Brevet FR2841651A1 — publié le 20040102

L'invention concerne un assemblage pour appliquer à un organe, en vue de son maintien vis-à-vis d'une pièce de réception destinée à le recevoir, une mise sous contrainte limitée exercée, en direction de cet organe, par un moyen de pression et de fixation, par l'intermédiaire d'un moyen de contrôle de l'effort. En particulier, il s'agit de fixer à une structure vibrante (c'est-à-dire, susceptible d'émettre des vibrations) un capteur de vibrations. Typiquement, il peut s'agir d'un capteur destiné à être installé dans un véhicule automobile en contact avec le bloc moteur, en particulier pour constituer un capteur accélérométrique et plus particulièrement, un capteur sensible aux cliquetis qui affectent régulièrement le fonctionnement des moteurs à combustion interne. Pour fixer un organe, et en particulier un tel capteur, à sa pièce de réception, en particulier un bloc moteur, il est connu d'utiliser un boulon, lequel est couramment vissé à l'aide d'une visseuse. De toutes façons, l'organe est conçu pour résister aux efforts exercés lors de la fixation. Dans le cas des capteurs de cliquetis, on utilise typiquement une embase qui reprend l'effort de vissage et qui sert également souvent de support au capteur, dès lors que l'embase présente alors une partie en forme de couronne interposée entre le capteur et le bloc moteur, tandis qu'un écrou de serrage en prise sur le ft tubulaire de l'embase contre lequel s'appuie la tête du boulon, serre le capteur contre la couronne. L'invention a pour objet de proposer: - une solution qui évite d'utiliser une telle embase, - qui ne nécessite pas la présence de deux étapes de serrage (serrage du boulon et serrage de l'écrou), - qui permette de contrôler efficacement l'effort de serrage de l'organe à fixer, -qui assure donc une mise sous contrainte appropriée de l'organe, tout en assurant sa fixation en toute sécurité, -qui limite les cots de revient et temps d'intervention pour l'opérateur. Une caractéristique importante de la solution de l'invention consiste, dans ces conditions, et pour satisfaire à une partie au moins de ces buts, en ce que l'assemblage soit tel que: - l'organe à mettre sous contrainte et à maintenir est un capteur de vibrations comprenant, suivant un axe, un empilement d'éléments incluant un élément en matériau piézo-électrique et des électrodes en liaison électrique avec cet élément, les électrodes présentant des broches de connexion pour que le capteur puisse transmettre des données relatives aux vibrations reçues, - la pièce de réception destinée à recevoir ce capteur est propre à transmettre des vibrations vers le capteur, - le moyen de pression et de fixation comprend une tête d'appui et une première partie de traction en prise sur une seconde partie de traction complémentaire de la première partie, pour assurer une traction sur la tête d'appui lorsque celle-ci est disposée en regard d'une première surface du capteur opposée à une deuxième surface disposée en regard de la pièce de réception, -et le moyen de contrôle de l'effort comprend un ft définissant axialement une entretoise entre le capteur et la pièce de réception, le ft s'étendant pour cela axialement au-delà de la première surface du capteur o il coopère avec une couronne disposée coaxialement au capteur et présentant une paroi inclinée par rapport à son axe, la couronne étant interposée entre la tête du moyen de pression et de fixation et ladite première surface du capteur pour assurer la mise sous contrainte de ce capteur, sous l'effet d'une pression exercée sur lui par la couronne et d'un effort axial de la tête sur le 1 5 ft. En particulier s'il s'agit d'un capteur de vibrations à fixer sur un bloc moteur, il est par ailleurs conseillé que: - les éléments empilés du capteur présentent une forme annulaire, avec un orifice central s'étendant suivant l'axe, - le ft du moyen de contrôle de l'effort est tubulaire et s'étend à l'intérieur de l'orifice de la pile d'éléments du capteur, - et le moyen de pression et de fixation comprend une tige s'étendant axialement à l'intérieur du ft tubulaire, cette tige étant pourvue de la première partie de traction qui est engagée à l'intérieur d'un passage ménagé dans la pièce de réception. Dans le but de s'exonérer de la présence de l'embase évoquée ci-avant, et en particulier de sa couronne sur laquelle l'art antérieur prévoyait typiquement de serrer le capteur par l'intermédiaire d'un écrou, une autre caractéristique de l'invention conseille que: - la seconde surface du capteur est appliquée (directement) contre une surface de la pièce de réception, - et le ft du moyen de contrôle de l'effort est également en appui contre cette surface de la pièce de réception. Pour favoriser la répartition de l'effort de serrage entre l'effort axial exercé par le moyen de pression et de fixation et la contrainte favorable à exercer directement sur le capteur par l'intermédiaire du moyen de contrôle de l'effort (en favorisant alors un contact étroit entre les éléments empilés du capteur qui présentent dans ce cas une forme annulaire comme indiqué ci-avant), il est conseillé que le ft tubulaire se raccorde à la couronne, vers sa première extrémité, et la tête du moyen de pression et de fixation vient au contact du moyen de contrôle de l'effort sensiblement à l'endroit de la liaison entre le ft et la couronne. Pour éventuellement gagner en encombrement ou assurer d'une manière encore plus directe le contrôle de l'effort exercé sur un capteur annulaire, une autre caractéristique de l'invention prévoit que le fut tubulaire du moyen de contrôle de l'effort puisse se raccorder à la couronne, vers sa première extrémité et, qu'à proximité, ce ft présente un épaulement radial augmentant sa section vers cette première extrémité et définissant une cavité à l'intérieur de laquelle est reçue la tête du moyen de pression et de 1 0 fixation. En particulier lorsque le capteur consiste en un capteur de vibrations (capteur de cliquetis sur bloc moteur), il est connu, une fois le capteur fixé sur la pièce destinée à le recevoir, d'enrober ce capteur par surmoulage d'une matière plastique, afin en particulier de rendre le capteur étanche et de figer et de protéger les éléments empilés qui le constituent. Dans le cadre de l'invention, pour favoriser la cohésion et la protection de ces éléments empilés, y compris en ce qui concerne leur liaison électrique, tout en favorisant un serrage fiable dans le temps avec une contrainte de serrage appropriée, une autre caractéristique de l'invention conseille que les éléments empilés du capteur soient disposés à l'intérieur d'un boîtier en matière plastique comprenant au moins deux parties réunies ensemble suivant l'axe du capteur et donc suivant l'axe de l'effort exercé sur lui par le moyen de pression et de fixation. Le positionnement radial des éléments du capteur vis-à-vis du moyen de contrôle de l'effort étant important pour un fonctionnement efficace du capteur ainsi que pour le bon déroulement des opérations de serrage de ce capteur sur sa pièce de réception, une autre caractéristique de l'invention conseille que: - les éléments empilés du capteur présentent une forme annulaire, avec un orifice central s'étendant suivant l'axe, et - le ft du moyen de contrôle de l'effort est tubulaire et présente une surface extérieure pourvue d'ergots vers l'extrémité libre du ft située à l'opposé de la couronne, le ft étant engagé à force à l'intérieur de la pile d'éléments du capteur. Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels: sur la figure 1, on a représenté en deux demi-vues (gauche/droite) accolées le principe de fixation de l'organe à maintenir qui concourt à limiter les efforts exercés sur les éléments empilés de l'organe tout en assurant un maintien fiable de ce dernier, sur les figures 2 et 3, on a représenté respectivement en vue éclatée et en vue assemblée un capteur de vibration qui peut correspondre à l'organe à fixer schématisé sur la figure 1, sur la figure 4, on a représenté en coupe verticale un assemblage correspondant fonctionnellement à la solution de la figure 1, mais avec un mode de réalisation particulier pour le moyen de contrôle de l'effort, lequel est à nouveau représenté en coupe sur la figure 5, avec une vis de serrage associée (vue agrandie par rapport à celle de la figure 4), sur les figures 6 et 7, le mode de réalisation précédent de l'organe de contrôle de l'effort est à nouveau représenté, suivant une vue en perspective (figure 6) et suivant une vue de dessous (figure 7), dans le sens de la flèche VII de la figure 6, et sur la figure 8, on a représenté schématiquement, à nouveau en coupe verticale, une alternative de réalisation de ce moyen de contrôle de l'effort. Sur la figure 1, on voit donc schématiquement représenté un assemblage 2 comprenant un boulon 4 pour serrer un organe 1 contre une pièce 3, avec interposition d'un moyen intermédiaire de contrôle de l'effort 8. Le moyen de pression et de fixation est donc un boulon vissé suivant l'axe 19 à l'intérieur d'un orifice taraudé 12 de la pièce 3. En alternative, on aurait pu envisager un autre moyen de fixation, tel par exemple qu'un rivet en prise avec une surface de la pièce 3. Le moyen de contrôle de l'effort comprend un ft 14 définissant, suivant l'axe 19, une entretoise entre l'organe 1 et la pièce 3, ainsi qu'une couronne 16 présentant une paroi inclinée par rapport à l'axe 19. La couronne 16 est tronconique et interposée entre la tête élargie du moyen 4 de pression et de fixation et une première surface 9a de l'organe 1 opposée à la surface 1 la par laquelle l'organe 1 vient en appui contre la surface 3a de la pièce 3. A gauche sur la figure 1, l'entretoise 14 qui s'étend donc entre la base (définissant un épaulement) de la tête élargie 4a et la surface 3a, reçoit directement la pression axiale consécutive au vissage du boulon, la couronne tronconique 16 transmettant une partie de cet effort vers l'organe 1. A droite, l'épaulement à la base de la tête 4a repose sur une partie annulaire 16'a de la couronne 16' qui est perpendiculaire à l'axe 19, cette partie 16'a étant ellemême en contact avec l'entretoise 14' dont la longueur nominale L' est inférieure à la longueur L d'une distance correspondant à l'épaisseur de la partie annulaire 16'a. Comme l'entretoise 14 de gauche, l'entretoise 14' de droite vient par ailleurs en appui contre la surface 3a de la pièce 3. Ainsi, une pression exercée suivant l'axe 19 par le moyen 4 de pression et de fixation entraîne une pression axiale sur l'entretoise 14' avec pour corollaire une diminution de la longueur axiale L', une partie de l'effort passant donc dans l'organe 1, via la grande base de la couronne 16'. Sur la figure 1, l'organe 1 a été schématisé comme comprenant, dans la direction de l'axe 19, un empilement d'éléments incluant un élément 13 en matériau piézo-électrique et des électrodes l5a, 15b, en liaison électrique avec cet élément, les électrodes étant adaptées pour que le capteur puisse transmettre les données relatives aux vibrations reçues par l'organe 1 qui peut en particulier être métallique, notamment s'il s'agit du bloc moteur d'un véhicule comme cela est a priori prévu. Sur les figures 2 et 3, l'organe 1 représenté est un capteur de vibrations et particulièrement un capteur de cliquetis chargé de détecter les vibrations transmises par le bloc moteur 3 d'un véhicule automobile. Le capteur 1 comprend ainsi une série d'éléments empilés 5 dont le rôle est de capter les vibrations acoustiques et de les transformer en un signal électrique, lequel est transmis vers un calculateur 6 conçu pour traiter ces informations et pour apporter, si nécessaire, une correction au fonctionnement du moteur (voir figure 3). Les éléments empilés 5 sont logés à l'intérieur d'un boîtier 7 comprenant deux parties 9, 11 complémentaires, en ce sens qu'une fois les parties réunies, le boîtier constitue un ensemble globalement fermé protégeant et réunissant ensemble les éléments empilés 5 dénommés ci-après "éléments sensibles". Ces éléments sensibles comprennent en particulier l'élément piézoélectrique 13 interposé entre les deux électrodes 15a, 15b. Les électrodes 15a, 15b sont accolées chacune à l'une des deux faces opposées de l'élément 13 et sont donc séparées l'une de l'autre. Chaque électrode présente une broche 17a, 17b par laquelle les données électriques fournies par l'élément en matériau piézo-électrique 13 vont être transmises vers le calculateur. Comme on peut le constater sur la figure 2, en partant du bas de la pile, on trouve d'abord dans la réalisation illustrée et suivant l'axe d'empilement 19, la première électrode 15a, l'élément 13 en matériau piézo-électrique, la seconde électrode 15b, puis un bloc 21 constituant une masse sismique. Typiquement, il s'agit d'un bloc métallique. Un tel empilement peut être directement logé, ainsi empilé axialement, à l'intérieur du boîtier 7, lorsque ses deux parties 9, 11 sont axialement rapprochées, comme le montre la figure 3. Pour une protection et un maintien efficaces des éléments 5, chaque partie de boîtier comprend un fond 9a, 1 la d'o se dresse une paroi latérale extérieure 9b, 11 b. Dans l'état assemblé, les parois latérales extérieures 9b, 11 b s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe d'empilement 19. Pour un maintien efficace des éléments sensibles 1 à l'intérieur du boîtier, la surface interne de la paroi latérale extérieure de chaque partie de boîtier présente des excroissances saillantes repérées 23, et la section des éléments empilés est adaptée pour que ces éléments soient engagés à force à l'intérieur des parties du boîtier, en contact serré avec les excroissances 23. Les parois latérales 9b, 11 b s'étendent suivant des secteurs angulaires et ne sont donc pas continues suivant le périmètre. Dans le mode de réalisation illustré, ces parois latérales définissent en quelque sorte chacune une denture orientée parallèlement à l'axe 19, avec ses piliers tels que 29a, 29b; 31 a, 31 b, et ses ouvertures, telles que 39a, 39b; 41a, 41 b. Une telle forme crénelée permet (par déplacement relatif suivant l'axe 19) aux piliers de l'une des parties de s'engager dans les ouvertures de l'autre partie du boîtier 7. Avantageusement, le secteur angulaire suivant lequel se développent les piliers de l'une des parties correspond avantageusement, dans une position angulaire relative déterminée par rapport à l'axe 19 d'une partie par rapport à l'autre, au secteur des ouvertures de l'autre partie, de manière que dans l'état engagé ou emboîté de la figure 3, on obtienne un blocage angulaire d'une partie de boîtier par rapport à l'autre. Dans cette position, on peut constater que les broches 17a, 17b passent quant à elles à travers deux ouvertures 33a, 33b, de corde identique Il à peine supérieure à la largeur 12 de chaque broche 17a, 17b. Ces ouvertures sont séparées par une étroite paroi 35. Etant donné que, de préférence, les deux parties 7, 11 de boîtier sont identiques, l'autre partie 7 est ici pourvue des mêmes deux découpes de corde Il proches l'une de l'autre. C'est la large ouverture 39a que l'on voit, sur la figure 3, recevoir la zone o sont disposées les broches 17a, 17b. On notera également que, compte tenu de la fixation du capteur 1 par un moyen de serrage qui s'engage suivant l'axe 19, pour une fixation "par le centre", le capteur 1 se présente globalement, dans cette réalisation, comme un assemblage annulaire, avec une série d'éléments 5 eux-mêmes individuellement annulaires, empilés suivant l'axe de révolution 19, les deux parties de boîtier 9, 11 étant également annulaires, avec chacun un orifice central 9c,11 c. Sur la figure 2, on peut constater que chaque partie 9, 11 de boîtier est telle que son orifice central 9c, 11c est bordé par une paroi latérale intérieure continue 59, 63 s'étendant parallèlement à l'axe 19 et de hauteur, suivant cet axe, inférieure à la hauteur des piliers tels que 29a, 29b, si les deux parties de boîtier sont identiques. De préférence le diamètre extérieur de la (chaque) paroi intérieure, respectivement 59, 63, de la partie correspondante de boîtier sera sensiblement égal (à peine plus petit) que le diamètre intérieur de chaque anneau constituant un des éléments sensibles 5, de manière que le jeu des anneaux dans le boîtier soit, à cet endroit, limité. A noter que le report des excroissances 23 sur la face intérieure des parois latérales extérieures du boîtier permet un meilleur centrage et un maintien serré plus efficace de ces éléments que si l'on avait réalisé ces excroissances en saillie sur la paroi latérale intérieure 59. Sur la figure 3, on peut également constater l'aspect qu'a le capteur 1 une fois le boîtier 7 fermé autour de ses éléments sensibles, et après qu'une matière plastique d'enrobage a été injectée autour du boîtier ainsi fermé, dans un moule adapté à cet effet. A noter à cet égard que des gorges radiales 67 seront avantageusement prévues dans le fond de chaque partie de boîtier pour favoriser la répartition de la matière d'enrobage, ces gorges pouvant se raccorder radialement à des canaux circulaires respectivement intérieur 69 et extérieur 71 limités par des rebords ménagés au droit de la paroi latérale intérieure et de la paroi latérale extérieure, respectivement. Sur la figure 4, l'organe 1 à maintenir et à fixer est représenté comme un bloc unique, annulaire, lié à la pièce 3 par la vis 4 dont la tige est engagée dans l'orifice 12, avec ses filets 20 en prise avec le taraudage 22 du trou 12. Sur cette figure, on remarque que le moyen intermédiaire de contrôle de l'effort exercé sur l'organe 1 est constitué par une pièce unique 24 que l'on voit plus en détail, suivant ce mode de réalisation, sur les figures 5, 6 et 7. La pièce 24 comprend un ft tubulaire 26 qui s'étend à l'intérieur de l'orifice 1 ic du capteur 1, et ce suivant l'axe de serrage 19. A l'opposé de son extrémité libre 26a par laquelle il vient en appui contre la surface 3a, le ft 26 se raccorde à la couronne 28 de manière à constituer la pièce monobloc souhaitée. Sur les figures 4 et 5, on constatera que la base de la tête élargie 3 du moyen de pression et de fixation vient exercer son effort axial dans la zone coudée ou bombée 30 o se raccorde le ft et la couronne. La couronne 28 définit un moyen élastique de pression et on adapte l'équilibre raideur/flexibilité de cette couronne 28 par le choix de la matière de la pièce 24 et grâce aux ouvertures 32 ménagées dans cette couronne comme on le voit sur les figures 6 et 7. Typiquement, la pièce intermédiaire 24 sera métallique. A titre d'information, pour un capteur de cliquetis tel que celui des figures 2 et 3 monté sur un bloc moteur et fixé à ce dernier par un boulon, l'ordre de grandeur du serrage du boulon sera avantageusement de l'ordre de quelques tonnes, tandis que la contrainte nécessaire à un maintien et à un fonctionnement performant du capteur 1 ne sera alors que de quelques dizaines à quelques centaines de kilogrammes. Ceci permettra en particulier une réalisation en matière plastique du boîtier 7, sans risque de fluage notable du boîtier, du fait du serrage. Sur la figure 4, on pourra remarquer que le capteur 1 et la pièce intermédiaire 24 sont montés radialement serrés (quasiment sans jeu) autour de la tige du boulon 4. Pour justement assurer un maintien serré de la pièce 24 vis-à-vis du capteur, et en particulier de son boîtier 7, le ft tubulaire 26 de la pièce 24 est, en particulier sur les figures 6 et 7, pourvu vers son extrémité 26a d'ergots 30 faisant saillie latéralement à sa paroi extérieure, de manière à serrer le contact avec la surface extérieure de la paroi intérieure 59 du boîtier. En d'autres termes, le diamètre extérieur du ft 26, en particulier à l'endroit des ergots 34 et le diamètre intérieur du boîtier 7, à l'endroit de la paroi annulaire intérieure 59, seront adaptés pour que le ft 26 soit engagé à force à l'intérieur du capteur et plus particulièrement, de l'orifice central de son boîtier. Sur la figure 8, on retrouve le même moyen de serrage 4 ainsi que l'organe à serrer 1, et le moyen de contrôle de l'effort (ici référencé 40) est toujours une pièce unique, monobloc, avec un ft tubulaire définissant une entretoise, coaxialement à l'axe de serrage 19. En outre, ce ft 42 qui s'étend entre la base et le capteur 1 (en appui sur la paroi 3a de la pièce 3) et la base de la tête renflée 4a se prolonge toujours sensiblement radialement, de ce côté, par une couronne 44 élastiquement déformable. Mais, à proximité du raccordement de la couronne, le ft tubulaire 42 présente maintenant un épaulement radial 46 définissant une cavité 48 dans laquelle est logée (une partie de) la tête 4a du moyen de pression et de fixation 4. En d'autres termes, la couronne (ou collerette) 44 élastiquement déformable débute là o se termine la cavité 48, de sorte que la couronne 44 reçoit l'effort par l'intermédiaire de la paroi annulaire 50 qui délimite radialement la cavité 48. REVENDICATIONS Il.- Assemblage pour appliquer à un organe (1), en vue de son maintien vis-àvis d'une pièce de réception destinée à le recevoir, une mise sous contrainte limitée exercée, en direction de cet organe, par un moyen (4) de pression et de fixation, par l'intermédiaire d'un moyen (8,24) de contrôle de l'effort, dans lequel assemblage: - l'organe (1) à mettre sous contrainte et à maintenir est un capteur de vibrations comprenant, suivant un axe, un empilement d'éléments incluant un élément (13) en matériau piézo-électrique et des électrodes (15a,15b) en liaison électrique avec cet élément, les électrodes présentant des broches de connexion pour que le capteur puisse transmettre des données relatives aux vibrations reçues, - la pièce de réception (3) destinée à recevoir ce capteur est propre à transmettre des vibrations vers le capteur, - le moyen (4) de pression et de fixation comprend une tête d'appui (4a) et une première partie de traction (20) en prise sur une seconde partie(22) de traction complémentaire de la première partie, pour assurer une traction sur la tête d'appui lorsque celle-ci est disposée en regard d'une première surface (la) du capteur opposée à une deuxième surface disposée en regard de la pièce de réception, -et le moyen (8,24) de contrôle de l'effort comprend un ft définissant axialement une entretoise (14,26) entre le capteur et la pièce de réception, le ft s'étendant pour cela axialement au-delà de la première surface du capteur o il coopère avec une couronne (16,28) disposée coaxialement au capteur et présentant une paroi inclinée par rapport à son axe, la couronne étant interposée entre la tête du moyen de pression et de fixation et ladite première surface du capteur pour assurer la mise sous contrainte de ce capteur, sous l'effet d'une pression exercée sur lui par la couronne et d'un effort axial de la tête sur le ft. 2.- Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - les éléments empilés (5) du capteur présentent une forme annulaire, avec un orifice central s'étendant suivant l'axe (19), - le ft (26) du moyen de contrôle de l'effort est tubulaire et s'étend à l'intérieur de l'orifice de la pile d'éléments du capteur, - et le moyen de pression et de fixation comprend une tige s'étendant axialement à l'intérieur du ft tubulaire, cette tige étant pourvue de la première partie (20) de traction qui est engagée à l'intérieur d'un passage (12) ménagé dans la pièce de réception. 3.- Assemblage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que: - la seconde surface (11 b) du capteur est appliquée contre une surface (3a) de la pièce de réception, - et le ft (26) du moyen de contrôle de l'effort est également en appui contre cette surface de la pièce de réception. 4.- Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ft tubulaire (26) se raccorde à la couronne (28), vers sa première extrémité, et la tête du moyen (4) de pression et de fixation vient au contact du moyen de contrôle de l'effort sensiblement à l'endroit de la liaison entre le ft et la couronne. 5.- Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ft tubulaire (42) se raccorde à la couronne (44), vers sa première extrémité, et à proximité, le ft tubulaire présente un épaulement radial (46) augmentant sa section vers cette première extrémité et définissant une cavité (48) à l'intérieur de laquelle est reçue la tête du moyen de pression et de fixation. 6.- Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments empilés (5) du capteur sont disposés à l'intérieur d'un boîtier (7) en matière plastique comprenant au moins deux parties (9,11) réunies ensemble suivant l'axe (19) du capteur et donc suivant l'axe de l'effort exercé sur lui. 7.- Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - les éléments empilés (5) du capteur présentent une forme annulaire, avec un orifice central (11 c) s'étendant suivant l'axe (19), et - le ft du moyen de contrôle de l'effort est tubulaire et présente une surface extérieure pourvue d'ergots (34) vers l'extrémité libre du ft située à l'opposé de la couronne, le ft étant engagé à force à l'intérieur de la pile d'éléments du capteur.