Brevet FR2012501A1 — publié le 19700320

L'invention se rapporte aux appareils destinés à mesurer et/ou à contrôler la vitesse de déplacement d'un article ou d'une substance. Bien que l'invention soit applicable à la mesure du déroule-5 ment linéaire d'un fil ou d'une matière similaire comme à celle de l'écoulement d'un liquide, on la décrit ci-après avec référence à la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre dont le mouvement peut être provoqué par exemple par les articles ou substances précités. 10 Dans l'utilisation de systèmes de mesure antérieurs de ce genre, on a rencontré des difficultés quand on a essayé de permettre une lecture directe ou de donner une indication d'unités complexes dans lesquelles interviennent par exemple des consommations par unités de distance, de production ou de temps. C'est pourquoi 15 l'invention vise à relier mécaniquement et d'une manière facile deux quantités dans le cas où elles sont proprotionnelles à un certain paramètre définissant une rotation, ce qui permet de réunir les organes qui provoquent la rotation d'un dispositif donné dans un seul et même instrument réalisé de façon qu'il réagisse à 20 des rotations relatives ou les indique. Selon l'invention, un instrument de mesure et/ou de contrôle comprend un élément rotatif entraîné positivement à une vitesse connue ou de réglage, un arbre de mesure tournant à une vitesse inconnue, et un disque rotatif de mesure capable de venir en prise 25 par friction et en roulant avec l'élément rotatif précité, ce dis- • que étant monté concentriquement à l'a^r.e de mesure de façon à pouvoir tourner librement par rapport translation axiale de ce disque lejlong de son axe de rotation indiquant la vitesse de l'arbre de mesure. 30 On va maintenant décrire un mode de réalisation de l'inven tion avec référence aux dessins annexés sur lesquels les mêmes références désignent des pièces similaires* Sur ces dessins : La figure 1 est un plan d'un instrument selon l'invention. Les figures 2 à 4 sont respectivement une élévation de face 35 avec coupe partielle par 2-2 de la figure 1, une élévation de côté avec coupe partielle par 3-3 de la figure 1, et une coupe partielle par 4-4 de la figure 2. Sur les dessins, on voit un bâti 5 qui supporte un bloc de centrage 6 capable d'effectuer une fraction de tour par rapport à 40 un siège ménagé dans le bâti 5. Dans un palier ménagé dans le 69 2315? 2 2012501 "bloc 6 est monté un élémént 7 ayant une pointe conique 8 dont la surface est rugueuse pour augmenter sa résistance au frottement. Un disque de mesure 9 (figures 2 et 3) taraudé intérieurement est monté sur tin arbre fileté 10 qui peut tourner librement dans des 5 paliers tels que 11 (figure 3) mais est rigidement fixé à des roues 13 et 14. De préférence, le disque 9 porte sur sa périphérie un bandage 12 à coefficient de frottement élevé. La roue 13 est en prise par friction avec unè roue 15 (figure 2) calée sur un arbre 16 tourillonnant sur un support 17 dont on peut régler 10 l'inclinaison par rapport au bâti 5 autour d'un pivot 18. Normalement, le support 17 est tiré à sa partie supérieure vers le "bloc 6 par un ressort 19 ancré à des pitons 20 et 21. Un galet de mesure faisant partie d'un organe extérieur non représenté, capable de tourner à la vitesse inconnue à mesurer 15 peu* venir en prise avec la roue 15 pratiquement comme le bandage 12 dtjdisque 9 vient en prise avec la pointe 8 (figure 3). Ainsi, dès qu'on a réalisé les alignements nécessaires pour amener convenablement eii prise, d'une part, le galet précité et la roue 15» et d'autre part, le disque 9 et l'élément 7, par un alignement 20 mutuel approprié du "bloc 6, du "bâti 5 et du support 17, on fait, tourner l'élément 7 à l'aide d'une source d'énergie extérieure et par l'intermédiaire d'un arbre 22, à une vitesse connue par rapport à ses paliers 23 et 24. Le disque ^est alors obligé de tourner à l'unisson. Si l'on fait alors tourner l'arbre 10 à une cer-25 taine vitesse inconnue qui diffère de la vitesse de rotation de l'élément 7 l'arbre 10 oblige le disque 9, qui tend à tourner aussi en même temps que lui, à se déplacer le long du filetage de l'arbre 10 jusqu'à ce que le "bandage 12 occupe sur la pointe 8 une position pjur laquelle les vitesses linéaires instantanées 30 respectives des surfaces en contact de roulement sont sensiblement égales. Cette translation du disque 9 le long de l'axe 10 donne donc une indication visuelle du rapport existant entre les . vitesses de l'axe 10 et de l'élément 7. En conséquence, si la vitesse de l'élément 7 est connue, on peut graduer l'instrument de 35 façon que la position instantanée du disque 7 indique, par simple lecture, la vitesse de l'arbre 10. Dans une variante, la vitesse de l'arbre 10 peut être indiquée non pas directement par la position à un instant donné du disque g, mais par un dispositif indicateur. Ce dispositif com-40 prend, par exemple, comme le montre la figure 1, un cadran mobile 69 2315S 3 / U ^ U C^3 «=* fi 25 entraîné en rotation autour de l'axe 26 d'un pignon 27 quand celui-ci est lui-même entraîné par une roue dentée 28 en prise avec une crémaillère mobile 29 dont le déplacement linéaire commande la "?tion de la roue 28. La crémaillère 29 se déplace 5 dans la direction de l'arbre 10 quand le disque 9 est sollicité de façon à venir en contact avec l'un ou l'autre de deux galets cçniques 31 et 32 réducteurs de friction. Le cadran 25, gradué éventuellement d'une manière connue, doit alors tourner par rapport à un ;;-.-.père à partir duquel on peut lire sur le cadran 25 la 10 vitesse dsjl'arbre 10. Si on le désire, la position du point de contact t: - ' • 5tre indiquée électriquement à distance sur un indicateur gradué de façon appropriée. Dans une autre variante, des interrupteurs de fin de course ou des dispositifs similaires peuvent être montés sur l'instru-15 ment dans le domaine d'une quelconque des pièces mobiles qui constituent le disque 9, la crémaillère 29, ou bien à partir de saillies formées sur le pignon 27, la roue 28, l'axe 26 ou le cadran 25. Ces interrupteurs peuvent être connectés à des organes qui font varier la vitesse de l'article ou de la substance dont le 20 mouvement provoque la rotation de l'arbre de mesure 10 afin qu'on puisse faire varier la vitesse de façon à contenir la quantité à mesurer dans les limites prescrites et déterminées par l'indication fournie par la position du disque 9 par rapport à la pointe 8. 25 De préférence, on réalise la pointe 8 en uréthane ou en une matière similaire, et le disque 9 en acier trempé ou en une matière similaire. La valeur de l'angle au sommet du cône, qui a un effet marqué sur les valeurs de sortie de l'instrument, est de préférence de 60°. Ainsi, les distances mesurées le long de l'arê-30 te de la pointe 8 ont une relation linéaire avec des variations du diamètre de la section transversale correspondante du cône sur lequel roule le disque 9. On pourrait remplacer la pointe conique 8 par une pointe cylindrique, mais celle-ci ne ferait pas varier la valeur de sortie dans le cas d'une différence existant entre 35 les vitesses précitées. On pourrait même utiliser une pointe présentant une surface asymptotique qui donnerait alors de très fines variations de lectures pour une gamme de fonctionnement limitée de 1'instrument, mais dans ce cas les valeurs de sortie suivraient une loi logaritmique et non linéaire. 40 Diverses applications de l'invention apparaîtront évidentes 69 23155 4 2012501 aux techniciens. Par exemple, dans un compteur étalonné en kilomètres (parcourus par une voiture automobile) par litre d'essence (consommée par le moteur) ou, ce qui revient au même, en litres aux 100 km, le courant de combustible peut entraîner un ro-5 tor entraînant à son tour un arbre tel que l'arbre 10. De même, la distance parcourue peut être représentée par le nombre de tours effectués paijl'élément 7. Ainsi., quand le véhicule équipé d*un instrument selon l'invention est au repos, moteur arrêté," ni l'arbre 10 ni l'élément 7 ne tournent. Lorsque le moteur est 10 en marche et que du combustible s'écoule, l'arbre 10 tourne, le disque 9 et l'élément 7 ne tournent pas, .mais le disque 9 est entraîné par son filetage le long dejl' arbre 10 vers le sommet delà pointe 8, les filets de l'axe 10 étant inclinés dans le sens approprié. Comme cela n'est pas le but visé et que de plus 15 cela endommagerait l'instrument, on interpose un organe d'embrayage approprié de façon à empêcher la rotation de l'arbre 10 quand l'élément 7 est au repos, précaution élémentaire "bien connue des techniciens. Dans la condition qu'on vient de décrire, il ne peut être question d'une consommation de combustible ni de l'ex-20 primer,par exemple, en "kilomètres par litres". Toutefois, si le véhicule était en mouvement, moteur arrêté, l'élément 7 tournerait et l'arbre 10 resterait immobile; le disque S tournerait d$nc en se vissant sur l'arbre 10 et descendrait ainsi le long de la pointe 8 jusqu'à franchir la base du cône, région de diamètre 25 maximal, après quoi le disque 9 cesserait de tourner. Pour que le disque 9 puisse revenir en contact avec la pointe 8 quand les conditions ont changé, la fin du filetage de l'arbre 10 doit correspondre à celle du contact normal du disque 9 avee la pointe 8. On voit que, dans le cas où le véhicule est en mouvement, la 30 pointe 8 étant donc en rotation, et ne consomme pas de combustible, l'arbre 10 étant donc immobile, le taux de consommation, exprimé par exemple en litres par kilomètre, est, pour une distance de Y km, de : SÉSSL. =zéro 35 Y Toutefois, comme dans de telles conditions, le taux de la consommation de combustible serait nul. et le rendement kilométrique infini, une telle indication n'aurait aucun caractère pratique, le diamètre maximal de la pointe conique 8 devrait pouvoir donner 40 des indications supérieures au maximum que l'on envisage pour le 64 23155 5 2012501 nombre de kilomètres par litre (par exemple 5,65 litres aux 100 km, pour une voiture de dimension moyenne). Puisque le diamètre maximal du cône peut représenter le rendement kilométrique le plus élevé et le sommet du cône, un taux de consommation infini, 5 on déterminera par le calcul la portion intermédiaire de l'arête du cône capable de représenter la gamme des taux de consommation possibles, autrement dit, les rendements kilométriques intermédiaires; ainsi, la position instantanée du disque 9 sur la pointe 8 peut représenter le rendement kilométrique dans le mode de réa-10 lisation considéré. Etant donné que, quand simultanément disque et cône tournent à des vitesses comprises dans les limites des valeurs que peuvent prendre les paramètres de l'appareil et dans les sens respectifs corrects, et quand les diamètres en cause correspondant correctement à l'application considérée, l'arbre 10 15 tourne à une vitesse différente de celle du disque jusqu'à ce que le disque venu en contact avec le cône soit entraîné à la même vitesse linéaire que celui-ci. Quand les trajets périphériques parcourus respectivement par le disque 9 et la section transversale coopérante du cône 8 sont devenus égaux, il n'y aura plus de 20 rotation relative, et la position du point de contact entre le disque etlle cône peut être définie en fonction de la distance séparant le sommet du cône du diamètre maximal de celui-ci mesurée le long de l'arête, et l'on pourra donc lire le rendement kilométrique sur une échelle ou un cadran approprié. 25 le rendement kilométrique est donné par la formule : E-,R,C* = km/litre (1) r.c. dans laquelle K est le rendement kilométrique maximal possible, E est le nombre de tours du cône en 100 km, C est la circonférence 30 de la section transversale du cône au point de contact, r est le nombre de tours de l'arbre de mesure par litre de combustible consommé, et c est la circonférence du disque à son point de contact avec le cône. En outre, étant donné que K est représenté par le diamètre 35 maximal du cône et que le sommet du cône représente un rendement kilométrique nul, la distance mesurée le long de l'arête du cône peut représenter la gamme K à 0 km/l; on obtient chaque rendement kilométrique par la formule : 40 .. L 69 23155 6 2012501 dans laquelle K a la même valeur que ci-dessus, L est la longueur de 1'arête du cône et 1 est la distance entre le point de contact du disque avec le cône et le sommet du cône. Il est donc possible de lier le rendement kilométrique à la 5 position du disque le long de l'arête du cône en fonction de la distance qui la sépare du sommet du cône. Cette même théorie est aussi applicable quand on substitue au cône complet un tronc de cône, auquel cas on détermine la position du sommet du cône original et l'on calcule le rendement kilométrique à partir du dia-10 mètre maximal précité et du facteur K qui s'y rapporte. Il résulte de ce qui précède que, si^l'on peut représenter deux quantités par des rotations et si le mouvement ainsi produit développe assez d'énergie pour- (directement ou par amplification) assurer la rotation du cône ou de l'arbre de mesure suivant le 15 cas, et si la vitesse de rotation peut être, directement ou par des rapports appropriés, convertie de façon à utiliser la formule (1) ci-dessus, on pourra dans chaque cas appliquer l'invention. Parmi les nombreuses applications possibles de l'invention, on peut citer : 20 le rendement kilométrique; le taux de consommation du fil entrant dans la fabrication d'un tissu; le taux de production d'un métier donné exprimé en fil consommé; le pourcentage du rendement d'une unité de production; le rythme d'apparition d'un phénomène; la vitesse moyenne d'un mobile; la relation existant entre une lon-25 gueur et le poids correspondant; le taux de charge correspondant à des efforts variables; le rapport entre des masses ou poids et les volumes correspondants; et d'autres applications similaires donnant des valeurs moyennes ou la variation d'un rapport existant entre deux données physiques. 69 23155 7 2012501 REVENDICATIONS 1. - Instrument de mesure et/ou de contrôle, caractérisé en ce 5 re rotatif 10 tournant à une vitesse inconnue, et -un disque de mesure rotatif 9 capable de venir en prise par friction et en roulant avec l'élément 7, ce disque étant monté concentriquement à l'arbre 10 de façon à pouvoir tourner librement par rapport à celui-ci, et le mouvement de translation axial du disque le long 10 de son axe de rotation indiquant la vitesse de l'arbre de mesure 10. 2. - Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que deux filetages coopérants sont formés respectivement sur l'arbre de mesure 10 et dans l'alésage du disque de mesure 9 pré- 15 cités pour faciliter le mouvement de translation de ce disque le long de son axe de rotation. 3. - Instrument suivant la revendication 1 ot|la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif indicateur dont les graduations sont tracées en fonction des déplacements du dis- 20 que 9 le long de son axe de rotation. 4. - Instrument suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif indicateur précité comprend un cadran tournant devant un index fixe sous l'action d'un train d'engrenages 26 à 28 commandé par une crémaillère 25 29 capable d'un mouvement de translation provoqué par un contact entre le disque 9 et l'un ou l'autre d'une paire de galets réducteurs de friction 31 et 32 montés rigidement par rapport à la crémaillère 29. 5. - Instrument suivant l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un interrupteur de fin de course adapté à produire des signaux lorsqu'au cours du mouvement de translation précité du disque 9 il est rencontré par ce disque, ces signaux servant à actionner des dispositifs pour modifier la vitesse de l'arbre de mesure 10 précité. 35 6. «• Instrument suivant l'une quelconque des revendications précitées, caractérisé en ce qu'il comprend un axe 7 sur lequel peut tourner le disque 9 et qui est pivoté à une extrémité ou au voisinage de cette extrémité. 7. - Instrument suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque 9 porte à sa péri- 69 23155 8 2012501 ph.érie un bandage 12. 8. - Instrument suivant l'une quelconque des revendications précédentes, modifié en ce qu!on applique une vitesse inconnue au disque de mesure 9 et une vitesse connue à 1*élément rotatif 5 7 ou à l'arbre de mesure 10.