Brevet FR2478565A1 — publié le 19810925

La présente invention est tout d'abord relative à un procédé de fonctionnement d'un dispositif d'actionnement de frein par moteur électrique, en particulier sur les véhicules ferroviaires, dans lequel un moteur électrique réglable bande au moins indirectement-un accumulateur à ressort qui est maintenu à l'état bandé pour maintenir un frein desserré, le moteur électrique étant tout au plus privé de tension pour amorcer la course de freinage, après quoi l'accumulateur à ressort qu-i se détend, par l'intermédiaire de moyens de traction ou de compres- sion, serre le frein en appliquant les mâchoires dudit frein. Dans les dispositifs antérieurement connus de cette espèce, le problème qui consiste à compenser automatiquement l'usure des mâchoires de frein a été résolu jusqu'ici par voie mécanique (voir brevets DE 2 512 786 et CH 612 134). Des accumu- lateurs à ressort de l'espèce mentionnée plus haut sont connus en principe par le brevet DE 1 584 136. L'invention a pour but de remplacer le dispositif de rattrapage mécanique, sujet à l'usure et qui, en outre, est coû- teux et encombrant et nécessite un entretien, par un rattrapage électrique exempt d'usure et se passant d'entretien. En outre, il s'agit d'obtenir une compensation constante et très sensible de l'usure des mâchoires de frein grâce à l'absence de toutes impulsions mécaniques de réglage, tout en maintenant une pression de freinage inchangée. Selon l'invention, ce problème est résolu grâce au fait que l'on abaisse la pression de l'accumulateur à ressort, agissant sur les mâchoires de frein à la fin de-la course de freinage, au moyen d'une contre-pression engendrée par moteur électrique et qu'indépendamment de la course de détente de l'accumulateur à ressort et indépendamment de l'usure des mâchoires de frein, une pression de freinage toujours égale et par ailleurs réglable est maintenue lorsque les mâchoires de frein s'appliquent. En partant du dispositif connu d'actionnement de frein par moteur électrique (brevets DE 2 512 786 et CH 612 134 déjà cités), l'invention a en outre pour but de fournir un dispositif d'actionnement de frein pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comportant un cylindre de frein à accumulateur à ressort et un moteur électrique réglable au moyen duquel peut - 2 - être bandé, par l'intermédiaire d'une transmission, en particulier d'une transmission à vis à billes, l'accumulateur à ressort qui, à l'état bandé, maintient-un frein desserré et qui, se détendant lorsque le moteur est privé de tension, serre le frein en appli- quant ses mâchoires de frein par l'intermédiaire de moyens de traction ou de compression. - Selon L'invention, ce problème est résolu grâce au fait que le couple du moteur est réglable jusqu'à l'arrêt, que le mouvement linéaire du moyen de traction ou de compression, en particulier d'un tube de poussée et de traction appartenant à la transmission à vis à billes, peut être transmis à un curseur d'un premier potentiomètre, le curseur du premier potentiométre manoeuvrant, par l'intermédiaire d'un entraîneur, le curseur d'un deuxième potentiomètre.une fois qu'une course prescrite a été dépassée et que les deux potentiométres forment avec leurs curseurs un pont Wheatstone qui, lorsqu'il est équilibré, engendre un signal pour mettre hors d'action le moteur et mettre en action son frein de retenue. Le mode-d'action et la structure concrète de l'objet de l'invention sont expliqués plus précisément ci-après à propos d'un exemple d'exécution représenté par les dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 montre en coupe la constitution d'un dispositif d'actionnement de frein par moteur électrique, avec ses parties mécaniques et électriques essentielles; La figure 2 montre la courbe force-course d'un accumulateur à ressort et la course constante de freinage et de desserrage le long de cette courbe lorsque les mâchoires de frein s'usent, telle qu'elle résulte d'un processus de freinage et de desserrage commandé électriquement, basé sur la figure 1; La figure 3 montre l'assemblage pratique des deux potentiomètres qui tournent sous l'action de l'extrémité posté- rieure libre de l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'un train démultiplicateur. Sur la figure 1, on a désigné par 1 un moteur électrique, de préférence un moteur à courant continu excité en série, ayant par exemple une tension de service de 24 V. L'arbre de ce moteur est accouplé à une transmission à vis à billes 2, 3 - 3 - comportant une tige filetée 2 et un écrou 3. L'éc-rou 3 est logé sous l'action d'une force et avec encastrement dans un plateau de ressort 4 qui se prolonge par un tube de poussée et de traction 7 dont l'oeillet 8 est relié à une tringlerie de frein 19, représentée seulement schématiquement à échelle réduite, dont les mâchoires de frein 20 peuvent agir sur un disque de frein 21, également représenté schématiquement, monté sur un essieu. 22. Le tube de poussée et de traction 7 est poussé par le ressort 23 vers l'extérieur du carter 6. Par contre, le moteur 1 comprime le ressort 23 par l'intermédiaire de la transmission à*vis à billes 2, 3 et rétracte le tube de poussée et de traction 7 à l'intérieur du carter 6. L'accumulateur à ressort est désigné par la référence générale 5. Sur la figure 2, la course de ressort S = 0 est la position de tension maximale de l'accumulateur à ressort 5, correspondant à la position initiale représentée par la figure 1.. Dans cette position de l'accumulateur à ressort 5, les mâchoires de frein 20 sont desserrées, le moteur 1 est privé de tension et le frein électromagnétique 18 incorporé au moteur ou annexé à son arbre est relié à la tension et empêche une extension de l'accumulateur à ressort 5 parce que la transmission à vis à billes 2, 3 est empêchée de tourner par le frein électroma- gnétique 18. Les curseurs 11 et 12 des deux potentiomètres 9 et 10, à savoir un premier potentiomètre 9 et un deuxième potentio- mètre 10, se trouvent à la même hauteur, comme on l'a indiqué en trait plein sur la figure 1 pour la position initiale lorsque les mâchoires de frein 20 sont neuves. Le pont-.Wheaststone formé par les deux potentiomètres 9 et 10 est équilibré par l'inter- médiaire des curseurs 11, 12. La tension entre les bornes d'entrée K1 et K2 est nulle et par conséquent, par l'intermédiaire de la commande qui se trouve dans le coffret de manoeuvre 14, le moteur 1 est hors d'action, tandis que le frein électro- magnétique 18 est en action. Le frein 20 est desserré, le véhi- cule non représenté roule. Pour amorcer la course de freinage, le coffret de manoeuvre 14 reçoit par l'intermédiaire de la borne K3 une impulsion électrique de freinage qui desserre le frein électromagnétique 18 du moteur 1. -4- Ensuite, le ressort 23 pousse le plateau de ressort 4 vers l'extérieur parce que la transmission à vis à billes 2, 3 ainsi que le rotor du moteur 1 ne sont plus empêchés de tourner et n'empêchent pas la course du plateau de ressort 4 vers l'extérieur, étant donné le rendement élevé de la transmission à vis à billes. Par le plateau de ressort 4 de la figure 1, le curseur 11 du premier potentiomètre 9 est entraîné; la tension au premier potentiométre 9, désignée par EB, diminue proportionnellement à la course du plateau de ressort 4, égale à la course de freinage BW. La tension de freinage EB selon la figure 1 est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique élevée 16, aux bornes K5, K6 d'un amplificateur 15 de type connu. La résistance 16 est choisie si élevée qu'elle ne perturbe pratiquement pas l'équilibrage du pont 9, 10 de moindre résistance ohmique. Par les bornes de sortie K7, K8 de l'amplificateur 15, le moteur 1 est alors relié, par l'intermédiaire du coffret de manoeuvre 14, à une tension continue proportionnelle à la tension EB et engendre pendant sa course S = B de 10 mm (figures 1 et 2), un couple qui est transformé, par l'intermé- diaire de la transmission à vis à billes 2, 3, en une force contrariant la force de l'accumulateur à ressort 5. Par suite, comme on peut le voir par la figure 2, la force agissant de l'extérieur sur l'oeillet 8 est ramenée de Po = 450 daN à PE= daN, par la tension EB qui, au premier potentiométre 9, s'abaisse par exemple de 8 V à 6 V. Pour mieux faire comprendre la figure 2, il faut dire que les ordonnées P de gauche et les ordonnées EB de droite sont en corrélations, c'est-à-dire que PE = 200 daN en dessous de P1 est atteinte par EB = 6 V, que PE = 200 daN en dessous de Pn + 1 est atteinte par EB 2,2 V et que PE = 200 daN en dessous de PE --1 est atteinte par EB = 1 V. - 5 - Par suite, les valeurs d'accélération et de décéléra- tion pour la course de freinage restent pratiquement constantes sur toute la course utilisable de l'accumulateur à ressort 5, ce qui est très important. Etant donné que la figure 2 ne comporte pas d'échelle, il faut signaler, comme on l'expliquera en détail plus loin, que la diminution de P6 vers PEI ou de Ph vers PE ou de PE-1 vers PE n'est pas nécessairement une fonction linéaire de la course de freinage BW dans le temps. La figure 2 représente simplement la diminution de la force de freinage jusqu'à la pression de serrage PE lorsque la course de freinage a été parcourue. La même constatation est valable pour la variation de P1 vers Po ou de Pn + 1 vers Pn et de PE vers PE 1 En même temps, le couple du moteur 1, commandé par EB, a une influence favorable sur la vitesse de la course de freinage, c'est-à-dire que l'accumulateur à ressort 5 ne fonctionne pas brusquement mais passe à la position de freinage avec une vitesse commandée, c'est-à-dire généralement en douceur. En donnant une constitution appropriée à l'amplificateur 15, on peut adapter cette vitesse à des exigences quelconques, par exemple lorsque le poids des véhicules varie. L'amplificateur 15 est équipé d'un organe de surveil- lance supplémentaire, par exemple d'un dispositif de surveillance de la vitesse de rotation et de débranchement selon le brevet DE 2 209 001 qui coupe la tension EB quand la course de freinage a été parcourue, donc une fois que les mâchoires de frein sont appliquées avec 200 daN et que le véhicule est arrivé à l'arrêt. Ensuite, le moteur 1 est privé de courant; son frein magnétique incorporé 18 reste également privé de courant, c'est-à-dire qu'il est désserré. Quand le véhicule est arrêté et que le frein est serré, la plus grande force de freinage P1 ou Pn + 1 (figure 2) entre ainsi en action. S'il y a lieu de desserrer le frein, le coffret de manoeuvre 14 reçoit, par la borne K4, l'impulsion "desserrage", ce qui fait que le moteur 1 reçoit sa tension de service totale de 24 V et que le plateau de ressort 4 retourne à sa position initiale, c'est-à-dire de P1 vers Po ou de Pn + 1 vers Pn 6- (figure 2). Après la fin de cette course, les deux potentio- mètres 9 et 10 (figure 1) sont alors à nouveau équilibrés; le moteur 1 est donc mis hors d'action par la commande placée dans le coffret de manoeuvre 14 et son frein électromagné- tique 18 est mis en action. Le véhicule peut à nouveau rouler. Il faut encore mentionner la possibilité de faire varier à volonté. la force de freinage, au moyen d'impulsions de commande appropriées, entre PE = 200 daN et P1 sur la figure 2, quand les mâchoires de frein 20 sont appliquées, en réglant la tension EB appliquée au moteur 1 entre 6 et 8 V. Cela signifie que le frein à accumulateur à ressort selon l'invention ne peut pas seulement servir de frein de sécurité et d'arrêt, mais en même temps de frein de réglage et de frein de secours. La compensation automatique de l'usure des mâchoires de frein est facile à comprendre d'après le fonctionnement expliqué jusqu'ici: le curseur 11 du premier potentiomètre 9 arrive de plus en plus bas au fur et à mesure de l'usure et, par l'intermédiaire de l'entrâlneur 13, il entralne d'une course égale le curseur 12 du deuxième potentiomètre 10. Lors du processus de freinage, l'équilibre du pont Wheatstone est alors atteint plus tôt, conformément à cette marge d'usure, c'est-à- dire quelle plateau de ressort 4 arrive plus tôt à l'arrêt. Sur la figure 2, aux fins d'illustration, on a repré- senté une position moyenne Pn:P + 1 et la position finale PE: PE1, o il faut remplacer les mâchoires de frein 20 et régler à nouveau le deuxième potentiomètre 10 à la position Po. Sur la figure 1, on a seulement indiqué en tireté les positions P1, Pn + 1 et PE avec les positions correspondantes des curseurs 11 et 12. Au-cours de la vie-des mâchoires de frein 20, la course de freinage BW se déplace donc sur la tige filetée 2, ce qui veut dire que le moteur 1 doit fournir sa plus grande puissance lorsque les mâchoires de frein 2È ont été remplacées et qu'elle diminue ensuite constamment. On obtient d'ailleurs une variante intéressante de l'idée de l'invention lorsqu'on utilise simplement, au lieu du deuxième potentiomètre 10, une résistance fixe. Le curseur-12 et l'entraîneur 13 sont ici supprimés. Le curseur 11 forme -7- alors, avec la prise cette fois fixe au lieu du curseur 12, un pont Wheatstone qui est toujours équilibré lorsque le plateau de ressort 4 retourne à sa position supérieure Po. Cela signifie qu'en conservant tous les autres processus de commande et de réglage décrits plus haut, la course totale S du ressort selon les figures 1 et 2 est parcourue avec une force constante PE bien que la- force du ressort diminue de Po à PE* Cette propriété ainsi obtenue permet d'utiliser le dispositif selon l'invention avec l'accumulateur à ressort 5 pour fermer et ouvrir des portes, si une légère pression de fer- meture constante est exigée,-par exemple pour ne pas blesser des personnes ou des parties du corps qui sont enserrées. Le pouvoir de résolution des potentiomètres 9 et 10 (figure 3), en combinaison avec la constance de l'amplificateur 15, détermine la sensibilité à l'usure des mâchoires de frein. Des essais ont montré que la sensibilité obtenue lorsqu'on utilise des pièces commerciales suffit aux besoins de la pratique. Une autre possibilité d'utilisation intéressante de l'objet de l'invention apparaîtlorsque le deuxième potentiométre 10 est conservé mais que l'entraîneur 13 est supprimé, de sorte que le deuxième potentiométre 10 peut être disposé dans un boîtier de commande situé à distance. En modifiant de façon réglée arbitrairement la position du curseur 12, on pourrait modifier la course BW et on pourrait ouvrir dans une mesure différente un manipulateur ou un preneur et agir tout de même toujours avec une force égale, pouvant également être déterminée par EB. Il est possible aussi, au moyen d'un premier potentio- métre 9 non linéaire, de faire varier également EB de façon non linéaire. Pour compléter, il faut encore signaler qu'au lieu des potentiomètres 9 et 10, on peut aussi utiliser des transmetteurs électroniques de position ayant la gamme usuelle de signal de sortie de 0 à 20 mA par exemple, si la commande du système de manipulateur traite déjà ces signaux. Finalement, il reste encore à signaler qu'entre un tronçon d'arbre entraînant le curseur 11 selon la figure 3 et une extrémité postérieure d'arbre 24 du moteur 1, un train démultiplicateur 17 est interposé dans le flux de force. - 8 - REVENDICATIONS 2478565 ______________ 1. Procédé de fonctionnement d'un dispositif d'action- nement de frein par moteur électrique, en particulier sur les véhicules ferroviaires, dans lequel un moteur électrique réglable bande au moins indirectement un accumulateur à ressort qui est maintenu à l'état bandé pour maintenir un frein desserré, le moteur électrique étant tout au plus privé de tension pour amorcer la course de freinage, après quoi l'accumulateur à ressort qui se détend, par l'intermédiaire de moyens de traction ou de compression, serre le frein en appliquant les mâchoires dudit frein, procédé caractérisé par le fait que l'on abaisse la pression de l'accumulateur à ressort, agissant sur les mâchoires de frein à la fin de la course de freinage, au moyen d'une contre-pression engendrée par moteur électrique et qu'indépendamment de la course de détente de l'accumulateur à ressort et indépendamment de l'usure des mâchoires de frein, une pression de freinage toujours égale et par ailleurs réglable est maintenue lorsque les mâchoires de frein s'appliquent. 2. Dispçsitif d'actionnement de frein par moteur électrique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendica- tion 1, comportant un cylindre de frein à accumulateur à ressort et un moteur électrique réglable au moyen duquel peut être bandé, par l'intermédiaire d'une transmission, en particulier d'une transmission à vis à billes, l'accumulateur à ressort qui, à l'état bandé, maintient un frein desserré et qui, se détendant lorsque le moteur est privé de tension, serre le frein en appliquant ses mâchoires de frein par l'intermédiaire de moyens de traction ou de compression, dispositif caractérisé par le fait que le couple du moteur (1) est réglable jusqu'à l'arrêt, que le mouvement linéaire du moyen de traction ou de compression, en particulier d'un tube de poussée et de traction (7) appartenant à la transmission à vis à billes (2, 3), peut être transmis à un curseur (11) d'un premier potentiomètre (9), le curseur (11) du premier potentiomètre (9) manoeuvrant, par l'intermédiaire d'un entraîneur (13), le curseur (12) d'un deuxième potentiomètre (10) une fois qu'une course prescrite (Bw) a été dépassée, et que les deux potentiomètres (9, 10) forment avec leurs curseurs (11, 12) un pont Wheatstone qui, lorsqu'il -9- est équilibré, engendre un signal pour mettre hors d'action le moteur (1) et mettre en action son frein de retenue (18). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le curseur (12) du deuxième potentiométre (10) est réglable à volonté, l'entraîneur (13) étant supprimé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le deuxième potentiométre (10) est séparé physiquement du premier potentiométre- (9), de préférence qu'il est disposé dans un groupe de commande d'actionnement de frein (14). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le deuxième potentiomètre (10) est remplacé par une résistance fixe de même grandeur munie d'une prise fixe (en 12), tandis que le potentiomètre (9) et la résistance fixe (10) forment un pont Wheatstone avec le curseur (11) et la prise fixe (en 12) comme équilibrage du pont. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que comme frein de retenue, un frein électromagnétique (18) adjoint au moteur (1) peut être commandé dans le sens d'ouverture par un signal électrique de manoeuvre, le moteur (1) étant relié simultanément ou avec retard à une tension (EB) qui est initialement égale ou inférieure à la tension normale de service et qui peut être réduite à mesure que la course de freinage (Bw) augmente, cette diminution de tension pouvant être réglée suivant une fonction linéaire ou non linéaire, par exemple au moyen du curseur (11) du premier potentiomètre (9).