Brevet FR2482230A1 — publié le 19811113

Dispositif amortisseur pour instruments de mesure et de régulation ou analogues. L'invention concerne un dispositif amortisseur fonc- tionnant à l'aide d'un liquide d'amortissement intercalé entre deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre. Ce dispositif est principalement destiné aux instruments de mesure et de régulation dont les pièces mobiles ou vibrantes doivent être amorties. Ce mécanisme est particulièrement important lorsqu'il s'agit d'instruments de mesure avec dispositif de rappel. Les amortisseurs de ce type doivent, d'une part, fonctionner avec un frottement aussi faible que possible tout en amortissant d'autre part dans des limites précises les vi- brations des pièces mobiles de l'instrument considéré, car si l'amortissement est excessif, l'instrument a des réactions trop lentes, alors qu'un amortissement trop faible retarde à l'excès la stabilisation du régime commandé. Or, on connaît, d'après le brevet allemand No 16 25 619, des amortisseurs à liquide dans lesquels un liquide ou un fluide gazeux tel que l'air est intercalé entre un élément en forme de piston et un autre élément de forme cylindrique. La chambre ou le cylindre contenant le fluide amortisseur doit alors être rendu étandhe vers l'atmosphère par un joint retenant ledit fluide à l'inté- rieur de cette chambre de ce cylindre afin qu'il ne puisse s'é- chapper, surtout pendant les mouvements d'amortissement. Ce type d'amortisseur est donc onéreux et nécessite des travaux de montage spéciaux, son réglage étant d'ailleurs difficile. L'invention a donc pour but de créer un dispositif d'amortissement particulièrement simple et peu coûteux, ne présentant qu'un encombrement faible dans l'instrument équipé, fonctionnant sans frottement et provoquant un amortissement précis pour toutes les applications. Ce problème est résolu par le principe de l'inven- tion, en harmonisant le type du liquide amortisseur et la nature des parois des pièces en mouvement l'une par rapport à l'autre qui se trouvent en contact avec ledit liquide de telle manière que le liquide tende à conserver sa place entre les- dites parois, dans l'espace qui lui est réservé. On obtient ainsi un effet surprenant, car grâce à un tel choix et à une telle combinaison entre le liquide 24822-30 -2- amortisseur et les parois de pièces ou les pièces elles-mêmes qui sont en contact avec ce liquide, aucune disposition spé- ciale telle que la mise en place de joints étanches n'est plus nécessaire pour éviter que le liquide ne s'échappe de façon intempestive. Au contraire, le liquide amortisseur se maintient de lui-même à l'emplacement prévu, sans compromettre l'effet d'amortissement qu'il fournit. On peut même observer que l'amortissement en devient plus précis et plus sensible, car le liquide n'est pas enfermé dans un espace clos et étan- A0 che, mais il peut, au contraire, "respirer" et suivre ainsi les mouvements vibratoires les plus faibles et les plus rapi- des de la pièces à amortir. Le facteur important de l'invention est la théorie dont le principe a été évoqué ci-dessus, amenant à choisir et à combiner de façon adéquate un liquide amortisseur particuliè- rement approprié et une matière particulièrement adaptée audit liquide et dônt seront constituées les faces des pièces entre lesquelles le liquide sera placé, voire les pièces elles-mêmes. Le liquide amortisseur sera de préférence une matière huileuse qui devra présenter les propriétés suivantes: d'une part, la vitesse d'évaporation du liquide doit être suffisamment faible pour que ce dernier puisse assurer la fonction d'amortissement pendant toute la durée de vie de l'appareil équipé du système amortisseur; d'autre part, le liquide ne doit pas s'altérer sous l'effet de facteurs extérieurs, notament de la lumière et de l'oxygène de l'air; enfin sa viscosité doit être, dans la mesure du possible, indépendante de la température. Selon un autre critère définissant la nature du liquide amortisseur utilisé, sa tension superficielle par rapport à l'air doit être supérieure à sa tension superficielle par rapport aux parois en contact avec lui. Un liquide qui s'est avéré conve- nir particulièrement pour l'application à l'invention est un composé liquide du silicium, par exemple l'huile de silicone (diméthylpolysiloxane). Comme matériau formant les parois ou les pièces en mouvement relatif venant en contact avec ce liquide en limitant l'interstice qui les sépare, on peut en- visager par exemple, selon l'invention, des hydrocarbures fluorés, un éther perfluoroalkylique, le fluorure de viny- lidène ou des copolymères de tétrafluoréthylène et - 3- d'hexafluoropropylène ou d'autres matières présentant des pro- priétés équivalentes. Un matériau qui s'est avéré particuliè- rement approprié selon l'invention est la matière plastique connue sous le nom de "Téflon" (polytétrafluoréthylène). Le cas échéant, d'autres couples appropriés de liquides amortis- seurs et de constituants des parois peuvent être utilisés, tels que, par exemple, la glycérine et le "Téflon", ou des huiles minérales normales, exemptes de silicones avec des hydrocarbu- res fluorés. La réalisation pratique du dispositif d'amortisse- ment peut prendre des formes variées. D'une manière générale, la caractéristique essentielle d'un dispositif selon l'inven- tion réside dans le fait que le liquide amortisseur est placé librement, sans limites matérielles latérales, dans un inter- stice ménagé entre deux parois. Un mode de réalisation particulièrement avantageux et simple de l'invention consiste à disposer le liquide amor- tisseur entre deux plateaux placés à une certaine distance l'un de l'autre, dont l'un est mobile et solidarisé avec l'or- gane oscillant (par exemple un bras de levier), tandis que l'autre, pratiquement immobile, est maintenu dans une pièce fixe de l'appareil équipé du dispositif. D'autres formes et caractéristiques de l'invention sont décrites de façon plus précise ci-après. Par ailleurs, l'invention concerne également les appareiis de mesure et de régulation ou d'autres instru- ments comportant des pièces mobiles à amortir, notamment des appareils avec système de tuyère et de plaque antagoniste, et avec rappel, pourvus d'un dispositif d'amortissement selon l'invention. La description qui va suivre, faite en regard des dessins schématiques annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'un dispositif d'amortissement pour appareils de me- sure ou de régulation. La Fig. 2 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'une variante avantageuse du dispositif de la Fig. 1. La Fig. 3 est une vue de profil d'un autre mode de réalisation du dispositif. -4- La Fig. 4 est une vue en coupe transversale du dis- positif selon la Fig. 3. La Fig. 5 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'une autre variante de réalisation du dispositif d'a- mortissement. La Fig. 6 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'une autre variante encore du dispositif. La Fig. 7 est une vue en coupe longitudinale illus- trant un exemple d'application constitué par un convertisseur de mesure et de télécommande, équipé d'un dispositif d'amortis- sement selon l'invention. Dans les exemples de réalisation de l'invention il- lustrés par les Figures 1 à 7, le dispositif d'amortissement a été disposé, pour plus de simplicité, sur un levier recti- ligne 1 pouvant tourner ou vibrer sur un pivot d'articulation 2. Le bras 1 peut faire partie d'un appareil de mesure ou de régulation tel que, par exemple, un convertisseur électropneu- matique, dans lequel ce levier tend à entrer en vibration et doit, en conséquence, être amorti. Selon un mode de réalisation particulièrement simple et avantageux de l'invention, illustré par la Fig. 2, l'extré- mité libre du levier 1 porte un plateau mobile 3, de forme circulaire par exemple, en regard duquel se trouve un second plateau 4, pratiquement immobile, également circulaire, placé à une distance appropriée du plateau 3. Il est opportun de donner au plateau 4 un diamètre légèrement supérieur à celui du plateau 3. Il est avantageux de fixer le diamètre le plus grand à une valeur supérieure de 10 % à 20 % à celle du dia- mètre le plus petit. Toutefois, le cas échéant, c'est aussi le plateau 3 qui peut avoir un diamètre supérieur à celui du plateau 4. En outre, il est utile que les bords périphériques 3',4' de l'un des plateaux ou des deux plateaux s'amincissent vers l'interstice 5 ménagé entre lesdits plateaux. Lorsque, dans ces conditions, un plateau présente la forme d'un tronc de cône aplati, l'angle à la base devra être inférieur à 90 , par exemple égal à 45 environ. Pour pouvoir régler la distance entre les deux pla- teaux 3 et 4, donc l'épaisseur de l'interstice 5 entre ces derniers, l'un au moins des deux plateaux, à savoir le plateau - 5- fixe 4, qui est aussi le plus grand, selon la Fig. 2, a une position réglable le long de son axe. A cet effet, le plateau 4 peut simplement être fixé à l'extrémité libre d'une tige filetée 6 qui s'engage dans un alésage fileté 7 pratiqué dans une pièce fixe 8 de l'appareil, la position souhaitée étant rendue fixe à l'aide d'un contre-écrou 9. Dans l'interstice 5 ménagé entre les deux plateaux 3 et 4 se trouve, selon l'invention, une certaine quantité de liquide amortisseur 10 du type précité, qui remplit sensible- ment cet interstice, par exemple un composé liquide du silicium tel que l'huile de silicone (diméthyl-polysiloxane). Il est essentiel pour l'invention que ce liquide amortisseur coopère avec des parois des plateaux 3 et 4, ou pour plus de simplici- té, avec les plateaux eux-mêmes, qui se trouvent en contact avec ledit liquide, en un matériau tel que défini précédemment, par exemple des hydrocarbures fluorés comme le "Téflon" (poly- tétrafluoréthylène). Lorsqu'on utilise un couple de matières ainsi définies, liquide amortisseur et paroi, le liquide 10 se maintient sans autres mesures supplémentaires à l'intérieur de l'interstice 5, entre les deux plateaux 3 et 4. Si le le- vier 1 entre en vibration, en communiquant ce mouvement au plateau 3, le liquide amortisseur 10 est périodiquement chassé plus ou moins dudit interstice 5 et forme, à chaque oscilla- tion, une saillie torique autour de l'interstice ou des pla- teaux-, mais à chaque inversion du mouvement, il se rétracte et rentre dans l'interstice. Au cours de ce processus, le liquide est, en quelque sorte, sollicité alternativement en compres- sion et en traction. Le mode de réalisation illustré par la Fig. 1 cons- titue une variante du dispositif selon la Fig. 2. Dans cet exemple, le plateau mobile 3 porte en outre, sur sa face en regard du plateau 4, un disque circulaire en saillie 11, en Téflon ou en un autre matériau analogue. L'huile de silicone ou un autre liquide amortisseur utilisé 10 peut se maintenir de la même manière entre le plateau immobile 4 et le disque Il et peut "respirer" à l'intérieur de l'interstice ménagé entre ces éléments lorsque le levier 1 effectue des mouve- riients de vibration. La tige filetée 6 qui porte le plateau 4 est filée sur l'élément 8, sa position étant réglable et -6- bloquable à l'aide de deux écrous 12, 13. L'interstice 5 entre les deux plateaux 3 et 4 n'est pas-obligatoirement orienté horizontalement. Même lorsque cet interstice est en.position oblique ou verticale, le liquide amortisseur 10 peut se maintenir entre les deux parois limites, à condition que ces dernières soient en Téflon ou en un maté- riau présentant des propriétés analogues à celles visées ini- tialement. Un mode de réalisation de l'invention de ce type est par exemple celui qui fait l'objet des Fig. 3 et 4. Dans ce cas, la paroi limite pratiquement fixe est une pièce 14 à profil en U, tandis que l'autre paroi mobile est constituée par une pièce plane 15 solidarisée avec le levier 1 et plon- geant entre les branches de la pièce en U 14, en laissant un espace qui engendre l'interstice 5'. Dans cet interstice, qui s'étend de part et d'autre de l'élément plan, se trouve le liquide amortisseur 10, par exemple de préférence de l'huile de silicone. Il n'est pas indispensable que le liquide amortis- seur pénètre jusqu'à la base de la partie en U, mais cet agen- cement est plus rationnel en vue d'un réglage possible de l'effet d'amortissement; Le profilé en U 14 est fixé à cet ef- fet par sa base à l'extrémité supérieure de la tige filetée 6, qui est maintenue par la pièce 8 dans les mêmes conditions que sur la Fig. 1, avec une faculté de réglage et de blocage par deux écrous 12 et 13. Les deux éléments 14 et 15 ou,-du moins, les parois de ces derniers en contact avec le liquide amortis- seur 10 sont, selon l'invention, en Téflon ou en un matériau produisant des effets analogues, dans les conditions précitées. Le liquide amortisseur se maintient alors entre lesdits élé- ments 14 et 15. La valeur de l'amortissement peut être modi- fiée en décalant le profilé en U par rapport à la plaque 15. Là aussi, un déplacement de la partie plane 15 par rapport à la partie en U 14 provoque alternativement une expulsion du liquide hors de l'interstice 5' et un retrait dudit liquide vers l'intérieur dudit interstice, suivant le rythme des os- cillations du levier 1, en assurant l'amortissement souhaité réglable des mouvements vibratoires. Le mode de réalisation de l'invention illustré sur la Fig. 5 constitue en quelque sorte une solution intermédiai- re entre les agencements des Fig. 1 et 2 d'une part et des -7- Fig. 3 et 4 d'autre part. L'interstice 5" qui contient le liquide amortisseur 10 présente alors une forme conique, cons- tituée à l'intérieur par un cône mobile 16, fixé au levier 1, et à l'extérieur par la paroi d'une cavité conique 17 ménagée dans un corps pratiquement immobile 18. Le cône 16 et au moins la paroi intérieure de la cavité conique 17 du corps 18 sont, selon l'invention, en Téflon ou en un matériau équivalent. Comme dans le mode de réalisation selon la Fig. 1, le corps 18 peut être monté sur la partie 8 par l'intermédiaire de la tige filetée 6, dans une position axiale réglable dans laquel- le il peut être bloqué à l'aide des deux écrous 12, 13. Grâce à cette possibilité de décalage du corps 18, la distance entre la paroi conique 17 et le cône 16, donc l'épaisseur de l'inter- stice 5", peut être modifiée, en réglant ainsi l'amplitude de l'effet d'amortissement. Pour éviter de gêner les mouvements d'amortissement ou la "respiration" pulsée du liquide, il est opportun, selon l'invention, de mettre la chambre intérieure 19 du corps 18 en communication avec l'atmosphère par l'inter- médiaire d'une lumière d'aération 20. Il est en outre possible, dans le cadre de l'inven- tion, de modifier la quantité de liquide amortisseur introduit dans l'interstice ainsi que, du moins partiellement, l'épais- seur de ce dernier. Un exemple en est donné par la Fig. 6. Le levier 1 porte une pièce mobile, par exemple une tige 21, qui pénètre dans l'orifice 22, par exemple cylindrique, d'un corps cylindrique 23 pratiquement immobile, en laissant subsister un interstice 5"'. Ce dernier contient un liquide amortisseur du type précédemment défini, par exemple de l'huile de sili- cone. Une partie de la paroi de l'orifice 22 s'ouvre pour com- muniquer avec un cylindre creux 24 dans lequel coulisse un piston refouleur 25, déplaçable par exemple à l'aide d'une tige 26. Ce cylindre 24 est, également rempli de liquide 10. Grâce à ce dispositif additionnel, rationnellement applicable aussi à d'autres modes de réalisation de l'invention, on peut également faire varier l'importance de l'effet amortisseur. A titre d'exemple d'application pratique d'un dis- positif d'amortissement selon l'invention, la Fig. 7 illustre schématiquement un convertisseur électropneumatique de mesure intensitépression. Au levier 1 des dispositifs illustrés par -8- les Figures 1 à 6 correspond, dans la Fig. 7, un levier droit 27 pouvant osciller sur un pivot formé par une articulation à croisillon élastique 28, solidaire du socle 29. A l'extrémité libre dudit levier 27 est fixée une bobine toroldale 30 qui reçoit, par l'intermédiaire des conducteurs 31 et 32, les impulsions électriques d'un instrument de mesure électronique, par exemple d'un appareil thermométrique. La bobine 30 plonge dans l'entrefer annulaire 33 d'un aimant permanent 34 solidaire du socle 29. En regard d'une plaque déflectrice 35 montée sur le levier 27 se trouve une tuyère 36 alimentée en air incident, introduit en Z, par l'intermédiaire d'une canalisation 37 et d'un régulateur à étranglement 38. Ce système à plaque et tuyère pilote, de façon connue, l'amplificateur 39 qui commu- nique avec la canalisation 37 et dont la canalisation de sor- tie 40 aboutit, par l'intermédiaire d'une chambre pulsante 41, à la canalisation 42 d'air comprimé, qui émet la pression ré- gulatrice PA. Un piston à soufflet 43, qui plonge dans la chambre pulsante 41, est solidaire du levier 27 par l'inter- médiaire d'une tige 44, ce qui rétablit l'équilibrage du le- vier. Un dispositif 45 sert à régler le point zéro du système. Le dispositif d'amortissement selon l'invention, qui ne pré- sente qu'un faible encombrement, est placé par exemple au voi- sinage immédiat du système à plaque et tuyère, entre le levier 27 et un élément fixe 46 de l'appareil. Le liquide amortisseur 10, par exemple de l'huile de silicone, est introduit, selon la Fig. 1 ou de préférence selon la Fig. 2, entre la partie mobile 3 solidaire du levier 27 et la partie fixe 4, dont la hauteur peut cependant être modifiée. L'introduction du liqui- de peut s'effectuer facilement, par exemple après le montage de l'appareil, à l'aide d'une pipette, puisque l'huile de silicone tend d'elle-même à se placer dans l'interstice 5 entre les parois en Téflon des éléments ou plateaux 3 et 4 et- à s'y maintenir. Les vibrations du levier 27 qui apparaissent pendant le fonctionnement de l'appareil sont alors amorties efficacement, en l'absence de tout frottement, par le dispo- sitif selon l'invention Dans d'autres appareils, le dispositif d'amortisse- ment selon l'invention est incorporé en fonction du mode de construction et de l'agencement de l'organe oscillant. -9- Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. -10- REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'amortissement, destiné notamment à des appareils de mesure et de régulation, fonctionnant à l'aide d'un liquide amortisseur intercalé entre deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que le type du liquide amortisseur et la nature des parois en contact avec ce liquide sont harmonisés de telle manière que le liquide tende à se maintenir dans l'espace qui lui est affecté, ménagé entre les parois desdites pièces. 2.- Dispositif d'amortissement suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le liquide amortisseur est cons- titué par une substance huileuse présentant les propriétés suivantes a: la vitesse d'évaporation de la substance est suffisamment faible pour que la fonction d'amortissement que remplit le liquide reste assurée pendant toute la durée de vie de l'appareil équipé du dispositif d'amortissement, b: chimiquement et physiquement, le liquide doit présenter une stabilité suffisante pour ne pas s'altérer, no- tamment sous l'influencé du rayonnement lumineux et de l'oxy- gène de l'air, c: la viscosité du liquide doit être aussi indépen- dante que possible de la température. 3.- Dispositif d'amortissement suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension superficielle du liquide amortisseur par rapport à l'air est supérieure à celle dudit liquide par rapport aux parois qui le retiennent. 4.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le liquide amortisseur est constitué par un composé liquide du silicium, par exemple par du diméthyl-polysiloxane (huile de silicone). 5.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parois des pièces mobiles l'une par rapport à l'autre qui entrent en contact avec le liquide amortisseur se composent d'hydrocarbures fluorés, par exemple de préférence de poly- tétrafluoréthylène ("Téflon"), d'éther perfluoroalkylique, de fluorure de vynile, ou bien encore de copolymères de 248225 o tétrafluoréthylène et d'hexafluoropropylène ou de matériaux présentant des propriétés équivalentes. 6.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide amortisseur (10) est placé librement et sans barrières latérales dans un interstice (5) ménagé entre deux parois. 7.- Dispositif d'amortissement suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que le liquide amortisseur (10) est placé entre deux plateaux (3, 4) situés à une certaine dis- tance variable l'un de l'autre, l'un de ces plateaux (3) étant mobile et solidaire de l'organe oscillant (par exemple un levier 1), tandis que l'autre plateau (4), pratiquement immo- bile, est supporté par une pièce fixe (par exemple 8) de l'ap- pareil équipé du dispositif (Fig. 1, 2). 8.- Dispositif d'amortissement suivant la revendica- tion 6 ou 7, caractérisé en ce que les parois des plateaux (3, 4) ou éventuellement les plateaux eux-mêmes présentent des surfaces de contact circulaires dont l'une (par exemple 4) a de préférence un diamètre supérieur d'au moins 10 % au dia- mètre à l'autre (3) (Fig.2). 9.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les bords périphériques (3', 4') des parois de plateaux (3, 4) ou des plateaux eux-mêmes s'amincissent en direction de l'inter- stice (5), en formant par exemple des surfaces tronconiques dont l'angle à la base est inférieur à 90 . 10.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'in- terstice (5") est ménagé entre deux parois coniques écartées l'une de l'autre, formées par exemple par un cône mobile (16) fixé à l'organe oscillant ménagée dans un corps (18) pratiquement immobile (Fig. 5). 11.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la distance qui sépare les parois ou plateaux (3, 4; 16, 17) peut être réglée en vue de modifier l'épaisseur de l'inter- stice (5; 5") et, du même coup, l'importance de l'amortis- sement. 12.- Dispositif d'amortissement suivant la revendi- -12- cation 11, caractérisé en ce que l'élément fixe ou le plateau fixe (4 -; 14; 18) est maintenu par une tige filetée (6) pou- vant s'engager dans son support et y être bloquée. 13.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le liquide amortisseur (10) se maintient librement entre la paroi extérieure d'une pièce en forme de piston (21), solidaire de l'organe oscillant, et la paroi intérieure (22) d'une pièce cylindrique ouverte et fixe (Fig. 6). 14.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la quantité de liquide amortisseur (10) peut être modifiée par adduction ou retrait grâce à une chambre'de réserve communi- quant avec l'interstice qui contient le liquide. 15.- Dispositif d'amortissement suivant la revendi- cation 14, caractérisé en ce que la chambre de réserve est constituée par un cylindre creux (24) dans lequel un piston de refoulement (25) peut coulisser (Fig. 6). 16.- Dispositif d'amortissement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le liquide amortisseur (10) se maintient dans un interstice (5') ménagé entre une pièce plate mobile (15) solidarisée avec l'organe oscillant (1) et une pièce fixe (14) en forme de profilé en U (Fig. 3 et 4). 17.- Appareil de mesure ou de régulation pourvu d'un dispositif d'amortissement suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 16, par exemple convertisseur-régulateur élec- tropneumatique pourvu d'un bras oscillant (27) qui coopère avec un système à tuyère et plaque d'impact (36, 35), caracté- risé en ce que le dispositif d'amortissement (3, 4, 10) est placé à côté du système à tuyère et plaque (36, 35), entre le bras oscillant (27) et une pièce fixe (36) de l'appareil (Fig. 7).