Brevet FR2212500A1 — publié le 19740726

La présente invention est relative aux pistons miniaturisés et se rapporte plus particulièrement aux commandes d'additionneurs à piston. L'arrêt du mouvement d'un piston par rapport à un cylindre est un pro blème commun à plusieurs techniques. Diverses solutions de ce problème ont été proposées, et il semble que l'article d'Albert C. Saurwein, publié dans les pages 80-83 du NO du 8. 7. 1971 de la revue " Machine Design " représente bien ltétat de cet art. La nature de la solution de ce problème qui y est proposée s'est révélée satisfaisante pour bien des utilisations impliquant des pistons et des cylindres habituels.Cependant, ces solutions ne se sont pas révélées satisfaisantes dans le cas des pistons miniaturisés que les spécialistes de l'art ont longtemps désiré utiliser dans les circuits logiques à fluide à niveau d'k- nergie extrèmement bas. De tels pistons miniaturisés conviendraient particulièrement bien à l'utilisation dans les calculateurs numériques universels, par exemple dans les additionneurs à piston.On a tenté de fabriquer lesdits additionneurs à pistons miniaturisés en y adjoignant parallèlement des soupa pesez et des orifices de contrôle à chaque extrémité de chaque cylindre, de telle sorte que, lorsque le piston approche d'un orifice à ltextrémité du cylindre, la soupape de contrôle se ferme graduellement, de façon que l'orifice amortit le mouvement du piston. Néanmoins, dans les additionneurs à pistons miniaturisés, l'apport de soupapes de contrôle d'orifice précis représente un problème technique très difficile, du fait que les soupapes de contrôle exigent tant de place, et que les orifices doivent être si petits et conformes à des to lérances si étroites que le mécanisme est extrèmement coûteux à fabriquer. Par ailleurs, des tentatives ont été faites pour utiliser des ensembles de piston sans aucun moyen de décélération, mais ces tentatives se sont avérées grossièrement insuffisantes, se traduisant souvent par la destruction des pistons eux-mêmes. La'présente invention est conçue pour surmonter les désavantages de liard antérieur, dans la mesure où les pistons miniaturisés sont concernés. Elle atteint cet objectif d'une façon simple, correspondant à une fabrication facile, en fournissant dans la paroi latérale du signal miniaturisé un ou plusieurs orifices espacés de l'une, ou plus, des extrémités des cylindres de piston par une distance prédéterminée. Lorsque le piston est juxtaposé à ltun des orifices et s'approche du fond proche du cylindre, le cylindre et les pistons définissent un espace de dégagement annulaire d'une longueur et dlune impédance fluide toujours croissante afin de décélérer le déplacement du piston par rapport au cylindre. Dans les dessins représentant l'invention: La figure 1 est une section-transversale d'une réalisation de la présente invention. La figure 2 est une section transversale d'une autre réalisation de la présente invention. La figure 3 est une section transversale d'une partie de la réalisation représentée dans la figure 2, montrant les dimensions spécifiques du dispositif qui a été utilisé pour obtenir les données graphiques de la figure 4. La figure 4 est un graphique donnant une idéalisation rectiligne à partir des données originales générées par la réalisation de la présente invention, dont une partie est représentée dans la figure 3. Dans la figure 1, un piston 10 est disposé dans un cylindre allongé 12 constitué par une paroi cylindrique 13. Le piston 10 est lié à une tige d'entrat- nement 14 qui peut être déplacée, en réponse à des signaux hydrauliques numériques, ou en réponse à d'autres moyens. La tête du piston 10 comprend trois surfaces cylindriques concentriques 16, 18 et 20. La surface cylindrique 18 stenboite à frottement doux dans la surface interne du cylindre 12, s'opposant pratiquement à tout écoulement de fluide 22, tel que de I'huile, contenu dans le cylindre de part et d'autre du piston. Les diamètres des cylindres 16 et 20 sont inférieurs de quelques centièmes de mm au diamètre du cylindre 18 et ils peuvent entre, ou ne pas être égaux.Le cylindre 12 est fermé à l'une de ses extrémités par la tige de commande 14 qui traverse à frottement doux un trou formé dans l'extrémité droite de la paroi de cylindre 13, s'opposant, de ce fait, à l'écoulement du fluide 22 hors du cylindre 12 à cette extrémité. L'autre extrémité du cylindre 12 est fermée par le bouchon fileté 24 qui ssop- pose, lui aussi, à l'écoulement du fluide 22 par cette extrémité du cylindre. Dans la paroi 13 du cylindre 12, deux orifices, 26 et 28, sont espacés d'une distance prédéterminée de chaque extrémité du cylindre 12. Ces orifices ne doivent pas être confondus avec les lumières qui sont utilisées dans l'art pour limiter l'écoulement d'un fluide. Au contraire, ils sont de simples orifices dont les diamètres sont suffisamment grands pour permettre qu'un écoulement pratiquement sans restriction les traverse. Au-dessus des orifices 26 et 28 les assemblages de tuyaux 30 et 32 peuvent être d'une construction appropriée quelconque dans la mesure où cela concerne l'invention. Dans la réalisation représentée ils sont constitués par les bouchons filetés 34 et 36 traversés par les tuyaux 38 et 40 et communiquant avec les orifices 26 et 28, respectivement.Les tuyaux 38 et 40 sont, à leur tour, reliés à une valve à quatre voies du type habituel (non représenté) qui commande le fluide 22 sous pression provenant d'une source de puissance hydraulique (également non représentée). Dans la réalisation préférée représentée, la longueur de la portion 1 du cylindre 10 est exactement égale à la distance d'arrêt, c'est-à-dire à la distance séparant le bord inférieur de l'orifice 26, où commence la décéléra- t ion du bouchon 24, qui arrête le piston à la fin de sa course. Un tel agencement est préféré, mais n'est pas essentiel. Si la portion 16 du cylindre 10 était plus longue, la quantité représentée par ce supplément de longueur serait perdue, en ce qu'elle ne contribuerait pas à l'action de décélération. Si, par ailleurs, la portion 16 du cylindre 10 était plus courte, la portion 18 du cylindre 10 obstruerait partiellement ou totalement l'orifice 26.Si elle obstruait seulement partiellement l'orifice 26, ceci pourrait servir de forme énergique de décélération, mais si l'obstruction de l'orifice 26 était totale et que le fluide 22 soit incompressible, cela amènerait le piston à un arrêt brutal à une certaine distance du terminus désiré, en contact avec le bouchon 24 ou à proximité immédiate dudit bouchon. Dans l'utilisation, lorsque le piston se déplace dans la portion centrale du cylindre 12, I'gcoulement du fluide par les orifices est pratiquement non entravé, puisque les orifices fonctionnent comme des orifices circulaires habituels. Le diamètre des orifices, les pertes dans les conduites et les pertes dans les soupapes sont les seules limites à la vitesse du piston. Néanmoins, lorsque le piston entre dans la zone d'orifice 26, par exemple, les dimensions effectives de l'orifice sont considérablement modifiées. L'intervalle entre la portion 16 du piston et la paroi interne du cylindre 12 est de l'ordre de 10% du diamètre de l'orifice, et la zone de section transversale de la voie dléchappement du fluide devient maintenant un anneau, et non plus un cercle, ce qui a pour effet de produire un accroissement soudain de pression qui s'oppose à la direction du déplacement du piston et agit comme force de décélération sur ledit piston. n conviendra de remarquer que cette pression n'est pas constante, mais s'accroit à mesure que les pistons progressent vers le fond du cylindre. Cet accroissement est provoqué par le fait que le fluide doit traverser une voie constituée par la tolérance relativement étroite existant entre le piston et le cylindre avant de pénétrer dans l'orifice, et cette voie croft toujours en longueur à mesure que le piston se déplace vers le fond du cylindre. En conséquence, il apparait que le piston a été freiné (décéléré) sans qu'il soit besoin de faire intervenir des soupapes de contrôle ou autre dispositif utilisé dans l'art antérieur. Il sera également remarqué que l'orifice adjacent au piston, lorsqu'il commence son déplacement d'une extrémité à l'autre du cylindre, agit comme une restriction opposée à l'accélération du piston. Cette restriction a lieu du fait que le fluide 22, étant renvoyé par pompage dans l'espace compris derrière le piston en mouvement 10, doit traverser ltespace annulaire entre le piston et la paroi cylindrique 13, et son écoulement sur ce parcours est entravé. Néanmoins, cet effet n'est pas aussi préjudiciable qu'on le pourrait supposer, car des considérations d'inertie ont, de toutes façons, tendance à s'opposer à l'augmentation de la vitesse au début de la course. fl est évident qu'un nombre illimité de réalisations de la présente invention peuvent etre fabriques en faisant varier la forme et le diamètre de l'orifice, la distance de décélération, et la tolérance entre le piston et le cylindre. Une telle réalisation est représentée dans la figure 2, et il sera remarqué que les réalisations de la figure 1 et de la figure 2 produisent des résultats équiva lents. La seule différence entre la réalisation de la figure 1 et la réalisation de la figure 2 réside dans ce que des évidements 42, pratiqués dans la paroi intérieure du cylindre 12, ont remplacé les diamètres variés des trois surfaces cylindriques 16, 18 et 20 de la figure 1. iE?ar ailleurs, les réalisations sont identiques, et il apparait, de ce fait; que la réalisation de la figure 2 se passe d'une description plus poussée. La figure 3 est une section transversale d'une portion de la réalisation reprdsentée dans la figure 2, fournissant les dimensions spécifiques qui ont été utilisées pour l'obtention des données représentées dans la figure 4. Dans la figure 3, 46 est un dispositif de mesure de débit, et le fluide contenu dans le cylindre est incompressible. La figure 4 représente clairement la chute rapide de l'écoulement de l'huile lorsque le piston pénètre dans la région de l'orifice, suivi de la chute graduelle de l'écoulement de l'huile, lorsque le piston passe au-delà de la région de l'orifice. Dans cette figure, X est la distance en millimètres parcourue par le piston au-delà du point où il commence à s'aligner au début, ou bord interne, de l'orifice, et chacune des différentes courbes représente le débit pour une pression statique donnée en fonction de la position du piston. n sera aussitst remarqué que, étant donné que les dimensions du piston et du cylindre, les chiffres représentant le débit pourraient être convertis en vitesse de piston. n sera également remarqué que la figure ne représente les débits que jusqu'à un point de coupure. Dans les réalisations préférées, le piston vient ensuite en contact avec l'extrémité du cylindre par laquelle il est amené à une mobilisation soudaine. Néanmoins, s'il n'est pas nécessaire d'arroter le piston à un endroit particulier et bien précisément défini, il serait possible de laisser ledit piston en venir à s'immobiliser graduellement à un endroit indéterminé, en conséquence de l'action de décélération. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de ltinvention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident quel'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre et de la portée de ladite invention. REVENDICATIONS 1. - Ensemble pour la commande d'un piston comportant un cylindre capable de contenir un fluide et un piston capable d'un mouvement de va-et-vient dans ce cylindre, caractérisé en ce que a/ sur une certaine longueur du cylindre (qui sera appelée première partie du cylindre) et sur une certaine longueur du piston (qui sera appelée deuxième partie du piston) situé au moins partiellement dans la première par - tie du cylindre pendant toute la course du piston, le cylindre et le piston sont usinés de manière à assurer l'étanchéité entre les parois du piston et celle du cylindre. sur une autre longueur du cylindre (qui sera appelée deuxième partie du cylindre) et sur une autre longueur du piston (qui sera appelée deuxième partie du piston) située par rapport à la première partie du piston du même coté que la deuxième partie du cylindre par rapport à la première partie, et se trouvant au moins partiellement dans la deuxième partie du cylindre pendant au moins une partie de la course du piston, le cylindre et le piston sont usinés de manière à réserver au fluide un étroit passage entre les parois du piston et celles du cylindre, au moins le long de certaines génératrices du cylindre. c/ la deuxième partie du cylindre comporte un orifice distant de llextré- mité et de dimensions suffisantes pour permettre le libre passage du fluide, cet orifice étant situé dans une région atteinte par la seconde partie du piston pendant sa course et dégagée par le piston pendant une autre partie de sa course, et sur des génératrices le long desquelles le fluide peut circuler lorsque la deuxième partie du piston pénètre dans la deuxième partie du cylindre. 2. - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que le cylindre a un diamètre constant et que la deuxième partie du piston a un diamètre inférieur à celui de la première partie. 3. - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que le cylindre et le piston ont des diamètres constants, et que la deuxième partie du piston comporte un ou plusieurs évidements. 4. - Ensemble selon l'une des revendications précédentes,- caractérisé en outre en ce que la longueur de la deuxième partie du piston est égale à la distance qui sépare l'orifice de l'extrémité du cylindre. 5. - Ensemble selon une des revendications précédentes caractérisé en outre en ce que a/ le cylindre et le piston comportent chacun une troisième partie située du c8té de la première partie opposée à la deuxième, une partie au moins de la troisième partie du piston se trouvant dans la troisième partie du cylindre pendant une partie au moins de la course du piston b/ dans cette troisième partie le cylindre et le piston sont usinés de manière à réserver au fluide un étroit passage entre les parois du piston et celles du cylindre, au moins le long de certaines génératrices du cylindre ; ; c/ la troisième partie du cylindre comporte un orifice distant de l'ex extrémité et de dimensions suffisantes pour permettre le libre passage du fluide, cet orifice étant situé dans une région atteinte par la troisième partie du piston pendant sa course et dégagée par le piston pendant une autre partie de sa course. 6. - Ensemble selon une des revendications précédentes caractérisé en outre en ce qu'il comporte des moyens pour commander hydrauliquement. le déplacement sous l'action de signaux digitaux.