Brevet FR2162252A1 — publié le 19730720

La présente invention a pour objet un dispositif de freinage de sécurité pour un appareil, tel qu'un appareil de levage, comportant un moteur qui en trame en rotation, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique, un élément dont le mouvement peut être arrêté par un frein. Dans l'état actuel de la technique les appareils de levage comportent le plus souvent, comme élément entraîné, un tambour d'enroulement de câble mû par un moteur-frein électrique par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique comprenant essentiellement un réducteur, un frein de sécurité étant associé au tambour pour arrêter ce dernier en cas d'urgence. Ce frein est généralement d'une manoeuvre assez longue qui est laissée exclusivement à l'initiative du conducteur de l'appareil de levage. Dans le cas d'une rupture brusque et inopinée de la chatne cinématique, le temps de réaction du conducteur risque d'être trop long pour éviter, par l'effet d'une chute de la charge, un accident qui peut être extrêmement grave. L'invention se propose de réaliser un dispositif de sécurité capable de supprimer radicalement un tel risque, par l'utilisation de moyens relativement simples et peu coûteux, par comparaison avec les moyens de sécurité connus, qui font habituellement appel à l'électronique, sont onéreux et exigent une maind'oeuvre qualifiée pour leur remise en état après un déclenchement du dispositif consécutif à une avarie. Ce dispositif est caractérisé en ce que le moteur et l'élément entraîné sont couplés respectivement avec l'un et l'autre de deux arbres, par des mécanismes d'entraînement agencés de manière à donner en marche normale une rotation synchrone des arbres, entre lesquels est prévu un système de connexion comportant un moyen d'actionnement capable de détecter une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres et coopérant de telle sorte avec le frein que ce dernier est mis en action instantanément, pour bloquer en rotation l'élément entraîné, dès que le moyen de commande a détecté une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres, due par exemple à une rupture de la chaîne cinématique.Grâce à cette disposition la manoeuvre du frein de sécurité et, par conséquent, la sécurité de l'installation ne sont plus tributaires de la qualité des réflexes du conducteur puisque la manoeuvre est entièrement automatique et instantanée. Le frein associé à l'élément entraîné est soumis à l'action d'un système de commande qui peut principalement être de nature électrique ou mécanique. Dans le premier cas le système de commande comporte, suivant l'invention, un circuit électrique qui suivant qu'il est fermé ou ouvert provoque respectivement le desserrage ou le serrage du frein, et il est prévu deux bagues conductrices tournantes, fixées ou formées sur les arbres respectifs, qui sont connectées électriquement d'une part l'une à l'autre par un conducteur à faible résistance mécanique, et d'autre part au circuit électrique par des contacts glissants, de telle sorte qu'au cas où une différence de vitesse angulaire apparait entre les deux arbres, le conducteur de connexion est rompu et qu'ainsi l'ouverture du circuit provoque le serrage du frein. L'ouverture du circuit peut se traduire par un changement d'état d'un organe d'actionnement électrique, tel qu'un électro-aimant, dont l'élément mobile coopère avec les éléments qui commandent directement le serrage du frein. Lorsque le moteur d'entraînement est électrique, il est avantageux que dans le circuit principal alimentant ce moteur soit intégré le circuit électrique du système de commande, de telle sorte que le moteur ne puisse pas être mis en marche tant que tous les constituants du circuit de sécurité ne sont pas en place. Cette disposition a en outre, comme avantage, d'arrêter le moteur lorsque le fil de connexion est rompu. Lorsque le système de commande est principalement mécanique il est possible d'adopter, pour le système de sécurité, un mode d'exécution suivant lequel les deux arbres sont creux et sont traversés par une tige, dont une partie est solidaire en rotation de l'un des arbres tout en étant libre en translation par rapport à lui, et qui comporte une partie filetée vissée dans un écrou solidaire de l'autre arbre, l'une au moins des extrémités de la tige émergeant de l'un des arbres en formant un poussoir coopérant de telle sorte avec les moyens de commande du frein que lorsque les deux arbres tournent à la même vitesse angulaire le frein est desserré et que, s'il se produit une différence dans les vitesses angulaires, le déplacement axial du poussoir qui en résulte provoque le serrage du frein. I1 va de soi que la connexion par vis et écrou des deux arbres peut être remplacée par des moyens équivalents, tels qu'un dispositif à rampe hélicoTdale, un dispositif à pompe hydraulique, un dispositif à compresseur, etc. Les deux arbres peuvent ne pas être coaxiaux et être reliés par exemple par un différentiel. Deux formes d'exécution de l'objet de l'invention seront décrites, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, auquel la fig. 1 représente schématiquement, en élévation, un tambour de treuil associé avec un frein de sécurité dont le système de commande comporte un circuit électrique, cette figure représentant principalement la partie mécanique de l'ensemble; la fig. 2 représente, outre le tambour de treuil de la fig. 1 en vue de profil, le-schéma électrique pour l'actionnement du frein; la fig. 3 est une vue correspondant à la fig. 2, dans laquelle le système de commande de frein est entièrement mécanique. Selon la fig. 1 le tambour de treuil 1, qui est entraîné par un moteur frein 2, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique 3 dont l'arbre de sortie comporte un pignon 4 en prise avec une couronne dentée 6 montée sur l'arbre du treuil, est muni d'un frein de sécurité 5. Ce frein comporte un disque 7 solidaire en rotation du treuil 1, dont la jante cylindrique 7a est entourée par une bande de frein 8, dont les extrémités respectives sont fixées en 9 et 11 sur l'extrémité formant levier d'une barre de commande 12 articulée en 13 sur le bâti 10, et qui à son autre extrémité porte un contrepoids 14 qui tend à appliquer la bande 8 au contact de la jante 7a pour serrer le frein 5 mais qui peut être soulevé dans une position correspondant au desserrage du frein par le noyau 16 d'un électro-aimant 17. Deux arbres 18, 19, portés par le bâti 10, disposés en ligne et à une certaine distance axiale l'un de l'autre, sont respectivement entraînés par le moteur-frein 2, par l'intermédiaire d'une transmission 21 à chaîne et pignon, et par le tambour de treuil 1 par l'intermédiaire d'une transmission à engrenages 22, comportant à une extrémité une couronne dentée 23, solidaire en rotation du tambour 1, et à l'autre extrémité un pignon 24 fixé sur l'arbre 19. Dans les deux transmissions 21, 22, le rapport de transmission est tel qu en marche normale les deux arbres 18, 19 tournent à la même vitesse angulaire. Pour détecter toute différence de vitesse angulaire entre les deux arbres 18, 19, qui pourrait résulter par exemple d'une rupture de la chaîne cinématique 3, deux bagues conductrices tournantes 26, 27, sont fixées sur les extrémités adjacentes des arbres respectifs et sont connectées électriquement, d'une part l'une avec l'autre par un conducteur court 28 de faible résistance mécanique, et d'autre part avec les éléments 29, 31 d'un circuit électrique 32 par l'intermédiaire de contacts 33, 34, par exemple en charbon, glissant sur la périphérie des bagues tournantes 26, 27 respectivement. Le circuit 32, qui à la fig. 1 est relié par l'intermédiaire d'une armoire de commande 36 au moteur-frein 2, est représenté de façon plus détaillée à la fig. 2. Le circuit 32 est alimenté en courant triphasé à partir du secteur, par l'intermédiaire d'un contacteur de commande 37 d'où partent les trois fils de phase al, a2, a3, et un fil neutre n qui se confond avec l'élément de circuit 29 de la fig. 1 et qui, par l'intermédiaire du conducteur de connexion 28 reliant les bagues tournantes 26, 27, est branché sur l'élément de circuit 31 dont le conducteur forme l'enroulement d'une bobine de relais bl qui est relié en série avec les autres bobines b2, b3 du relais, la sortie de l'enroulement de la dernière bobine étant reliée par le conducteur 38 à l'électro-aimant 17 également relié par les conducteurs cl, c2, c3 aux phases respectives. Le relais comporte des contacts fixes reliés, d'une part aux fils de phase respectifs al, a2, a3 et, d'autre part, aux conducteurs d'alimentation d1,d2,d3 du moteur-frein 2, qui est en outre relié par le fil neutre n au contacteur 37. Lorsque le contacteur est enclenché, les bobines de relais bl, b2, b3 sont excitées par l'intermédiaire du conducteur de connexion 28 reliant les deux bagues tournantes 26, 27, de sorte que le courant alimente le moteur 2. D'autre part le noyau 16 de ltélectro-aimant 17 est attiré, de sorte que le contrepoids 14 est soulevé et que le frein 5 est desserré.La situation se maintient tant que la vitesse angulaire des deux arbres 18, 19 reste identique, mais dès qu' une différence de vitesse angulaire se manifeste, la rotation relative des deux bagues tournantes 26, 27 crée instantanément dans le conducteur 28 une traction qui provoque la rupture de ce conducteur et, par conséquent, la désexcitation de l'électro-aimant 17. I1 en résulte que le noyau 16 se déplace vers le bas, de sorte que le contrepoids 14 fait basculer le levier de commande 12 autour de l'articulation 13, ce qui provoque le serrage du frein 5 et l'arrêt du tambour 1. Simultanément le moteur-frein 2 est arrêté, les relais bl, b2, b3 étant mis en position d'ouverture. Dans l'exemple de la fig. 3 on suppose que le moteur d'entraînement du tambour 1 est non plus un moteur électrique mais un moteur thermique dont l'arbre-moteur est relié à une chaîne cinématique équivalente à la chaîne 3 de la fig. 1, par l'intermédiaire d'un embrayage analogue à l'accouplement 41 de la fig. 1. A l'aval de cet embrayage le moteur thermique est couplé, par l'intermédiaire d'une transmission, avec un arbre creux 118 sur lequel est fixée la roue de sortie 42 de la transmission. De même un arbre creux 119, coaxial et espacé de l'arbre 118, est entraîné à partir du tambour de treuil 1 par une transmission dont l'élément de sortie est une roue d'entraînement 43 fixée sur l'arbre 119. Les deux arbres tournent respectivement dans des paliers 44 et 46. Les rapports des transmissions respectives sont tels que les deux arbres 118, 119 tournent à la même vitesse angulaire. Les deux arbres 118, 119 sont traversés de part en part par une tige 47 comportant une partie 48, à section polygonale, engagée dans des faces terminales 51, 52, également polygonales, de l'arbre creux 118, de sorte qu'il y a solidarité en rotation entre l'élément de tige 48 et l'arbre 118 et que la tige et l'arbre sont libres de se déplacer en translation. La partie 49 de la tige 47, qui est engagée à l'intérieur de l'arbre creux 119, est filetée et est vissée sur des écrous terminaux 53, 54 de l'arbre. L'extrémité droite de la tige 47 forme un poussoir 56 qui coopère avec un prolongement vertical 57 formant levier d'un bras 58, articulé sur le bâti 10 en 59, d'une genouillère 61 dont l'autre bras 62 est articulé à son extrémité inférieure, en 63, sur le premier bras 58, tandis que son extrémité supérieure 64 forme une articulation à l'extrémité de la barre de commande 12, munie du contrepoids 14, du frein 5 dont la construction est analogue à celle des fig. 1 et 2. Dans la position normale de marche, l'articulation 63 se trouve décalée vers la gauche par rapport au point mort de la genouillère, de telle sorte que, d'une part le prolongement 57 du premier bras 58 de la genouillère se dresse vers le haut en passant à proximité immédiate du poussoir 56, tandis que le contrepoids 14 est soulevé maintenant ainsi le frein en position desserrée. Lorsqutil se produit une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres 118, 119, due par exemple à la rupture de la chaîne cinématique, il se produit un mouvement angulaire relatif entre les deux arbres 118, 119 qui provoque par vissage un déplacement axial vers la droite, pour le sens normal de marche du moteur, de la tige 47, ce déplacement ayant pour effet d'appliquer sur le levier 57, sous l'action du poussoir 56, une force dirigée vers la droite qui fait basculer ce levier autour de l'articulation 59 en astreignant simultanément l'articulation centrale 63 de la genouillère 61 à franchir la position de point mort. I1 en résulte que la genouillère s'affaisse instantanément en provoquant l'abaissement, accéléré par le contrepoids 14, de la barre de commande 12 du frein 5, qui est ainsi serré par application de la bande 8 sur la jante 7a. L'extrémité gauche de la tige 47 traversant les deux arbres 118, 119, forme également un poussoir 66 qui, en position normale, se trouve à proximité du bras inférieur 67 d'un levier 65 articulé en 68, dont l'autre bras 69 est articulé en 71 sur l'une des extrémités d'une tige inverse de poussée 72 guidée dans des glissières 73, 74 et dont l'autre extrémité 76 se présente à l'aplomb du premier poussoir 56, en face et à proximité du levier 57. Le poussoir 66, lorsque le montage est normal, ne joue aucun rôle puisque la sortie de la tige 47 a lieu vers la droite en cas de rupture, mais si un montage défectueux entraîne une inversion du sens de rotation de l'arbre 118 par rapport à la normale, la tige 47 se déplace vers la gauche en cas de différence de vitesse angulaire. Le frein n'en est pas moins actionné par l'effet, sur le levier 57, de l'extrémité 76, formant poussoir, de la tige de poussée 72 déplacée par l'intermédiaire du levier 65. Les moyens qui commandent directement le frein 5 pourraient, au lieu d'être mécaniques, comme dans les exemples représentés, etre d'une autre nature, par exemple pneumatique, hydraulique, électrique, etc. De même la commande mécanique à levier et contrepoids qui a été décrite pourrait être remplacée par un autre type de commande mécanique, par exemple par des ressorts comprimés. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de freinage de sécurité pour un appareil, tel qu'un appareil de levage, comportant un moteur qui entraîne en rotation, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique, un élément dont le mouvement peut être arrêté par un frein, caractérisé en ce que le moteur (2) et l'élément entraîné (1) sont couplés respectivement avec l'un et l'autre de deux arbres (18,19 - 118, 119), par des mécanismes d'entraînement (21, 22) agencés de manière à donner en marche normale une rotation synchrone des arbres, entre lesquels est prévu un système de connexion comportant un moyen d'actionnement (28, 47) capable de détecter une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres et conjugué de telle sorte avec le frein (5) que ce dernier est mis en action instantanément, pour bloquer en rotation l'élément entraîné (1), dès que le moyen d'actionnement a détecté une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres, due par exemple à une rupture de la chaîne cinématique (3). 2 - Dispositif de freinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le frein (5) associé à l'élément entraîné est soumis à l'action d'un système de commande qui peut occuper l'une ou l'autre de deux positions, inactive et active, correspondant respectivement au desserrage et au serrage du frein. 3 - Dispositif de freinage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le système de commande comporte un levier de commande (12) relié à l'élé- ment mobile de freinage (8) du frein (5). 4 - Dispositif de freinage suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le système de commande comporte un circuit électrique (32) qui, suivant qu'il est fermé ou ouvert, met le système en position inactive ou en position active, et il est prévu deux bagues conductrices tournantes (26, 27) fixées ou formées sur les arbres respectifs (18, 19), qui sont connectées électriquement, d'une part l'une à l'autre par un conducteur (28) à faible résistance mécanique, et d'autre part au circuit électrique par des contacts glissants (33, 34), de telle sorte que, au cas où une différence de vitesse angulaire apparaît entre les deux arbres (18, 19), le conducteur de connexion (28) est rompu et qu'ainsi l'ouverture du circuit provoque le serrage du frein. 5 - Dispositif de freinage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que dans le circuit électrique est monté un organe d'actionnement (17) comprenant un élément mobile (16) dont la position est, sous l'effet de la coupure du circuit (32), modifiée de manière à provoquer le serrage du frein (5). 6 - Dispositif de freinage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement est un électro-gimant (17). 7 - Dispositif de freinage suivant la revendication 3 et l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'élément mobile (16) de l'organe d'actiorr nement est articulé sur le levier de commande -(12). 8 - Dispositif de freinage suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le moteur (2) est un moteur électrique et le circuit (32) du système de commande est couplé de telle sorte au circuit de commande du moteur (2) que la rupture ou l'absence du conducteur de connexion (28) provoque l'arrêt du moteur (2). 9 - Dispositif de freinage suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les deux arbres sont creux et sont traversés de part en part par une tige d'actionnement (47), dont une partie est solidaire en rotation de l'un des arbres tout en étant libre en translation par rapport à lui, et qui comporte une partie filetée vissée dans un écrou solidaire de l'autre arbre, l'une au moins des extrémités de la tige émergeant de l'un des arbres en formant un poussoir qui, au cas où une différence de vitesse angulaire se produit entre les deux arbres est déplacé de manière à faire passer le système de commande de la position inactive à la position active. 10 - Dispositif de freinage suivant les revendications 3 et 9, caractérisé en ce que le poussoir agit sur le levier de commande (12) par l'intermédiaire d'un mécanisme à genouillère (61) qui peut occuper de part et d'autre du point mort deux positions stables correspondant respectivement au desserrage et au serrage du frein (5). 11 - Dispositif de freinage suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les deux extrémités de la tige d'actionnement (47) émergent des arbres respectifs (119, 118) en formant deux poussoirs (56, 66) qui agissent respectivement sur le système de commande directement et par l'intermédiaire d'une tige inverse de poussée (72).