Brevet FR2580971A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne un dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé, notamment pour le vissage d'un bouchon sur le col d'une bouteille. On connaît des dispositifs de vissage à cou- ple de serrage contrôlé qui sont utilisés en particu- lier pour le vissage de bouchons sur le col de bouteil- les lors du conditionnement en série d'un produit liquide ou pulvérulent, ou encore pour le vissage de boulons sur une chaîne de fabrication en série. Dans les dispositifs de vissage à couple de serrage contrôlé connus,des broches de vissage sont équipées de mâchoires mobiles commandées mécaniquement, la fonction de mesure du couple étant assurée par un embrayage à friction ou par un entraînement magnétique. Dans les deux cas, le couple est réglable soit par compression d'un ressort soit par modification du champ magnétique par éloignement des aimants. Lorsque le couple prédéterminé est atteint, l'embrayage patine jusqu'au moment o la commande d'ouverture des mâchoires est actionnée, généralement après un temps de vissage déterminé à l'avance. Il existe également des broches de vissage dans lesquelles les mâchoires s'ouvrent automatiquement lorsque le couple désiré est atteint, la mesure du cou- ple se faisant par un dispositif de ressort à déclenche- ment complexe intégré à la broche de vissage. Tous ces dispositifs impliquent l'arrêt de la broche de vissage pour modifier le réglage du couple de serrage et, dans le cas d'une machine de vissage à haute cadence équipée de plusieurs broches, il est nécessaire d'effectuer un réglage pour chacune des broches succes- sivement. Ces contraintes sont généralement mal accep- tées par les opérateurs chargés de faire fonctionner la machine et les arrêts de la machine diminuent le rende- ment global de celle-ci. De plus, dans le cas d'un embrayage à friction, le patinage de l'embrayage entraîne progressivement une usure ou un échauffement de celui-ci et donc une imprécision du couple de serrage. Un but de la présente invention est de propo- ser un dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé qui soit de structure simple et dont les carac- téristiques de fonctionnement soient constantes quelles que soient les conditions d'utilisation. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé dont le couple, dans le cas d'une machine équi- pée de plusieurs broches, puisse être réglé sur toutes les broches par un seul réglage. En vue de la réalisation de ces buts, on pré- voit selon l'invention un dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé comportant: une broche de vissage montée sur un châssis pour se déplacer selon un mouve- ment de translation alterné par rapport au châssis et pour tourner autour d'un axe de rotation, cette broche comportant des mâchoires de préhension et des moyens de commande des mâchoires de préhension; et un pignon d'entraînement en rotation de la broche; caractérisé en ce qu'il comprend un pignon intermédiaire entre le pignon d'entraînement et la broche, monté sur un axe porté par un support mobile, des moyens de rappel du support mobile vers une position de repos et des moyens de détection des déplacements du support mobile, ces moyens de détection étant reliés aux moyens de commande des mâchoires de préhension. Ainsi, lorsque le couple de serrage corres- pondant à la force des moyens de rappel est atteint, le support mobile se déplace et les moyens de détec- tion provoquent l'ouverture des mâchoires interrompant ainsi le serrage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif de vissage comporte des moyens de réglage des moyens de rappel. Ainsi, on peut modifier à volonté le couple de serrage en agissant sur le réglage des moyens de rappel. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le support mobile est une biellette montée-sur un axe de pivotement porté par le châssis. Ainsi, le pignon intermédiaire est soumis à la seule contrainte des moyens de rappel et il est donc possi- ble de déterminer le couple de serrage avec une grande précision. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, la biellette comporte une partie courte et une partie longue, et le pignon intermédiaire et les moyens de détection sont respec- tivement disposés au voisinage d'une extrémité de la partie courte et de la partie longue. Ainsi, pour un faible déplacement du pignon intermédiaire on obtient un grand déplacement de l'extrémité de la partie longue et donc une meilleure précision de la détec- tion de ce déplacement. Selon un autre aspect préféré de l'invention, les moyens de rappel comportent un ressort disposé entre une butée solidaire du châssis et une butée soli- daire de la biellette et, dans le cas d'un dispositif comportant une série de broches montées sur un même châssis, les butées solidaires du châssis associé à chaque broche sont fixées à une couronne mobile elle- même solidaire du châssis. Ainsi, par une seule opéra- tion de positionnement de la couronne mobile, on déter- mine la position de chacune des butées solidaires du châssis et donc le couple de serrage de chacune des broches. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples particuliers de réalisation en liaison avec les figures parmi lesquelles: la figure 1 est une vue de dessus partielle d'un mode de réalisation de l'invention, en coupe selon la ligne I-I de la figure 2; la figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif de la figure 1 selon la ligne II-Il de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe partielle selon la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une vue de côté partielle d'une première. variante de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue de côté partielle d'une seconde variante de réalisation de l'invention; 15. la figure 6 est une vue de dessus schémati- que partielle d'un carrousel à plusieurs broches compor- tant un dispositif de vissage selon l'invention. En référence aux figures 1 à 3, le dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé comporte au moins une broche de vissage généralement désignée en 1 montée sur une plaque 2 solidaire du chassis pour se déplacer selon un mouvement de translation alterné: par rapport au chassis et pour tourner autour d'un axe de rotation. Pour cela, la broche 1 comporte de façon classique un tube support 3 fixé à la plaque 2 dans lequel coulisse une tige support creuse 4 comportant par exemple à sa partie supérieure (non représentée) un système de came provoquant un mouvement de translation alterné, de la tige support 4. Un arbre de broche creux 5 est monté à la partie inférieure de la tige support 4 au moyen d'une tige filetée 6 6 permettant de bloquer l'arbre 5 par rapport à la tige support 4. Un pignon de broche 7 est monté sur l'arbre 5 par l'intermédiaire de roulements 8 maintenus espacés l'un de l'autre par une entretoise 9. Le pignon de broche 7 comporte une série de dents 10 sur sa surface extérieure. A sa partie inférieure, le pignon de broche 7 comporte un alésage 11 dans lequel est disposé un piston 12 monté de façon étanche à l'intérieur de l'alésage 11 au moyen d'un joint torique 13. Le piston 12 est rappelé vers le haut par un ressort 14 s'appuyant à son extré- mité supérieure sur un épaulement du piston 12 et à son extrémité inférieure sur une collerette d'une pièce intermédiaire 15. Un conduit interne 16 de l'arbre de broche 5 débouche à sa partie inférieure dans l'alésage 11 et est relié à sa partie supérieure à une source de fluide sous pression (non représentée), par exemple une source d'air comprimé, par une canalisation 17 sur laquelle est montée une électrovanne de commande 18. Un support de mâchoire 19 est monté' à la partie inférieure de la pièce intermédiaire 15 au moyen d'un écrou 20. Des mâchoires 21 sont montées sur des axes 22 et sont rappelées vers une position ouverte par un jonc torique élastique 23. Pour illustrer le fonctionnement de la broche, on a représenté sur la figure 2 une demi-coupe gauche de la broche avec le piston en position haute et une demi-coupe droite avec le piston en position basse. Dans la position haute du piston, les mâchoires 21 sont rappelées en butée contre la partie inférieure du pis- ton 12 par le jonc élastique 23 et les mâchoires sont maintenues ouvertes. Lors de l'admission de fluide sous pression dans l'alésage 11, le piston s'abaisse et repousse l'extrémité supérieure des mâchoires 21 refer- mant ainsi les mâchoires 21 sur l'objet à visser amené en position entre les mâchoires par un dispositif d'alimentation classique non représenté. Le pignon de broche 7 est entraîné en rota- tion par un pignon intermédiaire 24 comportant des dents périphériques 25 lui-même entraîné en rotation par un pignon d'entraînement 26 comportant des dents périphé- riques 27. Le pignon d'entraînement 26 est monté sur l'arbre 28 d'un moteur 29 fixé sur une plaque 30 formant une partie du châssis. Le pignon intermédiaire 24 est monté pour tourner librement sur un axe 31 par l'intermédiaire d'un roulement 32. L'axe 31 est lui-même monté sur un support mobile généralement désigné en 33. Dans le mode de réa- lisation représenté sur les figures 1 et 2, le support mobile 33 est une biellette comportant une partie courte 34 et une partie longue 35. L'axe 31 est porté par une extrémité de la partie courte 34. L'extrémité de la partie courte 34 opposée à celle qui porte l'axe 31 est montéesur un axe de pivotement 36 qui pivote librement sur une plaque 37 solidaire du châssis par l'intermédiaire d'un roulement 38. L'axe 31 du pignon intermédiaire 24 et l'axe de pivotement 36 de la biellette 33 sont de préférence sensiblement copla- naires avec l'axe de rotation de la broche 1 et l'axe du pignon d'entraînement 26. La biellette 33 formant support mobile est ramenée vers une position de repos par des moyens de rappel formés par un ressort hélicoidal 39 disposé entre une butée 40 solidaire du chassis et une butée 41 solidaire de la biellette 33. Dans le mode de réalisa- tion représenté, la butée solidaire de la biellette est un écrou 41 monté de façon réglable sur une tige filetée 42 s'étendant transversalement à la partie -longue 35 de la biellette 33. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, la tige filetée 42 peut se déplacer libre- ment à travers une ouverture 43 de la butée 40 elle- même fixée.à une plaque 44 solidaire du châssis. On comprend donc que la force de rappel s'exerçant sur le support mobile 33 peut être réglée en déplaçant l'écrou 41. A l'extrémité de la partie longue 35, le dispositif comporte des moyens de détection des dépla- cements du support mobile 33 form6spar un détecteur de proximité 45, par exemple du type capacitif, relié à l'électrovanne 18 par un fil 46. Le détecteur de proxi- mité 45 est monté sur une plaque 47 solidaire du châs- sis. La plaque 47 porte également une tige filetée 48 traversant la partie longue 35 de la biellette 33 et supportant des écrous 49 et 50 servant de butée pour la partie longue 35 de la biellette 33. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: au début du vissage, le ressort 39 maintient la partie longue 35 de la biellette 33 en butée sur l'écrou 49. Le détecteur 45 détecte la proximité de l'extrémité de la partie 35 et envoie à l'électrovanne 18 un signal autorisant l'alimentation en fluide sous pression main- tenant le piston 12 en position basse. Les mâchoires 21 sont serrées sur l'objet à visser, par exemple un bou- chon et celui-ci est donc entraîné en rotation par le pignon 7 lui-même entraîné par le pignon intermédiaire 24 et le pignon d'entraînement 26. En fin de vissage, le couple sur les différents pignons augmente et, lorsque le couple devient supérieur à la force de rappel exercée par le ressort 39, le pignon 24 roule sur le pignon 7 sur une distance autorisée par le jeu existant entre les dents 25 et 27. Dans ce mouvement, la biellette 33 pivote autour de l'axe 36 et la partie longue 35 de la biellette 33 s'écarte du détecteur de proximité 45. Le signal transmis à l'éliectrovanne 18 s'interrompt ce qui entraîne la mise à l'air libre de l'alésage 11 et par conséquent la remontée du piston 12 et l'ouverture des mâchoires 21. La butée 50 sur laquelle vient s'appuyer la partie 35 de la biellette 33 permet d'éviter un mouvement trop important du pignon 24 qui provoquerait un coincement entre les dents et 27, ce qui provoquerait un blocage du mécanisme. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 4, le pignon intermédiaire 24 est porté par une biellette 33 formée par un barreau légèrement flexible encastré à son extrémité opposée à l'axe 31 dans un bossage 51 fixé sur la plaque 37. La détermina- tion du déplacement de la biellette 33 est obtenue cette fois par une jauge de contrainte 52 fixée de préférence sur le côté de la biellette 33 au voisinage de son encastrement dans le bossage 51. La jauge de contrainte 52 est reliée à un dispositif électronique 53 dont la sortie est reliée à la ligne 46. Ainsi, la détermination du couple d'ouverture des mâchoires 21 est obtenue en agissant sur les paramètres du cir- cuit électronique 53. A titre d'exemple, le circuit électronique 53 peut être un amplificateur à gain variable. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, le pignon 24 est monté sur une poutrelle rigide 33 dont l'extrémité opposée à l'extrémité qui porte l'axe 31 est fixée à une tige 54 flexible en tor- sion et fixée à la plaque 37. Les déplacements de la poutrelle 33 sont détectés par une jauge de torsion 55 fixée sur le côté de la tige 54 et reliée à un disposi- tif électronique 56 dont la sortie est branchée à la ligne 46. La figure 6 représente un mode préféré de réalisation lorsque le dispositif de vissage comporte une série de broches de vissage montées sur un même châssis, par exemple un carrousel rotatif. Chaque bro- che de vissage I est associée à un-pignon intermédiaire 24 porté par une biellette 33. Chaque biellette 33 comporte des moyens de rappel et des moyens de détec- tion analogues à ceux qui ont déjà été décrits en liai- son avec les figures 1 à 3. Toutefois, dans cette variante, chacune des butées 40 solidaire du châssis n'est plus fixée directement à une plaque 44 mais à une couronne mobile 57 comportant en un point de sa circon- férence un bossage 58 traversé par une vis 59 qui s'appuie sur une butée 60 fixée au châssis. On voit immédiatement que dans ce mode de réalisation l'écrou 41 va permettre d'effectuer un pré-réglage afin que pour une position donnée de la couronne 57 toutes les broches soient réglées au même couple de serrage. Une fois le pré-réglage effectué, on modifie à volonté le couple de serrage de l'ensemble des broches en agissant sur la vis 59 qui déplace alors la couronne 57 et donc l'ensem- ble des butées 40 à l'encontre des ressorts 39. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et on peut y apporter de nombreuses variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, bien que le dispositif ait été décrit avec des détecteurs électroniques, on peut envisager une solution entièrement pneumatique en remplaçant l'électrovanne 18 par un relais pneumatique et le détecteur de proximité 45 par un détecteur flui- dique. On peut également remplacer les ressorts 39 par des systèmes de fl6au et contrepoids réglables à la façon d'une balance, ou par des v6rins pneumatiques, le couple 6tant alors réglé6 par la pression d'alimentation. Dans l'exemple de réalisation décrit en liai- son avec les figures 1 à 3, les plaques supports 2, 30, 37 et 44 étaient supposées reliées à un châssis fixe, dans le cas d'un carrousel rotatif, ces plaques font bien entendu partie de la plate-forme rotative du carrousel. A ce propos on notera que le mouvement de vissage des pignons de broches7 peut être obtenu soit en montant le pignon d'entraînement 26 sur l'axe d'un moteur 29 comme cela a été décrit ou encore en dépla- çant les broches par rapport à un pignon fixe. 1 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de vissage à couple de serrage contrôlé comportant une broche de vissage (1) montée sur un châssis (2) pour se déplacer selon un mouvement de translation alterné par rapport au châssis et pour tourner autour d'un axe de rotation, cette broche (1). comportant des mâchoires de préhension (21) et des moyens de commande (12, 18) des mâchoires de préhension; et un pignon d'entraînement en rotation (26) de la bro- che (1), caractérisé en ce qu'il comprend un pignon intermédiaire (24) entre le pignon d'entra nement (26) et la broche (1)t monté sur un axe (31) porté par un support mobile (33), des moyens de rappel (39) du sup- port mobile (33) vers une position de repos et des moyens de détection (45) des déplacements du support mobile (33), ces moyens de détection (45) étant reliés aux moyens de commande des mâchoires de préhension (21). 2. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage (41; 57) des moyens de rappel. 3. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le support mobile est une biellette (33) montée sur un axe de pivotement (36) porté par le châssis. 4. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'axe (31) du pignon intermédiaire (24) et l'axe de pivotement (36) de la biellette (33) sont sensiblement coplanaires avec l'axe de rotation de la broche et un axe du pignon d'entraînement (26). 5. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la biellette (33) comporte une partie courte (34) et une partie longue (35) et en ce que le pignon intermédiaire (24) et les moyens de détection (45) sont respectivement disposes au voisinage d'une extré- mité de la partie courte (34) et de la partie longue (35). 6. Dispositif de vissage conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de rappel comportent un ressort (39) disposé entre une butée (40) solidaire du châssis et une butée (41) soli- daire de la biellette. 7. Dispositif de vissage conforme à la reven- dication 6, caractérisé en ce que la butée (41) solidaire de la biellette est montée de façon réglable sur une tige (42) s'étendant transversalement à la biellette (33) et fixée à celle-ci. 8. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 6 ou la revendication 7 comportant une série de broches (1) montées sur le même châssis, chacune asso- ciée à un pignon intermédiaire (24) porté par une biellette (33), caractérisé en ce que les butées (40) solidaires du châssis sont fixées à une couronne mobile (57) elle-même solidaire du châssis. 9. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 8, caractérisé-en ce qu'il comporte des moyens (59) pour positionner la couronne (57) de façon réglable par rapport au châssis. 10. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le support mobile (33) est une biellette flexible fixée au châssis et en ce que les moyens de détection comportent une jauge de contrainte (52) fixée sur la biellette (33). 11. Dispositif de vissage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le support mobile (33) est une biellette reliée au châassis par une tige flexi- ble (54) et en ce que les moyens de détection compor- tent une jauge de torsion (55) fixée sur le côté de la tige flexible (54).