Brevet FR2117856A1 — publié le 19720728

La présente invention concerne un dispositif d'actionnement à fluide de dimensions réduites et sa méthode de fabrication. Des soufflets, des pistons et des diaphragmes ont été longtemps utilisés comme dispositifs d'actionnement à chambre d'expansion pour transformer ^ une énergie pneumatique ou hydraulique en ime force de sortie. Une limitation caractéristique de l'utilisation de ces dispositifs d'actionnement en est le coût et la complexité des problèmes à résoudre concernant l'étanchéité du circuit du fluide et dans le cas de soufflets ou de diaphragmes, la rupture d'un élément flexible. 10 Parmi ces trois dispositifs d'actionnement classiques, les soufflets assurent une grande simplicité étant donné qu'ils peuvent être fabriqués sous la forme d'un élément unique. Les soufflets classiques présentent un plissage en acordéon qui permet une course de sortie importante. L'arête de chaque pli est relativement aïgue et sujette à rupture lors de l'application 15 de contraintes répétées. Les dispositifs à soufflet bien que mécaniquement simples en raison de leur réalisation possible en une seule pièce, sont plutôt complexes au point de vue fabrication en particulier lorsque des soufflets de petites dimensions sont nécessaires. Dans les soufflets de petites dimensions, l'uniformité de l'épaisseur des parois détermine leur 20 fiabilité sur une longue période de temps. L'homme de l'art familier des techniques de moulage de parois complexes et minces de matériaux flexibles et connaissant les problèmes de maintien d'une épaisseur de paroi constante, connaît bien les inconvénients des dispositifs d*actionnement à soufflets. La présente invention utilise les formes facilement réalisables d'un 25 cylindre rigide et d'un tube flexible pour minimiser les problèmes d'étanchéité et de flexibilité présentés par une chambre d'expansion et ce, d'une manière simple et hautement efficace. Un montage en force d'un tube sur un cylindre d'une circonférence pratiquement égale forme un joint naturel qui peut être facilement amélioré par un assemblage à chaud si on le désire. Les 30 fonctions de réaction et de support nécessaires au dispositif d'actionnement sont assurées d'une manière compacte par la partie centrale rigide intérieure qui se prête à un simple montage par enclenchement tel que communément utilisé pour certains fusibles de forme similaire. Bien que la réalisation du tube puisse être quelque peu modifiée, la présente invention préfère 35 utiliser un matériau relativement non élastique et préformé dans un moule définissant la chambre d'expansion. L'actionnement du dispositif n'implique ainsi qu'une déformation ce qui est préférable à un allongement relativement important. En raison de la position du tube entourant le noyau cylindrique, il est possible de limiter la déformation à des rayons de courbure relativement 40 importants et ainsi de réduire au minimum la tendance à des ruptures locales 71 39296 2 2117856 qui limitent la fiabilité des dispositifs du type à soufflets. Bien que le dispositif d'actibnnement de la présente invention présente les caractéristiques indiquées ci-dessus, qui en elles-mêmes, en font un dispositif souhaitable et hautement efficace, il est évident que les formes 5 simples de tubes et de cylindres peuvent être fabriquées suivant des tolérances relativement faibles. Une épaisseur de paroi uniforme d'un tube est relativement facile à obtenir. Une telle uniformité est nécessaire pour réduire au minimum les concentrations de contraintes qui pourraient provoquer des ruptures localisées. Le dispositif d'actionnement de la présente 10 invention se prête également à une fabrication en grande série et permet ainsi d'en réduire le coût. Les formes fondamentales d'un cylindre et d'un tube permettent la réalisation simultanée de plusieurs chambres d'expansion sur une longue tige entourée d'un long tube. Cet ensemble peut être ultérieurement divisé en plusieurs dispositifs. 15 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'actionnement 20 à fluide réalisé selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif d'actionnement représenté à la figure 1 et prise le long les lignes II-II de la figure 1 î La figure 3 est une vue en coupe d'extrémité ou latérale du dispositif 25 d'actionnement représenté à la figure 1 et prise le long des lignes III-III de celle-ci ; La figure 4 est une vue en perspective d'un élément noyau cylindrique du dispositif d'actionnement représenté à la figure 1; La figure 5 est une vue en perspective de l'élément tubulaire du disposi-30 tif d'actionnement représenté à la figure 1; La figure B est une vue schématique représentant une méthode de fabrication de l'élément noyau cylindrique d'un dispositif d'actionnement réalisé suivant la présente invention; La figure 7 est une représentation schématique présentant une méthode 35 de formage préférée de l'élément tubulaire après assemblage avec l'élément noyau selon la présente invention et La figure 8 est une représentation schématique représentant la division en dispositifs séparés d'un ensemble de plusieurs éléments tubulaires simultanément . 40 En se reportant maintenant plus particulièrement aux figures 1, 2 et 3, 71 39296 3 2117856 on y voit représenté un dispositif d'actionnement à fluide de dimensions réduites 10 comprenant un élément noyau allongé pratiquement rigide 20 que l'on voit mieux à la figure 4. L'élément noyau 20 est entouré d'un tube ou membrane tubulaire 30, imperméable aux fluides, mais flexible relati-5 vement non élastique, que l'on voit mieux à la figure 5. Le tube 30 présente un bossage 31 chevauchant un enfoncement 21 en position intermédiaire de l'élément noyau 20 afin de former une chambre d'expansion 32. Le fluide pour le remplissage de la chambre 32 est délivré par un conduit approprié 11 à l'intérieur de l'élément noyau 20. Le fluide est transmis par une 10 entrée 22 et un alésage longitudinal 23 à un canal allongé 23a où il est appliqué intérieurement au tube 30 afin de remplir la chambre 32. En raison de la non élasticité du tube 30, le bossage 31 définit un volume maximum fixe pour la chambre 32 lorsque celle-ci est remplie comme représenté en pointillés à la figure 2. 15 Un élément de sortis 40 est monté mobile sur un pivot 41 disposé dans un étrier 42. Comme représenté en pointillés à la figure 2, l'élément de sortie 40 est entraîné vers le haut lors du remplissage de la chambre 32. L'étrier 42 est fixe à une partie du châssis 43 par une vis 44 et comprend deux attaches flexibles espacées 45 recevant les extrémités de l'élément 20 noyau 20. On verra que les sections retournées vers le haut 46 des attaches flexibles 45 reçoivent le noyau 20 d'une manière similaire à un montage de fusibles allongés. Il est évident que d'autres dispositifs de montage peuvent être utilisés avec une égale facilité. On verra mieux les détails de l'élément noyau 20 à la figure 4. L'élément 25 noyau 20 présente une section latérale ou configuration périphérique essentiellement cylindrique et oblongue. Cette section qui est pratiquement uniforme aux extrémités opposées 24, présente une configuration aplatie à sections de surface principale opposées 25 offrant une surface relativement importante comparée aux sections de surfaces latérales ou secondaires 26. L'enfoncement 30 21 a une longueur'27 supérieure à la largeur 28 de l'élément noyau 20 et offre ainsi une surface potentielle relativement importante sous le bossage 31 du tube 30. L'enfoncement 21 présente également une forme de surface 21a qui est pratiquement complémentaire de la forme de la section de réception de force 35 47 de l'élément de sortie 40. Comme on le voit à la figure 2, la section de réception de force 47 peut ainsi s'ajuster sans forcer contre le bossage 31 du tube 30 et porte contre la surface complémentaire 21a (voir la figure 3) de l'enfoncement 21 afin de définir une limite extrême stable au position de repos. Une seule couche de membrane non sertie du tube 30 demeure entre 40 la section de réception de force 47 et la surface 21a, étant donné que, 71 39296 4 2117856 comme on le voit à la figure 3, la matériau en excès du bossage 31 se déplace vers l'extérieur et vers le côté dans une position où il n'affecte pas la position de repos précise de l'élément de sortie 40. L'élément noyau 20 peut être réalisé dans une grande variété de matériau* 5 et suivant des procédés qui comprennent à la fois le moulage et l'usinage. Si l'élément noyau 20 est réalisé à partir d'un matériau brut comprenant l'alésage longitudinal 23 qui s'étend sur toute la longueur de celui-ci, un obturateur 23b doit être prévu pour assurer l'étanchéité à une extrémité de l'alésage 23. 10 Le tube 30 comme on le voit à la figure 5, présente une périphérie intérieure qui est pratiquement égale à la périphérie extérieure des extrémités de l'élément noyau 24 et permet ainsi un montage serré de ces deux éléments. Il est préférable d'utiliser un matériau relativement non élastique mais thermoplastique pour la réalisation du tube 30 afin de permettre le 15 moulage du bossage 31 après que le tube 30 ait été monté sur l'élément noyau 20. On reconnaîtra cependant que des avantages demeurent même dans le cas où une membrane élastique est utilisée sans bossage préformé 31. Le tube 30 est assemblé avec l'élément noyau 20 en déplaçant le tube 30 le long de l'axe longitudinal 29 de l'élément noyau 20 et une étanchéité 20 naturelle est assurée par le contact du tube 30 et des extrémités 24 de l'élément noyau 20. Cette étanchéité naturelle peut être encore améliorée par collage thermoplastique en 33 en utilisant un outil chauffé ou un dispositif à ultra-sons. Après avoir assemblé un dispositif remplissable comprenant le tube 30 monté sur l'élément noyau 20, le dispositif d'actionnement 25 est simplement réalisé en installant ce dispositif dans 1'étrier 42 représenté à la figure 1. Les formes fondamentalement simples et compatibles d'un élément noyau cylindrique et d'une membrane tubulaire selon la présente invention permettent une production en série de ce dispositif d'actionnement. Comme on le voit 30 à la figure 6, une tige allongée de matériau brut 50 comportant un alésage longitudinal 51, est usinée par un outil de coupe 60 afin de former dans ledit matériau plusieurs enfoncements espacés 52 qui sont séparés par des sections non travaillées 53. Après avoir réalisé un élément noyau à plusieurs enfoncements 52, une membrane tubulaire thermoplastique 54 est installée sur 35 celui-ci à l'aide d'une presse. Cet ensemble allongé est alors placé dans un moule 61 comme représenté à la figure 7, contenant plusieurs cavités de moulage, chacune desdites cavités présentant une configuration de surface 62 qui définit la forme pleine désirée de la parti.e 31 (voir les figures 2 et 5), Le moule peut contenir également des dispositifs de réchauffage 40 63 pour le collage du tube 54 aux sections du noyau 53. La membrane tubulaire 71 39296 5 2117856 54 est réchauffée avant d'être introduite dans le moule à une température où elle est thermoplastique. Lorsque l'ensemble réchauffé allongé est placé dans le moule 61, la membrane 54 est dilatée par gonflage soit par l'application de pression, soit par l'application d'une dépression dans les cavités 5 de moulage 62. La membrane sous tension prend ainsi définitivement une forme définie par la surface de la cavité de moulage 62 et, après refroidissement, demeure dans cette configuration. Comme on le voit à la figure 8, l'ensemble moulé est divisé en dispositifs à fluide séparés 55 par un outil de coupe 64 et peut être ultérieurement usiné à la configuration 10 particulière désirée comme représenté à la figure 1 par exemple. L'homme de l'art reconnaîtra que la présente invention a décrit une conception d'un dispositif d'actionnement à fluide simple mais efficace qui peut être incorporé dans une grande variété de matériels et fabriqué suivant de nombreuses méthodes différentes. 15 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 20 71 39296 6 2117856 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d*actionnement à fluide caractérisé en ce qu'il comprend: un élément noyau allongé, pratiquement rigide, comportant un évidement disposé entre deux parties extrêmes, et un alésage qui définit une admission 5 de fluide s'étendant au travers de l'une desdites parties extrêmes jusque dans ledit évidement, une membrane flexible et imperméable audit fluide, entourant ledit élément noyau au droit dudit évidement et étant fixée de façon étanche à une partie au moins de chaque partie extrême, et 10 un élément de sortie mobile monté de façon adjacente audit évidement et se déplaçant sous l'action de la force de déplacement exercée par ladite membrane lors de l'introduction de fluide dans ladite admission de fluide. 2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit évidement présente une certaine configuration de surface et ledit élément de sortie comprend 15 une partie de réception de force en contact avec ladite membrane et présentant une configuration de surface complémentaire de ladite configuration de surface présentée par leflit évidement. 3.- Dispositif selon les revendications 1 ou 2 dans lequel ladite membrane est réalisée à partir d'un matériau relativement non élastique et définit 20 dans sa partie entourant ledit évidement, une chambre à volume maximum prédéterminé. 4.- Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3 dans lequel ladite merrtbrane est en contact avec la surface dudit évidement lorsque le fluide n'est pas introduit dans ladite admission de fluide et ledit évidement comporte 25 un canal allongé communiquant avec ledit alésage pour l'application du fluide introduit dans ladite admission de fluide. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre un étrier de montage fixable à un châssis et des moyens sur ledit étrier de montage recevant d'une manière mobile au moins l'une 30 desdites parties extrêmes dudit élément noyau afin de supporter ledit élément noyau dans une position pratiquement fixe. B." Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes: la réalisation d'un élément noyau allongé pratiquement rigide présentant 71 39296 7 2117856 une partie évidée entre deux parties extrêmes opposées de section égale, et présentant un alésage s'étendant au travers de l'une desdites parties extrêmes et traversant ladite partie évidée, la réalisation d'une membrane tubulaire flexible imperméable au fluide 5 d'une longueur plus grande que ladite partie évidée, cette longueur étant prise le long de l'axe longitudinal dudit élément noyau, certaines parties au moins de ladite merrbrane ayant une section intérieure approximativement égale à la section extérieure desdites parties extrêmes, l'introduction dudit élément noyau dans ladite membrane tubulaire. 10 7.- Procédé selon la revendication 6 comprenant en outre l'étape de la déformation plastique de ladite membrane tubulaire dans la partie entourant ladite partie évidée afin de former une chambre. 8.- Procédé selon la revendication 7 dans lequel ladite étape de déformation 15 consiste à: placer ladite membrane et ledit élément noyau assemblés dans un moule présentant une cavité ayant la forme de ladite chambre et se trouvant au-dessus de la partie de ladite membrane entourant ladite partie évidéej chauffer ladite membrane à une température de ramollissement} et introduire du fluide dans l'alésage dudit élément noyau afin d'amener la 20 membrane en contact avec ladite cavité. 9.- Procédé de fabrication de plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant les étapes suivantes: la réalisation d'un élément noyau allongé pratiquement rigide présentant plusieurs parties évidées espacées longidutinalement formées dans la surface 25 extérieure de celui-ci et présentant un alésage longitudinal formé à l'intérieur dudit noyau sur pratiquement toute la longueur de l'élément noyau, la réalisation d'une membrane tubulaire flexible imperméable au fluide et allongée, présentant une section intérieure approximativement égale à la section extérieure dudit élément noyau dans les parties de celui-30 ci se trouvant entre lesdites parties évidées, l'introduction dudit élément noyau dans ladite membrane, la fixation étanche de ladite membrane audit élément noyau dans les parties dudit élément noyau entre les parties évidées de celui-ci, et la division de ladite membrane et dudit élément noyau en des points 35 intermédiaires desdites parties entre lesdites parties évidées afin de réaliser plusieurs dispositifs actionnés par fluide séparés.