Brevet FR2699618A3 — publié le 19940624

FR 2699618 A3 19940624 FR 9315089 A 19931215 Dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulants. pour machines opératrices et accouplements à translation analogues La présente invention concerne un dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulants, pour machines opératrices et accouplements à translation analogues. Les systèmes classiques actuellement produits et utilisés pour des dispositifs de déplacement rectiligne ou analogues prévoient tous l'utilisation de rails en acier trempé et rectifié, au moins en ce qui concerne le plan d'appui et les chemins de roulement, afin de disposer et/ou d'obtenir la dureté rendue nécessaire par les pressions spécifiques élevées que les billes en acier, également présentes et aussi trempées, exercent sur ces chemins de roulement. Dans de tels dispositifs connus de déplacement, le principe de fonctionnement est assimilable à celui d'un roulement à billes. En fait, au contact avec le rail et avec le chemin de roulement, lequel est ménagé dans un élément de manchon, les billes se comportent comme si elles étaient interposées entre les chemins intérieur et extérieur d'un roulement simple. La différence réside simplement dans le fait qu'à l'intérieur de l'élément de manchon, chaque rang de billes accomplit son retour à vide à l'intérieur d'un chemin de roulement réalisé sous la forme d'un évidement, ou chemin de roulement passif, qui constitue en fait une simple canalisation pour les billes, jusqu'à ce qu'elles se représentent aux chemins de roulement tournés vers l'extérieur ou chemins de roulement actifs. Compte tenu de la nature des matériaux, autres que l'acier durci, constituant les éléments de manchon classiques, ces derniers offrent une capacité élevée de charge, mais ils exigent, sans qu'on puisse s'y soustraire, une présence constante de graisse ou d'huile pour la lubrification, des problèmes de glissement surgissant dans le cas contraire. En outre, de tels systèmes présentent l'inconvénient d'être très bruyants du fait de leur nature. En ce qui concerne les conditions de travail, bien que chaque élément de manchon soit pourvu d'éléments racleurs ayant pour fonction de nettoyer le chemin de roulement du rail des impuretés éventuelles avant qu'ait lieu le contact avec les billes, il s'est pleinement avéré que les durées de vie dans des milieux ambiants qui ne sont pas particulièrement épurés sont limitées. II en résulte qu'il est nécessaire de disposer à l'avance des protections de couverture totale des rails, par exemple lorsqu'on prévoit des systèmes à soufflet. Enfin, les groupes de déplacement rectiligne qui sont indiqués ci-dessus comme étant connus présentent un bruit élevé et sont d'un coût notable, même s'ils doivent fonctionner dans des milieux qui ne sont pas particulièrement polluants. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulants, pour machines opératrices et accouplements à translation analogues, qui permette de résoudre les problèmes exposés ci-dessus. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de déplacement rectiligne qui soit d'un coût extrêmement restreint, tout en étant extrêmement silencieux et léger. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulants, pour machines opératrices et accouplements à translation analogues, constitué d'un rail et d'un chariot qui sont agencés de façon à pouvoir être déplacés l'un vis-à-vis de l'autre avec l'interposition d'éléments roulants en recyclage, caractérisé en ce que le rail présente une surface extérieure traitée par anodisation dure profonde et en ce que les éléments roulants sont réalisés en matière plastique. Les caractéristiques et avantages d'un dispositif de déplacement conforme à la présente invention se comprendront mieux à la lecture de la description qui suit à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins schématiques annexés dont la figure 1 est une vue en plan, de dessus, d'un dispositif de déplacement conforme à la présente invention, la figure 2 est une vue de côté, moitié en coupe et moitié de bout, du dispositif de déplacement de la figure 1, la figure 3 est une vue longitudinale de côté du dispositif de la figure 1, la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un deuxième exemple de réalisation du dispositif de déplacement conforme à la présente invention et la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de déplacement conforme à la présente invention. Si on se reporte aux figures 1 à 3, il est représenté un dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulants, pour machines opératrices et accouplements à translation analogues, conforme à la présente invention, qui est désigné dans son ensemble par le repère il et est essentiellement constitué d'un rail 12 sur lequel un chariot 13 est soutenu d'une manière coulissante. Le rail 12 est par exemple réalisé en alliage léger et obtenu par extrusion de précision, sa surface extérieure, y compris la surface latérale extérieure 14 de déplacement des éléments roulants, étant durcie en profondeur (de 50 à 100 micromètres) au moyen d'un traitement d'anodisation dure profonde. Ce rail présente une forme prismatique allongée dans les surfaces latérales opposées 14 de laquelle sont ménagées des rainures longitudinales 15 aptes à recevoir les éléments roulants destinés au déplacement relatif des parties. Dans le corps du rail 12 et dans une zone perpendiculaire aux surfaces latérales 14, il est ménagé des trous traversants 16 servant à recevoir des éléments de fixation du rail qui ne sont pas représentés. Le chariot 13 est réalisé lui aussi en alliage léger et il est soumis superficiellement au même traitement d'anodisation dure profonde. Le chariot 13 comprend un corps 17 qui remplit la fonction de bloc de glissement et présente lui aussi une forme prismatique dont les surfaces latérales longitudinales sont raccordées par une surface supérieure 18 tournée vers l'extérieur et par une surface inférieure 19 disposée à proximité du rail 12 et enveloppant partiellement ce dernier. Dans la surface supérieure 18, il est ménagé des trous traversants 20 servant à la fixation des éléments à déplacer au moyen du dispositif de déplacement 11 conforme à la présente invention. Dans la surface inférieure 19 qui a des dimensions plus petites, il est ménagé un logement prismatique longitudinal 24 qui est tourné vers l'intérieur et sert à recevoir au moins partiellement le rail 12. A l'intérieur du corps 17 et dans des parties opposées disposées essentiellement à proximité du logement prismatique 24, il est en outre ménagé deux chemins de roulement 21 qui sont représentés schématiquement à la figure 1 par leurs lignes médianes 22 fermées en forme d'anneau et qui servent à recevoir les éléments roulants se présentant sous la forme de billes 23. Il est ainsi créé un recyclage des billes à l'intérieur du corps 17 du chariot 13. Dans une partie des chemins de roulement 21 qui est disposée à proximité du rail 12, les billes 23, qui font au moins partiellement saillie vis-à-vis du corps 17, se déplacent dans les rainures longitudinales 15, ce qui permet le déplacement relatif entre le rail 12 et le chariot 13. Les billes 23, prévues en fonction de la géométrie du système choisi, sont réalisées conformément à la présente invention en matière plastique, comme par exemple un polyamide 66, éventuellement du type comportant une charge, par exemple des fibres de verre, des fibres de carbone et/ou une addition de disulfure de molybdène. Comme autres matières pouvant constituer des corps rotatifs, on peut également citer les polyacétates, polypropylène, polytétrafluoroéthylène, poly uréthanne, polyamides et imides. La figure 4 représente un second exemple de réalisation d'un dispositif de déplacement conforme à l'invention dans lequel le rail 12 présente une plus grande hauteur permettant que, dans ses surfaces latérales 14, il soit ménagé des paires de rainures longitudinales 15. De la même manière, le corps 17 du chariot 13 a lui aussi des dimensions plus grandes qui permettent de réaliser de chaque côté une paire de chemins de roulement 21 qui coopèrent, au moyen des billes 23 qui y circulent, avec les deux paires de rainures 15 du rail 12. Toutes les autres particularités indiquées ci-dessus se présentent pratiquement d'une manière identique dans les deux exemples de réalisation et elles sont désignées par des repères identiques. Dans une variante de réalisation, à titre d'élément de sécurité en cas de forte surcharge et en vue d'éviter que le chariot ne s'échappe du rail dans le sens transversal, il peut être prévu d'introduire quelques billes 23 en acier entre les billes en matières plastique. La figure 5 représente enfin un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de déplacement appliquant le même concept inventif de la présente invention. Dans ce dernier cas, il est prévu un rail 112 sur les surfaces latérales 114 duquel sont ménagées des rainures 115 en V ayant des dimensions assez importantes et présentant des parois inclinées de 90" entre elles, de façon à définir une nervure du côté de la partie supérieure. A ce rail 122, il est associé un chariot 113 ayant une forme extérieure assez semblable å celle du chariot 13 décrit en regard de la figure 2. Toutefois, en ce qui concerne la surface inférieure 119, il est ménagé dans cette dernière un logement 124 ayant une forme différente. En effet, dans une première partie, tournée vers l'extérieur, il est ménagé trois parties de paroi qui sont inclinées à 45" vis-à-vis de la surface extérieure inférieure 119 ou vis-à-vis du fond du logement 124, mais qui convergent entre elles en étant inclinées à 90" I'une de l'autre. II est ainsi formé des nervures longitudinales pouvant s'imbriquer dans les nervures correspondantes 115 en V et des nervures 127, de façon à permettre le déplacement de rouleaux 123. Dans le cas présent, il est aussi ménagé, dans le corps 117 du chariot 113, des paires de chemins de roulement 121 destinés à recevoir des éléments roulants qui se présentent sous la forme de rouleaux 123. Dans l'exemple représenté, les chemins de roulement 121 sont directement ménagés au moyen de parties rapportées 125 ou d'éléments ayant une fonction de cage qui sont représentés schématiquement en 126 et sont fixés d'une manière convenable sur le corps 117. Le fonctionnement d'un dispositif de déplacement conforme à la présente invention dans l'un quelconque des exemples de réalisation décrits ci-dessus peut immédiatement se comprendre et est assimilable à celui d'un dispositif rectiligne quelconque déjà connu, contrairement à la structure qui est conforme au concept original objet de la présente invention. En fait, les surfaces traitées par anodisation dure profonde offrent des qualités pouvant produire des avantages importants d'application. Par exemple, dans l'utilisation du dispositif de déplacement dans des instal lations de soudure, étant donné que la matière constituant la couche superficielle due au traitement a un point de fusion égal à 2 000 "C, cette dernière est en mesure de constituer un écran thermique vis-à-vis des transferts instantanés de chaleur tels qu'il peut s'en présenter lorsque le rail se trouve touché par des projections de soudure incandescentes. En fait, grâce à la structure de la présente invention, les projections de soudure s'éteignent et tombent sans endommager le rail. En outre, le susdit traitement assure une excellente isolation électrique, même en présence de courants à haute tension (1 500 volts). Enfin, étant donné que ce traitement offre une résistance optimale aux agents chimiques et est absolument inaltérable en présence d'eau, il en résulte que les glissières proposées offrent des niveaux d'utilité notables qu'il n'est pas possible d'atteindre avec d'autres solutions techniques dans tous les cas où le système mécanique ne peut pas être isolé de l'atmosphère de travail qui est gênante. Une solution standard que l'on peut envisager pour les rails consiste à utiliser directement une extrusion de précision, malgré des jeux dans les dimensions qui sont de l'ordre de quelques dixièmes et des distorsions angulaires qui peuvent s'élever à des valeurs voisines du millimètre par mètre linéaire de longueur du rail. Dans certains cas, de telles précisions ne permettent pas d'atteindre les niveaux requis. II est alors prévu des dispositions supplémentaires visant à améliorer la précision. Une première disposition consiste à soumettre la glissière à une opération d'écrouissage sur les chemins de roulement des billes et/ou des rouleaux et sur la base d'appui, ce qui permet d'obtenir des tolérances sur la section qui appartiennent à la classe ISO h9. Cette opération est bien entendu exécutée préalablement au traitement de durcissement superficiel. Une seconde disposition consiste à pratiquer sur le rail un traitement de laminage permettant d'obtenir des tolérances sur la section qui appartiennent à la classe ISO h7, cette opération étant aussi exécutée préalablement au traitement de durcissement superficiel. Une troisième disposition consiste à rectifier les chemins de roulement d'un rail obtenus au moyen de l'une des deux dispositions techniques précédemment exposées, de façon à obtenir une précision conforme aux classes ISO h7 à h4. Cette opération est par contre exécutée postérieurement au traitement de durcissement. En ce qui concerne la matière plastique des billes, on doit observer qu'il s'agit d'un isolant électrique efficace. II en résulte un système de déplacement qui offre un grand intérêt et un grand avantage dans les cas où des courants parasites pourraient provoquer des endommagements dans les installations. Ainsi qu'il a été indiqué, les billes ou les rouleaux peuvent être réalisés avec la forme et dans la matière qui sont appropriées pour l'application particulière à laquelle le dispositif de déplacement conforme à l'invention est destiné. Le choix de la matière convenant le mieux est défini en fonction des conditions de travail, des charges appliquées, de la vitesse de translation, des agents agressifs et de la température de fonctionnement dans les conditions auxquelles les dispositifs de déplacement sont soumis. Au moyen d'un dispositif de déplacement conforme à l'invention, on parvient à mettre en évidence le niveau inventif élevé du produit, dû aux technologies des matériaux et aux opérations successives de réalisation du produit, ces solutions techniques étant absolument inhabituelles dans le domaine des produits manufacturés présents sur le marché qui, bien qu'ayant une apparence géométrique analogue, tirent bénéfice des divers moyens structurels techniques tout à fait classiques et amplement connus. Grâce à la présentation de la présente invention, il s'ouvre des possibilités d'application qui se sont jusqu'à présent avérées irréalisables. Un autre avantage d'une grande importance est constituée par l'économie faite sur les coûts de fabrication des machines, économie que l'on peut obtenir en utilisant les présentes glissières, dans tous les cas où, justement pour des questions de coût, on ne peut pas envisager l'utilisation des produits classiques. Le caractère silencieux et la capacité d'amortissement des vibrations qui sont offerts par ce système peuvent être déterminants pour le choix et peuvent dans certains cas être considérés comme indispensables. On peut par exemple citer les applications d'un dispositif de déplacement conforme à la présente invention sur des appareils électromédicaux et en présence d'ultrasons. II est prouvé ci-après qu'il existe de nombreuses hypothèses d'utilisation de dispositifs de déplacement rectiligne ayant les caractéristiques de l'invention. Ces utilisations ne sont par ailleurs pas considérées comme limitatives. Un dispositif de déplacement conforme à la présente invention peut avantageusement être utilisé aussi dans des cas brièvement énumérés dans lesquels il existe: - la nécessité de disposer de solutions moins coûteuses, - I'exigence d'un fonctionnement silencieux, - la nécessité de résister à des agents polluants, sans par ailleurs devoir disposer de systèmes de protection, - I'exigence de faire travailler le produit en présence d'eau ou de solutions chimiquement agressives, - I'opportunité de disposer d'un produit ayant une capacité de charge limitée, mais d'autant plus économique, à savoir pour les installations dans lesquelles un tel type de glissière de déplacement remplit une fonction, mais dans lesquelles les versions classiques en acier s'avèrent extrêmement robustes et précises, mais trop onéreuses, - la nécessité d'une légèreté absolue, objectif qui peut être atteint d'une manière certaine au moyen des rails et avec les corps de bloc de glissement en alliage léger, - dans les cas dans lesquels la présence d'un lubrifiant quelconque n'est absolument pas tolérée et dans lesquels il est donc exigé un système autolubrifiant en vertu de la nature même des matériaux, ce que sont les matières plastiques au contact de la surface durcie au moyen du traitement spécial d'anodisation dure profonde. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déplacement rectiligne à recyclage d'éléments roulant , pour machines opératrices et accouplements à translation analogues, constitué d'un rail (12, 112) et d'un chariot (13, 113) qui sont agencés de façon à pouvoir être déplacés l'un vis-à-vis de l'autre avec l'interposition d'éléments roulants (23,123) en recyclage, caractérisé en ce que le rail (12, 112) est réalisé en un alliage léger et présente une surface extérieure traitée par anodisation dure profonde et en ce que les éléments roulants (23,123) sont réalisés en matière plastique. 2. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rail (12, 112) est réalisé par extrusion. 3. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le chariot (13,113) est réalisé en alliage léger. 4. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments roulants (23,123) sont des billes (23). 5. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments roulants (23,123) sont des rouleaux (123). 6. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le chariot (13, 113), il est ménagé plusieurs chemins de roulement (21, 125, 126) pour les éléments roulants (23, 123) qui sont disposés d'une manière juxtaposée et qui s'emboîtent dans des rainures complémentaires (15, 115) ménagées sur chaque surface latérale (14,114) du rail (12, 112). 7. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments roulants (23, 123) sont réalisés en matière plastique chargée de fibres de verre, fibres de carbone et/ou addition de disulfure de molybdène. 8. Dispositif de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rail (12, 112) et le chariot (13, 113) présentent l'un et l'autre des trous de fixation (13, 20).