Brevet FR2541614A1 — publié le 19840831

i L'invention concerne un cylindre de serrage à commande hydraulique pour des dispositifs de serrage sur une broche tournante, en particulier sur une broche de tour, avec un boîtier de cylindre pouvant être fixé sur la broche et un piston de serrage pouvant être déplacé à l'intérieur du cylindre, le boîtier de cylindre et le piston de serrage tournant avec la broche; avec, en outre, une boîte de rac- cordement fixe munie de raccords extérieurs pour l'amenée et l'évacuation du fluide sous pression qui est montée coaxia- lement par rapport à l'axe du cylindre sur un embout de guidage du boiter de cylindre lequel forme avec la boîte de raccordement une boîte à labyrinthe annulaire remplie de fluide sous pression et présente des canaux de jonction entre les raccords d'amenée et d'évacuation d'une part et les chambres du cylindre de part et d'autre du piston de serrage d'autre part; et avec des pales de ventilateur disposées essentiellement radialement à l'extérieur du boîtier de cylindre et tournant avec celuici, lesquelles produisent, à l'intérieur d'un espace annulaire entourant la boite de raccordement, un courant d'air de refroidissement qui passe sur la surface extérieure de la boîte de raccorde- ment. Le courant d'air de refroidissement sert à dissiper la chaleur dégagée dans la boîte à labyrinthe annulaire et à empêcher ainsi un échauffement inadmissible de la boite de raccordement Dans un cylindre de serrage de ce genre bien connu par le brevet allemand N O 2 847 950, les pales de ventilateur sont disposées en assez grand nombre, et avec une orientation parallèle à l'axe du cylindre, le long d'une roue de ventilateur, solidaire du boîtier de cylindre laquelle tourne, à la face frontale du boîtier de cylindre dirigée vers la boite de raccordement, à l'intérieur d'un canal annulaire qui communique directement avec la fente annulaire de la boîte à labyrinthe entre le boîtier de cylindre et la boîte de raccordement et qui est fermé vers l'extérieur par une chape perforée L'espace annulaire traversé par le courant d'air de refroidissement est constitué entre deux parois annulaire réalisées en un matériau conduisant bien la chaleur et disposées, coaxialement l'une par rapportà l'autre et à l'axe du cylindre, entre deux capots de recou- vrement frontaux de la boîte de raccordement qui présentent des orifices d'entrée et de sortie pour le courant d'air de refroidissement prolongés dans le sens circonférentiel de la boîte de raccordement Les pales de ventilateur tournant avec le boîtier de cylindre provoquent une accélération essentiellement tangentielle de l'air dans le canal annu- laire de telle façon que l'air accéléré s'échappe à l'exté- rieur par les perforations du capot de protection, ce qui crée à l'intérieur du canal annulaire lui-même une dépres- sion laquelle provoque une circulation d'air de refroidis- sement passant de l'espace annulaire dans le canal annulaire le long de la boîte de raccordement Toutefois, le courant d'air de refroidissement ainsi obtenu est souvent gêné, par exemple aux orifices d'entrée et de sortie dans les capots de recouvrement frontaux de l'espace annulaire, aux perfora- tions du capot de protection et enfin du fait des nombreuses déviations du courant non seulement aux bords des orifices d'entrée et de sortie et des perforations, mais surtout aussi dans le canal annulaire lui-même o le courant d'air de refroidissement subit une déviation d'au moins 9 Q O Il en résulte que, en particulier à des très grandes vitesses de rotation et avec un important dégagement de chaleur corres- pondant dans la fente annulaire, le courant d'air de refroi- dissement n'est pas en mesure d'assurer un refroidissement suffisant de la boîte de raccordement De plus, à des grandes vitesses, le courant d'air de refroidissement est également à l'origine d'un bruit intolérable étant donné que l'air est fortement tourbillonné sur la multitude des pales de ventilateur, des orifices d'entrée et de sortie et des perforations, ce qui entraîne d'importants bruits d'écoule- ment Enfin, la dépression créée dans le canal annulaire présente l'inconvénient particulier de provoquer une aspira- tion d'huile hors de la boîte à labyrinthe annulaire L'huile aspirée est entraînée par l'air hors du canal annulaire vers l'extérieur, à travers le capot de protection et salit la zone environnante du cylindre de serrage dans des proportions de plus en plus grandes dans le temps. La présente invention a pour objet de perfection- ner dans un cylindre de serrage du genre précité le refroi- dissement à courant d'air forcé de telle façon que l'effet de refroidissement est beaucoup plus grand tout en réduisant très considérablement le niveau sonore et en évitant une aspiration d'huile hors de la boîte à labyrinthe annulaire. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les pales de ventilateur sont disposées en porte-à-faux sur la surface latérale du boîtier de cylindre dans la région du-plus grand diamètre du boîtier, que le plan des pales de ventilateur est incliné respectivement d'un angle d'au moins 45 par rapport à l'axe du cylindre et que l'espace annulaire est délimité à l'extérieur par une gaine de guidage d'écoulement qui, à partir de la boîte de raccor- dement, recouvre les pales de ventilateur axialement au moins jusqu'à leurs arêtes frontales opposées à la boîte de raccordement, la section intérieure de l'espace annulaire entre la gaine de guidage d'écoulement d'une part et le boîtier de cylindre ou la boite de raccordement d'autre part étant partout au moins égale à la section annulaire dans la région des pales de ventilateur. L'invention permet de créer, dans l'espace annu- laire et sur toute la longueur de la gaine de guidage d'écou- lement un courant d'air axial pratiquement non perturbé et ne subissant guère plus de déviation qui, selon le sens de rotation du cylindre de serrage et de l'inclinaison des pales de ventilateur, circule du boîtier de cylindre vers la boite de raccordement ou inversement et qui peut entrer ou sortir librement, sans déflexions, aux deux extrémités de la gaine de guidage d'écoulement De l'air frais qui provient de la zone plus éloignée du boîtier et qui n'a pas encore été chauffé par un contact prolongé avec la boîte de raccor- dement ou le boîtier de cylindre entre alors dans l'espace annulaire De ce fait, le courant d'air de refroidissement se distingue par une grande vitesse d'écoulement et un grand débit et en même temps par une basse température de l'air de refroidissement de façon à pouvoir dissiper également avec certitude des grandes quantités de chaleur et à obtenir un effet de refroidissement étonnammertimportant Etant donné que les tourbillonnements du courant d'air de refroidisse- ment sont faibles en l'absence d'obstacles notables suscep- tibles de perturber l'écoulement, tout comme les déviations du courant sur les pales de ventilateur inclinées, les bruits d'écoulement engendrés sont également faibles en conséquence Enfin, compte tenu du guidage du courant selon l'invention sur la boîte à labyrinthe annulaire, aucune dépression notable ne peut plus se créer de sorte qu'il n'y a plus d'aspiration d'huile hors de la boîte à labyrinthe annulaire. Le plus souvent il suffit pour obtenir l'effet de refroidissement nécessaire que les pales de ventilateur soient montées dans la zone du bord de la surface latérale dirigée vers la boite de raccordement Toutefois, les pales de ventilateur peuvent également être disposées sur le boîtier de cylindre à une distance axiale plus grande de la boîte de raccordement Dans ce cas, le courant d'air de refroidissement passe également sur une longueur axiale du boîtier de cylindre plus grande en conséquence, ce qui aboutit à un effet de refroidissemnt encore meilleur Par ailleurs, la disposition retenue de préférence est choisie de telle façon que dans la région des pales de ventilateur la distance radiale entre la surface latérale du boîter de cylindre et la gaine de guidage d'écoulement est au plus égale au double de la hauteur radiale des pales de ventila- teur De ce fait, les composantes radiales du mouvement du courant d'air de refroidissement sont maintenues faibles également dans la région des pales de ventilateur et l'éner- gie cinétique imprimée à l'air par les pales de ventilateur est transformée dans une large mesure en composantes de mouvement axiales de l'écoulement. Il existe une grande liberté en ce qui concurne la disposition et la conformation de la gaine de guidage d'écou- lement dans la mesure o l'on évite autant que possible des rétrécissements inadmissibles de la section de passage dans l'espace annulaire et des entraves à la libre entrée et sortie axiale du courant aux extrémités de la gaine Des résultats particulièrement bons ont cependant été obtenus avec un mode de réalisation qui est caractérisé par le fait que, pour une boite de ragcordement dont le diamètre exté- rieur est partout inférieur à celui du boîtier de cylindre, la gaine de guidage d'écoulement présente une forme essen- tiellement cylindrique, Par ailleurs, il est avantageux que la gaine de guidage d'écoulement s'étende essentiellement, dans le sens axial, sur la totalité de la longueur de la boite à labyrinthe annulaire Il s'est avéré dans la pra- tique que l'effet d'un refroidissement à courant d'air forcé selon l'invention donne déjà et de façon inattendue des résultats parfaitement suffisants en ne prévoyant que deux pales de ventilateur montées dans des positions diamétrale- ment opposées sur le boîtier de cylindre Ce petit nombre de pales entraîne une nouvelle réduction du bruit de ventila- teur Trois pales entraînent déjà une augmentation considé- rable du niveau sonore avec ce qui est surprenant un effet de refroidissement moindre. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente une coupe axiale d'un cylindre de serrage creux à commande hydraulique selon l'in- vention La figure la représente un détail de la figure 1. La figure 2 représente, partiellement en coupe, une vue de face du cylindre de serrage selon la figure 1 dans le sens de la flèche II indiquée dans cette dernière. La figure 3 représente une vue de face-du cylindre de serrage selon la figure 1 dans le sens de la flèche III indiquée dans cette dernière. La figure 4 représente une vue de côté d'un détail du cylindre de serrage creux selon la figure 1 dans le sens de la flèche IV, indiquée dans cette dernière, avec enlève- ment de la gaine de guidage d'écoulement. Dans le dessin, le boîtier de cylindre est désigné par 1 Sa face frontale est aménagée d'une manière habituel- le qu'il n'est pas nécessaire de préciser ici, pour le raccordement à la broche d'un tour non représentée, Le boîtier de cylindre 1 comprend une chambre 3 dans laquelle est disposé un piston 4 pouvant être déplacé dans le sens axial et portant à sa face avant un col 5 qui traverse la face frontale 2 du c 5 té broche du boîtier de cylindre 1 et qui peut être raccordé à un élément de transmission, par exemple un tirant ou un tuyau de serrage, également non représenté et monté dans la broche creuse du tour Le piston de serrage 4 est étanché par rapport au boîtier de cylindre 1 de telle façon que le fluide sous pression amené dans la chambre 3 du cylindre, de part et d'autre du piston de serrage 4, ne peut s'échapper En plus, pour éviter des pertes de charge accidentelles du fluide sous pression à l'intérieur des chambres partielles du cylindre, on prévoit des soupapes anti-retour Il qui fonctionnent de la manière bien connue et qui ne demandent pas ici une description plus détaillée. A son extrémité arrière, le boîtier de cylindre 1 porte un embout de guidage 13 sous la forme d'un cylindre creux disposé coaxialement par rapport à l'axe 12 du cylin- dre à l'intérieur duquel est guidé un tuyau 6 rattaché au piston de serrage 4 et dont la section intérieure constitue le passage 14 du cylindre de serrage creux L'embout de guidage 13 participe, conjointement avec le boîtier de cylindre 1 et le piston 4, au mouvement de rotation de la broche ou du tuyau de serrage A la face extérieure de l'embout de guidage 13 est montée, par l'intermédiaire d'un palier à roulement 15, une boîte de raccordement 16 fixe qui ne participe donc pas à la rotation de l'embout de guidage 13 et qui permet l'amenée par l'extérieur et l'éva- cuation du fluide sous pression par l'intermédiaire de raccords de conduites forcées 17 1 17 2 dont l'un est représenté à la figure 1 avec un décalage de 1050 La boite de raccordement 16 possède un alésage de guidage intérieur avec, dans l'exemple de réalisation, deux rainures annulaires 18.1, 18 2 reliées aux raccords de conduites forcées 17 1, 17. 2 A l'intérieur de l'embout de guidage 13 s'étendent, en direction des chambres 3 du cylindre situées de part et d'autre du piston de serrage 4, des canaux de raccordement 19.1, 19 2, 20 1, 20 2 rattachés à ces rainures annulaires 18.1, 18 2 et représentés en partie seulement dans le dessin. Entre l'embout de guidage 13 et la boîte de raccordement 16 se trouve la boite à labyrinthe annulaire 21 remplie de fluide sous pression qui représente une fente d'une largeur de quelques centièmes de millimètre seulement L'huile sous pression qui entre dans les canaux de raccordement -19 1, 19.2 par l'intermédaire des rainures annulaires 18 1, 18 2 ou inversement et qui passe alors par la fente 21 se répand latéralement dans ladite fente 21 L'huile sortant à l'ex- trémité de la fente peut passer pour une partie directement, par des rainures annulaires 16 1 situées dans l'alésage de guidage de la boîte de raccordement 16 et par des conduites 16.2 qui y sont rattachées,, et pour une autre partie, après lubrification et refroidissement des paliers à roulement 15, par les-canaux annulaires 16 3 dans un collecteur d'huile 16 4 d'o l'huile de fuite peut s'écouler par un raccord d'évacuation d'huile 16 5. A l'extérieur du boîtier de cylindre 1 sont dispo- sées des pales de ventilateur 7 essentiellement radiales qui tournent avec le boîtier de cylindre et qui créent, à l'in- térieur d'un espace annulaire globalement désigné par 17 et entourant la boîte de raccordement 16, un courant d'air qui passe sur la surface extérieure de la boîte de raccordement. Ces pales de ventilateur 7 sont disposées en porte-à-faux sur l'enveloppe 8 du boîtier de cylindre Si, contrairement à l'exemple de réalisation, l'enveloppe 8 du boîtier de cylin- dre n'est pas cylindrique, les pales de ventilateur 7 sont montées sur l'enveloppe 8 dans la région du plus grand diamètre du boîtier de telle façon que le courant d'air ne peut être affecté par des parties du cylindre de serrage qui, devant ou derrière les pales de ventilateur 7 dans le sens axial, dépassent radialement desdites pales De plus, le plan des pales de ventilateur 7 est incliné respective- ment d'un angle 9 d'au moins 45 par rapport à l'axe 12 du boîtier de cylindre 1, comme cela ressort notamment de la figure 4 L'espace annulaire 17 est délimité à l'extérieur par une gaine de guidage d'écoulement 10 qui, comme la boîte de raccordement 16, est montée de manière fixe et ne par- ticipe donc pas à la rotation du boîtier de cylindre 1 Vue de la boite de raccordement 16, la gaine de guidage d'écou- lement 10 recouvre les pales de ventilateur 7 dans le sens axial au moins jusqu'à leurs arêtes avant 7 1 opposées à la boîte de raccordement 16 La section annulaire intérieure 17 entre la gaine de guidage d'écoulement 10 d'une part et le boîtier de cylindre 1 ou la boite de raccordement 16 d'autre part est alors partout au moins égale à la section annulaire correspondante 17 1 dans la région des pales de ventilateur 7 On obtient ainsi que le courant d'air de refroidissement produit par les pales de ventilateur 7 en rotation puisse s'étendre pratiquement sans obstacle dans le sens axial et entrer ou sortir librement et sans déflexions notables aux deux extrémités de la gaine de guidage d'écoulement La direction du courant d'air de refroidissement dépend d'une part du sens de rotation du cylindre de serrage 1 et, d'autre part de l'inclinaison des pales de ventilateur 7 Si, vu dans le sens axial de l'extrémité de la boite de raccordement 16, le boîtier de cylindre 1 tourne, dans l'exemple de réalisation, en sens inverse des aiguilles d'une montre (flèche 22), l'inclinaison des pales de ventilateur 7 indi- quée dans l'exemple de réalisation et pour laquelle les arêtes de pales 7 2 dirigées vers la boîte de raccordement 16 avancent en sens horaire par rapport aux arêtes de pales opposées 7 1, crée un courant d'air de refroidissement qui, à l'intérieur de l'espace annulaire, est orienté de la boîte de raccordement 16 vers le boîtier de cylindre 1 Une inver- sion du sens de rotation ou de l'angle 9 des pales de venti- lateur 7 entraîne l'inversion de la direction du courant d'air de refroidissement L'inexistance dans une large mesure d'obstacles à l'écoulement et l'absence de déviations du courant liées au fait que -la section de passage ne se rétrécit pratiquement nulle part sur toute la longueur axiale de l'espace annulaire 17 par rapport à la section de passage 17 1 dans la région des pales de ventilateur 7 conduisent à un courant d'air de refroidissement qui se distingue par une grande vitesse d'écoulement et un débit élevé pour une faible température de l'air de telle façon que même des quantités de chaleur importantes peuvent être dissipées avec certitude dans la botte de raccordement 16. La circulation décrite de l'air a également pour e Vffet d'empêcher l'apparition d'une dépression aux extrémités de la boîte à labyrinthe annulaire 21 qui pourrait provoquer une aspiration de l'huile hors de ladite boîte à labyrinthe annulaire - Dans l'exemple deréalisation, les pales de venti- lateur 7 se situent dans la zone marginale immédiate de l'enveloppe 8 du bottier de cylindre 1 dirigée vers la boîte de raccordement 16 Dans cette zone des pales de ventilateur 7, la distance radiale entre l'enveloppe 8 du bottier de cylindre et la gaine de guidage d'écoulement 10 est infé- rieure au double de la hauteur radiale des pales de ventila- teur 7 de façon à éviter dans une large mesure des compo- santes de mouvement radiales de l'air accéléré par les pales de ventilateur 7 Le diamètre extérieur de la boite de raccordement 16 est partout inférieur à celui du boîtier de cylindre 1, ce qui ressort-de la figure 1 pour un boîtier de cylindre 1 qui n'est pas notablement plus grand que la botte de raccordement 16, tandis que le détail A de la figure la montre le cas d'un boîtier de cylindre dont le diamètre est beaucoup plus grand Dans tous les cas, la condition selon laquelle la section de passage ne doit pas diminuer sur la longueur axiale de l'espace annulaire 17 par rapport à ses dimensions dans la région des pales de ventilateur 7 est donc remplie sans difficulté par le fait que la gaine de guidage d'écoulement présente une forme essentiellement cylindrique Elle s'étend axialement sur toute la longueur de la boîte à labyrinthe annulaire 21 Par ailleurs, l'exemple de réalisation ne prévoit que deux pales de ventilateur 7 qui-sont montées de façon diamétralement opposées sur le boîtier de cylindre 1 Enfin, la boîte de raccordement 16 peut être munie, à l'extérieur, d'ailettes de refroidisse- ment 23 qui s'étendent dans le sens axial La gaine de guidage d'écoulement 10 peut être fixée au moyen d'attaches 10.1 sur les ailettes de refroidissement 23. Le système représenté et décrit permet d'obtenir un effet de refroidissement étonnamment puissant Ainsi, des essais pratiques ont démontré par exemple que, respectivement en milimètre,pour un cylindre de serrage 1 avec un diamètre du boîtier de cylindre de 162, une gaine de guidage d Técoule- ment cylindrique 10 avec un diamètre intérieur de 200, une boîte de raccordement 16 avec une longueur axiale de 140 et un diamètre extérieur de 160 ainsi que pour une boîte à labyrinthe annulaire 21 avec une longueur de fente de 27 et inclinees deux pales de ventilateur 7/à 45 par rapport à l'axe 12 du cylindre et présentant respectivement une hauteur radiale de 15 pour une longueur axiale des pales de 35, la tempéra- ture de la boîte de raccordement 16 ne dépasse pas 49 C = 318 K, et cela même à des vitesses de 8000 tours/ minute. 254 1614 REVENDICATIONS 1 Cylindre de serrage à commande hydraulique pour des dispositifs de serrage sur une broche tournante, en particulier sur une broche de tour, avec un boîtier de cylindre pouvant etre fixé sur la broche et un piston de serrage pouvant etre déplacé à l'intérieur du cylindre, le boîtier de cylindre et les pistons de serrage tournant avec la broche; avec, en outre, une boîte de raccordement fixe munie de raccords extérieurs pour l'amenée et l'évacuation du fluide sous pression qui est montée coaxialement par rapport à l'axe du cylindre sur un embout de guidage du boîtier de cylindre lequel forme avec la boite deraccorde- ment une boite à labyrinthe annulaire remplie de fủide sous pression et présente des canaux de jonction entre les rac- cords d'amenée et d'évacuation d'une part et les chambres du cylindre de part et d'autre du piston de serrage d'autre par-t; et avec des pales de ventilateurs disposées essentiel- lement radialement à l'extérieur du boîtier de cylindre et tournant avec celui-ci, lesquelles produisent, à l'inté- rieur d'un espace annulaire entourant la boite de raccorde- ment, un courant d'air de refroidissement qui passe sur la surface extérieure de la boîte de raccordement, caractérisé par le fait que les pales de ventilateur ( 7) sont montées en porte-à-faux sur l'enveloppe ( 8) du boîtier de cylindre ( 1) dans la région du plus grand diamètre du boîtier, que le plan des pales de ventilateur ( 7) est incliné respective- ment d'un angle ( 9) L'au moins 45 par rapport à l'axe ( 12) du boîtier de cylindre ( 1) et que l'espace annulaire ( 17) est délimité à l'extérieur par une gaine de guidage d'écou- lement ( 10) qui, vue de la boîte dé raccordement ( 16) dans le sens axial, recouvre les pales de ventilateur ( 7) au moins jusqu'à leurs arêtes frontales ( 7 1) opposées à la boîte de raccordement ( 16), la largeur intérieure de l'espace annulaire entre la gaine de guidage d'écoulement ( 10) d'une part et le boîtier de cylindre ( 1) ou la boîte de raccordement ( 16) d'autre part est partout au moins égale à la largeur de l'espace annulaire correspondante dans la région des pales de ventilateur ( 7). 2 Cylindre de serrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pales de ventilateur ( 7) sont montées dans la zone du bord de l'enveloppe ( 8) qui est dirigée vers la boîte de raccordement ( 16). 3 Cylindre de serrage selon l'une des revendications i ou 2, caractérisé par le fait que, dans la région des pales de ventilateur ( 7), la distance radiale entre l'envelop- pe ( 8) du boîtier de cylindre ( 1) et la gaine de guidage d'écoulement ( 10) est au plus égale au double de la hauteur radiale des pales de ventilateur ( 7). 4 Cylindre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, pour un diamètre extérieur de la boite de raccordement ( 16) qui est partout inférieur à celui du boîtier de cylindre ( 1), la gaine de guidage d'écoulement ( 10) présente une forme essentiellement cylindrique. Cylindre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la gaine de guidage d'écoulement ( 10) s'étend essentiellement, dans le sens axial, sur toute la longueur de la boîte à labyrinthe annulaire ( 21). 6 Cylindre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il ne comprend que deux pales de ventilateur ( 7) qui occupent des positions diamétralement opposées sur le boîtier de cylindre ( 1).