Brevet FR2203034A1 — publié le 19740510

L'invention concerne un vérin hydraulique ou pneumatique. De tels vérins sont utilisés pour transformer le contenu énergétique du fluide sous pression en travail mécanique. Dans des cas d'utilisation déterminés, il est souhaitable que le piston prévu dans le vérin parcoure d'abord à grande vitesse un certain trajet, la force nécessaire étant alors faible à la tige de piston, et qutil puisse transmettre une force sensiblement supérieure en avançant ensuite relativement lentement. Un tel domaine d'utilisation coneerne par exemple les dispositifs de serrage rapide pour les machines-outils, dans lesquelles la force qui tient la pièce à usiner doit être considérablement plus grande que la force nécessaire à vaincre le frottement pendant l'avance et le recul du piston.Un autre cas d'utilisation concerne le secteur de l'en traSnement des presses à estamper, des presses à emboutir, des presses à extruder et des presses à forger, et l'analogue. I1 n'est pas souhaité ici que l'outil arrive rapidement sur le matériau à conformer, mais l'on souhaite par contre disposer alors pour le travail proprement dit de plusieurs fois l'énergie nécessaire au façonnage. Afin d'obtenir ce mode d'action, on a divulgué un vérin hydraulique avec un piston relié à une tige de piston, qui comporte une surface de piston alimentée pendant l'avance sur une course de travail, un circuit court ou 11by-pass", ou pour le fluide qui shunte le piston pendant l'avance accélérée, un piston auxiliaire relié au piston précédent, dont la surface, inférieure à celle de l'autre piston, est alimentée en fluide sous pression pendant l'avance accélérée, une soupape de commande pour commander le fluide ; dans ce cas, le piston est constamment alimenté des deux côtés en fluide'sous pression pendant la course accélérée, par l'intermédiaire du by-pass, et le cylindre comporte, pour le piston sur le parcours accéléré, une partie élargie servant à former une fente annulaire servant de by-pass et la paroi intérieure du cylindre.Dans ce vérin hydraulique ou pneumatique connu, le rapport entre la course accélérée et la course de travail est prédéterminé par la construction du vérin pneumatique ou hydraulique, et il est fixé une fois pour toutes par cette construction. L'invention se propose d'éviter cet inconvénient et de procurer un vérin hydraulique ou pneumatique, qui permette de passer à tout endroit voulu de course, de l'avance accélérée àla vitesse de travail, c'est-à-dire de procurer un vérin hydraulique ou pneumatique dont le by-pass peut être ouvert ou fermé à tout endroit voulu de la course du piston. Conformément à l'invention, ceci est obtenu en ce que, dans un vérin hydraulique ou pneumatique ayant un piston principal relié à une tige de piston, et un piston auxiliaire relié au précédent, dont une surface de piston provoquant l'avance accélérée peut être alimentée en fluide sous pression, ou déchargée, au moyen d'une soupape de commande, indépendamment de la surface du piston principal, et dont l'autre surface de piston peut être alimentée constamment en fluide sous pression pendant la course accélérée, en même temps que la surface du piston principal, d'où il résulte que les chambres de cylindres correspondantes du piston principal et du piston auxiliaire peuvent être alimentées en fluide sous pression, ou déchargées au moyen d'une autre soupape de commande, également indépendamment l'un de l'autre, l'on prévoit entre cette chambre de cylindre du piston principal et la chambre de cylindre correspondante du piston auxiliaire un bypass pour le fluide ouvert pendant la course accélérée, qui peut être ouvert ou fermé au moyen d'une soupape commandée de l'exté- rieur, dans toute position du piston principal ; il en résulte que, selon une forme avantageuse de réalisation, la soupape pour le by-pass du fluide, qui peut titre actionnée, est placée axialement sur la liaison entre le piston principal, la tige de piston et le piston auxiliaire. Afin d'obtenir une structure particulièrement simple, notamment du carter du vérin pneumatique ou hydraulique, un autre développement de l'invention prévoit que le piston principal et le piston auxiliaire sont reliés par une tige de piston, et que le diamètre du piston auxiliaire est supérieur à celui du piston principal, que la chambre de cylindre du piston principal est séparée de la chambre de cylindre du piston auxiliaire par une cloison de séparation , dans laquelle se trouve le by-pass du fluide et que le by-pass du fluide est réalisé sous forme d'ouverture annulaire dans le plan de séparation autour de la tige du piston ; d'où il résulte que la tige de piston passe, l'étanchéité étant assurée, à travers la soupape qui peut être commandée.Conformément à l'invention, dans cette forme de réalisation, tous les joints d'étanchéité nécessaires pour les pistons sont de préférence placés dans le carter lui-même et non pas sur le piston. De cette façon, il est facile de remplacer les joints d'étanchéité défectueux sans qu'il soit nécessaire de démonter tout le vérin hydraulique ou pneumatique. L'actionnement de la soupape qui peut être commandée et qui est avantageusement réalisée sous forme de soupape conique, est obtenu grâce à des pistons de commande se déplaçant radialement, qui sont placés dans des trous correspondants du carter, à la hauteur de la cloison de séparation, et qui coopèrent avec des surfaces de commande, de conicité correspondante, prévues sur la soupape. Un autre développement de l'invention prévoit que la surface du piston auxiliaire, pouvant être alimentée en fluide de pression indépendamment de la surface du piston principal et provoquant l'avance accélérée, est supérieure à la différence entre la surface du piston auxiliaire et la surface du piston principal. Dans ce cas, le piston auxiliaire peut être réalisé sous forme de piston annulaire, au moyen d'un piston solidaire du carter et saillant dans un alésage du piston auxiliaire ; d'où il résulte que la surface de piston pouvant être alimentée indépendamment de la surface du piston principal, est constituée, soit par la 'surface définie par le piston solidaire du carter, soit par la surface annulaire du piston auxiliaire.Selon une variante de la réalisation du piston auxiliaire, celui-ci est divis en un piston dont la surface provoque le recul accéléré et en un ou plusieurs pistons, 4ont les surfaces provoquent l'avance accélérée, ces derniers pistons pouvant agir aussi bien sur le, piston auxiliaire proprement dit qu'également sur'le e piston principal par l'intermédiaire d'un joug. Outre les avantages précités de la réalisation selon l'invention d'un vérin hydraulique ou pneumatique, il faut encore noter que la tige de piston entre le piston auxiliaire et le piston principal, est exclusivement sollicitée en traction, de sorte qu'elle peut être de construction relativement légère et de faible diamètre, étant donné qu'en traction, il n'y a pas le risque de flambage de la tige de!piston, qui existe lors d'une sollicitation en compression. L'invention va être expliquée plus en détail ci-après en se référant au dessin joint, sur lequel sont représentés deux exemples de réalisation. Sur le dessin - la fig. 1 montre une première forme de réalisation du vérin hydraulique ou pneumatique selon l'invention, en coupe longitudinale semi-schématique, le piston auxiliaire étant réalisé sous forme de piston annulaire, et la soupape pouvant être commandée étant actionnée par un vérin hydraulique ou pneumatique à double effet placé sur un axe parallèle ; et - la fig. 2 montre une deuxième forme de réalisation du vérin hydraulique ou pneumatique selon l'invention, tel qu'il est notamment utilisé pour les presses à fouger ; ici, les pistons auxiliaires pour l'avance accélérée sont disposés parallèlement au piston principal et fixés sur le même joug. Le vérin hydraulique ou pneumatique selon la fig. 1 est cpnstitué par un carter 28, qui comporte une chambre de cylindre 10 pour le piston principal 4 et une chambre de cylindre 12 pour le piston auxiliaire 6. Une cloison de séparation 22 est prévue entre les chambres de cylindre 10 et 12, à travers laquelle passe la tige de piston 2 reliant le piston principal 4 au piston auxiliaire 6. Le by-pass de fluide 18 ménagé dans la cloison de séparation 22, qui est réalisé sous forme d'ouverture annulaire autour de la tige de piston 2, peut être ouvert ou fermé grâce à la soupape commandée 20. La soupape commandée 20, réalisée sous forme de soupape conique, est actionnée par un petit vérin hydraulique ou pneumatique 26', qui est fixé sur le carter 28, est à double effet et comporte les canalisations d'arrivée 48 et 50 pour le côté supérieur et le côté inférieur du piston. Le piston auxiliaire 6 est réalisé sous forme de piston annulaire, par le fait qu'un piston 24 solidaire du carter saille dans un alésage approprié du piston auxiliaire 6. Dans l'exemple représenté, une canalisation d'amenée 46 va à la chambre de cylindre 14 du piston auxiliaire 6, qui comporte la surface de piston 6b correspondant au piston 24 solidaire du carter. Naturellement, le volume annulaire 14a peut également être alimenté en pression, d'où il s'ensuit que la surface active correspond alors à la surface annulaire 6c. Il est essentiel pour un fonctionnement parfait du vérin hydraulique ou pneumatique, que la surface de piston 6a du piston auxiliaire 6 soit plus grande que la surface 4a du piston principal 4 et que la surface restante 6b ou la surface annulaire 6c soit supérieure à la différence entre la surface 6a du piston auxiliaire et la surface 4a du piston principal.La chambre de cylindre 10 du piston principal 4 est accessible de l'extérieur par l'intermédiaire de la canalisation d'arrivée 42, tandis que la chambre de-cylindre 12 du piston auxiliaire 6 est accessible de extérieur par l'intermédiaire de la canalisation d'arrivée 44. Le vérin hydraulique ou pneumatique représenté sur la fig. 2 comporte, pour l'essentiel, les mêmes parties que celui représenté sur la fig. 1, de sorte que ces parties ont également les mêmes numéros de référence. A la différence du vérin hydraulique ou pneumatique représenté sur la fig. 1, on a associé au piston auxiliaire 6 deux autres pistons auxiliaires 6', qui sont placés avec leurs axes parallèles au piston principal 4 et agissent sur un joug commun 40. En outre, sur la fig. 2, la liaison du piston principal 4 et du piston auxiliaire 6 est effectuée au moyen d'une tige de piston 2 réalisée sous forme d'un long tirant, d'où il s'ensuit que la tige de piston 2 est munie à l'extrémité côté piston principal, d'une tête qui est enfoncée dans le piston principal 4, et qui est vissée à l'extrémité côté piston auxiliaire, au moyen de l'écrou 32.On voit, en outre, le guidage et le joint d'étanchéité 34 pour le piston auxiliaire 6, le guidage et les joints d'étanchéité 36 pour les pistons auxiliaires 6', et le guidage et le joint d'étanchéité 38 pour le piston principal 4. Comme on le voit, ces joints d'étanchéité sont fixés sur le carter 28 et peuvent être remplacés sans qu'il soit nécessaire de sortir les pistons du carter 28. L'actionnement de la soupape conique 20 s'effectue par six pistons de commande 26 disposés radialement en étoile, et montés dans des alésages correspondants du carter 28. Les extrémités intérieures des pistons de commande 26 sont munies de surfaces obliques et agissent sur des surfaces coniques de commande correspondantes 30 de la soupape conique 20. Les pistons de commande sont actionnés trois par trois par les canalisations d'arrivée 48 et 50, do il s'ensuit qu'une mise en dépression de la canalisation d'arrivée 48 provoque une ouverture de la soupape conique 20, tandis qu'une mise en dépression de la canalisation d'arrivée 50 provoque la fermeture de la soupape conique. Lacommande de l'avance accélérée de la course de travail et du recul accéléré s'effectue par les distributeurs de commande hydrauliques 8 et 16. Le distributeur 8 est relié, d'une part à une source de pression ainsi qu'à une canalisation de retour sans pression, et d'autre part à la canalisation d'arrivée 44 à la chambre de cylindre 12 du piston auxiliaire 6 et aux chambres de cylindre 14' des pistons auxiliaires 6' par la canalisation d'arrivée 46. La chambre de cylindre 10 du piston principal 4 est constamment alimentée en fluide sous pression par la canalisation d'arrivée 42. Lç distributeur 16 est relié d'une part également à la source de pression, ainsi qu'à une canalisation de retour sans pression, et d'autre part aux canalisations d'arrivée 48 et 50 des pistons de commande 26. Les fig. 1 et 2 montrent le vérin hydraulique ou pneumatique pendant l'avance accélérée vers la droite. Le distributeur 8 a établi la liaison entre la source de pression et les chambres de cylindre 14' des pistons auxiliaires 6' ainsi que la chambre de cylindre 12 du piston auxiliaire 6. Comme il a déjà été mentionné, la chambre de cylindre 10 du piston principal 4 est constamment relié à la source de pression. En outre, les chambres de cylindre 10 et 12 sont reliées entre elles par l'intermédiaire de la soupape conique 20 ouverte pendant l'avance accélérée. La soupape conique 20 est actionnée par le distributeur 16 qui, dans la position représentée, établit la liaison entre la source de pression et la canalisation d'arrivée 48 pour les pistons de commande correspondants 26.Du fait que les pistons de commande 26 susmentionnés appuient sur les surfaces de commande coniques 30, la soupape conique 20 est poussée vers la droite et libère le by-pass de fluide, dont la section transversale est calculée de telle sorte que le fluide sous pression traverse cette fente annulaire pratiquement sans être étranglé. Du fait qu'il s'écoule par le by-pass defluide 18 une quantité de fluide qui correspond à la quantité de fluide amenée ultérieu remet au piston principal 4, il ne s'écoule par les canalisations d'arrivée 44, 46 que de faibles quantités de fluide, de sorte que les canalisations et les soupapes peuvent avoir de petites dimensions. Afin de passer de l'avance accélérée à la course de travail, on actionne d'abord le distributeur 16, ce qui supprime la pression dans les canalisations d'amenée 48 aux pistons de commande 26, tandis que la canalisation d'amenée 50 aux pistons de commande 26 est mise sous pression et qu'ainsi la soupape conique 20 tire sur son siège et étrangle ainsi le by-pass 18. Ensuite, le distributeur 8 est actionné, de sorte que la pression est supprimée dans la canalisation d'arrivée 44 à la chambre de cylindre 12 du piston auxiliaire 6, d'où il s'ensuit que la soupape conique 20 se ferme complètement.Etant donné qu'alors le piston principal 4 et les pistons auxiliaires 6' sont alimentés en fluide sous pression et que le piston auxiliaire 6 agissant en sens inverse ne peut plus compenserpar l'intermédiaire de la tige de piston 2 la force de pression du piston principal 4, la totalité de la force du piston principal 4 et des pistons auxiliaires 6 agit alors sur le joug 40, c'est-à-dire que la course de travail commence. Comme il a été mentionné au début, les canalisations et les soupapes, ainsi que le débit de la pompe, sont calculés de telle sorte que lors de la commande appropriée des distributeurs 8 et 16, elles provoquent certes la course accélérée, mais qu'après la commutation sur la course de travail elles ne fournissent qu'une quantité de fluide qui suffit pour développer une très grande force du piston principal 4 mais avec une faible vitesse d'avance, tenant compte du fait connu que pour un courant de refoulement constant, la vitesse du piston est inversement proportionnelle à la surface du piston. Afin de provoquer le recul accéléré, lorsque la course de travail est terminée, on actionne d'abord le distributeur 8. Dans la position d'avance accélérée, une liaison de pression est établie entre la source de pression et la canalisation d'arrivée 44 à la chambre de cylindre 12 du piston auxiliaire 6. Après que guette chambre de cylindre 12 a été mise sous pression, le distributeur 16 est actionné afin d'ouvrir la soupape conique 20, puis le distributeur 8 est mis en communication et le recul accéléré commence, étant donné que, comme il a déjà été mentionné, la surface 6a du piston auxiliaire 6 est plus grande que la surface 4a du piston principal 4 et que les pistons auxiliaires 6' sont sans pression. Le recul accéléré ne nécessite également que de faibles courants de fluide, étant donné qu'il n'est besoin que de la quaritité de fluide qui peut être reçue par la surface annulaire du piston auxiliaire 6, formée par la différence entre la surface de pston 6a et la surface de piston 4a. La vitesse du recul accéléra par rapport à la vitesse de l'avance accélérée est déterminée par le rapport entre la surface annulaire mentionnée et la surface 6'b des pistons auxiliaires 6'. Si les surfaces 6'b sont le double de la différence entre les surfaces du piston auxiliaire et du piston principal (6a-4a), les vitesses de l'avance accélérée et du recul accéléré sont identiques pour le même courant de fluide. Comme on le voit, on peut, à n'importe quel endroit de la course, passer de l'avance accélérée à la course de travail ou au recul accéléré ; dans ce cas, la chambre de cylindre 10 du piston principal 4 reste constamment sous pression et ainsi, on économise le débit nécessaire à la constante mise en dépression. Cette économie en débit est maximale lorsque le passage de l'avance accé lérée à la course de travail s'effectue seulement vers la fin de l'ensemble de la course du vérin hydraulique ou pneumatique, étant donné que la chambre de cylindre 12 est mise en pression nulle lors de la commutation sur la course de travail et qu'elle est remise en pression lors de la commutation sur le recul accéléré. Il faut en outre mentionner que la course de travail n'est pas obligatoirement dirigée vers la droite, comme il a été repré senté. Elle peut naturellement aussi bien agir vers la gauche, soit par le fait qu'une traction est exercée par le piston princi- pal 4 ou par le fait que la pression est exerce par le piston auxiliaire 6. Dans ce cas, la commande de l'alimentation en pression des différentes chambres de cylindres doit être modifiée, étant donné qu'alors la chambre de cylindre 12 est constamment aasntenue en pression par la canalisation d'arrive 44, tandis que la chambre de cylindre 10 est reliée par la canalisation 42 au distributeur 8 et la commande de la pression s'effectue de façon analogue, comme il a déjà été décrit. L'actionnement des distributeurs 8 et 16 peut s'effectuer manuellement, mais il est naturellement possible de les actionner par l'intermédiaire d'interrupteurs de fin de course reliés au vérin hydraulique ou pneumatique, ou de prévoir une commande électrique programmée. Des commandes de ce type sont connues et ne font pas partie de l'objet delta présente invention. REVENDICATIONS 1 - Vérin hydraulique ou pneumatique avec un piston principal relié à une tige de piston et un piston auxiliaire relié au précédent, dont une surface provoquant l'avance accélérée peut être alimentée en fluide sous pression ou déchargée au moyen d'un distributeur de commande, indépendamment de la surface du piston principal, et dont l'autre surface peut être constamment alimentée en fluide sous pression sur le parcours accéléré en même temps que la surface du piston principal, d'où il s'ensuit que les chambres de cylindre du piston principal et du piston auxiliaire peuvent être alimentées en fluide sous pression ou déchargées indépendamment l'une de l'autre par l'intermédiaire d'un autre distributeur de commande, caractérisé en ce que entre la chambre de cylindre (10) du piston principal (4) et la chambre de cylindre (12) du piston auxiliaire (6) est prévu un by-pass de fluide (78) ouvert pendant la course accélérée, lequel peut être fermé ou ouvert dans chaque position du piston principal (4) au moyen d'une soupape (20) commandée de l'extérieur. 2 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (20) pouvant être commandée, pour le by-pass de fluide, est placée axialement sur la liaison entre le piston principal (4), la tige de piston (2) et le piston auxiliaire (6). 3 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston principal (4) et le piston auxiliaire (6) sont reliés par une tige de piston (2), que le diamètre du piston auxiliaire (6) est supérieur à celui du piston principal (4) et que la chambre de cylindre (10) du piston principal (4) est séparée de la chambre de cylindre (12) du piston auxi raire (6) par une cloison de séparation (22) dans laquelle se trouve le by-pass de fluide (18). 4 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le by-pass du fluide (18) est réalisé sous forme d'ouverture annulaire dans la cloison de séparation (22) et que la tige de piston (2) traverse la soupape (20) qui peut être commdée, l'étanchéité étant assurée. 5 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape (20) pouvant être commandée est réalisée sous forme de soupape conique et que l'on prévoit des pistons de commande (26), (26') se déplaçant radialement dans le carter (28), lesquels coopèrent avec des surfaces de commande (30) prévues sur la soupape (20) et ayant une conicité correspondante. 6 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface (6b), (6'b) ou (6c) du piston auxiliaire (6) pouvant être alimentée en fluide de pression, indépendamment de la surface (4a) du piston principal (4) est supérieure à la différence entre la surface (6a) du piston auxiliaire (6) et la surface (4a) du piston principal (4). 7 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston auxiliaire (6) est réalisé sous forme de piston annulaire au moyen d'un piston (24) solidaire du carter et saillant dans un alésage du piston auxiliaire (6) et que la surface de piston pouvant être alimentée en fluide de pression indépendamment de la surface (4a) du piston (4) est constituée par la surface restante (6b) ou la surface annulaire (6c) du piston auxiliaire (6) (fig. 1). 8 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston auxiliaire est divisé en un piston (6) dont la surface (6a) provoque le recul accéléré et en un ou plusieurs pistons (6') dont les surfaces (6'b) provoquent l'avance accélérée. 9 - Vérin hydraulique ou pneumatique selon la revendication 8, caractérisé en ce que tous les joints d'étanchéité (34, 36, 385 nécessaires pour les pistons (4, 6, 6') sont placés dans le carter (28).