Brevet FR2236103A1 — publié le 19750131

La présente invention concerne un actionneur rotatif à commande par un fluide moteur, par de l'air comprimé, de préférence, mais éventuellement aussi par un liquide sous pression. Cet actionneur peut être avantageusement utilisé pour commander des robinets à boule ou à boisseau. L'invention s'applique en particulier aux actionneurs du genre fonctionnant au quart de tour, communément utilisés pour commander ces robinets. ~es actionneurs de ce genre, connus jusqu'à présent, exigent, pour bien fonctionner, une grande précision d'usinage et d'asse5iage des pièces qui les composent. Il en résulte qu'ils sont coûteux à fabriquer. Ils présentent, en outre, des risques de grippage, aggravés par le fait qu'il est pratiquement impossible de renouveler la lubrification éventuelle sans démontage de l'appareil. Ces risques sont particulièrement sensibles dans le cas d'une commande par air comprimé. L'invention a pour but de fournir un actionneur rotatif qui élimine les inconvénients précités notamment les risques de grippage, la fabrication de cet actionneur pouvant entre, de plus, d1un coat réduit, grtce à l'utilisation de pièces nécessitant une précision moyenne d'usinage et faciles à assembler. Suivant l'invention, l'actionneur rotatif qui comprend un corps dans lequel se meut un piston sous l'action d'un fluide moteur, ce piston commandant la position angulaire d'une tige d'actionnement montée rotativement sur le corps, est caractérisé en ce que le piston comporte au moins une rampe profilée assurant le guidage d'un organe de commande angulaire relié à la tige d'actionnement, des moyens étant de plus prévus pour empêcher la rotation du piston pendant son déplacement. Dans ces conditions, le-déplacement du piston sous l'action du fluide moteur provoque une rotation de la tige d'actionnement suivant une loi de mouvement qui dépend du profil de la rampe de guidage. De préférence, le piston comporte une jupe et la rampe de guidage est constituée par une rainure pratiquée dans cette jupe, 1' organe de commande angulaire de la tige d'actionnement étant constitué par un croisillon porté par cette tige et qui prend appui sur deux rampes de guidage diamétralement opposées de la jupe du piston. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, destinée à réduire au maximum la perte d'énergie par frottement, et les risques de grippage, les organes de commande angulaire de la tige d'actionnement comportent des doigts rotatifs, montés sur roulements et capables de rouler sans glisser sur la rampe de guidage, tandis que le piston à jupe comporte des patins de centrage, façonnés dans un matériau à faible coefficient de frottement, insérés entre la surface intérieure du corps et la surface extérieure de la jupe de manière à maintenir le centrage du piston dans le corps-, en laissant un jeu entre les surfaces en regard, durant les déplacements du piston. Cette particularité autorise d'assez larges tolérances entre les dimensions relatives du corps et du'piston tout en assurant que le déplacement de ce dernier s'opéré sans coincement et sans altérer l'état des surfaces en regard. Corrélativement le montage sur roulements des organes de guidage permet d'utiliser au maximum la puissance motrice pour assurer la rotation de la tige d'actionnement. D'autres particularités de l'invention apparaitront dans la description ci-apres. Aux dessins annexés, à titre d'exemples non limitatifs la figure 1 est une coupe axiale, suivant I-I de la figure 2, avec coupe partielle de la tige d'actionnement, d'un actionneur rotatif suivant l'invention la figure 2 est une coupe transversale, suivant II-II de la figure i la figure 3 est une coupe axiale partielle à plus grande échelle d'une partie du corps et du piston, suivant OLIVA, OIIIB de la figure 2 la figure 4 est une coupe semblable à la figure 1, représentant le piston dans sa deuxième position extrtme où il a entravé la rotation de la tige d'actionnement la figure 5 est une vue développée de la surface extérieure de la jupe du piston suivant la réalisation représentée par les figures précédentes. l'invention va être maintenant expliquée par la description d'une réalisation avantageuse d'un actionneur fonctionnant au quart de tour. Il doit cependant être bien entendu que l'invention s1 applique aussi bien à un actionneur provoquant un déplacement angulaire de la tige d'actionnement différant dlun angle droit, pour s1adapter aux caractéristiques de l'appareil à actionner. son référence aux figures 1 et 2 l'actionneur suivant l'invention comprend un corps 1 creux, ayant par exemple la forme d'un cylindre de révolution. Un piston 2 peut coulisser librement à l'intérieur du corps 1, parallèlement à l'axe de ce dernier, entre deux positions sensiblement définies par les extrémités du corps, une première position étant précisément représentée à la figure 1. le piston 2 est susceptible d'entrainer, par son mouvement axial, la rotation d'une tige dtactionnement 3, de forme cylindrique coaxiale au corps 1, par l'intermédiaire d1 organes de commande désignés dans leur ensemble par la référence 4 et qui seront détaillés plus loin, tandis que des moyens de guidage, référencés en 5 dans leur ensemble, empêchent le piston 2 de tourner dans le corps 1 au cours de sa translation. Le corps 1 est hermétiquement fermé à ses extrémités par deux flasques 10 et 11 qui peuvent être fixés par des vis (non représentées) venant se visser dans des taraudages 12 du corps i, et qui sont munis respectivement en leur centre d'ouvertures circulaires 15 et 14 servant de paliers pour la tige d'actionnement 3. Cette tige 3 fait saillie vers l'extérieur par ses deux extrémités 37 et 38 de section rectangulaire pour pouvoir actionner un appareil, tel qu'un robinet à boule ou à boisseau non représenté. la tige d'actionnement 9 est maintenue contre tout déplacement axial par une collerette 39 qui lui est intégrée ou rapportée et qui est engagée dans une butée 15 à double effet, à roulements par exemple, encastrée dans une cavité centrale 16 pratiquée dans la surface intérieure de l'un des flasques, tel que 10. la tige d'actionnement 3 est alignée dans l'axe du corps 1 par un palier à rouleaux 17, par exemple, également centré dans le flasque 10 grâce à un chapeau 17a. Chaque flasque 10, Il est en outre traversé par une canalisation 18, comportant une entrée taraudée 19 à laquelle vient s'adapter, en fonctionnement, un tuyau d'amenée du fluide sous pression. le piston 2 comprend un fond 20, sensiblement plan orthogonal à la tige 3, monte à coulisse dans le corps 1, et une jupe 21, cylindrique, creuse, dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur à celui du corps 1. les faces de la jupe 21 sont parallèles à l'axe du corps 1 et d'une longueur appronniative- ment égale à la moitié de celle de ce corps. la jupe 21 présente deux rampes de guidage constituées par deux rainures hélicoSdales 22 et 23, représentées rectilignes et inclinées sur la vue développée de la figure 5, et un chemin de guidage, sous la forme d'une fente longitudinale 24, disposée entre les fentes hélicoldales qui sont diamétralement opposées l'une à l'autre, de façon à ne pas les intersecter. Les rampes 22 et 29 appartiennent aux moyens prévus pour assurer la commande angulaire de la tige 3 alors que la fente 24 appartient aux moyens servant à empêcher la rotation du piston 2 pendant son déplacement. Les rampes 22 et 23 présentent dans l'exemple décrit un profil hélicoldal et leur développement angulaire correspond à un quart de tour. Bien entendu, au lieu que le développement des rampes soit rectiligne, 4 ourrait etre aménagé de telle sorte qu'au début et en fin de course le déplacement angulaire soit faible pour un même déplacement du piston, ce déplacement angulaire étant au contraire plus important dans la partie centrale de la rampe. Un tel profil progressif est illustré en 22a sur la figure 5. La jupe 21 comporte, dans sa face extérieure et du cote de son extrémité ouverte, par exemple quatre trous borgnes 25 qui reçoivent des patins de centrage 6 régulièrement espacés sur une circonférence. les patins 6 sont avantageusement constitués par plots cylindriques en polytétrafluoréthylène ou autre matériau présentant un faible coefficient de frottement. La hauteur des patins 6 est adaptée à la profondeur des trous borgnes 25, pour centrer la jupe 21 dans le corps i en s1 appuyant sur la surface intérieure de celui-ci. En référence, particulièrement, à la figure 3, on voit que la fente longitudinale 24 offre, par l'une ou l'autre dises faces latérales, un chemin de roulement pour I'extrémité d'un doigt radial 26 qui s'engage dans cette fente et qui tourillonne à l'intérieur d'un roulement 27 à rouleaux disposé dans un chapeau 28 vissé dans une ouverture 29 de la paroi du corps 1. L'ouverture 29 est située au voisinage du milieu de la longueur du corps 1. Le doigt 26 et la fente 24 constituent l'ensemble des moyens 5 empêchant le piston 2 de tourner dans le corps 1 durant son mouvement axial. Le piston 2, centré par les patins 6 du côté de son extrémité ouverte, l'est aussi par une ouverture 30 circulaire, pratiquée au centre du fond 20. Cette ouverture 30 glisse sur la tige d'actionnement 3 qui peut tourner à son intérieur, quand elle est entraînée par les organes de commande 4. Ces derniers sont disposés à l'intérieur du piston 2 et comprennent un croisillon 31 traversant orthogonalement la tige 3 par une ouverture 32, et deux douilles 33 et 34 diamétralement opposées qui peuvent tourner autour du croisillon 31 par 1' intermédiaire de roulements 33a, 34a, à rouleaux par- exemple. Les extrémités extérieures des douilles 33 et 34 se terminent par des doigts cylindriques 35 et 36 qui s 1engagent chacun dans l'une des rainures hélicoidales 22 et 23 dont ils reçoivent la poussée quand le piston 2 se déplace axialement. l'étanchéité de l'actionneur est assurée par un joint torique 41 logé dans l'ouverture 30 du piston 2 (figure 3), par un joint torique 42 logé dans la périphérie du fond 20 et par d'autres joints 43, 44 logés dans les ouvertures 13, 14 des flasques 10 et 11 pour assurer l'étanchéité entre la tige d'actionnement 3 et le corps 1. Le fonctionnement de l'actionneur est le suivant Le piston 2 étant dans la position représentée à la figure 1, si de l'air, ou tout autre fluide, sous pression est introduit par l'orifice 18 du flasque 10, ce fluide pousse le piston 2 suivant F en direction du flasque 11. Comme le piston ne peut pas tourner, grâce à l'action du doigt 26 engagé dans la fente longitudinale 24, les rampes hélicodales 22 et 23 agissent comme des cames respectivement sur les doigts 35 et 36, imprimant un couple et par suite un mouvement de rotation à la tige 3 à mesure que le piston 2 avance jusqu'a la position représentée à la figure 3. Le processus inverse se déroule si de l'air ou l'autre fluide utilisé, est introduit par l'orifice 18, du flasque 11, le piston se déplaçant de la position de la figure 4 à celle de la figure 1. Dans les deux cas, les doigts 35 et 36 roulent sans glissement sur les rampes respectives 22, 23 puisque les douilles 33 et 34 peuvent tourner pratiquement sans frottement sur les roulements 33a, 34a. De même, la fente longitudinale 24 laisse, de préférence, un jeu convenable à l'axe 26. La résistance à la rotation de l'appareil d'utilisation, transmise par la tige d'action 3, provoque une tendance à la rotation du piston 2, bloquée par une face ou l'autre de la fente 24, en butée sur l'axe 26, suivant le sens du mouvement axial du piston. La poussée de la jupe 21 sur le doigt 26 fait rouler celui-ci sans glissement sur la fente 24 grâce au roulement 27 qui permet à ce doigt 26 de tourner pratiquement sans frottement. En outre, la surface extérieure de la jupe 21 du piston 3 reste parallèle à la surface intérieure du corps 1 pendant tout le déplacement du piston, grâce aux patins 6 qui glissent avec un frottement extrêmement réduit sur cette surface intérieure du corps, sans risquer de la rayer, et en empêchant tout grippage. L'actionneur permet de disposer ainsi d'un couple moteur élevé par un faible encombrement et une pression de commande réduite. Si l'une des extrémités carrées, telle que 38, de la tige 3 est accouplée à l'organe à actionner, l'autre extrémité telle que 37 qui est libre peut soit servir à l1entratnement d'un autre organe, soit de préference recevoir une manette amovible, permettant une commande manuelle de la tige 3. Ceci permet de parer aux pannes de fluide moteur. Il est bien entendu que l'invention ne se limite pas à l1actionneur à double effet ci-dessus décrit et représenté. Elle s'applique aussi, par exemple, à un actionneur à simple effet dont le retour Serait assuré par un moyen élastique quelconque, bandé pendant le mouvement d'aller, ou par l'appareil d'utlisation lui même. Il est clair que l'invention s'applique aussi à un déplacement angulaire de la tige d'action 3 autre que le quart de tour procure par l'actionneur décrit et représenté en préférence. De nombreuses modifications peuvent également être apportées à un actionneur du type décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVECDICLEIONS 1. actionneur rotatif comprenant un corps dans lequel se meut un piston sous l'action d'un fluide moteur, ce piston commandant la position angulaire d'une tige d'actionnement montée rotativement sur le corps, caractérisé en ce que le piston comporté au moins une rampe profilée assurant le guidage d'un organe de commande angulaire relié à la tige d'actionnement, des moyens étant de plus prévus pour empêcher la rotation du piston pendant son déplacement. 2. Actionneur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le piston comporte une jupe et en ce que la rampe de guidage est constituée par une rainure pratiquée dans cette jupe. 3. actionneur conforme à la revendication 1 ou à la revendication 2, caractérisé en ce que l1organe de commande angulaire de la tige d'actionnement est constitué par un croisillon porté par cette tige et qui prend appui sur deux rampes de guidage diamétralement opposées 4. actionneur conforme à l'une dès revendications I à 3 caractérisé en ce que les organes de commande angulaire de la tige d'actionnement comportent des doigts rotatifs, montés sur roulements et capables de rouler sans glisser sur la rampe de guidage. 5. Actionneur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, le piston comportant une jupe, les moyens pour empêcher la rotation du piston pendant son déplacement comprennent un doigt radial monté sur le corps, ce doigt étant engagé dans une fente rectiligne de la jupe du piston. 6. Actionneur conforme à l'une des revendications 1 à 5, comprenant un piston à jupe, caractérisé en ce qu'il comporte des patins de centrage, façonnés dans une matière à faible coefficient de frottement, et insérés entre la surface intérieure du corps et la surface extérieure de la jupe. 7. actionneur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les patins de centrage sont constitués par des plots logés dans des trous borgnes de la jupe, régulièrement répartis suivant la circonférence extérieure de celle-ci, et faisant saillie par rapport à la surface extérieure de cette jupe.