Brevet FR2561722A1 — publié le 19850927

La présente invention se rapporte à la structure d'un moteur linéaire pneumatique de type pas à pas et pouvant évoluer le long d'un guide linéaire souple et à son utilisation pour le déplacement de charges ou de personnes, en milieu sec ou humide, équipé alors par exemple d'un crochet pour constituer un treuil ou par exemple d'un d6me pour la plongée sous-marine. Les mécanismes d'avance pas à pas, structure des moteurs linéaires existants, sont des systèmes à pinces du type mandrin pneu- matique se fermant à la mise en pression. L'inconvénient de ces sys- tèmes est de devoir maintenir des contre-pressions de valeurs diffé- rentes pour stabiliser une pression relative entre les chambres de serrage, sans que la force de serrage ne soit augmentée ou diminuée par la charge. Cette régulation est plus difficile à obtenir avec un fluide pneumatique du fait de la rapidité de déplacement des pistons ainsi alimentés. Le coût et la masse de tels systèmes seraient aug- mentés par la régulation fine difficilement réalisable exigée, sans pour autant supprimer la détérioration rapide de la corde par le refoulement qu'elle subirait, puisque le vecteur force de serrage n'est pas perpendiculaire à l'axe de la corde guidant la charge. Un autre système connu utilise des pistons formant un étau à mors mobile, impliquant que le serrage lors de la mise en pression ne se fait que sur les points de tangence, risquant ainsi de couper la corde. Ce système met aussi en évidence le problème de l'agression de ses pistons par les éléments extérieurs. Une autre technique connue sous la dénomination "autolock" dont le fluide hydraulique est rendu nécessaire par les forces mises en jeu, permet au contraire le glis- sement sur le guide pendant la mise en pression. Une telle technique implique un guide linéaire rigide et lisse pour assurer le déblocage et l'étanchéité du bloqueur. De tels dispositifs ne sont pas facilement utilisables dans certaines conditions telles que la montée et la descente de matériaux pour le bâtiment ou la sécurité par exemple dans le domaine de la plongée sousmarine, du fait de la rigidité du guide utilisé, ou de la difficulté d'employer d'autres fluides de pression, que le fluide pneumatique, lorsque la facilité de mise en oeuvre et le transport sont invoqués. Concernant les cloches de plongée, leurs dispositifs de descente sont constitués généralement de treuils les glissant le long de cables attachés à une plaque posée au fond, puis émergées après avoir fermé un sas, permettant la longue décompression du plongeur sur le pont du bateau. De tels dispositifs sont donc des matériels lourds, inadaptés à la plongée sportive o le plongeur individuel n'a que peu ou pas de décompression, et doit assurer seul sa sauvegarde. Celui-ci a donc besoin d'un matériel plus léger et commandable depuis le fond. C'est l'objet de l'invention de fournir un dispositif permettant d'atteindre ces résultats. L'invention concerne donc, selon une première caractéristique, un moteur linéaire pneumatique à avance pas à pas du type constitué d'un vérin à double effet à tige intérieure creuse et deux dispositifs de blocage, dont l'un est solidaire de la tige et l'autre du corps, l'ensemble se déplaçant coaxialement le long d'un guide linéaire, dans lequel les dispositifs de blocage sont constitués d'une chambre souple gonflable, comportant autour d'elle une enveloppe rigide l'empêchant de se déformer dans une autre direction que par l'intérieur, pour venir serrer le guide et permettant de ce fait de s'associer parfai- tement à un guide souple, du fait que la pression de serrage est trans- mise par l'air comprimé sur toute sa surface de révolution et que le pouvoir d'adhérence du caoutchouc et ses dérivés est élevé-. Selon un mode de réalisation o il faut se prémunir d'un éven- tuel effet giratoire, la corde peut;tre prévue de section ovale ou oblongue plutôt que ronde. Selon une autre caractéristique de l'invention, sur la partie haute du manchon inférieur est fixé le boitier de commande relié pneu- matiquement au circuit d'asservissement, dont les éléments sont implan- tés sur la partie inférieure d'une platine, elle-même fixée sur la partie trois-quart haute du moteur. La souplesse ou le temps de serrage des manchons sur la corde, peuvent être modifiés par l'interposition de moyens permettant d'aug- menter ou de diminuer le volume d'air, sans modifier la force d'appui, jouant ainsi avec la compressibilité des gaz. D'autres caractéristiques de l'invention visent l'application de ce moteur comme treuil pneumatique offrant l'avantage de n'avoir qu'une corde, pourvue de moyen de suspension à sa partie supérieure, à fixer au- dessus du niveau de mise à disposition de la charge à élever ou abaisser, et d'être d'autre part commandé du treuil ou de la vanne de sortie du compresseur, par des moyens de commandes associées, si le fonctionnement a été programmé par la mise en place de butées basses et hautes sur la corde, constituées par exemple de colliers en deux parties rapportables. Une autre application concerne la manoeuvre d'une cloche de plongée associée au moteur par la partie supérieure de la platine. L'ensemble étant traversé par une corde ancrée au fond à l'aide d'un anneau scellé, ou encore fixée à un piton planté dans un tombant rocheux. Le matériel nécessaire à la mise en oeuvre étant restreint et d'un transport facile simple corde, cloche avec moteur et compres- seur qui de plus peut remplir deux fonctions, manoeuvre de la cloche et gonflage des bouteilles.. La cloche de plongée ainsi constituée est auto-motrice, et deux plongeurs peuvent commander la montée, la descente ou l'arrêt, depuis la poche d'air contenue dans le dSme o ils se sont réfugiés, pour communiquer dans le cadre d'un entraînement ou reprendre leur souffle. Un autre intérêt de cette application est de pouvoir observer la première fois en milieu hyperbare et à sec, le comportement du futur plongeur, de minimiser les risques de surpression pulmonaire après un blocage réflexe de la respiration en conditionnant les élèves plongeurs à reprendre leur respiration sous la cloche immergée à leurs niveaux d'immersion, plutat que de risquer le retour immédiat en surface. Selon d'autres caractéristiques: - le moteur selon l'invention peut être équipé d'un enrouleur pneumatique auto-commandé permettant au tuyau d'air comprimé d'être déversé ou ramené à la demande. Les éléments de l'automatisme pneuma- tique peuvent être fixés à la partie inférieure de la platine associée au moteur pouvant recevoir en appui sur la face supérieure, la cloche de plongée fixée par des vis, la jupe de celle-ci descend plus bas que ant le moteur pour permettre à l'air à pression ambiante de fuser en priorité par le passage de la corde, facilitant ainsi le dégonflage du manchon et diminuant la valeur du coefficient de glissement dû au pouvoir lubrificateur de l'eau. Les écrous soudés à la partie basse du moteur peuvent permettre la fixation de poignées ou l'élingues, reliées par un crochet selon l'application choisie. - les manchons gonflables peuvent être réalisés par moulage de deux parties, qui sont ensuite assemblées par vulcanisation à chaud: 1) une partie formant tube annulaire comportant un granulage de densité réduite pour ne pas influer sur l'élasticité du manchon, mais permettant d'augmenter le serrage en diminuant ainsi l'échauffement, est effectué sur la zone intérieure de serrage pendant le moulage: le noyau du moule est encollé pour y répartir selon le grade spécifié les grains qui sont ainsi maintenus pendant le coulage. La colle carbonisée pen- dant cette opération n'empêche pas le démoulage. 2) une partie formant couvercle évidé de fermeture de la partie en forme de tube annulaire comporte un écrou de liaison au tube d'alimen- tation moleté à l'extérieur pour augmenter son adhérence au caoutchouc. - le moteur selon l'invention peut recevoir un détendeur pré- règlable dans ses applications aériennes ou un détendeur variable compensé par l'action de la pression ambiante dans ses applications sous- marines et ce, pour ne pas limiter la profondeur d'immersion à environ dix fois la pression d'alimentation. A titre d'illustration des dessins sont joints, qui représentent à titre illustratif de façon non limitative: fig. I En coupe, le moteur linéaire pneumatique selon l'invention, équipé d'une platine support, recevant les équipements de l'automa- tisme. fig. 2 En coupe, le moteur linéaire pneumatique selon l'invention, associé à un dôme dont la taille permet de recevoir deux plongeurs sousmarins équipés de leurs scaphandres autonomes sur le dos, et tenus en milieu sec jusqu'à la poitrine. fig. 3 En coupe, les détails de constitution d'un manchon. fig. 4 Le diagramme de fonctionnement du moteur linéaire pneuma- tique selon l'invention avec les états des trois éléments moteurs: le manchon battant (5), le manchon fixe (6), le cylindre d'avance (3) et leurs positions comparées dans le temps. fig. 5a à 5e Cinq schémas en coupe du moteur linéaire pneumatique selon l'invention, comportant chacun un état définitif ou intermé- diaire, dessiné en compréhension pour un cycle de fonctionnement. Fig. 6 Schéma développé du circuit pneumatique du moteur linéaire selon l'invention, comportant,dans un cadre en pointillé, les éléments inclus dans le boitier de commande. Le dispositif tel qu'il est représenté fig. I est constitué d'un corps équipé, comprenant un corps extérieur (1) et un corps intérieur (2) dans lesquels coulisse le piston (3). Au corps extérieur (1) est fixé un support de joint (14) équipé d'une bague de friction (16), un segment racleur (15) et un joint torique d'interface (30); la platine (12) est fixée au corps par l'intermédiaire d'une plaque d'appui vissée (]1), équipée d'un joint à lèvres (13). Deux gorges brise-pression (17) sont réalisées. L'étanchéité d'interface avec le corps intérieur (2) est assurée par le joint torique (33). Le corps intérieur (2) est solidaire de l'ensemble de freinage (6) comprenant un manchon gonflable (8) maintenu par un corps de manchon (7), un couvercle (9) équipé d'une prise de pression (10). Une bague de friction (21) est emmanchée à l'autre extrémité. Le piston (3) est solidaire de l'ensemble de frei- nage (5) identique au repère (6), ses équipements en relation avec le corps extérieur, comprenant un amortisseur de course (22), une butée de maintien (24) du porte-joints (28), contenant les deux joints à lèvres (26) montés en opposition, et un joint torique d'interface (31). D'autres éléments sont en relation avec le corps intérieur, notamment un amortisseur (23) représenté en partie comprimé, une butée de maintien (25) vissée, le porte-joints (29), deux joints à lèvres (27) montés en opposition, le joint torique d'interface (32) et pour faciliter le glis- sement, deux bagues anti-friction (34) et (35). La platine (12) reçoit les équipements pneumatiques d'asservissement (36) et dans le boîtier de commande (41) fixé sur la partie basse du moteur, sont placés les équipements pneumatiques de commande (41). Le dispositif tel qu'il est représenté fig.2 est constitué du moteur linéaire pneumatique décrit précédemment, équipé de son guide souple (4) constitué d'une corde coulissant à l'intérieur de manchons de freinage (5) et (6) et du corps intérieur (2). Deux poignées de maintien (37) pour les utilisateurs et le tube d'alimentation en air comprimé (39), sont fixes par vis sur des écrous soudés au corps exté- rieur du moteur selon l'invention. Le dôme ou cloche de plongée (40) est fixé par vis sur la platine (12). Le schéma pneumatique décrit fig.6 est constitué d'une partie commande (41) et alimentation (39) placées dans un cadre en pointillés et comprenant: une prise (72) à connexion rapide, un détendeur compensé ou non (71), une vanne d'arrêt de l'avance (69), un manomètre (70), une vanne de remplissage du dôme (68) alimentant le diffuseur d'air (67) et un inverseur de marche (66). Une autre partie (36) implantée sous le dôme assure trois fonctions principales: - Le déplacement par les chambres (18) et (19), alimentées par le dis- tributeur (59) équipé de deux freins d'échappement (61) et (62) et commandées alternativement par les capteurs à minimum de pression (57) et (58) si respectivement les pressostats (55) et (58) sont excités. - Le freinage pas à pas par les manchons (5) et (6) alimentés par le distributeur (46) commandé alternativement par les pressostats (50) et (51) temporisés respectivement par les freins à clapet anti-retour incorporé (49) et (53) sur la commande. Le distributeur (46) comporte un clapet anti-retour (47) sur son alimentation, et il ne peut permet- tre le dégonflage d'un manchon (5) ou (6) que lorsque l'autre est en pression nominale, grâce à deux pressostats bloqueurs (62) et (63) et la mise en place de deux clapets anti-retour (64) et (65), le dégon- flage d'un manchon est réglable en temps par deux freins à clapet anti- retour incorporé (47) et (48). - Le blocage de sécurité par des distributeurs (44) et (45) bloquant les échappements du distributeur (46) et laissant le passage à la pression de la capacité (42) gonflant les deux manchons (5) et (6) s'ils sont commandés par le pressostat (43) relevant une chute de pression dans le circuit. De plus, un clapet anti-retour (54) interdit le retour au détendeur des chambres (18) ou (19) en phase de mise en pression. Une vanne (52) permet la purge de la capacité (42). Le fonctionnement du moteur linéaire pneumatique selon l'inven- tion est schématisé en compréhension fig. 5 et en fonctionnement fig.6 avec un état initial dont seul le manchon (5) est à l'état 1, ce qui implique que le pressostat (55) est excité, et que le capteur à minimum de pression (57) a contrôlé l'absence de pression dans le man- chon (6), le distributeur (59) est excité en A et le moteur se déplace. La chambre (18) va prendre l'état 1 et le pressostat (50) excité auto- rise la commande du distributeur (46) avec un léger différé réglable grace à (49). Après que le manchon (6) prend l'état 1, le manchon (5) se déglonfle grace au bloqueur (62) et au clapet anti-retour (64), le pressostat (56) est excité, l'absence de pression dans le manchon (5) permet l'excitation en B du distributeur (59), le moteur se déplace, la chambre (19) va prendre l'état I et le pressostat (51) va commander le distributeur (46) avec un léger retard réglable, dû au frein à clapet anti-retour incorporé (53) et ainsi de suite. Si on inverse la marche, on inverse la pression dans les manchons (5) et (6), celui des manchons qui est à l'état I le reste le temps que l'autre se mette à l'état I et se dégonfle ensuite. Le moteur linéaire pneumatique selon l'invention est susceptible d'être appliqué dans de nombreux domaines, notamment en tant que treuil dans les garages pour de multiples utilisations, monte-charges dans le secteur du bâtiment, en asservissement sur un échafaudage en début de chantier par exemple, en remplacement de la corde à noeuds des zingueurs sur gouttières, pour tendre des cordes sur un bateau, en spéléologie, en sécurité pour les services pompiers ou autres. Equipé d'une clocheoU dôme, il devient un système de sécurité de la plongée sportive, faci- lement adaptable en piscine dans les bassins de plongée ou en mer sur des sites o l'ancrage de la corde du moteur selon l'invention est facilité. 256 1.722 REVENDICATIONS 1. Moteur linéaire pneumatique à avance pas à pas du type constitué d'un vérin à double effet à tige intérieure creuse et deux dispositifs de blocage dont l'un est solidaire de la tige et l'autre du corps. L'ensemble relié à des moyens de commande se déplace coaxia- lement le long d'un guide linéaire caractérisé en ce que le guide est constitué par une corde, et les moyens de blocage sur le guide sont composés chacun d'une chambre pneumatique gonflable dont la face exté- rieure prend appui sur un corps rigide. Ce mode de serrage permettant d'utiliser un guide dont la surface extérieure peut présenter des irré- gularités. 2. Moteur selon revendication 1, caractérisé en ce que le guide utilisable, pour s'opposer à un éventuel effet giratoire, est une corde à section non circulaire - par exemple oblongue ou ovale - 3. Moteur selon revendication I et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande et de sécurité assurant l'automatisme de fonc- tionnement et le réglage de la vitesse d'avancé, sont disposés à la partie inférieure d'une platine, solidaires du groupe moteur. 4. Moteur selon revendication 1, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour modifier le volume des manchons et faire ainsi varier la souplesse et le temps de serrage. 5. Moteur selon revendication 1, appliqué à la réalisation d'un ensemble de montée caractérisé en ce que la corde est associée à des moyens d'ancrage à son extrémité supérieure et en ce que le moteur est pourvu d'un crochet d'arrimage permettant une utilisation pour la montée ou la descente par exemple des matériaux dans le bâtiment, pour l'exploration ou le sauvetage, par accrochage d'un utilisateur équipé d'un harnais. 6. Application du moteur selon revendication 1, à la commande du déplacement d'une cloche de plongée sous-marine, caractérisé en ce que le moteur est solidaire de la partie centrale supérieure d'une cloche, traversé par une corde et en ce que la corde est associée à des moyens d'ancrage à son extrémité inférieure. Les moyens de commande solidaires du moteur sont disposés à l'intérieur de la cloche, ainsi que les organes de commande actionnables par le plongeur sous-marin. 7. Application selon revendication 6, caractérisé en ce que le niveau de l'extrémité basse du moyen de blocage inférieur est disposé au-dessous du niveau bas du d8me, permettant le fusage de l'air à la pression ambiante par le passage de la corde, facilitant ainsi le dégon- flage des manchons et diminuant la valeur du coefficient de glissement dû au pouvoir lubrificateur de l'eau. 8. Moteur selon revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un enrouleur motorisé, déversant ou ramenant le tuyau d'alimentation en air comprimé à la demande du moteur. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il est pourvu de poignées. 10. Moteur selon revendication 1, caractérisé en ce que les manchons sont réalisés en caoutchouc moulé et vulcanisé, et en ce que, sur la face interne de serrage, sont implantés lors du moulage, des grains régulièrement répartis et de densité réduite pour ne pas influer sur l'élasticité du manchon, mais permettre d'augmenter le serrage en diminuant ainsi l'échauffement. Il. Application du moteur selon revendication 6, en ce que l'automatisme pneumatique est pourvu d'un détendeur compensé, stabili- sant la vitesse de descente et montée. L'échappement se faisant dans l'atmosphère à pression variable du dôme, agissant en contre-pression sur la pression d'alimentation.