DEVICE FOR ASSEMBLING COMPOSITE MATERIALS

Abstract: 1. A device for assembling plates or panels made of composite materials (A, B) constituted by fibres covered with a synthetic resin or the like, and of the type comprising a screw (1) provided with a non-threaded part (10) and an externally threaded part (2) to which can be associated by screwing a self-checking nut (3) on which is fixed a ring-shaped element (15) and which is constituted by an internal tapped barrel (4) and connected to an external skirt (6) coaxial to the barrel and provided at its extremity with a peripheral abutment cheek (7) the lower face (7a) of which delimits together with the lower face (4a) of the barrel (4) a ring-shaped space (8) inside the nut, characterized in that the said ring-shaped element (15) is fixed around the abutment cheek (7) and comprises a part (15a) offering resistance to electric current and liable to rest on the panel (A) made of composite materials and provided with an aperture, the diameter of which corresponds to the internal diameter of the skirt (6) of the nut, while around the non-threaded part (10) of the screw (1) is provided a sleeve (11, 19) offering resistance to electric current as regards the composite material and an extremity (12) of which covers at least one part of the head (9) of the screw, while the other extremity (14) of the sleeve spreads out beyond the thickness of the assembled panels (A, B) towards the ring-shaped space (8) through the aperture in the part (15a) of the ring-shaped element (15).

Description: Dispositif d'assemblage de matériaux composites La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif du type boulon pour l " ssemblage de matériaux composites revêtant par exemple la forme de plaques ou panneaux constitués par des fibres enrobées d'une résine synthétique ou analogue. Dans l'industrie aéronautique, on utilise actuellement de plus en plus des matériaux composites qui remplacent avantageusement les matériaux que l'on utilisait traditionnellement pour réaliser telle ou telle pièce ou partie d'un aéronef. Cependant, l'assemblage de telles pièces en matériau composite n'est pas sans poser de nombreux problèmes. En effet, bien que ces matériaux soient avantageux sur le plan notamment de la légèreté et de leurs propriétés mécaniques très élevées, ils présentent généralement une mauvaise résistance à la compression et au matage et sont souvent sensibles à lthumidité de sorte que leur volume peut varier. Tout cela, comme on le comprend, pose de nombreux problèmes eu égard à l'assemblage des pièces en matériaux composites. C'est ainsi que les techniques usuelles de collage ne peuvent pas être utilisées, car les efforts sur les joints collés peuvent entraîner des délaminages ou des arrachements du matériau composite constituant les pièces collées. De même, les techniques de rivetage sont interdites, car les chocs et contraintes développées lors de la formation des têtes de rivet peuvent endommager gravement le composite. Aussi, on utilise actuellement des boulons pour réaliser ces assemblages, mais les résultats sont loin d'être satisfaisants. En effet, avec les boulons classiques, il y a un gros risque, lors du serrage de l'écrou, de dépasser la résistance maximum au matage des matériaux composites. De plus, les matériaux constituant les boulons classi- ques possèdent un potentiel galvanique sensiblement différent de celui des matériaux composites. Par conséquent, le joint boulonné procure un effet de pile qui entrain une destruction très rapide du boulon sous l'effet d'une corrosion dite galvanique. On peut bien sûr remédier à cela en utilisant pour le boulon des matériaux très nobles tels que par exemple des alliages de titane, mais ces matériaux sont extrêmement coûteux et surabondants au niveau de leurs propriétés mécaniques compte tenu de la faible pression de matage admissible. Enfin, du fait de l'absence d'élasticité des boulons classiques, ceuxci ne peuvent pas absorber les variations d'épaisseur des éléments composites, de sorte qu'une rupture de ltassemblage peut se produire, ce qui doit évidemment être évité à tout prix dans l'industrie aéronautique. La présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients ci-dessus en proposant un boulon spécial pour l'assemblage de matériaux composites, lequel boulon, en raison notamment de son élasticité et de ses propriétés d'isolation électrique, présente toutes les qualités requises et indispensables pour fixer les pièces en matériaux composites utilisées en aéronautique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'assemblage de matériaux composites revêtant par exemple la forme de plaques ou panneaux constitués par des fibres enrobées d'une résine synthétique ou analogue, et du type comprenant une vis extérieurement filetée sur au moins une partie de sa longueur pour pouvoir coopérer avec un écrou auto-blocable formé d'un canon intérieur taraudé et raccordé à une jupe extérieure coaxiale audit canon et pourvue à sen extrémité libre d'une embase périphérique, caractérisé en ce qu'autour de ladite embase est monté captif un élément annulaire électriquement étanche vis-à-vis du matériau composite sur lequel il prend appui, tandis qu'autour de la partie non filetée de la vis traversant lesdits panneaux est prévu un manchon qui est aussi électriquement étanche vis-àvis du matériau composite et qui s'étend sur au moins le dessous de la tête de vis. On comprend donc déjà que les qualités d'élasticité de 1'écrou et d'étanchéité électrique du boulon visà-vis du matériau composite, rendent celui-ci tout à fait apte à réaliser un assemblage qui soit parfaitement rigide et fiable dans le temps. En effet, l'élasticité de l'écrou permettra toujours de rattraper les variations possibles de l'épaisseur des panneaux composites. Quant à l'étanchéité électrique, elle permettra d'éviter toute corrosion galvanique du boulon qui, de ce fait, pourra avantageusement être réalisé en un matériau peu coûteux, tel qu'un alliage d'aluminium. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'élément annulaire captif autour de l'embase de l'écrou, ainsi que le manchon autour de la vis sont tous deux réalisés en une matière plastique isolante. Suivant un autre mode de réalisation, l'élément annulaire captif est entièrement revêtu d'un vernis électriquement isolant, tandis que le manchon précité est lui aussi constitué par un revêtement de vernis isolant sur la partie non filetée de la vis et sur la tête de vis. Dans le cas où l'élément annulaire captif est en matière plastique, cet élément enserre une rondelle ou analogue interposée entre l'embase de la jupe et une partie de l'élément annulaire formant face d'appui de l'écrou sur le matériau composite. Ainsi, une telle rondelle, de préférence métallique, empêchera l'élément annulaire captif de tourner avec écrou lors du serrage. On ajoutera ici que cette rondelle possède un orifice dont le diamètre correspond au diamètre intérieur de la jupe de l'écrou. Suivant encore une autre caractéristique de 1 'inven- tion, le filetage de la vis et/ou le taraudage du canon de l'écrou sont munis d'au moins un dépôt de matière plastique assurant l'auto-freinage de 1 'écrou. Le dispositif de l'invention est encore caractérisé par le fait qu'en vue d'effectuer le serrage de l'écrou, la périphérie externe de la jupe est munie de dents, cannelures ou analogues et éventuellement d'une bague solidaire de ladite jupe pour permettre ltentraSnement en rotation de l'écrou, laquelle bague est susceptible de se rompre pour un couple de serrage supérieur à une valeur prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque l'écrou est en position bloquée, le manchon isolant autour de la vis s'étend au-delà de l'épaisseur des panneaux assemblés, dans un espace annulaire ménagé entre la face inférieure du canon et la face inférieure de la jupe. Dans le cas où le manchon précité est en matière plastique électriquement isolante, on prévoit éventuellement un chanfrein à l'extrémité de ce manchon en regard de l'espace annulaire précité, l'extrémité de ce manchon pouvant s 'étendre au-delà ou en deçà de l'épaisseur des panneaux assemblés. L'invention vise encore un assemblage de matériaux composites revêtant par exemple la forme de plaques du panneaux, lequel assemblage est réalisé à l'aide d'au moins un dispositif répondant aux caractéristiques sus-mentionnées. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaStront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation et coupe axiale partielle d'un dispositif d'assemblage selon l'invention, en position serrée sur deux panneaux, et La figure 2 est une vue en élévation et en coupe axiale partielle d'un autre mode de réalisation de dispositif d'assemblage conforme à l'invention. En se reportant à ces figures, on voit qu'un dispositif d'assemblage selon l'invention constitue un boulon comprenant essentiellement une vis 1 extérieurement filetée en 2 pour recevoir un écrou 3 élastique et auto-blocable, ledit boulon étant destiné à assembler des pièces diverses, telles que des plaques ou panneaux A et B, réalisées en un matériau composite, c'est-à-dire un matériau essentiellement constitué par des fibres de carbone, de verre ou analogue, noyées suivant une configuration donnée dans une résine synthétique telle que par exemple une résine époxy. Comme cela est expliqué au début de la présente description, les matériaux composites présentent d'excellentes propriétés mécaniques, mais leur assemblage demeure délicat en raison notamment de leur fragilité sur le plan du matage, de leur variation possible de volume en fonction de 1 'humidité, et des problèmes de corrosion galvanique qu'ils engendrent. Aussi, la structure du boulon de l'invention est très particulière de façon à prendre en compte tous ces problèmes en vue de réaliser un assemblage parfait. A cet.effet, l'écrou 3 est constitué par un canon taraudé 4 raccordé par l t intermédiaire d 'une partie annulaire 5 à une jupe extérieure 6 coaxiale au canon 4 et pourvue à son extrémité libre d'une embase périphérique 7. Comme on le voit bien sur les figures 1 et 2, un espace annulaire 8 est ménagé entre la face inférieure 4a du canon 4 et la face inférieure 7a de l'embase 7. Le filetage 2 de la vis 1 est, comme on le voit sur les figures, réalisé sur seulement la partie dtextré- mité de cette vis pour coopérer avec le canon taraudé 4 de l'écrou. Entre le filetage 2 et la tête 9 de la vis 1, on voit que ladite vis comporte un fût lisse repéré en 10 et traversant un orifice ménagéinsisdeux panneaux A et B. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, un manchon Il en matière plastique électriquement étanche vis-à-vis du matériau composite des panneaux A et B est prévu autour de la partie lisse 10 de la vis 1, et se prolonge par une partie 12 pour recouvrir la totalité du dessous 13 de la tête 9 de la vis 1. L'extrémité du manchon Il en regard de 1 'espace annulaire 8 est de préférence chanfreinée, comme on le voit en 14. Sur l'embase 7 de écrou est monté captif un élément annulaire 15 en matière plastique qui, comme le manchon 11, est aussi électriquement étanche vis-à-vis du matériau composite des panneaux A et B. Cet élément 15 enserre une rondelle 16, de préférence métallique, cette rondelle étant interposée entre la face inférieure 7a de l'embase 7 et la partie 15a de l'élément annulaire 15 qui forme face d'appui de l'écrou sur les panneaux à assembler, comme on le voit bien sur la figure 1. On voit également sur cette figure que la rondelle 16 possède un orifice 17 dont le diamètre correspond au diamètre de la périphérie interne 6a de la jupe 6 de l'écrou. Comme cela est bien visible sur la figure 1, l'extré- mité chanfreinée 14 du manchon en plastique autour de la vis s'étend au-delà de l'épaisseur des panneaux A et B à assembler. Mais on pourrait très bien sans sortir du cadre de l'invention, utiliser un manchon 71 de longueur légèrement inférieure à l'épaisseur des panneaux A et B, ce qui permettrait d'éviter les phénomènes de délaminage lors de l'insertion de la vis 1 avec sn manchon i1 dans l'orifice des panneaux. A cet égard, l'extrémité chanfreinée ou en ogive 14 du manchon Il facilitera l'insertion et évitera tout délaminage possible, lors de cette insertion. En effet, on sait qu'en aéronautique notamment, il faut monter les vis avec un certain serrage dans l'alésage destiné à les recevoir, ceci afin d'éviter les efforts de cisaillage et d'augmenter les durées de vie à la fatigue des éléments assemblés. Ceci veut dire, dans le cas présent, que le diamètre extérieur du manchon Il doit entre légèrement supérieur au diamètre de l'alésage dans les panneaux A et B. Dans ces conditions, le chanfreinage 14 et éventuellement une longueur de manchon inférieure à celle de l'épaisseur des panneaux éviteront ou, à tout le moins minimiseront le délaminage, ce qui est indispensable dans le cas de matériaux composites si l'on veut préserver leurs propriétés mécaniques. Pour réaliser l'assemblage des panneaux A et B, il suffit, comme on le comprend, de visser l'écrou sur la vis 1, la partie 15a de l'élément captif 15 prenant appui sur la surface 18 du panneau A. Il faut remarquer ici, que lors de la rotation de l'écrou, 1 'élément en plastique 15 captif autour de 1 'embase 7 sera immobilisé en rotation gr ce à la rondelle métallique 16, puisque les coefficients de frottement entre rondelle et embase d'une part, et entre rondelle et partie 15a d'autre part, sont différents. Enfin, on insistera encore sur le fait que le manchon 11, 12 et ltélément annulaire 15 captif sur l'embase 7 de l'écrou réalisent une étanchéité électrique parfaite vis-à-vis du matériau composite des panneaux à assembler, et de nature à éviter toute corrosion galvanique de la vis 1 et de l'écrou 3 qui, de ce fait, peuvent être réalisés en un matériau classique et peu coûteux, tel que par exemple l'aluminium. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, l'étanchéité électrique en question est tout simplement réalisée par une couche de vernis isolant 19 revêtant la partie lisse 10 de la vis 1 et l'intégralité de la tête 9 de cette vis, et par une couche de vernis isolant 20 revêtant l'élément annulaire 15 monté captif sur l'embase 7 de l'écrou. On voit ici que la rondelle entre embase 7 et élément 15 a été supprimée, mais on pourrait très bien prévoir l'interposition d'une telle rondelle comme dans le cas de la figure 1, sans sortir du cadre de l'invention. La nature et l'épaisseur de la couche de vernis 19, 20 seront évidemment choisies de façon à obtenir l'étanchéité électrique recherchée, étant bien entendu que la couche de vernis doit posséder une certaine solidité pour résister aux frottements lors de l'opération d'assemblage. On a montré schématiquement en 21 sur les figures 1 et 2 un dépit de matière plastique assurant l'autre freinage de l'écrou comme cela est connu en soi. Pour permettre le serrage de l'écrou, la périphérie externe de la jupe 6 est munie de dents, cannelures ou analogues 22, comme on le voit sur les figures 1 et 2. Ces dents peuvent être en un nombre approprié. de façon à correspondre aux dents ou cannelures d'une clé, par exemple du type dynanométrique, et permettant directement l'entraSnement en rotation de l'écrou. Pour entraîner l'écrou, on peut également prévoir une bague 23 qui est représentée sur les figures comme étant séparée de l'écrou, mais qui, en réalité, est solidaire de la jupe 6 dudit écrou. Cette bague est intérieurement munie de dents 24 engrenant avec les dents 22 de la jupe 6, et la périphérie 25 de cette bague est par exemple hexagonale pour permettre son entralnement par une clé. Avantageusement, cette bague 23, qui est initialement solidaire de l'écrou, pourra se rompre pour un couple de serrage supérieur à une valeur prédéterminée. On comprend tout l'intérêt de l'utilisation d'une telle bague dans le cas de l'assemblage de matériaux composites sur lesquels il convient bien évidemment d'appliquer une force de serrage très précise compte tenu notamment de leur faible résistance au matage. En d'autres termes, on évitera de cette façon tout endommagement de 1 'assem- blage. On a donc réalisé suivant l'invention un boulon spécial qui satisfait toutes les conditions requises pour réaliser l'assemblage denEtériauecoqwLsetàsBxur; - une élasticité suffisante pour absorber les variations de volume du matériau composite en fonction de l'humidité; - une étanchéité électrique parfaite vis-à-vis du matériau composite, ce qui supprime toute corrosion galvanique et permet par conséquent de réduire le cotit du matériau de la vis et de l'écrou qui peuvent être tout simplement en aluminium - un serrage efficace des matériaux composites assemblés, et ce sans risque de matage; et - la diminution au maximum du risque de délaminage, notamment lorsque la vis traverse l'alésage des matériaux composites à assembler. C'est dire que les fibres du matériau composite ne subiront aucune contrainte tant au montage de la vis qu'au serrage du boulon. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims: Revendications 1. Dispositif d'assemblage de matériaux composites revêtant par exemple la forme de plaques ou panneaux constitués par des fibres enrobées d'une résine synthétique ou analogue, et du type comprenant une vis extérieurement filetée sur au moins une partie de sa longueur pour pouvoir coopérer avec un écrou autoblocable formé d'un canon intérieur taraudé et raccordé à une jupe extérieure coaxiale audit canon et pourvue à son extrémité libre d'une embase périphérique, caractérisé en ce qu'autour de ladite embase est monté captif un élément annulaire électriquement étanche vis-à-vis du matériau composite sur lequel il prend appui, tandis qu'autour de la partie non filetée de la vis traversant lesdits panneaux est prévu un manchon qui est aussi électriquement étanche vis-à-vis du matériau composite et qui s'étend sur au moins le dessous de la tête de la vis. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire captif ainsi que le manchon précités sont tous deux réalisés en une matière plastique isolante. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire captif précité est entièrement revêtu d'un vernis isolant, tandis que le manchon précité est lui aussi constitué par un revete- ment de vernis isolant sur la partie non filetée de la vis et sur la tête de vis. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément annulaire captif précité enserre une rondelle ou analogue interposée entre l'embase de la jupe et une partie de l'élément annulaire formant face d'appui de 1 'écrou sur le matériau composite. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que la rondelle précitée possède un orifice dont le diamètre correspond au diamètre intérieur de la jupe de l'écrou. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filetage de la vis et/ou le taraudage du canon de l'écrou sont munis d'au moins un dépit de matière plastique assurant l'auto-freinage de écrou. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en vue d'effectuer le serrage de l'écrou, la périphérie externe de la jupe est munie de dents, cannelures ou analogues, et éventuellement d'une bague solidaire de ladite jupe pour permettre l'entrainement en rotation de écrou, laquelle bague est susceptible de se rompre pour un couple de serrage supérieur à une valeur prédéterminée. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en position de blocage de l'écrou, le manchon isolant autour de la vis s'étend au delà de l'épaisseur des panneaux assemblés, dans un espace annulaire ménagé entre la face inférieure du canon et celle de la jupe. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1,2 ou 4, caractérisé en ce que le manchon précité en matière plastique isolante est éventuellement chanfreiné à son extrémité en regard de 1 'espace annulaire précité et s'étend au delà ou en deçà de l'épaisseur des panneaux assemblés. 10. Assemblage de matériaux composites revêtant par exemple la forme de plaques ou panneaux à l'aide d'au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Inventors: BOIRE, MAXIME, GRIGNON, BERNARD
Applicants: SIMMONDS S.A:, SOCIETE NATIONALE INDUSTRIELLE AEROSPATIALE SOCIETE ANONYME DITE:
Application year: 1984
Main classification: F16B33
IPC codes: F16B31, F16B5, F16B43