Brevet FR2574873A1 — publié le 19860620

Dispositif pour la conversion d'énergie de pression en énergie cinétique La présente invention concerne un dispositif pour la conversion d'énergie de pression en énergie cinétique. Il est possible de mettre un organe en mouvement à l'aide d'un dispositif utilisant un tuyau flexible pouvant être mis sous pression. La demande de brevet DE-PS 28 15 647 décrit un dispositif de traction pour un organe déplaçable en translation, ce dispositif étant réalisé sous la forme d'un tuyau flexible fixé à une extrémité appelée "première extrémité" et enroulé en spirale et pouvant être mis sous pression. Le tuyau est relié par sa seconde extrémité à l'organe déplaçable et enroulé de telle façon qu'une section de tuyau réduite en l'absence de pression peut être dilatée sous l'action d'une pression créée à l'intérieur du tuyau. La pression à l'intérieur du tuyau est créée à l'aide d'une cartouche génératrice de gaz disposée à la seconde extrémité du tuyau, à l'intérieur de celui-ci, et dont l'allumage peut être commandé par un détecteur de collision. La conversion d'énergie de pression en énergie cinétique s'effectue dans ce dispositif par la propagation, à partir de la seconde extrémité, de l'agrandissement de la section du tuyau réduite en l'absence de pression. Cet agrandissement a pour résultat un agrandissement successif du diamètre d'en roulement moyen du tuyau enroulé en spirale et, par conséquent, une force de traction exercée sur l'organe déplaçable relié à la seconde extrémité du tuyau. Si l'on veut répéter le processus de traction, il faut notamment faire disparaître la pression dans le tuyau par un démontage partiel de celui-ci et le munir ensuite d'une nouvelle cartouche génératrice de gaz ou remplacer tout le dispositif de traction par un neuf. La nécessité de ces opérations limite déjà le domaine d'application d'un tel dispositif. De plus, l'utilisation d'un dispositif convertissant l'énergie de pression en énergie cinétique construit et fonctionnant de cette façon est limitée aux cas ou une force relativement grande doit être exercée pendant quelques millisecondes le long d'une distance relativement courte. L'invention définie par la revendication 1, à savoir un dispositif pour la conversion d'énergie de pression en énergie cinétique avec utilisation d'un tuyau flexible raccordable à une source de pression, caractérisé par une disposition du tuyau flexible entre un appui et une surface de roulement roulant sur le tuyau flexible de telle façon que la section de passage dudit tuyau flexible soit fermée, c'est-à-dire réduite à zéro, dans la zone de l'emplacement de contact du tuyau flexible avec un élément formant rouleau et par un moyen permettant au choix de mettre sous pression ou en communication avec l'atmosphère au moins un des brins du tuyau partant dudit emplacement de contact, a pour but de réaliser un dispositif de conversion d'énergie de pression en énergie cinétique avec utilisation d'un tuyau flexible pouvant être mis sous une pres sion intérieure, de telle façon que ce dispositif puisse être utilisé comme dispositif moteur fonctionnant de façon répétée en service pour un dispositif de déplacement souvent appelé "actionneur" qui ramène à sa position initiale un organe déplacé par une action extérieure, même d'une distance relativement grande telle que des décimètres ou des mètres, par exemple, ou même plus. Le dispositif selon l'invention constitue un dispositif moteur pour dispositif de déplacement dont les possibilités d'utilisation sont nombreuses. Ce dispositif peut être réalisé sous la forme d'un dispositif moteur à translation ou d'un dispositif moteur à rotation et peut être utilisé de fa çon avantageuse dans des dispositifs de rappel, par exemple, dans lesquels, pendant le déplacement d'un organe à partir de sa position initiale, aucune force de rappel ne doit être exercée sur l'organe. Un dispositif du type selon l'invention peut aussi être avantageusement utilisé à où jusqu'ici des mouvements de déplacement étaient effectués à l'aide de vérins à piston et cylindre. Par rapport à ces dispositifs, le dispositif selon l'invention se distingue aussi, entre autres, par des exigences de précision de fabrication beaucoup moins grandes de ses pièces détachées et par l'absence de joints coulissants. L'invention met à profit la force exercée sur un élément formant rouleau par la section d'un tuyau flexible aplati par cet élément et reprenant sa forme sous l'action d'une pression intérieure, ledit élément formant rouleau pressant le tuyau flexible contre un appui et fermant la section de passage dudit tuyau flexible en la réduisant à zéro à l'emplacement où il est en contact avec celu-ci. Par ce moyen, l'énergie de pression communiquée au tuyau flexible est convertie en une force exercée sur les éléments du dispositif auxquels un mouvement de translation ou de rotation, ou les deux, selon la forme de réalisation, peut être communiqué. Après déplacement d'un tel élément à partir de sa position initiale, il est rappelé à cette position en mettant le tuyau flexible sous pres sicn par une extrémité.Ce processus peut être répété pour le fonctionnement en service à l'aide d'un dispositif à robinets pouvant être commandé. Si les deux extrémités du tuyau flexible sont raccordées à un dispositif à robinets pouvant être commandé, le mouvement de déplacement peut également se produire automatiquement dans le sens opposé s-i un brin du tuyau est mis en communication avec l'atmosphère pendant que l'autre est mis sous pression. Le dispositif selon l'invention est décrit ci-apres plus en détail à l'aide des dessins annexés. La figure 1 représente un dispositif de déplacement à chariot coulissant guidé suivant une ligne droite. Dans ce dispositif, l'appui est réalisé sous la forme d'un rail en U 1 ouvert vers le haut. Le tuyau flexible 2 est disposé sur le fond du rail en U. Un rail de guidage 3 est disposé parallèlement au rail en U. Un chariot coulissant 4 peut glisser le long du rail de guidage 3. L'élément formant rouleau est constitué par un galet 5. Le galet 5 est monté tournant sur le chariot coulissant 4 de telle façon que son axe de rotation soit perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot et parallèle à la surface de portée 6 de l'appui du tuyau flexible 2.La distance entre le galet 5 et la surface de portée 6 est choisie de telle façon que le tuyau flexible 2 soit pressé par ledit galet contre l'appui et que la section dudit tuyau flexible soit fermée à l'emplacement de contact avec le galet. La mise sous pression du tuyau flexible 2 peut se faire par l'extrémité 7 de celui-ci comme cela est représenté schématiquement à la figure 1. Le dispositif à robinets commandé correspondant 8 et sa liaison avec l'extrémité 7 du tuyau flexible 2 sont représentés sous une forme générale à la figure 1 par des symboles de commutation normalisés. Dans le schéma de commande de la figure 1, le brin du tuyau flexible 2 qui se termine par l'extrémité 7 est mis en communication avec l'atmosphère dans un premier état de commutation du dispositif à robinets 8 et le chariot coulissant 4 peut,-sous 1 'ac- tion d'une force extérieure, se déplacer, notamment dans la direction de l'extrémité 7 du tuyau flexible 2 en surmontant les résistances de frottement et la résistance de roulement sur ce tuyau sans pression. Lorsque le dispositif à robinets 8 est à la seconde position de commande, le brin du tuyau flexible 2 qui se termine par l'extrémité 7 est sous pression. Cela a pour effet, en combinaison avec le chariot coulissant 4 déplaçable dans la direction du tuyau flexible 2, que le galet 5 roule sur ledit tuyau flexible dans la direction de l'extrémité 9 de celui-ci sous l'action de l'arrondissement de sa section produit par la pression intérieure et entrain avec lui le chariot coulissant 4 vers cette extrémité dudit tuyau. Le chariot coulissant 4 se comporte ainsi comme un dispositif de déplacement automatique et peut à son tour être relié rigidement ou de façon articulée à un ou plusieurs dispositifs à déplacer. Dans le cas d'une liaison avec articulation, par exemple par la bielle d'un système bielle-manivelle, un dispositif à déplacer peut être déplacé le long d'un arc de cercle. Dans un mode de commande différent de celui de la figure 1, la mise sous pression du tuyau flexible 2 peut être effectuée alternativement par les deux extrémités, l'une des ex extrémités étant mise sous pression pendant que l'autre est mise en communication avec l'atmosphère. On obtient ainsi un dispositif de déplacement agissant automatiquement également dans le sens opposé. Dans une forme de réalisation avantageuse (non représentée) de l'invention, le chariot coulissant 4 guidé positivement par le rail de guidage 3 peut être remplacé par un châssis muni de roues dans lequel au moins une des roues ou au moins une roue supplémentaire roule de la façon décrite plus haut sur un tuyau flexible et agit ainsi comme une roue motrice, la distance entre l'axe de rotation de la roue qui coopère avec ce tuyau et la surface d'appui nécessaire pour fermer la section du tuyau étant maintenue par le poids du chariot. Il est à noter que la roue motrice peut être montée de façon orientable sur le châssis et l'appui réalisé sous la forme d'un profil courbe, de sorte que le châssis peut aussi décrire des trajectoires courbes. La figure 2 représente une inversion cinématique d'un dispositif selon la figure 1. Alors que sur la figure 1, le galet 5 roule sur le tuyau flexible 2 en changeant de lieu, dans le dispositif de la figure 2, la mise sous pression du tuyau flexible 10 par une de ses extrémités produit un déplacement longitudinal de ce tuyau dans la direction de cette extrémité, de sorte que le brin opposé du tuyau peut être utilisé comme organe de traction d'un dispositif de déplacement. A cet effet, l'élément formant rouleau réalisé sous la forme d'un galet 11 tourne autour d'un axe 12 lié au système et l'appui est réalisé sous la forme d'un rouleau 13 dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du galet 11. La figure 3 représente une forme de réalisation avantageuse du point de vue conception d'un dispositif selon 1 'in- vention dans lequel le tuyau flexible agissant selon le principe illustré par la figure 2 peut être utilisé comme organe de traction d'un dispositif de déplacement. Déjà dans le dispositif de la figure 2, il importe peu que ce soit l'un des galets qui constitue l'élément formant rouleau et l'autre l'appui ou vice-versa. Il en est de même pour le dispositif représenté à la figure 3. Dans ce qui suit, on admettra que dans le dispositif de la figure 3, le galet inférieur étroit 14 est l'élément formant rouleau et que la vis sans fin 15 disposée avec son axe parallèle audit galet et. au-dessus de celui-ci forme l'appui. Le parallélisme des axes du galet 14 et de la vis sans fin 15 est assuré par un cadre 16.En plus de son palier non visible à son extrémité gauche sur le dessin, la vis sans fin 15 est munie d'un raccord tournant pour le fluide sous pression amené par la conduite 17 et servant à mettre sous pression le tuyau flexible 18 par l'intermédiaire d'un tronçon de tuyau 19 qui sort à l'autre extrémité de ladite vis sans fin. Le tuyau flexible 18 est enroulé dans la gorge 20 de la vis sans fin 15. La distance entre l'axe du galet 14 et l'axe de la vis sans fin 15 est choisie de telle façon que la section du tuyau flexible 18 soit fermée entre la surface de roulement du galet 14 et le fond de la gorge 20 de ladite vis sans fin. Lorsque le tuyau flexible18 est mis sous pression (par l'intermédiaire du tronçon de tuyau 19), le galet 14 et la vis sans fin 15 sont mis en rotation dans le sens des flèches sous l'action de l'arrondissement de la section du tuyau flexible.En même temps, le galet 14, qui est monté coulissant le long de son axe de rotation 21 et est engagé dans la gorge 20, suit le-filet de la vis sans fin 15 tandis que le brin du tuyau qui va de l'emplacement de contact entre ledit galet et ladite vis sans fin à l'extrémité munie d'une cosse 22 s'enroule sur la vis sans fin en suivant également le filet de celle-ci. Le tuyau flexible 18 forme donc un organe de traction d'un dispositif de déplacement et peut être relié par la cosse 22 à un ou plusieurs éléments à déplacer. La cosse 22 est réalisée sous la forme d'un tube de raccordement emboîté et fixé à l'extrémité du tuyau flexible 18, dans sa section de passage, et comporte des ouvertures d'évacuation d'air 23. Les ouvertures d'évacuation d'air 23 sont nécessaires pour équilibrer la pression dans le brin non enroulé du tuyau flexible 18 dans cette forme de réalisation de la cosse 22. Au lieu d'utiliser le tuyau flexible de l'invention comme organe de traction, on peut, dans une autre forme de réalisation des dispositifs des figures 2 et 3, se servir d'un des éléments tournants 11 ou 13 (figure 2), ou 14 ou 15 (figure 3) comme élément moteur pour des mouvement de déplacement en arc de cercle dans un angle qui, en fonction de la longueur du tuyau flexible utilisé et du nombre de spires de la vis sans fin, peut représenter un multiple de 3600. La figure 4 représente finalement une forme de réalisation du dispositif selon l'invention permettant d'obtenir un mouvement de déplacement en rotation avec des angles de déplacement pouvant être un multiple quelconque de 360 , ce qui permet de réaliser un dispositif moteur rotatif fondé sur 1 'ac- tion d'une force décrite au début du présent mémoire. La forme de réalisation représentée à la figure 4 constitue un tel dispositif moteur rotatif. On voit sur la figure 4 que le dispositif représenté utilise un premier tuyau flexible 24 et un second tuyau flexible identique 25. Les tuyaux flexibles 24 et 25 sont disposés parallèlement, à une certaine distance l'un de l'autre, dans des profils en U formant appui et dont les surfaces du fond 26 et 27 sont dans une même surface et comprennent une partie plane et une partie cintrée en arc de cercle faisant suite à celle-ci. Entre les deux tuyaux flexibles 24 et 25 se trouve un disque tournant 28 dont l'axe de rotation 29 est au centre de la partie cintrée en arc de cercle des surfaces 26 et 27 du fond des profils en U. Le disque 28 porte des éléments formant rouleau cylindrique, à axes parallèles et identiques entre eux disposés sur une même circonférence. Une première paire d'éléments formant rouleau 30 et 31 est disposée sur la face antérieure du disque 28, les deuxdits éléments étant diamétralement opposés tandis qu'une autre paire d'éléments formant rouleau 32 et 33 est disposée de la même façon sur la face postérieure dudit disque. La droite joignant les axes de rotation de la première paire d'éléments formant rouleau et la droite joignant les axes de la seconde paire sont perpendiculaires entre elles. A l'aide d'un dispositif à robinets commandé (non représenté) pour le fluide sous pression, les deux tuyaux flexi bles 24 et 25 sont mis sous pression alternativement par les extrémités situées à droite et devant sur la figure. Les extrémités des tronçons cintrés en arc de cercle des deux tuyaux flexibles débouchent à l'air libre et ne sont donc raccordés à aucun dispositif. Dans la position angulaire du disque 28 représentée à la figure 4, la section de passage du tuyau flexible antérieur 24 est fermée par l'élément formant rouleau 30 et ce tuyau est sous pression. Les raccordements correspondants et le dispositif de commande de mise sous pression ne sont pas représentés sur la figure 4 pour simplifier celle-ci. L'arrondissement de la section du tuyau flexible 24 produit par la pression fait tourner l'élément formant rouleau 30 dans la direction de la flèche. Dans le dispositif représenté à la figure 4, l'élément formant rouleau 30 roule dans le sens des aiguilles d'une montre sur le tuyau flexible 24 et transmet son mouvement de déplacement au disque 28 qui tourne de ce fait également dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette rotation du disque 28 a pour effet que l'élément formant rouleau 32 décalé de 900 et disposé sur la face opposée du disque 28 arrive sur la partie cintrée en arc de cercle du second tuyau flexible 25 qui est sans pression jusqu'a ce qu'il soit fermé par l'élément formant rouleau 32 et, après fermeture, est mis sous pression (par l'extrémité antérieure droite). Par ce moyen, le disque 28 est mis en rotation dans le même sens que par l'élément formant rouleau 30. Le disque 28 continuant de tourner, l'élément formant rouleau 31 vient en contact avec le tuyau flexible 24 après que l'élément formant rouleau 30 ait quitté la partie cintrée en arc de cercle et que le tuyau flexible 24 soit mis en communi cation avec l'atmosphère. Pendant que l'élément formant rouleau 30 a déjà quitté le tuyau flexible 24 et que l'élément formant rouleau 31 aplatit de plus en plus la section du tuyau flexible 24, la rotation du disque 28 est assurée par l'élément formant rouleau 32. Le disque 28 continuant son mouvement de rotation, 1 'élé- ment formant rouleau 32 quitte le tuyau flexible 25 tandis que l'élément formant rouleau 33 aplatit la section de ce tuyau qui était auparavant sans pression, la rotation du disque 28 étant assurée par l'élément formant rouleau 31. Les variations de section produites par l'action des éléments formant rouleau 30 et 31 sur le tuyau flexible 24 et celles des éléments formant rouleaux 32 et 33 sur le tuyau flexible 25, ainsi que les variations correspondantes de la pression dans ces tuyaux produites par un dispositif à robinets commandé en fonction de la position angulaire du disque 28 pour opérer alternativement la mise sous pression et la mise en communication avec l'atmosphère des deux tuyaux flexibles 24 et 25, sont représentées à la figure 5a pour le tuyau 24 et à la figure 5b pour le tuyau 25. La ligne en trait interrompu représente les variations de section des tuyaux flexibles 24 et 25 et la ligne en trait continu les variations de la pression dans ces tuyaux. La durée d'action de chaque élément formant rouleau est indiquée par des flèches et des lignes de cote affectées du repère numérique de l'élément formant- rouleau considéré. La notation U28 désigne les tours effectués par le disque 28. Dans le cas de la configuration choisie pour le dispositif de la figure 4, où l'on utilise quatre éléments formant rouleaux répartis sur les deux faces du disque 28 et venant alternativement en prise avec le premier et le second tuyau flexible 24 et 25, la partie cintrée en arc de cercle des surfaces du fond des gorges- 26 et 27 et la partie correspondante desdits tuyaux flexibles s'étendent dans un angle d'un peu plus de 90". Cette configuration assure que, avant l'ouverture de la section d'un tuyau flexible, donc avant qu'un élément formant rouleau quitte la partie cintrée de celui-ci, un autre élément formant rouleau a fermé la section de l'autre tuyau flexible, de sorte que le disque 28 est mis en rotation de façon continue. D'une façon générale, pour qu'un élément formant rouleau soit correctement en prise avec un tuyau flexible, il est souhaitable que la section de ce dernier soit enserrée, au moins dans la zone d'action dudit élément, par un profil formé par la section droite de l'appui et celle de cet élément. Comme un tuyau flexible est flexible par nature, il est avantageux de le loger dans un profil ouvert du côté de l'élément formant rouleau et de munir celui-ci d'une surface de roulement cylindrique en choisissant sa largeur de telle façon qu'il soit correctement guidé dans le profil de l'appui, notamment dans le cas d'un élément formant rouleau orientable. Revendications 1. Dispositif pour la conversion d'énergie de pression en énergie cinétique avec utilisation d'un tuyau flexible raccordable à une source de pression, caractérisé en ce que le tuyau flexible (2, 10, 18, 24, 25) est disposé entre un appui (1, 13, 15, 34) et une surface de roulement d'un élément formant rouleau (5, 11, 14, 30, 31, 32, 33) roulant sur ledit tuyau flexible de telle façon que la section de passage de ce tuyau soit fermée dans la zone de l'emplacement de contact du tuyau avec ledit élément formant rouleau, et que des moyens (8) sont prévus pour mettre au choix sous pression ou en communication avec l'atmosphère au moins un des brins dudit tuyau flexible partant de l'emplacement de contact. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément formant rouleau est une roue motrice éventuellement orientable d'un dispositif déplaçable par roulement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'appui est un profil creux, éventuellement courbé, ouvert vers l'élément formant rouleau. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appui (6) est un rouleau (13) dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe de rotation de l'élément formant rouleau (11). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le profil de l'appui et le profil de l'élément formant rouleau forment un profil enserrant la section du tuyau flexible fermée par le pincement entre ledit appui et ledit élément formant rouleau. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un certain nombre d'éléments formant rouleau (30, 31, 32, 33) fermant l'un après l'autre et périodiquement la section de passage d'un premier tuyau flexible (24) et au moins d'un second tuyau flexible (25) et roulant chacun sur une partie desdits tuyaux flexibles, ces éléments formant rouleau étant montés tournants sur un support (28) également monté tournant. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que-chacun des deux brins du tuyau flexible partant de l'emplacement de contact peut au choix être mis sous pression ou être mis en communication avec l'atmosphère et qu'à chaque fois, un brin est mis en communication avec l'atmosphère lorsque l'autre brin est mis sous pression. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un dispositif à robinets commandé en fonction de la position relative du ou des éléments formant rouleau et du dispositif est prévu pour la mise sous pression et la mise en communication avec l'atmosphère du ou des tuyaux flexibles.