Brevet FR3129444A1 — publié le 20230526

La présente invention concerne les dispositifs élastiques de compression destiné à stocker, grâce à un ressort composite, de grandes énergies élastiques sous une faible masse, pour les applications suivantes : Dans le domaine de l’astronautique, de l’aéronautique Dans le domaine des éléments élastique de suspension destinés aux transports automobile, ferroviaire. Dans les mécanismes industriels. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif, tolérant aux dommages, offrant une immunité au fluage, aux chocs à la corrosion et à l’entaille tout en atteignant des niveaux de densité d’énergie considérable à savoir 1 400 J/kg ! soit 4.66 fois plus que les ressorts en acier ! La présente invention se caractérise par la forme en soufflet, de son élément élastique de compression ; cette forme est dessinée à base de portion(s) d’ellipse(s), comme le montre la Figure 3, elle est terminée, par des appuis (9) « Figure à publier pour l’abrégé : Figure 3 » Ressort composite de suspension en soufflet Domaine de la technique La présente invention concerne les dispositifs élastiques de compression destiné à stocker, grâce à un ressort composite, de grandes énergies élastiques sous une faible masse, pour les applications suivantes : Dans le domaine de l’astronautique, de l’aéronautique, par exemple pour la fabrication d’éléments permettant de séparer deux étages de fusée durant leur ascension, ou d’écarter d’une fusée les boosters, d’éjecter la coiffe ou placer sur orbite des satellites. Dans le domaine des éléments élastique de suspension destinés aux transports automobile, ferroviaire industriel ou analogue. Dans les mécanismes industriels. Etat de de la technique antérieure Il est connu que les ressorts acier ont des densités d’énergie relativement modeste situées à 250 voire 300 Joules par kilogramme (J/kg). Les ressorts métalliques sont sensibles à la corrosion et à l’entaille, ce qui aboutit à la rupture explosive de ceux-ci. Les ressorts hélicoïdaux composites, que nous avons inventé, parviennent à atteindre des densités d’énergie de 600 J/kg. Les ressorts composites ont une structure fibreuse qui leur permet d’être immunes aux chocs à la corrosion et à l’entaille (on dit qu’ils sont tolérants aux dommages). Tous les ressorts de l’art antérieurs souffrent du grave problème dit de fluage ; c’est-à-dire qu’ils perdent de la charge, progressivement, lorsqu’ils sont comprimés longtemps. Ressorts composites antérieurs Le brevet Européen 94401868.8 du 18-08-94 sous priorité du brevet FR 9310146 du 20-08-93 (de l’auteur) décrit un ressort en forme de « C », ce ressort utilise un ruban ayant une largeur sensiblement égale à la largeur du ressort et une épaisseur perpendiculaire au dit ressort sensiblement moindre. Ledit ruban composite de renforcement est enroulé, de façon continue, autour du ressort faisant le tour de l’entretoise centrale et des yeux de fixation de façon ininterrompue. En d’autres termes : ledit ruban parcourt par exemple l’extrados de l’entretoise, puis tourne autour de l’œil d’une extrémité et revient vers l’autre œil en parcourant l’intrados du ressort, il tourne alors autour du second œil et repart sur l’extrados (pour un nombre fini de tours). Lors du chargement des yeux, c’est à dire quand on applique une force destinée à les rapprocher. Dans la configuration revendiquée par le brevet FR 9310146, on observe les phénomènes suivants : les yeux poussent sur la zone du ruban située du côté de l’intrados. Le ruban, sous la charge, se décolle de l’entretoise, ceci provoque immanquablement le délaminage total de la couche de ruban et la ruine du ressort. De plus l’entretoise étant de section constante le moment quadratique appliqué au ressort n’est pas maitrisé. Il s’agit de notre tout premier ressort et il est donc très loin d’être mature. Un tel ressort n’est pas capable de stocker une énergie intéressante. Brevet FR 85 13960 du 20-09-85 (déposant régie nationale Renault) ce brevet traite d’un ressort à lame et de la façon de fixer ses extrémités. Il n’y a absolument aucune communauté de principe entre un tel ressort et un ressort en oméga ! De plus mettre un œil à l’intérieur de la lame du ressort est susceptible de provoquer un délaminage du composite. Placer un œil entre des couches de composite est donc également une très mauvaise idée ! Brevet JP 2015187459 A du 29-10-2015, ce brevet en montre un ressort en épingle à cheveux, a épaisseur constante et de plus les extrémités dudit ressort sont pincées. Ce brevet ne présente aucune antériorité par rapport à l’invention. Brevet EP 0132 048 A1 du 23-01-1985 ce brevet présente des ressorts en zig-zag constitué de rubans à épaisseur constante et donc sans entretoise pour gérer le moment appliqué le long du dit zig-zag ; de plus les extrémités du zig-zag ne sont pas traitées, ni clairement revendiquées comme le montre la du dit brevet. Brevet 1910754 du 28-09-2019 (de l’auteur) ce brevet décrit un ressort composite en forme de « C » (voir ) et de « S » (voir ), extrêmement efficace, offrant une densité d’énergie pouvant atteindre 1400 J/Kg et ne fluant pas. Ce type de ressort en « C » a été testé 20 ans sous charge nominale avec succès. Le seul inconvenant de ce ressort est sa géométrie qui impose une intégration dédiée, par contre il offre environ 75% de gain de masse et environ 10% de gain en coût par rapport à un ressort hélicoïdal acier. Objectif de la présente invention La présente invention concerne les ressorts de compression, elle a pour but de réaliser un dispositif, tolérant aux dommages, offrant une immunité parfaite au fluage, aux chocs à la corrosion et à l’entaille, tout en atteignant des niveaux de densité d’énergie stockées considérable à savoir 1 400 J/kg ! La présente invention a pour but de permettre d’effectuer une mise en charge maitrisée du composite. La présente invention a pour but d’offrir les bénéfices du ressort en « C », soit environ 75% de gain de masse et 10% de gain en coût par rapport à un ressort hélicoïdal acier, tout en se logeant dans le même volume qu’un ressort hélicoïdal. La présente invention supprime les objections des responsables de plateforme véhicule, qui souhaitent garder la possibilité, à tout moment, d’avoir le choix entre le ressort composite et un ressort hélicoïdal classique. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES partie élastique élémentaire dite ressort en « C » ou dit en oméga partie élastique élémentaire dite ressort en « S », c’est-à-dire deux ressorts en « C » tête-bêche. vue en coupe schématique d’un soufflet à anneau extérieur suivant l’invention vue extérieure schématique d’un soufflet à anneau extérieur suivant l’invention vue en bout schématique d’un soufflet à anneau extérieur suivant l’invention vue en coupe schématique d’un soufflet à anneau intérieur suivant l’invention (1) nappe composite (2) nappe composite (3) (3’) entretoise de type (3) (4) axe de symétrie (5) axe de chargement local dit : portion de courbe secondaire (6) raccordement de deux ressorts tête-bêche (7) apex d’un ressort élémentaire (8) axe de révolution du soufflet (axe « Z ») dit : portion de courbe principale (9, 9’, 9’’ ,9’’’) extrémité du raccordement entre les nappes (1) et (2) (10, 10’) Extrémité Inferieure de la partie élastique du soufflet appelée (EI) (10’’ ,10’’’) Extrémité Supérieure de la partie élastique du soufflet appelée (ES) (11, 11’) zone de chargement local (12, 12’) zone de fermeture du soufflet (13) tangente à l’orientation des nappes (1) et (2) aux points de type (6) (A) anneau d’extrémité (F1) chargement local (F1’) chargement local antagoniste (D1) distance de l’axe de chargement par rapport à la section (S1) étudiée (S1) section locale étudiée (EI) extrémité inferieure du soufflet (ES) extrémité supérieure du soufflet (X, Y, Z) Repère orthonormé (α) angle de renforcement (β) angle de la tangente (13) de l’orientation des nappes (1) et (2) au point (6) voir . (γ) angle formé par les fibres constituant les couches de type (3) et (3’) : - par rapport à la direction de l’axe (8) ; - c’est-à-dire, en d’autres termes par rapport à la paroi constitué par les tubes ondulés de type (1) et (2) sur lesquels elles sont enroulées. « REMARQUES » Il est précisé que les adverbes préférentiellement, et optionnellement signifient que l’on peut de préférence utiliser une solution ou que l’on peut ne pas l’utiliser tout en restant dans le cadre de l’invention Il est bien précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l’une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Le demandeur tient aussi à préciser que les figures représentent un mode de réalisation de l’objet selon l’invention, mais qu’il peut exister d’autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Par exemple les nappes ou tube de type (1) et de type (2) peuvent être : soit étant purement unidirectionnelles (UD) allant de (ES) à (EI), soit étant un panachage de fibres (UD) allant de (ES) à (EI), et de fibres formant un angle non nul avec lesdites fibres (UD), et en particulier cet angle pouvant être de 90°. Il précise en outre que, lorsque, selon la définition de l’invention, l’objet de l’invention comporte “au moins un” élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Il précise aussi que, si les modes de réalisation de l’objet, selon l’invention, tel qu’illustré comportent plusieurs éléments de fonction identique et que si, dans la description, il n’est pas spécifié que l’objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l’objet de l’invention pourra être défini comme comportant “au moins un” de ces éléments. Il est précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. Il est précisé que l’invention concerne aussi bien des ressorts en soufflets, tel que décrit, c’est à dire comportant des entretoises de type (3 et 3’), que des ressorts en soufflets dépourvus desdites entretoises. Il est enfin précisé qu’en faisant varier la valeur de l’angle (β) aux points de type (6), on peut ajuster l’évolution de la loi de raideur du ressort. Ainsi si (b) est inférieur à 90° (par exemple 70°) en début de compression et qu’il arrive à 90°en compression maximale, le ressort aura une raideur croissante. Il précise également que, le terme sensiblement peut signifier que la propriété qualifiée ainsi peut être comprise soit comme étant exactement, soit comme presque définie. Par exemple la propriété « fibres disposées sensiblement en sinusoïdes » peut signifier soit que les fibres sont disposées exactement en sinusoïde, soit qu’elles sont disposées suivant un arrangement irrégulier répétitif, par exemple en « zigzag » ou plis croisés. Il est enfin précisé que l’expression « de type » permet de designer tous les points de même type, c’est à dire similaires. Ainsi en on a montré à titre d’exemple des points de type 6 dans la partie basse du soufflet, à droite et à gauche, il est bien entendu que les autres zones de mêmes géométries sont englobées dans cette définition. De même l’expression entretoise de type (3) englobe toutes les entretoises qu’elles soient (3) ou (3’) Notons que, dans le cas de l’extrémité du soufflet de type (10), à savoir (10 et 10’ et 10’’ et 10’’’), il est souhaitable d’adopter localement le même réglage d’angle (β) DEFINITION Q ueue de cochon : dans le cas d’un ressort hélicoïdal, il s’agit d’une ou plusieurs spires dont le diamètre d’enroulement est moindre que le diamètre du corps principal du ressort, ceci afin de venir s’interfacer avec un siège de ressort de plus petit diamètre Extrados : partie bombée convexe Intrados : partie en creux concave Abscisse curviligne : abscisse mesurée sur la ligne située à égale distance entre les couches de type (1) et (2) par exemple sur la . UD : fibres unidirectionnelles. SCE : Suite de Cellules Elémentaire. Apex : partie la plus éloignée de l’axe (5) de la partie élastique élémentaire dite ressort en « C » RESUME Ressort notamment pour véhicule automobile, comprenant • une chambre annulaire ouverte à ses deux extrémités, • des moyens d’accrochage avec des éléments externes, ces moyens d’accrochage étant montés en coopération respectivement avec les deux extrémités de ladite chambre, ladite chambre annulaire comprenant une paroi latérale ayant une forme présentant des ondulations périodiques, les ondulations ,de ladite chambre vue en coupe, ayant sensiblement une forme sinusoïdale , chaque demi-période étant définies par un sommet et deux pieds , chacun des dits pieds de part et d’autre du sommet étant situés sur une courbe dite courbe d’ondulation , Ladite chambre comporte une paroi latérale constituée de deux couches en matériaux composite fibres-matrice, séparées, depuis le sommet vers les pieds , par une entretoise composite épaisse au sommet et qui s’affine vers les deux pieds de la demi-période de telle sorte que l’épaisseur, au sommet de la demi-période, est supérieure à l’épaisseur prise aux pieds et est décroissante de façon continue du dit sommet vers les deux pieds de ladite demi-période. Ressort dont la forme de la chambre annulaire vue de côté est choisi parmi les options suivantes : rectiligne , courbe Ressort dont la forme de la chambre annulaire vue en bout , ou dans un plan parallèle aux extrémités de ladite chambre a une forme choisie parmi les figures géométriques suivantes : cylindrique , elliptique Ressort dont la chambre annulaire, a une forme choisi parmi les options suivantes : de diamètre constant sur toute sa hauteur , de diamètre variable sur toute sa hauteur Ressort dont les ondulations de la chambre annulaire, sont choisies parmi les options suivantes : ondulations à pas constant, ondulations à pas variable. Ressort dont les ondulations de la chambre annulaire ont une forme semblable a une demi-ellipse Ressort dont les deux couches ondulés de composite « matrice-fibres » s’étendant d’une extrémité à l’autre de la chambre annulaire, sont constituées: d’une part de "fibres", les fibres étant constituées de l’une des matières suivantes : verre, basalte, carbone, aramide, polyéthylène à haute densité et d’autre part d’une "matrice", qui est une substance destinée à lier les fibres entre elles, la matrice choisie parmi les options ci-après : thermodurcissables , thermoplastique , caoutchouctique et pouvant être de l’un des types chimiques suivants : époxy, polyester, vinylester, polyamide, polyéthylène, polyétherimide, polyimide, caoutchouc. Ressort dont l’entretoise, placée entre les membranes ondulées, disposée au sommet de la demie période et s’étendant vers les pieds de chaque demi période peut suivant l’une des options suivante : être moulés avant mise en place, être déposées in-situ ,pendant la fabrication de la chambre annulaire composite, ladite entretoise pouvant être constituées, partiellement, d’une part de "fibres", choisi parmi les configurations suivantes : continus, hachés, les dites fibres pouvant être d’une part de l’une des fibres de renforcement suivantes : verre, basalte, carbone, aramide, polyéthylène à haute densité ,et d’autre part, d’une matrice, la dite entretoise pouvant être choisi parmi les configurations suivantes :uniquement de "matrice" pure, d’un mélange fibres matrices, la dite matrice pouvant être de nature : thermodurcissables ,thermoplastique , caoutchouctique et être de l’un des types chimique suivants : époxy, polyester, vinylester, polyamide, polyéthylène, polyétherimide, polyimide, caoutchouc. Ressort tel que les extrémités supérieures et inferieures de la chambre annulaire sont fermées, par deux opercules situés au niveau des dites extrémités, ladite chambre étant ainsi rendues étanches, il est alors possible d’introduire au choix : un fluide , un gaz sous pression pour faire varier la hauteur sous charge et la raideur du dit ressort Ressort notamment pour véhicule automobile, comprenant une chambre annulaire ouverte à ses deux extrémités, (10, 10’) et (10’’ ,10’’’) des moyens d’accrochage avec des éléments externes, ces moyens d’accrochage étant montés en coopération respectivement avec les deux extrémités (A) de ladite chambre, ladite chambre annulaire comprenant une paroi latérale ayant une forme présentant des ondulations périodiques, les ondulations, de ladite chambre vue en coupe, ayant sensiblement une forme sinusoïdale, chaque demi-période étant définies par un sommet (7) et deux pieds, (6) chacun des dits pieds de part et d’autre du sommet étant situés sur une courbe dite courbe d’ondulation, (5) caractérisée par le fait que ladite paroi latérale comporte deux couches (1) et (2) en matériaux composite fibres-matrice, séparées, depuis le sommet (7) vers les pieds (6), par une entretoise composite, (3) et (3’) épaisse au sommet, et qui s’affine vers les deux pieds (6) de la demi-période, de telle sorte que l’épaisseur, au sommet de la demi-période, est supérieure à l’épaisseur prise aux pieds est décroissante de façon continue, du dit sommet vers les deux pieds de ladite demi-période. Ressort selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la forme (8) ,dit : portion de courbe principale, de la chambre annulaire vue de côté est choisi parmi les options suivantes : rectiligne , courbe Ressort selon l’une des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que vue dans un plan parallèle aux extrémités, ladite chambre a une forme choisie parmi les figures géométriques suivantes : cylindrique , elliptique Ressort selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la chambre annulaire, a une forme choisi parmi les options suivantes : de diamètre constant sur toute sa hauteur , de diamètre variable sur toute sa hauteur Ressort selon les revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que les ondulations, de la chambre annulaire, sont choisies parmi les options suivantes : ondulations à pas constant, ondulations à pas variable. Ressort selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les ondulations de la chambre annulaire ont une forme semblable a une demi-ellipse Ressort selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les deux couches (1) et (2) ondulés de composite « matrice-fibres » s’étendant d’une extrémité à l’autre de la chambre annulaire, sont constituées: d’une part de "fibres", les fibres étant constituées de l’une des matières suivantes : verre, basalte, carbone, aramide, polyéthylène à haute densité et d’autre part d’une "matrice", qui est une substance destinée à lier les fibres entre elles, la matrice choisie parmi les options ci-après : thermodurcissables , thermoplastique , caoutchouctique et pouvant être de l’un des types chimiques suivants : époxy, polyester, vinylester, polyamide, polyéthylène, polyétherimide, polyimide, caoutchouc. Ressort selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l’ entretoise, (3) et (3’) placée entre les couches ondulées, (1) et (2) disposée au sommet (7) de la demie période et s’étendant vers les pieds (6) de chaque demi période, peut suivant l’une des options suivante : être moulés avant mise en place, être déposées in-situ pendant la fabrication de la chambre annulaire composite, ladite entretoise pouvant être de l’une des compositions suivantes : être constituée uniquement de « matriceé pure, être constituées d’un mélange fibres matrices, la dite matrice pouvant être de nature : thermodurcissables ,thermoplastique , caoutchouctique et être de l’un des types chimique suivants : époxy, polyester, vinylester, polyamide, polyéthylène, polyétherimide, polyimide, caoutchouc, et dans le cas d’un mélange fibres matrices, la dite entretoise pouvant être constituée partiellement de matrice telle que décrit ci-dessus et de « fibres » choisies parmi les configurations suivantes : continus, hachés , les dites fibres pouvant être des fibres de renforcement suivantes : verre, basalte, carbone, aramide, polyéthylène à haute densité Ressort selon l’une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les extrémités supérieures (ES) et inferieures (EI) de la chambre annulaire sont fermées, par deux opercules (9) (9’) et (9’’) (9’’’) situés au niveau des dites extrémités , ladite chambre étant ainsi rendues étanches, il est alors possible d’introduire au choix : un fluide , un gaz, sous pression pour faire varier la hauteur sous charge et la raideur du dit ressort