Brevet FR2965025A1 — publié le 20120323

Domaine de l'invention La présente invention concerne une vis autoperceuse destinée à assembler un élément à une structure métallique, la vis comprenant une tête avec une prise d'outil, un corps fileté de taraudage et de vissage et une pointe-foret, pour percer l'assemblage de l'élément et de la structure métallique, tarauder le perçage dans la structure et assembler l'élément à la structure au cours d'une seule opération, le dessous de la tête s'appuyant sur l'élément à assembler directement ou par interposition d'une rondelle d'étanchéité, L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle vis. Etat de la technique L'assemblage d'éléments de construction est couramment réalisé par vis autotaraudeuses et autoperceuses. Dans le cas de vis autoperceuses, les plus utilisées actuellement en raison des avantages de cette technique car combinant le perçage, le taraudage et l'assemblage successivement, la pointe de vis élaborée en forme de foret opère comme « pilote » réalisant un perçage ou forage calibré en fonction de la seconde opération, le taraudage. Des rapports précis dimensionnels assurent un assemblage solide conférant une résistance à l'arrachement, sûre et conforme aux efforts transmis. Les dimensions varient en fonction de nombreux para-mètres tels que l'épaisseur des éléments à fixer et le pas du filetage. Celui-ci est également fonction de l'épaisseur du support notamment et de la dureté de la matière ; acier, alu, acier inox par exemple. Ce type de vis est particulièrement apprécié en raison du fait qu'aucun pré-perçage n'est nécessaire. La plupart des applications concernant un assemblage d'éléments de même nature dont le comportement sous l'effet de la tempé-30 rature est identique. Or le développement considérable des panneaux photovoltaïques fait appel à cette technique. Toutefois, le cadre des panneaux et la structure porteuse en aluminium et en collaboration avec des lisses en acier galvanisé qui reçoivent les panneaux ont des coefficients de dilata- 35 tion différents de sorte que les éléments soumis à une différence de température sensible peuvent provoquer une mise sous contrainte des matériaux en présence, les panneaux, les lisses et les fixations. Ceci peut provoquer des désordres graves et des risques de rupture. 2 But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des moyens d'assemblages connus d'éléments de nature différente et notamment à coefficients de dilatation différents, en développant une vis permettant d'absorber les variations locales de dimensions liées aux dilatations différentielles des éléments assemblés. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une vis du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que, - sous la tête et au moins au-delà de la hauteur occupée par la présence d'une rondelle, le corps de la vis comporte un segment de diamètre ré-duit avant le début du segment fileté autotaraudeur, et - la longueur du segment rétreint au-delà du dessous de la tête ou du dessous de la rondelle équipant la vis, est supérieure à l'épaisseur de 15 l'élément à assembler, traversé par la vis. La vis autoperceuse selon l'invention permet ainsi de laisser l'élément se déplacer librement lorsqu'il est assemblé à la structure pour que les effets des différences de dilatation entre l'élément et la structure, n'exercent pas de contrainte sur l'élément et ne le déforment ni le fati- 20 guent. Cette liberté de mouvement de l'élément par rapport au support est réalisée automatiquement par la simple mise en place de la vis selon l'invention sans nécessiter de perçage préalable de l'élément à un diamètre qui permettrait de faire jouer la dilatation différentielle. La réalisation de la vis n'offre pas de difficulté particulière 25 et s'inscrit dans la ligne de fabrication normale d'une vis. Suivant une autre caractéristique avantageuse la réduction de diamètre du segment rétreint du corps de la vis est supérieure au dé-placement local de l'élément par rapport au support sous l'effet de la dilatation pour la plage des températures prévisible sur le lieu de l'installation 30 de l'assemblage. Cette forme de réalisation permet d'adapter la réduction du diamètre du segment rétreint aussi précisément que possible aux conditions d'utilisation de la vis, c'est-à-dire les variations des températures, prévisibles auxquelles l'assemblage peut être soumis évitant ainsi tout 35 surdimensionnement du segment rétreint dans le sens d'une réduction de son diamètre par rapport à celui du segment fileté. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la réduction du diamètre du segment rétreint par rapport au diamètre du segment 3 fileté est comprise entre 10 % et 25 %. Cette réduction de diamètre est avantageusement de l'ordre de 15 à 25 % et notamment est égale à environ 20 %. La hauteur ou longueur du segment rétreint est adaptée de préférence à l'utilisation de la vis, c'est-à-dire à la vis munie ou non d'une rondelle d'étanchéité, venant le cas échéant sous l'embase de la tête de vis et mise en place avant de réaliser l'assemblage vissé. On évite ainsi une longueur de segment rétreint trop grande qui réduirait la longueur du segment fileté en prise dans le support si le support a lui-même une épaisseur relativement réduite. Dans tous les cas, la vis étant mise en place, la longueur du segment rétreint jusqu'au début du filetage, lorsque la vis est installée, est au moins supérieure à l'épaisseur de l'élément fixé au support de façon que le perçage dans l'élément de support soit occupé uniquement par le segment rétreint et ne risque pas d'être occupé par le début du segment fileté, pour avoir toujours la liberté de mouvement sous l'effet de la dilatation différentielle. Suivant une autre caractéristique elle est réalisée en acier austénitique inoxydable recouvert d'un traitement organique neutre sans 20 particules métalliques. Dans le cadre de ce procédé de fabrication, il est avantageux de réaliser la vis en inox et de la revêtir d'un traitement organique neutre en appliquant des couches importantes sans particules métalliques. 25 La vis autoperceuse est notamment destinée à assembler des panneaux photovoltaïques sur des structures de support. Ces panneaux voltaïques bénéficiant ainsi d'une pérennité d'assemblage importante, correspondant à la pérennité propre des panneaux voltaïques qui est en général de l'ordre de 25 ans. L'assemblage réalisé avec les vis selon 30 l'invention permet d'éviter toute contrainte de compression qui serait exercée sur les panneaux photovoltaïques sous l'effet des dilatations différentielles entre la structure en aluminium du panneau et la structure en acier du support qui la reçoit. Cette indépendance est particulièrement importante préci- 35 sément dans le cas des panneaux photovoltaïques dont les capteurs sont très sensibles à tous les efforts de compression auxquels ils pourraient être soumis. 4 Enfin, la pérennité de l'assemblage est d'autant plus assurée que la vis est réalisée en inox et porte un traitement organique neutre la protégeant contre le risque de corrosion galvanique par électrolyse du fait de la différence de potentiel électrochimique entre l'inox et l'aluminium. Enfin, suivant une autre caractéristique avantageuse, la forme de la tête ou de son empreinte, c'est-à-dire la prise d'outil, ont une forme spécifique pour que la vis ne soit pas démontable avec les outillages classiques du marché. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de vis selon l'invention, dessins dans les-quels : - la figure lA est une vue de côté d'une vis selon l'invention, - la figure 1B est une vue de dessus de la vis de la figure 1A, - la figure 2 est une vue en coupe d'une rondelle de la vis de la figure 1, - la figure 3 est un schéma en vue éclatée des éléments de l'assemblage destinés à être réunis par une vis selon l'invention, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie de la vis selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique partiellement en coupe de la zone d'assemblage de l'élément et du support à l'aide de la vis selon l'invention. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention Selon les figures 1A, 1B ; 2, 3, l'invention concerne une vis autoperceuse 1 destinée à assembler un élément 2 à un support ou structure métallique 3. Cette vis 1 se compose d'une tête 11 avec une prise d'outil 111 constituée dans cet exemple par une forme hexagonale sur-montant une embase 112 formant une collerette débordant de la tête. La vis 1 se poursuit par un corps de vis 12 constitué d'un segment de dia- mètre réduit 121 sous la tête 11 et d'une longueur (h) définie ci-après. Ce segment de diamètre réduit (ou diamètre rétreint) 121 se situe en amont du segment fileté autotaraudeur 122 lui-même suivi de la pointe-foret 123. La pointe 123 assure le perçage de la matière en guidant la vis et en réalisant un forage calibré en fonction du taraudage que fait ensuite le segment fileté autotaraudeur 122. La vis 1 porte, de préférence, une rondelle d'étanchéité 4, qui se met en place sous l'embase de la tête au-dessus du segment fileté. Cette rondelle d'étanchéité 4 représentée en coupe à la figure 2 se compose d'une rondelle métallique 41, en général légèrement bombée en direction de la pointe-foret lorsque la rondelle est installée sur le corps de la vis et portant une couche de caoutchouc 42 vulcanisée. La figure 3 montre un exemple d'utilisation de la vis selon 5 les figures 1A, 1B. La vis 1 est présentée comme destinée à assembler un chevron en aluminium (élément 2) à une panne en tôle (support 3). Ces deux éléments sont appliqués l'un sur l'autre puis on fait tourner la vis 1 préalablement munie de sa rondelle d'étanchéité 4 pour percer successivement le chevron en aluminium 2 et la panne en tôle 3 et ensuite tarauder et se visser dans la panne en tôle. Du fait de l'épaisseur très différente entre l'élément 2, c'est-à-dire le chevron ou du moins sa partie de surface plane traversée par la vis et l'épaisseur du support 3 auquel on fixe la vis 1, la partie filetée 122 de la vis taille certes un filetage dans le support mais tourne dans le per- 15 cage réalisé dans le chevron 2 et élargit le perçage sensiblement au dia-mètre extérieur du filetage de la partie filetée 122. La figure 4 montre plus particulièrement la structure de la vis 1 et la relation entre ses différentes parties, la tête 1 avec le dessous 112a ou surface d'appui de l'embase 112, le début (dessus) 122a du seg- 20 ment fileté 122 à partir de la tête 11, la longueur (h) du segment rétreint 121, la longueur (1) du segment fileté 122 ainsi que le diamètre 01 du segment rétreint 121, celui 02 de la pointe-forêt 123 et le diamètre extérieur 03 du segment fileté autotaraudeur 122. Dans cet exemple, le segment rétreint 121 commence direc-25 tement sous l'embase 112. La figure 5 montre de manière très schématique et à échelle agrandie, la zone d'assemblage d'une 1 vis selon l'invention, réunissant un élément 2 tel qu'une surface localement plane, par exemple le profilé en aluminium de la figure 3, à un support 3 beaucoup plus épais tel que la 30 panne en tôle de la figure 3. La vis 1 est présentée avec la rondelle d'étanchéité 4 placée sous la collerette 112 de la tête. La forme de prise d'outil ou d'empreinte n'est pas représentée. La rondelle d'étanchéité 4 se trouve sous la collerette 112, 35 dans la partie du segment de diamètre réduit 121. La rondelle 4 n'occupe qu'une fraction de la longueur (h) de ce segment rétreint 121, destiné à recevoir tout particulièrement l'élément 2 à assembler au support 3. 6 Comme l'élément 2 est relativement mince, le perçage 21 réalisé par la pointe-foret 123 à son diamètre de base (02), est agrandi par le passage du filetage autotaraudant 122, fonctionnant pratiquement comme une fraise de sorte que l'orifice réalisé dans l'élément aura un diamètre 03 correspondant sensiblement au diamètre extérieur du filetage autotaraudeur, au moins dans la phase avant que le filetage taraudeur attaque le perçage 31 dans la paroi du support 3. En revanche, comme le filetage autotaraudeur 122, taraude la paroi plus épaisse du support 3, il n'y a pas réduction du diamètre 02 : io le diamètre 02 dégagé par la pointe-foret 123 est celui de l'orifice 31 réalisé dans le support 3. Cela est schématisé dans la figure 5 par le trait interrompu, mince, situé à l'extérieur des deux traits pleins figurant le perçage 31 réalisé par la pointe-foret 123 et schématisant le taraudage réalisé dans le perçage. 15 Sous le support 3, le diamètre extérieur de la partie filetée est schématisé par un trait plein et le fond du filetage par un trait inter-rompu. La figure 5 montre schématiquement certaines relations dimensionnelles entre la vis 1, l'élément à assembler 2 et le support 3. 20 Le diamètre 01 du segment rétreint 121 de longueur (h) est très inférieur au diamètre du perçage 21 dans l'élément 2 qui, suivant le cas, est au moins égal au diamètre 02 (diamètre du perçage par la pointe-foret 123) ou 03 (diamètre extérieur du filetage taraudeur 122). La longueur (h) du segment rétreint 121 est supérieure à la distance hm entre la 25 surface du dessous 122a de la collerette de l'embase 112 et la surface du dessus 32 du support 3 lorsque le serrage est réalisé, c'est-à-dire lorsque la rondelle d'étanchéité 4 est serrée contre l'élément 2 et le support 3. Ainsi on est sûr que le filet autotaraudeur 122 ne dépasse pas du dessus 32 du support 3 et ne bloque pas le mouvement de 30 l'élément 2 en occupant partiellement ou complètement le perçage 21. Dans le cas d'une vis 1 sans rondelle d'étanchéité 4, le segment rétreint 121 de longueur (h) joue tout aussi bien son rôle vis-à-vis de l'orifice 21 percé dans l'élément 2. Toutefois, dans ce cas, pour ne pas réduire la longueur de prise du segment fileté autotaraudeur 122 dans le 35 support 3 c'est-à-dire l'épaisseur e3 du support 3, si celui-ci est relative-ment mince, il est utile de choisir une vis 1 dont la longueur (h) du segment rétreint 121 est légèrement supérieure seulement à l'épaisseur e2 de l'élément 2 et non de la somme des épaisseurs et + e2 correspondant à la 30 7 rondelle 4 et à l'élément 2, d'autant plus qu'en général, la rondelle d'étanchéité 4 est une pièce relativement épaisse même à l'état écrasé. La réduction de diamètre 01 du segment rétreint 121 par rapport au diamètre 02, 03 du corps de la vis est de préférence fixée selon la nature de l'élément 2 par rapport au support 3, c'est-à-dire de la différence des coefficients de dilatation thermique et de la plage de variation des températures dans la zone géographique dans laquelle se trouve l'installation. A titre d'exemple, pour une vis autoperceuse 6,3x25, le segment rétreint 121 aura un diamètre compris entre 4,5 et 4,7 mm soit une réduction de diamètre de l'ordre de 20 %. La longueur (h) sera de 3 à 4 mm. La figure 5 montre la liberté de mouvement de l'élément 2 tel qu'une surface en aluminium, traversée par la vis 1 et retenue par la tête de vis 11 contre la surface supérieure 32 du support 3 tout en bénéficiant d'un degré de liberté permettant de coulisser par rapport à la surface supérieure du support sous l'effet des dilatations différentes. Un exemple pratique de vis autoperceuse selon l'invention présente les caractéristiques suivantes : Vis autoperceuse 6,3x25 Bi-métal Tête et corps de vis en inox A2 Pointe-foret en acier carbone. Capacité de perçage : 1,2 à 5 mm sur support métallique Tête hexagonale à embase Cote sur plat : 8 mm. Collerette 013 mm. Filetage au pas de 1,81 mm. Traitement de la partie carbone : Zingage blanc 10µ CR3 35 Rondelle aluminium 012 mm Joint EPDM épaisseur 3 mm 5 10 15 20 25 Des essais faits sur différents supports sont donnés par le tableau suivant : Epaisseur du support 1,2 (2x0,6) 1,5 5 (4,5+0,5) métallique (mm) Pression (kg) 20,45 20,45 20,45 Vitesse de rotation (tr/min) 2500 2500 2500 Temps de perçage (secondes) 0,98 (moyenne) 2,45 (moyenne) 10,32 (moyenne) Tests arrachement (Kg) 148 (moyenne) 253 (moyenne) >1142 La vis selon l'invention convient tout particulièrement pour assembler des panneaux photovoltaïques à des pannes, les panneaux photovoltaïques étant équipés d'un cadre en aluminium (2) et les pannes (3) étant en tôle d'acier. La vis selon l'invention est fabriquée de préférence à partir d'une ébauche constituée par un morceau de fil que l'on frappe à froid pour réaliser le filetage 122, le rétreint 121 et la tête 11. La tête 11 et le corps 12 de la vis sont de préférence en inox A2 et la pointe-foret 123 est en acier carbone. La tête 11 et le corps 12 de la vis sont de préférence revêtus d'un traitement organique neutre pour être protégés contre l'électrolyse. Le revêtement organique est appliqué en couches importantes. Ce revête-ment ne doit pas contenir de particules métalliques mais être parfaitement isolant. La prise d'outil 111 est une prise externe de type hexagonal ou une empreinte hexagonale, Torx ou autre empreinte généralement utilisée dans les visseuses, et il est particulièrement intéressant de prévoir une empreinte non usuelle pour éviter les actes de vandalisme ou de dé-montage frauduleux. 30 NOMENCLATURE 1 vis autoperceuse 11 tête 111 prise d'outil 112 embase 12 corps de vis 121 segment rétreint 122 segment fileté autotaraudeur 122a début du segment 122 123 pointe-foret 2 élément 21 perçage 3 support 31 perçage 4 rondelle d'étanchéité 4a dessous de la rondelle 4 41 rondelle métallique 42 couche de caoutchouc 01 diamètre du segment rétreint 02 diamètre du perçage 31 03 diamètre extérieur du segment fileté 122 35 REVENDICATIONS1°)°Vis autoperceuse destinée à assembler un élément à une structure métallique, la vis comprenant une tête avec une prise d'outil, un corps fileté de taraudage et de vissage et une pointe-foret, pour percer l'assemblage de l'élément et de la structure métallique, tarauder le perçage dans la structure et assembler l'élément à la structure au cours d'une seule opération, le dessous de la tête s'appuyant sur l'élément à assembler directement ou par interposition d'une rondelle d'étanchéité, vis caractérisée en ce que - sous la tête (11) et au moins au-delà de la hauteur (el) occupée par la présence d'une rondelle (4), le corps (12) de la vis comporte un segment de diamètre réduit avant le début (122a) du segment fileté autotaraudeur (122), et - la longueur du segment rétreint (121) au-delà du dessous (122a) de la 15 tête (11) ou du dessous (4a) de la rondelle (4) équipant la vis, est supérieure à l'épaisseur de l'élément (2) à assembler, traversé par la vis (1). 2°) Vis autoperceuse selon la revendication 1, destinée à assembler une pièce au moins localement plate en aluminium à un support en acier en 20 forme de panne en tôle, caractérisée en ce que la réduction de diamètre 01 du segment rétreint (121) du corps (12) de la vis est supérieure au déplacement local de l'élément (2) par rapport au support (3) sous l'effet de la dilatation pour la plage des températures pré- 25 visible sur le lieu de l'installation de l'assemblage. 3°) Vis autoperceuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la réduction di diamètre 01 du segment rétreint (121) par rapport au dia-30 mètre 02 (03) du segment fileté (122) est comprise entre 10 % et 25 %. 4°) Vis autoperceuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que la réduction de diamètre 01/02 (03) est de l'ordre de 20 %. 5°) Vis autoperceuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est réalisée en acier austénitique inoxydable recouvert d'un traitement organique neutre sans particules métalliques. 6°) Vis autoperceuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte une prise d'outil avec une forme de tête ou une empreinte spécifique différente des formes des outillages classiques. 7°) Procédé de fabrication d'une vis autotaraudeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis (1) est fabriquée par frappe à froid. 8°) Procédé de fabrication d'une vis autotaraudeuse selon la revendica-15 tion 7, caractérisé en ce qu' on réalise la vis (1) en inox et on la revêt d'un traitement organique neutre par application de couches importantes sans particules métalliques. 20