Brevet FR2132061A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un ensemble pneumatique de maintien avec au moins un piston sollicité sur l'une de ses faces, déplaçable dans un cylindre à 15encontre de l'action d'un ressort de rappel. 5 Des ensembles de ce genre s'emploient surtout dans la construction de dispositifs où, pendant un temps déterminé, il faut engendrer une force de maintien suffisante, par exemple pour immobiliser une pièce à travailler sur la table de travail d'une machine-outil. 10 De tels ensembles de maintien sont soumis entre autres à trois conditions. D'abord, la mâchoire de maintien ou de retenue reliée à la tige de piston doit venir s'appliquer à la pièce à travailler sans chocs, autant que possible, et la force de maintien ne doit se développer qu'ensuite. En second lieu, 15 cette force de maintien doit, lorsqu'elle n'est plus nécessaire, disparaître aussi rapidement que possible et la mâchoire de retenue doit commencer sa course de retour aussi rapidement que possible. En troisième lieu, enfin, il faut qu'il y ait émission du moins de bruit possible, particulièrement lors de 20 l'évacuation de l'air. On s'est efforcé jusqu'à présent de satisfaire à la première condition en commandant la constitution de la pression d'air dans le cylindre, lors de la course "de travail, par exemple à l'aide d'un étranglement ou d'une valve à étrangle-25 ment. La deuxième et la troisième condition n'avaient pu, jusqu'à présent, être satisfaites en même temps et dans des conditions optimales. Ou bien, le cylindre, pour permettre une course de recul rapide, était vidé de son air brusquement, au prix d'une détonation appréciable, ou bien on s'efforçait, en 30 évacuant lentement l'air du cylindre, d'obtenir une faible émission de bruit et on avait alors à consentir une diminution lente, seulement, de la pression . Un but de la présente invention est de procurer un ensemble du type précité, dans lequel les trois conditions 35 puissent être remplies en même temps, de façon optimale. On s'est donc proposé de construire l'ensemble de façon telle que la force de rappel puisse devenir effective, indé 72 10361 2 2132061 pendamment des conditions de pression dans le cylindre, c'est-à-dire indépendamment du degré , à un instant quelconque, de l'évacuation de l'air, dès que l'ensemble a été détaché de la source de pression et vidé de son air. 5 Pour résoudre ce problèmes l'ensemble suivant la présen te invention se caractérise en ce que le raccordement au cylindre qui conduit à la face sollicitée du piston peut être fermé au moyen d'une soupape que peut fermer l'agent sollicitant le piston, soupape dans le corps de laquelle est montée une sou-10 papede non retour, cette soupape établissants lorsqu'elle est ouverte, une liaison entre la face sollicitée et la face non sollicitée du piston. Il en résulte que dès que l'agent qui sollicite le piston fait défaut, la soupape est ouverte par la pression qui règne 15 encore dans le cylindre, de sorte qu'il se produit une égalisation de pression immédiate d'une face à l'autre du piston, ce qui permet à la force de rappel de devenir immédiatement effective . D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la 20 lecture de la description suivante d'un exemple de forme de réalisation, en s'aidant du dessin sur lequel s - La figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un ensemble de maintien | - la figure 2 est une coupe dans une variante de forme 25 de réalisation. ■ L'ensemble de maintien 1 représenté à la figure 1 comprend une enveloppe cylindrique 2, dans une face de bout 3 de laquelle est pratiquée une ouverture de guidage 5 , pourvue d'une garniture d'étanchéité 4 pour donner passage à une tige 30 de piston 6 s'étendant vers l'extérieur. A l'intérieur de l'enveloppe 2 est disposé un cylindre 8 autour duquel il y a une chambre annulaire 7, dite ci-après chambre-enveloppe. Dans le présent exemple de forme de réalisation, le cylindre 8 est construit en tandem, c'est-à-dire qu'il contient deux chambres 35 cylindriques 9 et 10, en prolongement axial l'une de l'autre et que sépare une cloison 11. Au centre de la cloison 11, il y a une partie saillante 72 10361 3 2132061 servant de butée, en forme de moyeu, 12, qui présente à son tour un autre alésage de guidage 14 muni d'un dispositif d'é-tanchéité 13 , pour la tige de piston 6. La construction en tandem du cylindre 8 conduit néces-5 sairement à une construction identique pour le piston. Dans chacune des chambres 9»10 du cylindre9 il y a un plateau de piston 15»16 qui est déplaçable dans un sens et dans l'autre. Comme d'habitude, une garniture d'étanchéité périphérique 17 a été mise en place autour de chaque plateau de piston, et 10 par cela et le plateau de piston associé, chacune des chambres du cylindre est divisée en une partie où s'exerce la sollicitation de l'air et une partie où elle ne s'exerce pas. Les plateaux de piston 15,16 sont montés sur la même tige de piston 6 dans laquelle un alésage 18 a été pratiqué 15 entre les deux plateaux de piston 15»16, cet alésage étant pourvu à l'une de ses extrémités de passages 19 radiaux par rapport à la tige de piston et conduisant à l'extérieur. L'alésage 18 et les passages 19 relient ainsi constamment l'une à l'autre les parties des chambres 9j10 où s'exerce la sollicita-20 tion de l'air. Entre la cloison de séparation 11 et le côté non sollicité du plateau de piston 16 est disposé un ressort de compression 20 qui, lorsqu'aucune pression ne" s'exerce sur le piston, maintient celui-ci dans la position figurée. 25 A l'une de ses extrémités, le cylindre 8 est fixé de façon quelconque à la face frontale 3 de l'enveloppe, tandis que le cylindre 8 porte à son autre extrémité une bride de raccordement 21 au centre de laquelle est formée une ouverture de raccordement 22. Le bord périphérique, s'avançant par rap-30 port à la bride de raccordement, de cette ouverture, est oonformé en siège de soupape 23 pour un plateau de soupape 24 dans lequel, en face du siège de soupape 23, est montée une bague d'étanchéité 25. Le plateau de soupape porte à sa périphérie une garniture d'étanchéité 29 et il est monté comme un 35 plateau de piston, déplaçable transversalement à son étendue, dans une chambre de soupape 27 qui est formée dans l'autre face frontale de l'enveloppe 2. A la chambre de soupape 27 mène une 72 10361 4 2132061 ouverture de raccordement 28 à laquelle l'ensemble représenté se raccorde par un conduit à air comprimé 31 représenté sché-matiquement ; une valve électromagnétique 32 à 3/2 voies complète le raccordement à une source d'air comprimé 23. 5 Alors que les tronçons des deux chambres cylindriques 9? 10 où s'exerce la sollicitation de l'air sont, comme déjà dits, en liaison permanente par l'alésage 18 et par les passages 19 de la tige de piston 6, les tronçons où ne s'exerce pas cette sollicitation des deux chambres cylindriques sont aussi 10 reliées constamment l'une à l'autre. A cette fin, on a prévu dans la paroi de la chambre cylindrique 9 et de la chambre cylindrique 10p dans la région du point mort,située à gauche sur le dessin", des plateaux de soupape 15 et 16, des ouvertures 34s35 qui relient directement à la chambre -enveloppe 7 la 15 chambre cylindrique associée. Enfin, la chambre-enveloppe 7 est toujours reliée à l'air ambiant par une ouverture 36. Le mode de fonctionnement de l'ensemble représenté est le suivant. Si l'on commute la valve 32 en lui faisant quitter 20 sa position de la figure 1, on raccorde la source d'air comprimé 33. Le plateau de soupape 24 est alors repoussé vers la gauche sous l'action de l'air comprimé qui arrive, pour aller s'appliquer au siège 23. Ainsi, le raccordement 22 est coupé de la chambre-enveloppe 7. Le clapet de non retour 30 s'ouvre 25 et, dans la mesure du débit qu'il permet, de l'air comprimé s'écou,le vers les parties 'des chambres cylindriques 9 et 10 où l'air peut exercer des sollicitations. La pression d'air qui s'y constitue alors déplace, après avoir vaincu la force élastique du ressort 20, les plateaux de piston 15,16 vers la 30 gauche jusqu'à ce que le plateau de piston 16*vienne buter contre la face frontale libre de la tubulure de butée 12. Lorsque cet état de choses est atteint, la pression dans les parties sollicitées des chambres cylindriques'9 ,10 est à peu près celle que fournit la source. 35 Dans cet état, on pourrait débrancher la source de pres sion en fermant le conduit 31 ou le passage 28. L'ensemble, si l'on négligeait les différentes pertes par fuiteB éventuelles 72 10361 5 2132061 aux garnitures d'étanchéité de piston 17, s'immobiliserait dans la position où la tige de piston 6 est sorties, car la soupape 23-24-25reste fermée. La raison en est que la surface du plateau de soupape 24 tournée vers la chambre 27 est plus 5 grande que la surface de l'autre face du plateau de soupape circonscrite par la garniture d •'étanchéité 25 « Gomme les deux faces du plateau de soupape 249 c'est-à-dire celle qui est tournée vers la chambre 27 et celle qui est tournée vers le raccordement 22, sont sollicitées par la même 10 pression, il s'établit sur le plateau de soupape 24 une force résultante dirigée vers la gauche. Même pour de petites pertes par fuites à l'endroit des garnitures d'étanchéité de piston 17, c'est-à-dire pour une faible perte de pression dans les chambres cylindriques, la 15 soupape de non retour 30 s'ouvre pour réaliser l'équilibrage des pressions de part et d'autre du plateau de soupape» Si l'on veut amorcer la course de retour, il suffit de ramener la valve 32 dans la position représentée. La chambre 27 dont le volume est notablement inférieur au volume de cour-20 se des chambres cylindriques 9,10 sera alors vidée d'air.La soupape de non retour 30 se ferme instantanément, et le plateau de soupape 24 se déplace aussitôt vers la droite, ce qui fait que la soupape 23-24-25 s'ouvre. Mais de ce fait, par l'intermédiaire de la chambre-enveloppe 7 et des ouvertures 34,35, il 25 s'établit un équilibre des pressions dans les chambres cylindriques 9,10 de part et d'autre des plateaux de piston 15,16, de sorte que le ressort 20 agit aussitôt, même lorsque la pression totale régnant dans l'enveloppe 2 est encore notablement supérieure à la pression atmosphérique de l'ambiance. 30 Indépendamment de la course arrière des pistons 15,16, l'ouverture du plateau de soupape 23,24,25 marque le début du processus de vidange d'air de l'ensemble par l'ouverture 36. Comme, cependant, la possibilité de débit de cette ouverture est limitée, il n'y a pas dilatation brutale de toute la quan-35 tité d'air qui se trouve dans l'ensemble, ce qui conduirait au bruit d'explosion désagréable que l'on connaît. L'évacuation de l'air de l'ensemble se fait au contraire lentement, avec 72 10361 6 2132061 tout au plus un soufflement parfaitement supportable. D'ailleurs tout spécialiste reconnaîtra que, même lorsque le processus d'évacuation de l'air de l'ensemble n'a pas encore pris fin, la prochaine course de travail peut s'amorcer. En pratique, on 5 déterminera le contenu volumétrique de la chambre-enveloppe 7 à partir du volume de course du cylindre 2 d'une part, et à partir de la possibilité de débit de l'ouverture 36 d'autre part, de telle sorte que - si l'on suppose que les courses de travail ont lieu périodiquement - la chambre-enveloppe 7 fonc-10 tionne en quelque sorte comme une boîte à vent et qu'il se produit une évacuation d'air continue par l'ouverture 36. L'ensemble représenté a encore un autre avantage. Comme la course du piston 15»16 se fait pour une pression supérieure à celle de l'atmosphère ambiante, il ne se produit pas, lors 15 de la course de retour, d'effet d'aspiration sur la face non sollicitée des plateaux de piston 15»16. Par suite, on est assuré aussi qu'il ne peut y avoir aspiration de poussières de l'environnement ce qui, comme on le sait» réduirait très notablement la longévité'des garnitures d'étanchéité, - ici 20 des garnitures 4,17 et 13. On comprendra que l'invention ne se réduit pas à l'exécution en tandem représentée. Si l'on suppose que sur l'ensemble représenté, les ouvertures 35 sont fermées, l'alésage 18 fermé, le plateau de piston 15 éloigné et la cloison 11 dépla-25 cée vers la gauche et coïncidant avec la paroi frontale 3» on arrive -à un ensemble qui a, extérieurement» à peu près même grandeur mais dont la course est à peu près double , avec une force d'environ moitié. A la figure 2, on a représenté une variante de forme 30 d'exécution dans laquelle la soupape 23,24,25 est commandée indirectement, c'est-à-dire servo-commandée par l'agent de sollicitation. On voit à la figure 2 une partie de l'enveloppe 2 dans laquelle le cylindre 8 est installé en ménageant la chambre-35 enveloppe 7. La bride de raccordement 21 du cylindre 8 est réalisée comme dans la forme d'exécution de la figure 1. Le plateau de soupape 24, au contraire» n'est pas monté de manière 72 10361 7 2132061 à pouvoir être déplacé dans un sens et dans l'autre dans la chambre de soupape 27, mais il se trouve d'autre part sous l'action d'un ressort de compression 40 qui a tendance à déplacer le plateau de soupape 24 vers la droite(à la figure 2), 5 c'est-à-dire en position d'ouverture. Par ailleurs-, sur ce plateau de soupape 24 est formé un prolongement de piston 41 qui, de son côté, est monté de manière à pouvoir se déplacer dans une chambre de piston 42 ; le prolongement de piston 4lest traversé par un passage 43 menant à la soupape de non retour 10 30. Sur sa face frontale, le prolongement de piston 41 porte une garniture d'étanchéité 44 qui sert à coopérer avec le passage 46 conformé en siège de soupape 45» dans la chambre de piston 42. Le passage 46 débouche dans l'amenée 47 à l'ensemble , 15 qui est raccordée directement au réseau d'air comprimé. De cette amenée 47 part un autre passage 48 qui va dans la chambre de soupape 49 d'une soupape à solénoïde 50. De cette chambre de soupape 49 part un autre passage 51» toujours ouvert, vers la face non tournée vers le cylindre 8 du plateau de sou-20 pape 24, c'est-à-dire dans la chambre de soupape 27 ; la chambre 49, au-delà de l'armature plongeuse 52 de la soupape à solénoïde 50» communique par ùn passage 54 avec la chambre-enveloppe 7. L'armature plongeuse 52 est pourvue » frontalement, de garnitures 55 à ses deux extrémités, qui ont pour rôle de fermer 25 les passages 48 et 54 dans la chambre de soupape 49, suivant la position de l'armature plongeuse 52. Le mode de fonctionnement de cette variante de forme de réalisation est le suivant s On supposera que l'entrée 47 est raccordée directement 30 à une source d'air comprimé et que la soupape à solénoïde n'est pas excitée. Alors, l'armature plongeuse 52 est sortie et ferme, par la garniture d'étanchéité 55, le débouché du passage 48 dans la chambre de soupape 49. Les passages 51 et 54 sont en communi-35 cation l'un avec l'autre et il y a ainsi aussi une liaison établie entre la face du p.ateau de soupape 24 non tournée vers le cylindre et la face du plateau de soupape 24 tournée vers le 72 10361 8 2132061 cylindre 8, Des deux côtés du plateau de soupape 24 règne ainsi la même pression, ce qui engage le ressort de compression 40, d'une part, à soulever le plateau de soupape 24 du siège de soupape 23, et d'autre part, le prolongement de piston formé à 5 se déplacer jusqu'à ce que le passage 46 soit fermé par la garniture d'étanchéité 44. Il ya lieu de remarquer ici que le ressort de compression 40 est dimensionné de te'lle sorte que sa force vainc la force due à la pression dans l'entrée 47, exercée sur la surface du prolongement de piston 41,délimitée 10 par la garniture d'étanchéité 44. Si, cependant, l'entrée 46 à la chambre de piston 42 est fermée, il n'arrive pas non plus d'air comprimé dans le passage 43 et ainsi dans le cylindre 8. L'ensemble demeure en position rétractée. Si, maintenant, on excite le solénoïde 50, l'armature 15 à piston 52 est rétractée et ainsi le passage 48 est libéré, tandis que le passage 54 est fermé. L'air comprimé s'écoule maintenant par le passage 48, la chambre de soupape 49 et le passage 51 dans la chambre de soupape 27 du plateau de soupape 24, chambre dans laquelle se constitue une pression dont l'effet 20 sur la surface libre beaucoup plus grande du plateau de soupape 24 (comparativement à la surface du prolongement de piston 41 entourée par la graniture d'étanchéité 44) est en mesure de vaincre la force du ressort de compression 40. Le plateau de soupape 24 est ainsi déplacé vers la gauche, c'est-à-dire 25 pressé sur le siège de soupape 23 avec la garniture d'étanchéité 25. Mais, en même temps, le -prolongement de piston 41 se soulève du siège de soupape 45 et de 1'air comprimé s'écoule ainsi sans perturbation de l'entrée 47 vers le passage 43. Ainsi, la soupape de non retour et d'étranglement 30 est ouverte et dans 30 le cylindre 8 se constitue la pression déplaçant le piston (non représenté ici), comme décrit à propos de la figure 1. Ceci se maintient tant que le solénoïde de la soupape 50 est excité, c'est-à-dire tant que le passage 48 est relié au passage 51 par l'intermédiaire de la chambre 49. 35 Mais dès que l'excitation du solénoïde de la soupape 50 cesse, le passage 48 est fermé, et le passage 54 est ouvert. Ainsi se produit une égalisation des pressions entre le côté 72 10361 9 2132061 du plateau de soupape 24 orienté vers le cylindre 8 et l'autre c$té du plateau de soupape 24. Le ressort de compression 40 travaille à nouveau, ce qui éloigne le plateau de soupape 24 du siège 23 ,et d'autre part, ferme à nouveau l'entrée 46. 5 mais alors, il se produit aussi, comme décrit au sujet de la figure 1, une égalisation immédiate des pressions entre les deux faces du piston de travail, à travers la chambre-enveloppe 7, et ce piston est aussitôt sollicité pour rev Contrairement au cas de la forme de réalisation suivant 10 la figure 1, il se fait, dans la réalisation présente, que, pour amorcer le mouvement de retour du piston de travail, non seulement il y a évacuation de l'air du petit volume de la chambre de soupape 27 directement dans le milieu ambiant, mais aussi que le recul du plateau de soupape 24 est causé par un 15 équilibrage des pressions des deux côtés de celui-ci. Par ailleurs, dans la forme de réalisation suivant la figure 2, il ne faut qu'une très petite soupape de commande. Alors que, dans la forme de réalisation de la figure 1, la valve 32 doit pouvoir laisser passer un débit d'air suffisant pour satisfaire 20 à la capacité d'absorption de l'ensemble dans un temps admissible, la soupape à solénoïde 50 ne doit présenter qu'une valeur nominale de ses passages, de quelques millimètres. On peut donc choisir la soupape à solénoïde 50 assez petite pour qu'on puisse l'intégrer complètement à la paroi frontale 26 de l'en-25 veloppe. Une disposition supplémentaire permet de diminuer encore le bruit des deux formes de réalisation, et particulièrement de celle de la figure 2. Au lieu de l'ouverture d'évacuation d'air 36 qui relie 30 à l'air extérieur la chambre-enveloppe 7 qui fonctionne en boîte à vent, la paroi cylindrique du boîtier 2 peut, dans son ensemble ou partiellement, être faite d'une matière perméable à l'air dans une mesure limitée, par exemple de feutre soutenu par une armature, d'une couche de fibres de verre ou d'une 35 toile métallique en une ou plusieurs épaisseurs, à très faible largeur de mailles. Ainsi, tous les chocs de pression apparaissant dans la chambre-enveloppe 7 au moment de l'égalisation 72 10361 10 2132061 des pressions entre les deux faces du piston,15»16 , ou du plateau de soupape 24, sont amortis non par passage direct dans l'air ambiant» mais peu à peu seulement,dans la mesure de ce que laisse passer l'ouverture 36 ou la paroi à perméabilité limitée. L'ensemble de maintien décrit remplit ainsi en même temps, de façon idéale, les trois conditions évoquées au début du présent mémoire. 72 10361 n 2132061 REVENDICATIONS 1.- Ensemble pneumatique de maintien, avec au moins un piston susceptible d'être sollicité sur une de ses faces et à 1'encontre de la force d'un ressort dans un cylindre dans le- 5 quel il peut se déplacer, caractérisé en ce que le raccordement au cylindre qui va vers la face sollicitée du piston peut être fermé au moyen d'une soupape que peut fermer l'agent de sollicitation du piston» une soupape de non retour qui s'ouvre dans le sens de cette fermeture étant montée dans le corps de 10 cette soupape, la soupape nommée en premier lieu établissant, lorsqu'elle est ouverte, une liaison entre le côté sollicité et le côté non sollicité du piston. 2.- Ensemble de maintien suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le côté sollicité et le côté non solli- 15 cité du piston sont reliés par un conduit d'égalisation de pressions pouvant être dégagé par la soupape nommée en premier lieu, l'intérieur de ce conduit étant en communication avec l'air extérieur en passant par un point d'étranglement. 3.- Ensemble de maintien suivant les revendications 1 20 et 2, caractérisé en ce que le conduit d'égalisation est conformé en chambre-enveloppe disposée autour du cylindre. 4.- Ensemble de maintien suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape nommée ën~premier lieu est une soupape à plateau et en ce que le volume de la chambre de sou- 25 pape de cette soupape à plateau est une fraction du volume de course du cylindre. 5.- Ensemble de maintien suivant la revendication 19 caractérisé en ce que la soupape de non retour est réalisée en soupape à étranglement réglable dans le sens du passage. 30 6.- Ensemble de maintien suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le cylindre est disposé dans un boîtier en ménageant la chambre-enveloppe qui entoure ce cylindre, l'une des faces frontales du boîtier contenant la soupape nommée en premier lieu, et son autre face frontale compor-35 tant une ouverture de guidage laissant passage à la tige du piston. 7.- Ensemble de maintien suivant les revendications 3 et 72 10361 12 2132061 4» caractérisé en ce que sur le plateau de la soupape à plateau nommée en premier lieu est conformé un piston déplaçable dans une chambre de tiroir, piston qui sert à séparer l'entrée vers la soupape de non retour» de l'amenée de l'agent de solli-5 citation, ledit piston étant sollicité dans le sens de la fermeture. 8.- Ensemble de maintien suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'on a prévu une soupape de commande qui, dans une de ses positions, met en relation le côté, non 10 orienté vers le cylindre, du plateau de la soupape nommée en premier lieu et l'amenée de l'agent de sollicitation, et qui, dans son autre position, met en relation ,1e côté du plateau de soupape opposé au cylindre, et la chambre-enveloppe. 9.- Ensemble de maintien suivant les revendications 6 15 et 8, caractérisé en ce que la soupape de commande est incorporée à une face frontale du boîtier. 10.- Ensemble de^maintien suivant la revendication 3» caractérisé en ce qu'au moins une partie de la paroi extérieure de la chambre-enveloppe est constituée d'une matière perméa- 20 ble à l'air dans une mesure limitée.