Brevet FR2215554A1 — publié le 19740823

La présente invention se rapporte à des organes d'accouplement à friction, commandés par un fluide sous pression, qui servent à accoupler au moins deux objets ou éléments, comme des éléments de machine ouanalogues. On a proposé antérieurement dans différents domaines techniques d'accoupler ou de connecter un élément mécanique à un autre en associant å l'un de ces éléments un élément dilatable capable d'être commandé par un fluide sous pression, de façon à amener cet élément dilatable en contact avec friction avec l'autre élément, de façon à accoupler ces deux éléments. Dans plusieurs applications du principe d'accouplement connu, mentionné ci-dessus, on a utilisé pour transférer la pression des masses spéciales qui sont normalement soumises à la pression au moyen de vis, de serre-joints ou de dispositifs analogues exerçant une force. Dans d'autres méthodes ou avec d'autres dispositifs permettant d'appliquer le principe d'accouplement mentionné ci-dessus, on utilise de 1huile comme fluide en circulation sous pression, celle-ci étant soumise à une certaine pression grâce à des dispositifs à piston. Même si l'on néglige les inconvénients rencontrés avec les masses qui transmettent la pression dans le but mentionné ci-dessus, on se heurte à d'autres inconvénients sous la forme de difficultés d'étanchéité lorsque l'on se sert de ces masses et de fluide en circulation sous pression, plus spécialement en fonction avec les variations des conditions thermiques et de la pression élevée des fluides sous pression. En outre, avec les dispositifs connus pour appliquer le principe d'accouplement mentionné ci-dessus, l'un au moins des éléments mécaniques doit être spécialement conçu pour loger les organes à friction et les organes auxiliaires associés qui permettent de commander ceux-ci. Si l'on doit modifier 1tun des éléments mécaniques à accoupler, ou bien concevoir spécialement cet élément dans les conditions mentionnées ci-dessus, on rencontre des inconvénients importants. Ainsi, dans le cas de cylindres de laminoir du type supporté par un arbre de cylindre séparé sur lequel est emmanché et fixé le cylindre proprement dit ou analogue, on se heurte à des difficultés de nature à la fois technique et économique quand on prévoit des cavités pour loger les organes d'accoplement à friction dans l'un quelconque des éléments, à la fois du point de vue de la résistance mécanique et en ce pui concerne l'usinage des éléments. De plus, des exigences très sévères doivent souvent être imposées en ce qui concerne la capacité du joint mécanique établi par les organes d'accouplement à friction à transmettre le couple de torsion. Les dispositifs utilisés jusqu'à maintenant dans le présent contexte ne répondent pas à ces exigences sévères. On se référera à ce point de vue entre autres aux inconvénients auxquels on se heurte quand on soude un manchon à friction dilatable sur un arbre de cylindre ou un cylindre trempé. La capacité du joint mécanique à transmettre le couple de torsion dépend également dans une grande mesure des possibilités de maintenir la pression de contact nécessaire de l'organe d'accouplement à friction avec les éléments à accoupler pendant des périodes prolongées. On doit s'assurer ainsi que le volume du fluide sous pression ne diminue pas, par suite de fuites par exemple, ou à cause d'une augmentation du volume de la chambre dans laquelle agit le fluide, par suite de la dilatation thermique de cette chambre par exemple. En consdquence, il est souvent nécessaire dans les dispositifs connus de travailler avec des pressions bien plus élevées que celles qui sont nécessaires pour transmettre seulement le couple de torsion aux éléments de la machine. Ces pressions élevées peuvent provoruer des contraintes et efforts indésirables dans le cylindre et d'autres éléments du laminoir, plus spécialement quand les cylindres sont faits de carbures frittés ou analogues. L'objet principal de la présente invention consiste donc à réaliser des organes d'accouplement à friction commandés par un fluide sous pression, qui forment un élément de machine distinct et qui soient capables d'être insérés entre les éléments qu'ils servent à accoupler, ce qui évite d'avoir à usiner ces éléments de machine de façon à obtenir une cavité pour y loger les dits organes d'accouplement et les mettre en état de fonctionner directement. A cet effet, l'invention propose les organes d'accouplement à friction de la presente invention qui est principalement caractérisée en ce que ces organes d'accouplement à friction consistent en un élément tel qu'un manchon, de section transversale appropriée, constitué d'au moins deux cylindres coaxiaux creux, élastiques radialement, placés l'un dans l'autre, les surfaces externes de ces cylindres qui sont à l'opposé l'une de l'autre constituant les surfaces de friction qui assurent le contact avec les éléments respectifs, ces cylindres étant reliés hermétiquement entre eux de façon que les espaces qui existent entre leurs surfaces internes soient isolées de l'extérieur, mais soient disposées de façon à recevoir et à conserver un fluide sous pression destiné à commander les cylindres, ceci dans le but d'obtenir le contact par friction désiré entre les éléments respectifs. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente en coupe longitudinale suivant l'axe un modèle de dispositif d'accouplement cylindrique à friction, tel qu'un manchon, conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, partielle, du modèle de la figure 1 muni d'une soupape ui peut être fermée, que l'on a incorporée dans le dispositif d'accouplement à friction de la figure 1, et d'une source extérieure d'un fluide sous pression - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une version modifiée du modèle de la figure 1, ce modèle comportant une source incorporée d'un fluide sous pression et étant monté, par exemple entre un arbre de cylindre et le cylindre proprement dit - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un modèle combinant la source extérieure de fluide sous pression de la figure 3 et la soupape de la figure 2 - la figure 5 représente une version modififée du modèle de la figure 4 munie d'une soupape de retenue dont l'ouverture peut être commandée - la figure 6 représente un autre modèle de dispositif dUaccouplement conforme à l'invention, qui est muni d'un système preumatique de régulation de pression de façon à maintenir essentiellement constante la pression du fluide sous pression hydraulique - la figure 7 est une vue debout, partiellement en coupe, du dispositif à friction de la figure 6. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale qui montre simplement le principe fondamental du dispositif à friction supporté par un fluide sous pression, dispositif réalisé conformément à l'invention pour accoupler au moins deux éléments mécaniques, des éléments de machine par exemple. Dans la figure 1, le numéro de référence 10 repère dans son ensemble le dispositif d'accouplement à fricton de la présente invention, qui a la forme d'un manchon cylindrique. Ce dispositif 10 est constitué d'un cylindre extérieur 11 et d'un cylindre intérieur 12 inséré dans le dit cylindre extérieur, les deux cylindres étant raccordés hermétiquement à leurs extrémités au moyen de cordons de soudure en forme de bague 13 et 14, respectivement. En plus de la soudure, les cylindres coaxiaux peuvent être connectés par d'autres techniques telles que brasure, fusion, collage, vissage ou rivetage. Les deux cylindres sont supposés être radialement élastiques, c'est-à-dire sont supposés, entre autres choses, comporter des parois relativement minces et être réalisés en un matériau qui, dans le présent contexte, est suffisamment élastique pour permettre aux cylindres de se gonfler dans des directions radiales opposées sous l'action d'un fluide sous pression, pneumatique ou de préférence hydraulique, introduit dans la zone ou 1 t intervalle 15 situé entre les dits cylindres. Comme il apparat d'après la figure, le fait que les cylindres respectifs gonflent radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur amène ces cylindres à venir en contact par friction avec les éléments que l'on doit accoupler et serrer l'un contre 1 autre quoique la vue en coupe de la figure 1 représente la zone ou intervalle cylindrique intermédiaire 15 sous la forme d'une mince ligne rectiligne, cet intervalle ayant par exemple une largeur de quelques microns, on doit mentionner que cet intervalle peut avoir n'importe quelle largeur convenablo approprie entre les cylindres. Comme on le verra d'après la figure 1, une extrémité du cylindre extérieur 11 porte un collier en forme de bride 16 dans lequel est disposé9 à une certaine distance de la surface d'extrémité 17 du dit collier, un alésage 18 qui, via un passage relativement étroit 19, communique avec la zone ou intervalle intermédiaire 15. Le collier n'est pas cependant essentiel à l'invention. L'alésage 18 et le passage 19 ont pour but de former ensemble une entrée du fluide sous pression approprié, hydraulique de préférence tel que de l'huile, qui doit être forcé dans l'intervalle 15 de façon à obliger l'enveloppe extérieure 11 à gonfler vers l'extérieur et l'en- veloppe intérieure 12 à gonfler vers l'intérieur, en étant en contact par friction avec les éléments respectifs à accoupler. Dans la figure 1, l'alésage 18 est représenté complètement ouvert, quoique l'on suppose avec ce modèle que le système de fermeture, telles des soupapes, peut être incorporé dans le dit alésage, et que le dispositif d'accouplement à friction fonctionne conjointement avec une source extérieure d'un fluide sous pression, qui n'est utilisée que par intermittences pour fournir à l'intervalle 15 le fluide sous pression, et qui doit être déconnectée du dispositif à friction après la fermeture du passage de communication entre l'intervalle 15 et le milieu ambiant. On se référera maintenant à la figure 2, qui représente à plus grande échelle et en coupe une partie du collier 169 l'envloppe extérieure 11, l'enveloppe intérieure 12, la zone ou intervalle intermédiaire 15s l'alésage 18, le passage 19 et le cordon de soudure 13. Comme on le verra d'après la figure 2, l'alésage 18 est agrandi à l'intérieur du collier 16, de façon à former une chambre de réception 20 pour le fluide sous pression, c'est-à-dire de l'huile, la dite chambre pouvant être raccordée à une source extérieure 22 de fluide sous pression via un passage 21 qui traverse le collier 16. Dans le modèle représenté dans la figure 2, l'alésage comporte un filetage disposé de façon à recevoir une vis 23 qui sert de moyen de fermeture et dont l'extrémité est fermée de façon à assurer un contact étanche avec un siège de soupape 24 ou analogue de manière à fermer le passage 19 et l'intervalle 15 quand ce dernier est rempli de fluide tel que de l'huile ou du gaz. La figure 3 représente un autre développement du modèle de la figure 1 et montre un élément de machine 25, c'est-à-dire une partie d'un cylindre proprement dit et un autre élément de machine 26, ctest-à-dire un arbre de cylindre. le dispositif d'accouplement à friction 10 en forme de manchon qui se présente comme un élément séparé est inséré entre les éléments de machine mentionnés ci-dessus et9 après avoir mis en position le dispositif d'accouplement à friction, le fluide sous pression qui se trouve dans l'intervalle 15 entre les cylindres extérieur et intérieur est pressurisé au moyen d'un simple dispositif à pompe incorporé en même temps que le dispositif à friction9 comme on le décrit ci-après. On verra dans le coin supérieur à main gauche de la figure 3, qu'on a introduit, dans l'alésage 18, un piston 27 qui vient s'appuyer sur les parois de l'alésage. L'extrémité de cet alésage qui fait face vers l'extérieur comporte un filetage disposé de façon à recevoir une douille à vis 29 filetée en 28, cette douille 29 étant vissée serrée sur la surface d'extrémité 17 du collier 16. La douille à vis 29 est traversée par une vis filetée 30 qui est vissée dans la douille et qui est disposée de façon à pousser le piston 27 de façon l'entraner vers-l'avant, les éléments 27, 29 et 90 constituant entre eux un simple dispositif de régulation de pression ou une pompe. Si l'on suppose que l'intervalle 15 et les cavités adjacentes possibles ont été initialement remplies dgun fluide sous pression à la pression atmosphérique, il est possible de placer ce milieu sous la pression de travail désirée, en chargeant simplement le plongeur à une valeur correspondante, c'est-à-dire en vissant simplement la vis 30 serrée sur le plongeur 27. L'avantage offert par un tel dispositif de régulation de pression réside dans le fait que sa construction est simple et qu'en outre il est incorporé dans le dispositif à friction 10. En outre, le dispositif de régulation de pression peut être aisément réglé si le milieu sous pression tend à fuir par l'intetvalle 15, et facilite le démontage du dispositif à friction quand on veut changer un cylindre ou un arbre de cylindre. Dans le modèle de la figure 3 est prévue dans la paroi interne de l'enveloppe extérieure 11 une rainure en forme de bague 31 qui a pour but de pouvoir envoyer plus facilement de l'huile dans l'intervalle 15. Est également prévue dans le collier 16 une chambre 32 qui peut être disposée sur une lorgueur d'arc désirée du collier. Dans le modèle représenté, la chambre 32 ne communique pas avec le dispositif à pompe prévu, qui est supposé ici avoir une position isolée dans le collier. La chambre 32 est séparée de lFintervalle 15 par une mince cloison élastique 33 Conformément à l'invention, la chambre 32 doit être placée séparément sous pression au moyen d'un fluide élastique, sous pression pneumatique, c'est-à-dire de l'air, qui a pour but de soumettre la paroi 33 à une pression qui agit vers l'intervalle 15 de telle façon que les pressions pneumatique et hydraulique soient amenées à s'équilibrer l'une l'autre. En rapport avec la description du modèle représenté dans la figure 3, on a indiqué, en ce qui concerne le simple dispositif piston-pompe illustré dans la figure, que l'on peut effectuer certains réglages de la pression du piston lorsque des fuites se produisent, ce qui arrive souvent avec de tels dispositifs piston-pompe, spécialement quand le système fonctionne sous une pression élevée. Pour éliminer la possibilité que des fuites se produisent, le dispositif piston-cylindre peut comporter, conformément à l'invention, un moyen de fermeture. La figure 4 montre comment on peut l'obtenir. La figure 4 représente donc surtout une combinaison du dispositif piston-pompe de la figure 3 et du moyen de fermeture de la figure 2, la figure 4 représentant le piston 27, la vis de commande 30 du piston, la vis de fermeture 23 et le siège de soupape 24 qui fonctionne en association avec la vis 23. quand on augmente la pression dans l'intervalle 15, on suppose que la vis 23 est retirée de son siège 24, ce qui donne le libre passage au fluide sous pression entre la chambre de réception 20 et l'intervalle 15. Le piston 27 est alors déplacé vers l'intérieur, de la position où il est représenté dans la chambre 20, au moyen de la vis 30, jusqu'à ce cue le fluide sous pression soit amené à la pression désirée. Quand le fluide est à la pression désirée, on serre la vis de fermeture 23 contre le siège 24 de façon à fermer complètement le passage au fluide sous pression, ce qui élimine ainsi toute tendance à fuir de l'intervalle 15. Dans certains cas, il peut être avantageux d'utiliser un moyen de fermeture qui fonctionne automatiquement. Un exemple d'un tel moyen est représenté dans la figure 5, dont le modèle coïncide absolument avec ie modèle de la figure 4, sauf que la vis 23 du modèle de la figure 4 est remplacée par une vis de pression munie d'une butée étroite 34, et qu'un clapet de retenue, ayant la forme d'une bille 37 maintenue par un ressort 36, est disposé de façon à être poussé contre un siège 38, ceci afin d'empêcher le reflux du milieu sous pression. Quand un certain reflux est momentanément nécessaire, cependant, la butée 34 peut être amenée à retirer la bille 37 du siège contre l'action du ressort et du fluide sous pression, en vissant la vis de pression 35. Le dispositif décrit ci-dessus en se référant à la figure 5 est montré en combinaison avec la pompe à piston 27, 30 représentée dans les figures 3 et 4 quoique rien n'empêche de remplacer la pompe à piston par le dispositif représenté dans la figure 2 pour connecter le dispositif à friction à une source extérieure d'un fluide sous pression. En rapport avec la description des modèles représentés dans la figure 3 on s'est référé à un exemple de dispositif pour équilibrer la pression d'un fluide hydraulique dans l'intervalle 15 via une paroi élastique 33 au moyen d'un fluide sous pression pneumatique. Un tel dispositif convient spécialement quand il y a risque d'une activité thermique qui peut provoquer la dilatation des éléments de machine extérieurs par rapport aux éléments intérieurs. Ces risques sont particulièrement aigus quand on fixe sur le dispositif d'accouplement à friction des cylindres qui servent à des opérations de laminage à chaud. A ce point de vue, on se réfère aux modèles représentés dans les figures 6 et 7 qui sont une variante du modèle de la figure 3, les figures 6 et 7 montrant respectivement en coupe longitudinale et en vue debout partiellement en coupe un organe à friction 10 construit conformément à l'invention, qui correspond pratiquement aux modèles représentés dans la figure 3. Dans les modèles représentés dans les figures 6 et 7 existe une chambre 39 en forme dtanneau9 de section rectangulaire par exemple. La chambre 39 communique directement avec l'intervalle 15 par un ou plusieurs passages, dont l'un 40 est représenté à la fois dans les figures 6 et 7. il est admis que la chambre 39 contient le même fluide sous pression hydraulique que celui présent dans l'intervalle 15. Un réservoir 41 à parois élastiques est placé dans l'huile ou un fluide sous pression analogue présent dans la chambre en forme d'arc 39. Le réservoir 41 peut être réalisé en plastique, caoutchouc, métal etc... En outre, le réservoir sera rendu complètement hermétique au fluide sous pression hydraulique environnant de la chambre 39. Ainsi qu'il apparait plus particulièrement dans la figure 7, un conduit de raccordement 43 va jusqu'au réservoir 41, par exemple via un clapet de retenue 42, le conduit 43 étant disposé de façon à être temporairement raccordé à une source extérieure d'un fluide sous pression pneumatique, c'est-à-dire de l'air. En fournissant un fluide sous pression pneumatique au-réservoir 41, il est possible de contre-balancer la pression du fluide hydraulique de l'intervalle 15 et de maintenir pratiquement constante la dite pression hydraulique, en dépit de la possibilité de fuites de ce fluide. Avec le modèle de l'invention illustré dans les figures 6 et 7, il est possible de supprimer tout type de dispositif à pompe ou organe pour raccorder le dispositif d'accouplement à friction à une source extérieure d'un fluide sous pression hydraulique, et an remplacement enfermer l'huile en permanence par exemple dans la chambre 39 et l'intervalle 15 depuis le début, et si on le désire d'établir la pression hydraulique initiale voulue dans la chambre avant de la fermer. Normalement la pression initiale du milieu hydraulique avant la fermeture de la chambre est amenée à égaler la pression atmosphérique. La pression désirée du fluide hydraulique enfermé peut être obtenue au moyen du fluide pneumatique via le conduit de raccordement 43, le clapet de retenue 42 et le réservoir élastique 41. Eien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Organe d'accouplement à friction supporté par un fluide sous pression pour accoupler ensemble au moins deux éléments, tels que des éléments de machine ou analogues, afin de transmettre de préférence un couple de torsion entre les dits éléments, caractérisé en ce que cet organe à friction consiste principalement en un élément tel qu'un manchon, de section transversale appropriée, constitué d'au moins deux enveloppes coaxiales, élastiques radialement, placées l'une dans l'autre, les surfaces externes de ces enveloppes qui sont à l'opposé l'une de l'autre constituant les surfaces de friction qui assurent le contact avec les éléments respectifs, ces enveloppes étant connectées hermétiquement entre elles de façon que l'espace qui existe entre les surfaces internes qui se font face de ces enveloppes soit isolé de l'extérieur, mais soit disposé de façon à recevoir et à conserver un fluide sous pression pour commander les enveloppes, ceci dans le but d'établir le contact par friction désiré avec les éléments respectifs. 20) Organe d'accouplement à friction suivant la revendication NO 1, caractérisé en ce que les espaces qui existent entre les enveloppes sont disposés de façon à être connectés à une source extérieure distincte d'un fluide sous pression via un clapet, qui peut être fermé, supporté par l'élément en forme de manchon. 30) Organe d'accouplement à friction suivant la revendication NO 1, caractérisé en ce que les espaces entre les enveloppes sont disposés de façon à communiquer avec un dispositif de régulation de pression porté par l'élément en forme de manchon. 40) Organe d'accouplement à friction suivant la revendication NO 3, caractérisé en ce que le clapet qui peut être fermé est disposé entre les espaces mentionnés cidessus et le dispositif de régulation de pression. 50) Organe d'accouplement à friction suivant la revendication NO 3, caractérisé en ce que l'on dispose, entre les espaces et le dispositif de régulation de pression, un clapet de retenue qui permet d'empêcher le reflux du fluide sous pression vers le dispositif de régulation de pression. 6 ) Organe d'accouplement suivant la reven dication 5, caractérisé en ce que le clapet de retenue peut être réglé en position ouverte. 70) Organe d'accouplement suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de régulation de pression porté par l'élément en forme de manchon comprend une pompe de déplacement que l'on peut commander extérieurement. 80) Organe d'accouplement suivant l'une quelconque des revendications 1-7, qui utilise un fluide sous pression, caractérisé en ce que ce fluide enfermé dans les intervalles est soumis à la contre-pression d'un milieu gazeux comprimé. 90) Organe d'accouplement suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les deux fluides sous pression sont isolés l'un de l'autre et qu'au moins une paroi élastique ou analogue est disposée de façon à équilibrer pratiquement la pression des deux fluides l'un par rapport à l'autre. 100) Organe d'accouplement à friction suivant la revendication NO 9, caractérisé en ce que la paroi élastique ou analogue constitue également un moyen pour augmenter la pression du fluide hydraulique enfermé dans les intervalles. 110) Organe d'accouplement suivant l'une quelconque des revendications 1-10, caractérisé en ce que les deux enveloppes coaxiales placées l'une dans l'autre sont assemblées à leurs extrémités par des techniques de brasure, fusion, collage, forgeage, vissage ou rivetage.