Brevet FR2499054A1 — publié le 19820806

L'invention concerne un mécanisme de commande dw mouvement linéaire de câbles et autres. Divers dispositifs ont été conçus pour déplacer un câble dans une direction suivant son axe. I1 convient de noter que le terme "câble", lorsqu'il est utilisé dans l'expression "câble mené" employée dans le présent mémoire, désigne, outre l'organe correspondant à la signification classique, des pièces telles que des longueurs de tuyaux, des tubes à paroi mince, des tiges pleines ou des barres. Certains de ces mécanismes antérieurs de commande sont criticables, car ils provoquent ou permettent une rotation du câble. Bien que ceci puisse être souhaitable pour certaines utilisations, cette rotation ne peut être tolérée dans d'autres applications. D'autres dispositifs de commande comportent des galets, des courroies ou des chaines qui sont simplement disposés le long du câble mené et portent contre sa surface extérieure afin de transmettre par frottement des forces d'entraînement. De tels mécanismes de commande sont sujets au glissement, ce qui est criticable, non seulement parce que le câble peut ne pas être entraîné à force, mais également parce que le glissement accroît l'importance de l'usure localisée sur le mécanisme de commande et/ou le câble, ce qui peut avoir pour résultat un accroissement du glissement ou des ruptures localises De plus, ces mécanismes sont criticables car ils ne répartissent pas convenablement les forces d'entraînement étant donné qu'ils ne réalisent qu'un contact ponctuel ou qu'un contact linéaire limité avec la surface du câble. L'invention concerne un mécanisme de commande linéaire d'un câble, conçu pour éliminer ces inconvénients. L'invention concerne plus particulièrement un mécanisme de commande linéaire d'un câble comprenant plusieurs (de préférence au moins trois) ensembles d'entraînement comportant chacun un câble ou une courroie d'entraînement qui est enroulé en hélice autour du câble mené. Si ces éléments étaient alors simplement entraînés, ils feraient tourner en même temps que translater le câble mené. Pour empêcher cette rotation non souhaitée, les ensembles d'entraînement sont mis en rotation autour de l'axe longitudinal du câble mené, dans un sens et à une vitesse provoquant le déroulement de l'extrémité avant du câble d'entraînement et éliminant les forces de rotation. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 2 789 687 et nO 3 265 269 décrivent deux mécanismes connus et antérieurs, présentant certaines analogies avec le mécanisme selon- l'invention. En raison des configurations généralement instables de ces ensembles d'entraînement, chacun de ces dispositifs exige un tube de guidage dont les tolérances avec le tuyau ou le câble mené sont étroites. Par conséquent, ces dispositifs de commande sont incapables de manipuler un tronçon du câble mené présentant une discontinuité de dimension, à savoir une dimension supérieure ou inférieure à la dimension périphérique de base. Il convient de noter que le fait simplement de ménager un certain jeu et d'utiliser une configuration stable (s'équilibrant d'ellemême) ne permet pas I'adaptation à une telle discontinuité de dimension.Le fait que la même longueur de câble d'entrai- nement porte contre un tronçon ayant une dimension périphérique supérieure ou inférieure provoque l'application d'une torsion à la partie présentant la discontinuité. Etant donné que cette discontinuité peut être constituée d'une épissure ou d'un connecteur placé entre des longueurs de câbles -adjacentes, cette torsion peut être particulièrement indésirable et peut présenter un risque de danger. L'invention concerne un mécanisme conçu pour s'adapter à des discontinuités de la dimension pérIphérique d'un câble tout en maintenant un entraînement linéaire et sans torsion de ce dernier. Un autre avantage du mécanisme de commande selon l'invention est qu'il comporte des moyens facilitant l'introduction initiale du câble. En détachant certains éléments, il est possible de dérouler les courroies hélicoïdales d'entraînement pour agrandir l'espace central afin que le câble puisse être plus facilement introduit, et même, le cas échéant, pour ménager un espace permettant l'introduction d'une main et d'un bras, suivant la dimension du mécanisme. Un autre avantage du mécanisme de commande selon l'invention est sa souplesse d'utilisation. Un mécanisme particulier peut manipuler des câbles de diamètres variant sur une grande plage. En outre, une force supplémentaire d'entrainement peut être appliquée par l'addition d'ensembles à un mécanisme particulier, ces ensembles étant appliqués les uns contre les autres, bout à bout, ou bien intercalés. Une autre caractéristique du mécanisme selon l'invention est que sa conception peut être utilisée pour la réalisation d'un mécanisme de maintien plutôt que d'un mécanisme d'entraînement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une élévation schématique du mécanisme de commande simple selon l'invention ; - la figure 2 est une élévation schématique du mécanisme de commande, montrant les mouvements provoqués par l'intro duction d'un tronçon élargi dans la zone du mécanisme de commande t - la figure 3A est une coupe longitudinale partielle de l'extrémité de gauche du mécanisme d'entraînement d'un câble selon l'invention, suivant la ligne 3A-3A de la figure 4A ;; - la figure 3B est une coupe longitudinale partielle de l'extrémité de droite du mécanisme d'entrainement d'un câble selon l'invention, suivant la ligne 3B-3B de la figure 4B t - la figure 4A est une coupe transversale de l'extrémité de gauche du mécanisme d'entrainement d'un câble selon l'invention, suivant la ligne 4A-4A de la figure 3A ; - la figure 4B est une coupe transversale de l'extrémité de droite du mécanisme d'entraînement d'un câble selon l'invention, suivant la ligne 4B-4B de la figure 3B ; - la figure 5 est une élévation d'une variante simplifiée du mécanisme selon l'invention ;; - la figure 6 est une élévation détaillée de l'ensemble à poulies utilisé dans la forme de réalisation de la figure 5 t et - la figure 7 est une élévation schématique, avec coupe partielle, d'un dispositif de blocage utilisant les principes de l'invention. La figure 1 représente schématiquement en 10 une forme préférée de réalisation de l'invention. Chaque mécanisme 10 comporte un câble ou une courroie 12 dtentrainement, enroulé en hélice autour d'un câble mené 11 formant un entralnement du type à cabestan. Bien qu'un seul mécanisme d'entraînement soit représenté pour plus de clarté, il convient de noter que l'invention s'étend à l'utilisation de plusieurs de ces mécanismes 10 (de préférence trois ou plus). La raison pour laquelle au moins trois de ces mécanismes sont nécessaires est qu'en plaçant trois mécanismes ou plus à égale distance les uns des autres autour de la surface périphérique du câble mené 11, les efforts de traction des câbles ou courroies 12 d'entraînement sur le câble 11 s'équilibrent entre eux et se centrent d'eux-mêmes, ce qui évite d'avoir à utiliser des guides ou autres. Le nombre optimal de câbles dépend de la force d'entraînement nécessaire pour pousser ou tirer le câble 11.En outre, le nombre maximal de câbles utilisés dans un mécanisme d'entraînement dépend des dimensions périphériques des'câbles 11 et 12, un maximum de quinze ensembles d'entraînement pouvant être placés autour du câble dans un seul mécanisme d'entraînement. I1 est avantageux que chaque câble 12 soit enroulé de manière à porter contre le câble 11 sur une spire et demie, bien qu'il soit possible d'utiliser tout autre nombre de spires. Desoulies ou roues à gorges 14, 15, 16, 17, 18 et 19 guident la course du câble 12. Bien que des paires de poulies 14, 15 et 18, 19 soient représentées schématiquement comme étant décalées les unes des autres, ces paires de poulies sont en fait coaxiales a ans cette forme préférée de réalisation. L'amplitude de la force d'entraînement qui peut être transmise du câble menant 12 au câble mené 11 sans glissement dépend de trois paramètres : le coefficient de frottement entre les câbles Il et 12, le nombre de spires (importance du contact) formées par le câble 12 autour du câble 11, et la tension du câble menant 12. Une relation analogue existe pour l'entraînement sans glissement entre les poulies 14, 15, 18 et 19 et le câble 12 avec un coefficient de frottement différent (probablement inférieur) et une grande importance de l'amplitude de l'enroulement du câble sur les poulies. C'est la raison pour laquelle on utilise des paires de poulies 14, 15 et 18, 19. On augmente ainsi l'amplitude de la force d'entraînement pouvant être exercée sans glissement. En outre, il apparaît que dans le cas où le coefficient de frottement des matériaux particuliers choisis pour les poulies et les courroies est insuffisant, d'autres poulies peuvent être aisément ajoutées afin d'accroître le nombre de spires et, par conséquent, la force d'entraînement admissible. En variante, un cabestan à plusieurs spires (non représenté) peut être utilisé à la place de ces poulies. Les poulies 16 et 17 font partie d'un dispositif de tension et de réglage, représenté globalement en 20. La poulie 16 de tension est équipée d'un ressort 22 qui exerce une force de rappel dans un premier sens, parallèlement à l'axe du câble 11. Le ressort 22 peut être, par exemple, un ressort hélicoidal ou un ressort à force constante. Un ressort 24 rappelle la poulie 17 de réglage dans un second sens, opposé au premier sens et aussi parallèlement à l'axe du câble. Le ressort 24 peut se présenter sous la forme d'un cylindre pneumatique ou hydraulique à double effet. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif de tension et de réglage 20 fonctionne de manière semiautomatique. Autrement dit, si un tronçon élégi du câble pénètre dans le mécanisme d'elltrainement, les opérations suivantes se produisent : (1) l'enroulement hélicoidal du câble mené demande une plus grande longueur de câble menant pour parcourir la circonférence plus grande du câble mené. Ceci peut être obtenu par une diminution de l'angle d'hélice et et de la longueur du pas "p" le long du câble mené ; (2) l'opérateur détecte l'arrivée du tronçon élargi et actionne le vérin pneumatique 24 afin de déplacer le piston 26 et la poulie 17 vers la gauche (comme montré sur la figure 2) de manière à accroître la longueur du brin de travail du câble menant, suffisamment pour s'adapter à l'accroissement de diamètre du câble 11, ce qui modifie l'angle d'hélice et la longueur du pas ; et (3) la vitesse du mouvement axial du câble 11 est réduite en raison de la diminution du pas de l'hélice, mais il ne se produit toujours pas de rotation ni de torsion du câble 11 grâce au mécanisme à mouvement orbital, décrit ci-après.Une suite analogue d'opérations se produit avec une longueur de câble plus petite {c'est-à-dire un tronçon de câble présentant la dimension périphérique de base se trouvant à la suite d'une telle épissure). Cependant, les sens et les vitesses de déplacement du câble menant et de la poulie de réglage sont inversés. Le mécanisme peut passer d'un mode de fonctionnement semi-automatique à un mode de fonctionnement automatique par la suppression ou le raidissement du ressort 22 (c'est-à-dire le montage fixe de la poulie- 16) et par la mise en oeuvre d'un cylindre pneumatique 24 ayant une pression correspondant à la tension normale du câble 12. Une augmentation ou une diminution de la tension se traduit par une variation directe et proportionnelle du diamètre du cable. Le ressort 24, qui assume la fonction d'un ressort linéaire, règle la position de la poulie 17 vers la gauche ou vers la droite afin de maintenir la tension appropriée de manière à augmenter ou diminuer la longueur du brin de travail du câble 12 suivant ce qui est nécessaire. Les figures 3A, 4A, 3B et 4B montrent plus en détail cette forme de réalisation de l'invention. Les poulies 14 et 15 sont montées coaxiaiement dans des paliers 28. Une roue dentée 30 est montée entre les poulies 14 et 15 auxqueiles elle est clavetée afin de tourner avec elles. Chaque roue dentée 30 engrène avec une roue dentée fixe 32. Tout engrenage classique à satellites et planétaires peut être utilisé pour l'engrenage 30, 32, bien qu'une vis sans fin tournante et une roue dentée fixe soient préférées. La roue dentée 32 et- la roue dentée correspondante 33, située à l'extrémité opposée du mécanisme d'entraînement, sont reliées fixement au sol par une structure 34. Des flasques ou disques. 36 et 37 d'extrémité, portant les paliers 28, sont montés de manière à pouvoir tourner sur la structure fixe 34 au moyen de paliers. Les flasques d'extrémité 36 et 37 sont reliés l'un à l'autre par plusieurs tirants 38 (deux pour chaque ensemble 10) et l'ensemble du mécanisme peut être logé à l'intérieur d'un carter 40. La figure 4B montre les blocs de montage 42 des poulies 17. Chaque poulie 17 est montée en porte-à-faux sur son bloc 42 au moyen d'un axe 44 qui passe dans un palier 45. Les tirants 38 se comportent comme des guides pour les blocs 42 et ils sont déplacés le long de ces derniers au moyen des vérins pneumatiques 24 afin de régler la longueur du câble utilisé dans le mécanisme. Cette forme de réalisation du mécanisme d'entraînement linéaire d'un câble peut accepter des câbles dont le diamètre présente de grandes variations. Cet avantage est dû en partie au fait que l'amplitude de la force d'entraînement ne dépend pas de la proximité des poulies 14, 15, 18 et 19 du câble mené 11 et, par conséquent, ces poulies peuvent être écartées aussi largement que cela est nécessaire pour tolérer la plus grande discontinuité prévue pour une application particulière. Une couronne dentée 46, montée sur au moins l'un des flasques extrêmes 36 et 37, est entraînée par un moteur au moyen d'une vis sans fin 50. Lorsque le moteur est mis en marche, le flasque extrême 36 tourne autour de la structure 34 et les ensembles d'entraînement exécutent un mouvement orbital autour de l'axe du câble 11. L'autre flasque extrême 37 est mis en rotation autour de la structure 34 grâce aux tirants 38 et au carter 40 qui relient les deux flasques. Lorsque les ensembles 10 tournent, l'engrènement des roues dentées 30 et 32, 33 provoque l'entraînement des câbles 12 qui déplacent le câble 11 de la droite vers la gauche, (comme montré sur les figures). Le ressort 22 maintient le câble 12 sous une tension convenable et nécessaire pour que l'entraînement par action de cabestan ait lieu. Les rapports d'engrenage choisis sont tels que la vitesse de déroulement de l'extrémité avant du câble 12 soit suffisante pour annuler les forces de rotation des spires de l'hélice (c'est-à-dire pour que le câble 11 soit translaté linéairement sur une distance égale à la longueur du pas de l'hélice à chaque tour effectué par les ensembles). Le ressort 24 réagit à un accroissement de la tension du câble (automatiquement ou semi-automatiquement) de manière à convenir à des longueurs de câble ayant des dimensions périphériques plus grandes ou plus petites, comme indiqué précédemment. Les figures 5 et 6 représentent une variante du mécanisme selon l'invention. La forme de réalisation décrite précédemment est conçue pour s'adapter à des câbles dont les dimensions périphériques présentent de grandes différences. Si de telles différences n'existent pas dans une application particulière, il est possible de simplifier notablement la structure. Par exemple, le dispositif 20 destiné à tendre et régler le câble peut être supprimé. La poulie 15 de chaque paire de poulies 14 et 15 peut être par contre remplacée par une poulie conique 52. Ces poulies coniques tolèrent de petites variations des dimensions périphériques en faisant monter ou descendre le câble 12 le long de leur surface conique, à partir d'une position centrale et normaie de fonctionnement.Lorsque la variation de diamètre du câble est suffisamment faible pour pouvoir être tolérée par une telle poulie conique, les tirants et le carter peuvent également être supprimés et les deux flasques extrêmes peuvent être simplement entraînés par deux roues dentées reliées l'une à l'autre par un arbre intermédiaire (non représenté). Cette forme simplifiée de réalisation présente un certain nombre d'autres avantages. L'un des flasques extrêmes 36 et 37 peut être mis en rotation par rapport à l'autre afin de dérouler l'hélice formée par les brins intérieurs des câbles 12. Ceci provoque évidemment une torsion vers l'intérieur des brins extérieurs, mais l'ouverture dans laquelle le câble 11 doit passer est sensiblement agrandie, ce qui facilite l'introduction initiale du câble. En outre, ces flasques peuvent être superposés, ou bien les flasques de deux mécanismes d'entraînement peuvent être intercalés, ce qui double en fait la force d'entraînement disponible au prix d'un accroissement minimal de la longueur globale.Il est évident que si la place le permet, ces formes de réalisation peuvent être disposées bout à bout le long du câble afinDque l'on obtienne une capacité d'entraînement plus grande. La figure 5 représente également une caractéristique des deux formes de réalisation. Pour des câbles relativement flexibles et de plus faibles diamètres et avec un petit nombre de câbles d'entraînement (cinq ou moins), le câble 11 prend une forme sinueuse en raison de la tension élevée des câbles 12. Outre les forces de frottement d'entraînement transmises par l'effet de cabestan hélicoïdal, cette ondulation crée un effet dit de "corde" accroissant l'amplitude de la force d'entraînement transmise au câble 11. Une autre caractéristique permise par l'invention réside dans l'utilisation d'un mécanisme de freinage ou de blocage, indiqué globalement en 60 sur la figure 7. Plusieurs segments 62 de courroie (un seul étant représenté) sont reliés à des flasques extrêmes 64 et 66. Plusieurs seconds segments 72 (un seul étant représenté comme précédemment) sont reliés aux flasques 64 et 66. Il est possible d'utiliser un second flasque fixe, représenté en traits pointillés en 74, plutôt que de fixer les deux groupes de segments de courroies au flasque 64. Le flasque 66 est mis en rotation dans un sens afin d'enrouler en hélice les segments 62 de courroie autour du câble 11. Le flasque 66 est ensuite mis en rotation en sens opposé afin que les segments 72 de courroie croisent les segments 62 et passent au-dessus d'eux.Il est avantageux que les segments 62 et 72 soient en nombre suffisant pour couvrir la totalité de la périphérie du câble 11. La configuration ainsi obtenue produit un effet analogue à celui d'un dispositif de serrage par éiéments croisés et elie empêche le câble de se déplacer jusqu a ce que l'on souhaite de nouveau produire un mouvement de translation du câble. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mécanisme décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu des câbles sans fin 12, il est possible d'utiliser un dispositif à câbles se déplaçant d'une bobine à une autre bobine. Dans un mécanisme à deux ensembles, ces derniers peuvent être utilisés de manière alternée afin d'assurer un entraînement continu. En outre, bien que le mécanisme soit représenté comme étant utilisé avec un câble de section droite circulaire: il est évident qu'il peut également entrainer des câbles de section ovale ou présentant d'autres sections polygonales. De plus, chaque courroie d'entraînement peut être une courroie à deux ou trois côtés, à laquelle une torsion est donnée dans la direction de sa longueur avant que ses extrémités soient reliées l'une à 11 autre. De cette manière, la courroie d'entraînement change de surface de contact à chaque tour, ce qui en ralentit l'usure. REVBNDICATIONS 1. - Mécanisme d'entraînement linéaire d'un câble, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ensembles (10) d'entraînement qui coopèrent pour entraîner un câble (11) ayant une dimension périphérique de base, chaque ensemble comprenant un câble menant (12) enroulé en hélice sur la périphérie du câble mené (11), un dispositif destiné à faire suivre au câble menant (12) le trajet en hélice, un dispositif destiné à faire tourner le câble et son dispositif d'entraînement autour de l'axe du câble mené, à une vitesse et dans un sens provoquant un déroulement de l'extrémité avant du câble menant afin d'annuler toutes forces de rotation communiquées au câble mené par le trajet en hélice, et un dispositif (20) permettant le passage d'une longueur de câble mené qui présente une dimension périphérique différente de ladite dimension périphérique de base, sans communiquer de forces de rotation à cette longueur de câble mené. 2. - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif permettant le passage d'une longueur de câble mené ayant une dimension périphérique différente de ladite dimension de base comprend au moins une longueur de câble en réserve et un élément à ressort (24) qui permet à cette longueur de câble en réserve d'être introduite dans le brin de travail et retirée de ce dernier comme nécessaire. 3. - Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément à ressort permet de faire varier la longueur du brin de travail du câble automatiquement en réponse à une variation de la dimension périphérique du câble mene. 4. - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif permettant le passage d'une longueur de câble ayant une dimension périphérique différente de ladite dimension de base comprend une poulie conique (52) d'entraînement. 5. - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ensembles d'entraînement sont au moins au nombre de trois et sont associés en commun à deux flasques rotatifs (36, 37) de montage qui sont mis en rotation afin de dérouler le câble. 6. - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs seconds ensembles d'entraînement qui sont associés à une seconde paire de flasques rotatifs de montage placés axialement à l'extérieur de la première paire de flasques, le long dudit câble mené. 7. - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un des flasques de montage peut être mis en rotation par rapport à l'autre afin de faire varier le nonbre de spires d'hélice formées autour du câble mené. 8. - Mécanisme'selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un des flasques de montage peut être mis en rotation par rapport à l'autre afin de dérouler totalement l'hélice intérieure pour faciliter l'introduction initiale du câble mené.