Brevet FR2750532A1 — publié le 19980102

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour un vérin électromécanique et un vérin électromécanique équipé d'au moins un tel dispositif. Dans l'état de la technique, on connaît des systèmes de motorisation, appelés vérins électromécaniques, qui comportent principalement un moteur électrique engrené sur un réducteur d'entraînement d'un convertisseur du mouvement de rotation en sortie de réducteur en un mouvement de translation d'une tige allongée. Habituellement, le convertisseur de mouvement est du type à vis et écrou guidé en translation. Un dispositif de commande permet d'alimenter avec des caractéristiques paramétrables le mouvement du vérin. Cependant, on n'est pas parvenu à résoudre de façon satisfaisante le double problème suivant. Tout d'abord, en cas de surcharge mécanique du vérin, le moteur reçoit un couple résistant trop élevé. Son rotor cesse de tourner, ou tourne trop lentement. Il en résulte un échauffement rapide des enroulements rotoriques, notamment dans le cas d'un moteur à collecteur à courant continu. Il y a un risque de destruction du moteur. Par ailleurs, le vérin sert en général à mobiliser un système mécanique comme un mécanisme d'articulation d'un meuble comme un fauteuil ou un lit dont le sommier est articulé. Des pièces en mouvement se trouvent donc en interaction possible avec les usagers. Il n'est donc pas exclu que dans un mouvement où un écart entre deux pièces mécaniques se réduit, la main d'une personne ou tout autre partie à protéger en priorité se trouve interposée entre les deux pièces mécaniques en rapprochement à cause du vérin. Il en résulte que la commande du moteur doit immédiatement être coupée quand une telle situation est détectée. Or, une telle situation n'est pas facilement détectée. Très souvent pour résoudre un tel problème, on tente de placer un capteur de force sur l'une des deux pièces à surveiller, ou encore de surveiller par un circuit électronique l'apparition d'un couple résistant trop important, en détectant le dépassement d'un seuil de courant. Dans la première solution, la disposition d'un capteur de forces loin du dispositif de commande du vérin pose des problèmes de connectique d'une part, et le signal issu du capteur doit être mis en forme et détecté électroniquement, d'autre part. Dans la seconde solution, il existe de nombreuses autres causes de fluctuations du courant traversant le moteur que l'interposition d'un objet sur un trajet. Il en résulte que les circuits de détection sont compliqués et n'ont pas donnés de résultats probants. Les deux solutions sont par ailleurs coûteuses et peu envisageables dans des marchés de grande diffusion. Pour porter remède à cet état de la technique, la présente invention concerne un dispositif de sécurité pour un vérin, électromécanique notamment, en relation avec le fonctionnement d'une mécanique, mobilisée par le vérin notamment. Le dispositif comporte au moins deux pièces, mobiles l'une par rapport à l'autre, et dont la position est déterminée à vide par un moyen de rappel élastique, et par un dispositif de détection de la position de sorte que le dispositif de détection de position produise un signal actif quand une surcharge et/ou un blocage du vérin intervient, ledit signal de détection étant destiné à commander le fonctionnement du vérin. L'invention concerne aussi un vérin, notamment de type électromécanique, équipé d'au moins un dispositif selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux apparents à l'aide de la description et des dessins annexés qui sont - Les figures la et lb : respectivement, une vue de face en coupe et une vue de dessus d'une première pièce du dispositif de l'invention ; - la figure 2 : une vue de face en coupe d'une seconde pièce du dispositif de l'invention - la figure 3 : une vue de face d'une partie du ressort du dispositif de l'invention ; - la figure 4 : une vue en coupe d'un dispositif de l'invention équipant la platine de fermeture d'un vérin électromécanique selon l'invention. Aux figures la et lb, le dispositif de sécurité de l'invention est représenté dans un mode préféré de réalisation. La pièce intégrale comporte une semelle 1 sur laquelle sont disposés des trous débouchant, comme le trou 2, qui permettent notamment de fixer la semelle 1 par des vis à la platine disposée en fermeture du réducteur ou du bloc de transmission du vérin sur lequel est monté le dispositif de sécurité. Au centre de la semelle 1, de forme cylindrique, et d'axe aligné sur celui de la tige du vérin (non représentée), se trouve concentriquement un trou fileté 18, un logement d'écrou 19 et une chambre 20 qui débouchent sur la face de dessous de la semelle. La chambre 20 sert d'appui à d'autres dispositifs comme une butée à billes pour le fonctionnement interne du vérin. Sur la face de dessus de la semelle 1, débouchent le trou de vis 18 et une chambre cylindrique 3, 7, 9 percé de lumières rectilignes verticales 4, 5 et 6. La chambre cylindrique dégage un espace cylindrique. Grâce à la chambre cylindrique 3, 7, 9, la première partie du dispositif de l'invention permet de guider la seconde partie mobile du dispositif de sécurité. La chambre cylindrique 3, 7 9 est par ailleurs bordée par un réceptacle dont la face supérieure est ouverte et qui est limité par deux parois allongées 10 et 16 et deux parois perpendiculaires 13 et 14. Le réceptacle est percé d'un trou 12 débouchant dans la semelle 1 dont la fonction sera expliquée plus loin. De même, une rainure 11 est pratiquée sur la face intérieure de la paroi 10 et un trou fileté 15 est pratiqué sur la face opposée 16. Dans l'application à un vérin électromécanique, la semelle 1 est destinée à venir se disposer sur la platine de fermeture du vérin. On remarque ici que le dispositif de sécurité de l'invention constitue aussi la chape destinée à faire la connexion mécanique entre le vérin et la partie mécanique à mobiliser, par exemple le montant d'un sommier articulé d'un lit, ou un support de cette mécanique. La semelle 1 constitue la première partie du dispositif de sécurité de l'invention. Bien que dans ce mode de réalisation la première partie du dispositif soit fixée sur la platine de fermeture du vérin, on notera que rien n'interdit que le dispositif de sécurité soit disposé dans un autre endroit de la chaîne mécanique que l'on cherche à protéger - ou bien des surcharges mécaniques qui risquent de pénaliser le vérin, et particulièrement son moteur, quand il est électrique ; - ou bien des interpositions accidentelles d'objets ou de parties corporelles d'un utilisateur imprudent. En particulier, le dispositif de sécurité peut servir à constituer la seconde chape du vérin, du côté opposé de la chape qui vient d'être décrite plus haut en bout de tige, pour être disposée en bout de vérin, sur le support du moteur ou du palier de la vis sans fin du convertisseur de rotation en translation. La tige du vérin est sa partie mobile dont la longueur varie en fonction de la commande appliquée au moteur du vérin par un dispositif de commande. Ces éléments ne sont pas représentés au dessin. A l'aide de la figure 2, on va maintenant décrire la seconde partie du dispositif de sécurité de l'invention. Cette partie, destinée à se déplacer par rapport à la première partie ou semelle 1, est constituée par une pièce intégrale, de forme générale cylindrique, et d'axe destiné à se confondre avec celui de la semelle 1. La première partie du dispositif (constituée ici par la semelle 1) est assujettie à un point fixe ou au vérin, et la seconde partie, configurée en piston, est assujettie à une partie de la mécanique mobilisée. En efet, la seconde partie du dispositif de sécurité de l'invention est ici constituée par un piston 30, vu en coupe de face. Il porte un trou 31 qui constitue l'oeilleton de la chape, d'axe 31 perpendiculaire à l'axe de révolution du piston 30. Par cet oeilleton 31 passera un arbre, non représenté, connecté à la partie du mécanisme à mobiliser à l'aide du vérin, non représentés. Le piston 30 présente au dessin à sa partie inférieure une chambre cylindrique 33a qui se termine vers le haut par une chambre annulaire 33b, limitée à son intérieur par une partie cylindrique 34 présentant une face plane 38 perpendiculaire à l'axe de révolution du piston 30. Le piston présente sur la face externe de sa partie cylindrique creuse une came 35 constituée ici par une gorge annulaire à fond parallèle à l'axe de révolution et deux flancs inclinés 36 et 37. Le rôle de la came 35 sera expliqué plus loin. Enfin, le piston 30 comporte de un à trois trous filetés 39 (ou plus si nécessaire), pratiqués sur la paroi externe de la partie cylindrique creuse 33, et dont le rôle sera expliqué plus loin. A la figure 3, on a représenté une partie du moyen de rappel élastique interposés entre les première et seconde parties, mobiles l'une par rapport à l'autre, du dispositif de sécurité. Le moyen de rappel élastique comporte principalement un réceptacle cylindrique 40, et un élément ressort (non représenté à la figure 3). Le réceptacle 40, d'axe de révolution commun au piston 30 et à la semelle 1, présente une chambre creuse 41, destinée à recevoir l'élément ressort. Dans un mode préféré de réalisation, l'élément ressort est constitué par un empilement de rondelles Belleville, convenablement disposées et coaxiales. L'élément ressort peut être constitué par un ressort hélicoïdal ou par tout autre élément élastique comme un ressort à gaz. A la figure 4, on a représenté une vue en coupe d'un dispositif de sécurité de l'invention, monté comme chape d'un vérin électromécanique, sur sa platine de fermeture. On a repris la semelle 1, dans laquelle on est venu visser par sa vis 42 le réceptacle 40 de l'élément ressort, ici constitué par un empilement de n rondelles Belleville référencés de 43-1 à 43-n. Puis, on a installé par-dessus l'élément ressort 43 le piston 30 de sorte que la face plane 34 de la partie cylindrique 33 vienne en appui sur la rondelle Belleville 43-n. On n'a pas reporté les numéros de référence des parties identiques de ces trois composants déjà décrits à l'aide des figures la, lb, 2 et 3. Une fois installé sur l'élément ressort 43, le piston est solidarisé de la semelle 1 à l'aide de trois vis 53, ici régulièrement réparties à travers les lumières 4, 5 et 6 de la partie cylindrique 3 de la semelle 1. De ce fait, grâce à la forme allongée de chaque lumière 4, 5 et 6, parallèle à l'axe commun des deux parties 1 et 30 mobiles l'une par rapport à l'autre, le piston est astreint à rester en contact avec l'élément ressort 43, d'une part, et ne peut tourner autour de cet axe de translation, d'autre part. Chaque vis 53 est installée dans le trou correspondant 39 sur le piston 30 et traverse une lumière allongée de course déterminée 4, 5 ou 6. Dans cette position, à vide, le vérin n'étant pas encore monté sur le mécanisme qu'il est chargé de mobiliser, la came 35 pratiquée par la rainure précitée sur le piston 30 est engagée avec le doigt mobile 51 d'un interrupteur de type "microswitch" 50. L'interrupteur 50 constitue dans ce mode de réalisation un détecteur de position reltaive des première et seconde parties mobiles du dispositif de l'invention. Le doigt mobile 51 traverse à cet effet la lumière 17 réalisée dans la paroi du réceptacle 10 de la semelle 1. L'interrupteur 50 est monté dans la rainure 11 du réceptacle 10 de la semelle 1 (voir figure la) et est réglé en position verticale de sorte que le doigt mobile se trouve dans la rainure 35 du piston 30. L'interrupteur 50 porte deux fils électriques 52 et 53, qui traversent le trou cylindrique 12 de la semelle 1, pour entrer par la platine de fermeture du vérin et de là, entrer dans le dispositif de commande où l'état de l'interrupteur est surveillé par un dispositif électronique simple, dont la réalisation est à la portée de l'homme de métier. L'interrupteur 50 est par ailleurs maintenu en position par une vis de pression (non représentée au dessin) qui traverse le trou fileté 15 pratiqué sur le réceptacle 10 de la semelle 1 (voir Figure lb). On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de sécurité de l'invention, quand il est monté en chape sur la platine de fermeture d'un vérin électromécanique, motorisé par un moteur électrique à courant continu. L'élément ressort 43 est déterminé de sorte que la came 35 ne mobilise pas le doigt mobile 51 de l'interrupteur 50, tant que la charge appliquée reste normale. De ce fait, même lors du fonctionnement normal du vérin, que la tige entre ou sorte, l'interrupteur reste dans un premier état qui renseigne le dispositif de commande d'un fonctionnement normal. Cependant, le vérin peut subir une charge anormale, c'est à dire qu'il reçoit une charge susceptible de bloquer la rotation normale du rotor du moteur électrique. Cette charge est parfaitement identifiée à la construction du vérin et sa valeur peut être exprimée en Newtons sous la forme d'une force limite. Il en résulte que l'élément ressort 43 est dimensionné de sorte que le piston 30 descend alors pour que le flanc 37 de la came 35 manoeuvre le doigt mobile 51 de l'interrupteur électrique 51. Ce dernier prend alors un second état électrique, distinct du premier état électrique, changement détecté par le dispositif de commande qui peut alors commander la déconnexion des enroulements du rotor de la source d'alimentation électrique, pour éviter la destruction des bobinages du rotor. Par ailleurs, en cas de surcharge sur le mécanisme mobilisé par le vérin, on assiste souvent à des déformations des parties mobilisées et le dispositif de l'invention, arrêtant l'application de l'effort moteur du vérin, protège aussi ce mécanisme des surcharges. De même, lorsque un objet ou une partie corporelle d'un usager, comme une main ou un bras, est interposée entre deux parties mobiles du mécanisme entraîné par le vérin muni du dispositif de sécurité de l'invention, monté à titre de chape de platine de fermeture du vérin, la charge appliquée au vérin s'élève anormalement, et il en résulte aussi une manoeuvre du doigt mobile 51 et donc, un changement d'état de l'interrupteur qui est détecté pour réaliser un arrêt du mouvement du vérin. L'interrupteur 50 et son doigt mobile 51 coopérant avec la came 35 constituent ensemble un capteur de position et donc de force appliquée au vérin, dans la mesure où le déplacement du piston 30 est contrôlé par l'élément ressort 43. Ainsi qu'il est connu, l'allongement (ou la contraction) d'un élément ressort suit une loi déterminée en fonction de la force appliquée à l'élément ressort, comme une loi proportionnelle. Il en résulte que l'interrupteur 50 peut être remplacé notamment par un potentiomètre dont le doigt variable est asservi à suivre le mouvement du piston 30. La mesure de la valeur de la résistance établie entre une borne du potentiomètre et l'électrode mobilisée par le doigt mobile du potentiomètre permet de détecter la force appliquée au vérin à chaque instant. Il est ainsi possible, pour un mécanisme particulier, mécanisme mobilisé par le vérin, connaissant la loi des forces appliquées normalement, c'est à dire en dehors de situations accidentelles ou fortuites, que subit le vérin lors d'une course fonctionnelle "normale", de déduire des situations d'alarme en diverses zones de ladite course fonctionnelle "normale". Par exemple, certains mécanismes appliquent au vérin une force relativement moins élevée quand la tige est presque complètement rentrée dans le vérin. Il est clair que l'élévation de la force détectée au delà d'un seuil déterminé à partir de la loi de forces "normales" pour cette position de la tige du vérin indique une situation anormale, comme le pincement de la main d'un usager ou autre situation accidentelle. Il est alors possible d'arrêter l'alimentation électrique du vérin en urgence, et même de faire repartir le vérin dans l'autre sens pour libérer l'obstacle de la mécanique. Ainsi, le vérin comporte un dispositif de commande qui comporte un moyen d'enregistrement d'une loi de fonctionnement normale, et un circuit détecteur d'une situation anormale de surcharge connecté au détecteur de position (50), de sorte qu'en cas de situation anormale, le dispositif de commande produise une séquence de fonctionnement prédéterminée. D'autres modes de réalisation sont possibles et d'autres applications sont possibles. En particulier, les deux chapes du vérin peuvent être équipées de dispositifs de sécurité selon l'invention. De même, le dispositif de sécurité peut équiper d'autres vérins que ceux décrits ici, et particulièrement des vérins dont le moteur n'est pas nécessairement un moteur électrique à courant continu. De même, le dispositif de sécurité peut être associé à d'autres éléments mécaniques qui subissent la charge entraînée par le vérin, et particulièrement, les paliers qui supportent la vis sans fin, ou encore l'écrou engagé sur la vis sans fin du convertisseur de rotation en translation. Il est aussi possible de monter le dispositif de sécurité entre deux des parties mobiles du mécanisme mobilisé par le vérin ou par tout autre dispositif d'entraînement. Le dispositif de sécurité de l'invention permet de travailler en traction et en compression. A cette fin, la came de mobilisation du doigt de l'interrupteur (ou du capteur proportionnel de position) présente un profil travaillant dans les deux sens avec les deux flancs inclinés 36 (détection en traction) et 37 (détection en compression). Si le vérin est destiné à travailler dans les deux sens, l'interrupteur 50 peut être changé par un commutateur à deux positions actives de part et d'autre d'une position neutre, et détecter donc trois états inactif, traction en surcharge et compression en surcharge. Par ailleurs la pièce 40 de la figure 3 qui sert à maintenir l'élément ressort, peut venir en une seule pièce avec la chambre cylindrique 3, 7 et 9 de la semelle 1, notamment quand la semelle est réalisée par moulage par injection de matière plastique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité, pour un vérin électromécanique notamment, en relation avec le fonctionnement d'une mécanique, mobilisée par le vérin notamment, qui comporte au moins deux pièces (1, 30), mobiles l'une par rapport à l'autre, et dont la position est déterminée à vide par un moyen de rappel élastique (40, 43), et par un dispositif (35, 50) de détection de la position de sorte que le dispositif de détection de position produise un signal actif quand une surcharge et/ou un blocage du vérin intervient, ledit signal de détection étant destiné à commander le fonctionnement du vérin. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie comporte une chambre (3, 7, 9) destinée à guider la seconde partie mobile (30), et en ce que la première partie est assujettie à un point fixe ou au vérin, et la seconde partie, configurée en piston (30) est assujettie à une partie de la mécanique mobilisée. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de rappel élastique comporte un réceptacle (40) et un élément ressort (43), constitué notamment par un empilement de rondelles Belleville (43-1 43-n), ou par un ressort hélicoïdal. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la position relative des deux parties mobiles comporte une came (35) associée à la seconde partie mobile (30) et qui mobilise un doigt mobile (51) dans une position déterminée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caratérisé en ce que le mouvement du doigt mobile (51) produit un changement d'état d'un capteur de position constitué notamment par un interrupteur, un commutateur ou un capteur proportionnel comme un potentiomètre, ledit changement d'état étant détecté par un moyen de détection associé au dispositif de commande du vérin. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mouvement des deux parties mobiles est essentiellement un mouvement de translation, la seconde partie (30) portant des vis engagées dans des lumières allongées (4 - 6) de la chambre cylindrique (5, 7, 9). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la came (35) et le capteur de position (50) sont configurés de sorte que le dispositif travaille en traction et/ou en compression, la came (35) présentant deux flancs inclinés (36, 37). 8. Vérin, notamment de type électromécanique, équipé d'au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 9. Vérin selon la revendication 8, caractérisé en ce que le vérin comporte au moins une chape configurée en dispositif de sécurité, l'oeilleton de la chape étant montée sur le piston (30) et la semelle (1) étant montée sur la tige ou une autre partie du vérin. 10. Vérin selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande qui comporte un moyen d'enregistrement d'une loi de fonctionnement normale, et un circuit détecteur d'une situation anormale de surcharge connecté au détecteur de position (50), de sorte qu'en cas de situation anormale, le dispositif de commande produise une séquence de fonctionnement prédéterminée.