Brevet FR2287718A1 — publié le 19760507

La présente invention a pour objet un dispositif pneumatique d'entretien des oscillations d'un balancier et l'application de ce dispositif à une minuterie. On connait des dispositifs d'entretien d'un balancier par des moyens pneumatiques, notamment par les Brevets français NO 1.458.057 - 1.506.827 et par les Brevets français appartenant à la demanderesse : NO 2.128.192 et 2.131.900, mais tous ces dispositifs antérieurs ont l'inconvénient soit de nécessiter un organe capteur et un relais pneumatique, soit de nécessiter une grande pression d'alimentation et une grande consommation de gaz sous pression. Un premier but de l'invention est de réaliser, par des moyens simples, un balancier entretenu consommant peu de gaz sous pression - autodémarreur - et dont l'amplitude soit autorégulée pour rester dans des limites compatibles avec le fonctionnement du dispositif. Un deuxième but de l'invention est l'application de ce dispositif à une minuterie pneumatique. Pour répondre au premier but, le dispositif selon l'invention comprend en combinaison : un balancier monté de façon connue avec son axe et son spiral, un ajutage monté dans le plan du balancier et dirigé suivant une sécante du balancier, une chambre, ci-après appelée capacité, reliée a l'ajutage et dans laquelle on admet l'air comprimé par un orifice ou restriction de très faible section par rapport à la section de l'ajutage. Le balancier consiste en un disque délimité par une demi-circonférence -de grand rayon et par une demi-circonférence de rayon plus petit, les deux demi-circonférences étant raccordées par un plan incliné dirigé suivant une sécante du balancier faisant, lorsque le balancier est au repos, un angle voisin de 90 avec la sécante suivant laquelle est dirigé l'ajutage. L'ajutage est taillé en biseau suivant une surface cylindrique concave pour épouser de très près la circonférence de grand rayon du balancier. Lorsque le balancier oscille pendant une demi-période l'ajutage est fermé lorsqu'il est en regard de la circonférence de grand rayon et la pression croit dans la capacité et l'ajutage est ouvert pendant l'autre demi-période lorsqu'il est en regard de la circonférence du petit rayon. \ A l'instant de l'ouverture, l'air accumulé dans la capacité s'échappe brutalement produisant une impulsion sur le plan incliné de raccordement des deux demi-circonférences. Au moment de la fermeture de l'ajutage l'ajutage ne débite qu'un jet d'air de faible vitesse produisant une légère impulsion contraire au sens de rotation insuffisante pour empêcher le balancier de revenir et de fermer l'ajutage. On verra plus loin, à l'occasion de la description détaillée, que le dispositif est autodémarreur et autorégulé en amplitude. L'application du dispositif à une minuterie est très simple puisque la capacité est alternativement à basse pression et à pression élevée suivant que l'ajutage est ouvert ou fermé on établit une dérivation sur la tubulure de l'ajutage pour alimenter une chambre cylindrique très plate de très faible volume fermée sur une face par une membrane de grande surface. La membrane actionne, contre l'action d'un ressort, un levier muni d'un cliquet moteur qui, à chaque pulsation, entraîne d'une dent une roue des temps maintenue par un cliquet de retenue contre l'action d'un ressort de remise- à zéro. La roue des temps porte un organe, par exemple une palette ou une goupille qui, à zéro, est contre une butéé fixe et qui, au bout du temps réglé, a parcouru un angle proportionnel au temps et rencontre un organe de commutation pneumatique, par exemple un détecteur pneumatique à fuite si c'est une palette ou un organe à tiroir ou un robinet à boisseau ou tout autre dispositif si c'est une goupille. Bien que le balancier soit autodémarreur pour l'application à une minuterie, il est préférable de lui joindre un dispositif d'aide au démarrage consistant en un cliquet de retenue coopérant avec une goupille du balancier qui maintient celui-ci au repos dans une position écartée de la position d'équilibre. A la mise en marche, on soulève le cliquet et le balancier oscille immédiatement alors que l'autodémarrage demande le franchissement d'un seuil qui peut ne se produire qu'au bout d'un temps indéterminé qui ne serait pas compté par la minuterie. La mise en marche est faite en mettant la pression d'alimentation dont une dérivation aboutit à une chambre auxiliaire fermée par une membrane actionnant contre l'action d'un ressort, un levier auxiliaire qui soulève le cliquet d'aide au démarrage pour libérer le balancier et met en prise avec les dents de la roue des temps le cliquet de retenue et le cliquet moteur. La remise à zero est faite en interrompant la pression d'alimentation, le levier auxiliaire revient sous l'action de son ressort, remet le cliquet d'aide au démarrage en prise avec le balancier et met le cliquet moteur et le cliquet de retenue hors de prise d'avec la denture de la roue des temps. La roue des temps revient à zéro sous l'action de son ressort de rappel. Le balancier entretenu selon l'invention peut être associé aux organes de la minuterie pour former un ensemble compact unique ou, dans une variante avantageuse, le balancier entretenu peut constituer un premier ensemble et plusieurs minuteries séparées peuvent être branchées en dérivation sur son ajutage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en se référant au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma du dispositif de balancier entretenu. La figure 2 est-un détail agrandi de la figure 1. Les figures 3 et 4 représentent le balancier dans deux positions différentes par rapport à l'ajutage. La figure 5 montre l'action du cliquet d'aide au démarrage. La figure 6 permet de bien comprendre le phénomène d'autorégulation de l'amplitude. La figure 7 montre le balancier entretenu formant avec une seule minuterie un ensemble compact, la roue des temps étant munie d'une palette coopérant avec un détecteur à fuite. La figure 8 illustre la variante dans laquelle le balancier entretenu est un dispositif séparé et pilote plusieurs minuteries. La figure 9 montre une variante avantageuse dans laquelle la roue des temps actionne un organe de commutation pneumatique. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le balancier 1 dans la position d'équilibre associé de façon connue à un spiral 2 attaché à un piton fixe 2 a Le balancier 1 est délimité par une demi-circonférence la de grand rayon et par une demi-circonférence lb de rayon plus petit ; les deux demi-circonférences la lb sont raccordées par un plan incliné lc avec une inclinaison de 450 environ, des trous ld ont été percés pour équilibrer le balancier 1 par rapport à son axe le Un ajutage 3 est disposé incliné d'environ 450 dans le plan du balancier 1. I1 est taillé en biseau concave 3a pour épouser de très près la circonférence la du balancier, le jour entre les surfaces la et 3a est par exemple de 0,05 millimètre. L'ajutage 3 est relié à une chambre étanche , ou capacité, 4 dans laquelle on admet la pression P de commande par un orifice 4a très petit par rapport à l'orifice de l'ajutage 3 , par exemple l'orifice 4a a une section-de 0,2 mm2 et l'orifice de l'ajutage 3a une section de 1,6 mm2. La figure 1 et le détail agrandi figure 2 montrent la position relative du balancier 1 et de l'ajutage 3,lorsque le balancier est au repos au point d'équilibre, l'ajutage 3 est fermé par la surface la du balancier. Lorsque le balancier oscille avec une amplitude 2a, il prend alternativement la position figure 3, ajutage 3 ouvert, et la position figure 4, ajutage 3 fermé. Lorsque l'ajutage est ouvert - figure 3 - la pression P entretient une pression p à l'intérieur de la chambre 4 à une valeur pO et l'aj-utage 3 débite un courant d'air de faible vitesse. Au contraire, lorsque l'ajutage 3 est fermé - figure 4 - la pression p à l'intérieur de la chambre 4 tend vers la pression d'entrée P et atteint une valeur de crête p1. Lorsque le balancier repasse par le point d'équilibre l'ajutage 3 est à nouveau ouvert et débite un jet d'air rapide jusqu'à ce que la pression p reprenne la valeur pO, le jet rapide d'air produit une impulsion sur le plan incliné 1c du balancier qui entretient les oscillations. Le dispositif est autodémarreur. En effet, lorsque au repos on établit la pression P, la fuite entre la surface 3a de l'ajutage 3 et la surface-la du balancier est prépondérante suivant la flèche f (figure 2). La pression l'intérieur de la chambre 4 prend une valeur croissante jusqu'à un certain seuil pour lequel le jet d'air suivant la flèche f est suffisant pour agir sur le plan incliné lc pour déplacer légèrement le balancier et commencer à ouvrir l'ajutage 3. Pour l'application à une minuterie l'autodémarrage peut présenter des inconvénients, surtout pour mesurer des temps courts, par suite des frottements de pivots à vaincre il peut s'écouler un temps indéterminé avant que le seuil de démarrage soit atteint et ce temps ne peut pas être compté puisque le balancier n'oscille pas encore. On préfère aider le démarrage en maintenant le balancier au repos écarté du point d'équilibre d'un petit angle a (figure 5) dans le sens où l'ajutage 3 est fermé au moyen d'un cliquet de retenue 5 formé d'une lame élastique très faible coopérant avec une goupille 1f du balancier;à l'instant où l'on introduit la pression P on soulève la lame 5 jusqu'à la position figurée en pointillé par des moyens que l'on verra plus loin et le balancier libéré oscille immédiatement, aucun temps n'est perdu pour le comptage. I1 est évident que le système ne peut fonctionner que si la demi-amplitude a de part et d'autre du point d'équilibre reste inférieure à 1800, par exemple au maximum 1700 ; or, le dispositif est tel que l'amplitude se trouve autorégulée pour les quatre raisons suivantes - On voit - figure 2 - que l'orifice de l'ajutage 3 fermé au repos couvre un arc ss du balancier, si a est la demi-amplitude on voit figure 3 que pendant une période l'ajutage 3 est complètement ouvert pendant un angle a-ss et - figure 4 - qu'il est complétement fermé pendant un angle a+ss Si l'amplitude est très gande ss est négligeable.On a pratiquement a+ss=1 a-ss L'ajutage est fermé pendant une demi-période, ouvert pendant l'autre demi-période, la pression p dans la chambre 4 atteint une valeur de crête p1 , l'énergie fournie au balancier est fonction de l'aire couverte de hachures AI. Au contraire si l'amplitude 2a est très petite, par exemple 2a = 6ss , on a a + ss = 4ss= 2 a - ss 2B - 1 L'ajutage 3 est fermé pendant 2/3 de période et ouvert pendant 3 de période, la pression p à l'intérieur de la chambre 4 monte à la valeur de crête p2 supérieure à pl,l'énergie fournie au balancier est fonction de l'aire A2 supérieure à A1. - Pour les grandes amplitudes, le plan incliné lc ne reste dans le champ du jet d'air que pendant une petite fraction de la demiamplitude, une partie de l'air accumulé dans la chambre 4 srecoule sans action sur le balancier. Au contraire, pour les petites amplitudes, le plan incliné lc ne sort pas du champ du jet d'air et reçoit l'impact de la totalité de l'air accumulé dans la chambre 4. - Pour les grandes amplitudes, le balancier au moment de l'ouverture est animé d'une grande vitesse circonférentielle et le plan incliné îc fuit devant le jet d'air qui ne lui communique qu'une impulsion faible. Au contraire, pour les très petites amplitudes, le plan incliné lc n'est animé que d'une faible vitesse et reçoit une impulsion violente. - Enfin, si la pression d'alimentation P est trop grande, elle tend à augmenter l'amplitude mais en même temps la pression Po qui subsiste dans la chambre 4 lorsque l'ajutage 3 est ouvert s 'élève et le débit de l'ajutage devient non négligeable, le plan incliné lc qui, avant la fermeture, revient à grande vitesse en sens inverse du jet d'air est fortement freiné. Le volume de la chambre 4 a son importance pour un bon fonctionnement , on peut le déterminer expérimentalement. Pour un balancier en aluminium de 25 mm de diamètre et de 2 mm d'épaisseur, ayant une période propre de 0,1 seconde, avec un ajutage de 1,5 mm2 de section, une chambre de 15 a 20 cm3 alimentée par une restriction 4a de 0,2 mm2 de section avec une pression comprise entre 0,25 et 1 bar donne d'excellents résultats. Par précaution, pour le cas où le dispositif serait soumis a des chocs et accélérations perturbatrices, une butée fixe B - figure 5 - peut être placée sur la trajectoire de la goupille 1f pour limiter mécaniquement la demi-amplitude à 175 de part et d'autre du point d'équilibre. On va maintenant décrire un exemple d'application du dispositif entretenu à une minuterie en se référant à la figure 7 dans laquelle les éléments 1 à 5 déjà décrits figurent avec les mêmes références et ont les mêmes fonctions. 6 Une chambre cylindrique très plate pour avoir un très petit volume est montée en dérivation sur l'ajutage 3. La chambre 6 est fermée sur une face par une membrane 6a. Lorsque l'ajutage 3 est fermé, la chambre 6 reçoit la pression p de la chambre 4 et la membrane 6a actionne un levier 7 contre l'action d'un ressort jusqu'à une butée 8,lorsque l'ajutage 3 est ouvert le levier 7 vient sous l'action de son ressort contre la butée 9. A chaque oscillation du balancier 1 correspond une oscillation du levier 6 qui, au moyen d'un cliquet moteur 10, fait progresser d'une dent une roue des temps 11. Un cliquet de retenue 12 retient la roue 11 contre l'action du ressort de rappel à zéro 13. La roue des temps Il porte une palette lla qui au repos (position représentée figure 7) est contre une butée 14. Au repos, le cliquet 5 porté par un levier 15 (position en trait plein) est en prise avec la goupille 1f du balancier 1. Le levier 15 maintient le cliquet de retenue 12 hors de prise des dents de la roue Il et le cliquet 12 à son tour maintient le cliquet moteur 10 hors de prise des dents de la roue 11. A la mise en marche, la pression P d'alimentation est introduite , une chambre 16 montée en dérivation à l'entrée de pression amène, au moyen de la membrane 16a , le levier 15 dans la position figurée en pointillé, le cliquet 5 libère le balancier qui oscille immédiatement. Le cliquet de retenue 12 et le cliquet moteur 10 viennent en prise avec les dents de la roue Il qui avance dent par dent. La palette lla , à partir de la butée 14, décrit un angle proportionnel au temps jusqu' ce qu'elle rencontre un organe de commutation 17 (par exemple un capteur à fuite) porté par un support pivotant 18 dont un index 18a permet de régler la position angulai-re sur une division fixe 19 graduée en temps. La figure 8 représente une variante avantageuse dans laquelle le dispositif de balancier entretenu et la minuterie au lieu de former un ensemble compact unique comme iih)iqué figure 7 sont séparés. Cette variante permet avec un seul dispositif entretenu servant de base de temps BT comprenant le balancier 1, l'ajutage 3, la chambre 4, de conduire plusieurs minuteries M1 M2, M3. Les organes déjà décrits précédemment ayant les mêmes fonctions portent les mêmes références. La base de temps BT comprend le balancier 1, l'ajutage 3, la chambre 4, le cliquet d'aide au démarrage 5, une chambre auxiliaire 16' avec une membrane 16'a montée en dérivation sur la pression d'alimentation de la chambre 4 permet de soulever le cliquet 5 pour libérer le balancier 1. En dérivation sur l'ajutage 3 une tubulure 20 conduit la pression p de la chambrè 4 à des minuteries dont trois M1, M2, M3 sont représentées figure 8. Dans chaque minuterie, telle que M1, la pression p est admise dans une chambre 6 qui, par une membrane 6a, fait osciller un levier 7 qui conduit, au moyen du cliquet moteur 10, une roue des temps 11 retenue par un cliquet de retenue 12 contre l'action du ressort de rappel à zéro 13. L'entrée de pression P1 est reliée à une chambre 16 qui, à l'aide d'une membrane 16a, soulève un levier 15 qui met en prise les cliquets 10 et 12 avec la roue des temps 11. La pression P1, par des portes OU 21 et 22 est conduite à l'entrée de pression de la base de temps BT. La mise en marche de chaque minuterie M1, M2, M3 se fait en introduisant respectivement les pressions P1, P2, P3. Les mises en marche peuvent être successives ou si multanées. Une minuterie peut être mise en marche par une commutation produite au bout d'un temps réglé par une autre minuterie etc... On a décrit, à la figure 7, l'organe de commutation 17 comme étant un capteur à fuite, l'inconvénient d'un tel système est qu'il ne peut fonctionner qu'à basse pression et qu'il faut prévoir , à la suite, un étage d'amplification. Or, on dispose sur la roue des temps 11 d'un couple important qui permet d'envisager la commande au bout du temps réglé d'un organe de commutation permettant de commuter directement la pression industrielle. La figure 9 représente, à titre d'exemple, la commande d'un organe de commutation. Sur un axe fixe 24 est monté un manchon 25 solidaire d'un bras 26, la roue des temps 11 est montée folle sur le manchon 25 au-dessus du bras 26, elle est conduite comme indiqué plus haut par le cliquet moteur 10 et retenue contre l'action du ressort de 12 rappel à zéro 13 par le cliquet de retenue. Au-dessus de la roue 11 un disque 27 solidaire du manchon 25 et du bras 26 porte un bras 27a. Sur le disque 27 est monté à friction un disque gradué en temps 28 portant un bras 28a que l'on peut régler en fonction de la graduation pour faire avec le bras 27a un angle proportionnel au temps. La roue des temps porte une goupille lla qui, au repos, est contre le bras 27a lequel est, d'autre part, contre la butée fixe 14. Au bout du temps réglé, la goupille lla vient au contact du bras 28a et entraine en rotation l'ensemble 26, 27, 28. Le bras 26 actionne l'organe de commutation 29 qui peut être de tout type connu : tiroir, boisseau tournant, clapet à actionnement brusque, etc... REVENDICATIONS 1 - Dispositif pneumatique d'entretien des oscillations d'un balancier autodémarreur dont l'amplitude d'oscillation est autorégulée, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un balancier oscillant, un ajutage monté dans le plan du balancier dirigé suivant une sécante du balancier, une chambre - ou capacitéreliée à l'ajutage et un conduit à débit limité - ou restriction pour relier la capacité à une source de pression d'alimentation. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le balancier est un disque plat délimité par une demicirconférence de grand trayon, par une demi-circonférence de rayon plus petit et par un plan incliné suivant une sécante du balancier pour raccorder la circonférence de petit rayon à la circonférence de grand rayon. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ajutage est taillé en biseau suivant une surface cylindrique concave pour épouser de très près la circonférence de grand rayon du balancier. 4 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'au repos le balancier est dans une position telle que l'ajutage est complètement fermé par la circonférence de grand rayon du balancier avec une légère fuite sur l'arête qui sépare le plan incliné de ladite -circonférence de grand rayon et que la sécante suivant laquelle est disposé le plan incliné est sensiblement perpendiculaire à la sécante suivant laquelle est dirigé l'ajutage. 5 - Minuterie pneumatique faisant application du dispositif selon les revendications 1 à 4 caractériséeen ce qu'elle comprend : une enceinte étanche, en dérivation sur l'ajutage, fermée par une membrane souple, un levier moteur oscillant entre les deux butées fixes commandé par la membrane souple contre l'action d'un ressort ; une roue des temps commandée dent par dent par un cliquet moteur solidaire du levier oscillant et retenue contre l'action d'un ressort de rappel à zéro par un cliquet de retenue un organe de commande solidaire de la roue des temps qui, au repos, est contre une butée fixe et qui actionne un dispositif de commu tation de type connu quand la roue des temps a parcouru un certain angle proportionnel au temps, un dispositif réglable angulairement autour de l'axe de la roue des temps de façon repérée par une graduation pour supporter l'organe de commutation. 6 - Minuterie pneumatique selon la revendication 5 caractérisde ce que l'organe de commande solidaire de la roue des temps est une palette et le dispositif de commutation est un capteur à fuite. 7 - Minuterie pneumatique selon la revendication 5 caractériséeen ce que l'organe de commande solidaire de la roue des temps est une goupille et le dispositif de commutation est fixe et de type quelconque connu et encore caractérisé en ce qu'un dispositif intermédiaire pivotant concentriquement à la roue des temps comprend un levier pour commander le dispositif de commutation, un premier bras en contact avec la butée fixe et sur lequel la goupille de commande est appuyée au repos et un deuxième bras réglable angulairement par rapport au premier bras, de façon repérée par une division graduée en temps, le deuxième bras étant entraîné , ainsi que tout le dispositif intermédiaire, par la goupille de commande au bout du temps réglé pour actionner le dispositif de commutation. 8 - Minuterie pneumatique selon la revendication 5 caractériséepar un dispositif d'aide au démarrage comprenant un cliquet de retenue du balancier au repos hors de la position d'équilibre et une membrane auxiliaire alimentée par la pression d'alimentation pour soulever ledit cliquet. 9 - Minuterie pneumatique selon la revendication 5 caractériséepar des moyens pour commander la mise en marche et la remise à zéro de la roue des temps consistant en un levier associé à une membrane auxiliaire alimentée par la pression d'alimentation et agencé pour tenir le cliquet moteur et le cliquet de retenue hors de prise des dents de la roue des temps en l'absence de pression et en prise avec les dents de la roue des temps lorsque la pression d'alimentation est présente. 10 - Ensemble de minuteries selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'un dispositif unique d'entretien des oscillatiQns d'un balancier selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 8 est relié en dérivation sur l'ajutage à distance à une pluralité de minuteries selon les revendications 5,6,7 et 9 et en ce que les entrées de pression d'alimentation de chaque minuterie sont reliées par des portes "OU" pneumatiques à l'entrée de pression d'alimentation du dispositif unique d'entretien du balancier.