Brevet FR2941711A1 — publié le 20100806

CROCHET POUR L'ASSEMBLAGE PAR COUTURE D'ELEMENTS FIBREUX La présente invention se rapporte à un crochet pour l'assemblage par couture d'éléments fibreux plus particulièrement destinés à la fabrication d'une pièce en matériau composite. Il est connu en aéronautique d'utiliser une préforme de renforts fibreux pour la fabrication de pièces en matériau composite. Pour ce faire, une préforme est placée dans un moule où elle est imprégnée de résine. La pièce en matériau composite est alors obtenue par polymérisation de la résine et éventuellement détourage. La réalisation de la préforme elle-même peut se faire par l'assemblage par 10 couture d'au moins deux éléments fibreux, par exemple sous forme de plis de renforts fibreux ou de sous-préformes de renforts fibreux. Pour certaines applications, par exemple pour la réalisation de grandes structures telles que des panneaux d'un fuselage, d'une voilure ou d'une nacelle, les dimensions des préformes sont grandes si bien qu'une seule face de la 15 préforme de renforts fibreux se trouve alors accessible pour l'assemblage. Selon un premier mode opératoire pour l'assemblage, illustré sur les figures 1A à 1E et 2, on utilise deux aiguilles à coudre 10, 10' et deux fils 12, 12'. Pour la suite de la description, on entend par aiguille à coudre une tige comprenant à proximité d'une de ses extrémités un chas, à savoir un orifice dont 20 la périphérie est fermée contrairement à une forme en crochet. Chaque fil 12, 12' est guidé par une aiguille à coudre 10, 10' de manière à traverser les deux éléments à assembler formant la préforme 14, les deux aiguilles à coudre ayant des mouvements coordonnés de manière à former des boucles sous la préforme 14 entrelacées, visibles sur la figure 2. A cet effet, comme illustré sur les figures 1A à 1B, l'aiguille 10' traverse la préforme 14 et la boucle du fil 12 tenu par l'aiguille 10. En suivant, l'aiguille 10 remonte au dessus de la préforme 14 et les aiguilles 10 et 10' pivotent en sens contraire. L'aiguille 10 traverse alors la préforme 14 et la boucle du fil 12' tenu par l'aiguille 10'. En suivant, l'aiguille 10' remonte au dessus de la préforme 14 et les aiguilles 10 et 10' pivotent en sens contraire. Ce mode opératoire ne donne pas satisfaction pour les raisons suivantes : - l'utilisation de deux fils conduit à une grande consommation de fils, - le pivotement des aiguilles alors qu'elles sont enfoncées dans la préforme induit une grande désorientation des fibres autour du point de couture, - la rencontre des deux aiguilles à coudre effectuée sous le plan de travail rend la couture plus difficile à réaliser et nécessite que la face de dessous soit accessible aux aiguilles, - enfin, la prise du fil tenu par une aiguille par l'autre aiguille nécessite une grande précision au niveau des mouvements relatifs des deux aiguilles et induit un frottement entre les deux aiguilles qui peut provoquer une détérioration du fil. Selon un second mode opératoire illustré sur les figures 3 et 4, on utilise un seul fil 16, une aiguille à coudre 18 et un crochet 20 de manière à réaliser un point de chaîne. Dans ce cas, l'aiguille à coudre 18 traverse la préforme. Le crochet 20 traverse également la préforme et la boucle du fil 16 tenu par l'aiguille à coudre 18. En remontant au dessus de la préforme, le crochet 20 saisit le fil 16 et le remonte au dessus de la préforme. En parallèle, l'aiguille à coudre 18 remonte au dessus de la préforme, l'aiguille à coudre 18 et le crochet 20 se translatent alors vers un nouveau point. L'aiguille à coudre 18 traverse de nouveau la préforme et le crochet 20 pénètre de nouveau dans la préforme en passant dans la boucle qu'il a formée précédemment. Le crochet 20 continue son mouvement jusqu'à de nouveau traverser la préforme et la boucle du fil 16 tenu par l'aiguille à coudre 18. En continuant ces différents mouvements, on obtient la série de points illustrés sur la figure 4. Ce mode opératoire permet, contrairement au mode opératoire précédent, de réduire la quantité de fil consommé et de ne pas créer trop de désorientation des fibres de renfort au niveau des points de couture. Toutefois, comme précédemment, ce mode opératoire rend la couture plus difficile à réaliser dans la mesure où la rencontre de l'aiguille à coudre et du crochet est effectuée sous la préforme, induit un frottement entre l'aiguille à coudre et le crochet qui peut provoquer une détérioration du fil et nécessite une grande précision au niveau des mouvements relatifs de l'aiguille à coudre et du crochet. Selon un troisième mode opératoire illustré sur les figures 5 et 6, on utilise un fil 22, une aiguille à coudre courbe 24 et un boucleur 26. Dans ce cas, l'aiguille à coudre courbe 24 pénètre dans la préforme et ressort au niveau d'un point décalé au niveau de la même surface (surface supérieure dans le cas présent). Un boucleur 26 passe à travers la boucle du fil 22 tenu par l'aiguille à coudre courbe 24. La dite aiguille à coudre 24 ressort de la préforme et se translate vers un nouveau point comme le boucleur 26. L'aiguille à coudre courbe 24 pénètre de nouveau dans la préforme, ressort au niveau d'un nouveau point décalé en traversant la boucle du fil tenu par le boucleur 26. Ce dernier relâche alors cette boucle pour saisir une nouvelle boucle du fil 22 tenu par l'aiguille 24. En continuant ces différents mouvements, on obtient la série de points illustrés sur la figure 6. Contrairement au premier mode opératoire, ce troisième mode opératoire permet de réduire la quantité de fil consommé et de ne pas créer trop de désorientation des fibres de renfort au niveau des points de couture. Contrairement aux deux modes opératoires précédents, il simplifie la couture dans la mesure où la rencontre de l'aiguille à coudre et du boucleur est opérée au dessus de la préforme. Ainsi, ce mode opératoire peut être utilisé lorsque la préforme repose sur une surface et que la face opposée au point d'accès de l'aiguille à coudre n'est pas libre ou difficilement accessible à cause des dimensions de la préforme. Toutefois, comme précédemment, ce mode opératoire induit un frottement entre l'aiguille à coudre courbe et le boucleur qui peut provoquer une détérioration du fil et nécessite une grande précision au niveau des mouvements relatifs de l'aiguille à coudre courbe et du boucleur. Aussi, la présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une aiguille crochet pour l'assemblage par couture d'éléments fibreux à l'aide d'au moins un fil permettant de simplifier l'assemblage et de réduire les risques d'endommagement dudit fil. A cet effet, l'invention a pour objet une aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux par couture à l'aide d'au moins un fil, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube creux avec à proximité de son extrémité libre une découpe formant une forme en creux ainsi qu'un élément longiligne susceptible de coulisser dans ledit tube creux entre une première position dans laquelle il dégage ladite découpe et ne maintient pas le fil dans ladite forme en creux et une seconde position dans laquelle il ne dégage pas ladite découpe et maintient le fil dans ladite forme en creux. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - les figures 1A à 1E sont des schémas illustrant les mouvements de deux aiguilles à coudre permettant d'obtenir un assemblage selon un premier mode opératoire de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective illustrant la couture obtenue selon le premier mode opératoire illustré sur les figures 1A à 1E, - la figure 3 est un schéma illustrant une aiguille à coudre et un crochet permettant d'obtenir un assemblage selon un deuxième mode opératoire de l'art antérieur, - la figure 4 est une vue en perspective illustrant la couture obtenue selon le deuxième mode opératoire, - la figure 5 est un schéma illustrant une aiguille à coudre courbe et un boucleur permettant d'obtenir un assemblage selon un troisième mode opératoire de l'art antérieur, - la figure 6 est une vue en perspective illustrant la couture obtenue selon le troisième mode opératoire, - les figures 7A à 7G sont des schémas illustrant une aiguille crochet courbe et un guide fil permettant d'obtenir un assemblage d'éléments fibreux par couture selon l'invention, - la figure 8 est une vue en perspective illustrant la couture obtenue selon le procédé d'assemblage selon l'invention, - la figure 9A est une vue en perspective d'une aiguille crochet selon l'invention à l'état fermé, - la figure 9B est une vue en perspective illustrant en détails l'extrémité de l'aiguille crochet selon l'invention illustrée sur la figure 9A, - la figure 10A est une vue en perspective d'une aiguille crochet selon l'invention à l'état ouvert, - la figure 10B est une vue en perspective illustrant en détails l'extrémité de l'aiguille crochet selon l'invention illustrée sur la figure 10A, - la figure 11 est une vue latérale illustrant une tête d'une machine à coudre équipée d'une aiguille crochet selon l'invention, - la figure 12 est une vue latérale illustrant une aiguille crochet selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 13 est une vue illustrant l'extrémité d'une aiguille crochet selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 14 est une vue en perspective d'un support d'une aiguille crochet selon l'invention, - la figure 15 est une vue en perspective d'une variante du procédé utilisant une aiguille crochet rectiligne. La présente invention est destinée à l'assemblage et la consolidation d'éléments fibreux 50 (voir notamment la figure 7F) afin d'obtenir une préforme de renforts fibreux. Un élément fibreux peut se présenter sous la forme d'un pli de renforts fibreux à savoir une forme bidimensionnelle ou d'une sous-préforme de renforts fibreux à savoir une forme tridimensionnelle. Ces éléments fibreux 50 ne sont pas plus décrits car ils sont connus de l'homme du métier et peuvent avoir différentes configurations. Une préforme obtenue selon le procédé de l'invention est plus particulièrement destinée à la fabrication d'une pièce en matériau composite, ladite préforme étant noyée dans une matrice. Cependant, d'autres applications pourraient être envisagées. L'invention est mise en oeuvre en utilisant une machine à coudre comprenant une tête 52 illustrée sur la figure 11. Selon l'invention, l'assemblage d'au moins deux éléments fibreux 50 est obtenu grâce à au moins un fil 54 cousu à l'aide d'une aiguille crochet 56 et d'un guide fil 58. L'aiguille crochet 56 se présente sous la forme d'une tige métallique avec une extrémité pointue 60 apte à traverser au moins partiellement lesdits éléments fibreux 50 et une forme en creux 62 à proximité de ladite extrémité apte à recevoir le fil 54 avec des moyens 64 d'ouverture et de fermeture de ladite forme en creux apte à occuper deux états, un premier état dit fermé, comme illustré sur la figure 7D, dans lequel ils ferment la forme en creux 62 de manière à retenir le fil dans ladite forme en creux 62 à la manière d'un chas fermé et un second état dit ouvert, comme illustré sur la figure 7F, dans lequel ils autorisent un fil à pénétrer ou à sortir de la forme en creux 62 qui forme un chas ouvert. De préférence, l'aiguille crochet 56 a une forme courbe. Selon un mode de réalisation, la forme en creux 62 est disposée au niveau de l'extrados de l'aiguille crochet 56. Pour lui permettre de bouger, l'aiguille crochet 56 est reliée à des premiers moyens de manceuvre lui permettant d'effectuer un mouvement de rotation de manière à ce que l'extrémité pointue 60 décrive une forme en arc de cercle dans la préforme s'étendant depuis un point d'entrée 66 dans la matière jusqu'à un point de sortie 68, les points d'entrée 66 et de sortie 68 étant disposés au niveau de la même surface, appelée surface supérieure de la préforme pour la suite de la description dans le cas d'une aiguille crochet courbe. Les premiers moyens de manceuvre sont aptes à imprimer à l'aiguille crochet 56 un mouvement en arc de cercle aller/retour dans la matière et une translation selon une direction privilégiée 70 visible sur les figures 7F et 8 lorsque l'aiguille crochet 56 est sortie de la matière. Le guide fil 58 comprend une tige 72 comportant à son extrémité un oeillet 74 à travers lequel passe le fil 54. Le guide fil 58 est relié à des seconds moyens de manceuvre aptes à imprimer au guide fil un mouvement lui permettant de faire pénétrer le fil 54 dans la forme en creux 62 ainsi qu'un mouvement de translation selon la direction privilégiée 70. La cinématique de l'aiguille crochet 56 et du guide fil 58 est décrite au regard des figures 7A à 7G. Comme illustré sur la figure 7A, l'aiguille crochet 56 effectue un mouvement de rotation de manière à pénétrer dans la matière en un point 66 et ressort en un point 68 jusqu'à ce que la forme en creux 62 à l'état ouvert sorte de la matière. Ce mouvement est effectué sans tirer de fil. En suivant, comme illustré sur les figures 7B et 7C, le guide fil 58 effectue un mouvement de manière à faire pénétrer le fil 54 dans la forme en creux 62. Selon l'exemple illustré, le guide fil 58 effectue une rotation autour de l'extrémité de l'aiguille crochet 56. Comme illustré sur la figure 7D, les moyens 64 d'ouverture et de fermeture 10 changent alors d'état de manière à ce que le fil 54 soit prisonnier de la forme en creux 62. Comme illustré sur la figure 7E, l'aiguille crochet 56 effectue un mouvement de rotation en sens inverse à celui effectué lors de la première phase illustré sur la figure 7A. Lors de ce mouvement, les moyens 64 d'ouverture et de fermeture 15 étant à l'état fermé, l'aiguille crochet 56 tire une boucle 75 du fil 54 qui traverse les éléments de renforts fibreux à lier. Comme l'aiguille crochet, le fil 54 décrit un arc de cercle dans lesdits éléments s'étendant du point 68 au point 66. L'aiguille crochet 56 effectue un mouvement de rotation de manière à produire 20 une boucle 75 de fil à l'extérieur de la matière. De manière concomitante ou décalée, l'aiguille crochet 56 et le guide fil 58 se translatent selon la direction privilégiée 70 comme illustré sur la figure 7F, pour effectuer un nouveau point de couture. Avant ou juste au moment de pénétrer dans la matière, les moyens 64 25 d'ouverture et de fermeture changent d'état et passent à l'état ouvert libérant ainsi le fil 54, comme illustré sur la figure 7F. L'aiguille crochet 56 passe alors dans la boucle 75 comme illustré sur la figure 7G, de manière à chercher une autre boucle de fil. Ainsi, comme illustré sur la figure 8, l'assemblage est obtenu par une suite de points, à chaque point, l'aiguille crochet 56 tirant le fil 54 de manière à former au niveau du point d'entrée dans la matière un succession de boucles, la boucle 75i entourant les deux brins de fil en sortie de matière de la boucle 75i+1. Contrairement aux points formés selon l'art antérieur illustré sur la figure 6, on note que les boucles sont réalisées au niveau des points d'entrée de l'aiguille crochet dans la matière et non au niveau des points de sortie de l'aiguille à coudre. En variante, dans le cas d'une aiguille crochet rectiligne, comme illustré sur la figure 15, le guide fil 58 est disposé sous les éléments à assembler alors que l'aiguille crochet 56 est disposée au dessus. Contrairement à l'exemple illustré ci-dessus, la trajectoire de l'aiguille crochet 56 dans la matière n'est pas courbe mais rectiligne. Contrairement aux modes de réalisation de l'art antérieur, l'un des deux éléments pour réaliser le point n'a pas besoin de saisir le fil tenu et plaqué contre l'autre élément, ce qui limite les risques de rupture du fil. Selon l'invention, les deux éléments nécessaires pour réaliser le point de couture peuvent avoir des mouvements relatifs beaucoup moins précis ce qui permet de simplifier le procédé et d'augmenter les cadences de réalisation des points. Selon un autre avantage, lorsque l'aiguille crochet 56 a une forme courbe, la couture est simplifiée dans la mesure où la manoeuvre du guide fil autour de l'aiguille crochet est opérée au dessus des éléments à assembler. Ainsi, le procédé selon l'invention peut être utilisé lorsque les éléments à assembler reposent sur une surface et que la face opposée au point d'accès de l'aiguille crochet n'est pas libre. Selon un mode de réalisation, l'aiguille crochet 56 ne doit pas avoir un diamètre externe trop important afin de ne pas trop désorienter les fibres lors de la couture. De préférence, son diamètre externe doit être inférieur ou égal à 2 mm. Dans le cas d'une aiguille crochet 56 courbe, pour obtenir une résistance mécanique satisfaisante, ladite aiguille crochet doit avoir un rayon de courbure de l'ordre de 15 à 30 mm, de préférence de l'ordre de 20 mm. Ce rayon de courbure doit être également adapté à l'épaisseur de l'ensemble des éléments fibreux à coudre. Ce paramètre induit directement la position de l'axe de rotation des premiers moyens de manoeuvre. Avec des éléments fibreux à assembler de 3 mm d'épaisseur, une distance minimisée entre l'extrémité de l'aiguille crochet et le dessous du tissu de 2 mm, l'axe de rotation de l'aiguille crochet se trouve entre 10 et 25 mm au-dessus du tissu, comme illustré sur la figure 12. Selon un mode de réalisation, l'aiguille crochet 56 est un tube creux 76 dans lequel peut coulisser un élément longiligne 78 qui assure la fonction des moyens 64 d'ouverture et de fermeture. Dans le cas d'une aiguille crochet courbe, l'élément longiligne 78 est un câble souple. En variante, le câble souple peut être remplacé par une tige flexible ou un fil, par exemple une corde à piano. De préférence, le câble souple 78 est gainé pour réduire les frottements avec le tube creux 76. Comme illustré sur les figures 9A et 9B, 10A et 10B, le tube creux 76 comprend au niveau de son extrémité une découpe 80 formant la forme en creux 62. Cette découpe doit présenter une forme lisse pour éviter la propagation d'éventuelles fissures, pour favoriser le glissement du fil et pour limiter les risques d'endommagement des renforts fibreux. Selon un mode de réalisation, le tube creux 76 est en métal assez dur, par exemple en acier inoxydable 316L, avec un diamètre externe de 2 mm, un diamètre interne de 1 mm et une découpe qui ne doit pas dépasser 1 mm de profondeur. Comme illustré sur les figures 9A et 9B, 10A et 10B, les moyens 64 d'ouverture et de fermeture fonctionnent de la manière suivante A l'état fermé comme illustré sur les figures 9A et 9B, le câble 78 est disposé au droit de la découpe 80 correspondant à la forme en creux 62 et retient le fil 54. A l'état ouvert comme illustré sur les figures 10A et 10 B, le câble 78 est en position rétractée et n'est plus disposé au droit de la découpe 80 et ne retient 10 plus le fil 54. A cet effet, le dispositif comprend des moyens pour modifier la position du câble afin que ce dernier occupe les deux positions précédemment décrites, au droit de la découpe 80 ou en position rétractée correspondant respectivement à l'état fermé ou ouvert des moyens 64 d'ouverture et de fermeture de la forme en 15 creux 62. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 13, l'extrémité de l'aiguille crochet 56 est faite à partir d'un embout 82 pointu qui est réalisé séparément et qui est assemblé par soudage ou collage par exemple. Un téton 84 de centrage peut être prévu au niveau de l'embout pour être emboité dans le tube creux 76 20 formant l'aiguille crochet 56. En variante, l'extrémité du tube creux 76 est rechargée avec de la soudure puis mise au profil par meulage ou usinage. L'aiguille crochet 56 est solidarisée aux premiers moyens de manoeuvre par tous moyens appropriés. 25 Selon un mode de réalisation illustré par la figure 12, l'aiguille crochet 56 se prolonge par une partie rectiligne de l'ordre de 10 mm pour la fixer à un support 86 visible sur les figures 11 et 14. Ce dernier comprend une fente 88 dont le fond se termine par une forme tubulaire 90 dans laquelle s'insère la partie rectiligne de l'aiguille crochet 56. Un mécanisme de serrage par exemple une vis permet de rétrécir la fente 88 et de pincer l'aiguille crochet 56 afin de la maintenir. Ce support 86 est fixé sur un maneton 92 dont les formes sont conditionnées par le rayon de courbure de l'aiguille crochet 56. Le positionnement de l'aiguille crochet 56 doit se faire avec précision, la partie rectiligne de l'aiguille crochet 56 devant être perpendiculaire au maneton et directement à l'aplomb de l'axe de rotation afin que l'aiguille crochet décrive un arc de cercle et ne désorganise pas les renforts fibreux. Les moyens de manoeuvre de l'aiguille crochet 56, du guide fil 58 et du câble 78 ne sont pas plus décrits car ils peuvent prendre différentes configurations. Dans tous les cas, les moyens de manoeuvres ont des mouvements coordonnés de manière à obtenir un assemblage par couture conforme à l'invention. REVENDICATIONS1. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) par couture à l'aide d'au moins un fil (54), caractérisée en ce qu'elle comprend un tube creux (76) avec à proximité de son extrémité libre une découpe (80) formant une forme en creux (62) ainsi qu'un élément longiligne (78) susceptible de coulisser dans ledit tube creux (76) entre une première position dans laquelle il dégage ladite découpe (80) et ne maintient pas le fil (54) dans ladite forme en creux (62) et une seconde position dans laquelle il ne dégage pas ladite découpe (80) et maintient le fil (54) dans ladite forme en creux (62). 2. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est courbe. 3. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une forme en creux (62) au niveau de l'extrados de la courbe. 4. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément longiligne (78) est un câble souple. 5. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le câble souple est gainé pour réduire les frottements. 20 6. Aiguille crochet pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un embout (82) pointu solidarisé à l'extrémité du tube creux (76). 7. Aiguille crochet pour l'assemblage d'élément fibreux (50) selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'embout (82) comprend un téton de 25 centrage (84) emboité dans le tube creux (76). 8. Dispositif pour l'assemblage d'éléments fibreux (50) par couture à l'aide d'au moins un fil (54), caractérisé en ce qu'il comprend : - une aiguille crochet (56) selon l'un quelconque des revendications précédentes, - un guide fil (58), - des moyens de manceuvre de ladite aiguille crochet (56) aptes à la faire pénétrer dans lesdits éléments fibreux en un point d'entrée (66) et la faire sortir en un point de sortie (68), puis à lui faire faire le mouvement inverse après avoir saisi une boucle (75) de fil, puis à la déplacer et à la faire pénétrer de nouveau dans lesdits éléments fibreux en passant dans ladite boucle (75) après l'avoir relâchée, et - des moyens de manceuvre du guide fil (58) pour que ledit guide fil présente un fil (54) dans ladite forme en creux (62) de ladite aiguille crochet (56).