Brevet FR2241708A1 — publié le 19750321

La présente invention concerne un vérin hydraulique tournant alimenté, à travers un joint hydraulique tournant, sans contact frottant de solides. De tels vérins tournants sont connus. Dans les premières réalisations de ce genre, en raison de la fuite permanente du joint tournant à passage radial, il était nécessaire de maintenir en permanence la pression d'alimentation pour assurer l'efficaci- té du vérin On a proposé depuis de ménager, dans les portions de canalisations d'alimentation du vérin comprises dans la partie tournante, des clapets anti-retour, associés à des accumulateurs de pression à force élastique, de façon à éviter les dangers provenant d'une panne de l'alimentation hydraulique. Dans ce genre de réalisation, la pression d'huile dirigée vers un compartiment du vérin ouvre le clapet anti-retour correspondant à l'encontre de son rappel élastique et, par l'effet d'un piston muni d'un appendice approprié, force à l'ouverture le clapet anti-retour correspondant au compartiment opposé du vérin, afin de permettre l'évacuation de l'huile qu'il contient. De tels clapets sont usuellement des clapets à bille chargée par un ressort ou des clapets à tête conique reposant sur un siège de forme correspondante, clapets également chargés par des ressorts. Ces réalisations présentent le sérieux inconvénient de la difficulté d'obtenir une étanchéité, sinon parfaite, du moins suffisante pour assurer la conservation de la pression pendant un cycle d'usinage sur une machine-outil par exemple. En effet, cette étanchéité ne peut être obtenue que si le clapet (bille ou cone) porte parfaitement sur son siège, non seulement à la construction, mais encore après de nombreuses manoeuvres. Pour cette bonne portée, il faut avoir un alignement rigoureux du siège et du clapet et, malgré cela, le très faible jeu qui permet le fonctionnement du clapet dans son guide peut causer des défauts d'alignement qui compromettent l'étanchéité. Enfin, les particules solides, même de très petites dimensions (quelques microns) compromettent l'étanchéité si elles s'interposent entre le clapet et son siège L'invention remédie à cet inconvénient. Selon l'invention, dans la partie tournante contenant les canalisations desservant le vérin est ménagé, pour chacun des deux compartiments de celui-ci, un alésage comportant un élargissement local et, dans cet alésage, un tiroir en forme de bobine muni, dans sa partie centrale, d'une lèvre évasée d'étanchéité en élastomère appuyée périphériquement contre l'alésage dans sa partie normale, et libre dans son élargissement, ce tiroir étant normalement sollicité vers la position où la lèvre évasée est engagée en se refermant dans la partie normale de l'alésage, proche de l'élargissement et opposée à l'évasement de la lèvre, ledit élargissement communiquant avec un compartiment du vérin, tandis qu'un forage latéral, ménagé dans la partie d'alésage normale comprise entre la lèvre en position engagée dans ladite partie normale et l'extrémité renflée du tiroir opposée à l'évasement de cette lèvre, communique avec la partie amont de canalisation correspondant à ce compartiment, et la partie d'alésage située au delà de cette dernière extrémité renflée communique avec la partie de canalisation mobile en relation avec l'autre compartiment du vérin. Le tiroir peut être sollicité dans la position où sa lèvre est engagée par un ressort. De préférence, outre ce ressort, le tiroir comporte un canal intérieur débouchant, d'une part, entre la lèvre et ledit renflement et, d'autre part, sur la face extrême du renflement opposé. Ainsi, lorsque, à travers le joint hydraulique, le forage latéral de l'alésage reçoit du liquide sous pression, par le canal du tiroir ce liquide vient remplir et mettre en pression l'extrémité de l'alésage opposée à celle qui communique avec l'autre compartiment du vérin, poussant ainsi le tiroir dans la position où la lèvre est engagée dans la partie normale de l'alésage en position d'obturation. Cependant, dans cette position, la pression de l'huile s'exerçant sur la face extérieure de la lèvre évasée contracte celle-ci et l'huile passe du forage latéral vers l'élargissement, puis vers le compartiment à alimenter. En même temps, l'autre tiroir est poussé,par la même pression d'huile, en sens opposé, c'est-à-dire de façon que la lèvre se trouve dans l'élargissement correspondant, de sorte que l'huile de l'autre compartiment peut être évacuée normalement. Le dessin annexé permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une coupe axiale d'un vérin selon l'in- vention. La figure 2 est une vue en bout selon Il-Il de la figure 1 d'une extrémité de la partie tournante. Les figures 3 et 4 sont des coupes développées selon 111-111 et IV-IV de la figure 2. Le vérin tournant, montré sur ces figures, est enfermé dans une enveloppe 1 collectrice des fuites d'huile, qui les évacue par l'ajutage 2. Le vérin, monté par l'embase 3 sur l'extré mité arrière a d'une broche de machine-outil, est supporté dans un alésage cylindrique d'un berceau 4 de cette enveloppe. Dans cet alésage, est engagée la partie fixe 5 du joint tournant qui comporte les ajutages 6A et 6B de liaison à un système de distribution hydraulique. En pratique, ces ajutages sont situés dans des plans radiaux décalés et ils alimentent les gorges fixes 7A et 7B du joint tournant. La partie tournante 8 du joint est le prolongement du cylindre 8a du vérin tournant,fermé par l'embase 3, dans lequel coulisse le piston 10 qui ménage les compartiments A et B. La partie tournante 8, qui ne touche pas la partie fixe, est centrée, dans celle-ci par les deux roulements 9 et comprend, comme le montre la figure 2, une pluralité de perçages et d'alésages axiaux dont les formes et les relations sont détaillées sur les figures 3 et 4. Les perçages 11 sont des trous d'allègement et les perçages 12 les logements de vis 13 qui permettent la fixation de l'anneau 14 qui ferme les différents alésages. Les alésages 15A et 15B renferment respectivement les tiroirs 16A et 16B respectivement associés aux deux compartiments A et B du vérin. Chaque tiroir, en forme de bobine, c'est-à-dire comportant deux extrémités renflées circulaires par rapport à une partie centrale amincie, est formé d'une moitié 17 munie d'une gorge 18 d'étanchéité et d'un prolongement axial 19 à extrémité fi letée recevant l'écrou d'assemblage 19à. L'autre moitié 22 est percée axialement pour le passage de ce prolongement 19 et l'assemblage des deux moitiés en enserrant la cuvette 20 à rebord évasé 21. Cette cuvette est avantageusement en caoutchouc synthé- tique. Son évasement est orienté vers la moitie 17 de tiroir. Cette moitié 17 de chacun de ces tiroirs est percée d'un canal axial 17a dont la sortie, élargie du côté de la face extérieure de cette moitié, reçoit un ressort de rappel 23 qui pousse les tiroirs vers la droite sur la figure 1. Le canal axial 17a débouche latéralement en 24, à travers la seconde moitié 22, entre la cuvette 20 et le renflement de la moitié 22. Chacun de ces tiroirs est mobile entre deux butées une butée (25A, 25B) appuyée contre l'anneau 14 et une butée épaulée (26A, 26B) qui est emmanchée à force dans le fond de chacun des alésages 15B. Ces dernières butées comportent, pour permettre le passage du liquide, un canal axial 27 et deux créneaux 28 diamétralement opposés. Dans la réalisation illustrée, les tiroir 16A est appuyé contre la butée 26A, tandis que le tiroir 16B est appuyé-contre la butée 25B. Chacun des alésages 15A et 15B comporte une partie élargie (30A, 30B), de sorte que, dans la position illustrée du tiroir 16A, la lèvre 21 de ce tiroir est engagée dans la partie de diamètre normal de l'alésage 15A située à droite de l'élargissement 30A et s'applique contre cet alésage, tandis que la lèvre 21 du tiroir 16B est engagée dans la partie élargie 30B de l'alésage 15B et son bord est libre dans cet élargissement. L'alésage 15A communique avec la gorge 7A (figure 4) par le fraisage 31 (voir aussi figure 2) qui découpe une fenêtre 32 dans cet alésage. Il communique avec le compartiment A par le canal 33 grâce à un fraisage 34 qui perfore la paroi subsistant entre le canal 33 et l'alésage 15A au droit de l'élargisse- ment 30A. Pour mémoire, comme cela est décrit dans la demande de brevet français n0 EN 72.12621-du 11 avril 1972, au nom de la Demanderesse, la gorge 7A communique aussi, directement par un trou 36, avec un canal 37 dont la partie à grand diamètre encoche la paroi de l'épaulement 39 d'un canal à deux diamètres 38 dans lequel est engagé le piston différentiel 40 poussé par le ressort 41. L'orifice 42 de la partie à petit diamètre débouchant aussi dans le compartiment A, ce piston, poussé par son ressort, joue le rôle, non seulement d'accumulateur de pression, mais aussi de surpress-eur lorsque, par la voie du canal 37, du liquide sous pression cesse d'agir sur la section annulaire du piston différentiel 40. Toute la poussée du ressort 41 comprimé par une force correspondant à l'action de la pression de commande agissant sur la grande section du piston, est alors reportée sur la petite section du piston différentiel, accroissant dans le rapport des sections la pression dans le vérin. Enfin, par le trou radial 44, la partie d'alésage 15A qui contient la butée 26A communique directement avec la gorge 7B. De son côté (figure 3), le fraisage 45, qui défonce la paroi de l'élargissement 30B de l'alésage 15B, fait communiquer cet alésage avec le canal 46 prolongé par le tube 47 qui, travers le compartiment A, dessert le compartiment B par ses trous latéraux d'extrémité 47a, en empêchant d'ailleurs le piston 11 de tourner dans le cylindre 8a. La pression régnant dans le compartiment B est transférée, par le forage 49, au canal à deux diamètres 50 qui reçoit, comme le canal 38, un piston surpresseur différentiel. Le per çage 51 fait correspondre directement ce dernier canal au niveau de son épaulement avec la gorge 73. La pression d'huile de la gorge 7B, prélevée par le fraisage 52, est amenée dans un canal de transfert 53 qui communique avec l'alésage 15B par les fraisages conjugués 54 et 55 qui s'interpénètrent. Enfin, la gorge 7A communique avec le compartiment de l'alésage 15B qui contient la butée 26B par le forage radial 57 et les forages intercommunicants 58 et 59. supposons que la gorge 7A soit mise en pression par l'ajutage 6A. Le liquide sous pression arrivant par le forage 31 parvient par le canal 17a entre le renflement de la moitié 17 et la butée 25A. Déjà sollicité par le ressort 23, le tiroir se déplace vers la droite et, si elle n'y était déjà, la lèvre 21 du tiroir 16A s'engage dans la partie normale de l'alésage 15A situé à droite de l'élargissement 30A. L'huile sous pression, qui remplit l'intervalle compris entre la cuvette 20 et le renflement de la moitié 22, exerce un effort centripète sur la collerette 21, contracte celle-ci uni formément et penètre dans l'espace 30A puis, de là, dans le compartiment A. Directement par la pression qui s'établit dans le compartiment A et par la voie du trou 36 et du canal 37, la section totale du piston 40 de surpresseur, logé dans le canal 38, est soumise à la pression de liquide, ce qui comprime le ressort 41. Enfin, par le trou 57 et les canaux 58 et 59, la pression d'huile de la gorge 7A repousse le tiroir 16B dans la position représentée sur la figure 1 où sa lèvre 21 est située dans l'élargissement 30B. Le liquide du compartiment B peut donc s'échapper par le tube 47, le canal 46, les fraisages 45, 54-55, puis 52 (dans le canal 53) qui conduit à la gorge 7B. Lorsque la pression de commande est supprimée, la lèvre 21 du tiroir 15A joue son rôle de clapet pour empêcher le retour du liquide vers la gorge 7A. Cette étanchéité n'est pas altérée par un défaut de centrage ou même la présence, entre la lèvre 21 et l'alésage, de fines particules solides. Le tiroir 16B est maintenant libéré. On remarquera que la commande hydraulique bilatérale des tiroirs permettrait de supprimer le ressort 23 qui ne joue qu'un rôle de sécurité. Enfin, comme exposé précédemment, le surpresseur entre en action. Le fonctionnement est le même dans le cas où la gorge 7B est alimentée. Les positions illustrées des deux tiroirs sont alors permutées. L'invention s'applique notamment aux vérins de commande des mandrins porte-pièces de machines-outils. REVENDICATIONS 1. Vérin tournant alimenté à travers un joint tournant hydraulique à passage radial comportant, en relation avec les portions tournantes de chacune des deux canalisations alimentant les deux compartiments du vérin, un clapet anti-retour associé avec un accumulateur de pression à force élastique, caractérisé en ce que, dans la partie tournante contenant les canalisations desservant le vérin, est ménagé, pour chacun des deux compartiments de celui-ci, un alésage comportant un élargissement local et, dans cet alésage, un tiroir en forme de bobine muni, dans sa partie centrale, d'une lèvre évasée d'étanchéité en élastomère, appuyée périphériquement contre l'alésage dans sa partie normale et libre dans son élargissement, ce tiroir étant normalement sollicité vers la position où la lèvre évasée est engagée en se refermant dans la partie normale de l'alésage proche de l'elar- gissement et opposée à l'évasement de la levre, ledit élargissement communiquant avec un compartiment du vérin, tandis qu'un forage latéral, ménagé dans la partie d'alésage normale comprise entre la lèvre en position engagée dans ladite partie normale et l'extrémité renflée du tiroir opposée à l'évasement de cette lève, communique avec la partie amont de canalisation correspondant à ce compartiment, et la partie d'alésage située au delà de cette dernière extrémité renflée communique avec la partie de canalisation mobile en relation avec l'autre compartiment du vérin. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les alésages sont axiaux et disposés autour drun canal central ménagé dans le vérin tournant. 3. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir est sollicité par un ressort. 4. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir comporte un canal intérieur débouchant, d'une part, entre la lèvre et ledit renflement et, d'autre part, sur la face extrême du renflement opposé.