Brevet FR2461833A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un dispositif de réglage de la longueur de la course notamment pour une pompe, comportant en particulier un frein combiné à embrayage et un montage à vis à filetsen pointe de diamantspour régler le débit de la pompe de mesure de débit ou analogue. Souvent les pompes volumétriques sont particulière- ment importantes dans des procédés chimiques ou autres applica- tions. Les pompes de ce type comportent souvent un diaphragme dont une face est en contact direct avec le fluide à pomper. Sur l'autre côté du diaphragme, les impulsions de pression hydrauliques engendrées par le piston de la pompe font fléchir le diaphragme. Le diaphragme donne ainsi une amplitude de fléchis- sement et une fréquence de fléchissement prédéterminées par le fonctionnement de la pompe à piston. Dans ces conditions, le diaphragme déplace positivement le fluide à pomper comme consé- quence de ce fléchissement et le débit volumique de la pompe à diaphragme est lié directement à la course et à la vitesse du piston de la pompe portée par ce diaphragme. En clair, la capa- cité d'une pompe volumétrique peut être réglée dans une plage très large par la commande de la pompe à piston hydraulique d'entratnement. Un procédé pour régler la capacité d'une pompe volumétrique par la commande d'une pompe à piston hydraulique consiste à commander la longueur de la course du piston. A titre d'exemple, une tige de liaison entraînée par un moteur n'est pas couplée directement à l'articulation du piston comme cela est habituel de façon caractéristique sur des pompes à piston alternatif à déplacement fixe. La tige de liaison de cet exemple est reliée de façon articulée à un boîtier tubulaire qui pivote de façon oscillante par suite de l'influence de la tige de liaison. Une extrémité de la seconde tige de liaison est reliée à une vis de réglage et de là à une broche d'articulation dans le bloc coulissant. En tournant la vis de réglage dans le boîtier oscillant, on raccourcit ou on rallonge la course linéaire du piston en diminuant ou en augmentant la distance entre l'axe d'oscillation du boîtier et l'axe de l'articulation reliant la tige de liaison à la vis de réglage, jusqu'au point de pivotement du boîtier oscillant. Cette commande sélective de la longueur de la course du piston détermine le débit parti- culier de la pompe à piston et ainsi le débit volumétrique direct de la pompe. Pour permettre de tourner la vis de réglage et régler la longueur de la course du piston, il est habituel de monter une extrémité de la vis dans le boîtier. Un pignon entraîné d'une paire de pignons coniques est fixé à l'extrémité de la vis de réglage. De plus, le pignon conique d'entraînement est entraîné en rotation par la commande d'un arbre qui porte un joint uni- versel, un joint universel oscillant et un axe coulissant. Ainsi, la rotation de l'arbre entraîne directement par l'intermédiaire des pignons coniques engrénés, la rotation de la vis de réglage et augmente ou diminue ainsi la course du piston. Cette combi- naison particulière définit une relation linéaire ou directement proportionnelle entre la rotation de l'arbre et la variation de la longueur de la course du piston sur toute la plage des variations du débit de la pompe. Le mouvement du bottier oscillant pendant l'opéra- tion de pompage donne un certain mouvement linéaire alternatif par l'axe à joint universel. Le joint coulissant sur l'axe absorbe ce mouvement alternatif et permet d'assurer par l'inter- médiaire d'un volant manuel, la rotation nécessaire de l'axe et le réglage du débit de la pompe. Le réglage pendant le cycle de sortie de la course du piston, nécessite que l'on exerce une force importante. La force nécessaire dans les pompes volumé- triques de grande capacité, est tellement importante que le réglage manuel n'est pratiquement pas possible. Des dispositifs pneumatiques, électriques et hydrau- liques ont été créés pour donner des systèmes automatiques de réglage de la capacité de pompe. De tels systèmes pneumatiques, électriques et hydrauliques sont relativement coûteux et deman- dent des moteurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques distincts ou encore des vérins pneumatiques ou hydrauliques ou analogues pour faire tourner l'arbre ou déplacer le bloc coulis- sant d'une longueur adéquate pour obtenir le débit voulu. Il existe ainsi un besoin pour avoir un moyen fiable et peu coûteux de réglage de la capacité d'une pompe volumétrique. L'invention a pour but de créer un tel moyen fiable et relativement peu coûteux pour régler le débit d'une pompe volumétrique sans demander une puissance externe excessive. A cet effet, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que l'extrémité de l'axe qui est en saillie de la paroi de la boîte de transmission comporte une tige avec une structure en pointe de diamant ou un filet de vis américain. Une vis de ce type présente un filet à pas à gauche et un filet à pas à droite; ces filets ou ces gorges sont découpés dans la surface de la tige. Les zones en saillie ou les bossages qui subsistent entre les filets qui se croisent ont une forme de diamantsd'o le nom de vis de type diamantsqui est parfois utilisé pour ce type de dispositif mécanique. Ce filet à diamants avec soit une paire d'organes suiveurs ou d'écrous qui coopèrent avec les rainures d'orienta- tion opposés, sont maintenus fixes et tournent dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens contraire des aiguilles d'une montre pendant le mouvement alternatif linéaire de la tige. Selon l'invention, il est prévu une combinaison d'un embrayage à une direction et d'un frein pour limiter sélec- tivement la rotation des écrous à filets appropriés sur la tige en saillie. Lorsqu'on commande le frein de l'un de ces écrous, on bloque la rotation de cet écrou dans une direction et on oblige la tige filetée à tourner pendant la moitié d'un mouve- ment alternatif linéaire. Pendant la moitié de retour du mouve- ment alternatif, on interdit la rotation opposée par la mise en oeuvre de l'embrayage unidirectionnel. Cette rotation de la tige entraîne à son tour la rotation nécessaire de la vis de réglage qui augmente ou diminue de façon appropriée la longueur de la course de la pompe à piston et détermine ainsi le débit total volumétrique de la pompe. En clair, il n'est pas nécessaire d'avoir un joint glissant sur l'arbre pour absorber le mouvement alternatif car ce mouvement alternatif est transformé en un travail utile selon les principes de l'invention. La commande du frein qui donne le résultat décrit ci-dessus peut se faire de façon appropriée bien que le fonctionnement électrique ou pneumatique soit souvent préférable pour la plupart des applica- tions industrielles. En même temps que le faible coût et la fiabilité qui distinguent la présente invention, on remarque que la force nécessaire à régler le débit de la pompe pendant le cycle d'évacuation de la pompe disparaît. L'invention concerne le réglage de l'axe pendant le cycle d'aspiration de la pompe, avec une force moindre pour arriver à une modification équivalente. 246 1833 A titre d'exemple, pour le même réglage du débit de sortie de la pompe dans l'art antérieur il faut une puissance de 230 watts alors que selon l'invention, il suffit de seulement 23 watts. Dans ces conditions, il est inutile de prévoir un moteur distinct ou un vérin pneumatique pour assurer le réglage, ce qui rend le dispositif encore plus économique. Bien qu'à titre d'exemple, l'invention soit décrite dans le cas d'une pompe volumétrique à mouvement alternatif, l'invention permet de régler la longueur de la course du mouve- ment alternatif de façon simple et efficace. L'invention n'est pas limitée à l'application comme pompe mais s'utilise de façon générale. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de c8té partiellement coupée d'un mode de réalisation caractéristique de l'invention. - la figure 2 est une vue de détail en coupe complète d'un autre mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE DIVERS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS Selon la figure 1, un excentrique 10 est entratné par une roue à vis(non représentée) et un pignon à vis (non représenté) reliés à un moteur non représenté pour entraîner une tige de liaison 11. La tige de liaison 11 qui est entratnée par l'excentrique 10 est réunie à un bottier 12 par l'intermé- diaire d'un axe de pivotement 13. Le bottier 12 présente une forme de cylindre creux qui comporte une fente 14 sur le c8té extérieur du bottier, en regard de l'axe de pivotement 13. Dans le boîtier 12, il est prévu un bloc coulissant qui comporte également une fente alignée avec la fente 14 du bottier entourant une vis de réglage 16, filetée. La vis de réglage 16 est montée à rotation dans un bloc à pignon 17, disposé transversalement sur le bottier 12. Un pignon conique d'entraînement 20 est fixé sur la vis de réglage 16 pour permet- tre de faire tourner celle-ci par le pignon conique. L'extrémité dérivée de la tige de liaison 21 est en saillie à travers la fente 14 du bottier et la fente alignée du bloc coulissant pour entourer une partie de la tige filetée de la vis de réglage 16. Sur l'extrémité de la tige de liaison 21, on a vissé une broche 22 sur la vis de réglage 16. Ainsi, lorsque la vis de-réglage 16, tourne, la tige de liaison 21 est 246 1833 tirée en m9me temps que la tige de cette vis par la broche 22. De plus, la tige de liaison 21 pivote autour de la broche 22 pour régler les variations d'angle relatif entre les axes de la vis de réglage et de la tige de liaison 21 ainsi que les changements d'angle résultant du fonctionnement de la pompe. Bien que cela ne soit pas représenté dans les dessins, l'autre extrémité de la tige de liaison 21 est réunie à la broche d'articulation dans le croisillon de la pompe à piston hydrau- drique. Le pignon conique 20 engrène avec un pignon conique 23, moteur. Un bloc-palier 24 prévu dans le bloc 17 reçoit le pignon conique 23 pour permettre aux axes des pignons 20, 23 de se couper et arriver à un engrènement adéquat. L'axe 25 du pignon 23 comporte deux joints univer- sels 26, 27. Cette combinaison de l'axe 25 et des joints uni- versels permet à l'axe et aux pignons 20, 23 de suivre le mouvement du bottier 12 pendant l'opération de pompage, lors- qu'il est entratné par l'excentrique 10. Le joint universel 27 est relié à l'axe 30. L'extrémité de l'axe 30 adjacente au joint universel 27 présente une section carrée ou hexagonale pour l'index de la position de réglage de la pompe, comme cela sera décrit en détail ci-après. La partie principale de l'ex- trémité opposée de cet axe présente un filet double de type "diamants"31. Selon la figure 1, la vis 31 présente des gorges filetées 32, 33 à pas à gauche et à pas à droite formant le schéma de losange à la surface du corps 30 de l'axe. Ces gorges 32, 33 forment des zones 34 en diamantsdont le r8le sera décrit de façon plus détaillée ci-après. Un palier 35 porte l'extrémité en axe universel du corps 30 dans une plaque de montage 36. La plaque 36 est elle-même fixée à la pompe volumé- trique 37. Un pignon de manoeuvre 40 est prévu pour faire tourner les moyens de manoeuvre et l'installation de commande (non représentés). La section carrée ou hexagonale du corps 30 détermine la position angulaire du pignon 40 par rapport au corps, pour identifier la position de rotation du corps. Selon les figures, le pignon 40 entraînant les instruments, est prévu entre le palier 35 et le palier 41 montés sur une plaque plane 42. Les écrous 43 et les entretoises 44 fixent la plaque 42 à une distance prédéterminée de la plaque 2 461833 de montage 36, parallèle. La plaque plane 42 porte de façon perpendiculaire, un ensemble d'entretoises cylindriques 45 allongées. Ces entretoises cylindriques définissent la position longitudinale relative de la plaque de support 46. La plaque 46 est ainsi parallèle à la plaque plane 42 et à la plaque de montage 36. Une plaque de base de frein 51 est fixée à la plaque de support 46; les deux plaques 46, 51 ont à leur centre des orifices qui sont concentriques à la vis à diamants3l. Un palier à contact glissant 52 est en outre prévu entre la plaque de support 46 et la vis 31. La plaque de base 51 comporte un bottier de frein 53, cylindrique, creux, fixé à sa surface. Le bottier de frein est muni d'une cavité cylindrique 54 qui reçoit une bobine ou un enroulement électromagnétique 55. L'axe longitudinal du bottier de frein 53, la cavité cylindrique 54 et le solénoïde dans la cavité sont coaxiaux à l'axe longitudinal du corps et de la vis 31 correspondante. Selon les figures, la paroi intérieure du bottier de frein 53 est distante de la surface de la vis 31. Dans l'in- tervalle ainsi formé, il est prévu un écrou 56 ou organe suiveur, qui coopère avec le filet à droite 32 de la tige 31. L'écrou 56 est frété dans un manchon 57. L'écrou et le manchon tournent dans un embrayage unidirectionnel 56. De façon caractéristique, un embrayage unidirectionnel encore appelé roue libre, permet une rotation indépendante de l'écrou et du manchon 56, 57 dans une seule direction; un tel dispositif est décrit dans le document sui- vant Torrington Company Catalog RC-8 intitulé "Torrington Inch and Metric Series Drawn Cup and Roller Clutches" (The Torrington Company, Torrington, CT 06790). Toutefois pour cela, on peut utiliser un certain nombre de dispositifs mécaniques. A titre d'exemple, on peut utiliser un ensemble à roues à rochet ou analogue. L'embrayage unidirectionnel 58 est frété dans le bottier d'embrayage 66 qui comporte une bride radiale 61 à laquelle un ressort 62 est fixé solidairement par des rivets; des vis ou autres moyens de fixation 63. En conséquence, lors- que l'ensemble formé par l'écrou et le manchon 56, 57 tourne soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit dans le sens contraire en fonction du mouvement alternatif linéaire de la g vis 31, la direction particulière de rotation qui est opposée à celle autorisée par l'embrayage unidirectionnel 58, fait tourner l'embrayage unidirectionnel et l'assemblage 58, 60 globalement avec l'écrou et le manchon 56, 57. Une armature annulaire 64 est également fixée au ressort plat 62 dans l'alignement de l'extrémité du solénoïde 55. Dans ces conditions, lorsque le solénoïde 55 est alimenté, l'armature 64, le ressort plat 62, le boitierd'embrayage 60, l'embrayage unidirectionnel 58 forment un bloc et sont libres de tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire, en fonction de l'assemblage formé par l'écrou et le manchon 56, 57. Une seconde plaque de support 59 est espacée longi- tudinalement de l'armature 64 du ressort plat 62 et de la bride 61 par des organes d'écartement 66. Un mécanisme de frein électromagnétique 65, pratiquement identique à celui décrit ci-dessus est fixé à la seconde plaque de support 59. Toutefois les différences notables qui caractérisent le frein 65 sont constituées par l'organe suiveur 67 à pas à gauche, qui coopère avec les rainures à pas à gauche 33 et par la direction de fonctionnement de l'embrayage unidirectionnel 71. Ces différences font que l'écrou 67 et le manchon 70, l'embrayage unidirection- nel 71, le ressort 72 et l'armature 73 tournent dans une direc- tion qui est opposée à la direction de rotation de l'armature 64 et de l'écrou 56 quel que soit le mouvement longitudinal de la vis 31 dans la direction de la flèche 47 ou de la flèche 50. L'embrayage unidirectionnel 71 bloque toutefois la rotation indépendante du bottier d'embrayage 68 et de l'armature de frein 73 dans une direction opposée à la direction bloquée par l'embrayage unidirectionnel 58. En outre, les deux embrayages unidirectionnels 58, 71 ne transmettent pas de rotation angu- laire augboitieisd'embrayage respectifs 60, 68 pendant le mouve- ment linéaire de la vis 31, dans la direction de la flèche 47. Sur ce plan, il est à remarquer que l'armature 73 est également alignée avec l'extrémité dégagée de l'enroulement électromagné- tique ou du solénoïde cylindrique 74, logé dans le bottier de frein 75. L'extrémité de cet ensemble à frein est entourée par une plaque de support 76 fixée par l'intermédiaire des écrous 77 et de l'organe d'écartement 80. En fonctionnement, le 246 1833 bottier 12 oscille autour du point 81 suivant le mouvement de la tige de liaison d'entraînement 11. En conséquence, le corps effectue un mouvement alternatif longitudinal dans la direc- tion des flèches 47, 50. Dans ces conditions, l'écrou 56 et son manchon 57 correspondant, tournent alternativement dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens contraire, suivant que l'écrou est entraîné par la rainure 32 de la vis à diamants31. De même, l'écrou 67 et le manchon respectif 70 tournent dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et dans le sens des aiguilles d'une montre, de façon opposée au mouvement de l'écrou 56 et du manchon 57, quel que soit le sens du déplacement longitudinal du corps 30. Ainsi lorsque les solénoïdes 55, 74 sont coupés de l'alimentation, les écrous 56, 67 tournent librement dans les armatures respectives 64, 73 en fonction du mouvement longitudinal, dans la direction de la flèche 50 de la vis à diamants. Cette situation ne fait pas tourner l'axe 25 et n'entra ne pas de changement dans la course linéaire de la tige de liaison 21 car la vis de réglage 16 n'est pas tournée. Lorsque le solénoïde 55 est alimenté, l'armature 64 devient fixe sous l'effet des forces magnétiques engendrées par le solénoïde. Lorsque la tige 30 se déplace longitudinalement dans la direction de la flèche 47, les deux écrous 56, 67 tour- nent dans des directions opposées. Les écrous 56, 57 tournent car les embrayages unidirectionnels respectifs 58, 71 permettent cette rotation. Ce mouvement du corps 30 dans la direction de la flèche 47 correspond à la course.de sortie de la pompe (non représentée aux figures). Lors de la course aspirante de la pompe, le corps 30 se déplace longitudinalement dans la direction de la flèche 50. Pendant ce mouvement longitudinal, l'écrou 67 associé au solénoïde coupé de l'alimentation continue à tourner sauf que la rotation se fait maintenant dans la direction opposée et correspond à la rotation de l'embrayage unidirectionnel 71. L'embrayage unidirectionnel 58 est alors un ensemble rigide avec l'armature 64 bloquée par aimantation et interdit la rotation de l'écrou 56. Dans ces conditions, la vis 31 et son corps 30 sont forcés en rotation. En clair, la rotation du corps 30 est transmise par l'axe 25 etpar les pignons coniques 23, 20 pour donner la rotation de la vis deréglage 16. Cette 246 1833 rotation de la vis 16 fait que la tige de liaison 21, entraînée, avance la vis de réglage pour commander la variation voulue de la longueur de la course de la tige de liaison 21. En coupant l'alimentation du solénoïde 55 et celle du solénoïde 74, on évite la rotation de l'écrou 67 dans la direction opposée pendant le mouvement du corps 30 dans la direction de la flèche 50. Il en résulte une rotation de l'axe et de la vis de réglage 16 dans la direction opposée à celle donnée par le solénoïde 55 lorsqu'il est alimenté. Ainsi, pour augmenter ou diminuer le débit de la pompe volumétrique en augmentant ou en diminuant la longueur de la course linéaire de la tige de liaison, motrice, il suffit d'alimenter de façon sélective l'un des deux solénoïdes 55, 74. Ainsi, grâce à l'in- vention, le mouvement alternatif du corps 30 est transformé en une rotation appropriée de l'axe 25 sans que cela n'impose un moteur d'entraînement distinct, le coat élevé correspondant de l'alimentation etc. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'invention. La vis à diamants 82 est portée en translation longitudinale dans un palier 83 monté sur la plaque transver- sale 84. La plaque 84 est elle-même fixée à la plaque de mon- tage rigide(non représentée à la figure 2) par les organes d'écartement 85, 86. Un frein 87 est commandé de façon électro- magnétique comme décrit ci-dessus dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 1; ce frein coopère sélectivement avec l'armature 90 de l'embrayage unidirectionnel et de son assemblage correspondant monté sur la vis 82 et mise à part les périodes d'interaction magnétiques sélectives avec le frein 87, la vis est entraînée. En conséquence, lorsque la vis 82 effectue un mouvement alternatif dans la direction longi- tudinale, il n'y a pas de mouvement relatif entre l'embrayage unidirectionnel 91 et la vis. De cette façon, on réduit consi- dérablement l'usure de l'embrayage et de la vis. Toutefois, lorsqu'on coupe l'alimentation du frein 87, l'armature, le bottier de l'embrayage, l'embrayage unidirectionnel, le manchon et l'écrou sont bloqués en rotation comme dans l'exemple précé- dent. Dans ces conditions, l'ensemble formé par le frein et l'embrayage unidirectionnel transmet un mouvement de rotation à la vis en diamants 82 comme cela a été décrit à la figure 1. De façon analogue, il est prévu un second embrayage unidirectionnel et un écrou suiveur à l'extrémité de la vis 82 pour se déplacer avec la vis suivant un mouvement alternatif. Un frein électromagnétique 93 également monté de façon rigide sur la plaque 84, coopère sélectivement avec une armature 94 pour obliger la vis à tourner dans la direction opposée de celle transmise par le frein 87. Ainsi, le mode de réalisation de l'invention selon la figure 2 présente un autre avantage qui est de réduire notablement l'usure d'un certain nombre d'organes. On remarque de plus qu'un mécanisme à frein électro- magnétique ne constitue pas un élément essentiel pour l'inven- tion. Tout autre système de frein approprié tel qu'un frein pneumatique, hydraulique ou analogue peut être adapté à la structure à vis en diamants, pour provoquer la rotation appro- priée de l'axe 25. De même, l'embrayage unidirectionnel pour- rait être un dispositif à ressort enveloppant ou un embrayage électromagnétique ou pneumatique. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, on a deux tiges distinctes ayant chacune des filets à pas opposés. Dans ces conditions, chaque corps coopère avec seulement un embrayage et un frein. 246 1 8-33 R E V E N D I C A T I O N Dispositif pour régler en rotation, un axe (25) à mouvement axial, alternatif, comportant un corps (31) à double filet de vis sur une partie de l'axe (25), deux organes suiveurs de filets (56, 67) tournant sur le corps (31) dans des directions opposées en fonction de chaque filet de vis (32, 33), dispositif caractérisé par un frein (65) pour bloquer sélec- tivement la rotation dans une direction de seulement l'un des suiveurs des filets de vis (67), pour obliger l'axe (31) à tourner.