Brevet FR2691217A1 — publié le 19931119

RODE DE LIAISON ENTRE DEUX PIECES PERM Ei TANT DE S'AFFRANOElR DES PROBLEMES DE DILAITAION DIE IELLE IORS DE VAR/Ae IONS IMPOPANIS DE TEMPERATURE. La présente invention a pour objet un mode de liaison entre une pièce d'une matière donnée, par exemple en un matériau céramique, et une autre pièce d'une autre matière donnée, par exemple métallique, permettant de garantir une constance des qualités de la liaison malgré une forte variation de la température à laquelle cet ensemble est soumis et malgré des différences significatives éventuelles entre les coefficients de dilatation des matériaux qui constituent ces deux pièces. Elle a plus particulièrement pour objet l'assemblage de pièces en matériau réfractaire, par exemple en silice vitreuse avec des pièces métalliques. Ce mode de liaison s'applique avantageusement mais de manière non limitative à la liaison d'au moins un embout métallique à un rouleau de silice vitreuse Un tel rouleau est destiné par exemple à supporter et/ou entraîner une charge qui se déplace sur une série de rouleaux identiques montés côte-à-côte Cette charge peut être constituée par un matériau en bande ou en plaque, tel que l'acier ou le verre. Le document US-A-4 399 598 décrit un rouleau céramique pour transporter des feuilles de verre en vue de leur traitement thermique Le cylindre est monté tournant sur des paliers par l'intermédiaire d'embouts montés avec jeu à chacune des extrémités du cylindre Un ou plusieurs anneaux fendus compressibles radialement sont disposés dans l'espace compris entre le diamètre extérieur du cylindre et le diamètre intérieur de l'embout. On connaît également (US-A-4 404 011) un rouleau de type similaire constitué par un cylindre d'un matériau réfractaire aux extrémités duquel sont fixés des embouts métalliques Un jeu est prévu entre les embouts et le cylindre Dans ce jeu sont logés des lamelles métalliques longitudinales utilisées en tant que ressorts. Ces systèmes connus de l'art antérieur permettent la reprise de la dilatation différentielle lors d'un changement de température En effet, le cylindre, réalisé en un matériau réfractaire, ne se dilate pratiquement pas alors que, au contraire, les embouts métalliques se dilatent fortement Le jeu entre le cylindre et les embouts varie par conséquent dans des proportions importantes en fonction de la température C'est la raison pour laquelle il est nécessaire de prévoir des dispositifs élastiques logés dans cet espace afin de permettre le rattrapage du jeu Toutefois, un inconvénient de ces dispositifs réside dans le fait que les forces de liaison entre le rouleau et l'embout diminuent dans le cas d'une élévation de température d'une part à cause de la chute, lors de la montée en température, des caractéristiques mécaniques des ressorts et d'autre part en raison de l'augmentation du jeu La valeur max Limale de la force de liaison est obtenue lors de la pré-contrainte de l'enxbut sur le rouleau à température ambiante Cette valeur de pré-contrainte est limitée par la résistance des matériaux. Ces paramètres limitent la plage de température de bon fonctionnement. On connaît également des assemblages réalisés par collage Toutefois ces assemblages présentent également certains inconvénients La qualité de la liaison est limitée en température en partie par la perte des caractéristiques mécaniques de la colle. Le mode de liaison de l'invention remédie à ces inconvénients Il permet de maîtriser les efforts de liaison entre l'embout et le rouleau quels que soient les diamètres d'assemblage, la nature des matériaux constituant le rouleau et ses embouts ainsi que la température de fonctionnement de l'ensemble. Ces buts sont atteints en interposant entre le rouleau et l'embout des lames bimétalliques thermo-déformables dont les caractéristiques sont choisies en fonction de la valeur de la dilatation différentielle, des jeux et tolérances d'usinage, des efforts nécessaires au fonctionnement en température et de la valeur des efforts de pré-contrainte retenus pour l'assemblage à température ambiante. Un des avantages de la présente invention est de pouvoir moduler les efforts de liaison entre rouleau et embout, de permettre de les garder constants, de les rendre progressifs ou dégressifs lors des variations de température. Un autre avantage de la présente invention est d'assurer un bon centrage des embouts par rapport au rouleau. Ti s'ensuit, en utilisation, de bonnes caractéristiques géométriques de l'ensemble y compris à des tempxratures supérieures à celles que permettent les solutions actuelles. De préférence les éléments thermo-déformables sont conçus de telle manière que les forces de liaison entre les deux pièces sont indépendantes de la température d'utilisation de l'ensemble En variante ils peuvent être conçus de manière que les forces de liaison entre les deux pièces croissent ou décroissent en fonction de la température d'utilisation de l'ensemble. Ces éléments bimétalliques peuvent être soit des lames, soit des pastilles Ils peuvent être montés en série, en parallèle ou en série- parallèle Ils peuvent être également pré-assemblés en cartouche, thermodestructible, ou non. Selon une autre caractéristique de l'invention, le ou les éléments bimétalliques peuvent être associés à au moins un élément non bimétallique, élastique ou non. La liaison peut être effectuée à l'aide d'une combinaison d'une liaison par éléments thermo-déformables et d'un autre système conventionnel tel que ressort, collage ou d'autres moyens conventionnels. Les éléments bimétalliques peuvent être fixés soit sur le rouleau, soit sur l'embout, soit ne pas être fixés Les éléments bimétalliques thermo-déformables peuvent être pré-canbrés L'invention s'applique à la liaison entre un rouleau et une embout externe D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Les figures 1 et 2 représentent respectivement une vue partielle en coupe longitudinale et une vue en section transversale d'un premier mode de réalisation; les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue en coupe longitudinale et en section transversale d'un second mode de réalisation; les figures 5 et 6 représentent respectivement une vue en coupe longitudinale et une vue en section transversale d'un troisième mode de réalisation dans lequel des pastilles bimétalliques sont disposées en série; les figures 7 et 8 représentent respectivement un quatrième mode de Li réalisation dans lequel des pastilles bimétalliques sont disposées en parallèle; les figures 9 et 10 représentent une variante de réalisation dans laquelle les pastilles sont disposées en série parallèle; les figures 1 i et 12 représentent une variante de réalisation dans laquelle des lames bimétalliques sont disposées circonférentiellement. Sur les figures 1 et 2 la référence 1 désigne un rouleau Ce rouleau est réalisé en un matériau céramique réfractaire présentant un faible coefficient de dilatation, par exemple la silice vitreuse On a représenté seulement une extrémité de ce rouleau Il coirporte une partie cylindrique, généralement de diamètre constant Son extrémité comporte une partie de plus petit diamètre destinée à recevoir l'embout 2 Cet embout sera généralement réalisé en un matériau différent du matériau du rouleau, par exemple un métal tel que l'acier Son coefficient de dilatation thermique est par conséquent beaucoup plus important que celui du matériau qui constitue le rouleau C'est la raison pour laquelle l'espace compris entre le diamètre extérieur du rouleau et le diamètre intérieur de l'embout 2 augmente fortement avec la température de fonctionnement de l'ensemble C'est la raison pour laquelle, conformément à l'invention, on a prévu des éléments thermo- déformables bimétalliques 4 Ces éléments sont placés dans des rainures longitudinales 6 réalisées à l'extrémité du rouleau 1 Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 il y a trois rainures 6 dans lesquelles sont disposes six éléments bimétalliques 4 (deux dans chaque rainure) à la suite l'un de l'autre T Les éléments bimétalliques 4 sont par exemple constitués par des bandes de nickel et de nickel allié liées intimement Les éléments bimétalliques thermo-déformables présentent, à température ambiante, une cambrure initiale dite de pré- fléchage dans le sens naturel de déformation en montée en tepérature. Ce pré-fléchage est destiné à assurer une pré-contrainte à température ambiante qui permet la liaison rouleau-embout et la transmission d'un couple suffisant. Le métal de la lame bimétallique présentant le coefficient de dilatation le plus élevé 4 a est-disposé à l'extérieur de la partie cambrée, tandis que le second métal 4 b de la lame bimétallique est disposé à l'intérieur Lorsque la température de l'assemblage augmente, le jeu entre le rouleau et l'embout augmente, mais simultanément la cambrure de l'élément bimétallique 4 augmente par suite de la dilatation plus importante du métal 4 a De la sorte l'augmentation du jeu est compensée par l'augmentation de la cambrure des lames bimétalliques 4 En conséquence le couple transmissible ainsi que l'alignement du rouleau et de l'embout peuvent rester sensiblement constant et l'ensemble peut être utilisé à une température plus élevée que les assemblages de type classique, ladite température pouvant atteindre 750 C voire plus Il est également possible, en choisissant convenablement la nature et les caractéristiques des élément bimétalliques thermo-déformables (nombre d'éléments, dimensions) de maîtriser la variation du couple transmissible en fonction de la température Il est par exemple possible d'obtenir que ce couple transmissible avec la température augmente parce que les éléments thermodéformiables font plus que compenser l'augmentation du jeu entre le rouleau et l'embout. Le pré-fléchage sera en général compris entre 0,2 et 2,5 mim. Dans le but de faciliter le montage de l'ensemble, les éléments bimétalliques thermo-déformables pourront être pré-assemblés sur le rouleau ou sur l'embout, par exemple par collage destructible thermiquement Le ou les emnbouts pourront être chauffés de manière à réduire les efforts d'emmanchement lors du montage Selon une variante de montage, les éléments bimétalliques thermo- déformables sont pré-positionnés dans une cage Il est également possible de refroidir les éléments bimétalliques pour que la déflexion inverse, résultant de cette température inférieure à la température ambiante, annule ou minimise le pré-fléchage initial et permette ainsi un montage plus aisé de l'ensemble. Selon encore une autre variante les éléments bimétalliques thermo- déformables pourront être pré-positionnés et/ou pré-contraints dans des conteneurs destructibles thermiquement, ou par d'autres moyens. On a représenté sur les figures 3 et 4 une variante de réalisation dont le principe est identique à celui qui a été exposé en référence, aux figures 1 et 2 Dans cette variante l'extrémité du rouleau 1 comporte six gorges au lieu de trois mais, chacune de ces gorges ne comporte qu'un élément bimétallique thermo-déformable 4 Ainsi, un élément quelconque se trouve placé entre deux éléments positionnes de telle manière que leur cambrure soit inversée Comme on l'a expliqué en référence à la figure 1, les bilames sont incurvés de telle manière que le métal 4 a présentant le coefficient de dilatation le plus important soit situé à l'extérieur Il en est de même dans le mode de réalisation des figures 3 et 4 Mais, comme représenté sur la partie gauche de la figure, la concavité de l'élément bimétallique est dirigée vers l'embout 2, tandis que, comme représenté sur la partie droite de la même figure 3, la concavité de l'autre moitié des éléments est dirigée vers le rouleau L'élément de gauche présente ainsi un point de contact avec l'embout et deux points de contact avec le rouleau tandis que, inversement, l'élément de gauche présente un seul point de contact avec le rouleau et deux points de contact avec l'embout On définit ainsi trois génératrices de contact des éléments bimétalliques sur l'embout et sur le rouleau Ce type de montage permet pour des embouts courts de multiplier le nombre de génératrices de contact et d'éviter ainsi l'effet de rotule que l'on constaterait si la concavité des éléments déformables était toujours dirigée vers l'embout ou le rouleau. Cet exemple s'applique dans les cas o il est nécessaire de réaliser un embout court ne permettant pas le positionnement de deux éléments dans le prolongement l'un de l'autre comme représenté sur les figures 1 et 2. On a représenté sur les figures 5 et 6 une autre variante de réalisation dans laquelle les éléments bimétalliques thermo-déformables sont constitués par des disques ou rondelles de forme analogue à celle des rondelles élastiques type "BEL Er V LLE" Ces disques ou rondelles sont placés dans des logements cylindriques 6 formés à l'extrémité du rouleau 1 Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 5 et 6 les disques ou rondelles thermo-déformbles sont disposés en série, de telle sorte que leurs flèches unitaires s'ajoutent Ceci permet une plus grande amplitude du mouvement et par suite de compenser un jeu plus important La force de liaison appliquée est celle appliquée par un seul disque ou rondelle. On a représenté sur les figures 7 et 8 une variante des figures 5 et 6 dans laquelle les disques ou rondelles sont disposés en parallèle au lieu d'être disposés en série Les efforts exercés par chacun des éléments thermo-déformables 4 s'ajoutent, mais l'amplitude de la flèche est celle produite par un seul disque ou rondelle Sur les figures 9 et les éléments thermo-déformables 4 sont placés en série parallèle, ce qui permet de combiner les avantages des deux variantes de réalisation précédemment décrites, à savoir obtenir un effort et simultanément une amplitude de la flèche des éléments déformables supérieurs à ceux d'un seul disque ou rondelle. On a représenté sur les figures 11 et 12 une variante de réalisation dans laquelle les éléments bimétallique thermo-déformables 4 sont des lames disposées circonférentiellement sur une partie de plus petit diamètre du rouleau 1. De préférence les lames présentent une précambrure qui correspond au diamètre de la partie terminale du rouleau, ou qui est légèrement supérieure si l'on désire obtenir une précontrainte à température ambiante. Si l'on désire obtenir un couple transmis constant ou croissant avec la température de fonctionnement de l'ensemble, le métal 4 a présentant le coefficient de dilatation le plus élevé sera placé à l'extérieur. Dans le cas contraire, on place le métal 4 b présentant le coefficient de dilatation le plus faible à l'extérieur. REVEND ICAT IONS 1 Mode de liaison entre une première pièce ( 1) d'une matière donnée et une autre pièce ( 2) d'une autre matière, caractérisé en ce que l'on interpose entre la première pièce ( 1) et la seconde pièce ( 2) des éléments bimétalliques ( 4) thermo-déformables. 2 Mode de liaison selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première pièce ( 1) et la seconde pièce ( 2) présentent des coefficients de dilatation différents.3 Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lesdits éléments thermodéformables ( 4) sont conçus de telle manière que les forces de liaison entre les deux pièces sont indépendantes de la variation de la température d'utilisation de l'ensemble.4 Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lesdits éléments thermo-déformables ( 4) sont conçus de telle manière que les forces de liaison entre les deux pièces croissent ou décroissent en fonction de la variation de la température d'utilisation de l'ensemble.5 Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la liaison est effectuée conjointement par des éléments thermo-déformables et un autre système tel que ressort, collage ou d'autres moyens conventionnels. 6 Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les éléments bimétalliques thermo-déformables ( 4) sont pré-cambrés. 7 Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les éléments bimétalliques thermo-déformables ont la forme de lames. 8.Mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les éléments bimétalliques thermo-déformables ont la forme de disques ou de rondelles. 9 Application du mode de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 à la liaison entre un rouleau ( 1) et au moins un erbout externe ( 2).