Brevet FR2957990A1 — publié le 20110930

La présente invention concerne une rondelle de contrôle de serrage, un ensemble de serrage et un collier de prise en charge sur conduite. Elle trouve des applications dans le domaine mécanique du serrage par vissage de vis ou boulon pour contrôler qu'un effort de serrage déterminé a été atteint. Elle est plus particulièrement utile dans le domaine du serrage des colliers de prise en charge sur conduite dans lequel des joints élastiques sont mis en oeuvre pour assurer une étanchéité, ce qui fait que le montage a une composante élastique. Les gammes de colliers disponibles sur le marché sont équipées de système de fixation composée de vis ou boulon (ces termes sont considérés équivalents dans le contexte de l'invention), rondelle et écrou. Les préconisations de serrage varient d'une gamme de collier à l'autre. La préconisation de serrage est généralement un couple. Cette consigne est difficile à faire respecter dans des conditions de chantier. L'équipement adapté, une clé dynamométrique, est rarement utilisé. De plus cet outillage laisse la possibilité d'une erreur de lecture ou de réglage de la clé. De plus, cet outillage peut aussi être victime d'un mauvais étalonnage. L'objectif d'une consigne de serrage est d'appliquer un effort sur le joint nécessaire pour assurer l'étanchéité. Or entre le couple de serrage appliqué à une vis et l'effort restitué sur l'assemblage, le coefficient de frottement vis-écrou introduit une incertitude qui peut être très importante. L'effort restitué pour un même couple de serrage entre deux vis de matière et de revêtement différents peut varier du simple au double. Les défauts d'alignement d'un assemblage ont aussi une influence importante sur le couple de rotation de la vis. Il est donc souhaitable de disposer d'une solution qui va permettre de simplifier, de fiabiliser le montage, mais également de s'affranchir de l'utilisation de matériel spécifique de mesure de couple de serrage. La solution proposée qui est une rondelle de contrôle de serrage permet un contrôle sur un effort qui est le reflet direct de l'effet attendu par le serrage: l'effort axial pur. On connaît déjà une rondelle de contrôle de serrage comme par exemple celle divulguée dans US 4 887 948. Ce type de rondelle est écrasé par le serrage d'un boulon ou d'une vis sur lequel/laquelle elle est installée. Toutefois cette dernière présente un certain nombre d'inconvénient. En particulier, les zones d'écrasement de la rondelle interfèrent avec au moins un des éléments sur lesquels s'appuie la rondelle. De plus, les surfaces d'appui de la rondelle ne sont pas optimisées pour une adaptation parfaite aux formes concrètes et variables des éléments sur lesquels elle s'appuie. En effet, lors du développement de la rondelle de l'invention, il a pu être mis en évidence l'influence que pouvait avoir la géométrie de la vis, notamment en sous tête, sur le comportement de la rondelle. Cette géométrie varie du fait des variations naturelles dans les processus de fabrication. Ainsi, on peut trouver une forme plus ou moins arrondie entre la partie inférieure de la tête et le fût fileté de la vis à leur jonction. Il en résulte que les zones d'appui entre vis et rondelle ont des caractéristiques variables en fonction des vis, ce qui fait que le contrôle de serrage est dégradé. Cet inconvénient a été résolu dans la présente invention par la mise en oeuvre d'un chanfrein de dégagement sur l'extrémité de la rondelle destinée à venir au contact de la tête de vis. Ainsi, on supprime l'impact de cette géométrie de vis sur les valeurs de rupture des rondelles et sur la sensation au moment de la rupture. L'invention concerne donc une rondelle de contrôle de serrage, déformable par écrasement sous contrainte de compression par serrage pour ensemble de serrage par vissage comportant au moins une vis ou boulon et ladite rondelle, la vis ou boulon passant par un orifice central de la rondelle pouvant être vissé pour serrage dans un trou taraudé ou un écrou, la rondelle sensiblement cylindrique comportant une gorge circulaire externe avec un fond et deux bords opposés en vis à vis, les deux bords en vis-à-vis venant en contact l'un de l'autre lors de la déformation de la rondelle par contrainte de compression par serrage, la rondelle comportant selon sa hauteur une première extrémité plane coté tête de boulon ou vis et une seconde extrémité, opposée à la première. Selon l'invention la rondelle comporte à l'état non déformé au moins deux gorges circulaires étagées et alternées sur sa hauteur, chacune des gorges comportant un fond et deux bords en vis à vis, la distance selon la hauteur de la rondelle entre les deux bords définissant l'épaisseur de la gorge, une première gorge étant externe et une deuxième gorge étant interne, la première et la seconde gorge étant séparées d'une distance déterminée considérée selon la hauteur de la rondelle dans son état non déformé, les fonds des gorges étant sensiblement portés le long d'un même cylindre droit virtuel, la/les zones de matière séparant les fonds des gorges se cisaillant sous contrainte de compression par serrage, et la première extrémité de la rondelle comporte un chanfrein circulaire en bordure de l'orifice central. Le terme sensiblement pour l'alignement des fonds de gorges signifie qu'il peut ou non y avoir un décalage horizontal entre les fonds des gorges par rapport au cylindre droit virtuel vertical, ce décalage ou non permettant un réglage structurel de la résistance à l'écrasement. Toutefois, de préférence, les fonds des gorges sont tels qu'après écrasement, il n'y ait pas de jeu significatif entre les deux parties de la rondelle qui se sont encastrées l'une dans l'autre. Encore plus préférable dans certains modes de réalisation, l'encastrement est à force, c'est à dire qu'il y a un léger chevauchement des fonds de gorge le long de la hauteur. Dans encore d'autres variantes il existe après écrasement de la rondelle un jeu entre les deux parties s'encastrant et dans certaines modalités ces deux parties peuvent entrer en rotation l'une par rapport à l'autre si un effort de rotation est appliqué entre les deux parties. A noter que du fait que la/les zones de matière séparant les fonds des gorges sont une/des zones de cisaillement et que les épaisseurs des gorges (épaisseur = distance verticale entre les deux bords horizontaux d'une gorge) sont sensiblement égales, lors de l'écrasement de la rondelle tous les bords en vis-à-vis des gorges viennent en contact et toutes les gorges disparaissent, les épaisseurs de gorge devenant nulles. Cependant, dans des variantes on peut réaliser des gorges dont les épaisseurs ne sont pas égales. Les zones de cisaillement sont intérieures à la rondelle, donc dans son épaisseur, car il ne se produit aucun cisaillement en relation avec les extrémités de la rondelle. On comprend donc que la résistance de la matière entre chacune des extrémités de la rondelle et sa gorge adjacente est supérieure à la résistance de la matière dans la/les zones de cisaillement. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - la somme des épaisseurs des gorges (à l'état non déformé de la rondelle) est sensiblement égale à 1,5 fois la distance déterminée entre lesdites gorges, - la somme des épaisseurs des gorges (à l'état non déformé de la rondelle) est sensiblement égale à une fraction du pas de la vis, - la somme des épaisseurs des gorges (à l'état non déformé de la rondelle) est sensiblement égale au déplacement de la vis après rotation d'un secteur angulaire défini, - la seconde extrémité de la rondelle, opposée à la première, est cylindrique ou sphérique, - la seconde extrémité de la rondelle, opposée à la première, est plane, - dans le cas de plus de deux gorges, si le nombre de gorges est impair, les gorges sont alternées entre gorge(s) interne(s) et gorge(s) externe(s) le long de la hauteur de la rondelle, - dans le cas de plus de deux gorges, si le nombre de gorges est pair, les gorges sont alternées par paires de gorges adjacentes, une paire ayant une gorge interne et une gorge externe, le long de la hauteur de la rondelle, les paires pouvant ou non être alternées, - la rondelle comporte deux gorges, - chacune des deux gorges est à une distance déterminée propre de l'extrémité correspondante de la rondelle, - la distance en hauteur entre la première extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite première extrémité est supérieure à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - la distance en hauteur entre la première extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite première extrémité est sensiblement égale à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - la distance en hauteur entre la première extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite première extrémité est inférieure à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - la distance en hauteur entre la seconde extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite seconde extrémité est supérieure à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - la distance en hauteur entre la seconde extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite seconde extrémité est sensiblement égale à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - la distance en hauteur entre la seconde extrémité de la rondelle et la gorge la plus proche de ladite seconde extrémité est inférieure à la distance déterminée entre les gorges à l'état non déformé, - les épaisseurs des gorges sont identiques entre les différentes gorges, - la profondeur de la gorge côté interne de la rondelle est inférieure à la profondeur de la gorge côté externe de la rondelle, la profondeur étant mesurée entre l'entrée externe ou interne selon le cas de la gorge et son fond, - la profondeur est la profondeur minimale si les deux bords ne sont pas de la même longueur, -cf. Figure 1 où la gorge externe a un bord inférieur qui est plus long que son bord supérieur- - la profondeur de la gorge côté interne de la rondelle est supérieure à la profondeur de la gorge côté externe de la rondelle, la profondeur étant mesurée entre l'entrée externe ou interne selon le cas de la gorge et son fond, - la profondeur de la gorge côté interne de la rondelle est sensiblement égale à la profondeur de la gorge côté externe de la rondelle, la profondeur étant mesurée entre l'entrée externe ou interne selon le cas de la gorge et son fond, - les profondeurs des gorges sont sensiblement identiques entre les différentes gorges : la profondeur étant mesurée entre l'entrée externe ou interne selon le cas de la gorge et son fond, donc perpendiculairement à la hauteur de la rondelle, il en résulte également que le cylindre droit virtuel vertical portant sensiblement les fonds des gorges est situé au milieu de la largeur (mesurée horizontalement, donc perpendiculairement à la hauteur de la rondelle) de la paroi circulaire de la rondelle, - les diamètres de fond de gorges sont sensiblement identiques, - les diamètres de fond de gorges sont sensiblement alignés à un cylindre droit virtuel, - le fond de la gorge est plat, et les bords opposés en vis-à-vis de la gorge sont droits et parallèles entre eux, - la rondelle est configurée pour que lorsqu'elle s'est écrasée, les deux parties de la rondelle qui s'encastrent l'une dans l'autre puissent éventuellement tourner l'une par rapport à l'autre si un couple de rotation est fourni à au moins l'une des parties de la rondelle, - les bords opposés en vis-à-vis de la gorge comportent des indentations, lesdites indentations s'imbriquant lors de l'écrasement de la rondelle et empêchant les deux parties de la rondelle qui s'encastrent l'une dans l'autre de tourner l'une par rapport à l'autre, - une rondelle à dents est disposée dans la gorge, ladite rondelle à dent devenant prise entre les deux bords en vis à vis de la gorge et les engrenants lors de l'écrasement de la rondelle de l'invention afin d'empêcher que les deux parties de la rondelle qui s'encastrent l'une dans l'autre puissent tourner l'une par rapport à l'autre, - la rondelle est métallique, - la rondelle est dans un alliage métallique, - la rondelle est en matière plastique, - la rondelle est dans une matière composite, - la rondelle est obtenue par injection, - la rondelle est obtenue par matriçage - la rondelle est obtenue par usinage, - la rondelle est obtenue par tout moyen. L'invention concerne également un ensemble de serrage par vissage comportant au moins une vis ou boulon et une rondelle déformable par écrasement sous contrainte de compression par serrage de l'ensemble, ensemble tel que ladite rondelle comporte une ou plusieurs des caractéristiques de la rondelle de l'invention. L'ensemble est donc un kit de serrage comportant au moins une vis ou boulon et la rondelle déformable de l'invention, un écrou pouvant compléter le kit dans le cas où la vis/boulon n'est pas destinée à venir se visser dans un trou taraudé d'un élément externe au kit. L'invention concerne enfin un collier de prise en charge sur conduite, le collier permettant le serrage d'un joint élastique sur la conduite par vissage d'une vis ou boulon, collier tel qu'il comporte au moins une rondelle de contrôle de serrage ayant l'une ou plusieurs des caractéristiques de la rondelle de l'invention. La rondelle de l'invention apporte un certain nombre d'avantages dont on peut citer parmi d'autres : - Aucun matériel de mesure de couple ou autre n'est nécessaire pour obtenir un serrage déterminé. - Elle permet de s'affranchir de tous les phénomènes de frottement de l'assemblage vis-écrou. - La rondelle est adaptable sur tout type de portée, notamment sphérique, cylindrique, plane... - Elle permet une minimisation des erreurs de serrages. - Elle est applicable sur diverses gammes de colliers de prise en charge ou toutes autres applications. - L'effort de serrage est calibré par le dimensionnement de la rondelle. - La structure de la rondelle permet de s'affranchir des formes des éléments sur lesquels la rondelle est appliquée et notamment de la forme en sous tête de la vis ou du boulon grâce au chanfrein et grâce à la position des gorges à distance des extrémités de la rondelle. - Elle permet la mise en oeuvre de formes d'appui diverses dont sphérique ou cylindrique permettant de conserver l'alignement de la vis et les éléments à assembler. La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation et de mise en oeuvre en relation avec : la Figure 1 qui est une vue en coupe verticale, selon la hauteur, de la rondelle de l'invention à l'état non écrasé, la Figure 2 qui est une vue selon la même coupe verticale, selon la hauteur, que la Figure 1, mais cette fois la rondelle de l'invention étant à l'état écrasé, la Figure 3 qui est une vue en coupe d'un collier de prise en charge monté et serré sur une conduite et mettant en oeuvre une rondelle de l'invention dans un ensemble de serrage du collier. D'une manière générale, la rondelle d'appui de l'invention a pour but de simplifier et de fiabiliser un assemblage vis ou boulon + rondelle appliquant un effort axial ciblé sans outil particulier et selon les trois moyens suivants. Un indicateur visuel, le serrage correct correspondant à la disparition de la gorge externe qui était visible avant l'écrasement de la rondelle. Un indicateur auditif/vibratoire correspondant au bruit de rupture de l'épaulement formant la zone de cisaillement entre les deux gorges, lors du serrage et l'écrasement de la rondelle. Un indicateur de retour d'effort par la variation de la résistance au serrage au moment de la rupture de l'épaulement formant la zone de cisaillement. Plus précisément, une rondelle 1 de contrôle de serrage comme représentée Figure 1 à l'état non écrasé, c'est-à-dire avant un serrage jusqu'à la rupture d'écrasement, comporte une gorge externe 2 et une gorge interne 3 qui sont étagées le long de la hauteur de la rondelle. Dans cet exemple, la gorge visible de l'extérieur est la gorge externe qui est vers le haut de la rondelle, mais toutefois à distance de l'extrémité supérieure 5 de la rondelle 1. La gorge interne 3, coté orifice central de la rondelle, est vers le bas de la rondelle, mais toutefois à distance de l'extrémité inférieure 6 de la rondelle 1. L'extrémité supérieure 5 de la rondelle 1 est ici une zone d'appui/portée plane mais qui comporte vers l'orifice central de la rondelle, un chanfrein 4 permettant une adaptation parfaite au dessous de tête de vis ou boulon quelle que soit la forme de ce dernier vers le fût fileté de ladite vis ou boulon. L'extrémité inférieure 6 de la rondelle 1 est ici une zone d'appui/portée cylindrique ou sphérique particulièrement bien adaptée à une application dans laquelle la vis ou boulon peut être incliné comme dans notamment les colliers de prise en charge. Les deux fonds des gorges sont sensiblement alignés verticalement, le long d'un cylindre droit virtuel et c'est le long de ce cylindre droit virtuel qu'il existe une zone de cisaillement 7. Comme visible sur la Figure 2, après écrasement de la rondelle suite à un serrage ayant atteint la limite de rupture de la zone de cisaillement 7 et poursuite du vissage jusqu'à écrasement complet, il y a disparition des deux gorges du fait de la structure, notamment épaisseurs des gorges et distance entre gorges particulières, de cet exemple de rondelle. Deux parties 1' et 1" de la rondelle se retrouvent encastrées l'une dans l'autre. Au moment de la rupture de la zone de cisaillement, il y a une variation brusque de l'effort de serrage, un bruit particulier et un rétrécissement de l'épaisseur de la gorge externe visible de l'extérieur allant jusqu'à sa disparition si le vissage se poursuit. En pratique, la personne procédant au vissage détecte ces effets et va s'arrêter de visser une fois qu'il sentira une augmentation de la résistance au vissage, ce qui correspond à la fermeture complète des gorges dans cet exemple et, plus généralement, à une impossibilité de compresser davantage la rondelle avec les efforts que peut produire la personne ou l'outil motorisé qu'elle utilise. La partie supérieure 1' de la rondelle est moins épaisse (mesurée horizontalement, c'est-à-dire perpendiculairement à la hauteur de la rondelle) que la partie inférieure 1" de la rondelle dans cet exemple. Dans d'autres modalités, ces deux parties sont d'épaisseurs semblables, au moins pour leur épaisseur maximale (la partie inférieure, voir supérieure, peut comporter une portée sphérique ou cylindrique). Le calibrage de l'effort nécessaire pour provoquer la rupture de la zone de cisaillement est obtenu par dimensionnement de la section à cisailler. Pour une matière définie, l'incertitude sur l'effort de cisaillement est directement liée aux tolérances de réalisation. Le dimensionnement de la section à cisailler dépend de la matière utilisée. En outre, la section à cisailler est déportée des faces d'appuis pour être indépendantes de la géométrie de la vis et autres éléments sur lesquels la rondelle prend appui. Enfin, le chanfrein 4 de la rondelle, venant sous la tête de vis permet également de rendre le comportement de la rondelle indépendant de la géométrie de la vis dans la zone de jonction tête de vis et fût fileté. Ainsi, l'effort axial de cisaillement est indépendant des défauts et matière de la vis et du coefficient de frottement vis-écrou ainsi que, grâce à une portée sphérique ou cylindrique, des défauts d'alignement de l'assemblage. En pratique, la section de la zone de cisaillement de la rondelle rompt sous un effort donné maîtrisé qui peut être évalué par des tests d'écrasement. La hauteur d'écrasement est contrôlée par les épaisseurs des gorges. En effet, après la rupture de la zone de cisaillement, les deux demie parties 1' et 1" de la rondelle s'encastrent l'une dans l'autre d'où écrasement de la rondelle. La Figure 3 permet de voir une application particulière de la rondelle de l'invention dans un système souple/élastique du fait du serrage par un collier de prise en charge 10 d'un élément élastique, un joint 13, sur un élément relativement rigide, une conduite 14. En effet, la rondelle de l'invention est particulièrement bien adaptée à un montage présentant une certaine élasticité comme notamment le serrage des colliers de prise en charge car pour les montages élastiques un témoin de positionnement ou de contact est impossible à déterminer. Le déclenchement du système, rupture de la zone de cisaillement avec écrasement de la rondelle, génère un perte de serrage correspondant à un secteur angulaire définit. De plus, grâce au positionnement des gorges à distance des extrémités de la rondelle, une, voir les deux dans d'autres applications, des deux faces d'appui de la rondelle est sphérique ou cylindrique, ce qui permet de garantir l'alignement de la vis et des pièces à assembler par vissage. Plus généralement, pour un montage élastique, deux possibilités sont offertes suite au déclenchement du système par rupture de la zone de cisaillement. Soit, l'effort de cisaillement est calibré pour que l'effort résiduel soit égal à l'effort attendu après déclenchement. Soit, si l'effort attendu est l'effort maximal avant rupture, il faut appliquer le serrage d'un secteur angulaire correspondant à la hauteur d'écrasement pour retrouver cette valeur d'effort d'avant rupture. Le collier de prise en charge 10 comporte deux arceaux 11 et 12 se refermant autour de la conduite 14. Le collier de prise en charge est serré par vissage d'une vis 8 sur un écrou 9. Une rondelle 1 de contrôle de serrage est disposée sous la tête de la vis 8. La rondelle comporte à son extrémité inférieure, opposée à l'extrémité plate à chanfrein coté tête de vis, une portée cylindrique ou sphérique selon l'application désirée afin de supprimer l'influence de l'inclinaison variable de la vis sur le serrage en fonction du diamètre de la conduite. Ce collier, dans une modalité particulière de réalisation, correspond au collier de prise en charge rigide multidiamètre de la demande FR08/57430 de la demanderesse. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes et équivalents conformes à son esprit. Ainsi, on comprend bien que l'invention peut être déclinée selon de nombreuses autres possibilités sans pour autant sortir du cadre défini par la description et les revendications. REVENDICATIONS; 1. Rondelle (1) de contrôle de serrage, déformable par écrasement sous contrainte de compression par serrage pour ensemble de serrage par vissage comportant au moins une vis ou boulon et ladite rondelle, la vis ou boulon passant par un orifice central de la rondelle pouvant être vissé pour serrage dans un trou taraudé ou un écrou, la rondelle sensiblement cylindrique comportant une gorge circulaire externe avec un fond et deux bords opposés en vis à vis, les deux bords en vis-à-vis venant en contact l'un de l'autre lors de la déformation de la rondelle par contrainte de compression par serrage, la rondelle comportant selon sa hauteur une première extrémité plane coté tête de boulon ou vis et une seconde extrémité, opposée à la première, caractérisée en ce qu'elle comporte à l'état non déformé au moins deux gorges circulaires étagées et alternées sur sa hauteur, chacune des gorges comportant un fond et deux bords en vis à vis, la distance selon la hauteur de la rondelle entre les deux bords définissant l'épaisseur de la gorge, une première gorge étant externe (2) et une deuxième gorge étant interne (3), la première et la seconde gorge étant séparées d'une distance déterminée considérée selon la hauteur de la rondelle dans son état non déformé, les fonds des gorges étant sensiblement portés le long d'un même cylindre droit virtuel, la/les zones de matière séparant les fonds des gorges se cisaillant sous contrainte de compression par serrage, et en ce que la première extrémité de la rondelle comporte un chanfrein (4) circulaire en bordure de l'orifice central. 2. Rondelle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux gorges (2, 3). 3. Rondelle selon la revendication 2, caractérisée en ce que la somme des épaisseurs des gorges est sensiblement égale à 1,5 fois la distance déterminée entre lesdites gorges. 4. Rondelle selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la seconde extrémité (6) de la rondelle, opposée à la première, est cylindrique ou sphérique. 5. Rondelle selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la seconde extrémité (6) de la rondelle, opposée à la première, est plane. 6. Rondelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les épaisseurs des gorges sont identiques entre les différentes gorges. 7. Rondelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les profondeurs des gorges sont sensiblement identiques entre les différentes gorges. 8. Rondelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fond de la gorge est plat, et que les bords opposés en vis-à-vis de la gorge sont droits et parallèles entre eux. 9. Ensemble de serrage par vissage comportant au moins une vis ou boulon et une rondelle déformable par écrasement sous contrainte de compression par serrage de l'ensemble, caractérisé en ce que ladite rondelle est selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Collier de prise en charge sur conduite, le collier permettant le serrage d'un joint élastique sur la conduite par vissage d'une vis ou boulon, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une rondelle de contrôle de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.