Brevet FR2305657A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne un sas destiné à assurer l'étanchéité entre deux pièces dont l'une est mobile par rapport à l'autre. Cette invention est particulièrement destinée à des pièces de grandes dimensions dont les états de surface ne relèvent pas d'un usinage de précision,dont le déplacement relatif ne requiert pas obligatoirement une grande précision mécanique, qui sont animées d'une vitesse lente, et qui, sous certaines réserves qui seront précisées plus loin, peuvent être de formes quelconques. On soit couramment garantir l'étanchétté à température ambiante entre deux pièces statiques, même de grandes dimensions, à l'aide d'un joint plastique serré uniformément. Toutefois, lorsque l'on veut une étanchéité%ltra-vide" convenable pour des chambres à l'intérieur desquelles le vide sera meilleur que 10 6 Torr ou lorsque l'on veut garantir l'étanchétté entre une pièce tournant traversant une paroi par exemple, on a l'habitude d'utiliser un'bnneau de garde" ou sas dans lequel on fait régner une pression intermédiaire entre les environnements intérieur et extérieur. Le volume défini par le sas est délimité par des joints qui dans les dispositifs connus sont de trois sortes : les plus répandus sont des joints de type "presse-étoupe", joints toriques ou autres qui frottent sur les pièces ;#en second lieu des joints labyrinthes associés à des joints "presse-étoupe" qui repartissent la pression spacialement à l'intérieur du sas ( ces joints sont surtout utilisé dans les grondes machines tournantes telles que pompe, compresseur, etc... ), enfin en troisième lieu des joints liquides tels que ceux à fluide magné- tique récemment introduits sur le marché et qui sont des joints sans frottement ( l'étanchéité est assurée par un fluide maintenu entre deux pièces polaires à l'aide d'un champ magnétique ).Tous ces joints récla- ment une grande précision d'usinage et de positionnement d'une pièce par rapport à l'autre, pour les plus simples, ils sont réservés uniquement à des pièces circulaires ou cylindriques et de petites dimensions, les joints de plus grandes tailles, tels que ceux utilisés sur les machines tournantes font appel à des techniques d'usinage et un assemblage de pièces extrèmement complexe et coûteux. Enfin, on peut citer, connu de longue date, le déplacement par glissement de chambre à vide pourvu d'un sas ( ou "anneau de garde'') sur une surface plane. il s'agit de déplacements lent, de faible course, et qui jusqu'à présent ont été limités à des joints de petites dimensions à cause d'efforts excessifs de frottement. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter les inconvénients précités. Il est possible en effet de réaliser à l'aide d'un tel sas l'étanchéité entre des pièces dont les états de surface sont médiocres, dont le positionnement relatif peut être assuré à quelques millimètres près, lorsque l'une des pièces à une forme quelconque (elle n'est pas obligatoirement de révolution ), et de grandes dimensions. Toutefois, il est nécessaire que le mouvement relatif de ces pièces soit lent.( Inférieur à 10 mètres par minute ). La présente invention a également pour objectif de créer un dispositif fiable, rustique, de réalisation simple et économique, et dont le fonctionnement n'est pas entravé par des forces de frottement entre les pièces. Le dispositif, objet de l'invention, est un sas qui comporte deux parois flexibles, l'une intérieure à l'autre, autoporteuses, c'est-àdire résistantes aux forces d'écrasement de la pression, et qui agissent par déformationscontrolées successives au cours du mouvement des pièces. Ce dispositif comporte également une paroi rigide, solidaire de la première pièce, les deux parois déformables précédentes reliées par une extrémité à ladite paroi rigide et dont l'autre extrémité est pourvue d'un joint plat appliqué périodiquement sur la seconde pièce ; il comporte encore des dispositifs annexes de serrage des joints plats, de déplacements pas à pas des parois flexibles, et surtout des structures résistantes supportant les parois flexibles et capable de reporter les efforts de pression sur des structures rigides. Pour mieux faire comprendre ce dispositif, objet de ltinvention, et en démontrer les originalitést nous décrirons à type d'exemple deux schémas différents. Le premier correspond à un sas utilisable pour assurer l'étanchétté entre une chambre cylindrique de très grandes dimensions reposant sur une surface plane, et en rotation continue sur cette sur face ; le second correspond à un sas entourant une chambre prismatique qui permet de réaliser une opération sous vide sur des pièces transport tées par une ligne transfert d'usinage ( fabricction de grandes séries ). La première description est représentée par les figures 1, 2 et 3. Elle concerne deux pièces de grandes dimensions en mouvement l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation. Sur la figure 1, on voit les pièces 3 et 4, la pièce 4 étant animée d'un mouvement de rotation par rapport à la pièce 3 autour d'un axe et en s'appuyant sur les chemins de roulement 5. Ces deux pièces séparent deux environnements, l'en- vironnement 1 et l'environnement 2. Par exemple l'environnement 2- corres- pond à l'atmosphère ambiante alors que l'environnement i correspond à un vide poussé.Le sas, objet de l'invention, comprend une partie mobile 10 solidaire de la pièce 4 et deux parois flexibles, ondulées, cylindriques fixées sur la paroi 10 par les serre-joints 13 et 7. Leur extrémité comprend des semelles 9 et 8 respectivement. Ces semelles sont successivement appliquées sur la pièce 3 au cours de la rotation de la pièce 4, de telle sorte qu'à chaque instant, il y a au moins l'une de ces semelles qui se trouve appliquée sur la pièce fixe 3. Ces parois flexibles comportent une partie élastique 12 et 11 respectivement pour la paroi intérieure et la paroi extérieure, renforcée par des entretoises 15 et 1- destinées à contenir les efforts d'écrasement.Ces entretoises 1% sont séparées les unes des autres et maintenues à écartement constant grace à des tiges 35 ( figure 2 ). Le serrage des semelles 8 et 9 sur la pièce fixe 3 s'effectue de deux façons différentes : pour la semelle S on utilise des ressorts 17 tenus par des tiges 18 et des socles amovibles 19 ; pour la semelle 9 on utilise des tiges 22 groupées en cage d'écureuil et qui permettent le serrage du joint sur la pièce en dépit du déplacement relatif de ces tiges 22. Ceci est représenté sur la figure 3. Autrement dit lorsque ces semelles sont appuyées sur la pièce fixe alors que la pièce 4 est entrainée en rotation, ces parois flexibles se déforment en torsion progressivement. Lorsque cette torsion atteint une valeur suffisante, or relache alors la pression exercée par les ressorts 20 ou 17 de telle sorte que ces semelles d'appui se trouvent libérées ; à ce moment là, des ressorts de rappel remettent en place les parois flexibles. Le système destiné à redresser la torsion de la paroi flexible extérieure est représentée sur la figure 1 et la figure. 2.Dans cet exemple7 on dispose de tiges 21 disposes en cage d'écureuil autour de la paroi flexible ; des anneaux .S- sont ixés Cons un renforcement 3 de la paroi en caoutchouc il qu est en appui sur l'extrémi-te r 1 ces structures annulaires 16 résis tantes au flambage, et un ressort non représenté sur les figures 1 et 2 assure le rappel de la pièce .#'- c est-à-dire de l'extrémité de l'onde en caoutchou; sur la cage d'écureuil 21, ea qui est solidaire de la partie mobile 4. Dans le cas de la paroi ondulée intérieure on procède de façon analogue. ia cage d'écureuil 22 poss#de c l'extrémité de cHacune de ces tiges des glissières 1 qui comportent de chariots -#, chariots qui euxmêmes sont équipés de patins if destinés-à serrer la semelle 9 par l'intermédiaire des ressorts 20. Le déplacement vertical de la cage d'écureuil 22 vient mettre en appui la pièce 46 sur le joint en caoutchouc 9.Dès lors ce joint 4é est fixe pur rapport à la pièce 3 alors que la cage d'écureuil 22 se déplace vers la gauche sur la figure 3 a En relevant la cage d'écureuil 22 on libère alors la semelle 9. Il s'agit alors de ramener en position le chariot 42 grace au ressort de rappel 44 qui agit sur des tiges 43 et 45 respectivement solidaires de 42 et de 22 : et parallèlement d'assurer le rappel des ondes en leur position pri mitive par rapport à la cage d'écureuil afin de replacer la paroi flexile 12 dans sa position initiale ; ceci réalisé de la même façon que pour la paroi flexible extérieure, c'est-à-dire grace à des crochets 34 fixés aux extrémités des ondes 30 des parc s en caoutchouc 11, crochets qui sont eux-mêmes reliés par des ressorts de rappel attiges 22. Le volume compris entre les deux parois flexibles 12 et 11 est pope séparément par un groupe de pompage habituel qui n'est pas représerré sur la figure l'environnement I, c'est-à-dire le volume intérieur limité par les pièces 3 et 4 est lul-meme pompé séparément dens les meilleures conCitlons ainsi que le volume compris entre la paroi flexible intérieur et la pièce grace des orifices 23. Le système indiqué fonctionne dons les conditions suivantes : tout d.'a#ordr les deux pièces étant immobiles l'une par rapport à l'autre on procède au pompage simultané d'une part du sas, d'autre part de l'intérieur du volume I limité par les pièces 3 et 4 ; à ce moment là, les semelles 9 et 8 sont appliquées par les ressorts 17 et 20.Lorsque l'on va procéder à la mise en route de la pièce 4 autour de son axe, on relache alors la pression du ressort 20 de telle sorte que le patin 46 (figure 3) n'applique plus sur la semelle 9 ; dans ces conditions, la paroi flexible 12 se déplace sans déformation en même temps que la pièce 4, Par contre, la pièce flexible 11 ayant son extrémité 8 fixée sur la pièce 3 grace auxressort 17 lié au socle 19, ce33e=pi~ec va subir une torsion progessive sur elle-même. Lorsque cette torsion atteint une valeur suffisante, alors on descend la cage d'écureuil 22 qui vient appliquer à son tour la semelle 9 et la rendre solidaire de la pièce 3 si bien que la paroi 12 va à son tour se mettre en déformation.Dans le même temps on libère la pression exercée par les ressorts 17 et les ressorts de rappel liant la paroi flexible 11 à la cage d'écureuil 21 vont rappeler la paroi flexible 11 dans sa position initiale par glissement du joint-8 sur la pièce 3, voire par décoilement de ce joint. Lors de ce mouvement de glissement il peut survenir des fuites de gaz à l'intérieur du sas ; toutefois comme le second joint est appliqué statiquement sur la pièce fixe, il n'y a pas de risque de fuite à l'intérieur de l'environnement I. Aussitôt que la paroi flexible extérieure a repris sa position initiale elle est appliquée de nouveau sur la paroi 3 et l'on continue à pomper à l'intérieur du sas, dès que la pression à l'intérieur de sas a retrouvé sa valeur normale de fonctionnement,c'est-à-dire un vide convenable, on relave alors la cage d'écureuil 22 qui va libérer la semelle 9 et permettre à son tour à la paroi flexible 12 de reprendre sa position initiale grace aux efforts de rappel. Toutes ces commandes et tous ces cycles s'effectuent par des moyens très classiques d'asservissements ; les cycles sont ainsi répétés continuellement au cours de la rotation de la pièce 4. Des sécurités sont évidemment prévues qui arrètent le mouvement et toute autre manoeuvre lorsque, pour raison quelconque, les parois flexibles viendraient à etre déformées au delà des limites admissibles. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement l'application des dispositions précédentes au soudage par faiseau d'électrons d'une couronne de très grandes dimensions 61 sur un disque de très grandes dimensions 53. a couronne est supportée par les trépieds 62 et le disque par les trépieds 52. Le sas selon l'invention délimite des volumes connectés par des pompes à vide. Le volume intérieur délimité par les parois flexibles 76 et 77 est pompé par l'orifice 59,!est entouré du volume extérieur pompé par les orifices 58 et, délimité par les parois flexibles 75 et 78. Toutes ces parois flexibles sont réunies de façon étanc#he à une même platinesupport 48 qui est entrainée uniformément en rotation pendant le soudage. Les volumes sous vide se trouvent ainsi limités par les parois flexibles, par la.platine-support ainsi que par un réceptacle 51 placé à l'envers du joint 60 qui doit être soudé selon 80. Des colonnes 49 maintiennent l'écartement entre la platine-support 48 et les pièces à souder 53 et 61. Le canon à électrons 70 est connecté à une pompe secondaire 72. Il est relié à la platine-support par l'intermédiaire d'un raccord souple 69 ; il est entrainé séparément en rotation à une vitesse constante voisine de la vitesse de déplacement de la platine-support 48. Les organes annexes sont les suivants : d'une part, les groupes de pompage 50, 55 et 56 utilisés respectivement pour-mettre sous vide le receptacle 51, l'anneau de garde compris entre les parois flexibles 75 et 76 d'une part et 77 et 78 d'autre part, enfin la chambre centrale qui couvre le joint de soudage et qui se trouve comprise entre les parois flexibles 76 et 77. Le bloc haute-tension 73 et l'armoire de commande 74 destinée à l'alimentation électrique du canon à électrons par l'intermédiaire du cable 71 ainsi que les groupes de pompage 55 et 56 sont placés sur une table mobile 54. Le canon à électrons est porté par une console 68 qui roule par l'intermédiaire de galets 67 sur un chemin 64. Cette console est guidée dans son mouvement par des galets 63 et des bras 65, elle est mue par un moteur autonome 'a. De cette façon le déplacement du canon peut être maintenu à vitesse constante de façon raisonnable indépendamment de tous ies àzcoups qui pourraient accompagner le déplacement des parois fléxibles lors du cheminement du sas au dessus du joint à souder. Sur les figures 5, 6, 7, 8, et 9, nous montrons un nouvel exemple de réalisation d'un tel sas à partir de formes prismatiques et non plus cylindriques, ainsi qu'un exemple d'application de ce dispositif à l'intraduction d'opérations de soudage par bombardement électronique sur des pièces transportées par une chaine complétement automatique atiusinoge pour les fabrications à très grande productivité. La figure 5 représente la séquence de déplacement de pièces numérotées 1, 2, 3, 4, 5 en dessous de ce sas de telle sorte qu'il soit possigle de procéder à des opérations sous vide, ici il s'ag#it de soudage par bombardement électronique, de telle sorte que le temps de soudage est maintenu au maximum lors du défilement successif des pièces sous le canon à électrons. Il s'agit de machines à haute productivité. Sur la figure 5, Les séquences sont numérotées A, B, C, D, E, F, G. Dans toutes les opérations décrites, la platine-support 91 est fixe. Sur le schéma A, les joints 84 et o2 sont appliqués sur les pièces 2 et 3, le courant de soudage émet un faiseau d'électrons 92. En B, les parois flexibles 83 intérieures sont soulevées permettant ainsi en C le déplacement de l'ensemble des pièces. En D, ces parois intérieures 83 sont remises en appui sur les pièces. En E le soudage est commencé alors que sont soulevées les parois flexibles extérieures qui en F prennent une nouvelle position et sont appliquées en G sur les pièces 3 et 4, bouclant ainsi le cycle du mode opératoire.Sur le schéma C, on a indiqué deux flèches verticales venant à l'aplomb des joints contigüs entre les pièces 1 et 2 d'une part et 3 et 4 d'autre part ; il s'agit d'organes assurant le serrage sans aléardes pièces 1 et 2 entre elles ainsi que 3 et 4 respectivement de façon à éviter les fuites ou à la juxtaposition des pièces. Peci est indiqué également sur la figure ';.Sur la partie gauche de la figure 6 on a représenté les pièces 1, 2 et o correspondant au schéma A de la figure 5. On distingue sur cette figure les lianes d'application des joints fermant les chambres intérieurés et extérieures du sas aux parois flexibles. Sur la droite de cette figure, on a indiqué la positIon des pièces correspondant au schéma C.Nous avons alors 4 pièces en présence, le joint de la paroi flexible extérIeure s'est trouvé déplacé alors que la chambre intérieure est relevée et surplombe maintenant la pièce G sur laquelle elle va venir s'appuyer dans l'étape ultérieure. n de a schématisé également la mise en place entre les pièces 3 et tldeux cava- liers destinés à serrer les pièces 3 et 4entre elles, le long d'un joint 1 représente en figure 7; ainsi que la dépose des mêmes cavaliers qui ont servi à appliquer l'une contre l'outre les pièces 1 et 2.La figure 7 représente une coupe Axde la figure o. Les pièces 1, 2 et 3 sont dans cette figure des bacs contenant des pièces sur lesquelles seront effectuées des opérations de soudage. On a schématisé les parois Ce la chuinbre intérieure 83 ainsi que celtes de la chambre extérieure 80 qui s'appliquent respectivement sur les pièces 2 par le joint 84 et sur la pièce 1 et 3 par le joint ,2. Les bacs 1, 2 et 3 sont serrés les uns contre les autres par le joint d'étanchéité 1. A l'intérieur du bac 2 on a figuré une couronne 86 sur laquelle sera effectué une opération de soudage,qui repose sur une table tournante 88 commandée par un axe On voit donc que l'on peut placer à l'intérieur de ces bacs toute une série de pièces différentes en dimensions et en formes, et qui sont destinées à subir des opérations de soudage. Les figures 8 et 9 schématisent l'introduction d'un tel appareil lage de soudage dans une chine complétement automatisée. L'appareillage lui-même est représenté dans la figure 8. On voit la platine-support 93 qui est surmontée d'une chambre 91 et contenant un canon de soudage 101 alimenté par le cabie 100 ; dans ce schéma, ce canon de soudage peut se mouvoir à l'intérieur de la chambre 92 grâce à un chariot qui se déplace par des galets 102 sur des rails. Cette platine-support est reliée à des pieds résistants 98 et 99 ainsi qu'à une table 97 maintenus à une distance constante de ladite platine.Cette table sert à retenir et à guider les pièces #; dans leur déplacement à L'intérieur du sas à parois flexibles. Le volume intérieur du sas est pompé par l'orifice 104. Ce sas intérieur comporte une partie rigide 105 et une partie flexible 106 qui s'élèvent verticalement au cours du cycle des opérations. Le sas extérieur comportevdes parois flexibles 94 qu sont appliquées par des joints 95 sur les pièces mobiles 96 Le volume compris entre les parois flexibles intérieures et les parois flexibles extérieures est pompé par l'orifice 103. r-5 parois scnt semblables r## celles décrites dons la fiaure 1. La figure 9 est une vue en perspective d'un tel appareillage de soudage. La platine support 93 comporte à sa partie supérieure un volume 91 à l'intérieur duquel se déplace le canon à électrons. Ce volume est pompé par une pompe à diffusion 110. On a indiqué également le pompage entre les parois flexibles intérieures et extérieures grace à la tubu lure 103. Des réceptacles 96 analogues à ceux qui ont d décrits dans la figure 7 et qui contiennent des pièces a souder viennent successive ment en poste fixe en dessous du canon à électrons, lequel reçoit une série d'asservissements en position en fonction des pièces à souder.Ces réceptacles 96 sont au fur et à mesure rejetés à la partie droite de l'appareil pour être ensuite dirigés grace au chemin à rouleaux 110 sur la ligne principale 112 de manutention. Un réceptacle venant de subir les opérations de soudage 113 est représenté sur cette ligne de desserte 112. On voit ainsi que le temps de pompage préalable au soudage se trouve complètement masqué par-la durée de l'opération de soudage elle même. Rien ne s'oppose également à ce qu'un tel dispositif permette le refroidissement suffisant des pièces, si nécessaire, avant leur remise à l'air libre. Le canon à électrons est constamment maintenu sous vide ce qui élimine les habituels cyclages thermiques de leurs cathode, cyclagesqui entrainent une usure prématurée. Enfin, on conçoit que des systèmes analogues à ceux de la commande numérique des machines outils appliqués au mouvement du canon à électrons et à la mise en rotation éventuelle des pièces situées dans leur casier de manutention permettent de disposer d'un appareillage de soudage particulièrement adapté aux chaines transfert d'usinage. Ces exemples d'application à des opérations de soudage sont donnés à titre non limitatif, on peut tout autant envisager l'emploi de ces sas pour des opérations d'impréonation sous vide sur une channe transfert ou encore, pour des opérations de brasage sous vide etc... La figure 8 d#Cr#t#égôle.ent une toute autre application. Il s'agit d'une chambre à vide à peroisflexiblsomportant un bâti rigide 97 lié à une platine 93 par des pieds 99. Le bati 97 retient une table XY 96 sur laquelle est appliquée la paroi flexible 94 ( paroi si ire à celle décrite sur la figure 1 ) par des joints étanches serrés sur 96. Dans c cette figure 8 simplifiée il convient de foire abstraction des pièces 103, 105 et 106. Un canon à électrons 101 dirige un faiseau d'électrons sur fine ou plusieurs pièces reposant sur la table XY. Les mouvements de cette table sont commandés par des Iwbpens extérieurs à la chambre à vide et ne sont pas représentés. Cette chambre à paroir souples apporte donc une solution extrême- ment simplifiée et sure ou problème de déplacement de pièces sous vide. REVENDICATIONS I. Dispositif destiné a maintenir l'étanchéité entre des pièces en mouvement relatif caractérisé par le fait qu'il comporte deux parois flexibles renforcées par des structures internes rigides résistant aux forces de pression, et dont lesdites structures se déplacent l'une par rapport a 11 autre de façon contrôlée lorsque l'on déforme les parois flexibles. 2. Dispositif selon la revendication I, où les structures résistantes sont formées d'anneaux plats assurant la tenue à 11 effondrement, et où les parois souples sont constituées d'ondulations en matériaux flexibles élastiques. 3. Dispositif caractérisé également par le fait que ces parois flexibles sont fixées par une seule extrémité sur l'une des pièces considérées comme fixe, tandis que l'autre extrémité est pourvue de joints "semelle" qui sont serrés sur l'autre-pièce par des moyens indépendants. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 où les parois sont déplacées alternativement sur la pièce mobile de sorte que, a tout instant, l'un su des joints reste serré contre la pièce mobile. 5. Dispositif selon la revendication 4 où des moyens assurent le retour des pa rois flexibles en leur position d'équilibre initial, dès lors que le joint est desserré de la pièce mobile. 6. Dispositif selon la revendication 5 où ces moyens comportent des ressorts de rappel liant le sommet extérieur des ondulations è la structure considérée comme fixe. 7. Appareillage destiné au sondage par électrons, sous vide, de pièces de grandes dimensions, le long d'un joint de révolution ; où l'étanchéité est maintenue par un dispositif tel que décrit dans l'une quelconques des revendications I a IV. 8. Appareillage destiné è traité sous vide des pièces distribuées sur une ligne transfert de haute productivité, comportant un socle et une platine fixes et un dispositif selon les revendications I è IV, ce dispositif étant de forme pris matique. 9. Chambre étanche comportant une paroi flexible et résistante aux forces de pression, fixée d'une part sur un bâti rigide, et d'autre part sur table XY mobile. Les mouvements de la table XY sont commandés par des moyens extérieurs à la chambre. Cette chambre comporte en particulier des canons de sondage par faisceau d'électrons.