Brevet FR2565653A1 — publié le 19851213

Dans de nombreux domaines, il est nécessaire d'animer un organe d'un mouvement alternatif rectiligne d'amplitude qui peut être modifiée. C'est notamment le cas des pompes dont on veut régler le débit, qu'elles soient à piston ou à membrane et, dans ce dernier cas, à commande mécanique ou hydraulique. I1 est connu pour réaliser cette modification de débit d'agir donc sur la course de l'organe animé du mouvement alternatif au moyen d'une cinématique complexe lorsque les systèmes d'entraînement sont sous forme de biellemanivelle c'est-à-dire plus généralement à rappel positif. Dans des systèmes plus rudimentaires, la course de travail de l'organe susdit (généralement un piston) est réalisée au moyen d'une came rotative, la course de rappel étant obtenue grace à la mise en place d'un organe élastique de rappel. La variation de l'amplitude de la course est alors beaucoup plus simple à réaliser notamment en plaçant une butée réglable de limitation de la course retour du piston sous l'effet de l'organe de rappel. Ces systèmes simples présentent cependant des inconvénients de construction. Le premier d'entre eux réside dans le fait qu'il faut développer une énergie supérieure à celle nécessaire à, par exemple dans le cas d'une pompe, l'opération de refoulement car il faut vaincre l'effort du ressort de rappel. I1 faut alors pour une puissance demandée, surdimensionner les pièces du mécanisme moteur ainsi que l'organe d'entraînement lui-même. Un second inconvénient découle du fait que l'attaque de la came sur la tige de commande du piston est généralement située dans une zone en porte-à-faux par rapport à ses glissières de guidage ce qui engendre des frottements parasites, dont il faut tenir compte en ce qui concerne le ressort de rappel devant développer une force encore plus importante. Ces inconvénients conduisent finalement à un rendement médiocre de l'appareil (pompe) dont en conséquence le domaine d'utilisation est limité aux cas où le critère de performance n'est pas essentiel. L'invention entend pallier ces incon vénients en proposant un mécanisme d'entraînement qui conserve-tout à la fois la simplicité des systèmes d'entraînement par came et les précisions, longévité et performance des dispositifs d'entrainement à cinématique complexe et rappel positif. A cet effet, l'invention a donc pour objet un mécanisme d'entralnement d'un organe du type piston dans un mouvement alternatif d'amplitude réglable le long d'une glissière rectiligne possédant une course de travail et une course de retour, constitué par un équipage mobile attelé audit organe pour convertir le mouvement circulaire d'un organe moteur en un mouvement rectiligne. Selon l'une des caractéristiques de l'invention ledit équipage mobile est soumis en permanence à l'action d'un organe élastique de rappel dont l'effet tend à placer ledit équipage mobile dans sa position de fin de course de travail. Dans un mode de réalisation, l'organe moteur est constitué par un excentrique logé à l'intérieur d'un cadre constituant ledit équipage mobile, qui comporte deux surfaces opposées parallèles à l'axe de rotation de l'excentrique et perpendiculaires à la direction de la glissière, coopérant par contact avec la peripherie de l'excentrique, l'écartement de ces surfaces mesuré dans la direction de la glissière étant réglable entre une première valeur correspondant au diamètre de l'excentrique et une seconde valeur égale à ce diamètre, augmenté du double de la valeur de l'excentricité. Dans cette réalisation, l'organe élastique susdit est un ressort de rappel attelé entre le cadre de l'équipage mobile et un bâti fixe solidaire de ladite glissière. En outre dans ce mode de réalisation, l'une desdites surfaces est solidaire d'une pièce réglable le long de l'axe longitudinal du cadre et montée par une partie filetee dans un orifice taraudé de ce dernier, ladite pièce étant par ailleurs immobilisée en rotation mais mobile axialement sur un arbre de commande porté à rotation par le bâti et possédant à l'extérieur de ce dernier un bouton de manoeuvre en rotation. La pièce sera avantagèMse- ment situee à l'extrémité du cadre opposée à celle attelée au piston proprement dit. On peut bien entendu, sous réserve d'une complication technique un peu plus importante, prévoir que ce soit l'autre surface qui soit mobile et réglable par rapport à la première, portée alors de manière fixe par le cadre. Enfin on notera qu'il sera avantageux, pour des questions d'équilibrage des efforts auxquels est soumis le mécanisme, que le plan de symétrie longitudinal du cadre susdit passe par l'arbre de support de l'excentrique des lumières oblongues prévues dans les côtés longitudinaux du cadre pour le passage dudit arbre constituant des surfaces d'appui de guidage et de butee-du cadre par rapport audit arbre, lui-meme porté par des paliers du bâti. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. I1 sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale verticale du mécanisme de l'invention appliqué à une pompe à membrane selon la ligne I-I de la figure 2, - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. En se repentant à ces figures on voit un organe 1 monté à coulissement dans une glissière fixe 2, ici cylindrique. L'organe 1 est en fait l'insert métallique de la membrane 3 d'une pompe à membrane à commande mécanique connueen elle-même. On rappellera qu'une telle pompe comporte une-chambre 4 de volume variable définie par la membrane 3 et une enceinte 5, cette chambre étant connectée à un conduit d'aspiration non représente par des clapets unidirectionnels 6 d'aspiration et à un conduit de refoulement par des clapets de refoulement 7. Un mouvement vers la gauche de l'insert 1 crée une aspiration et le remplissage de la chambre 4. Un mouvement vers la droite crée le refoulement du produit précédemment aspiré. Un mouvement alternatif est transmis à l'insert 1 depuis un moteur 8 par son arbre de sortie 9 au moyen du mécanisme selon l'invention. L'arbre 9 est équipé d'une vis sans fin 10 qui coopère avec une roue Il montée à rotation sur un arbre 12 tenu dans les paliers d'un bâti 13 qui est solidaire de la glissière 2 et qui supporte le moteur d'entrainement 8 susdit. La roue 11 possède, de part et d'autre. de sa denture deux flasques cylindriques lia, lib qui sont excentrés par rapport à l'arbre 12 d'une valeur e. Le mouvement de rotation excentrée des deux flasques lia et 11b est transformé en mouvement rectiligne alternatif au moyen d'un cadre 14 attelé par l'une de ses extrémités à l'insert 1. L'ensemble roue 11 et vis sans fin 10 est situé à l'intérieur de ce cadre dont les branches latérales 14a et 14b sont pourvues chacune d'une lumière oblongue 15a, 15b que traverse l'arbre 12 de support de la roue 11. On notera que la largeur de ces lumières est égale au diamètre dudit arbre augmenté de deux fois la valeur de l'épaisseur des bagues 16a, 16b qui constituent les entretoises de centrage de la roue 11 par rapport au bâti sur l'arbre 12. Leur longueur est telle qu'elle permet le coulissement axial du cadre 14 par rapport à l'arbre transversal 12 sur une amplitude égale à deux fois la valeur e de l'excentricité susdite. Le cadre 14 possède, en regard des flasques ila et 17b une première surface frontale 17 située du côté de l'insert 1 et une seconde surface frontale 18 de l'autre côté de la roue 11. Cette seconde surface est en fait portée par une vis 19 introduite dans un taraudage 20 du cadre 14 ménagé dans sa branche transversale arrière. On voit que par ce montage, on peut écarter ou rapprocher la surface 13 de la surface 17 selon que l'on visse plus ou moins la pièce 19 dans le taraudage 20.La manoeuvre de cette vis devant être possible depuis l'extérieur du bâti 13, on a prevu un alésage cannelé 19a dans la pièce 19 dans lequel est introduit un axe de manoeuvre 21, monte à rotation dans un palier 22 du bâti et solidaire d'un bouton de maneouvre 23 qui par une jupe 23a assure l'étanchéité du palier dont la paroi extérieure est pourvue d'un joint torique. La pièce 19 peut donc etre manoeuvrée en rotation, c'est-à-dire visse et dévissée dans le taraudage 20 puisqu'elle peut axialement coulisser sur l'axe 21 can- nelé, le cadre 14 ne pouvant pas, quant à lui tourner du fait de son immobilisation en rotation par l'axe 12 dans les lumières 15a, 15b. On notera enfin, entre le bâti 13 et le cadre 14, la présence d'un ressort de compression 25 dont L'effet tend à repousser le cadre 14, donc l'insert 1,vers la droite c'est-à-dire en fin de course de refoulement de la pompe. Le fonctionnement du mécanisme selon l'invention s'opère de la manière suivante. Au moyen du bouton 23 on rapproche la surface 18 de la surface 17 de manière que les flasques lia et 11b soient tous les deux en contact avec les surfaces 17 et 18. La distance séparant ces deux surfaces est alors égale au diamètre des flasques. La rotation de la roue 11, donc de ceux-ci, est convertie par le cadre en un mouvement alternatif à entraînement positif dans les deux sens d'une amplitude égale à deux fois l'ex centricite e des flasques. Il s'agit de la course maximale du mécanisme correspondant, toutes choses égales par ailleurs, au debit maximal de la pompe.Si à partir de cette position, l'on écarte la surface 18 de la surface 17 d'une valeur égale à deux fois cette excentricité e, la rotation des flasques est libre dans le cadre et celui-ci reste immobile en position de fin de course de refoulement de la pompe. Il s'agit là de la position débit nul de la pompe. Dans une position de la surface 18 intermédiaire entre ces deux positions extrêmes, qui peut etre atteinte pendant le fonctionnement du mécanisme, la course du cadre est également intermédiaire. En effet à partir de la position fin de refoulement (représentée sur la figure) le transfert, par rotation de la roue 11 de l'excentricité sur le côté gauche de la figure ne produira aucun effet tant que les flasques lia, 11b ne sont pas au contact de la surface 18. Le cadre 14 n'est tiré vers la gauche qu'à partir de ce contact et jusqu'au moment où les flasques ont atteint leur position symétrique de celle de fin de course de refoulement. Pendant ce retour, la pompe a aspiré une certaine quantité de produit qu'elle refoulera à partir du moment où les flasques rencontreront à nouveau la surface 17 pour l'amener dans sa position fin de course de travail (refoulement). Le principe du fonctionnement du mécanisme de l'invention étant exposé, il faut noter le rôle extrêmement important du ressort 25 dont l'effet tend à repousser le cadre 14 dans sa position fin de course de refoulement ou point mort avant. En effet en supposant que la pression de refoulement impose qu'il faille développer un effort de 1000 N de poussée sur l'inseSt, il faudra que le moteur 8, en l'absence de ressort 25 développe un couple suffisant pour obtenir cette poussée et vaincre les frottements. On sait, en revanche, que l'effort à développer dans la phase d'aspiration est de l'ordre du dixième de celui nécessaire au refoulement soit 100 N.On voit qu'en l'absence du ressort 25 le fonctionnement du moteur 8 se passe dans des conditions extrêmement déséquilibrées puisque le couple résistant maximum ne se rencontre qu'au plus sur un demi-tdur, l'autre demi-tour ne réclamant que le dixième de ce couple. En plaça un ressort 25 taré par exemple à 450 N, 41 soulagera d'autant le moteur pendant-la course de refoulement qui aura à développer un couple ne correspondant qu'à une force additionnelle de 550 N. Pendant la course retour (aspiration) le moteur aura à vaincre les 450 N du ressort 25 augmentes des 100 N d'aspiration soit également 550 N. L'équilibre ainsi réalisé permet d'obtenir des conditions de fonctionnement du moteur beaucoup plus satis faisantes et en outre de mettre en oeuvre un moteur beaucoup moins puissant pour le même résultat. Cet équilibre des efforts au sein du mécanisme de l'invention permet de mettre en oeuvre des éléments beaucoup plus économiques quant aux matériaux utilisés. On peut ainsi, pour certaines capacités du moins, concevoir un mécanisme d'entraînement en matière plastique. Il faut noter que la présence du ressort 25 oblige à fixer la position point mort avant du cadre 14 en faisant buter l'une des extrémités des lumières 15a, 15b contre les entretoises 16a, 16b. On notera par ailleurs que le guidage du cadre 14 sur lequel s'appliquent les efforts est réalisé de manière répartie entre la glissière 7, l'arbre 12 et l'axe 21 et qu'ainsi la transmission des efforts n'engendre aucune flexion prohibitive comme cela est souvent le cas dans les systèmes à came et ressort de rappel. On signalera, à propos de ces systèmes connus, que la présence du ressort 25 confère à l'invention un avantage incontestable. En effet, dans ces systèmes connus, la course de retour (aspiration) est réalisée par rappel élastique avec un ressort qui doit développer de l'ordre de 200 N pour rester dans le cadre de l'exemple donné ci-dessus. Ainsi, l'effort à développer au refoulement est de l'ordre de 1200 N contre 550 N grâce à l'invention ce qui constitue un gain de plus de 50 %. Enfin, la conception du mécanisme de l'invention permet la réalisation d'un ensemble parfaitement symétrique par rapport au plan de coupe de la figure 1. Ainsi en ce qui concerne le bâti ou carter 13, on peut imaginer sa production par moulage en deux parties qui incorporeraient la glissière et le palier 22 et qui comporteraient des bossages opposés aux lieu et place de l'arbre 12 pour le support de la roue il et le guidage du cadre 14. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de la mécanique et notamment dans le domaine des pompes à débit réglable. REVENDICATIONS 1.- Mécanisme d'entraînement d'un organe (1) du type piston dans un mouvement alternatif d'amplitude réglable le long d'une glissière (2) rectiligne possedant une course de travail et une course de retour, constitué par un équipage mobile (14,19) attelé audit organe (1) pour convertir le mouvement circulaire d'un organe moteur (a9) en un mouvement rectiligne, caractérisé en ce que ledit équipage mobile (14,19) est soumis en permanence a l'action d'un organe élastique de rappel (25) dont l'effet tend à placer ledit équipage mobile (14,19) dans sa position de fin de course de travail. 2.- Mécanisme selon la revendication 1, carac tersé en ce que l'organe moteur (11) est constitué par un excentrique (11a,11b) logé a l'intérieur d'un cadre (14) constituant ledit équipage mobile, qui comporte deux surfaces opposées (17,18) parallèles à l'axe (12) de rotation de l'excentrique et perpendiculaires à la direc- tion de la glissière (2), coopérant par contact avec la périphérie de l'excentrique (lia, 11b), l'écartement de ces surfaces (17,18) mesuré dans la direction de la glis sière étant réglable entre une premiere valeur correspondant au diamètre de l'excentrique (lla,llb) et une seconde valeur égale à ce diamètre, augmentée du double de la valeur de l'excentricité (e). 3.- Mécanisme selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe élastique (25) susdit est un ressort de rappel attelé entre le cadre (14) de l'équipage mobile et un bâti fixe (13) solidaire de ladite glissière (2). 4.- Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'une (18) desdites surfaces (17,18) est solidaire d'une pièce (19) réglable le long de l'axe longitudinal du cadre (14) et montée par une partie filetée dans un orifice taraudé (20) de ce dernier (14), ladite pièce étant par ailleurs immobilisée en rotation mais mobile axialement sur un arbre (21) de commande porté à rotation par le bâti (13) et possédant à l'extérieur de ce dernier t13) un bouton 123) de manoeuvre en rotation. 5.- Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédéntes, caractérisé en ce que le plan de symétrie longitudinal du cadre (14) susdit passe par -l'axe de l'arbre (12) de support de l'excentrique (11a,11b), des lumières oblongues (15a, 15b) prévues dans les côtés longitudinaux (14a, 14b) du cadre (14) pour le passage dudit arbre (12) constituant des surfaces d'appui, de guidage et de butée du cadre (14) par rapport audit arbre (12) lui-même porté par des paliers du bâti (13)