Brevet FR2278968A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne un mécanisme générateur de mouvement angulaire alternatif, alimenté par un fluide sous pression et susceptible d'être utilisé partout où sont requises des articulations motorisées : ce qui touche un nombre important de secteurs de la technique, qui peuvent être classés dans des groupes correspondants aux modes de fonctionnement employés avec le dispositif selon l'invention. C'est donc un appareil à vocation de module qui s'intègre à un ensemble dans lequel il figure en exemplaire unique, ou au contraire, en nombre non limitatif. Deux modes de fonctionnement s'appliquent d'emblée à l'actionneur : Tout ou Rien ou Proportionnel, parfois une combinaison de ces deux modes, ceci en utilisation unitaire ou modulaire. Ce qui permet de définir les groupes suivants 1) Groupe Tout ou Rien, en utilisation unitaire Réalisation d'un mouvement angulaire simple (manoeuvre de panneaux ou bras mobiles divers). 2) Groupe' Tout ou Rien, en utilisation modulaire Réalisation de mouvements angulaires combinés dont la résultante est un mouvement rectiligne (Principe figure 1 /a. actionneurs angulaires, b. articulations passives/ : manutention, levage, avec possibilité de commande simultanée ou séquentielle des différents modules composants). 3) Groupe Proportionnel, en utilisation unitaire Réalisation d'un mouvement angulaire simple (manoeuvre contrôlée de panneaux ou bras mobiles divers). 4) Groupe Proportionnel, en utilisation modulaire Réalisation de mouvements angulaires combinés dont la résultante est un mouvement curviligne quelconque (manipulation, stabilisation, télécommande hydraulique). On connait des dispositifs analogues qui consistent en un cylindre séparé en deux ou plusieurs chambres par des palettes, les unes fixes solidaires du cylindre, d'autres mobiles, solidaires de l'uxe. L'actionneur suivant l'invention est remarquable par plusieurs points 1ère particularité : il ne comporte pas de joints d'étanchéité ce qui simplifie considérablement la construction et requiert une précision dtexécution nettement moindre. e particularité : sa conception permet de lui attribuer une longueur importante en regard de sa section radiale ce oui pour certaines applications est un avantage certain. 3e particularité : dans la version composite à deux blocs étagés réalisant 1800 de débattement la fixation des organes extérieurs se fait sur les enveloppes cylindriques de l'actionneur (fig.3) cette disposition corresponu sensiblement aux gonds et charnières couramment utilisés pour les pivotements de toutes sortes. 4e particularité : la multiplication des étages en série bout à bout revient à ajouter autant ue fois la possibilité d'effectuer 900 de rotation, ce qui peut déterminer un débattement supérieur à 3600, que ce soit avec une commande globale ou indépendante des étages. 5e particularité : l'actionneur peut être libre à rotation en l'absence de pression de travail, ce qui le ramène à un role d'articulation passive telles qu'une charnière tant que la pression est supprimée. 6e particularité : une variante de l'actionneu insiste en une disposition d'autoblocage par absence de pression ceci sur une position angulaire quelconque du débattement. 7e particularité : l'autoblocage peut être confirmé par une pression auxiliaire issue par exemple d'an accumulateur de pression, ce qui lors d'un débattement jusqu'en butée offre l'avantage d'assurer par surcroit un amortissement hydraulique des chocs de butée lorsque la pression de travail est maintenue constamment. Le dispositif constitue une véritable liaison articulée entre deux organes à mouvoir en pivotement, ce qui permet une intégration parfaite au mécanisme à réaliser. I1 tire son principe de la charnière motorisée par deux organes colatéraux aux plans de la charnière, ayant un fonctionnement antagoniste, réciproque et alternatif. Ce principe est montré très schématiquement par la figure 2 (vue en bout de charnière) où R et R' sont des vannes autorisant le passage du fluide qui est introduit en P tandis que S et S' sont des vannes interdisant le passage pour le cas de fonctionnenent où le plan (palette) mobile doit se déplacer dans le sens horaire. Plusieurs moyens permettent 'arriver à ce résultat, en particulier celui dont la description suit, illustrée à titre indicatif et non limitatif sur les planches de dessins ci-jointes, où La fig. 3 est une représentation en perspective de l'appareil. La fig. 4 est une coupe radiale suivant IV-IV de la fig. 6, au travail sur une position extrême de son débattement. la fig e 5 est une coupe radiale, au travail sur une position moyenne de son débattement. La fig. 6 est la coupe axiale suivant VI-VI de la figure 4. Les fig. 7 et 8 représentent un élément particulier dont le rôle est éclairci dans la suite de la description. les fig. 9, 10 et 11 sont des coupes radiales partielles montrant les systèmes d'autoblocage et d'amortissement. Les organes moteurs consistent en deux manchons 11 et 12 fig. 4 et 5 formant chambres ; ils sont souples, expansibles et déformables, de section nominale cylindrique et agissent sur des palettes enveloppantes 13 et 14 qui réalisent ensemble deux cavités : ces palettes remplacent les plans de la charnière de base mentionnée pour la fig. 2. La palette 14 est solidaire d'un cylindre extérieur 15 formant carter protecteur et elle pivote autour de l'axe 16. Chaque extrémité du cylindre. est close par un fond mobile à rotation. Ces fonds maintiennent fixement en position l'axe d'articulation 16 ainsi que deux tubes alimentaires 17 et 18 pour l'amenée de la pression (fig. 6) ; la palette enveloppante 13 est maintenue à chacune de ses extrémités par un pion de centrage bloqué dans chacun des fonds de cylindres (fig. 5, 13-1 ou encore fig. 11 B, 23-1). On voit que les chambres, outre les qualités de plasticité et d'expansion, doivent rester inaltérablesau~fluide moteur, que le glissement entre le cylindre 15 et la palette 13 doit être doux (contact 13-2) alors que le contact 13-3 entre la palette et l'axe 16 doit être serrant fig. 5, que les tubes, sur les extrémités desquels sont fixées les chambres par des colliers appropriés (fig. 6, 111) doivent être perforés pour assurer tour à tour le'remplissage et le vidage des chambres et outils doivent être rigidement fixés dans au moins un des fonds de cylindre (fond 19, fig. 6). La fig. 6 montre encore la façon de fixer les manchons sur les tubes, avec un repli des extrémités sur. elles-mêmes, ce qui implique des manchons plus longs que les parties des tubas sur lesquels ils sont disposés. Cela permet l'utilisation totale de la longueur des cavités et facilite la déformation asymétrique des manchons au gonflage. La rotation partielle relative entre les deux palettes enveloppantes, lorsqu'elle réalise une diminution d'une cavité, accroît d'une quantité correspondante le volume de la seconde cavité. Si à un instant donné la pression d'alimentation est dirigée sur le tube 18 (fig. 5), le fluide en s'échappant au travers des trous aménagés dans celui-ci se répand dans la chambre élastique 12 et la distend. La poussée se transmet aux palettes enveloppantes 13 et 14. La Palette 13 ne se déplace que de la valeur du jeu autorisé au niveau des pions de maintien 13-1 (fig. 5) et des déformations admissibles de cette palette. La palette 14 solidaire de la paroi interne du cylindre 15 se trouve repoussée entrainant ce dernier en un mouvement circulaire, qui se traduit par un rapprochement de la partie opposée de cette même palette vers le tube 17 relié à ce moment au circuit de retour du générateur de pression. L'appareil ainsi décrit autorise un débattement angulaire du cylindre par rapport aux deux fonds de 900, ce qui dans bien des cas est insuffisant. Associé à un second bloc identique par mise en commun du fond 19, le débattement angulaire entre les deux cylindres devient 180 . Pour cela le fond 19 réalise la liaison des deux étages et la communication des alimentations entre les étages. Quand ùn seul bloc fonctionnel suffit (débattement inférieur ou égal à 900) le cylindre est fermé par deux fonds identiques 110 et le débattement s'effectue entre cylindre et fonds. Comme les applications les plus nombreuses portent sur les dispositifs à deux étages, il y a lieu de considérer le choix du type de positionnement au repos, des cylindres l'un par rap- port à l'autre, pour les emplois envisagés. Si le débattement doit s'effectuer dans un angle variant de O à 1800 (fig. 4, cas des fonctionnements Tout ou Rien), les blocs sont implantés sur le fond commun avec un décalage de 900 : soit deux tubes alimentaires en opposition diagonale et deux en prolongement (fig. 7). Si le débattement doit être de 900 de part et d'autre d'une position moyenne (fig. 5, cas général des fonctionnements Proportionnels), les blocs sont implantés sur le fond commun avec un décalage de 1800, soit avec les tubes alimentaires en opposition diagonale deux à deux (fig. 8). Les figures 7 et 8 montrent la conformation type du fond commun 19 (fig. 6) pour assurer la répartition des courants fluidiques. Ce fond est le même pour les deux variantes de positionnement des cylindres, seuls changent l'orientation des perforations des tubes alimentaires lors de leur montage fixe sur le fond 19 et, pour le cas de débattement illustré par la fig. 4, la mise en place de tubes en prolongement de part et d'autre du fond, avec obstruction du trou diamétralement opposé (fig. 7). Lorsqu'il y a assemblage de deux blocs le même processus ré- git le fonctionnement du deuxième bloc. Dans ce cas la pression établie sur le tube 18 (fig. 5), tout en injectant le fluide dans la chambre 12-1 du premier bloc, l'injecte aussi dans la chambre 12-2 du deuxième bloc au travers de la pièce de jonction 19 (fig. 6) qui comporte deux canaux annulaires de répartition (U et W fig. 8). Le fluide venant du tube 18 (bloc 1) (fig. 8D) sort dans le canal. U (fig. 8A) par le trou T du tube et se déplace selon deux courants dans le canal annulaire U avant de trouver une issue par l'orifice V du tube 18 (bloc 2). De là le fluide se répand dans la chambre 12 du bloc 2 en mouvant la palette 14 de ce même bloc.Par la position relative des orifices des tubes débouchant dans ce canal le mouvement de chaque palette mobile se fait en sens inverse l'une par rapport à l'autre, ce qui additionne l'amplitude des mouvements effectués par chaque palette, d'où la possibilité de réaliser 1800 de débattement entre les deux palettes, donc entre chaque cylindre. zizis pour ce faire il faut évidemment que le fluide contenu à cet instant dans la chambre 11 (bloc 2) s'échappe. Pour cela le fluide s'infiltre dans le tube 17 (bloc 2) (fig. 8C), entre dans le canal W par le trou X, en ressort par le trou Y du tube 17 (bloc 1) et se trouve alors en communication avec le circuit de retour. Si l'on envisage un angle de débattement supérieur à 1800, ce qui implique la liaison de 3 ou 4 étages voire plus, il faut remarquer que l'alimentation se fait alors en parallèle au moyen d'une pièce de liaison différente. Par exemple pour un débattement de 360 on utilise deux doubles blocs alimentés en série comme décrit reliés entre eux par une jonction permettant une > rise ae pression latérale qui peut être alimentee à partir de la meme source que le premier double bloc ou indépendamment. On s'aperçoit gue la pièce de jonction dont il est question est nécessaire tous les 1800 d'angle à réaliser. La description qui précède illustrée par les fig. 4 et 5 s'attache à développer la conception de l'actionneur dont la position angulaire dépend directement de l'application de la pression, où par conséquent, le mouvement angulaire devient libre en l'absence de pression. Maintenant il est question du même actionneur pouvant se bloquer dans la dernière position réalisée à l'annulation de la pression. La modification porte sur la palette fixe 13 (fig. 5) dont la partie en contact avec l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 13-2 est à glissement doux avec cette dernière. La version à autoblocage au contraire comporte une palette 23 fig. 9 montée serrée au contact 23-2 du cylindre 15 mais avec un certain jeu au contact 23-5 de l'axe 16. La palette 23 est impérativement faite d'une matière à élasticité raide et comporte une fente radiale lui conférant une certaine souplesse à la compression dans le sens perpendiculaire à la fente. En l'absence de pression cette pièce occupe sa position normale détendue et détermine un serrage contre le cylindre à la manière de patins de freins. Lorsque la pression est appliquée sur l'une ou l'autre chambre, la force pressante comprime la palette enveloppante sur sa fente libérant la friction du patin au contact sur le cylindre du côté de la chambre sous pression.En même temps s'amorce un léger pivotement autour des pions de centrage autorisé par le jeu existant entre la palette et l'axe 16 (contact 23-3). Ceci a pour effet de libérer le cylindre du serrage du 2e patin, celui qui est situé du côté de la chambre hors pression fig. 9. Si les 2 chambres sont en pression la palette est comprimée des deux côtés vers la fente et là encore le s patins cessent de frotter sur le cylindre (fig. 10). On peut être amené à souhaiter un serrage plus énergique de la palette 23 sur le cylindre, le montage de garnitures de friction peut y aider (fig. 11) de même que l'utilisation d'une pression auxiliaire P.A. s'appliquant à un manchon élastique 212 de même nature que les manchons des chambres de travail et logé dans une cavité ménagée dans la fente de la palette, cavité coaxiale aux pieds de centrage de la palette. La pression auxiliaire annliouée tend à écarter la fente et accroît le serrage des patins sur le cylindre. Cette pression auxiliaire peut aussi être fournie par un accumulateur extérieur qui joue un rôle d'amortisseur pour les cas où l'on désire diminuer les chocs de débattement en butée de course.L'arrivée sur butée tend à comprimer encore davantage la palette qui écrase dans le même rapport la chambre auxiliaire laquelle transmet la poussée absorbée à l'accusulateur.(P.A. étant ici un liquide sous pression) Ce dernier par réaction renvoie cette poussée dans la chambre auxiliaire écartant la fente et tendant à bloquer le cylindre I1 est évident que le circuit auxiliaire hydraulique extérieur peut comporter la combinaison des deux dernières particularités ci-dessus décrites. Mentionnons encore que l'actionneur à bloc unique ou étages multiples est censé connaître de faibles pertes en charge et donc censé être doté d'une réponse rapide par les tubes alimentaires largement dimensionnés qui l'équipent et la réduction des frottements (3 pièces au maximum en mouvements relatifs par étage et absence de joints d'étanchéité causes de frottements non négligeables). L'invention ainsi conçue et décrite est susceptible de nombreuses modifications et variantes qui entrent toutes dans le domaine du concept inventif. Les matières employées ainsi que les dimensions adoptées peuvent être quelconques et adaptées aux nécessités de chaque cas particulier. I1 convient de remarquer cependant que pour un dimensionnement déterminé de la section radiale, la longueur axiale peut s' échelonner dans une gamme en accord avec la gamme des forces développées pour différents modèles. En outre tous les éléments peuvent être remplacés par d'autres techniquemunt équivalents. En tant que module, l'actionneur selon l'invention est susceptible d'entrer dans une multitude d'applications qui se répartissent dans les groupes déjà cités en fonction des modes d'utilisation mais dont la liste qui suit n'est pas limitative. Groupe 1 Articulation motorisée de portes, portillons, portières, fenêtres, trappes, écoutilles, parois ou cloisons mobiles, panneaux solaires, barrières, antennes déployables, vannes, verrou~ illages hydrauliques, propulseurs par battements, essuie-glaces, etc..,. Groupe 2 Crics, ponts de levage, presses, machines de conditionnement, échafaudages mobiles à hauteur de plan de travail réglable, élévateurs de charges, monte-charges ou ascenseurs, propulsés ou tractés pour constructions à un ou deux niveaux (ascenseurs fonctionnant à l'eau de ville), tables de mise à niveau, meubles à hauteur variable ou meubles pliables, propulseurs par bonds, vibrateurs, tasseurs, etc... Groupe 3 Gouvernes, gouvernails, directions de véhicules, suspensions, aérofreins, plateformes de visée, de poursuite, panneaux solaires, vannes type papillon, relevages hydrauliques de machines agricoles, stabilisateurs anti-roulis, propulseurs par battements, variateurs de pas de rotor, antennes orientables, etc... Groupe 4 Stabilisateurs anti-roulis, générateurs de houle, appareils de manutention fine, de manipulation, d'excavation, appareils de lutte contre l'incendie, tables graphiques, tables et fauteuils médicaux, télécommandes hydrauliques, prothèses et appareils de rééducation musculaire, robots nageurs, rampeurs, marcheurs, etc... REVENDICATIONS 1) Dispositif à pression de fluide permettant les déplacements engulaires d'un organs par rapport à un autre, comprenant un mécanisme pivotant commandé au moyen de moteurs aliments par le fluide, caractérisé en ce que les moteurs consistent en deug manchons dits chambres de travail, tubulaires, souples, expansibles et déformables, agencés pour aotionner le mécaniane pivotant lié à l'organs à mouvoir. 2) Dispositif selon la rovendication', caractérisé en ce que les chambres de travail ont pour conséquence la suppression des joints d'étanchéité de toutes sortes. ch@cune 3) Dispositif selon/des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide, en fonction du @ens de déplacement chcisi, dilate l'une des deux chambres de travail avec déformation, tandie que l'autre se contracte par échappement de fluide. ch@cune 4) Dispositif selon/des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les chambres de @ravail pouvant être d'aspect quelconque, autre que tubulaire, notamment prendre la forme d'un soufflet cylindrique à ondulations dans le sens axial, être développables en même tempe qu'erpansibles, unitaires ou multiples, etc..., et agir par l'intermédiaire ou non d'un autre corps, solide ou liquide. ch@cune 5) Dispositif selon/des rovendications précédentes 1 à 4, carsctérisé en ce que le mécanisme pivotant se compose de deux parties mobiles jouant le rôle de palettes, articulées autour d'un axe commun. ch@cune 6) Dispositif selon/des revendications précédentes 1 à 5, caractérisé an ce que les tubes d'alimentation concentriques intérieurement aux chambres de travail servent tour à tour au remplissage et au vidage de ces dernières par les perforations qu'ils comportent, 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé an OC que les manchons sont fixés Sur leurs tubes au non de colliers appropriés de façon telle que leurs extrémités forment unrepli sur elles-mômes. ch@cune 8) Dispositif selon/des revendisations précédentes 1 à 7, caractérisé en ce qu'il réalise un bl@@ fonctionnel ou étage sasurant un déplacement angulaire de 90 . ch@cune 9) Dispositif selon/des revendisations précédentes 1 à 8, caractérisé en ce que pour obtenir un déplacoment d'un angle multiple de 90 , il suffit d'assembler autant d'étages identiques selon l'invention, au moyen de pièces de liaison et quel ques aménagements. ch@cune 10) Dispositif selon/des revendications précédentes 1 à 9, caractérisé en ce que la pièce commune de liaison est réalisée de telle sorte qu'elle autorise le transfert du fluide moteur entre deux blocs Joints pour réaliser 1800 de débattement et rend possible la détermination du calage initial souhaité entre les mé@anismes pivotants de chacun des deux blocs. ch@cune 11) Dispositif selon/des revendications précédentes 1 à 10 caractérisé en ce qu'il se comporte comme unee articulstion pas sive en l'absence de pression. ch@cune 12) Dispositif selon/des revendications précédentes 1 à 10, caractérise on ce qu'une absence de pressien peut au contraire le bloquer dans la dernière position angulaire réalisée. 13) Dispositif selon la revondication 12 caractérisé en ce que le blocage en position angulaire quelconque peut être amélioré par la présence d'une pression auxiliaire appliquée au moment de la suppession de la presaion de travail. 14) Dispositif selon le revendication 13 caractérisé en ce que la pression auxiliaire de blocage peut également produire un effet amortisseur lorsqu'elle est appliquée en butée de course de débattement. 15) Machines équipées d'au moins un dispositif à un ou plusieurs blocs fonctionnels suivant l'une quelconque des revendications 1 & 14.