Brevet FR2108077A1 — publié le 19720512

i 2108077 La présente invention est relative à des organes moteurs à action rapide pouvant être amorcés électriquement, capables de fournir des forces mécaniques relativement importantes. Un tel organe moteur peut être désire, par exemple , pour permet- / 5 tre le déplacement physique d'un organe mécanique sous l'effet d'un signal d'amorçage électrique afin de provoquer 1'actionnement automatique d'un dispositif mécanique situé à distance. Les organes moteurs à amorçage électrique connus sont de divers types.Certains types impliquent l'utilisation de 10 dispositifs à solénoïde magnétique ou à servomécanisme qui of~ fient les inconvénients d'être onéreux , volumineux , à action lente et/ou d'exiger une puissance excessive . D'autres types connus d'organes moteurs sont de nature explosive , impliquant l'utilisation de pétards explosifs , d'éléments d'amorçage à fil de 15 pontage, de diaphragmes à rupture et des dispositifs analogues de nature explosive.Bien que de tels organes moteurs explosifs -puissent être rendus plus petits et moins onéreux ,ils sontpLus dangereux à utiliser , à manipuler et à vérifier. Des types conçus plus récemment de dispositifs 20 moteurs à amorçage électrique ont cherché à éviter l'utilisation de 1'actionnement explosif tout en conservant ses avantages.Des dispositifs typiques de ce genre sont décrits par exemple dans des brevets aux Etats-Unis d'Amérique n° 3.163.732 et 3.359.804' 25 Dans un dispositif typique de ce genre ., un ressort est maintenu à l'état en charge par un fil de retenue sensible électriquement, eiytension axiale. La construction et l'agencement du fil de reter nue sont tels que quand un courant électrique d'amplitude suffisante est amené à circuler dans ce fil, l'échauffement résultant 30 provoque une réduction de la résistance 'à la traction' axiale de ce fil en dessous de la valeur requise pour maintenir le ressort. Le> fil: de retenue affaibli ' se:rcrnpfcpar conséquent et libère le ressort de manière à actionner un dispositif approprié quelconque. Bien que les dispositifs de ce genre soient capables d'évi-35 ter l'utilisation d'un actionnement explosif , ils se sont révélés avoir une sûreté marginale, une action relativement lente et/ou une nature relativement complexe. Dans une forme de réalisation choisie à titre d' 71 23054 2 2108077 exemple d'un organe moteur ou d1actionnement perfectionné suivant l'invention, les désavantages précités des organes moteuis de la technique antérieure sont surmontés dans une très large mesure i en prévoyant un organe moteur non explosif déclenché thermique-5 ment, à amorçage électrique, se présentant sous' la forme d'un assemblage de piston double repliable rappelé. Dans l'état non actionné, les deux pistons constituant l'assemblage de piston double sont empêchés de se replier par une paire de goupilles de cisaillement à inflammation thermique et espacées qui coopè-10 rent avec les pistons respectifs. Chaque goupille de cisaillement est déclenchée en appliquant un courant d'amorçage approprié à un fil inflammable thermiquement respectif qui lui est associé . Les goupilles de cisaillement inflammables thermiquement et leurs fils inflammables thermiquement associés sont faits d' 15 une composition bimétallique inflammable thermiquement qui est constituée principalement par du palladium et de l'aluminium et qui, lorsqu'elle est amenée à la température d'inflammation, produit une réaction violente mais non explosive se propagenant rapidement et qui a pour résultat une désintégration de toutes 20 les parties de la matière. L'assemblage de piston double repliable offre une construction telle que l'inflammation de l'une ou l'autre ou des deux goupilles de cisaillement amènera l'assemblage à se replier et à provoquer par conséquent 1'actionnement de l'organe moteur. 25 D'autres détails et particularités de l'inven tion ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une 30 forme de réalisation typique d'un organe moteur non explosif à amorçage électrique suivant l'invention, cet organe moteur étant illustré dans son état non actionné. La figure 2 est une vue en coupe axiale suivant la ligne 2-2 de la figure 1. 71 23054 3 2108077 La figure 3 est une vue en perspective "explosée" de l'organe moteur illustré aux figures 1 et 2. Les figures 4 à 6 sont des vues en coupe axiale illustrant les positions requises des éléments de l'organe mo-5 teur préalablement à 1'actionnement et après celui-ci. Les figures 7 et 8 sont des vues illustrant la façon dont l'organe moteur des figures 1 à 3 peut être utilisé typiquement avec des structures supplémentaires pour amorcer un mouvement mécanique à distance désiré. 10 En se référant plus en détail aux dessins et plus particulièrement aux figures 1 à 3, on observera que l'organe mo~;. teur comprend essentiellement un carter généralement cylindrique 10 enfermant un assemblage de piston double repliablè ..comportant des pistons externe et interne 12 et 15 ainsi qu'une partie de 15 corps 14 , l'assemblage étant empêché de se replier par des goupilles de cisaillement 20 et 30. Le piston externe 12 est dipo-sé dans le côté gauche du carter 10 (tel qu'observé aux figures 1 à 3) et présente une partie cylindrique réduite 12a s'étendant depuis un trou 10a à l'extrémité de gauche du carter 10 (tel 20 - qu'observé aux figures 1 à 3) et à laquelle est appliquée une force de ngppel F.Le piston interne 15 est disposé entre le piston externe 12 et la partie de corps 14 et il peut se déplacer à coulissement dans des alésages axiaux alignés respectifs 12b et 14a de ceux-ci.Les goupilles de cisaillement à inflammation ther-25 mique 20 et 30 sont disposées dans des trous respectifs 15a et 15b du piston interne 15 et des trous respectifs 12c et 14b du piston externe 12 et de la partie de corps 14, de manière à maintenir l'état non replié illustré de l'assemblage de piston à l'encontre de la force de rappel F. Un manchon fileté 17 est vissé dans un 30 pas de vis interne prévu l'extrémité de droite du carter 10 et 11 sert à maintenir l'assemblage de piston double non replié en position fixe dans le carter 10.L'extrémité de droite du carter 10 est obturée par une matière de scellement 18 et l'extrémité de gaûche par un anneau torique 41. 35 Afin de permettre l'amorçage électrique de l'orga ne moteur illustré aux figures 1 à 3, chacune des goupilles de cisaillement inflammables thermiquement 20 et 30 comporte un fil fusible respectif 22 ou 32 qui lui est associé , qui passe à 71 23054 travers et s'étend le long de la partie de corps 14 dans des é-videments 14c (comme représenté au mieux à la figure 3) afin d' être soudé à des fils de connexion respectifs 26 et 36 auxquels est appliqué un courant électrique d'amorçage.Comme représenté, les fils de connexion 26 et 36 sont introduits dans le carter 10 par l'intermédiaire du manchon fileté 17 dans lequel ils sont scellés et ils sont en outre supportés dans le carter 10 par-des viroles de détente respectives 34 disposées dans des logements 143 de la partie de corps 14.Le carter 10 , les pistons 12 et 15, la partie de corps 14 et le manchon fileté 17 sont tous faits d' une matière isolante afin d'empâher un court-circUit des goupilles de cisaillement 20 et 30 et de leurs fils à inflammation thermique associés 22 et 32. Il doit être entendu d/i&près 3es figures 1 à 3 que l'organe moteur peut être assemblé d'une façon typique en formant d'abord un sous-assemblage constitué par les pistons 12 et 15, la partie de corps 14 et les goupilles de ciasaillement inflammables thermiquement 20 et 30 conjointement avec leurs fils à inflammation thermique associés 22 et 32 convenablement soudés aux fils de connexion 26 et 36 portés par les viroles 34. Ce sous-assemblage est alors introduit dans l'extrémité de gauche du carter 10 derrière l'anneau torique 41 , avec la partie cylindrique de diamètre réduit 12a s'étendant depuis le trou 10a à l'extrémité de droite du carter 10 et avec les fils de connexdm 26 et 36 s'étendant à partir du côté droit du carter 10.Le manchon fileté est alors vissé dans l'extrémité de gauche du carter 10 et la matière de scellement 18 est appliquée.L'anneau torique 41 conjointement avec la matière de scellement 18 sert à offrir une étanchéité satisfaisante pour les éléménts du sous-assemblage à l'intérieur du carter 10. De préférence, les goupilles de cisaillement à inflammation thermique 20 et 30 et leurs fils inflammables thermiquement associés 22 et 32 sont faits d\iE composition bimétallique qui, lorsqu'elle est amenée à la température de fonctionnement ou d'inflammation s'alliera violemment et de manière exothermique , avec pour résultat une déflagration sans apport d' oxygène . L'inflammation se fait uniquement par un effet thermique, exigeant seulement l'exposition de la composition aux tem2108077 71 23054 5 2108077 pératures de fonctionnement.Lorsque cette réaction est déclenchée, des températures supérieures au point d'ébullition des matières composantes sont atteintes et, une fois mise en route, la réaction se poursuivra jusqu'à ce que l'alliage de toutes les matiè-5 res disponibles auxquelles la réaction peut se propager soit aichevo eu jusqu' à refroidissement par des moyens mécaniques quelconques en dessous de la température de fonctionnement.Les produits de réaction sont normalement constitués par un alliage des matières participant à cette réaction. Il est important de re-10 marquer que bien que la réaction soit violente et très rapide (dans la gamme des millisecondes) , elle n'est pas de nature explosive et il n'y a ni choc , ni détonation. La seule énergie libérée est thermique (température minimum approximative 2.800°C, 3 325 calories par gramme et 2.890 calories par cm ). 15 Des compositions bimétalliques appropriées qui peu vent être utilisées pour les goupilles de cisaillement inflammable thermiquement 20 et 30 et les fils inflammables thermiquement 22 et 32 peuvent être obtenus de la société "Pyrofuze Corporation" une filiale de "Sigmund Cohn Corporation" 121 South Columbus Ave-20 nue,Mount Vernon,New York. Le produit est vendu sous la marque déposée "PYROFUZE", il est offert principalement en tant que composition essentiellement de palladium et d'aluminium et il peut être acheté sous diverses formes structurales.tour la forme de réalisation choisie à titre d'exemple et décrite, les goupil-25 les de cisaillement inflammable thermiquement 20 et 30 sont formées d'une façon typique à partir d'une feuille de PIROFUZE d'une épaisseur de 0,025 mm contenant une enveloppe externe de palladium et un noyau interne d'aluminium, l'aluminium constituant 99% de la composition.Les fils inflammables thermiquement 22 et 30 32 sont chacun constituésd'une façon typique par une tresse composée formée en tressant d'abord huit brins isolés de fil PYROFUZE HI-K d'un diamètre de 0,075 mm de manière à former une tresse interne et en tressant ensuite huit brins isolés supplémentaires de fils PYROFUZE HI-K d'un diamètre de 0,1 mm par-dessus la tres-35 se interne.Chaque fil PYROFUZE HI-K utilisé au cours du tressage présente un noyau interne contenant 0,30% de silicium (au maximum) , 0,40% de fer (au maximum) , 0,10% de cuivre (au maximum) , 0,lo% de zinc (au maximum) , 0,05 à 0,2C%de manganèse , de 4,5 71 23054 2108077 à 5,6% de magnésium , de 0,05 à 0,20% de chrome et le solde étant constitué par de l'aluminium ,'et une gaine externe contenant 1% de ruthénium avec le reste constitué par du pall?^j_um. La Éuille mince décrite précédemment utilisée pour 5 chacune des goupilles de cisaillement inflammablesthermiquement 20 et 30 peut, d'une façon typique,avoir une longueur d'environ 66 yon et une largeur de 7,6 mm et est roulée sur son fil inflammable thermiquement respectif 22 ou 32 de manière à former un cylindre entourant le fil respectif et présentant un diamètre 10 hors tout d'eniron 2,45 mm destiné à être introduit dans les trous respectifs 12c et 15a ou 15a et 14b , comme représenté aux figures 1 à 3.Afin de déclencher 1' inflammation à grande vitesse en partant d'un emplacement connu, tout en offrant également une résistance d'entrée désirée pour l'organe moteur, il est pré-15 férable que l'une des connexions soudées entre chaque fil inflammable thermiquement 22 ou 32 et son fil de connexion respectif 26 ou 36 soit effectuée en utilisant un seul des brins corrects de la tresse interne, comme indiqué par les références 22a et 32a aux figures 1 et 2.Bien évidemment, on doit veiller lors 20 du soudage avec les fils inflammables thermiquement , à éviter une inflammation.Ceci ne constitue pas un problème, étant donné que les fils inflammables thermiquement du type décrit sont capables de résister à des températures pouvant atteindre jusqu'à environ 427°C sans inflammation. La longueur totale des fils in-25 flammables thermiquement 22 et 32 peut , d'une façon typique, être d'environ 2 8 mm et 42 mm , respectivement, dans un carter 10 qui a, d'une façon typique, une longueur d'environ 5o mm et un diamètre extérieur d'environ 12,5 mm.Pour un tel organe moteur comportant les goupilles de cisaillement inflammablesther-30 miquement 20 et 30 et les fils inflammables thermiquement 22 et 32 décrits précédemment, il s'est révélé qu'un courant d'entrée d'environ 7,5 ampères pour chaque paire de fils de connexion 26 et 36 est suffisant pour provoquer un échauffement déclenchant de manière sûre l'inflammation de chacun des fils 22 et 32 , en 35 commençant par les emplacements à brin unique 22a et 33a.La réa-tion se propage ensuite rapidement (d'une façon un peu semblable à celle survenant dans un fusible classique , mais beaucoup plus rapidement ) jusqu'aux goupilles de cisaillement respectives 20 1 71 23054 7 2108077 et 30 , chacune d'eues étant alors également enflammée par suite de l'échauffemeni lu fil inflammable thermiquement respectif adjacent qui la trav-xse.L'inflammation et la désintégration résultantes des goup'illos de cisaillement inflammables thermiquement 20 et 30 suppriment leur effet de retenue sur le déplacement cfespistonsl2 et 15, de manière à permettre ainsi à l'assemblage de piston double de se replier ou de s'effondrer en réponse à la force appliquée F, de manière à achever 1'actionnement de l'organe moteur, comme on 1'envisagera^ensuite en se référant aux figures 4 à 6. La figure 4 est essentiellement identique à la figure 1 et elle constitue une référence pour les figures 5 et 6 qui illustœrtdeux positions d'actionnement ou repliage résultantes possibles des pistons externe- • et interne 12 et 15 après 1* inflammation de l'organe moteur.On remarquera que pour parvenir à une plus grande clarté , aucune des goupilles de cisaillement 20 et 30 pas plus que leurs fils inflammables thermiquement as-sociés 22 et 32 ne sont représentés aux figures 5 et 6. En considérant la figure 5 de manière plus détail^ on observera qu'elle illustre la poèition d'actionnement ou de repliage résultante des pistons 12 et 15 dans le cas où seule la goupille de cisaillement 30 est enflammée, cas dans lequel le déplacement vers la droite du piston externe 12 d'^ne distance D est obtenu parce que l'extrémité de droite du piston interne 15 se déplace vers la droite dans 1'alésage-14a du corps 14.La figure 6 , d'un autre côté, représente le cas où seule la goupille de cisaillement 20 a été enflammée , le même déplacement désiré vers la droite du piston externe 12 sur la distance D étant obtenu a-lors comme précédemment, mais cette fois parce que le piston externe 12 sfest déplace', vers la droite de telle sorte que son alésage 12b reçoit une plus grande partie de l'extrémité de gauche du piston interne 15. Il sera à présent évident que si les deux goupillas de cisaillement 20 et 30 sont enflammées, ce qui est normalement le casV- le déplacement désiré vers la droite du piston externe sur la distance D est à nouveau obtenu, mais dans ce cas à cause d'une combinaison des déplacements de piston illustrés aux figures 5 et 6, étant donné que les deux types de mouvemént peuvent se 71 23054 " 2108077 produire.La position résultante du piston interne 15 sera ainsi habituellement un peu intermédiaire par rapport à celles représentée aux figures 5 et 6, principalement en fonction des temps relatifs d'inflammation des goupilles de cisaillement 20 et 30. Il doit être entendu que cette position intermédiaire résultante du piston 15 n'est pas significative;; étant donné que l'exigence importante est que le déplaçaient vers la droite désiré D de -la partie cylindrique de diamètre réduit 12a du piston externe 12 soit obtenu en réponse à la force appliquée P et cette ocigence sera satisfaite aussi longtemps qu'au moins l'une des goupilles de cisaillement 20 et 30 est enflammée. Il a été découvert qu1 avec une force de rappel F de par exemple 3 6 kg appliquée à une forme de réalisation d'orç^ne moteur du type décrit dans le présent brevet, 40 millisecondes seulement approximativement sont nécessaires après l'application du courantlnitial aux fils de connexion 26 et 36 pour que l'orgahe moteur atteigne l'état d* actionnement total dans lequel la partie cylindrique de diamètre réduit 12a du piston externe 12 s'est déplacée sur la distance désirée D. Après avoir décrit en se référant aux figures 1 à 6 la construction et le fonctionnement d'un exemple de réalisation d'un organe moteur suivant l'invention , on' se référera à présent aux figures 7 et 8 qui illustrent la façon dont un tel organe moteur 50 peut être installééd'une façon typique dans un carter approprié 55 conjointement avec une autre structure destinée à amorcer un fonctionnement mécanique désiré.La figure 7 illustre l'organe moteur dans son état non actionné , avec la force appliquée F (figres 1 et 2 ) fournie par les ressorts comprimés 58 comportant des organes coopérants 59 repoussant une paire de verrous pivotants 62 dans le sens des aiguilles d'une montre , de telle sorte qu'ils agissent sur la partie cylindrique de diamètre réduit 12a de l'organe moteur 50. La figure 8 représente l'organe moteur 50 dans son état actionné avec la partie cylindrique de diamètre réduit 12a s'étanû déplacée à l'intérieur du carter 10 et avec les verrois 62 ayant été amenés à pivoter , comme indique par les flèches A de manière à libérer lœ ressorts(59 pour un déplacement dans le sens indiqué par les flèches B, de façon à pouvoir agir sur 71 23054 9 2108077 une structure appropriée quelconque qui peut être prévue pour obtenir un mouvement mécanique désiré résultant. Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune 'façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications pevent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 71 23054 iU 2108077 REVENDICATIONS 1. Organe moteur non explosif déclenché thermiquement, à amorçage électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un carter, un assemblage de piston repliable disposé dans ce carter, au moins une goupillé de cisaillement inflammable thermiquement coo- 5 pérant avec l'assemblage de piston repliable pour en empêcher le repliage ou l'effondrement et des moyens d'amorçage destinés à enflammer la goupille de cisaillement en réponse à un signal électrique appliqué. 2. Organe moteur suivant la revendication 1, caracté- 10 risé en ce que la goupille de cisaillement se présente sous la forme d'un cylindre creux et les moyens d'amorçage comprennent un fil inflammable thermiquement traversant ce cylindre de manière à provoquer l'inflammation de la goupille de cisaillement à la suite de l'inflammation du fil précité sous l'effet du signal 15 électrique qui lui est appliqué. 3. Organe moteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la goupille de cisaillement et le fil sont faits d'une matière inflammable thermiquement qui, lorsqu'elle est amenée à la température d1 inflammation, produit une réaction violente 20 et se propageant rapidement mais non explosive ayant pour résultat la désintégration de la matière. 4. Organe moteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la matière inflammable thermiquement est une composition bimétallique constituée principalement par de l'aluminium 25 et du palladium. 5. Organe moteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le fil est doté d'une partie de diamètre nettement réduit en un emplacement prédéterminé afin d'établir un point de départ initial pour l'inflammation du fil en réponse à l'applica- 30 tion du signal électrique. 6. Organe moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seconde goupille inflammable thermiquement est prévue de manière à coopérer avec l'assemblage de piston repliable, de telle sorte que l'inflammation de l'une ou l'autre goupil- 35 le de cisaillement permet le repliage ou l'effondrement de l'assemblage. 7. Organe moteur suivant la revendication 6, caracté 71 23054 ii 2108077 risé en ce que l'assemblage de piston repliable comprend des premier et second pistons dont les déplacements à 1'intérieur du carter sont empêchés, respectivement, par la première et la secon- l de goupille de cisaillement. 5 8. Organe moteur suivant, la revendication 6, caracté risé en ce que la seconde goupille de cisaillement est faite d1 i une matière inflammable thermiquement qui, lorsqu'elle est amenée à la température d'inflammation, produit une réaction violente se propageant rapidement, mais non explosive, ayant pour résultat 10 une désintégration de la matière et en ce que les moyens d'amorçage comprennent un second fil inflammable thermiquement de la matière précitée coopérant avec la seconde goupille de cisaillement de manière à provoquer son inflammation par suite de l'inflammation du fil en réponse à l'application à celui-ci du signal élec- 15 trique. 9. Organe moteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les premier et second pistons sont des pistons interne et externe et l'assemblage de piston comprend en outre une partie de corps, le piston externe pouvant se déplacer par rap- 20 port au carter et le piston interne étant disposé entre le piston externe et la partie de corps et pouvant se déplacer relativement par rapport aux deux, l'un des organes inflammables thermiquement étant disposés de façon à empêcher un déplacement entre le piston interne et le piston externe et 1'autre organe inflammable thermi- 25 quement étant disposé de façon à empêcher un déplacement relatif entre le piston interne et la partie de corps . 10. Organe moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carter comprend aussi des moyens destinés à maintenir l'assemblage de piston double à l'état non replié dans 30 une position fixe dans le carter. 11. Organe moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles au repli ou à l'effondrement de l'assemblage de piston pou:çémorcer l'exécution d'une opération mécanique. 35 12. Organe moteur suivant la revendication 8, carac térisé en ce que les moyens d'amorçage comprennent des fils de connexion introduits dans le carter et connectés électriquement 71 23054 2108077 aux fils inflammables thermiquement afin de permettre l'application d'un courant d'amorçage à ces fils suffisant pour provoquer leur inflammation. 13. Organe moteur suivant la revendication 8, caracté- I 5 risé en ce que le second fil inflammable thermiquement possède un diamètre fortement réduit en un emplacement prédéterminé afin d' établir un point de départ pour son inflammation en réponse à.un courant d'amorçage appliqué. 14. Organe moteur suivant la revendication 1, caracté-10 risé en ce que le carter comprend également des moyens destinés à y enfermer de manière étanche l'assemblage de piston.