Brevet FR2154285A1 — publié le 19730511

Dans le cadre des schémas de commande pneumatique des installations automatiques, l'objet de la présente invention est la réalisation simple d'une bascule binaire pneumatique à une seule entrée, c'est-à-dire d'un relais recevant des impulsions de commande par un seul orifice et changeant d'état à chaque impulsion de telle manière qu'une pression de sortie n'est délivrée que lors des impulsions d'entrée paires. Cette bascule binaire, appelée également "diviseur par 2" conduit A la notion de diviseurs par 3, 4, etc..., diviseurs également réalisés par la présente invention, et dont le but est de ne délivrer une pression de sortie que toutes les 3, 4, etc... impulsions d'entrée. Les différents relais pneumatiques connus répondant i la fonction de bascule binaire 9 une entrée sont des relais du type à tiroir, munis intérieurement d'un Jeu complexe de pistons et clapets susceptibles d'envoyer les impulsions d'entrée sur l'une ou sur l'autre des extrémités du tiroir assurant la commutation des sorties, selon la position occupée par ce tiroir. Ces bascules binaires pneumatiques à tiroir délivrent, en général, deux sorties inverses l'une de l'autre. Cependant, la réalisation de ces appareils est difficile, car le Jeu de tiroirs et clapets concentriques est complexe, et nécessite une bonne précision, pour une étanchéité correcte des différents passages et chambres. Les courses importantes, et l'utilisation de joints toriques glissants, limitent la longévité des appareils et exigent, pour un fonctionnement correct un graissage continu par l'air d'alimentation, graissage souvent difficile à réaliser, dans la réalité des schémas et installations. Le prix de revient élevé, et l'encombrement important de ces appareils limitent leur emploi, surtout face aux réalisations électroniques équivalentes. Enfin, ces appareils sont limités au diviseur par deux, leur fonctionnement ne permettant pas l'extension aux diviseurs par 3,4 etc... Par ailleurs, quelques diviseurs pneumatiques ont été réalisés par l'adaptation de programmeurs à cames, à entraînement pas à pas, par un vérin pneumatique simple effet, agissant sur une roue à rochet. On conçoit que selon la taille et le nombre de ses encoches, une came permet à la vanne pneumatique qu'elle commande, d'émettre.un signal pneumatique tous les 2, 3 ou 4 pàs, c' est-à-dire tous les 2, 3 ou 4.... impulsions envoyées au vérin pneumatique. Mais, ces réalisations, assemblage d'éléments de formes très variées, ont un aspect peu compact, sont encombrantes, cod- teuses et de longévité et fiabilité très limitées. Le dispositif, objet de l'invention, est un relais pneumatique à clapet à une sortie, commandé par un dispositif pas à pas spécial intégré qui, selon le besoin, peut déclencher une sortie tous les 2,-3, 4 .... pas, c'est-à-dire donner un relais diviseur par 2, 3, 4 etc... Ce relais diviseur pneumatique i une entrée et une sortie est monobloc, compact, et peut être facile lent îiniaturisé. les déplacements de pinces étant réduits, aucun graissage n'est nécessaire, et longévité et fiabilité sont excellentes. la construction de l'appareil étant simple et ne nécessitant que peu de précision, des moyens d'obtention écono- signes de série peuvent être mis en oeuvre facilement, par exem- ple l'emploi de pièces moulées en matière plastique, conduisant ainsi & un prix de revient très bas. Par ailleurs, l'appareil ne délivrant qu'une seule sor- tie, est particuliEroment bien adapté aux circuits de comptage simples, c'est à dire à la commande d'un relais diviseur par un autre et ainsi de suite en série, permettant de compter des nombres plus importants multiples des nombres de base comptés par chaque relais diviseur. Pour 1'obtention des relais fournissant deux sorties inverses l'une de l'autre, relais nécessaires pour certains schêus, l'adjonction d'une cellule NON de module connu, également à clapet, donne le complément du signal de sortie, le tout sous forme d'un appareil monobloc, Si besoin eat. Le dispositif suivant l'invention comprend, sous forme monobloc - Un distributeur pneumatique à clapet, de type connu, destiné à émettre le signal pneumatique de sortie. - Un vérin pneumatique simple effet à rappel par ressort, actionné par les impulsions pneumatiques de commande. - Un ensemble pas à pas rotatif, spécial, actionné par les mouvements du vérin simple effet, et autorisant, au moment de l'impulsion voulue, le distributeur à clapet à émettre le signal de sortie. Cet ensemble pas à pas est constitué par une roue à rochet spéciale, entraînée en rotation par l'action de deux doigts portés par le piston du vérin et agissant dans les échancrures de la roue, l'un pendant la course aller, et l'autre pendant la course retour du vérin. Certaines échancrures de la roue sont prolongées d'un évidement qui permet à l'un des doigts, et par conséquent au piston du vérin, un débattement plus grand que le débattement autorisé par une échancrure normale. C'est ce débattement plus grand qui autorise le clapet du distributeur à se soulever et à émettre un signal pneumatique de sortie. On conçoit que, selon le nombre et la répartition, parmi les échancrures de la roue, de ces évidements autorisant un signal de sortie, on obtient un appareil diviseur par 2, 3, 4... etc, à volonté. Les figures I, 2, 3 et 4, illustrant un exemple de réalisation de bascule binaire pneumatique à une entrée et de relais diviseur pneumatique, permettent de mieux préciser ces principes de fonctionnement. La figure 1 est un diagramme représentant, au cours du tempstles variations recherchées pour le signal de sortie S, en fonction des variations du signal d'entrée 1. Pour chacun de ces signaux, la valeur 1 représente la mise en pression, et la valeur O la mise à l'échappement. - La courbe S en trait plein représente les variations de la sortie d'une bascule binaire à une entrée, ou diviseur par 2. - La courbe S en trait pointillé représente les variations de la sortie d'un diviseur par 3. La figure.2 est la coupe d'un appareil, exemple de réalisation selon l'invention. Cet appareil comprend les trois orifices suivants - Orifice d'entrée des signaux de commande X - Orifice de mise en pression permanente P - Orifice de sortie S. L'appareil comporte les trois parties fonctionnelles ;déjà citées - Le distributeur à clapet 1, destiné à émettre le signal de sortie S. - Le vérin simple effet 2, recevant les impulsions de commande X. - L'ensemble pas à pas spécial 3, destiné à autoriser la sortie S on non, lors d'une impulsion de commande X. Lors de l'apparition d'une impulsion X transmise par le canal 4, la pression, appliquée sur la face supérieure du piston 5, a pour effet de faire descendre ce piston en comprimant le ressort 6 de rappel, et lors de la disparition de cette même impulsion, le ressort 6 ramène le piston 5, selon le fonctionnement connu d'un vérin pneumatique simple effet à rappel par ressort. Dans ces mouvements de va-et-vient, le piston 5 entraîne ne en rotation par rapport à lui-même la roue à rochet 7, par 1' action des doigts 8 et 9 qui lui sont solidaires et qui s'engagent dans les échancrures supérieures 10 et inférieures Il de la roue à rochet 7. La figure 3 représente la roue à rochet 7 destinée à un diviseur par 2, ainsi qu'un développé de la forme de ses échancrures 10 et 11 et du mouvement relatif des doigts 8 et 9 du piston 5. L'observation de ce développé, et des positions relatives successives a, b, c, d..., des doigts 8 et 9, montre de quelle manière, au cours de ses allers et retours, le piston 5 entraîne en rotation relative, pas à pas, la roue à rochet 7. Cette figure montre aussi qu'une échancrure Il sur deux comporte un évidement 12 permettant au doigt 9 de dépasser la course qu'il aurait eue en butant au fond de l'échancrure 11. Dans sa position représentée figure 2, position correspondait à la position a du développé de la figure 3, le piston 5 est empêché de remonter complètement par le doigt 9 en butée aufond d'une échancrure Il de la roue à rochet 7. Le ressort 6, prenant appui sur le fond de son logement dans le pistez 5, pousse le piston intérieur 13:qui agit sur le clapet 14 et le plaque sur le siège 15 d'arrivée de la pression. L'orifice de sortie S est donc en liaison avec l'échap- pement 16 par l'intermédiaire du siège d'échappement 17, ouvert, et des rainures 18 - S-O. Une impulsion X agissant sur le piston 5, le doigt 9 dégage l'échancrure 11, et le doigt 8, s'engageant dans l'échancrure 10, entraîne la roue à rochet 7 en position b. Le clapet 14 reste fermé, touJours poussé par le ressort 6. L'impulsion X étant mise à l'atmosphère, le ressort 6 rappelle le piston 5 et, dans ce mouvement, le doigt 9 s'engage dans l'échancrure 11, entraîne la roue à rochet 7 en position c, puis trouve l'évidement 12, permettant ainsi au piston 5 de reculer Jusqu a sa butée 19. Dans ce recul, le bouchon 20, solidaire du piston 5, rappelle le piston intérieur 13 qui relâche le clapet 14. Sous l'action de la pression P, le clapet 14 passe du siège 15 au siège 17, mettant ainsi la sortie S en pression- S Lorsque l'impulsion I suivante apparaît, elle fait passer l'ensemble en position d, autorisant à nouveau, dans le mouvement de deseente du piston 5, le piston 13 poussé par le ressort 6, à plaquer le clapet 14 sur le siège 15 d'arrivée de pression. 1a sortie S est à nouveau à l'échappement S-O. Lorsque l'impulsion x disparaît, le ressort 6 ramène l' ensemble qui passe en position e où l'échancrure 11 offre une butée au doigt 9, comme en position a, et empêche le recul du piston 5, laissant le ressort 6 appuyer le piston 13 gui maintient le clapet 14 sur le siège 15. Aucune sortie S n'apparait StX). La figure 3 montre, pour le diviseur par 2, l'évolution de S: on voit que le signal de sortie S apparaît lors de la disparition d'une impulsion I, et est coupé lors de l'apparition de l'impulsion x suivante. La figure 4 montre la roue à rochet 7 pour un divisaur par 3. Les évidements 12 n'apparaissent que toutes les 3 échancrures, n'autorisant un signal de sortie S que toutes les 3 impulsions d'entrée I. Dans une roue à rochet pour un diviseur par 4, les évidements apparaissent toutes les 4 échancrures, et ainsi de suite, la roue à rochet pour un diviseur par n présentant un évidement toutes les n échancrures. La figure 2 montre quelques particularités de construction intéresaantes: Pour un fonctionnement correct de l'appareil, il convient d'équilibrer les efforts, par l'action de deux doigts 8 diamétralement opposés, et de deux doigts 9 diamétralement opposés également, contrairement à l'explication des principes susmentionnée, qui, par mesure de simplicité, ne faisait intervenir qu'un doigt 8 et qu'un doigt 9. Dans le cas d'une bascule binaire, le dessin de la roue à rochet 7 de la figure 3, montre au'il est même possible d'utiliser 4 doigts 8 et 4 doigts 9, ce qui donne un fonctionnement et une longévité améliorés. L'utilisation de matières plastiques moulables, à faible coefficient de frottement et propriétés autolubrifiantes, comme par exemple le DEIRIM ou certains NYLONS, est très utile pour faciliter la rotation de la roue à rochet 7, et le glissement des doigts 8 et 9 dans les évidements de cette roue. Dans le cas de la réalisation décrite par la figure 2, le corps de l'appareil, la roue à rochet 7, et le piston 5 muni des doigts 8 et 9, sont moulés avec une telle matière. Choisi de préférence à un joint torique, et beaucoup plus souple, le joint à lèvre 23 peut fonctionner sans graissage dans sa fourrure, également en matériau auto-lubrifiant. Pour le piston 5 et le corps de l'appareil, l'utilisation de matière plastique moulée dont la déformation permet le montage des coupelles 20, 21 et 22 par simple emmanchement, avec arête d'accrochage assurant l'étanchéité, permet une réalisation de série facile à miniaturiser et très économique, en évitant tout filetage. Une gamme de diviseurs par 2, 3, 4 ... peut être obtenue avec, pour chacun, une roue à rochet différente, le reste de l'appareil restant standard pour toute la gamme. Les bascules binaires et relais diviseurs pneumatiques que nous avons décrits sont à une seule sortie. Ils permettent, par exemple, montés en série, de compter des nombres multiples de leur valeur de division. Pour compter 12 impulsions, par exemple, il suffit de faire commander un divisetirpar 3 par un diviseur par 4. Cependant, comme nous l'avons dit, il arrive parfois que l'on ait besoin, dans les schémas., d'une basctle binaire à deux sorties inverses l'une de l'autre. L'utilisation d'une cellule NON à clapet de type connu, construite au besoin en un seul bloc avec la bascule binaire, résout ce problème. La cellule NON est alimentée en pression permanente P, est commandée par le signal S, et fournit une sortie S inverse de la sortie S. L'ensemble a bien deux sorties inverses l'une de l'autre, S et S. Ces différents relais diviseurs et bascules binaires à une entrée, fiables et d'une grande longévité, faciles à miniaturiser et à fabriquer économiquement s'intégrent dans les schémas pneumatiques de commande. Ils apportent aux -- > tomatismes pneumatiques de nouvelles possibilités, dans leur développement parallèle aux automatismes électroniaues qui depuis longtemps proposent des appareils aux fonctions semblables. { REVENDICAUIONS 1- Bascule binaire pneumatique à une entrée, et relais di viseur pneumatique comprenant en combinaison, et sous forme monobloc, un distributeur pneumatique à clapet destiné à émettre le signal pneumatique de sortie et un vérin pneumatique simple effet à rappel par ressort, actionné par les impulsions pneumatiques de commande, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble pas à pas rotatif,spécial, actionné par les mouvements du vérin simple effet, et autorisant, au moment de l'impulsion voulue, le distributeur à clapet à émettre le signal de sortie tous les 2, 3, 4,... pas. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble pas à pas est constitué par une roue à rochet spéciale, entraînée en rotation par l'action de deux doigts postés par le piston du vérin et agissant dans les échancrures de la roue, l'un pendant la course aller, et l'autre pendant la course retour du vérin. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait aue certaines échancrures de la roue à rochet sont prolongées d'un évidement oui permet à l'un des doigts, et par con séquent au piston du vérin, un débattement plus grand que le débattement autorisé par une échancrure normale, ledit débattement plus grand autorisant le clapet du distributeur à se soulever et à émettre un signal pneumatique de sortie. 4- Dispositif suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que, selon le nombre et la répartition, parmi les échancrures de la roue à rochet, des évidements autorisant un signal de sortie, on obtient un appareil diviseur par 2, 3, 4, .., etc, à volonté. 5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour l'obtention des relais fournissant deux sorties inverses l'une de l'autre, relais nécessaires pour certains sché mas, l'adaonction d'une cellule "NONE de type connu, également à clapet, donne le complément du signal de sortie, le tout sous forme d'un appareil monobloc, au besoin