Brevet FR2535796A1 — publié le 19840511

DISPOSITIF DE RETOUR PNEUMATIQUE RAPIDE D'UN ENSEMBLE PNEUMO~HYDRAULIQUE : VERIN MULTIPLICATEUR D'EFFORT DESCRIPTION La présente invention concerne une machine volumétrique de puissance (vérin), pour développer, à partir de deux fluides, l'air comprime d'un réseau traditionnel, et l'huile hydraulique en capacité interne, des efforts importants, supérieurs aux efforts des vérins pneumatiques, et possédant notamment un cycle pneumatique de retour rapide, de l'élément du dispositif dévelop- pant la puissance. Il est constitué - d'un cylindre d'acier à deux compartiments (2) et (3) respectivement pneumatique et hydraulique, - d'un piston pneumatique mobile (4), solidaire d'un doigt plongeur (5) : la tige du piston. - d'un piston hydraulique mobile de puissance (6) à retour pneumatique dont le corps creux (7) comporte une capacité d'huile hydraulique. - d'un diaphragme annulaire fixe g8) limitant la course de déplacement du piston pneumatique. - une série de joints (9) adaptée pour réaliser l'étanchéité entre les compartiments air, huile (2) et (3) et l'extérieur du dispositif. - le diamètre du doigt plongeur g-5) est inférieur au diamètre du corps creux (7) s capacité du piston hydraulique (6), - l'air comprimé pénètre par l'orifice d'alimentation (Oa), développe, un effort dont la résultante est le produit de la pression de l'air (unité de pression le bar) par la surface du piBton pneumatique (4) (unité de surface : le cm2), selon la formule mathématique : E (effort en daN) = P (pression en bar)X S (surface en cm2). - le doigt plongeur (5) solidaire du piston pneumatique (4) transmet l'effort engendré par ce dernier, par sa section, ( donc la surface de sa tige), se déplace dans le sens de la poussée (P) pénètre le corps creux (7) du piston hydraulique (6), en chasse l'huile qui, rar 9e conduit annulaire (résultant des différences de diamètre du doigt plongeur (5) et du corps creux (7) se répartit sur la face arrière (10) du piston hydraulique (6) - opération de multiplication d'effort -, remplit ive volume variable (11) si tué entre le diaphragme fixe (8) et le piston hydraulique mobile (6), et déplace ce dernier sous l'effet de la poussée de l'huile hydraulique. L'effort résultant est transmis sur la tige du piston hydraulique (6). Il y a alors déplacement du piston hydraulique et production de l'effort calculé. le retour rapide de l'ensemble, piston hydraulique/piBton pneumatique, s'effectue simultanément en appliquant la pression d'air du réseau sur les faces avant (A) et (B) des pistons hydraulique et pnaumatique par les orifices (Ob). le dispositif selon l'invention est particulierement destiné aux opérations mécaniques de puissance, nécessitant des efforts importants à partir de l'air comprimé utilisé dans les entreprises industr elles, et réclamant des temps de cycle de fonctionnement réduits, notamment par le retour pneumatique de l'élément de puissance du dispositif objet de l'invention, pour aes opéra- tions non exhaustives telles que - poinçonnage - marquage - cintrage - sertissage # emboutissage - emmanchement etc... les efforts importants, par effet de piston, sont traditionnellement obtenus soit - avec l'air comprimé, cela engendre des dispositifs encombrants, de rentabilité médiocre, et coûteux. - avec l'huile hydraulique, les encombrements sont.alors réduits, les mouvements sont généralement lents, et il est nécessai- re d'utiliser un générateur de puissance, tel par exemple qu'une centrale hydraulique, l'ensemble est coûteux, et de maintenance spécifique, - ou bien un combiné hydro-pneumatique, utilisant le principe de multiplication comme défini dans notre principe, mais, en fone- tion simple effet, avec retour du dispositif développant la puissance par ressort, lent, peu mécanique, et très limité en course de travail de puissance. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces in convénients. Il comporte on effet; un compartiment pneumatique dont le piston transmet sa puissance, par l'intermédiaire de sa tige - le doigt plongeur - à un pistonhydraulique creux d capacité d'huile, logé dans un compartiment hydraulique étanche du pr6- cèdent, et situé à l'avant de ce dernier. L'ensemble avance et produit un effort (en rapport avec les co- tes dimencionnelleo du vérin), sous la pression du fluide moteur : l'air comprimé, et la multiplication interne résultant du second fluide : l'huile hydraulique. le retour de l'ensemble pneumo-hydraulique est Pneumatique. En effet, les chambres pneumatiques (V). et (V') sont spécifiquement destinées au retour des ensembles1 pistons/tiges, hydraulique et pneumatique. Aucun élément mécanique antagoniste, (tel que ressort par exemple), n'intervenant dans le déroulement du cycle de fonctionnement. La chambre pneumatique (V''), quant & elle, est le récepteur de l'air comprimé pour le développement de la fonction puissance. Dans la fonction retour pneumatique rapide, l'air comprimé, appliqué sur les. faces de références (A) et (B) par un conduit unique, permet le retour rapide en position arrière des pistons hydraulique (6) et pneumatique (4). La figure 1 représente en@coupe un dispositif selon l'invention la ure 2 représente le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente les quatre états principaux du fònc- tionnement du dispositif selon l'invention. Les dispositifs représentés sur les figures 1 et 2 comportent - un corps en acier constitué de deux parties (2) et (3),muni@ d'orifices d'alimentation pneumatique (Oa) (Ob) ; les dimensions de l'ensemble sont relatives aux puissances développées. - un piston pneumatique mobile (4), solidaire de sa tige doigt plongeur (5) - un piston hydraulique (6) mobile comportant un corps creux (7) en son: centre axé longitudinalement pour recevoir une cagaci- té d'huile hydraulique. - un fonds arrière (12) muni d'un orifice d'alimentation pneumatique (Oa). différents joints (9) assurant 11 étanchéité entre les chambre@ pneumatique, hydraulique et l'atmosphère. A A titre d'exemple non limitatif, nous allons décrire les diff6- rentes phases d'exécution et procédures de réalisation des prototyb pes qui ont été réalisés suivant l'invention A - LES MATERIAUX 1 - les constituants mécaniques : le choix des matériaux pour la réalisation de l'invention est primordial ; en effet, compte tenu des efforts développés importants, il importe dtavoir recours è des métaux ferreux, de résistance mécanique stable et durable, avec, donc de faibles coefficients de transformation .Les métaux non ferreux peuvent entre utilisés ; néanmoins, il faut tenir compte de leurs caractéristiques mécaniqueo différentes des aciers ferreux afin de conserver à l'invention ses critères constitutifs de définition. 2 - Les consiituants d'étanchéité : les les joints. Classiques de constitution et de profil, ils doivent être adaptés aux pressions de Bonctionnement (air moteur), ainsi qu'aux efforts de multiplication du système objet de l'invention. B - LES DIFFERENTS ELEMENTS MECANIQUES CONSTITUANT L'INVENTION. le corps. I1 est constitué en deux parties de diamètres identiques ou non identiques, mais concentriques et raccordées entre elles par une partie filetée. Nous identifierons ces deux parties comme étant respectivement 1) la partie arrière : pneumatique Ref (2) 2) la partie avant : hydro-pheumatique Ref (3) 1) La partie arrière pneumatique Ref (2) Cette pièce mécanique possède une face arrière (côté alimentation Ref (Oa), ainsi qu'une face avant (côté raccordement à la partie hydraulique)/ Elle également constituée de 2 types de pièces usinées - les pièces fixes - les pièces mobiles a) réalisation des pièces fixes La face avant du cylindre (2) servant de référence d'usinage, trois alésages concentriques-sont réalisés: - le premier traversant permet le passage de la tige du piston pneumatique, ou doigt plongeur (5) - le second, d'un diamètre plus large et d'une profondeur limitée, sert de logement au joint d'étanchéité (9) entre les parties (2) et (3). - le troisième, d'un diamètre plus large que le second, concentrique, mais éealement d'un profondeur limitée, est taraudé et reçoit l'écrou (@') de blocage du joint d'étanchéité référence ci dessur - ; cet écrou est lui-m8me alésé concentriquement au diamètre du uol plongeur. le diamètre extérieur est réduit, fileté, afin de permettre le raccordement avec la partie avant référencée (3). Une gorge annulaire (G) est usine sur ce diamètre fileté ; se raccordent à cette gorge annulaire, les différents canaux (C) com muniquant avec une chambre volumétrique (CV). Une seconde gorge annulaire (GAE), au droit de l'épaulement du filetage de raccordement, reçoit un joint d'étanchéité. Une troisième gorge annulaire (GAE) ayant la même fonction que la précédonte, est usinée à la limite de la face de référence d'usinage. Un fond arrière fileté (12) obture le cylindre par sa face ar rible ; en son centre, un orifice fileté (Oa) permet la mise en place d'un système de raccordement extérieur. Ce couvercle de raccordement possède une gorge annulaire recevant un joint d'étanchéité. Sa face avant de bute au piston pneumatique mobile, un joint d'amorticsement est logé dans une gorge annulaire. la face arrière du cylindre (2) servant de référence d'usinage, deux alésages concentriques sont réalisés - le premier alésage de grand diamètre, de profondeur telle qu' une toile de matière de plusieurs milimètres subsiste Avant d'at- teindre le joint d'étanchéité (9), il reçoit le piston pneumatique mobile (4). - le deuxième alsage, de diamètre inférieur au précédent, concontrique et: de quelques milimètres de profondeur, permet de faire apparaître un épaulcment qui servira de butée mécanique au piston pneumatique mobile (4), d'une part, et délimitera d'autre part une chambre volumétrique (CV), dont la fonction est d'assurer de décollage du piston pneumatique mobile lors de son mouvement retour ar- rière. L'arrivée du fluide moteur s'effectue par plusieurs canaux (C) de petit diamètre, qui ont leurs axes parallèles à celui du cylindre (2), et, perpendiculaire à ce dernier, une gorge annulaire (G), à laquelle ils seraccordent. b) réalisation des pièces mobiles Elles sont au nombre de deux (4) et (5), et sont solidaires pour former le 'piston pneumatique mobile . Le piston (4) : c'est un dis que de métal généralement de nature différente du cylindre, et réa lisé en aluminium. 3ur sa partie annulaire, treis gorges sont usinées,. afin de re- cevoir le joint d'étanchéité, ainsi qugun joint racleur. En son axe, et concentriques, deux alésages - l'un permettant le passage du doigt plongeur et son raccorde- ment, recevant dans une gorge annulaire un joint d'étanchéité, - l'autre de diamètre supérieur, permettant le logement d'un écrou de f fixation QF) du doit plongeur. Le doit'.t plongeur (5) : c'est un axe oylindrique lisse d'un bout, épaulé et fileté de l'autre, et fixé par un écrou (EP ) et une rondelle frein, et mis en place dans le logement précédemment décrit et destiné à cet effet. 2) n partie avant hydro-pneumatique Ref (3). Cette pièce mécanique possède : - une face arrière, côté raccordement à la partie avant pneumatique. - une face avant, permettant le passage de la tige du piston hydraulique mobile de puissance. Elle est également constituée de deux types de pièces usinées a) les pièces fixes b) les pièces mobiles a) réalisation des pièces fixes La face arrière du cylindre (3) servant de rôfdrence d'usinage, trois alésages concentriques sont réalisés - le premier alésage traversant est réalisé au diamètre de la tigo du piston hydraulique de puissance (6). - le second alésage borgne est réalisé au diamètre du piston hydraulique ; sa longueur est déterminée par la longueur du piston hydraulique (6) ajoutée à la longueur du déplacement désiré. - le troisième alésage concentrique délimite dans le fond de 1' alésage précedent une chambre volumétrique (CV'), dont la fonction est d'assurer le "décollage" pneumatique du piston hydraulique dans sa fonction retour. - perpendiculairement à son axe, cette chambre (CV') reçoit plusieurs canaux (C') de faibles diamètres. Ces usinages sont ralises a partir du diamètre externe du cylindre (3), et selon les différents diamètres de ce dernier. - chacun des canaux (C') communique, par deux usinages judicieusement positionnes, l'un annulaire (G"), interne, à l'extré- mité arrière du cylindre (3), l'autre (C"), parallèle à l'axe du cylindre (3), avec la gorge usinée (G3 sur le cylindre (2), et sont en communication lorsque les parties (2) et (3) sont raccordées par leurs parties filetées. La face avant du cylindre (3) servant de référence d'usinage, deux alésages concentriques, de diamètre déterminant un épaulemént, sont réalisés aux dimensions du guide mécanique faisant également fonction de joint d'étanchéité du piston hydraulique mobile. La partie avant externe du cylindre est filetée, afin de permettre la fixation de l'ensemble assemble, sur un support extérieur au système détaillé. Une vis (VR), appelée vis de remplissage, est positionnée sur un-usinage externe, et communique avec la chambre hydraulique (7) du piston mobile hydro-pneumatique, lorsque relui-ci est en position extrème avant b) réalisation des pièces mobiles Un seule pièce mobile et monobloc dans cet ensemble : le piston hydro-pneumatique creux. Il s'agit d'un ensemble tige/piston (6), réalisé aux diamètres des alésages décrits précédemment, équipé quant au piston de joints d'étanchéité. L'álésage interne du.piston délimite un volume qui servira de réservoir d'huile au système décrit par l'invention. Cet alésage est concentrique à l'axe du système. rassemblé, mais toutefois cette concentricité, du fait même de l'invention, n'est pas mécaniquement nécessaire, et une concentricité approchée, dans la fourchette de 0,1 & a ,5 milimètre est acceptable. R@VENDICATIONS 1 - D@@positif de puissance par multiplication pneumo-hydrau liquc intégrée pour la production d'efforts importants à partir d'un réscau d'air comprimé variant entre 6 et 12 bars, caractérisé par le fat qu'il comporte un retour pneumatique rapide de l'ensemble composant le piston hydraulique (6) et le piston pneumatique (4). 2 - Dispositif selon la revendication 1 -, caractérisé par le fait d'une entre commune d'air comprimé, qui se distribue sur les pistons pneumatique et hydraulique pour la fonction retour de l'ensemble. 3 - Dispositif selon les revendications 1 - et 2 -, caractérisé par le fait qu'en l'absence de ressort de rappel ou tout autre système mécanique, le retour rapide s'effectue par la détente d'un fluide compréssîble tel que l'air ou tout autre gaz possédant des qualités oo comprension- et de détente. K Dispositif sclon les revendications 1 - 2 - et 3 -, oaractérisé par le fait d'un retour rapide de pnrt l'utilisation de gaz compressible et permettant d'augmenter les efforts de remontée. du système de puissance du dispOsitif par une augmentation de la face d'appui pneumatique du piston hydraulique (6). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé par le fait que le do:gt plongeur a un diamètre inférieur (et de préférence de 1 à 2 milimetres) à celui du réservoir d'huile intégré au piston de puissance. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, aaractérisé par le fait d'une concentricité approchée des deux parties de l'ensemble constitué par les compartiments (2) pneumatique et (3) hydraulique, et notamment par la concentricité du doigt plongeur (5) et du réservoir d'huile hydraulique (7) du piston hydraulique (6) ; cette concentricité approchée peut avoir des écarts variant de 0,1 à 1,5 milimètres.