Brevet FR2512890A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un vérin actionné par fluide sous pression, comportant un cylindre, un pis- ton et une tige de piston guidée à travers au moins une des parois en bout du cylindre. Ces vérins sont utilisés en grand nombre et dans les machines les plus diverses comme moteurs rectilignes, car ils ne sont pas sujets à des pannes de fonctionnement et ils sont faciles à loger, même lorsque l'espace dispo- nible est réduit. Dans les vérins pneumatiques notamment, l'équipage mobile constitué par le piston et sa tige peut, sous l'in- fluence de forces extérieures, se déplacer lorsque l'ali- mentation en fluide sous pression est interrompue Ceci est particulièrement gênant lorsque les charges déplacées par différents vérins ont des parcours en partie communs et peuvent donc se rencontrer si l'alimentation en fluide des divers vérins n'a pas lieu dans un ordre chronologique bien déterminé et suivi avec précision grâce à une comman- de à programme. L'invention a donc pour objet de réaliser un vérin actionné par fluide sous pression, dans lequel la tige de piston est automatiquement freinée et immobilisée lorsque l'alimentation est interrompue, sans que cela soit au dé- triment du faible encombrement radial de ce type d'appa- reil. A cet effet, dans le vérin selon l'invention, la paroi en bout traversée par la tige de piston porte un frein par accumulation à ressort, comportant un carter, un manchon freineur, qui, par une de ses extrépnitéstrepose axialement contre ce carter, est muni de bras de serrage répartis dans le sens périphérique et présentant sur leur face externe des rampes disposées sur cône Race conique com- mune, et, à l'état non chargé, entoure la tige de piston a- vec un ajustement coulissant, un manchon de compression ri- gide, qui entoure la tige de piston avec un ajustesuent cou- lissant, coaxialement au manchon freineur, un ressort, qui sollicite le manchon de eomp-ession en direction du man- chon freineur, et un piston d'actionnement annulaire, qui entoure la tige de piston avec un ajustement coulissant et étanche, coopère de façon étanche avec une face du carter qui définit un alésage cylindrique et, par sa face en bout située à l'opposé du ressort, délimite avec le carter et la paroi en bout du cylindre une chambre de travail commu- niquant avec l'alimentation en fluide sous pression du vé- rin, et les rampes des bras coopèrent avec des faces in- clinées complémentaires portées par-le carter et/ou le manchon de compression. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston d'actionnement coulisse sur un manchon de guidage porté par la paroi en bout du cylindre et entourant à dis- tance la tige de piston Cette caractéristique permet, d' une part, de choisir librement le matériau du manchon de guidage et, de l'autre, elle rend inutile un alignement parfait du carter sur l'axe du vérin, le manchon de guida- ge ne constituant pas un palier pour la tige de piston. L'extrémité du manchon éloignée de la paroi en bout bout du cylindre peut être munie d'un collet, qui saille radialement vers l'extérieur Grâce à ce collet, le piston d'actionnement est monté imperdable sur le manchon de gui- dage. Le piston d'actionnement peut, sur sa face en bout proche du collet, être muni d'un évidement, dans lequel le collet pénètre avec jeu Ceci est avantageux lorsqu'on dé- sire donner au frein le plus faible encombrement axial pos- sible. Dans une forme d'exécution plus élaborée, un méca- nisme réducteur est interposé entre le ressort et le man- chon de compression et comporte: une bague de renvoi dis- posée coaxialement au piston d'actionnement, agissant-sur la face en bout de celui-ci éloignée de la chambre de tra- vail et munie d'un alésage conique, au moins un corps de renvoi sphérique, en contact avec la face qui délimite 1 ' alésage conique et avec la face en bout du manchon de com- pression tournée vers le cylindre du vérin, et au moins u- ne rampe conique formée soit sur la face en bout du man- chon de guidage tournée vers le manchon de compression, soit sur la face en bout du manchon de compression tournée vers le manchon de guidage Dans cette forme d'exécution, l'engagement du manchon de compression sur le manchon frei- neur est provoqué par la force du ressort avec interposi- tion de deux mécanismes coniques en série Comme la trans- mission de la force du manchon de compression aux bras de serrage du manchon freineur a lieu par l'intermédiaire d' un autre mécanisme conique, on obtient une augmentation considérable de la force et donc un serrage ezçtrêmeraent sûr de la tige de piston ainsi immobilisée dans la posi- tion qu'elle occupe au moment même o l'alimentation du vé- rin en fluide sous pression est interrompue, et ce, même si des forces extérieures relativement importantes s'exer- cent sur elle. Les faces en bout respectives, tournées l'une vers l'autre, du manchon de guidage et du manchon de compres- sion sont munies toutes deux de rampes qui, d'un manchon à l'autre, sont de même pente, mais d'inclinaison inverse. De ce fait, le (ou chaque) corps de renvoi sphérique prend appui contre le manchon de guidage et contre le manchon de compression dans des conditions géométriquement identiques. Ceci est avantageux pour obtenir la plus faible usure pos- sible des faces de contact et pour obtenir la plus grande composante axiale possible de la force. Le collet du manchon de guidage peut se déplacer a- vec jeu dans l'alésage conique de la bague de renvoi Ceci contribue aussi à réduire l'encombrement axial du frein. Le manchon freineur est muni de bras de serrage à ses deux extrémités et les faces inclinées complémentaires de leurs rampes sont prévues tant sur le manchon de com- pression que sur le carter On obtient ainsi une surface de freinage particulièrement grande sur la tige de piston. La face inclinée prévue sur le carter peut être por- tée par un manchon d'appui monté dans la face en bout de celui-ci La réalisation de cette face inclinée est alors extrêmement simple. Selon une autre caractéristique avantageuse de 1 ' invention, la face externe, de forme cylindrique, du man- chon de compression coopère avec un manchon-guide porté par la face en bout du carter On obtient ainsi un bon gui- dage extérieur du manchon de compression. Le ressort est avantageusement un ressort de com- pression hélicoïdal, qui entoure coaxialement le manchon de compression On obtient ainsi une construction particu- lièrement compacte dans le sens axial. De toute façons l'invention sera bien comprise à 1 ' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, dont l'unique figure est une vue en coupe axiale partielle, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution d'un vérin pneumati- que muni du frein par accumulation à ressort selon l'in- vention. Dans cette figure, les éléments du frein sont à 1 ' état serré au-dessus de l'axe et à l'état desserré au-des- sous. On reconnalt dans la partie droite de la figure 1 ' extrémité du cylindre 10 d'un vérin pneumatique, ainsi qu' une petite partie du piston 12 qui coulisse dans ce cylin- dre Le cylindre 10 est fermé par une paroi en bout 16 que traverse la tige 14 du piston 12 Un joint annulaire 18 assure l'étanchéité entre la tige de piston 14 et la paroi en bout 16. Sur la face externe d'une partie 20 de plus petit diamètre de la paroi en bout 16 est monté, par exemple par collage ou soudage, un carter cylindrique 22 Ce carter définit intérieurement un alésage 24, dans lequel est mon- té avec un ajustement coulissant un piston d'actionnement annulaire 26 La face interne de ce piston coulisse sur un manchon de guidage 28, qui entoure avec jeu la tige de piston 14 et qui est monté fixe dans la paroi en bout 16. Des joints 30 et dû assurent l'étanchéité au niveau des fa- ces de glissement du piston d'actionnement 26 Un joint 34 assure l'étanchéité entre le manchon de guidage 28 et la paroi en bout 16. Le piston d'actionnement 26 délimite ainsi avec la face qui définit l'alésage 24 et la face tournée vers lui de la paroi en bout 16 une chambre de travail 36, dans la- quel débouche un canal 38 formé dans cette paroi pour Il entrée du fluide sous pression. A son extrémité éloignée du vérin, le carter 22 est fermé par un couvercle 40 Celui-ci porte coaxialement à la tige de piston 14 un joint à lèvre 42, un coussinet 44, un manchon d'appui 45 et un manchon-guide 46 Dans une chambre annulaire située entre le carter 22 et le manchon-guide 46, qui est désignée par la référence 48 et communique avec 1 ' atmosphère par un orifice 50, est monté un ressort de com- pression hélicoïdal 52, dont une extrémité prend appui con- tre le couvercle 40, tandis que son autre extrémité, tour- née vers le piston d'actionnement, s'appuie contre une ba- gue de renvoi 54, qui est également montée dans l'alésage cylindrique 24 du carter avec un ajustement coulissant La face en bout de la bague 4 tournée vers l'opposé du res- sort prend appui contre le piston d'actionnement 26, le- quel est ainsi sollicité par le ressort en direction de la paroi en bout 16 du vérin. La bague de renvoi 54 présente un alésage conique 56, qui est coaxial à la tige de piston 14 et diverge en direction du piston d'actionnement 26 Plusieurs billes 58 sont en contact avec la face conique qui définit cet alé- sage 56 et peuvent se déplacer radialement entre deux ram- pes 60, 62 Une de ces rampes est située sur la face cn bout libre d'un collet 64 fixé à l'extrémité libre du man- chon de guidage 28, l'autre est située sur la face en bout tournée vers ce collet d'un manchon de compression 66. Ce manchon de compression 66 entoure par sa partie tournée vers le collet, avec un faible Jeu, la tige de pis- ton 14 et sa face de révolution externe est en contact cou- lissant avec le manchon-guide 46 Dans sa partie opposée, tournée vers le couvercle 40, il présente un alésage coni- que 68, qui diverge en direction du couvercle et coopère avec des rampes complémentaires 70 formées sur la face ex- terne de bras de serrage élastiques 72 Ces bras font par- tie d'un manchon freineur 73, qui, à son extrémité opposée, est muni d'un second jeu de bras de serrage 74 répartis dans le sens périphérique Ces bras présentent aussi sur leur face externe des rampes 76 inclinées sur l'axe en di- rection du couvercle 40, qui forment ensemble une face conique et coopèrent avec la paroi d'un alésage conique complémentaire 78 formé à l'extrémité du manchon d'appui tournée vers le manchon de compression 66. Le piston d'actionnement 26 présente dans sa face en bout tournée vers la bague de renvoi 54 un évidement coni- que 80, qui diverge en direction de cette bague et dans le- quel s'enfonce le collet 64 en position de desserrage. En service, le canal 38 est raccordé à une conduite d'air comprimé 82, qu'un distributeur 4/3 84 met en communi- cation avec l'une ou l'autre, suivant le cas, de deux con- duites 86, 88, dont chacune aboutit à une chambre de tra- vail respective du vérin Le distributeur 84 peut aussi faire communiquer ces chambres avec une conduite de dé- charge 90. Le vérin muni du frein par accumulation à ressort qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante: Si une pression suffisamment élevée règne dans la conduite d'air comprimé 82, la force développée par le pis- ton d'actionnement 26 est supérieure à la force antagonis- te du ressort hélicoïdal 52, de sorte que le piston 26 peut déplacer la bague de renvoi 54 en direction du couvercle 40 jusqu'à ce que sa face en bout tournée vers celui-ci vienne en appui contre la face en bout opposée du manchon- guide 46 Les billes 58 sont en contact avec la partie de l'alésage conique 56 la plus proche du piston 26, c'est-à- dire dans une position radialement extérieure Il en résul- te que le manchon de compression 66 peut se déplacer en di- rection du piston 26 et que les paires 68, 70 et 76, 78 de faces de contact ne transmettent aucune force Les bras de serrage 72, 74 du manchon freineur 73 sont donc soulagés et ils entourent la tige de piston 14 avec un ajustement coulissant ou un faible jeu. Lorsque l'alimentation en air comprimé est inter- rompue, le ressort 52 peut, au contraire, repousser la ba- gue de renvoi 54 (et avec elle le piston d'actionnement 26) vers la paroi en bout 16 du vérin Comme les billes 58 sont prises entre les rampes 60, 62, ce déplacement de la bague 54 a pour effet de les repousser radialement vers l'inté- rieur Ce déplacement radial des billes est transformé par les rampes 60, 62 en un déplacement axial du manchon de compression 66 en direction du couvercle 40 Le déplacement axial de l'extrémité du ressort 52 qui s'appuie contre la bague est donc transmis au manchon de compression 66 avec une double réduction par mécanisme de renvoi conique Le déplacement axial de ce manchon 66 a pour effet que des forces radiales considérables s'exercent sur les bras de serrage 72, 74 par l'intermédiaire des faces de contact 68, et 76, 7 Ces bras coincent donc la tige de piston 14 entre leurs faces internes et la maintiennent fermement. La tige de piston est donc automatiquement arrêtée lors- que l'alimentation en air comprimé est interrompue. REVENDICATIONS - I. Vérin actionné par fluide sous pression, com- portant un cylindre, un piston et une tige de piston gui- dée à travers au moins une des parois en bout du cylindre, caractérisé en ce que la paroi en bout ( 16) traversée par la tige de piston ( 14) porte un frein par accumulation à ressort, comportant: un carter ( 22,40,45), un manchon freineur ( 73), qui, par une de ses extrémités, prend appui axialement contre ce carter, est muni de bras de serrage ( 72,74) répartis dans le sens périphérique et présentant sur leur face externe des rampes ( 70,76) situées dans une face conique commune et, à l'état non chargé, entoure la tige de piston avec un ajustement coulissant, un manchon de compression rigide ( 66), qui entoure la tige de piston avec un ajustement coulissant, coaxialement au manchon freineur, un ressort ( 52), qui sollicite le manchon de compression en direction du manchon freineur, et un piston d'actionne- ment annulaire ( 26), qui entoure la tige de piston avec un ajustement coulissant et étanche, coopère de façon étanche avec une face du carter qui définit un alésage cylindrique ( 24) et, par sa face en bout située à l'opposé du ressort, délimite avec le carter et la paroi en bout du cylindre du vérin une chambre de travail ( 36) communiquant avec l'ali- mentation en fluide sous pression ( 82) du vérin, et en ce que les rampes ( 70,76) des bras ( 72,74) coopèrent avec des faces inclinées complémentaires ( 68,78) portées par le car- ter et/ou le manchon de compression. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston d'actionnement ( 26) coulisse de façon é- tanche sur un manchon de guidage ( 28) porté par la paroi en bout ( 16) du cylindre de vérin et entourant à distance la tige de piston. 3. Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité du manchon de guidage ( 28) éloignée de la paroi en bout ( 16) est munie d'un collet ( 64), qui sail- le radialement vers l'extérieur. 4. Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston d'actionnement ( 26) est, sur sa face en 251239 O bout proche du collet, muni d'un évidement ( 80), dans le- quel le collet pénètre avec du jeu. 5. Vérin selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce qu'entre le ressort et le manchon de compression est interposé un mécanisme réduc- teur, qui comporte: une bague de renvoi ( 54) disposée co- axialement au piston d'actionnement, agissant sur la face en bout de celui-ci éloignée de la chambre de travail et munie d'un alésage conique ( 56), au moins un corps de ren- voi sphérique ( 58), en contact avec la face qui délimite cet alésage conique et avec la face en bout du manchon de compression tournée vers le cylindre du vérin, et au moins une rampe conique ( 60,62) formée soit sur la face en bout du manchon de guidage ( 28) tournée vers le manchon de com- pression, soit sur la face en bout du manchon de compres- sion tournée vers le manchon de guidage. 6. Vérin selon la revendication 5, caractérisé en ce que les faces en bout respectives, tournées l'une vers l'autre, du manchon de guidage et du manchon de compression sont munies toutes deux de rampes qui, d'un manchon à l'au- tre, sont de même pente, mais d'inclinaison inverse. 7. Vérin selon la revendication 5 ou la revendica- tion 6 rattachée à la revendication 3, caractérisé en ce que le collet ( 64) du manchon de guidage ( 28) peut se dé- placer avec jeu dans l'alésage conique ( 56) de la bague de renvoi ( 54). 8. Vérin selon l'une quelconque des revendica- tions l à 7, caractérisé en ce que le manchon freineur est muni de bras de serrage ( 72,74) à ses deux extrémités et en ce que les faces inclinées complémentaires ( 68,78) sont prévues tant sufie manchon de compression que sur le car- ter. 9. Vérin selon la revendication C, caractérisé en ce que la face inclinée ( 78) prévue sur le carter est por- tée par un manchon d'appui ( 45) monté dans la face en bout libre de celui-ci. 10. Vérin selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que la face externe, de for- me cylindrique, du manchon de compression ( 66) coopère a- vec un manchon-guide ( 46) porté par la paroi en bout libre du carter. 11 Vérin selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 10, caractéris 6 en ce que le ressort ( 52) est un ressort de compression hélicoïdal, qui entoure coaxialement le manchon de compression ( 66).