C est immobilisée par l'écrou fixe 9 et liée en rotation par les ergots 4G dans les rainures du manchon solidaire en rotation des plaques, la tête 4B de la tige 4A se déplace en torsion autour de l'axe X-X de l'élément allongé, de l'angle déterminé, de façon que ses dents radiales 4D soient alors en regard et alignées avec les encoches longitudinales 6A dudit passage 6. On voit alors sur les figures 5 à 8 que les plaques 2 et 3 ne sont plus maintenues assemblées par le dispositif 1, et peuvent être retirées de celui-ci, par coulissement relatif des encoches le long des dents, dont la dimension est légèrement inférieure à celles des encoches, la patte longitudinale 8C ne gênant pas le déplacement relatif axial des encoches par rapport aux dents. Cette transformation angulaire de l'élément allongé s'accompagne d'efforts importants permettant de combattre les frottements dus au serrage du dispositif de fixation. Par ailleurs, l'angle de déformation est fonction des caractéristiques de l'alliage à mémoire de forme utilisé et de la longueur de la tige. Aussi, pour éviter un angle de déformation trop important, on peut prévoir, comme le suggère la figure 9, une tige 4A dont la paroi présente, en coupe longitudinale, une forme de zigzag, raccourcissant ainsi la longueur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation de pièces, à déblocage rapide, du type comportant - un élément allongé (4) destiné à traverser des trous en regard (2A,3A) ménagés dans les pièces à assembler (2,3), et terminé, à l'une de ses extrémités, par une tête (4B) susceptible de s'appliquer contre la face extérieure d'une (2) des pièces externes ; et - des moyens de serrage (5) coopérant par vissage avec ledit élément allongé (4), et susceptibles de s'appli quer contre la face extérieure de l'autre pièce externe (3) caractérisé en ce que ladite tête (4B) se présente sous la forme d'au moins une dent radiale (4D) ou analogue, en ce que le passage (6) formé par lesdits trous en regard (2A,3A) dans lesdites pièces présente une encoche (6A) correspondant à ladite dent de l'élément allongé, et en ce que ledit élément allongé (4) est réalisé en un alliage à mémoire de forme, à deux états stables, de façon que, pour l'un de ses deux états stables, la dent (4D) dudit élément allongé soit décalée angulairement de ladite encoche (6A) et s'applique contre la face extérieure (2B) de la pièce externe correspondante, immobilisant, avec lesdits moyens de serrage (5), lesdites pièces, et que, pour son autre état stable, ladite dent (4D) soit alignée avec ladite encoche (6A) par une déformation en torsion dudit élément (4) sous l'action de moyens thermiques (7), désolidarisant lesdites pièces. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tête (4B) dudit élément allongé est définie par une pluralité de dents radiales (4D) équi-angulairement réparties les unes par rapport aux autres, et en ce que ledit passage (6), formé par les trous en regard des pièces, présente une pluralité d'encoches correspondantes (6A). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément allongé (4) est constitué par une tige cylindrique (4A), dont une extrémité se termine par ladite tête (4B) et dont l'autre extrémité est pourvue, à sa périphérie, d'un filetage (4C) avec lequel coopèrent lesdits moyens de serrage. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes 1à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage (5) comprennent un manchon cylindrique (8) entourant l'élément allongé et s'appliquant contre la face extérieure de la pièce correspondante, et un écrou (9) monté par vissage au bout de l'élément allongé et pressant ledit manchon contre ladite pièce. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit manchon (8) et ledit élément allongé (4) sont solidaires en rotation, et en ce que ledit manchon (8) est immobilisé en rotation par rapport auxdites pièces (2,3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit manchon creux (8) entourant l'élément allongé est pourvu d'au moins une rainure longitudinale interne (8E) dans laquelle est reçu un ergot radial (4F) prévu sur la tige dudit élément allongé (4). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la face d'extrémité (8B) dudit manchon, qui s'applique contre la pièce correspondante, se prolonge d'une patte latérale (8C) s'engageant dans ladite encoche (6A) prévue dans le passage (6) des pièces. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens thermiques (7), aptes à provoquer le changement d'état dudit élément allongé, sont logés dans un évidement (4G) prévu dans ledit élément allongé (4). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens thermiques (7) comprennent une composition chauffante (7A), logée dans ledit évidement ménagé dans l'extrémité filetée (4C) de la tige (4A), et reliée à une alimentation électrique (7B).