Brevet FR2565042A1 — publié le 19851129

On sait que dans de nombreuses machines ou appareils le courant électrique doit être transmis entre un organe fixe et un organe tournant. On utilise en pratique à cet effet des dispositifs portes par la partie fixe de la machine considérée et qui comprennent des balais frotteurs venant porter contre la surface, généralement cylindrique, de l'organe tournant sous l'effet de ressorts appropriés. Ces balais sont souvent montés à coulissement dans des guides ou "cages", mais il est également courant de les fixer à des supports montés à pivotement sur le bâti et qui reçoivent l'action des ressorts. Les balais sont très généralement faits en graphite ou en compositions à base de graphite et de métal. Ils s'usent en service et il convient donc de les remplacer de temps à autre par des balais neufs, ce qui entraîne l'arrêt de la machine et de la main d'oeuvre.On a donc intérêt à ce que la partie utilisable de chaque balai considéré ait une longueur aussi grande que possible dans le sens de l'usure, mais que les balais soient prévus coulissants ou pivotants, cette longueur est limitée par des considérations évidentes d'espace disponible et d'encombrement. Des considérations analogues s'appliquent au cas des balais portés par des machines mobiles et qui doivent assurer la liaison électrique entre celles-ci et des rails conducteurs fixes. La présente invention vise précisément à permettre d'accroître dans une mesure très importante la longueur utilisable d'un balai pivotant. Conformément à l'invention un dispositif de balai pivotant comprend d'une part un cylindre monté à rotation autour de son axe géométrique sur un axe porteur, ce cylindre étant entaillé de manière à déterminer sur un des côtés du plan moyen perpendiculaire a la surface avec laquelle le dispositif de balai doit coopérer, une face de portée propre å venir en contact avec cette surface, d'autre part des moyens pour solliciter ledit cylindre à tourner sur son axe porteur dans le sens voulu pour assurer ce contact. Dans la forme d'exécution préférée les moyens préeités sont constitués par un ressort à auto-enroulement (ressort dit Negator) qui vient s'appliquer sur la périphérie dudit cylindre dans la zone non entaillée de celui-ci et dont la partie terminale est fixée au cylindre tout en restant libre de tourner sur elle-même, par exemple en étant logée avec jeu dans une encoche arrondie creusée dans ce cylindre et profilée de façon à retenir ladite partie terminale. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 montre en vue de côté un dispositif de balai suivant l'invention à ressort auto-enrouleur, le balai étant supposé à l'état non encore usé. Fig. 2 est une vue semblable à celle de fig. 1, mais montrant le balai en fin d'usure. Fig. 3 et 4 sont des vues respectivement semblables à celles de fig. 1 et 2, mais dans lesquelles le point d'amarrage du ressort a été abaissé pour accroire l'étendue angulaire utilisable du balai. Fig. 5 à 7 indiquent comment on peut assurer la liaison électrique entre le balai et les circuits fixes de la machine. Fig. 8 montre un dispositif à deux balais successifs coopérant avec la même bague conductrice. Fig. 9 représente une forme d'exécution à deux balais opposés sollicités en sens inverse par le même et unique ressort auto-enrouleur. Fig. 10 et 11 montrent en vue de côté deux exemples d'ensembles de dispositifs de balais montés sur une même ligne et correspondant respectivement a une même polarité (fig. 10) et à plusieurs circuits différents (fig. 11). Fig. 12 correspond à une variante dans laquelle le ressort à auto-enroulement est porté par une barrette rapportée latéralement contre le balai, celui-ci étant supposé non encore usé. Fig. 13 reproduit fig. 12, mais le balai étant représenté en fin d'usure. Fig. 14 illustre une forme d'exécution différente de celle de fig. 1 en ce qui concerne la position de la partie enroulée du ressort. Fig. 15 montre une forme d'exécution dans laquelle le balai est sollicité à tourner par un organe funiculaire attaché à un ressort de traction. Fig. 16 représente une disposition à deux balais semblable à celle de fig. 9, mais dans laquelle le ressort auto-enrouleur est attaché à l'un des balais par son extrémité extérieure. Fig. 17 et 18 montrent en coupe transversale et longitudinale un balai sollicité par un ressort spiral intérieur, les plans de coupe respectifs étant indiqués en XVII-XVII et XVIII-XVIII. Fig. 19 correspond à une variante de la disposition précédente. Fig. 20 et 21 montrent l'application de l'invention à deux types de balais non homogènes. Fig. 22 et 23 illustrent l'application de l'invention au cas d'un balai frotteur fixe coopérant avec un rail conducteur qui comporte des interruptions. Fig. 24 montre une variante pourvue d'un rail auxiliaire ou rampe de relevage du balai à l'entrée du rail conducteur. Le dispositif représenté en fig. 1 est supposé destiné à une machine électrique comportant un organe tournant qu'on désire relier électriquement aux circuits fixes de celles-ci. Le balai 1 de ce dispositif peut être considéré comme obtenu à partir d'un cylindre comportant une certaine hauteur ou épaisseur perpendiculairement au plan de la figure. I1 est monté sur un axe 2 qui peut être rigidement solidaire soit de la partie fixe de la machine, le balai tournant librement sur lui, soit du balai luimême en étant alors porté à rotation par la partie fixe précitée.Si l'on considère le plan AB passant par l'axe géométrique O du balai 1 et par celui de l'organe tournant 3 (bague, collecteur ou autre) avec lequel ledit balai doit coopérer, ce balai est entaillé en CD et DE de façon a déterminer sur un côté dudit plan une surface incurvée la propre à venir s'appliquer régulièrement sur la périphérie de l'organe tournant 3.L'entaille DES prévue rectiligne dans l'exemple figuré, se raccorde au fond d'une troisième entaille EF à profil concave en arc de cercle dans laquelle vient se loger la partie terminale enroulée 4a d'un ressort à auto-enroulement 4 (ressort Négator) qui, partant del'entaille EF, comprend une seconde partie 4b appliquée sur la périphérie du balai 1, puis s'étend en ligne droite, comme indiqué en 4c, pour venir s'amarrer à un point fixe 5 du bâti 6 de la machine ou d'une pièce rigidement solidaire de celui-ci. La réaction du ressort 4 tend à faire tourner le balai 1 dans le sens de la flèche 7 en assurant ainsi la pression d'application de la surface de portée la sur l'organe tournant 3. A mesure que le balai s'use, il tourne dans le sens de-la flèche précitée, la limite d'utilise tion, qui est celle représentée en fig. 2, correspondant à l'instant a la longueur de la partie 4b de fig. 2 est réduite à zéro. On constate aisément que le balai 1 a alors tourné d'environ 1100 à partir de sa position initiale de fig. 1, ce qui représente une possibilité d'usure considérable sous un encombrement remarquablement réduit. L'entaille EF doit être assez profonde pour que la partie enroulée 4a du ressort ne puisse se dégager a la position de fig. 2 et de rayon suffisant pour le recevoir librement. On notera encore que l'usure du balai ménage autour de l'axe 2 une sorte de manchon perdu référencé lb en fig. 2. On peut réduire l'importance de ce manchon en augmentant le diamètre de l'axe ou en montant sur lui un manchon intermédiaire. Ce manchon peut être fait en toute matière appropriée, notamment en un polyamide à faible coefficient de frottement, ou bien en une substance assurant un amortissement par viscosité entre l'axe, prévu fixe, et le balai lui-meme. Fig. 3 et 4 montrent clairement qu'en abaissant le point d'amarrage 5 du ressort 4 au bâti 6, on peut augmenter très largement l'étendue angulaire utile ou possibilité d'usure d'un balai suivant l'invention. On arrive ici à environ 1800. Fig. 5 à 7 indiquent trois dispositions possibles du câble souple ou shunt destiné à relier le balai aux circuits fixes de la machine à la façon connue en soi dans la technique. En fig. 5 ce shunt 8 -vient se raccorder au balai sur l'une des faces latérales de celui-ci, ce qui suppose que cette face soit libre. En fig. 6 le raccordement s'effectue sur la face de l'entaille DE, ce qui permet de.juxtaposer étroitement plusieurs balais sans être gêné par les shunts. Enfin en fig. 7 on a interposé entre l'axe 2, prévu métallique, et la paroi de l'alésage central du balai 1, un manchon élastique 9 à créneaux radiaux, fait en bronze ou autre alliage très conducteur, et qui assure une liaison électrique par frottement avec l'axe 2 et le shunt 8 relié à celui-ci, au prix d'une certaine usure de la paroi de l'alésage. Fig. 8 montre comment on peut disposer plusieurs balais successifs sur la périphérie d'un organe tournant 3 tel qu'une bague de machine à courant alternatif en fixant leurs ressorts 4 à un point commun. le nombre des balais peut être absolument quelconque. les parties 4c des ressorts peuvent se superposer sans inconvénient puisqu'elles ne glissent pas les unes par rapport aux autres. Dans la disposition de fig. 9 on utilise un ressort auto-enrouleur 4 unique pour commander deux balais 1. Ce ressort est prévu de manière à tendre a s'enrouler sur lui-même par l'une ou l'autre de ses extrémités de façon identique. Il comporte donc ainsi deux parties terminales enroulées 4a, lesquelles sont reçues dans les entailles concaves EF de deux balais 1 disposés à une certaine distance l'un de l'autre dans le même plan transversal moyen de l'organe tournant 3, symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe de cet organe, les deux balais étant sollicités en sens inverse (flèche 7). Cette disposition dispense de tout point d'amarrage tel que 5 et elle convient parfaitement aux machines tournant tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Fig. 10 montre une rangée de balais 1 montés sur un même axe 2 avec interposition de rondelles minces 10 assurant le jeu nécessaire. L'axe 2 est fixé à un support 11. Tous les balais portent sur un même organe tournant 3 en forme de cylindre creux propre à être monté sur l'arbre de la machine avec interposition d'un isolant intermédiaire. En fig. 11 les divers balais 1 sont écartés les uns des autres. Ils sont de largeurs différentes. Ils sont montés sur l'axe 2 par l'intermédiaire de manchons isolants 12 et d'entretoises 13. Ils s'appliquent sur des bagues individuelles 14 calées sur un manchon isolant 15 porté par l'arbre de la machine. Leurs épaisseurs sont différentes en fonction des intensités qu'ils doivent transmettre. Fig. 12 correspond à une variante dans laquelle la partie terminale enroulée 4a du ressort 4 n'est plus accrochée à une entaille du balai 1, mais est montée sur un axe 16 porté par une barrette 17 fixée latéralement au balai par des vis ou rivets 18. On comprend que le fonctionnement reste le même, le balai tournant sur lui-même à mesure qu'il s'use, jusqu'a la limite indiquée en fig. 13. I1 est à remarquer que dans cette forme d'exécution de fig. 12 et 13, on a avantage en pratique à interposer entre l'axe 16 et la spire intérieure de la partie enroulée 4a du ressort 4 un manchon intermédiaire, par exemple en nylon, monté a jeu réduit entre les deux pièces intéressées. Fig. 14 montre une forme d'exécution de l'invention dans laquelle la partie enroulée 4a du ressort à auto-enroulement 4 n'est plus associée au balai ou cylindre 1, mais bien au point d'amarrage 5, ici réalisé sous la forme d'un axe sur lequel ladite partie peut tourner librement (préférablement la encore avec interposition d'un manchon approprié à faible frottement ou propre à jouer le rôle d'amortisseur). C'est donc l'autre extrémité du ressort (extrémité extérieure par rapport à l'enroulement) qui est rendue solidaire du balai 1, par exemple à l'aide d'une vis 19. On notera qu'ici l'entaille concave EF de fig. 1 n'a plus de raison d'être et a donc été supprimée, ce qui permet de réduire la distance entre le point E et la périphérie de l'organe tournant 3 et d'augmenter ainsi l'étendue angulaire utile du balai, toutes choses égales d'ailleurs. Il est important de noter que dans la forme d'exécution de fig. 14 la partie 4b du ressort appliquée sur la périphérie du balai 1 ne glisse pas sur celle-ci, au contraire de ce qui est le cas dans la forme d'exécution de fig. 1. Cela peut constituer un avantage en certains cas. En variante, le ressort 4 peut ne pas comporter la partie 4b qui vient se disposer sur la périphérie du cylindre ou balai 1. On l'arrête alors au point G et on lui attache un organe funiculaire (ruban souple, câble, cordon) qui vient s'amarrer en 19. L'avantage de cette disposition est que dans le cas de balais peu épais, un tel organe est peu encombrant en largeur et peut éventuellement se loger dans une rainure de la périphérie du balai sans risque de glisser latéralement. Fig. 15 montre précisément une réalisation dans laquelle le ressort auto-enrouleur 4 des formes d'exécution précédentes a été remplacé dans sa totalité par un tel organe funiculaire souple 20, fixé au balai 1 et-19 et qui, renvoyé au passage par une poulie 21 portée par un support 22, vient s'attacher à un ressort de traction 23 lui-même amarré en 24 au bâti de la machine. Ici évidemment, la pression du balai sur l'organe tournant 3 diminue à mesure que le balai s'use, mais on peut prévoir le ressort 23 assez long pour réduire cet inconvénient. La disposition de fig. 16 combine celles de fig. 9 et de fig. 14. On y retrouve deux balais 1 disposés en sens inverse l'un de l'autre de manière à être actionnés par un ressort auto-enrouleur 4 unique qui s'applique sur leurs périphéries. Mais si l'extrémité droite de ce ressort est bien enroulée sur elle-même, comme indiqué en 4a, de façon à agir sur le balai 1 de droite, celle de gauche est directement amarrée en 19 au balai 1 de gauche. Fig. 17 et 18 représentent une autre variante dans laquelle le ressort auto-enrouleur 4 de fig. 1 a été remplacé par un ressort spiral 25 dont les extrémités 26 et 27 sont respectivement ancrées à l'axe 2 et au balai 1, l'axe 2 étant bien entendu angulairement fixe. Ce ressort est disposé à l'intérieur d'une creusure lc du balai, laquelle est fermée par un couvercle latéral 28 fixé en place par des vis 29 et qui vient porter sur l'axe 2. Cette disposition n'assure pas non plus la réaction élastique constante obtenue a d'un ressort à auto-enroulement. Ici la pression d'application du balai diminue obligatoirement au cours de l'usure et l'on doit donc prévoir le ressort 25 relativement long pour minimiser cet inconvénient En fig. 19, on retrouve le ressort spiral 25 de fig. 17 et 18, mais la creusure lc est traversante, c'est-8-dire que le balai 1 ne repose plus sur l'axe 2.L'expérience montre qu'avec des ressorts de bonne qualité, å spires serrées au repos, cette disposition ne comporte pas d'inconvhnient, le ressort se divisant régulièrement en une partie intérieure enroulée sur l'axe et une partie extérieure plaquée contre la paroi de la creusure, ces deux parties étant reliées par une fraction de spire qui assure le centrage. En fig. 20, le balai 1 comprend une partie utile ld prévue pour assurer le contact, le reste pouvant être fait par exemple en métal ordinaire. Bien entendu, la possibilité d'usure se trouve considérablement réduite, mais dans certains cas particuliers, cela ne constitue pas un inconvénient majeur. En fig. 21, le balai est également fait en plusieurs matériaux If et le, mais qui sont disposés concentriquement par rapport a l'axe 2. La surface de portée la n'est donc plus homogène, ce qui peut constituer un avantage pour certaines machines. Fig. 22 représente un dispositif de balai appliqué a la liaison électrique entre un mobile et un rail conducteur fixe. le balai 1J monté sur son axe 2, est sollicité par le ressort auto-enrouleur 4 qui l'applique sur le rail 30. La difficulté è laquelle on se heurte est que le rail 30 est parfois interrompu et que le balai doit pouvoir revenir en position utile une fois l'interruption passée. Pour assurer ce passage, on a fait comporter au balai l un goujon latéral 31 qui, lorsqu'on arrive à la partie usuelle inclinée 30a du rail 30, vient porter contre une butée 32 solidaire du mobile et arrête le mouvement de rotation du balai.Fig. 23 fait bien comprendre que si le goujon 31 est convenablement disposé, le balai 1 peut parfaitement reprendre un contact régulier avec le conducteur 30 sur la pente ascendante 30b de celui-ci. Bien entendu, à mesure que le balai s'use, le goujon 31 tend a se rapprocher exagérément de la butée 32. On peut y remédier en prévoyant dans le balai 1 une série de trous lg propres a recevoir successivement ce goujon prévu aisément amovible du balai. Pour réduire le choc lors de la reprise du balai à la façon indiquée en fig. 23, notamment dans le cas de grandes vitesses relatives, on peut prévoir le goujon 31 assez long pour recevoir l'action d'une glissière fixe 33 convenablement disposée au-dessus de la partie ascendante 30b du rail conducteur. Cette glissière 33 assure la levée de la surface de portée la du balai 1 qui peut donc redescendre ensuite sous le seul effet du ressort 4. I1 est à noter que la partie 30b devient alors inutile et peut être supprimée le cas échéant, ou n'être conservée qu'g titre de sécurité. Bien entendu, l'on pourrait prévoir deux goujons, séparés pour coopérer respectivement avec la butée 32 et avec la glissière 33. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de balai pivotant pour assurer la liaison électrique entre deux organes ou ensembles d'organes mobiles l'un par rapport å l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un cylindre (1) monté à rotation autour de son axe géométrique (O) sur un axe porteur (2), ce cylindre étant entaillé de manière à déterminer sur un des c8tés du plan moyen (AB) perpendiculaire à la surface (la) avec laquelle le dispositif de balai doit coopérer, une face de portée (BC) propre à venir en contact avec cette surface, d'autre part des moyens (4) pour solliciter ledit cylindre (1) à tourner sur son axe porteur (2) dans le sens voulu pour assurer ce contact. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (4) sollicitant le cylindre (1) à tourner sont constitués par un ressort à auto-enroulement (4) de type en soi connu, qui vient s'appliquer sur la périphérie dudit cylindre (1) dans la partie non entaillée de celui-ci, ses extrémités étant accrochées l'une audit cylindre (1), L'autre à un point fixe (5) de la machine > et celle desdites extrémités qui constitue la partie terminale enroulée (4a) du ressort (4), l'étant de manière à pouvoir tourner sur elle-même à la façon en soi connue. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie terminale enroulée (4a) du ressort (4) est logée dans une entaille concave (EF) creusée dans la périphérie du cylindre (1) de façon à y être retenue normalement par la seule tension de ce ressort (4). 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie terminale enroulée (4a) du ressort (4) est montée à rotation sur un axe (16) porté par une barrette (17) rapportée contre l'une des faces latérales du cylindre' (1). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre le cylindre (1) et son axe (2) est interposé un manchon ou moyeu propre à augmenter le diamètre apparent de cet axe et à réduire en conséquence la quantité de matière constitutive du cylindre (1) qui doit être jetée au rebut en fin d'usure de celui-ci. 6. Dispositif suivant la revendication 5 > caractérisé en ce que le manchon ou moyeu intermédiaire est établi sous la forme d'un amortisseur à viscosité. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres (1) disposés dans le même plan moyen longitudinal par rapport au sens de déplacement relatif, symétriquement l'un de l'autre par rapport à un plan transversal, et sollicités à venir en contact avec la surface (13) avec laquelle le dispositif doit coopérer par un ressort à auto-enroulement unique (4), ce ressort comprenant une partie centrale rectiligne (4c) tendue entre les deux cylindres (1), deux parties (4b) appliquées respectivement sur la périphérie de l'un et de l'autre de ceux-ci, et deux parties terminales (4a) enroulées sur elles-mêmes et logées respectivement dans l'entaille concave (EF) de l'un et de l'autre desdits cylindres (1), ces entailles étant profilées de façon que les parties terminales (4a) précitées puissent y tourneur, mais y soient retenues par la tension même du ressort (4). 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres (1) disposés dans le même plan moyen transversal longitudinal par rapport au sens de déplacement relatif, symétriquement l'un de l'autre par rapport à un plan transversal, et sollicités venir en contact avec la surface avec laquelle le dispositif doit coopérer par un ressort à auto-enroulement unique (4), ce ressort comprenant une partie centrale rectiligne (4c) tendue entre les deux cylindres (l), deux parties (4b) appliquées respectivement sur la périphérie de l'un et de l'autre de ceux-ci, une première partie terminale (4a) enroulée sur elle-même et logée dans une entaille concave (EF) de l'un des cylindres de façon à y être retenue par-la tension même du ressort (4), et une seconde partie terminale (19) accrochée à l'autre cylindre (1). 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour solliciter le cylindre (1) à tourner dans le sens correspondant à l'application de la face de portée (la) sur la surface (3) avec laquelle ce dispositif doit coopérer sont constitués par un ressort spiral (20) logé à l'intérieur du cylindre (1), ses extrémités (21, 22) étant accrochées respectivement au cylindre (1) et à l'axe (2) maintenu fixe.