Brevet FR2388168A1 — publié le 19781117

La présente invention concerne un frein automatique pour machine tournante, destiné a' entrer en action dès que la vitesse de la partie tournante de la machine tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée. Un tel frein trouve son application dans ltéquipement de nombreuses machines, en particulier des machines pour le conditionnement des aliments (tranche-jambon, coupe-légumes), des machinesoutils à main, des machines de jardinage (tondeuses à gazon, tron çonneuses, scies, etc.) et de toute machine dont le mouvement de la partie tournante peut entre dangereux pour l'opérateur s'il persiste trop longtemps après la coupure de l'alimentation du moteur. Les dispositifs de freinage pour machine tournante comprennent en général une pièce fixe solidaire du bati de la machine, une pièce mobile solidaire de l'arbre moteur et un dispositif de commande de l'application de la pièce mobile sur la pièce fixe destinée à l'immobiliser (les pièces fixe et mobile pouvant entre par exemple des disques). Ces dispositifs de freinage peuvent Qtre actionnés de diverses manières, l'une d'entre elles consistant à faire appel å une source d'énergie extérieure de nature électrique, magnétique ou autre ; ils sont alors complexes, encombrants et onéreux, ce qui les rend peu aptes à l'emploi sur de petites machines, notamment b usage domestique. Ils peuvent aussi fonctionner sous l'effet d'une intervention manuelle, mais ne constituent plus, dans ce cas, que des sem i-automatismes ne présentant pas une sécurité de fonctionnement absolu, I'opérateur pouvant oublier de les utiliser.Ils peuvent enfin fonctionner sans intervention d'une source d'énergie auxiliaire, par exemple par manque de courant d'alimentation en traSnant la disparition de forces magnétiques qui étaient présentes en fonctionnement ; ils sont, dans ce cas également, complexes et délicats a' régler, et n'agissent souvent que pour un seul sens de rotation du moteur. Par ailleurs, de tels dispositifs de freinage sont liés à un type d'énergie donne, ce qui peut leur donner des caractéristiques restrictives : l'existence d'un circuit électrique peut entre g8nante si l'on travaille en milieu humide, celle d'un matériau magnétique nuit au poids global de la machine, etc. Ces dispositifs de freinage sont spécifiques, et ne sont donc pas facilement adaptables à tout genre de moteur. Le but de l'invention est de réaliser un frein automatique à la fois simple, facile à régler et peu coûteux ne faisant appel à aucune source d'énergie auxiliaire, et pouvant etre adapté facilement à des machines tournantes de nature très différente. L'invention vise un frein automatique pour machine tournante comprenant une surface de friction fixe, au moins un patin de freinage mobile par rapport à cette surface, et un manchon rotatif entratné par la partie tournante de la machine. Suivant l'invention, ce frein est caractérisé en ce que le manchon porte au moins une masselotte centrifuge solidaire du patin et capable d'un déplacement radial par rapport au manchon et des moyens pour appliquer le patin contre la surface de friction lorsque la distance radiale de la masselotte au manchon est inférieure à une valeur prédéterminée, ce frein comprenant aussi des moyens élastiques de rappel tendant à ramener la masselotte vers le manchon. Gracie à une telle combinaison, le freinage se produit automatiquement lorsque la distance radiale de la masselotte au manchon est suffisamment faible pour que la force de rappel des moyens élastiques puisse vaincre la force centrifuge s'exerçant sur la masselotte et appliquer celle-ci contre la surface de friction. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, chaque masselotte est fixée sur un bras articulé sur une bague-support solidaire du manchon, les distances radiales de l'axe de rotation du manchon respectivement au point de contact du patin avec la surface de friction et à l'axe d'articulation du bras étant sensiblement égales entre elles. Ainsi, dès que le freinage se produit, les bras pratiquement perpendiculaires à la surface de friction tendent à s'arc-bouter sur leurs articulations, ce qui rend le freinage très énergique. Dans une version perfectionnée, le frein comprend une came solidaire du manchon, reliée à la bague-support par un dispositif flexible, et pouvant prendre appui sur la masselotte pour écarter le patin de la surface de friction et vaincre ainsi la liaison par frottement qui existait à l'arr8t. Dans une variante de l'invention, le frein comprend deux bras articulés montés symétriquement par rapport au manchon. Les moyens élastiques de rappel comprennent un ou plusieurs ressorts de traction et chaque bras comporte des moyens d'accrochage échelonnés pour les extrémités de ces ressorts. La force de rappel de ces ressorts peut ainsi astre modifiée pour rendre le freinage plus ou moins rapide. D'autres particularités et avantages de l'invention apparateront encore dans la description ci-apres. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif - - la figure 1 est une vue en élévation à gauche et en a coupe/droite dufrein selon l'invention représenté à l'arr8t - la figure 2 est une vue de dessus du frein de la figure i - la figure 3 est une vue de dessous selon III-III de la figure i - la figure 4 est une vue en élévation du frein représenté en rotation - la figure 5 est une vue selon V-V de la figure 4 - la figure 6 est une vue en plan d'un bras avant pliage et d'une masselotte représentée en coupe longitudinale - la figure 7 est une vue de profil d'un bras après pliage et d'une masselotte avant son montage sur le bras ; et - la figure 8 est une vue en perspective d'un bras isolé, après pliage. Dans la réalisation représentée sur les figures 1 à 5, le frein automatique selon l'invention est monté sur une machine dont la seule partie tournante visible est un arbre moteur 1. Un manchon 2 fixé sur l'arbre moteur 1, par exemple à l'aide d'une vis 3, comporte à sa base une came 2a dont le roule est décrit plus loin. Une bague-support 4 est montée rotativement autour du manchon 2 et immobilisée axialement par rapport à lui à l'aide d'un circlips 5. Un organe flexible est prévu pour limiter la possibilité de rotation de la came 2a par rapport à la bague-support 4, et faciliter le retour de cette came dans sa position à l'arr8t. Dans l'exemple décrit, cet organe flexible est un fil déformable 6, du genre corde à piano, dont les extrémités sont fixées respectivement dans un orifice 7 de la came 2a et dans un orifice 8 de la bague-support 4. Deux bras 11 sont montés symétriquement aux extrémités 4a et 4b de la bague-support 4, par l'intermédiaire d'axes 10 qui autorisent le débattement angulaire de ces bras 11. A l'extrémité libre de chaquebras 11 est montée une masselotte cylindrique 12 revêtue d'un patin de freinage 14 en une matière à haut coefficient de friction. A l'autre extrémité du bras 11, un repli 15 forme butée, pour coopérer avec la bague-support 4 (figure 4). Un ou plusieurs ressorts de traction 16 sont fixés sur les bras 11 et tendent à les maintenir rapprochés de l'arbre moteur 1. Deux séries d'orifices 19 prévus le long des bras 11 constituent des points d'accrochage échelonnés pour les ressorts 16 ; par modification de ces points d'accrochage, on peut régler la valeur du couple de rappel des ressorts 16 et donc le seuil et la rapidité de fonctionnement du frein automatique. Le fonctionnement du frein automatique ainsi constitué est le suivant : lorsque toutes les pièces tournantes sont encore immobiles (figures 1 et 2), les masselottes 12 sont en appui contre la surface de friction 13 et appliquées à force contre celle-ci sous l'action des ressorts 16. Lors du démarrage, l'arbre 1 entratne le manchon 2 et avec lui la came 2a (figure 3), ce qui déforme dans ses limites d'élasticité le fil 6 sans entratner en rotation la bague-support 4. La came 2a vient en appui contre les masselottes 12 (figures 4 et 5) et exerce sur elles par rotation suivant K une poussée qui les écarte de la surface de friction 13.La liaison par frottement qui existait au repos entre les masselottes 12 et cette surface 13 est ainsi supprimée et les pièces tournantes, entratnées par poussée en B de la came 2a sur les masselottes 12, peuvent prendre leur vitesse normale de fonctionnement. A cette vitesse, la force centrifuge s'exerçant sur les masselottes 12 est suffisante pour vaincre la force de rappel des ressorts 16, qui tendrait à ramener les masselottes 12 vers la surface de friction, et pour maintenir celles-ci décollées. Les butées 15 arreAtentlécertoe1ent des bras li dès que la séparation des masselottes 12 et de la surface de friction 13 est réalisée ; ces butées 15 sont réglées pour que la came 2a ne puisse en aucun cas, en tournant, dépasser la position dans laquelle elle exerce une poussée sur les masselottes 12. Lorsqu'on coupe l'alimentation de la machine tournante, la vitesse de celle-ci et la force centrifuge liée à la vitesse diminuent progressivement, ainsi que la distance radiale des masselottes 12 à l'arbre moteur 1. Dès que la vitesse et cette distance radiale tombent au-dessous d'une valeur de seuil donnée, la force centrifuge n'est plus suffisante pour s'opposer à la force de rappel des ressorts 16, sous l'effet de laquelle les bras 11, et par suite les masselottes 12, sont ramenés vers la surface de friction 13 en repoussant la came 2a, ce mouvement étant facilité par détente du fil flexible 6.Dès que les patins de freinage 14 entourant les masselottes 12 entrent en contact avec cette surface 13, la friction entre les patins 14 et la surface 13 assure le freinage et l'immobilisation de toutes les parties mobiles de la machine tournante :on est revenu à la position d'arrEt. Dans la position d'arr8t, la distance c entre l'axe de rotation m du manchon 2 et les points de contact 24 des patins 14 et de la surface de friction 13 est sensiblement égale, mais jamais inférieure, à la distance b entre cet axe m et l'axe d'articulation des bras, ce qui permet à ces bras 11 de s'arc-bouter entre la bague-support 4 et la surface 13, entratnant un freinage très énergique. Le frein automatique ainsi réalisé est absolument sdr, car son fonctionnement est dû à la décroissance de la force centrifuge liée à la vitesse de la machine tournante ; il est également rapide, puisque le freinage se produit dès que la vitesse, après coupure de l'alimentation, est tombée au-dessous d'une valeur de seuil prédéterminée, et énergique, gracie à la possibilité pour les bras de s'arc-bouter. Enfin, sa conception simple le rend applicable à un très grand nombre de machines tournantes, quel que soit le sens de rotation, et indépendamment de la nature de la source d'énergie qui produit le mouvement. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 6 à 8, chaque bras 11 est réalisé à partir d'une plaque plane 20, par exemple une t81e d'acier, dans laquelle les différents orifices nécessaires sont percés : l'évidement central 17, qui est traversé par l'extrémité correspondante 4a ou 4b de la bague-support 4 lors de la rotation du bras 11, les deux orifices 18, dans lesquels pénètrent les extrémités des axes 10, et les deux séries d'orifices 19 prévus pour l'accrochage et le réglage de la position des ressorts de rappel 16. A l'opposé de la butée 15, la plaque porte une lame 21 pourvue de picots d'ancrage 22 pour la masselotte 12. Les deux parois latérales 23 de la plaque 20 forment des ailes destinées à dtre repliées à 900 autour des lignes d e. La masselotte 12 portée par chaque bras il présente sur toute sa longueur une fente radiale 12a qui permet de fixer cette masselotte sur le bras il par engagement de la lame 21 et fixation élastique, après quoi. les ailes 23 sont rabattues. autour des lignes d e ce qui emprisonne latéralement la masselotte 12. Le bras il peut alors & re monté sur la bague-support 4. A titre d'exemple et pour mettre en évidence l'efficacité du frein automatique selon l'invention, des essais ont été réalisés sur un moteur électrique monophasé à condensateur permanent dont les caractéristiques sont les suivantes puissance utile : 0,18 kilowatt alimentation : 220 volts fréquence : 50 hertz vitesse de rotation nominale : 2680 tours/minute intensité absorbée : 1,4 ampère. L'arrêt total de la rotation du moteur, après coupure de l'alimentation, s'effectue en 3 secondes sans dispositif de freinage et en moins dtun dixième de seconde avec dispositif de freinage. Pour le moteur coussé aux pièces qu'il entraîne en rotation, l'arrêt total s'effectue en 42 secondes sans dispositif de freinage et en 1,8 seconde avec dispositif de freinage. Le rapport des temps d'immobilisation est donc, dans l'exemple choisi, au moins de 30 à 1 quand le moteur est à vide, et environ de 23.à 1 quand le moteur est en charge, ce qui montre l'efficacité du frein automatique selon l'invention et la sécurité de fonctionnement qu'il représente pour l'utilisateur d'une machine tournante munie de ce frein. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire et l'on peut apporter à celui-ci de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, lorsque la machine tournante possede un couple de démarrage assez élevé pour vaincre, dès le début de la rotation, la friction entre les masselottes 12 et la surface de friction 13, la came 2a qui était destinée à supprimer cette friction par amorçage de la séparation des masselottes 12 et de la surface 13 n'est plus nécessaire en tant que pièce distincte, et devient solidaire de la bague-support 4, ce qui supprime l'existence du fil déformable 6. D'autre part, la surface de friction 13 n'est pas nécessairement située dans un plan radial. Elle peut être une surface cylindrique parallèle à ltaxe de rotation de la machine ou, éventuellement, une surface de révolution conique dont l'axe coricide avec cet axe de rotation. Le matériau dans lequel sont réalisées les masselottes peut également avoir avec la surface de friction 13 un coefficient de frottement suffisamment élevé pour que l'on puisse supprimer les patins de freinage 14. Selon une autre variante, le bras il et les masselottes 12 peuvent etre réalisés en une seule pièce. REVENDICATIONS 1. Frein automatique -pour machine tournante comprenant une surface de friction fixe, au moins un patin de freinage mobile -par rapport à cette surface, et un manchon rotatif entratné par la partie tournante de la machine, caractérisé en ce que le manchon porte au moins une masselotte centrifuge solidaire du patin et capable d'un déplacement radial par rapport au manchon, et des moyens pour appliquer le patin contre la surface de friction lorsque la distance radiale de la masselotte au manchon est inférieure à une valeur prédéterminée, ce frein comprenant aussi des moyens plastiques de rappel tendant à ramener la masselotte vers le manchon. 2. Frein automatique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la masselotte est solidaire d'un bras articulé sur une bague-support portée par le manchon. 3. Frein automatique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la distance radiale de l'axe de rotation du manchon au point de contact du patin avec la surface de friction est approximativement égale mais non inférieure à la distance radiale de cet axe de rotation à l'axe d'articulation du bras. 4. Frein automatique conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la bague-support est montée rotativement sur le manchon, lequel comprend une came reliée à la baguesupport par un organe flexible, ladite came étant montée pour pouvoir prendre appui sur la masselotte pour écarter le patin de la surface de friction au démarrage. 5. Frein automatique conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le bras comprend une butée venant en appui contre la bague-support pour limiter son écartement angulaire. 6. Frein automatique conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent un ressort de traction tendu entre le bras et la baguesupport. 7. Frein automatique conforme à l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qutil comprend deux bras articulés montés symétriquement par rapport au manchon, les moyens ewlastiques compre nant des ressorts de traction fixés chacun en un point de l'un des bras et en un point de l'autre bras. 8. Frein automatique conforme à l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque bras comporte des moyens d'accrochage échelonnés pour les extrémités de chaque ressort. 9. Frein automatique conforme à l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que chaque bras est constitué par une plaque découpée et pliée, cette plaque portant des moyens de retenue pour une masselotte rapportée. automatique 10. Frein/conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de retenue de la masselotte comportent des ailes latérales portées par le bras et formées par pliage de la plaque.