Brevet FR3141635A1 — publié le 20240510

L’invention concerne un dispositif de fixation (10) par soudage d'une première pièce en plastique, notamment un support/socle de capteur, à une deuxième pièce en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs, comprenant un élément chauffant (3) configuré pour être alimenté par un courant électrique pour le chauffer et destiné à être apposé contre une des deux pièces en plastique une fois ces dernières en contact de sorte à les faire fondre et à les lier sous l’effet de chaleur, le dispositif de fixation (10) comprenant en outre des moyens de refroidissement de l’élément chauffant (3) une fois les pièces fondues entre elles. Figure de l’abrégé : [Fig 1A] Dispositif et procédé de fixation par soudage de deux pièces plastiques Domaine de l'invention Le domaine de l’invention est celui de l’outillage de soudage des plastiques. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé de fixation d'un élément en plastique, notamment un support de capteur, à un autre élément en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs. État de la technique Lors de la réparation des éléments de carrosserie automobile, il est parfois nécessaire de fixer des pièces plastiques entre elles, en particulier de fixer des supports d’accessoires tels des supports de capteurs pour l’aide au stationnement et à la conduite (radars de recul ou LIDAR), sur des pare-chocs. Ces derniers situés sur la face avant et arrière du véhicule ne sont en effet plus cantonnés à la seule fonction de limitation des dégâts liés aux chocs. Les solutions de soudage de pièces plastiques entre elles qui existent actuellement sont : - le soudage par ultrasons : le coût de cette solution est très élevé mais la qualité de soudure est bonne ; - la fixation avec du fil chaud : cette solution pose des problèmes de tenue dans le temps ; - le soudage avec de l’air chaud : cette solution déforme la pièce et sa mise en œuvre est complexe ; - le soudage avec des fers à panne chaude : cette solution brule les plastiques et est en outre chronophage. Il existe donc un besoin de fournir une solution qui réponde aux spécificités du soudage du plastique, avec un coût raisonnable, une mise en œuvre simple et une bonne qualité de soudure, notamment dans le domaine de la réparation automobile. Présentation de l’invention Pour ceci, l’invention propose un dispositif de fixation par soudage d'une première pièce en plastique, notamment un support/socle de capteur, à une deuxième pièce en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs, comprenant un élément chauffant configuré pour être alimenté par un courant électrique pour le chauffer et destiné à être apposé contre une des deux pièces en plastique une fois ces dernières en contact de sorte à les faire fondre et à les lier sous l’effet de chaleur, le dispositif comprenant en outre des moyens de refroidissement de l’élément chauffant une fois les pièces fondues entre elles. Le dispositif de l’invention qui est de mise en œuvre simple répond à différentes contraintes techniques pour souder les plastiques. Il permet en effet de maitriser la température de l’élément chauffant pour ne pas détériorer les plastiques. Le dispositif de l’invention permet d’avoir une chauffe uniforme et rapide, qui peut être contrôlée. Le refroidissement forcé par de l’air comprimé permet d’obtenir une meilleure esthétique de la soudure et de réduire le temps de cycle. L’élément chauffant peut ensuite être retiré de la zone de soudure une fois refroidi. Selon un aspect particulier de l’invention, le dispositif de fixation comprend des moyens de mesure et de contrôle de la température de l’élément chauffant. Selon un aspect particulier de l’invention, l’élément chauffant est une matrice en acier. Selon un aspect particulier de l’invention, le courant électrique d’alimentation de l’élément chauffant est un courant sinusoïdal de fréquence variable comprise entre 50 kHz et 120kHz. L’invention concerne également un procédé de fixation par soudage d'une première pièce en plastique, notamment un support/socle de capteur, à une deuxième pièce en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs, comprenant successivement : - une étape de placage du premier élément sur le deuxième élément ; - une étape d’application d’un élément chauffant d’un dispositif de fixation tel que décrit précédemment contre une des deux pièces en plastique une fois ces dernières en contact de sorte à les faire fondre et à les lier sous l’effet de chaleur, ledit élément chauffant étant destiné à être alimenté par un courant électrique, - une étape de refroidissement de l’élément chauffant une fois les pièces fondues entre elles, avant le durcissement des deux pièces, et - une étape de retrait de l’élément chauffant une fois ce dernier refroidi. Description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation particulier, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : est une vue en perspective du dispositif de fixation selon un mode de réalisation de l’invention ; est une vue en éclaté du dispositif de fixation de la ; est une vue de détails partielle du dispositif de fixation de la ; montre une soudure sans refroidissement de l’élément chauffant du dispositif de fixation de l’invention ; montre une soudure avec refroidissement de l’élément chauffant du dispositif de fixation de l’invention. Description de l’invention Le dispositif ou outil de fixation de l’invention sert par exemple à fixer un socle de capteur en matière plastique, faisant partie du système d’assistance de conduite d’un véhicule, sur un pare-chocs en matière plastique de ce dernier. Il peut s’agir d’un capteur optique, tel un LIDAR ou d’un capteur de radar de recul. Un tel dispositif de fixation 10, dont un mode de réalisation particulier est visible sur les figures 1Aà 1C, comprend un corps ou carter principal de type poignée-pistolet qui est muni d’une poignée de préhension 2 et une tête d’outil 2’ sur laquelle peut être solidarisé, de manière amovible, un élément chauffant 3 par le biais d’une interface de connexion. L’élément chauffant 3 prend la forme d’une matrice spécifique en acier destinée à venir s’appliquer sur les pièces en plastique à souder entre elles. L’élément chauffant (ou matrice) 3 est parcouru par un courant électrique pour le chauffer. Le dispositif de fixation 10 est relié à une source d’alimentation électrique externe par le biais d’un câble d’alimentation 4 et/ou est équipé d’une source d’alimentation électrique interne, telle une batterie de stockage d’énergie électrique. Dans un mode de réalisation particulier, l’élément chauffant 3 est chauffé de façon homogène par le biais d’un courant sinusoïdal de fréquence élevée. Ce courant est délivré par un générateur de courant sinusoïdal à fréquence variable entre 50kHz et 120 kHz qui est relié au réseau. La fréquence évolue en permanence dans cette plage de fréquences, pour optimiser la puissance de chauffe, quel que soit la tension d’alimentation secteur du dispositif de fixation 10 et la température de l’élément chauffant 3. Cela permet d’avoir une chauffe uniforme et rapide de de l’élément chauffant 3 ou matrice avec un ensemble peu volumineux, qui peut être contrôlée. Pour chauffer la matrice, un principe de l’électrothermie résistif est mis en œuvre, à savoir la conduction par effet de peau. Cela permet la chauffe homogène de la matrice en acier, tout en limitant l’échauffement des autres éléments de puissance et les connexions électriques. Un autre intérêt réside en ce que c’est la partie refroidie par le contact de la pièce plastique qui est chauffée, ce qui permet d’avoir une chauffe réactive. En pratique, on met en contact les pièces en plastique que l’on souhaite fixer l’une à l’autre et on chauffe localement en surface à l’aide du dispositif de l’invention. Plus précisément, le générateur de courant électrique alimente l’élément chauffant 3 ou matrice du dispositif de fixation 10 qui fournit une quantité de chaleur définie aux pièces à souder lorsque l’élément chauffant 3 est appliqué avec une force prédéterminée pendant une durée définie, en évitant un chauffage excessif sur les pièces en plastiques à souder qui sont en contact. La liaison de ces deux pièces se fait par matière fondue. On fait ainsi fondre une zone par apport de chaleur et on réalise une liaison après durcissement. La mesure de température est faite directement sur l’élément chauffant 3 ou la matrice par un thermocouple 5 visible sur les figures 1B et 1C et disposé du côté de la face arrière de l’élément chauffant 3 à proximité de ce dernier. La face avant de l’élément chauffant 3 destinée à venir au contact des pièces à souder présente plusieurs picots dont le nombre et les dimensions peuvent varier selon les pièces (capteurs par exemple) à fixer. La forme de la matrice est définie en fonction du résultat voulu. De façon avantageuse, l’élément chauffant 3 est monté de façon amovible sur deux branches 8 espacées de la tête d’outil 2’ par le biais de moyens de connexion (par vissage par exemple). Ces moyens de connexion (vis par exemple) assurent que la matrice est bien plaquée sur le thermocouple et en sont accessibles pour le démontage, sans augmenter l’encombrement. L’utilisation d’un thermocouple ou capteur de mesure thermique permet une mesure fiable, précise et rapide de la température de l’élément chauffant 3. Cela permet de limiter l’inertie de la mesure et de ne pas dépasser la température maximum du plastique. Cela limite le risque de dégradation de la matière et la génération de fumée. La est une vue de détails de la tête d’outil 2’ sans l’élément chauffant qui montre le positionnement du thermocouple 5 sur une pièce de maintien 7 située entre les deux branches 8 espacées de la tête d’outil 2’. Une fois que la soudure est effectuée, si on retire la matrice encore chaude, alors le plastique reste collé à la matrice et il y a formation de filaments ( ). En plus, il y a le risque de déplacement de l’assemblage. Pour améliorer ce point, un refroidissement forcé de la matrice par de l’air comprimé dirigé vers la matrice a été ajouté. Cela permet un gain de temps et de garantir une meilleure esthétique finale ( ). Le flux d’air comprimé est canalisé pour optimiser le refroidissement. Pour ce faire, un conduit 6 d’amenée d’air est disposé dans la tête d’outil 2’ et débouche par un orifice dans une cavité ménagée sur la face arrière du thermocouple 5. Cette cavité communique avec deux trous de passage de l’air dans la pièce de maintien du thermocouple 5, le flux d’air représenté par les flèches étant ainsi dirigé vers l’élément chauffant 3 ou matrice. Ce refroidissement forcé par de l’air comprimé géré par une électrovanne permet d’obtenir une meilleure esthétique de la soudure et de réduire le temps de cycle. L’ajout d’un refroidissement forcé permet d’améliorer le rendu esthétique et limite les risques de brûlure, tout en réduisant le temps de cycle. Après solidification de la matière, le socle est solidaire du pare-chocs. La solution de l’invention est simple et peu coûteuse. Elle permet une bonne tenue mécanique de la soudure sans détérioration des plastiques (rendu final esthétique). Ce qui garantit une bonne tenue, c’est la chauffe homogène de la matrice mais aussi la bonne maitrise de la température de la matrice, qui elle est liée à l’utilisation d’un thermocouple et aussi de la bonne forme de la matrice en fonction de l’application. Le temps de chauffe de la matrice ( Cet outil de conception compacte permet de simplifier le soudage de pièces en plastique par une mise en œuvre simple et reproductible. L’évolution consiste à améliorer la chauffe de la matrice de façon uniforme rapide et maitrisée en température (c’est-à-dire contrôlée) par la mise en œuvre d’un courant sinusoïdal de fréquence élevée, et par un refroidissement de la matrice une fois les pièces solidarisées entre elles. Le dispositif de fixation 10 comprend des moyens de mesure de la température de l’élément chauffant 3 (le thermocouple 5 en l’occurrence) et des moyens de contrôle de la température de l’élément chauffant 3 (tel un microcontrôleur relié au thermocouple 5 et à l’électrovanne de pilotage de l’air comprimé de refroidissement). Dispositif de fixation (10) par soudage d'une première pièce en plastique, notamment un support/socle de capteur, à une deuxième pièce en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs, comprenant un élément chauffant (3) configuré pour être alimenté par un courant électrique pour le chauffer et destiné à être apposé contre une des deux pièces en plastique une fois ces dernières en contact de sorte à les faire fondre et à les lier sous l’effet de chaleur, le dispositif de fixation (10) comprenant en outre des moyens de refroidissement de l’élément chauffant (3) une fois les pièces fondues entre elles. Dispositif de fixation selon la revendication 1, comprenant des moyens de mesure et de contrôle de la température de l’élément chauffant (3). Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, l’élément chauffant (3) étant une matrice en acier. Dispositif de fixation selon l’une des revendications précédentes, le courant électrique d’alimentation de l’élément chauffant (3) étant un courant sinusoïdal de fréquence variable comprise entre 50 kHz et 120kHz. Procédé de fixation par soudage d'une première pièce en plastique, notamment un support/socle de capteur, à une deuxième pièce en plastique d'un véhicule, tel un pare-chocs, comprenant successivement : - une étape de placage du premier élément sur le deuxième élément ; - une étape d’application d’un élément chauffant (3) d’un dispositif de fixation (10) selon l’une des revendications 1 à 4 contre une des deux pièces en plastique une fois ces dernières en contact de sorte à les faire fondre et à les lier sous l’effet de chaleur, ledit élément chauffant (3) étant destiné à être alimenté par un courant électrique, - une étape de refroidissement de l’élément chauffant (3) une fois les pièces fondues entre elles, avant le durcissement des deux pièces, et - une étape de retrait de l’élément chauffant (3) une fois l’élément chauffant (3) refroidi.