Brevet FR2088016A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet un dispositif formant frein commandé par la charge, du type qui est actionné automatiquement par la charge quand le moyen d'entraînement de la charge est arrêté, tombe en panne ou fait défaut ainsi que les diverses applications et utilisations résiltant de sa mise en oeuvre etlessystèmes,ensembles, appareils, machines, véhicules, engins,équipements et installations pourvus de tels dispositifs. La présente invention sera décrite dans le cas de l'utilisation sur l'arbre mené, commandé ou entraîné d'un appareil de levage tel que treuil ou palan élévateur du type comportant un tambour, pourvu d'une multiplicité de rainures ou gorges parallèles s'étendant périphériquement pour recevoir le câble métallique et dans lequel appareil de levage le câble est enroulé sur une extrémité du tambour au fur et à mesure qu'il est déroulé de l'autre extrémité de sorte que le nombre de spires d'enroulement du câble reste toujours le même. Un exemple de ce type d'appareil de levage, de treuil ou de palan est représenté dans le brevet américain NO 3.065.655. I1 est cependant entendu que le frein actionné parllacsarge ,faisant l'objet de la présente invention, comporte d'autres applications. Auparavent, des freins actionns parla cS ge ont été prévus pour être utilisés avec un arbre mené et étaient construits de façon que, tant que l'arbre tourne en surmontant la charge, le frein est desserré. Cependant, si le moyen d'entraînement pour faire tourner l'arbre menant est arrêté ou si la puissance de commande motrice fait défaut ou tombe en panne, la rotation de l'arbre dans le sens inverse sous l'effet de la solllcitation de la charge enclenche ou serre automatiquement le frein et arrête l'arbre en le bloquant ou l'immobilisant. De tels dispositifs comprennent généralement l'emploi d'une paire de surfaces formant cames qui provoquent un déplacement axial en translation des éléments de frein quand l'arbre est entraîné en rotation par la charge mais non quand l'arbre est entraîné en rotation par le moyen de commande motrice. De tels dispositifs de la technique antérieure présentent des inconvénients inhérents. L'un de ceux-ci est que les éléments de frein, soumis au frottement, sont habituellement montés tournants sur arbre mené, de sorte que la chaleur,créée par l'action de freinage, n'est pas dissipée dans l'air mais l'est principalement par l'intermédiaire de l'arbre en provoquant ainsi la surchauffe de ce dernier et, dans certains cas, la détérioration des paliers qui supportent rotativement l'arbre, par le fait qu'ils sont brûlés ou grillés. Un autre inconvénient des freins actionnés par la charge selon la technique antérieure est qu'un mécanisme d'encliquetage à cliquet et à roue à rochet est habituellement employé pour maintenir immobilisés les éléments de freinage associés quand la charge tend à faire tourner l'arbre. Une telle combinaison à cliquet et à roue à rochet d'encliquetage est bruyante d'une façon inhérente en utilisation normale quand l'arbre est entraîné en surmontant la charge. Le but principal de la présente invention est la création d'un frein actionné psrlachsrge qui élimine beaucoup des linconvénients des freins actionnés parlå arge de la technique antérieure accomplissant une fonction analogue. Un autre but de l'invention est la création d'un frein commandé parlachargecompcrtant un disque de frein qui est fixé pour empêcher sa rotation relativement au boîtier dans lequel l'arbre est susceptible de tourner. En fixant ainsi le disque de frein de façon à empêcher sa rotation, celui-ci peut être écarté de l'arbre, de sorte que la dissipation de chaleur vers l'arbre par conduction est rendue minimale. Un outre but de l'invention est la création d'un frein actionné parla chargD quisupprime la combinaison habituelle d'une roue à rochet d'encliquetage et d'un cliquet employée dans la technique antérieure, en augmentant ainsi la fiabilité ou sureté de fonctionnement et lequel frein conserve néammoins la fonction d'un tel ensemble d'encliquetage à roue à rochet et à cliquet. Encore un autre but de l'invention est la création d'un frein actionné par la dgrge qui est destiné à être utilisé dans une installation où l'arbre mené peut être entraîné dans des sens opposés en surmontant une charge et non simpiment dans un seul sens comme c'est le cas dans la plupart des applications de freins actionnés par la charge. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront-plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exempesillustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lequels - la figure i représente une vue fragmentaire en perspective d'une unité de levage montrant un exemple du type d'appareil avec lequel l'invention peut être employée - la figure 2 est une vue en coupe d'un frein actionné par charge conforme au mode d'exécution préfére de l'invention - la figure 3 est une vue fragmentaire en coupe d'un treuil ou palan montrant le frein selon la figure 2 en combinaison avec l'arbre mené du treuil - la figure 4 est une vue d'extrémité partiellement en coupe de la poulie menante - la figure 5 est une vue de bout en élévation du frein actionné parla dargetel que vu de l'extrémité opposée de la poulie menante - la figure 6 est une vue explosée en perspective de la poulie menante et des éléments formant came illustrant l'action des cames - la figure 7 est une vue fragmentaire en perspective d'une unité élévatrice comportant une forme d'exécution modifiée de l'invention - la figure 8 est une vue en coupe de la forme d'exécution modifiée du frein actionné par la charge; - la figure 9 est une vue extrême en élévation du frein actionné par la charge selon la figure 8, montrant la position des éléments menant ou de commande. Un type d'appareil de levage auquel la présente invention est particulièrement applicable est représenté sur la figure 1 sur laquelle un échafaud ou analogue 10 ou une autre charge est hissé verticalement vers le haut par une paire de treuils ou de palans dont l'un est représenté et désigné d'un-e façon générale par le chiffre de référence il et lequel peut être du type révélé dans- le brevet américain NO 3.063.653. On-notera que le treuil élévateur et la charge sont- supportés par l'extrémité chargée 12 du câble qui est enroulée sur le tambour du treuil élévateur pour élever la charge au fur et à mesure que l'extrémité non chargée ou lache 13 est déroulée du tambour. Comme cela est visible au mieux sur les figures 2 et 3, le tambour du treuil de levage est entraîné par un arbre 20 au moyen d'une poulie 21 qui peut être à son tour entraînée en rotation par une courroie flexible à partir d'un réducteur de vitesse à engrenages ou d'une autre source de puissance. le train d'engre nagesréel peut prendre diverses formes mais, comme cela est indiqué sur la figure 3, l'arbre 20 peut être pourvu d'une vis sans fin tangente 15 engrenant avec une roue dentée d'engrenage conjuguée 16. L'arbre de la roue dentée d'engrenage 16 porte aussi un pignon 17 qui entraîne le tambour à câble 18 par l'intermédiaire d'une couronne d'engrenage 19 à denture interne. La poulie 21 est supportée de façon tournante sur un coussinet ou palier à manchon formant douille 23 par un arbre 20 et le couple de rotation est transféré de la poulie 21 à l'arbre 20 au moyen d'une élément 25 formant came. La poulie 21 est pourvue de nervures de renforcement 26 s'étendant radialement et à deux nervures voisines ou successives sont fixés respectivement des patins ou tampons de pression ou d'appui 27, 28 constitués en une matière tenace appropriée, résiliente ou résistant aux chocs (figures 4, 6). La poulie 21 est de préférence constituée par une pièce moulée. L'élément formant came 25 est fixé rigidement à l'arbre 20 au moyen d'une cheville ou goupille 29 (figure 3) et ledit élément formant came 25 est pourvu d'un crabot ou taquet d'entraînement 30 avec lequel l'un ou l'autre des patins de pression 27, 28 portés par la poulie 21 est destiné à venir en contact. On notera à ce propos en se référant à la figure 1, que, quand la poulie 21 est entraîné dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, le patin de pression 28 entre en contact avec le taquet ou crabotd'entraînement 30 sur l'élément formant came 25, en transmettant ainsi le couple moteur à l'arbre 20.Les patins de pression 27, 28 sur la poulie 21 sont également destinés à entrer en contact avec un crabotou taquet d'entraînement. 31 qui est solidaire ou fait partie intégrante d'un second élément formant came désigné d'une façon générale par 35 en étant réalisé en une seule pièce avec celui-ci, lequel est monté coulissant sur un manchon 40 qui sera décrit plus loin. Comme on le voit sur la figure 4, le crabotou taquet 31 est radialement extérieur au crabot ou taquet 30 sur l'élément formant came 25. leséléments formant cames 25, 35 sont respectivement pourvus de surfaces formant cames 36, 37 qui sont normalement séparées ou hors de contact quand l'arbre 20 est entraîné en surmontant une charge.Dans un tel cas, il est évident d'après la figure 4 que les taquets 30, 31 sur les éléments formant cames 2s 35 sont réalisés de fapnque le patin de pression 28 viennent simultanément en contact avec ceux-ci et, quand une telle mise en contact ou entrée en prise simultanée existe, les surfaces de came 36, 37 sont légèrement écartées l'une de l'autre (voir figure 2). Cependnnt, si le couple de rotation transmetteur sur la poulie 21 est supprimée, la charge exercée sur l'arbre 20 sollicite celui-ci dans le sens de rotation inverse des aiguilles d'une montre en forçant le taquet 50 à tourner jusqu'à une position telle qu'indiquée en traits mixtes sur la figure 4 et décalée relativement au taquet 31 sur l'élément formant came 35. Il ressort de la figure 2 qu'une telle entrée en contact entre les deux éléments formant cames 25, 35 a pour résultat que l'élément formant came 35 est sollicité ou repoussé axialement le long de l'arbre 20. L'élément formant came 35 est monté coulissant sur une portion 40 formant manchon d'un patin d'entraînement formant semelle ou sabot de commande analogue désigné d'une façon générale par 41. La portion formant manchon 40 du patin d'entraînement 41 et l ' élément formant came 25 sont tous deux fixés rigidement à l'arbre 20 par la cheville ou goupille précitée 29. Il doit être entendu que le boîtier, dans lequel l'arbre 20 est supporté de façon à pouvoir tourner, peut prendre diverses formes et sur la figure 3, un tel boîtier est désigné d'une façon générale par 43. le boîtier précité comprend un côté plat ou une face plane 44 auxquels est fixé un disque de frein 42. le disque 42 précité est fixé au côte 44 du boîtier au moyen de trois goujons ou axes filetes 46 également espacés et vissés dans des trous taraudés de la paroi latérale 44 du boitier (figure 5). Une certaine mobilité élastique est réalisée entre le disque 42 et la face latérale 44 du boîtier au moyen de ressorts de compression 47 entourant les goujons 46 et tendant à repousser le disque 42 de façon à l'éloigner de la paroi latérale 44. La partie, s'étendant radialement, du patin d'entraînement 41 est interposée axialement entre le disque 42 et la paroi latérale 44 du boîtier 43. Le patin ou sabot d'entraînement 41 est pourvu d'un plateau ou d'une plaque annulaire ou couronne de pression 49 dont la surface extérieure est destinée à entrer en contact avec une garniture de frein 50 portée par une paroi latérale 51 du disque de frein 42. Une paroi latérale semblable 52 est écartée de la paroi latérale 51 pour créer un espace ou intervalle d'air entre celles-ci et lesdites parois latérales 51, 52 sont reliées ensemble à leurbords supérieurs au moyen de la paroi supérieure 53. Une garniture de frein 56 est fixée à la paroi latérale 52 de la même manière dont la garniture de frein 50 est fixée à la paroi latérale 51. L'élément formant came 35 constitue en effet un sabot de frein et est pourvu d'une bordure ou aile annulaire 57 à laquelle est liée ou collée une face d'un coussin annulaire 58 de préférence en caoutchouc au2 silicones ou analogue et un plateau annulaire ou anneau formant couronne de pression 60 est lié ou collé à la face opposée du coussin 58. La présence du coussin 58 rend rninimal le brcutage ou le bruit ou claquement quand l'an neau de pression 60 entre en contact avec la garniture de frein 56. On voit d'après les figures 2 et 3 que, tant que la poulie 21 entraîne l'arbre 20 en surmontant la charge, les surfaces de came 36, 37 sont séparées et quand le couple d'entraînement est supprimé sur la poulie 21, les surfaces de came 36, 37 entrent en contact en sollicitant ou repoussant le sabot de frein 35 axialement vers le disque 42. Comme le sabot ou patin d'entraînement 41 est fixe relativement à l'arbre 20, on voit que le disque de frein 42 est serré ou comprlmé entre les anneaux de pression 49, 60 en freinant ainsi la rotation de l'arbre 20 et en le maintenant immobile relativement au boîtier 43.Si le couple de rotation est de nouveau appliqué à l'arbre 20 par l'intermédiaire de la poulie d'entraînement 21 dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre (figure 4), le tampon de pression 28 sur ladite poulie d'entraînement entre en contact avec le crabot ou taquet 30 maintenant décalé et le repousse jusqu'à la position représentée en trait plein sur la figure 4, dans laquelle il est radialement en alignement avec le crabot ou taquet 31 de l'élément formant came ou sabot 35. les crabots ou taquets 30, 31 étant ainsi radialement alignés, les surfaces de came 36, 37 sont déplacées en se séparant jusqu'à la position d'écartement selon la figure 2, de sorte que l'arbre 20 est de nouveau entraîné en rotation en surmontant la charge jusqu'à ce que le couple de rotation ne soit plus transmis par l'intermédiaire de la poulie 21. La construction du disque de frein 42 est extrbemement importante et le fait qu'il soit fixé au boltier 44 pour empêcher sa rotation rotativement à l'arbre 20 permet au disque d'être pourvu d'orifices centraux relativement larges 61, 62 dans les parois latérale 51, 52, de sorte que la chaleur n'est pas conduite du disque 42 à l'arbre 20 et l'usure est supprimée. De préférence, les extrémités inférieures des parois latérales 51, 52 sont évasées ou divergent vers l'extérieur comme cela est indiqué en 63, 64 (figure 3) pour promouvoir ou renforcer la circulation de l'air vers le haut à travers l'espace compris entre les parois latérales 51, 52.Il est en outre préférable de réaliser les parois latérales précitées sur les portions évasées 63, 64 avec des nervures 65 pour renforcer ou favoriser la dissipation-de chaleur afin de l'évacuer du disque 42 dans l'atmosphère. Comme cela est visible sur la figure 5, le sabot ou patin d'entratnement 41 est aussi pourvu de préférence de nervures dissipatrices de chaleur 66. Si on désire entraîner la charge vers le bas au lieu de l'entraîner vers le haut après que l'arbre 20 ait été maintenu immobile par le frein, la poulie 21 est entraînée en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (figure 4), de sorte que le tampon de pression 27 repousse le crabot ou taquet 31 vers le crabot ou taquet décalé 30 de l'élément formant came 25. Le résultat de -cette rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de la poulie 21 est de tendre à séparer les surfaces de came 36, 37 en tendant ainsi également à réduire ou à supprimer la charge de friction sur le disque 42. Quand cela est fait, le frein glisse et l'arbre chargé tend à amener les surfaces de came 36, 37 de nouveau en contact.Le résultat final est qu'une charge de frottement réduite est appliquée au disque de frein 42 et l'arbre 20 est entraîné dans le sens de la descente en surmontant une telle charge de friction réduite sur le frein. Ceci procure évidemment de la sécurité puisqu'après suppression du couple d'entraînement sur la poulie 21, le frein bloque et maintient immobile automatiquement l'arbre chargé relativement au boîtier 43. Sur la figure 7 est représenté un autre agencement de levage dans lequel le treuil ou palan 11' est supporté à partir d'un point élevé au moyen d'un câble 67 et le tambour du treuil ou palant supporte deux cables chargés 68, 69 respectivement avec leurs charges 70, 71. Cette sorte d'application, qui illustre un agencement du type formant élévateur ou monte-charge, peut avoir pour résultat que les deux câbles 68 ,69 sont chargés ou bien que l'un ou l'autre de ceux-ci est chargé. Dans un tel cas, une variante ou forme d'exécution modifiée de l'invention représentée sur les figures 8, 9, est employée.'Dans ce cas, les éléments, qui sont identiques à leur contre-parties ou organes correspondants sur les figures 2 à 6, portent les mêmes chiffres de référence.L'élément à came 25' est pourvu de deux crabots ou taquets 30', 30" espacés l'un de l'autre de 1800 et deux crabots ou taquets 31', 31" sont placés de façon à être écartés de 1800 de l'élément à came 35'. Une butée d'entraînement simple ou unique est prévuesur la poulie 21 ' et ladite butée est pourvue de surfaces de butée opposées 27', 28'. Lors de la rotation de la poulie 21' dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, la surface de butée 28' entre en contact avec les deux crabots ou taquets 30', 31 'et, lors de la rotation de la poulie dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la surface de butée 27' entre en contact avec les crabots ou taquets 30", 31".Dans ce cas cependant, au lieu de présenter une paire de surfaces de came, les éléments à came 25', 35' sont pourvus respectivement de surfaces de came coopérantes 73, 74 et d'une seconde paire de surfaces de came coopérantes 75, 76. les surfaces de came 73, 74 sont amenées en contact lors de la suppression du couple de commande sur la poulie 21' quand l'un des câbles 68, 69 est chargé et les surfaces de came 75, 76 sont amenées en contact lors de la suppression du couple d'entraînement si l'autre câble desdits câble est chargé. On voit de cette manière que l'invention est destinée à être utilisée dans un appareil de levage dans lequel la charge agit sur 11 arbre dans un sens et aussi dans les cas où le sens de la charge peut être inversé. le frein maintient toujours la charge pour empêcher son mouvement descendant et en même temps aucune résistance ou traînée de freinage n'existe quand la charge est soulevée. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de 1' invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif formant frein actionné par une charge, utilisable avec un arbre susceptible de tourner dans un boîtier et destiné à tourner dans un sens en surmontant ladite charge, caractérisé en ce qu'il comporte: - un élément menant associé audit arbre et destiné à être entraîné en rotation dans ledit sens de rotation pour faire tourner ainsi ledit arbre en surmontant ladite charge; - un premier organe à came séparé dudit élément mais par exemple susceptible d'entrer en contact pour se mouvoir avec celui-ci; - un second organe à came supporté de façon à pouvoir tourner relativement audit arbre;; - lesdits premier et second organes à came étant pourvus respectivement de première et seconde surfaces de came destinées à entrer en contact pour déplacer l'un desdits organes à came axialement en translation le long dudit arbre lors du mouvement dudit arbre dans le sens opposé; et - un organe de frein à friction porté par ledit boîtier et fixé de façon à empêcher sa rotation relativement audit boîtier et avec lequel ledit organe à came axialement déplaçable est destiné à entrer en contact pour freiner le mouvement dudit arbre dans ledit sens opposé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisn en ce que le second organe à came précité est pourvu de moyens avec lesquels l'élément d'entraînement précité est susceptible d'entrer en contact ou en prise pour soulager la pression sur les surfaces de came précitées lors de la rotation dudit élément dans le sens opposé précité, de sorte que l'arbre précité peut être entraîné en rotation dans le sens opposé avec la charge précitée s exer- çant sur celui-ci et en surmontant celle-ci ou un effort de freinage réduit exercé par l'organe de frein précité. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second organes à came précités sont susceptibles d'entrer en contact avec l'élément d'entraînement précite en des points radialement espacés relativement à l'axe de l'arbre précité. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premier et second organes à came précités sont pourvus de crabots ou taquets solidaires ou faisant partie intégrante desdits organes et avec lesquels l'élément d'entraînement précité est susceptible d'entrer simultanément encontactquand ledit élément est entraîné dans le sens précité-pour l'entraînement surmontant la charge précitée. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes à came précités sont pourvus respectivement de troisième et quatrième surfaces de came utilisées quand la charge précitée est entraînée dans le sens opposé. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'entraînement précité est supporté sur l'arbre précité de façon à pouvoir tourner en étant susceptible de tourner dans le sens précité en surmontant la charge précitée pour entraîner le premier organe à came précité, tandis que l'organe à came précité,qui est axialement déplaçable,est le second organe à came précité. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes à came précités sont pourvus respectivement de troisième et quatrième surfaces de came utilisables quand l'arbre précité est entraîné dans le sens opposé en surmontant la charge précitée. 8. Dispositif selon la revendication 6, cractérisé en ce que les organes de came précites sont pourvus de crabots ou de taquets radialement espacés relativement à l'axe de l'arbre précité et l'élément d'entraînement précité est destiné à entrer simultanément en contact avec lesdits organes quand ledit élément d'entraînement est entraîné dans le sens dans lequel ledit arbre surmonte la charge précitée. 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de frein précité est pourvu de parois latérales axialement espacées l'une de l'autre et reliées l'une à l'autre pour constituer, entre celles-ci,un espace de circulation d'air s ouvrant radialement vers l'extérieur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que qu'un premier sabot de frein, fixé rigidement relativement au premier organe à came précité, est destiné à entrer en contact avec l'une des parois latérales précitées et un second sabot de frein, porté par le second organe à came précité, est destiné à entrer en contact avec la seconde paroi latérale précitée. 11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que toutes les portions de l'organe de frein précité sont radialement espacées de la périphérie de l'arbre précité et d'éléments portés par celui-ci pour obvier à l'usure de celui-ci et empêcher le transfert de chaleur par conduction dudit organe de frein au restant de la structure de frein.