Brevet FR2241730A1 — publié le 19750321

La présente invention concerne un dispositif coulissant à traversée étanche au vide pour la transmission de déplacements linéaires dans ùn récipient à vide. De nombreuses opérations de mesure des travaux diagnostiques sur le rayonnement dans un accélérateur de particules exigent la transmission dlun déplacement rectiligne dans le système fermé de vide et de guidage du rayonnement de ltaccôlôrateur. C1 est ainsi, par exemple, qu'il est nécessaire d'explorer différentes propriétés du rayonnement, avec des sondes appropriées, en fonction de la localisation, ou d'amener une fente définissant lténergie dans un système de déflexion dispersive, dans une position précise. Dans ce dernier cas, il peut être nécessaire de fermer une boucle de régulation rapide par l'intermédiaire de la position d'une fente, d'un courant magnétique, d'une énergie de particules et d'un calculateur de processus.Pour ces buts, on a besoin de dispositifs coulissants dont l'utilisation soit autant que possible universelle, avec une grande précision de positionnement, un renvoi précis de position, un bon comportement dynamique (hautes fréquences de démarrage et d'arret) de bonnes propriétés de vide ainsi qutun couple de maintien à moment élevé. Dans des installations connues, l'entrai- nement d'un tel dispositif coulissant avait lieu jusqu'ici au moyen dtune tige filetée ou d'une crémaillère. La possibilité de supprimer un jeu dans l'entraînement tétait pas prévue En outre aussi bien avec les mécanismes à tige filetée que les crémaillères, qui laissent une liberté de jeu, un frottement très élevé est exigé. D'autre part, aucun des dispositifs connus à ce jour ne présente une possibilité d'ajustement, Le guidage des tiges filetées ou à crémaillère ntest pas assuré contre une certaine déformation par torsion.La position de la tige filetée est généralement mesurée au moyen d'un poten tiomètre à rotation qui est relié à ltentralnement par ltintermôdiaire dsun élément de déplacement. De cette manière, il n'est pas possible, étant donné le jeu, de mesurer la position vraie. En outre, dans les dispositifs coulissants connus, le moment complet du couple de maintien est obtenu seulement lorsque les moteurs d'entraînement sont maintenus sous courant. Les inconvénients de ces installations connues résident ainsi dans le frottement élevé nécessaire quand on emploie des tiges filetées ou des crémaillères, dans l'absence de possibilités d'ajustage, dans l'imprécision de la mesure de la position, dans le jeu existant dans les guidages, dans l'absence de sécurité à l'égard de torsions, ainsi que dans la réduction considérable du moment d'immobilisation lorsque le moteur n'est plus alimenté en courant. L'invention a pour but de réaliser une installation du type mentionné qui ne présente pas les défauts ci-dessus. Elle doit pour cela satisfaire aux conditions suivantes - Grande précision de localisation et de retour en position exact, - Valeurs élevées d'accélération et de décélération aussi bien sous charge que sous la contre-pression du vide, - Couple d'immobilisation à moment élevé avec un prélèvement de puissance aussi faible que possible, Simplicité de montage de l'ensemble du dispositif sur un récipient à vide fermé, - Possibilité d'ajustement de l'installation, - Course dgune grandeur suffisante, - Sécurité contre la torsion des pièces fixes, - Possibilité de fixer, d'une manière simple, des pièces accessoires sur l'extrémité du dispositif côté récipient à vide, - Possibilité de montage de conduites de refroidissement et de canalisations d'amenée de courant. Dans ce but, le dispositif de l'invention est caractérisé par un caisson fixé par brides au récipient pour recevoir un élément de construction mobile qui est relié à l'espace intérieur du caisson par une garniture élastique étanche au vide qui sépare l enceinte intérieure du récipient sous vide de l'espace intérieur du caisson. L'élément de construction consiste ici avantageusement en une broche à roulement à billes avec un écrou sphérique rotatif, fixe par rapport au caisson, qui pénètre par une bride de son extrémité inférieure dans l'enceinte sous vide Il est particulièrement avantageux de prévoir, sur la broche, deux écrous sphériques qui sont montés en opposition dans une douille support commune au moyen d'un organe de serrage. Cette douille est, de son côte, supportée à rotation comme partie du caisson au moyen de deux op2ulements, dans une autre douille, et elle porte une roue dentée pour une courroie à dents comme organe moteur. L'invention propose en outre que la broche soit guidée, dans la zone qui est au-dessus de son entraînement, au moyen d'au moins deux tiges de guidage, une pièce de guidage étant fixée sur ltextrémité supérieure de la broche pour glisser sans jeu au moyen de douilles de palier sur- les tiges de guidage. En plus, sur les tiges de guidage, au-dessus de la pièce de guidage, sont montées à coulissement des butées de limitation de course. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la broche est supportée dans la zone située audessous de son entralnement dans une pièce de réglage au moyen dtune douillé, la pièce de réglage étant fixée par bride sur la douille formant palier et ne faisant qu'un seul élément de construction avec elle.Avantageusement, la broche est encore entourée, à sa partie inférieure tourne vers l'enceinte sous vide, par un soufflet élastique en métal, dont une extrémité est reliée à la broche au-dessus de la bride, et dont l'autre extrémité est reliée à la partie inférieure du caisson, les jonctions étant étanches au vide Suivant une autre caractéristique de l'invention, les parties supérieures du caisson peuvent pivoter avec l'entraînement et le palier de la broche, au moyen d'un palier à articulation radiale, par rapportà la partie inférieure du caisson. Cette possibilité de pivotement est fournie parce que la calotte intérieure du palier à articulation radiale repose sur la partie inférieure de la pièce de réglage et est entourée par la calotte extérieureS qui est montée dans l'extrômitô supérieure de la partie inférieure de caisson, la pièce de réglage et la partie inférieure de caisson pouvant être ajustées l'une par rapport à l'autre, dans certaines limites, au moyen de vis. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la broche est creuse, l'espace vide formé étant étanche par rapport au vide et prévu pour recevoir des conduites de fluide de refroidissement ou analogues. La broche, conformément à l'invention, est entraînée par un moteur pas à pas avec courroie dentée, un frein magnétique étant prévu sur l'arbre du moteur pour immobiliser le moteur quand il ne reçoit pas de courant. L'indication relative à la position de la broche a lieu ici, avantageusement, par un potentiomètre linéaire connecté en parallèle avec la broche, et dont le plot de prise médian est relié rigidement à la pièce de guidage et ainsi à la broche. La description se rapporte à un exemple de réalisation avec référence aux figures dans lesquelles - La figure 1 est une vue en élévation latérale du dispositif coulissant de l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe -par II-II de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe partielle en direction de la flèche Y de la figure 1. La figure 2 montre, surtout dans une vue en coupe, les éléments constitutifs du dispositif coulissant. Ce dispositif coulissant à traversée est raccordé, par sa bride inférieure 8, à un récipient à vide, non représenté, dont l'enceinte sous vide est désignée par 9. Le dispositif se compose en partie d'un caisson composé lui-meme d'une partie inférieure 1, de la pièce d'ajustement 149 de la douille formant palier 16 et du capot 33, ces divers éléments étant assemblés entre eux par brides. Ce caisson enferme deux chambres intérieures 4 et 5. La chambre supérieure 4 est à la pression atmosphérique et la chambre inférieure 5 est communiquée avec l'-enceinte sous vide 9 et est par conséquent aussi sous vide. Dans le récipient 1, 14, 15, 33, se déplace linéairement un élément de construction en forme d'une broche à roulements à billes 3 qui est la pièce essentielle du dispositif. Le déplacement linéaire de l'appareil est produit par déplacement coulissant de la broche 3 dans la partie inférieure 1 du caisson, par le fait que les écrous sphériques 75 tournent dans la douille 16 â l'aide d'un moteur pas à pas 79 par l'intermédiaire de roues dentées 76, 77 et d'une courroiedentée 78.L'emploi d'une broche à roulement à billes rectifiée 3 assure ici une conversion presque sans frottement du mouvement de rotation en un déplacement lineaire. Le jeu entre mouvement de rotation et déplacement linéaire peut entre compensé et supprimé totalement par un serrage réciproque des deux écrous sphériques 75. La broche fonctionne d'après le principe de ltécrou fixe, c'est-a-dire qu'elle est mise en mouvement axial par rotation de ltécrou immobilisé axialement. Comme il a été mentionné plus haut, les écrous 75 sont disposés l'un derrière l'autre dans la douille 16 sur la broche 3. A l'aide d'une pièce de serrage- 17 que l'on visse, à partir du haut, dans la douille 16, contre les deux écrous 75, ceux-ci peuvent être bloqués l'un contre l'autre sur la broche dans les filets de cette broche et dans la douille 16. Pour cela, les écrouis 75 sont montés dans la douille 16 au moyen des ressorts d'adaptation 25. a douille 16 est à surface extérieure arrondie et elle est elle-même supportée a' rotation, au moyen des deux paliers à épaulement 11, dans une douille formant-palier 15 faisant partie du caisson. Le palier 11 est bloqué au moyen de ltécrou ondulé 74 et il est étanché vers le haut par la bague torique 19. A son extrémité supérieure, la douille 16 porte la roue dentée 76, qui est entraînée en rotation au moyen de la courroie dentée 78 et de la roue dentée 77 à partir du moteur pas à pas 79. Quand la roue dentée 76 tourne, la douille 16 tourne dans le palier 11 et entraîne l'ôcrou 75. La broche 3 est ainsi déplacée en direction axiale et la bride de raccordement 10 fixée à l'extrémité inférieure de la broche 3 se déplace dans l'enceinte sous vide 9. Les pièces d'appareil, qui ne sont pas représentées, raccordées à la bride 10 peuvent ainsi être amenées dans la position désirée. La bride est une bride classique prévue pour recevoir des sondes de mesure, des mâchoires à fentes et analogues. L'étanchéité des pièces mobiles du dispositif coulissant par rapport à l'enceinte sous vide 9 est réalisée à l'aide du soufflet métallique 2 avec les deux brides 20 fixées sur lui, et les joints d'étanchéité 83. La plus haute des deux brides 20, avec le soufflet 2 soudé sur elle, est vissée sur la face intérieure de la partie inférieure de caisson 1 et, en fait, sur la pièce 22 dans laquelle est montée la calotte extérieure 12 du palier à épaulement 79. L'extrémité inférieure du soufflet 2 est soudée sur la bride la plus basse, qui est elle-meme vissée à joint étanche au vide sur la bride de fermeture 10 de la broche 3. L'ensemble du dispositif coulissant est fixé avec la partie inférieure du caisson 1 sur une bride normalisée et peut ainsi être facilement monté à joint étanche au vide sur une contre-bride correspondante. Bien que l'utilisation d'une bride normalisée garantisse la précision de l'orientation, un ajustage d'orientation est encore rendu possible par le palier articulé radial 70, la pièce de réglage 14 et la vis 34. Le guidage précis de la broche et l'immobilisation sûre contre la torsion a lieu au moyen de la pièce de guidage 6 par la tige de guidage 21 et la douille sertie 84 insérée dans cette pièce de guidage 6. La position des deux butées d'extrémité peut être réglée avec les manchons de blocage 29 qui sont coulissants et peuvent être immobilisés sur les barres de guidage 21. Cette installation de guidage de-la broche 3 est placée, dans cet exemple, avantageusement, au-dessus de l'ensemble de l'installation d'entraînement composée du moteur pas à pas, des roues dentées et du palier. Les organes de guidage tels que les tiges 21 et les pièces correspondantes sont recouverts par le capot 33. Ainsi qugil a déjà été mentionné, l'ajustage du dispositif coulissant par rapport au récipient sous vide s'effectue au moyen du palier articulé radial 70. Ce palier 70, ainsi que les pièces correspondantes, est disposé au-dessous de l'entraînement, ce qui apporte divers avantages. Le palier 70 se compose d'une calotte intérieure 13 et d'une calotte extérieure 12 glissant sur la première. La calotte extérieure 12 est montée dans la partie supérieure 22 de 1élément inférieur de caisson 1, tandis que la calotte intérieure est montée sur l'extrômitô inférieure de la pièce de réglage 14. Dans l'espace intérieur de la pièce de réglage creuse 14, passe la broche 3 qui est supportée au moyen de la douille 23. La pièce de réglage 14 et la partie supérieure 22 sont reliées entre elles au moyen de quatre vis 34 réparties sur le pourtour, de telle manière que, par des serrages différents des vis 34, on peut provoquer un certain basculement de la pièce de réglage 14 par rapport à la partie supérieure, entre les deux calottes sphériques 12 et 13. La position de la broche 3 par rapport à une position zéro prédéterminée arbitrairement peut etre mesurée à l'aide d'un potentiomètre linéaire 69 dont le plot de prise médian est relié rigidement avec le guidage 6 et ainsi avec la broche 3. De cette manière, on peut, même si les écrous 75 né sont pas exempts de jeu,,mesurer la position précise de ltélément fixé à la bride 10 du côté du récipient sous vide. En plus, sur les extrémités du potentiomètre linéaire 69 sont montés deux contacteurs de fin de course par lequel la commande du moteur peut être interrompue aussitt que ces contacteurs sont atteints. Une lecture grossière de la position de la broche 3 peut également avoir lieu sur ltéchelle 7. L'entraînement de la broche 3 se compose d'un moteur pas à pas 79 avec des pas de 1,80. La démultiplication entre les deux roues dentées 76 et 77 est de 1/1,2 de telle sorte que le déplacement de la broche avec un pas de 5 mu/1,80 s'élève à 0,03 mm. Cette précision et la très faible grandeur de pas peuvent être encore améliorées par utilisation d'un autre moteur ou par utilisation d'une broche ayant une grandeur de filets plus petite. Pour améliorer le comportement dynamique (le moteur pas à pas peut, en liaison avec le dispositif coulissant, si la commande est correcte, atteindre des fréquences départ/arrêt jusqu'à 500 Hertz), il est prévu un frein magnétique 80 qui donne la possibilité de freiner jusqu'à l'arrêt le déplacement du moteur et de la broche en quelques millisecondes. En outre, lorsque le moteur 79 est arrêté (couple de maintien du moteur ne recevant pas de courant), la broche 3 est immobilisôe dans une position déterminée avec un couple d'arrêt élevé. Etant donné que le frein magnétique 80 est constitué de telle manière qu'il bloque le déplacement de rotation quand le moteur ne reçoit pas de courant, un moment d'arrQt élevé peut pratiquement être atteint sans apport d'énergie.Le frein magnétique 80 s'oppose également à ce que, lors d'une défaillance de courant, l'ensemble de l'unité soit aspiré et attiré par le vide dans l'enceinte sous vide 9. La broche est construite creuse. L'espace intérieur creux 18 est étanché par rapport à ltenceinte sous vide 9 par une bride de raccordement, non représentée, et contient les canalisations de refroidissement 82 et, le cas échéant, les canalisations électriques. Sur Iiextremité supérieure de la broche 3, l'espace intérieur creux 18 est fermé au moyen d'une pièce de serrage 25 en matière élastique et d'un écrou capuchon 26. L'invention a été soumise à de nombreuses mesures d'essai, relatives à la précision, l'accélération et la décélération, la tendance aux vibrations, ltétanchéité au vide, le couple d'arrêt, l'aptitude à supporter une charge permanente et les tolérances. On a constaté ainsi les avantages suivants - On obtient une très grande précision de localisation ( 0,005 mm) et de retour en position précis. - On obtient des valeurs d'accélération et de décélération élevées. Pour des charges de 4 kg et 8 à 9 kg, la charge de contre-pression du vide b est supérieure ou égale à 30 cm/s2 et la V maximale de 1,5 cm/s. - On obtient un couple d'arrêt satisfaisant avec une consommation de puissance aussi faible que possible MH 20 kg/cm. -On obtient une très grande simplicité de montage de l'unité sur un système à vide fermé. - Très bonne possibilité d'ajustage et de réglage. - Avec la broche 3 décrite et le soufflet à membrane élastique 2, n'importe quelle course peut être obtenue jusqu'à 115 mm. - Le dispositif donne toute sécurité à l'égard des torsions des pièces à fixer. - La possibilité existe de fixer, de manière simple, des pièces sur l'extrémité de la broche côté enceinte sous vide. - On a en outre la possibilité de monter des canalisations de refroidissement et d'amenée de courant, d'une manière simple, ne gênant pas le déplacement linéaire. L'invention convient avant tout pour être installée sur un accélérateur disions lourds du type Unilac pour mesures d'émission, commande de mâchoires à fente, mesures de profils, ainsi que pour le déplacement d'aimants. D'autres possibilités d'utilisation du dispositif de l'invention seront la commande de pistons plongeurs, pour le réglage de fréquences et le positionnement de cibles dans le domaine expérimental. En outre, le-dispositif d'introduction à coulissement est utilisable dans tout système de vide dans lesquels doivent etre réalisés des déplacements linéaires. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-desus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Dispositif coulissant à traversée étanche au vide pour la transmission de déplacements linéaires dans un récipient sous vide, caractérisé par un caisson (1, 14; 15, 33) fixé par brides au récipient pour recevoir un élément de construction (3) mobile, qui est relié à l'espace intérieur du caisson par une garniture élastique étanche au vide (2) qui sépare l'enceinte intérieure du récipient sous vide de l'espace intérieur du caisson (9). 20) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que il'élément de construction (3) est constitué par une broche filetée à roulement à billes, avec écrou sphérique rotatif (75) fixe par rapport au caisson, qui s'avance, avec une bride (10) de son extrémité inférieure dans l'enceinte sous vide (9). 30) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, sur la broche filetée (3), sont prévus deux écrous sphériques (75) qui sont montés dans une douille formant palier commune (16) et serrés lsun contre l'autre au moyen d'une pièce de serrage vissée (17). 40) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la douille formant palier (16) est elle-même supportée à rotation comme partie du caisson au moyen de deux paliers à épaulement (11), dans une autre douille formant palier (15) et porte une roue dentée (76) pour une courroie dentée (78) d'entraînement. 50) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la broche filetée (3) est guidée, au-dessus de l'organe moteur, au moyen d'au moins deux tiges de guidage (21), une pièce de guidage (6) étant fixée sur l'extrémité supérieure de la broche pour glisser sans jeu, au moyen de paliers (84) sur les tiges de guidage (21). 60) Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, sur les tiges de guidage (21), sont montés, au-dessus de la pièce de guidage (6), des manchons de serrage (29) coulissants servant de butées de limitation de course. 70) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la broche (3) est supportée, au-dessous de l'organe moteur, dans une pièce de réglage (14) au moyen d'une douille (23) sur laquelle la pièce de réglage est fixée par bride, ou avec laquelle elle forme un seul élément de construction. 8 ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1à 7, caractérisé en ce que la broche (3) est entourée, sur sa partie inférieure qui fait face à l'enceinte sous vide, par un soufflet métallique (2) élastique, dont une extrémité est reliée à la broche (3) au-dessus de la bride, et dont autre extrémité est reliée à la partie inférieure du caisson (1), dans les deux cas a joint étanche au vide. 90) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parties supérieures (14, 15, 33) du caisson, avec l'entraînement et le palier de la broche, peuvent pivoter par rapport à la partie inférieure de caisson (1) au moyen dpun palier à articulation radiale (70). 10 ) Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la calotte intérieure (13) du palier à articulation radiale (70) est montée sur la partie inférieure de la pièce de réglage (14), et est entourée par la calotte extérieure (12) qui est montée dans l'extrémité supérieure de la pièce inférieure (1) du caisson, la pièce de réglage (14) et la partie inférieure de carter (1) étant ajustables entre elles au moyen de vis (34) par l'intermédiaire de l'articulation (70) dans certaines limites. 110) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé'en ce que la broche filetée (3) est creuse, l'espace intérieur formé (18) étant étanche au vide et recevant des canalisations de fluide de refroidissement sous vide ou analogues (82). 120) Dispositif suivant ltune quelconque des revendications 1. à 11, caractérisé en ce que la broche (3) peut être actionnée par un moteur pas à pas (79) entraînant une courroie dentée (76, 77). 13 ) Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que, sur l'arbre du moteur pas à pas (79), est monté un frein magnétique (80) qui immobilise le moteur (79) en l'absence de courant. 140) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un potentiomètre linéaire (69) est connecté en parallèle avec la broche (3), son plot de prise médian étant relié rigidement à la pièce de guidage (6) et ainsi à la broche (3).