Brevet FR2660980A1 — publié le 19911018

"Dispositif de transmission étanche d'un mouvement de rotation, à soufflet métallique" L'invention se rapporte à un dispositif de transmission étanche d'un mouvement de rotation, à soufflet métallique, plus particulièrement adapté à la commande d'une vanne, notamment une vanne quart de tour du type utilisé dans les installations industrielles, pour les commandes à distance. L'invention concerne plus particulièrement un agencement simple et facile à fabriquer, dans lequel le soufflet est efficacement protégé de toute sollicitation en torsion, notamment lorsqu'un couple résistant excessif s'exerce sur l'un des arbres ou même lorsque celui-ci se bloque accidentellement. On connait plusieurs sortes de dispositifs de transmission étanche à soufflet métallique Dans un tel dispositif connu, le soufflet est agencé autour d'un arbre récepteur, assurant par exemple la commande d'un mécanisme de vanne Le soufflet assure l'isolement entre ce mécanisme et le milieu extérieur de sorte que, si une fuite prend naissance le long de cet arbre, le fluide, éventuellement dangereux, ne puisse se répandre à l'extérieur. Par exemple, la demande de brevet français N O 87 09402 déposée au nom de la Demanderesse, décrit un dispositif dans lequel le soufflet est soudé de façon parfaitement étanche, par ses extrémités axiales, entre une partie fixe du boîtier du dispositif de transmission et une pièce de transfert mobile dans ce boîtier, couplée à la fois à l'arbre récepteur et à l'arbre de commande Pour que le soufflet puisse remplir durablement sa fonction, il est impératif, comme mentionné ci- dessus, qu'il ne soit soumis à aucun effort de torsion C'est pourquoi, dans le dispositif antérieur en question, la pièce de transfert est assujettie à se déplacer de façon rigoureuse selon une "translation circulaire" Ce mouvement est, selon l'exemple connu, obtenu positivement par une cinématique appropriée des pièces assemblées Cependant, certaines pièces du dispositif décrit sont difficiles à fabriquer et le principe retenu impose de décaler physiquement l'arbre de commande et l'arbre récepteur qui s'étendent respectivement aux deux extrémités axiales du boîtier du dispositif, parallèlement l'un à l'autre Il n'est pas possible de concevoir un tel dispositif avec l'arbre de commande et l'arbre récepteur alignés. L'invention a pour principal but de proposer un autre type de dispositif de transmission étanche à soufflet, qui ne comporte qu'un petit nombre de pièces faciles à fabriquer dans lequel une cinématique appropriée des pièces mobiles, protégeant le soufflet de toute torsion, est obtenue de façon "résultante" grâce à des moyens mécaniques d'interdiction, associés à la pièce de transfert. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de transmission étanche dans lequel ladite cinématique appropriée n'impose pas que l'arbre de commande et l'arbre récepteur soient physiquement décalés parallèlement l'un à l'autre. Plus précisément, l'invention concerne donc un dispositif de transmission étanche d'un mouvement de rotation, à soufflet, comprenant un arbre de commande et un arbre récepteur parallèles, du type dans lequel ledit soufflet entoure un tel arbre et est fixé de façon étanche par ses deux extrémités, d'une part à une partie fixe formant boîtier et d'autre part, à une pièce de transfert mobile à l'intérieur de ce boîtier et couplée aux deux arbres par des liaisons de forme à excentrique, respectivement, caractérisé en ce que ladite pièce de transfert est en outre guidée avec possibilité de translation perpendiculairement à la direction des deux arbres parallèles par un élément basculant articulé transversalement à une direction longitudinale dudit boîtier par deux tourillons alignés s'étendant suivant une direction perpendiculaire à ladite direction des deux arbres. Dans un tel système, toute torsion du soufflet (notamment en cas de blocage de l'un des arbres) est évitée par le couplage entre la pièce de transfert et l'élément basculant, ce dernier étant rattaché à la paroi du boîtier Dans le cas o le dispositif est utilisé pour la commande d'une vanne, l'arbre entouré par le soufflet constitue un arbre récepteur du dispositif de transmission, l'autre arbre constituant un arbre de commande. Selon un mode de réalisation possible, l'élément basculant précité est constitué par un vilebrequin engagé dans un alésage transversal de la pièce de transfert de façon que celle-ci coulisse sur l'arbre dudit vilebrequin Ce dernier comporte deux tourillons précités désaxés à ses extrémités, respectivement engagés dans deux paliers alignés agencés dans ou portés par la paroi dudit boîtier Un tel agencement est bien adapté pour la commande d'une vanne quart de tour En effet, le vilebrequin peut être placé de façon à traverser un embrèvement d'un élargissement de l'un des arbres, plus particulièrement l'arbre de commande Dans un tel cas, le vilebrequin et les limites de l'embrèvement coopèrent pour définir des butées de fin de course. Selon un autre mode de réalisation possible, l'élément basculant est constitué par un manchon agencé autour du soufflet Ce manchon est articulé au voisinage de l'une de ses extrémités à ladite pièce de transfert et au voisinage de son autre extrémité, audit boîtier. Le manchon est pourvu de deux paliers transversaux alignés dans lesquels sont engagés deux petits arbres alignés, portés par la pièce de transfert Grâce à une telle structure, la pièce de transfert et l'élément basculant ne se rencontrent pas et le dispositif, capable d'une rotation de 3600 et plus peut être raccordé à n'importe quel organe tournant, y compris un moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de transmission étanche d'un mouvement de rotation, conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif de commande à soufflet conforme à l'invention, représentée selon la coupe I-I de la figure 2; la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1; les figures 3 à 6 et les figures 3 a à 6 a sont des vues schématiques simplifiées représentant respectivement la pièce de transfert et l'élément pivotant accouplés, d'une part, et l'élément pivotant vu en bout, d'autre part, pour différentes positions de l'arbre de commande; la figure 7 est une vue en élévation d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de commande à soufflet conforme à l'invention, représentée selon la coupe VII-VII de la figure 8; et la figure 8 est une coupe VIII-VIII de la figure 7. En se référant plus particulièrement aux figures 1 à 6, le dispositif de transmission étanche comporte un boîtier 11 constitué d'un corps tubulaire 12 globalement cylindrique et d'un élément formant couvercle 13 dans lequel un premier arbre, ici un arbre de commande 14 est monté en rotation L'arbre 14 fait saillie axialement au centre du couvercle 13 en traversant un alésage formant palier 14 a dudit couvercle Ce dernier est fixé au corps tubulaire 12 par des vis 15 A son autre extrémité axiale, le corps 12 est assemblé par des vis 16 à une bride 18 d'un élément de structure 19 renfermant un mécanisme non représenté (par exemple une vanne quart de tour) actionné par un second arbre, ici un arbre récepteur 20, du dispositif de transmission. L'assemblage entre le corps tubulaire 13 et l'élément de structure 19 est rendu étanche par interposition d'un joint d'étanchéité annulaire 17 L'arbre récepteur 20 est guidé dans l'alésage 22 d'un canon 23 faisant partie de l'élément de structure 19 Un soufflet métallique 26 entoure le canon 23 et par conséquent l'arbre récepteur Ce soufflet est fixé de façon étanche par l'une de ses extrémités, au boîtier 11 Il est plus particulièrement soudé à une couronne 28 faisant intérieurement saillie de la paroi du corps tubulaire 12, au voisinage de l'extrémité de celui- ci qui se trouve assemblée à l'élément de structure 19 L'autre extrémité du soufflet est aussi assemblée de façon étanche (soudée) à une couronne 30 que comporte une pièce de transfert 32 assujettie à se déplacer dans le boîtier 11 Les deux arbres 14 et 20 sont au moins parallèles Dans l'exemple décrit, les alésages 14 a et 22 sont alignés selon l'axe de symétrie du corps tubulaire 12 de sorte que les arbres 14 et 20 (à l'exception de leurs moyens de couplage à la pièce de transfert) sont alignés. L'arbre de commande 14 est couplé à la pièce de transfert 32 par des liaisons de forme à excentrique qui consistent en un élargissement 34 de l'arbre de commande 14, à l'intérieur du boîtier 11, comportant un palier 36 cylindrique d'axe parallèle à l'arbre de commande 14 (mais espacé de celui-ci) à l'intérieur duquel est guidée une portion cylindrique 37 de la pièce de transfert, coaxiale à la couronne 30 à laquelle se raccorde le soufflet L'élargissement 34 de l'arbre de commande est monté tournant dans le boîtier par l'intermédiaire d'un roulement à bille 38. L'arbre récepteur 20 est, quant à lui, couplé à la pièce de transfert 32 par des liaisons de forme à excentrique constituées par une manivelle 39 définie à l'extrémité intérieure correspondante de l'arbre 20. Cette manivelle est engagée dans un alésage 40 de la pièce de transfert Cet alésage est ici coaxial à la portion cylindrique 37 et pratiqué dans celle-ci Le palier 36 est de dimensions telles que la pièce de transfert 32 puisse se déplacer en rotation et en translation (de faible amplitude, comme on le verra plus loin) à l'intérieur de celui-ci. En outre, la pièce de transfert 32 est guidée avec possibilité de translation perpendiculairement à la direction longitudinale des arbres 14 et 20, par un élément basculant 42 ayant ici la forme d'une sorte de vilebrequin, articulé transversalement à la direction longitudinale du boîtier (c'est-à-dire autour d'un axe perpendiculaire à la direction des arbres 14 et 20) au moyen de deux tourillons 43 a, 43 b alignés L'élément basculant 42 formant vilebrequin comporte un arbre 42 a engagé à coulissement au travers d'un alésage transversal-45 de la pièce de transfert 32 Il comporte les deux tourillons 43 a, 43 _, agencés aux extrémités de l'arbre 42 a, respectivement Ces tourillons sont désaxés de façon à former des sortes de manivelles dudit vilebrequin Lesdits tourillons sont engagés dans des paliers 46 alignés, agencés dans des alésages pratiqués dans la paroi du boîtier il ou plus généralement portés par cette paroi De plus, ce vilebrequin est situé au niveau de l'élargissement 34 de l'arbre 14 Autrement dit, l'alésage 45 est pratiqué dans la partie de la pièce de transfert qui se trouve engagée dans l'alésage 36 dudit élargissement Pour ce faire, ledit élargissement 34 comporte un double embrèvement 48 s'ouvrant latéralement et traversé par l'arbre 42 a De cette façon, le débattement angulaire de l'arbre de commande 14 est limité à une valeur donnée, par exemple un quart de tour, par la coopération des limites de l'embrèvement avec l'arbre 42 a. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit va maintenant être analysé en référence aux figures 3 à 6 et 3 a à 6 a. Sur ces schémas, on retrouve la pièce de transfert 32 et l'élément basculant 42 formant le vilebrequin Ce dernier est articulé par ses extrémités au boîtier 11 par les tourillons 43 a, 43 b L'axe 1 est l'axe commun des arbres 14 et 20 L'axe 02 est celui de la pièce de transfert 32 et donc celui de la manivelle 39 L'élément basculant 42 oscille autour de l'axe 03 des tourillons 43 _, 43 b alignés Les deux positions extrêmes de l'axe 02 de la pièce de transfert sont repérés par les lettres A et B En projection dans un plan parallèle à celui des figures 3 à 6, la trajectoire de la pièce de transfert est donc l'arc A 01 B Au cours de cette trajectoire, elle coulisse sur l'arbre 42 a de l'élément basculant qui oscille autour de l'axe 03 De ce fait, la pièce de transfert 32 ne peut absolument pas tourner et le soufflet 26 qui y est rattaché n'est soumis à aucune torsion. Sur les figures 3 et 3 a, la pièce de transfert est dans l'une de ses positions extrêmes, avec son axe 02 situé en A, l'élément basculant 42 est incliné au maximum dans un sens ("vers la gauche" en considérant la figure 3 a). Sur les figures 4 et 4 a, l'axe de l'arbre 42 a est au milieu de sa trajectoire, dans un plan "vertical" contenant l'axe 03 L'axe 02 est aussi dans ce plan. Sur les figures 5 et 5 _, la pièce de transfert 32 est au milieu de sa trajectoire et l'élément basculant 42 est incliné au maximum dans l'autre sens ("vers la droite" en considérant la figure 5 a) C'est aussi la position dans laquelle le dispositif est représenté sur les figures 1 et 2. Sur les figures 6 et 6 a, la pièce de transfert est dans son autre position extrême, avec son axe 02 en B L'élément basculant est de nouveau incliné au maximum "vers la gauche". Il est à noter que, pour que l'élément basculant 42 oscille de la même amplitude "à gauche" et "à droite" on place l'axe 03 par construction dans un plan perpendiculaire au plan bissecteur de la trajectoire AB de la pièce de transfert et passant par le milieu de la flèche de l'arc AO 1 B. On remarque également que dans ce mode de réalisation, l'élément basculant impose à la pièce de transfert et donc au soufflet un mouvement suivant l'axe 02 Ce mouvement est néanmoins d'amplitude très faible. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté o l'excentration de la manivelle 39 est de 5 mm, l'angle AO 1 B est de 90 et l'excentration du vilebrequin constituant l'élément basculant est de 2,5 mm, l'amplitude de ce mouvement (égal à la flèche f de l'arc de pivotement de l'axe de l'arbre 42 a) est égal à 0,1 mm ce qui est sans conséquence sur la durée de vie du soufflet. Les figures 7 et 8 illustrent une variante dans laquelle la forme et le montage de l'élément basculant permettent la transmission d'un mouvement de rotation d'un angle quelconque, éventuellement d'une rotation continue Dans ce mode de réalisation, les éléments de structure semblables à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau L'élargissement 34 de l'arbre 14 et la pièce de transfert 32 sont globalement inchangés mais leur encombrement axial est plus faible, toutes choses égales par ailleurs, car ils n'abritent plus l'élément basculant Ce dernier est ici constitué par un manchon tubulaire 142 agencé autour du soufflet 26 Il est articulé à la pièce de transfert 32 au voisinage de l'une de ses extrémités et au boîtier 11, au voisinage de son autre extrémité Pour ce faire, ledit manchon est pourvu de deux premiers paliers 60 a, 60 b transversaux alignés dans lesquels sont engagés deux arbres alignés 62 a, 62 b, respectivement Ces arbres sont suffisamment longs pour permettre le déplacement en coulissement de la pièce de transfert par rapport au manchon, sans que l'un ou l'autre ne puisse se dégager du palier correspondant. Par ailleurs, deux tourillons alignés précités, 143 a, 143 b sont portés par les parois dudit boîtier et font saillie à l'intérieur de celui-ci Ces tourillons sont engagés dans des seconds paliers transversaux alignés 65 a, 65 k, respectivement L'axe commun de ces seconds paliers est parallèle à celui desdits premiers paliers Ces deux axes sont respectivement situés au voisinage des deux extrémités du manchon, c'est- à-dire éloignés l'un de l'autre le plus possible pour limiter l'amplitude de l'élongation du soufflet pendant un tour complet. Le fonctionnement est comparable à celui du dispositif précédemment décrit mais, du fait que la rotation dudit élargissement 34 de l'arbre d'entrée n'est pas limitée par l'élément basculant qui se trouve situé entièrement en dessous, le dispositif peut transmettre un mouvement de rotation d'un angle quelconque et éventuellement une rotation continue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits En particulier, si on considère la figure 7, il est clair que l'élongation longitudinale du soufflet dépend de la distance qui sépare les premiers et seconds paliers On peut cependant annuler complètement cette élongation de façon que la pièce de transfert 32 soit soumise à une translation circulaire rigoureuse Pour cela, il suffit de prévoir un degré de liberté supplémentaire, longitudinalement entre les tourillons 143 a, 143 b et l'élément basculant en forme de manchon ou bien entre ces mêmes tourillons et le boîtier. Il suffit donc que les tourillons 143 a, 143 b puissent coulisser longitudinalement d'une très faible amplitude dans la paroi du boîtier ou que le manchon constituant l'élément basculant puisse coulisser parallèlement à l'axe du boîtier par rapport auxdits tourillons. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de transmission étanche d'un mouvement de rotation, à soufflet ( 26), comprenant un arbre de commande ( 14) et un arbre récepteur ( 20) parallèles, du type dans lequel ledit soufflet entoure un tel arbre et est fixé de façon étanche par ses deux extrémités, d'une part à une partie fixe formant boîtier et d'autre part, à une pièce de transfert ( 32) mobile à l'intérieur de ce boîtier et couplée aux deux arbres par des liaisons de forme à excentrique, respectivement, caractérisé en ce que ladite pièce de transfert est en outre guidée avec possibilité de translation perpendiculairement à la direction des deux arbres parallèles par un élément basculant ( 42, 142) articulé transversalement à une direction longitudinale dudit boîtier par deux tourillons alignés ( 43 a-43 b, 143 a-143 b) s'étendant suivant une direction perpendiculaire à ladite direction des deux arbres. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisée ce que ledit arbre de commande et ledit arbre récepteur sont alignés. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les liaisons de forme à excentrique réalisant le couplage entre l'arbre de commande et ladite pièce de transfert consistent en un élargissement ( 34) dudit arbre de commande, monté tournant dans ledit boîtier et comportant un palier ( 36) d'axe parallèle à celui dudit arbre de commande, à l'intérieur duquel est guidée une portion cylindrique de ladite pièce de transfert ( 32), coaxiale au périmètre de raccordement ( 30) entre cette pièce de tranfert et ledit soufflet. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les liaisons de forme à excentrique réalisant le couplage entre ladite pièce de transfert ( 32) et ledit arbre récepteur sont constituées par une manivelle ( 39) définie à une extrémité dudit arbre récepteur ( 20) et engagée dans un alésage ( 40) de ladite pièce de transfert. 5 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément basculant ( 42) est constitué par un vilebrequin engagé à coulissement à travers un alésage ( 45) transversal de la pièce de transfert et comportant deux tourillons ( 43 a, 43 k) précités désaxés à ses extrémités, respectivement engagés dans deux paliers ( 46) alignés agencés dans ou portés par la paroi dudit boîtier. 6 Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que ledit vilebrequin traverse un embrèvement ( 48) dudit élargissement dudit arbre de commande de façon que le débattement angulaire de ce dernier soit limité à une valeur donnée, par exemple un quart de tour. 7 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit élargissement ( 34) dudit arbre de commande est monté tournant dans ledit boîtier, par l'intermédiaire d'un roulement à billes ( 38). 8 Dispositif selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément basculant ( 142) est constitué par un manchon tubulaire agencé autour dudit soufflet, en ce que ce manchon est articulé au voisinage de l'une de ses extrémités, à ladite pièce de transfert et au voisinage de son autre extrémité, audit boîtier, ledit manchon étant pourvu de deux premiers paliers ( 60 a, 60 b) transversaux alignés, dans lesquels sont respectivement engagés deux arbres alignés ( 62 a, 62 b) portés par ladite pièce de transfert. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que deux tourillons alignés précités ( 143 a, 143 b) sont portés par les parois dudit boîtier et font saillie à l'intérieur de celui-ci et en ce que ces tourillons sont engagés dans des seconds paliers transversaux alignés ( 65 a, 65 b) dudit manchon, respectivement, l'axe desdits seconds paliers étant parallèles à celui desdits premiers paliers. 10 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ces deux tourillons alignés portés par les parois dudit boîtier sont montés mobiles longitudinalement par rapport à celui-ci pour permettre une translation circulaire rigoureuse de ladite pièce de transfert. 11 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit manchon est monté mobile longitudinalement par rapport auxdits tourillons alignés.