Brevet FR2656903A1 — publié le 19910712

LIMITEUR DE VITESSE PROGRESSIF D'UN VERIN PNEUMATIQUE DE COMMANDE. La présente invention concerne un limiteur de vitesse progressif d'un vérin pneumatique de commande du type comportant un piston susceptible de se déplacer dans une chambre de compression, d'une position basse de repos, vers une position haute de travail, sous l'effet d'une pression introduite dans la chambre, par un orifice d'admission situé sous le piston en position basse, un orifice d'échappement étant disposé à la partie opposée de ladite chambre, audessus du piston en position haute et comportant un limiteur de débit d'air, apte à réduire la vitesse de déplacement du piston du vérin de commande, et constitue' par un conduit en liaison avec l'orifice d'échappement et obturé au repos par une tige pointeau axiale dont le déplacement linéaire lors d'un réglage fait varier une section annulaire de passage d'air. Ces limiteurs de débit d'air bien connus donnent satisfaction, mais cela dans un nombre limité d'applications, car, en effet, s'ils permettent la limitation d'une vitesse d'un vérin, celle-ci est effectuée de manière constante, pour un réglage donné et fixé du limiteur concerné. Or, il existe un problème rencontré dans le domaine du conditionnement de produits liquides, fluides ou visqueux, avec ou sans morceaux et qui implique l'utilisation de doseurs volumétriques ou pompes doseuses, du type comportant des moyens d'aspiration et de refoulement du produit à doser selon un volume prédéterminé, précis. Dans ce type de dispositifs de conditionnement, la difficulté réside essentiellement dans le compromis à trouver entre une vitesse de refoulement du produit dans les contenants, offrant une cadence de production acceptable et une vitesse de refoulement telle qu'elle ne provoque pas d'éclaboussures au remplissage. En effet, si la vitesse est trop importante, lors du contact du produit avec le fond vide du contenant, en début de remplissage, il se produira des remontées sur les bords d'où des débordements, provoquant pertes et salissures. Ce problème disparaît après une phase de début de remplissage, car après celle-ci, un certain volume de produit de fond constitue un amortisseur ou un frein au jet de produit. On comprend aisément que la solution réside dans un dispositif permettant l'accélération ou la décélération du vérin de commande en fonction de sa position et, plus précisément, de celle du piston du doseur de produit. Un dispositif connu vise à atteindre cet objectif et consiste à ralentir la course d'un piston d'un vérin de commande hydraulique disposé en série avec un organe de commande du doseur. Pour cela, le vérin est constitue' de deux chambres à volume variable remplies d'huile, séparées par une membrane de piston mobile, dont le déplacement modifie le volume d'une chambre au bénéfice de l'autre par l'intermédiaire d'un tube de dérivation les reliant extérieurement. Ce dispositif est, en fait, un amortisseur, freinant le déplacement du piston de manière permanente et ne permet donc pas des vitesses élevées, après la phase initiale car les pertes de charges sont très importantes et permanentes. Une vanne à commande proportionnelle peut être disposée sur le tube de dérivation pour en réguler le débit, mais si, au prix d'une grande complexité, on obtient une vitesse progressive souhaitée en fonction d'une courbe choisie, il s'agira toujours d'une vitesse régulée à partir d'une vitesse initialement faible et constituant une vitesse maximum de référence. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, un limiteur de vitesse progressif d'un vérin pneumatique de commande d'un piston susceptible de se déplacer dans une chambre de compression, d'une position basse de repos, vers une position haute de travail, sous l'effet d'une pression introduite dans la chambre, par un orifice d'admission situé sous le piston en position basse, un orifice d'échappement étant disposé à la partie opposée de ladite chambre, au-dessus du piston en position haute et comportant un limiteur de débit d'air, apte à réduire la vitesse de déplacement du piston du vérin de commande, et constitué par un conduit en liaison avec l'orifice d'échappement et obturé au repos par une tige pointeau axiale dont le déplacement linéaire lors d'un réglage fait varier une section annulaire de passage d'air, caractérisé en ce que le limiteur de débit d'air à l'échappement, du vérin de commande, comporte des moyens de commande d'ouverture progressive automatique du pointeau par action directe sur celui-ci par rapport au conduit, l'ouverture étant proportionnelle au déplacement du piston du vérin de commande pour tout ou partie de sa course. Ainsi, il sera obtenu une ouverture progressive de l'orifice d'échappement en fonction de la position du piston du vérin de commande, pendant une phase de début de refoulement du doseur. La présente invention concerne également les caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens de commande d'ouverture progressive du pointeau sont constitués par un second vérin ou vérin limiteur comprenant un piston duquel est solidaire le pointeau et qui est susceptible de se déplacer dans une première chambre du vérin sous l'effet d'une pression identique ou proportionnelle à celle introduite dans la chambre du vérin de commande, de manière simultanée. Selon une caractéristique de 11 invention, un premier clapet anti-retour est disposé en communication avec une deuxième chambre du vérin limiteur et constitue un échappement du vérin de commande. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pression est introduite en amont de la chambre du vérin limiteur, par l'intermédiaire d'un second clapet anti-retour ouvert dans un sens d'introduction de la pression. Mais les essais ont démontré que le début de refoulement, dans certains cas, était encore effectué à une vitesse trop élevée, car le piston du vérin limiteur n'est freiné que par son seul frottement dans la chambre. Pour remédier à cela, pour certaines applications et selon une autre caractéristique de l'invention, un deuxième limiteur de débit d'air est disposé en communication avec une partie aval de la chambre du vérin limiteur, ouvert dans un sens d'échappement de la pression, de manière à constituer un frein de valeur réglable, au déplacement du piston du limiteur d'où du pointeau, au cours de tout ou partie de la course du piston du vérin de commande. Selon une autre caractéristique de l'invention, un troisième clapet anti-retour est associé en dérivation au deuxième limiteur de débit d'air et apte à permettre l'introduction de la pression en aval de ladite chambre, plutôt qu'en amont, grâce à des moyens d'inversion, intervenant à un moment prédéterminé de la course du piston du vérin limiteur pour constituer une contre-pression de freinage ; un troisième limiteur de débit d'air associé en dérivation au deuxième clapet anti-retour est disposé en amont de la chambre et devient alors passant dans un sens d'échappement, selon une valeur réglable. Cette caractéristique permet, par exemple, d'obtenir une vitesse décroissante du piston du vérin limiteur d'où du piston du vérin de commande, en fin de course. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston du vérin limiteur comporte, à son extrémité opposée au pointeau, un organe d'appui colinéaire apte à coopérer, en fin de course, avec une butée réglable dudit vérin. Selon un mode préféré de réalisation, le pointeau est constitué par un cône apte à permettre l'obtention d'une courbe ou d'une partie de courbe de vitesse, rectiligne. Selon une variante de réalisation, le pointeau a une surface de révolution à profil concave apte à permettre l'obtention d'une courbe ou d'une partie de courbe de vitesse, bombée. Selon une autre variante de réalisation, le pointeau a une surface de révolution à profil convexe apte à permettre l'obtention d'une courbe ou partie de courbe de vitesse, infléchie. La description sera encore illustrée sans être aucunement limitée, par la description qui suit, faite en regard des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue schématique en coupe longitu dinale d'un limiteur de vitesse progressif selon l'invention, en position de début de fonctionnement, par rapport à un vérin de commande à réguler, repré senté à échelle réduite La figure 2 est une vue schématique d'un limiteur de vitesse selon la figure 1, représenté dans une phase finale de fonctionnement La figure 3 est une courbe de vitesse du piston du vérin de commande au cours des phases de fonctionne ment du limiteur de vitesse progressif selon l'inven tion Les figures 4, 5 et 6 représentent respectivement l'extrémité d'un pointeau à surface de révolution à profil concave, conique et convexe ; et Les figures 4A, 5A, 6A représentent respectivement les courbes de vitesse initiale obtenues respectivement avec un pointeau dont l'extrémité a une surface de révolution à profil concave, conique et convexe. L'installation représentée à la figure 1 concerne un ensemble de commande d'une pompe doseuse 1 essentiellement constituée d'une chambre cylindrique 2 percée d'un conduit d'aspiration 3 et d'un conduit de refoulement 4 et dans laquelle est actionné en déplacement un piston à tête conique 5, aspirant ou refoulant le produit à doser, sous l'action d'un vérin de commande 6, agissant linéairement sur le piston 5 de la pompe 1. Le vérin de commande 6 est également constitué de manière connue d'une chambre de compression 7 dans laquelle est susceptible de se déplacer un piston de commande 8, en liaison mécanique avec le piston 5 par un axe commun 9, et cela d'une position basse de repos O vers une position haute maximum de travail III. Le déplacement du piston de commande 9 est réalisé par introduction d'une pression P1 dans une partie basse 7a de la chambre de compression 7, par un orifice d'admission 10 constituant un point D, situé sous le piston 8 lorsque ce dernier est en position basse O. Un orifice d'échappement Il constituant un point B est disposé à une partie haute 7b de la chambre 7 au-dessus du piston 8, lorsque celui-ci se trouve en position haute maximum III. Le piston 8 peut ainsi se déplacer dans des limites prédéterminées situées entre un point mort bas (PMB) pour une position O du piston 8, et un point mort haut (PMH) pour une position III dudit piston 8. Selon l'invention, un limiteur de vitesse progressif 12 désigné dans son ensemble est disposé sur l'orifice d'échappement 11 du vérin de commande 6 et est apte à réduire la vitesse V de déplacement du piston de commande 5 par rapport à une vitesse de référence maximum communiquée par la pression P1. Le limiteur de vitesse progressif 12 est constitué par un second vérin 13 ou vérin limiteur comportant des moyens de commande d'ouverture progressive et automatique d'une tige pointeau 14 axiale, dont le déplacement linéaire fait varier la section annulaire de passage d'air entre l'extrémité dudit pointeau 14 et un conduit 15 du vérin limiteur 13, pour constituer un premier limiteur de débit d'air 16, dont l'ouverture sera proportionnelle au déplacement du piston 8 de vérin de commande 6, pour tout ou partie de sa course, grâce auxdits moyens d'ouverture progressive du pointeau 14. Les moyens d'ouverture progressive sont constitués par un piston 17 du vérin limiteur 13 solidaire du pointeau 14 par un axe 18, lequel piston 17 est susceptible de se déplacer dans une première chambre 19 du vérin 13 sous l'effet d'une pression P2 identique à celle P1 introduite dans la chambre 19, simultanément à la pression P1 en D et provoquant ainsi progressivement l'ouverture du premier limiteur de débit d'air 16, et l'introduction d'air libéré, dans une seconde chambre 20 du vérin 13, isolée de la première 19 par un joint torique 21 entourant l'axe 18, avant échappement par un premier clapet anti-retour 22 constituant un point A d'échappement. La pression P2 est appliquée à un point C d'un second clapet anti-retour 23 pour introduction dans ladite chambre 19 dans une partie l9a en amont de celle-ci et du piston 17 et exerce une poussée axiale sur le piston 17 selon un sens F1. Le déplacement axial du piston 17 dans la chambre 19 provoque un refoulement d'air qu'il est ici intéressant de maltriser de manière à freiner, plus ou moins, le déplacement dudit piston 17 de vérin limiteur 13 d'où du piston 5 du vérin de commande 6 ; ceci de manière à permettre l'obtention d'une courbe choisie de vitesse (figure 3) dont une première phase progressive allant de O à I correspond aux positions O et I respectivement du piston de commande 8, du piston de pompe 5 et du piston de vérin limiteur 17 (figure 1). Cette première phase correspond en fait à l'action du premier limiteur de débit d'air 16 au-delà de laquelle le débit de passage d'air y est maximum et correspond à une seconde phase stable de la courbe de vitesse allant de I à II correspondant aux positions de travail I, II des mêmes pistons 8, 5 et 17 précités. Des moyens de freinage complémentaires du piston 17 du vérin limiteur 13 sont constitués par un deuxième limiteur de débit d'air 24 constituant un point F, disposé en communication avec une partie aval 19b de la chambre 19 du vérin limiteur 13, ouvert dans un sens d'échappement de la pression, de manière à constituer un frein de valeur réglable, au déplacement dudit piston 17, au cours de tout ou partie de la course du piston de commande 8, en l'occurence pour les portions de courbes O, I et I, II (figure 3). En d'autres termes, la portion O, I est obtenue par l'action du limiteur de débit 16 associé à celle du limiteur de débit 24, agissant à l'encontre de la poussée exercée pour l'introduction de la pression P2 en C. Quant à la portion I, II, elle ne résulte que du seul freinage dû à l'action du limiteur de débit 24, le limiteur 16 étant alors complètement passant. Une autre caractéristique de 1 invention permet l'obtention d'une vitesse de décélération du piston de commande 8 dans une phase finale de refoulement illustrée à la figure 3 par la portion de courbe de vitesse Il, III, correspondant aux positions II, III des pistons 8, 5 et 17 respectivement du vérin de commande 6, de la pompe 1 et du vérin limiteur 13 (figure 2). Les moyens d'obtention de ce freinage, alors que le premier limiteur de débit 16 est en pleine ouverture, consistent à inverser le sens d'introduction de la pression P2 dans la chambre 19 du vérin limiteur 13, c'est-à-dire qu'au lieu d'être introduite en amont (C) par la partie de chambre 19a, elle sera introduite en aval (F) par la partie de chambre 19b, ceci grâce à des moyens d'inversion 25, intervenant à un moment prédéterminé de la course du piston 17 de vérin limiteur 13 d'où du piston 8 du vérin de commande 6, pour constituer une contre-pression de freinage. Pour autoriser cette inversion, un troisième clapet anti-retour 26 est associé en dérivation au deuxième limiteur de débit d'air 24 et est ouvert dans un sens d'introduction inversé de la pression P2 dans la partie de chambre 19b.Un troisième limiteur de débit d'air 27 est associé en dérivation au deuxième clapet anti-retour 23 et devient passant dans un sens d'échappement, le clapet anti-retour 23 étant bloqué dans ce sens. Les pressions P1 et P2 sont issues d'un générateur de pression P et dérivées respectivement vers un distributeur de vérin de commande DVC et vers un distributeur de vérin limiteur DVL, ce dernier comportant les moyens d'inversion 25 et d'information (non représentés). Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston 17 du vérin limiteur 13 est prolongé par un arbre support 28 coulissant dans un palier 29 par l'intermédiaire d'un joint torique 30. L'arbre 28 comporte à son extrémité 28a, opposée au pointeau 14, un organe d'appui 31 colinéaire, apte à coopérer en fin de course avec une butée réglable 32 par vissage dans une partie de carter 13a du vérin limiteur 13. Selon des variantes de réalisation du pointeau 14, celui-ci a une surface de révolution dont le profil est tel à pouvoir obtenir des courbes initiales de vitesse différentes. C'est ainsi qu'un profil concave (figure 4) offrira une courbe initiale bombée (figure 4A), un profil conique (figure 5) offrira une courbe initiale rectiligne (figure 5A) et un profil convexe (figure 6), une courbe initiale infléchie (figure 6A). Bien entendu, la présente invention pourra trouver des applications autres que celle des pompes doseuses. De même, les pressions de commande pourront être obtenues par la mise en oeuvre d'autres types de fluides et le vérin de commande pourra également être hydraulique. Revendications 1. Limiteur de vitesse progressif d'un vérin pneumatique (6) de commande d'un piston (8) susceptible de se déplacer dans une chambre de compression (7), d'une position basse de repos (O), vers une position haute de travail (III), sous l'effet d'une pression (P1) introduite dans la chambre (7) par un orifice d'admission (10) situé sous le piston en position basse (O), un orifice d'échappement (11) étant disposé à la partie opposée de ladite chambre (7), audessus du piston (8) en position haute (III) et comportant un limiteur de débit d'air (16), apte à réduire la vitesse (V) de déplacement du piston (8) du vérin de commande (6), et constitué par un conduit (15) en liaison avec l'orifice d'échappement (11) et obturé au repos par une tige pointeau (14) axiale dont le déplacement linéaire lors d'un réglage fait varier une section annulaire de passage d'air, caractérisé en ce que le limiteur (16) de débit d'air à l'échappement, du vérin de commande (6), comporte des moyens de commande d'ouverture progressive automatique du pointeau (14) par action directe sur celui-ci par rapport au conduit (15), l'ouverture étant proportionnelle au déplacement du piston (8) du vérin de commande (6) pour tout ou partie de sa course. 2. Limiteur de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande d'ouverture progressive du pointeau (14) sont constitués par un second vérin ou vérin limiteur (13) comprenant un piston (17) duquel est solidaire le pointeau (14) et qui est susceptible de se déplacer dans une première chambre (19) du vérin (13) sous l'effet d'une pression (P2) identique ou proportionnelle à celle (P1) introduite dans la chambre (7) du vérin de commande (6), de manière simultanée. 3. Limiteur de vitesse selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un premier clapet anti-retour (22) est disposé en communication avec une deuxième chambre (20) du vérin limiteur (13) et constitue un échappement du vérin de commande (6). 4. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression est introduite en amont (19a) de la chambre (19) du vérin limiteur (13), par l'intermédiaire d'un second clapet anti-retour (23) ouvert dans un sens d'introduction de la pression (P2). 5. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un deuxième limiteur de débit d'air (24) est disposé en communication avec une partie aval (19b) de la chambre (19) du vérin limiteur (13), ouvert dans un sens d'échappement de la pression (P2), de manière à constituer un frein de valeur réglable, au déplacement du piston (17) du limiteur (13) d'où du pointeau (14), au cours de tout ou partie de la course du piston (8) du vérin de commande (6). 6. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un troisième clapet anti-retour (26) est associé en dérivation au deuxième limiteur de débit d'air (24) et apte à permettre l'introduction de la pression (P2) en aval de ladite chambre (19), plutôt qu'en amont, grâce à des moyens d'inversion (25), intervenant à un moment prédéterminé de la course du piston (17) du vérin limiteur (13) pour constituer une contre-pression de freinage ; un troisième limiteur de débit d'air (27) associé en dérivation au deuxième clapet anti-retour (23) est disposé en amont de la chambre (19) et devient alors passant dans un sens d'échappement, selon une valeur réglable. 7. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (17) du vérin limiteur (13) comporte, à son extrémité opposée au pointeau (14), un organe d'appui (31) colinéaire apte à coopérer, en fin de course, avec une butée réglable (32) dudit vérin (13). 8. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pointeau (14) est constitué par un cône apte à permettre l'obtention d'une courbe ou d'une partie de courbe de vitesse, rectiligne. 9. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pointeau (14) a une surface de révolution à profil concave apte à permettre l'obtention d'une courbe ou d'une partie de courbe de vitesse, bombée. 10. Limiteur de vitesse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pointeau (14) a une surface de révolution à profil convexe apte à permettre l'obtention d'une courbe ou partie de courbe de vitesse, infléchie.