Brevet FR2998015A1 — publié le 20140516

DISPOSITIF POUR FIXATION ETANCHE La présente invention se rapporte à un dispositif de fixation de type vis/écrou. Plus précisément, l'invention se rapporte à un dispositif de fixation étanche. L'invention s'applique particulièrement au domaine aéronautique. L'emploi de dispositifs de fixation de type vis/écrou ou tige/bague de sertissage est très courante dans l'industrie aéronautique, notamment pour solidariser l'un à l'autre deux éléments de structure. Il est fréquent qu'une étanchéité aux liquides et/ou aux gaz soit requise au niveau de telles fixations, par exemple dans les réservoirs de carburant, ou bien pour éviter la présence d'humidité propice à la corrosion dans les éléments assemblés. Afin de réaliser une telle étanchéité, il est connu d'appliquer un mastic entre la fixation mâle - de type vis ou tige - et l'alésage dans lequel elle prend place. Après installation du dispositif de fixation femelle adéquat - de type écrou ou bague de sertissage -, le mastic durcit par polymérisation de ses composants, ce qui assure l'étanchéité de l'assemblage fixation / structure, ainsi que sa protection contre la corrosion. Toutefois, l'application du mastic au niveau d'un alésage est une opération délicate, qui augmente le temps et le coût de l'installation des 20 fixations. Par ailleurs, lors du montage de la fixation femelle sur la fixation mâle, par exemple le vissage de l'écrou sur la vis ou le sertissage de la bague sur la tige, il convient d'éviter des frottements importants entre la fixation femelle et un panneau de structure. De tels frottements risqueraient d'endommager 25 le panneau, qui est aujourd'hui fréquemment constitué d'un matériau composite. Une solution connue consiste à munir l'écrou d'une rondelle captive, comme décrit par exemple dans le document U54986712. Dans ce document, la rondelle est retenue par des griffes sur l'embase de l'écrou. La 30 rondelle est ainsi reliée à l'écrou, ce dernier demeurant libre en rotation par rapport à la rondelle. Lorsqu'un ensemble écrou/rondelle tel que décrit dans le document U54986712 est utilisé dans une fixation pour panneaux de structure, le vissage de l'écrou sur une vis amène la mise en contact de la rondelle avec 35 l'un des panneaux. Afin de serrer l'écrou jusqu'au couple de serrage souhaité, il est alors indispensable que la force de friction soit plus faible entre l'écrou et la rondelle qu'entre la rondelle et le panneau. Ainsi, la rondelle reste fixe par rapport au panneau tandis que l'écrou continue à tourner par rapport à la rondelle, pour parvenir au couple de serrage souhaité. Dans le document US4986712, la surface de l'écrou au contact de la rondelle est recouverte d'un revêtement à base de cadmium, lui-même recouvert d'une cire. Cette cire assure une lubrification entre l'écrou et la rondelle. L'invention a pour objet de proposer un ensemble comprenant une rondelle, celle-ci assurant à la fois la lubrification de l'interface rondelle/fixation femelle et l'étanchéité de l'assemblage final, tout en permettant une installation aisée. Plus précisément, un aspect de l'invention se rapporte à une rondelle pour fixation femelle de type écrou ou bague de sertissage, ladite rondelle comprenant une base annulaire et une jupe sensiblement cylindrique s'étendant à la périphérie externe de la base annulaire, ladite base annulaire étant au moins partiellement revêtue d'une couche de composition visqueuse apte à former un revêtement étanche aux liquides par polymérisation. Lors du montage sur une fixation mâle d'un ensemble formé par une telle rondelle et une fixation femelle, la couche de composition visqueuse est à même de lubrifier l'interface rondelle/fixation femelle. Par ailleurs, la composition visqueuse sera étalée par le déplacement de la fixation femelle, ce qui conduira à la formation d'un joint étanche après polymérisation. La composition visqueuse peut être un mastic d'étanchéité connu de l'art antérieur, notamment un mastic à base de polysulfure liquide mélangé à un réactif donneur d'oxygène. Un autre aspect de l'invention se rapporte à un ensemble comprenant une rondelle telle que décrite ci-dessus et une fixation femelle sur laquelle est montée ladite rondelle, la fixation femelle étant libre en rotation selon l'axe de la jupe par rapport à la rondelle. Selon un mode de réalisation de l'invention, la fixation femelle est assemblée à la rondelle par adhérence avec la couche de composition visqueuse. Il est ainsi possible de manipuler l'ensemble fixation femelle/rondelle sans que ces éléments ne se désolidarisent. Selon une alternative, la jupe de la rondelle est munie de moyens d'assemblage par emboîtement élastique avec la fixation femelle, lesdits moyens autorisant une rotation de la fixation femelle par rapport à la rondelle. Il est ainsi possible de clipser la rondelle sur une fixation femelle préalablement choisie, avant de procéder à son assemblage avec une fixation mâle telle qu'une vis ou une tige de sertissage. Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé de montage étanche d'un système de fixation, ledit système comprenant : - une rondelle telle que décrite ci-dessus, - une fixation femelle, apte à être assemblée libre en rotation axiale sur la rondelle, - une fixation mâle munie d'une extrémité apte à coopérer avec la fixation femelle, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - insertion de la fixation mâle dans un alésage d'éléments de structure à fixer, - pose de la rondelle sur la fixation femelle, la couche de composition visqueuse étant positionnée entre une face proximale plane de la fixation femelle et la base annulaire de la rondelle ; - installation de l'ensemble fixation femelle/rondelle sur l'extrémité de la fixation mâle, jusqu'à l'entrée en contact de la rondelle avec l'un des éléments de structure à fixer, de sorte à bloquer la rotation axiale de ladite rondelle par rapport audit élément de structure ou à protéger l'élément de structure des efforts de déformation imprimés à la fixation femelle ; - poursuite de l'installation de la fixation femelle, son déplacement par rapport à la rondelle conduisant au fluage de la composition visqueuse vers la fixation mâle, de sorte à combler des interstices formés entre la fixation mâle et la fixation femelle et/ou entre la fixation mâle et l'alésage ; - après installation complète de la fixation femelle, durcissement de la composition visqueuse par polymérisation. Le durcissement de la composition visqueuse permet d'étanchéifier l'assemblage, ainsi que d'assurer sa protection contre la corrosion. La présence de composition visqueuse sur la rondelle dispense l'opérateur d'opérations délicates, comme par exemple l'application de mastic dans l'alésage ou autour du filetage de la vis. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure lA : vue en coupe d'un ensemble écrou/rondelle selon un mode de réalisation de l'invention, - Figure 1B : vue en coupe d'un ensemble écrou/rondelle selon un autre mode de réalisation de l'invention, - Figure 1C : vue en coupe d'un ensemble bague/rondelle selon un mode de réalisation de l'invention, - Figure 2: vue en coupe d'un système de fixation de type vis / écrou en cours de montage, selon un mode de réalisation de l'invention, - Figure 3: vue en coupe d'un système de fixation de type tige / bague en cours de montage, selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1A montre une vue en coupe d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention. L'ensemble 10 comporte une rondelle 11 assemblée à un écrou 12 de fixation. La rondelle 11 comprend une base annulaire 15 et une jupe 13 sensiblement cylindrique de révolution, disposée selon un axe 14 à la périphérie externe de la base annulaire 15. La jupe 13 et la base annulaire 15 forment une cavité dans laquelle se loge une embase 16 de l'écrou 12. Ladite embase 16 est de forme sensiblement cylindrique de révolution selon l'axe 14. L'embase 16 est prolongée axialement par une partie 17 sensiblement tronconique, dont le diamètre décroît à mesure que l'on s'éloigne de l'embase 16 selon l'axe 14. La base annulaire 15 présente un orifice circulaire 18 disposé selon l'axe 14. De même, l'écrou 12 est traversé axialement par un alésage taraudé 19. Au niveau de l'embase 16, l'alésage taraudé 19 est prolongé 30 axialement par un chambrage 20, de diamètre supérieur audit alésage. La base annulaire 15 est revêtue d'une couche 21 d'une composition visqueuse, de type mastic d'étanchéité. Le mastic est apte à former un joint étanche aux liquides après polymérisation. Préférentiellement, le mastic comprend un polysulfure liquide et un 35 réactif apte à libérer de l'oxygène, par exemple l'oxyde de manganèse 2 99 8015 5 (Mn02). Ce type de mastic est utilisé de manière courante dans le domaine de l'aéronautique, notamment pour étanchéifier les réservoirs de carburant. La structure générale d'un monomère de polysulfure est de formule : HS-(C2H4-0-CH2-0- C2H4-S-S)n- C2H4-0-CH2-0- C2H4-SH 5 n étant un nombre entier, généralement compris entre 5 et 50, dont dépend principalement la viscosité du polymère. L'oxyde de manganèse est un agent de polymérisation qui fournit de l'oxygène réagissant avec un groupement thiol terminal d'un brin monomère, ce qui conduit à la formation d'un pont disulfure entre deux brins. Le mastic 10 est alors solidifié en un revêtement étanche. Selon la formulation de mastic utilisée, la réaction est complète au bout d'une durée comprise entre 20 minutes et 24 heures à une température de 20 °C environ. Par exemple, les mastics connus sous les noms commerciaux « PR1776 » ou « PR1762 » sont utilisables dans le cadre de l'invention. 15 Le tableau 1 ci-dessous indique un exemple de composition de mastic utilisable dans le cadre de l'invention. Ce mastic comprend une base et un agent de polymérisation, qui doivent être mélangés pour que le durcissement ait lieu : Composants Pourcentage massique - Base : Carbonate de calcium 26,15 Dioxyde de titane 3,10 Polysulfure liquide 58,50 Diluant volatile 2,25 - Agent de polymérisation : Dioxyde de manganèse 5,53 Huile 3,95 Diluant 0,51 20 Tableau 1 Afin de permettre l'assemblage de l'ensemble 10 avec une vis pour former un assemblage étanche, il convient de bloquer la réaction entre le polysulfure et l'oxyde de manganèse avant ledit assemblage avec une vis. 2 99 8015 6 Selon un mode de réalisation, l'ensemble 10 comprend une couche 21 de mastic dans lequel le polysulfure est mélangé à l'oxyde de manganèse. Il s'agit par exemple du mastic issu du mélange entre la base et l'agent de polymérisation décrits dans le tableau 1. Il est alors possible de maintenir 5 l'ensemble 10 à basse température, jusqu'au montage de la fixation, afin de bloquer la réaction de polymérisation. Selon un autre mode de réalisation, dans la couche 21 de mastic, l'agent de polymérisation tel que l'oxyde de manganèse est contenu dans des micro-capsules, par exemple en céramique. Ainsi, l'agent de 10 polymérisation est isolé du polysulfure jusqu'au montage de la fixation, comme décrit plus bas. La couche 21 étant visqueuse, elle est en mesure d'adhérer à une surface 22 proximale de l'embase 16 de l'écrou, de sorte à maintenir la rondelle 11 sur l'écrou 12. 15 Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 1, la rondelle 11 comporte des moyens de clipsage sur l'écrou 12. Plus précisément, une hauteur axiale de la jupe 13 selon l'axe 14 est supérieure à une hauteur axiale de l'embase 16 ajoutée à une hauteur axiale de la couche 21. Une surface interne de la jupe 13 porte des reliefs 23, de type picots, qui permettent un clipsage de la 20 rondelle 11 sur l'embase 16 de l'écrou 12. L'écrou 12 reste libre en rotation par rapport à la rondelle 11 selon l'axe 14. Dans l'exemple de la figure 1A, la base annulaire 15 est plane et forme avec la jupe un angle de 90°. Selon une variante de réalisation représentée en figure 1B, cette base annulaire 15 peut avoir une forme de tronc de cône 25 disposé selon l'axe 14, le diamètre du cône rétrécissant à mesure que l'on s'éloigne de la jupe. La base annulaire 15 forme alors avec la jupe 13 un angle supérieur à 90°. De préférence, ledit angle est compris entre 90° et 120°. Pour que le mastic flue prioritairement vers le centre de la base annulaire de la rondelle, la rondelle est conçue de sorte que le diamètre de sa base annulaire soit très légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'embase de l'écrou. La figure 1C montre une vue en coupe d'un ensemble 10A selon un autre mode de réalisation de l'invention. L'ensemble 10A comporte une rondelle 11 sertie sur le pourtour d'une bague 12A de sertissage. La rondelle est en tout point de vue identique à celle de la figure 1B, et comporte de la même manière une couche 21 de mastic sur sa base annulaire. Dans cet ensemble, la bague de sertissage 12A est du type connu comprenant une collerette 16A, une portion tubulaire 17A lisse et un perçage intérieur 19A lisse. Ce type de bague est notamment utilisé avec des tiges montées en interférence dans des panneaux de matériaux composites. La figure 2 représente un système de fixation en cours de montage, selon un mode de réalisation de l'invention. Le système 30 de fixation est destiné à solidariser de manière étanche des éléments (31, 32) de structure, par exemple des panneaux d'avion en matériau composite. Le système 30 de fixation comprend un ensemble 10 tel que représenté à la figure 1A, avec notamment une rondelle 11 et un écrou 12. Le système 30 comprend en outre une vis 33 qui prend place dans un alésage 34 ménagé dans les panneaux (31, 32). Le procédé de montage du système 30, décrit ci-après, a pour objectif de réaliser une étanchéité entre le système 30 et l'alésage 34. Après insertion de la vis 33 dans l'alésage 34, une extrémité 35 filetée de la vis est engagée avec l'alésage taraudé 19 de l'ensemble 10, formé de la rondelle 11, de l'écrou 12 et de la couche 21 de mastic. A ce stade du procédé de montage, la couche 21 est sous forme d'une 20 composition visqueuse de type mastic frais. Comme évoqué ci-dessus à l'appui de la figure 1A, il peut s'agir d'une composition à base de polysulfure dans lequel de l'oxyde de manganèse est réparti sous forme microencapsulée. De manière alternative, l'ensemble 10 peut avoir été conservé à basse 25 température après dépôt, sur la rondelle 11, d'un mélange de polysulfure au contact d'un réactif tel que l'oxyde de manganèse. Selon une autre alternative, le mastic formant la couche 21 est préparé et déposé sur la rondelle 11 juste avant l'assemblage avec l'écrou 12 et l'engagement dudit écrou sur la vis 33. 30 L'écrou 12 de l'ensemble 10 est vissé sur le filetage de la vis 33 de manière à amener la rondelle 11 au contact d'une surface d'un élément 31 de fixation. A ce stade, la présence de la couche 21 visqueuse induit une force de friction plus faible entre la rondelle 11 et la surface 22 proximale de l'écrou qu'entre ladite rondelle et l'élément 31. Ainsi, la rondelle 11 reste fixe par rapport à l'élément 31 tandis que le vissage de l'écrou se poursuit. L'écrou 12 se rapproche alors de la rondelle 11 selon l'axe 14, ce qui induit un fluage de la couche 21 visqueuse. En particulier, le mastic est déplacé vers l'axe 14. Un tel déplacement vers l'axe est notamment favorisé par une forme tronconique de la base annulaire 15, formant avec la jupe 13 un angle supérieur à 900. En effet, l'embase de l'écrou contacte d'abord le pourtour périphérique de la base annulaire, ce qui chasse le mastic vers le centre de la base annulaire. La poursuite du vissage de l'écrou force la base annulaire à s'aplanir contre l'élément de structure tout en continuant à guider le mastic vers le centre de la base annulaire. Le mastic de la couche 21 va donc se loger dans des interstices 36 formés entre l'écrou 12 et la vis 33 et/ou entre la vis 33 et l'alésage 34. Selon les dimensions du système 30, le volume de la couche 21 est avantageusement choisi de manière à combler suffisamment les interstices 36, pour obtenir une étanchéité de la fixation. Par ailleurs, dans le cas où le mastic de la couche 21 comporte un réactif sous forme micro-encapsulée, le frottement entre l'écrou 12 et la rondelle 11 casse les micro-capsules, libérant le réactif. Dans le cas où la base annulaire 15 est tronconique, la pression entre l'écrou 12 et l'élément 31 conduit à la déformation de ladite surface. Le vissage complet de l'écrou favorise l'aplanissement de cette base annulaire 15, pour obtenir la configuration représentée à la figure 2. Suite au vissage complet de l'écrou 12 sur la vis 33, la polymérisation du polysulfure conduit au durcissement du mastic, au bout d'une durée par exemple comprise entre 20 minutes et 24 heures. L'étanchéité est alors assurée au niveau de l'assemblage système de fixation / structure. La figure 3 représente un système de fixation 40 en cours de montage, selon un autre mode de réalisation de l'invention. Le système 40 de fixation est destiné à solidariser de manière étanche des éléments (31, 32) de structure, par exemple des panneaux d'avion en matériau composite. Le système 40 de fixation comprend un ensemble 10A avec notamment une rondelle 11 et une bague de sertissage 12A, comme représenté à la figure 1C. Le système 40 comprend une tige 33A comportant un fût lisse 41, une portion de blocage 42, une gorge de rupture 43, une queue de traction 44 qui prend place dans une douille 45 insérée avec jeu dans un alésage ménagé dans les panneaux (31, 32). Le procédé de montage du système 40, décrit ci-après, a pour objectif de réaliser une étanchéité entre le système 40 et la structure. Le diamètre du fût lisse 41 du rivet est supérieur au diamètre intérieur de la douille 45. Le rivet 33A est inséré dans la douille 45, de sorte que la queue de traction 44 ressorte du panneau 32. Un outil -non représenté- agrippe la queue de traction 44 de la tige, et la tire pour insérer le fût lisse 41 dans la douille 45 jusqu'à ce que la tête de la tige entre en contact avec la douille. Un autre outil sertit alors la bague 12A sur la portion de blocage 42. Lors du sertissage, la matière de la bague est déplacée à la fois radialement vers l'intérieur, de manière à solidariser la bague 12A et la portion de blocage 42 de la tige, et axialement en direction du panneau 32, suite à la poussée de l'outil. La rondelle 12A ne tourne pas autour de la bague mais protège le panneau, lors de l'opération de sertissage de la bague, des efforts de déformation imprimés à la bague. Le mastic 21 est alors, comme précédemment décrit, chassé vers le centre de la base annulaire pour se loger dans l'interstice annulaire formé entre la base annulaire 15 de la rondelle, la bague 12A et la douille 45. Enfin, la queue de traction est cassée au niveau de la gorge de rupture 43, afin de finaliser l'assemblage. Suite au sertissage de la bague 12A sur la tige 33A, la polymérisation du polysulfure conduit au durcissement du mastic, au bout d'une durée par exemple comprise entre 20 minutes et 24 heures. L'étanchéité est alors assurée au niveau de l'assemblage. En variante non représentée, l'ensemble 10 ou 10A peut être utilisé avec une fixation comportant un fût lisse, un filetage, une gorge de rupture et une queue de traction, fixation par exemple décrite dans le brevet 30 U56665922. En variante non représentée, l'ensemble 10 rondelle / écrou peut aussi être utilisé avec une tige comportant un fût lisse, un filetage, une gorge de rupture, une queue de traction et une douille dans laquelle le fût de la tige est inséré en force, fixation par exemple décrite dans le brevet EP 1 903 221. Ainsi, le mastic frais est déplacé vers la douille lorsque l'écrou est vissé sur le filetage de la tige, jusqu'à former un cordon étanche autour de la douille. En variante non représentée, l'ensemble 10 rondelle / écrou peut également être utilisé avec une vis et une douille, dans laquelle le fût de la 5 vis est inséré en force, comme par exemple la vis décrite dans le document FR2946707. Ainsi, le mastic frais est déplacé vers la douille lorsque l'écrou est vissé sur le filetage de la vis, jusqu'à former un cordon étanche autour de la douille. REVENDICATIONS1. Rondelle (11) pour fixation femelle (12, 12A), ladite rondelle comprenant une base annulaire (15) et une jupe (13) sensiblement cylindrique solidaire d'une périphérie externe de la base annulaire, caractérisée en ce que la base annulaire est au moins partiellement revêtue d'une couche (21) de composition visqueuse apte à former par polymérisation un revêtement étanche aux liquides. 2. Rondelle selon la revendication 1, telle que la composition visqueuse comprend un polysulfure liquide et un réactif apte à libérer de l'oxygène. 3. Rondelle selon la revendication 2, telle que le réactif apte à libérer de l'oxygène est le dioxyde de manganèse. 4. Rondelle selon la revendication 2 ou la revendication 3, telle que le polysulfure liquide et/ou le réactif apte à libérer de l'oxygène sont sous forme micro-encapsulée dans la composition visqueuse. 5. Rondelle selon la revendication 2 ou la revendication 3, telle que le polysulfure liquide et le réactif apte à libérer de l'oxygène sont sous forme de mélange dans la composition visqueuse. 6. Rondelle selon l'une des revendications précédentes telle que la base annulaire (15) est plane ou tronconique. 7. Rondelle selon l'une des revendications précédentes telle que la base annulaire (15) forme avec la jupe (13) un angle supérieur ou égal à 900 . 30 8. Ensemble (10, 10A) comprenant une rondelle (11) selon l'une des revendications précédentes et une fixation femelle (12, 12A) sur laquelle est assemblée ladite rondelle, la fixation femelle étant libre en rotation selon l'axe de la jupe par rapport à la rondelle. 35 9. Ensemble (10, 10A) selon la revendication 8, tel que la fixation femelle (12, 12A) est assemblée à la rondelle (11) par adhérence avec la couche (21) de composition visqueuse. 10. Ensemble (10, 10A) selon la revendication 8 ou la revendication 9, tel que la jupe de la rondelle est munie de moyens (23) d'assemblage par emboîtement élastique avec la fixation femelle, lesdits moyens autorisant une rotation de la fixation femelle (12, 12A) par rapport à la rondelle (11). 11. Ensemble (10, 10A) selon l'une des revendications 8 à 10, tel que la fixation femelle est un écrou (12) ou une bague de sertissage (12A). 12. Procédé de montage étanche d'un système de fixation, ledit système comprenant : - une rondelle (11) selon l'une des revendications 1 à 7, - un fixation femelle (12, 12A), apte à être assemblée libre en rotation axiale sur la rondelle, - une fixation mâle (33, 33A) munie d'une extrémité (35) apte à coopérer avec la fixation femelle, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - insertion d'une fixation mâle dans un alésage (34) d'éléments (31, 32) de structure à fixer ; - assemblage de la rondelle sur la fixation femelle (12, 12A), la couche (21) de composition visqueuse étant positionnée entre une face proximale plane de la fixation femelle et la base annulaire (15) de la rondelle (11) ; - pose de l'ensemble fixation femelle (12, 12A) / rondelle (11) sur la fixation mâle jusqu'à l'entrée en contact de la rondelle avec l'un des éléments de structure à fixer, de sorte à bloquer la rotation axiale de ladite rondelle par rapport audit élément de structure. - installation de la fixation femelle sur la fixation mâle, son déplacement par rapport à la rondelle conduisant au fluage de la composition visqueuse vers l'axe (14) de la base annulaire, de sorte à combler des interstices (36) formés entre la fixation mâle, la fixation femelle et l'alésage ;- après installation complète de la fixation femelle, durcissement de la composition visqueuse par polymérisation, de sorte à étanchéifier le système et les éléments de structure. 13. Procédé selon la revendication 12, tel que la rondelle (11) est selon la revendication 4, le déplacement de la fixation femelle par rapport à la rondelle conduisant à la rupture des micro-capsules et au mélange du polysulfure liquide et du réactif apte à libérer de l'oxygène. 14. Procédé selon la revendication 12 ou la revendication 13, tel que : - la base annulaire (15) de la rondelle (11) portant la couche de composition visqueuse est tronconique ; - l'installation de la fixation femelle entraîne la compression de ladite base annulaire entre un élément de structure et la face proximale plane de la fixation femelle, ladite compression conduisant à l'aplanissement de ladite surface de la rondelle. 15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel la fixation mâle est une vis (33), une tige, une vis avec une douille ou une tige (33A) avec une douille (45).