Brevet FR2754021A1 — publié le 19980403

L'invention concerne un vérin rotatif télescopique à palettes. Généralement, les vérins rotatifs à palettes sont des actionneurs compacts d'une grande efficacité, conçus pour recevoir et transformer l'énergie nécessaire à la production d'un mouvement rotatif alternatif. Le vérin rotatif transforme la pression hydraulique ou pneumatique (pompes, accumulateurs) en couple transmis par un arbre de sortie. Ils sont utilisés pour la rotation, le positionnement, la commande d'orientation, l'ouverture et la fermeture d'appareils, les mouvements oscillants ou toute autre fonction exigeant une rotation limitée. L'inconvénient des vérins à palettes existants est précisément qu'ils offrent une amplitude angulaire limitée et souvent insuffisante. La présente invention permet d'avoir une course beaucoup plus importante que celle produite par un vérin conventionnel, offrant ainsi un vaste champ d'application de ce type d'appareil. Le vérin télescopique rotatif à palettes, suivant un mode particulier de réalisation est illustré par les fig.l et fig.2. La fig.l représente une coupe longitudinale et la fig.2 représente une coupe transversale selon la ligne 2-2 de la fig.l Le vérin télescopique rotatif à palettes est constitué essentiellement d'un arbre moteur (1) à palettes(7), (8) guidé à l'intérieur de deux flasques latéraux (4), (5) qui referment le corps du vérin (2). Un empilage de N étages successifs de cylindres concentriques (3A), (3B), ...(3N) équipés de palettes internes et de palettes externes, centrés sur l'arbre moteur (1), tournent les uns dans les autres, le dernier desquels tournant dans le corps même du vérin (2) qui lui est équipé de butées fixes. D'une manière plus détaillée, le vérin rotatif télescopique décrit ci après est constitué d'un arbre moteur (1), guidé en rotation par deux paliers (15), (16) logés respectivement dans deux flasques latéraux (4), (5) qui referment le corps du vérin (2). L'arbre moteur qui est équipé comme tout vérin classique d'une ou plusieurs palettes (7), (8), tourne à l'intérieur d'un cylindre (3), luimême équipé d'une ou plusieurs palettes internes (9A), (10A) et d'une ou plusieurs palettes externes(llA), (12A). Ce cylindre, libre en rotation peut éventuellement(mais ce n'est pas impératif) être guidé sur les deux flasques latéraux (4), (5). Ce cylindre (3A) tourne lui-même à l'intérieur d'un deuxième cylindre concentrique (3B) également équipé d'une ou plusieurs palettes internes (9B), (lOB) et d'une ou plusieurs palettes externes (il), (12B) pouvant, de la même manière que le cylindre précédent (3A), être guidé (mais ce n'est pas impératif) sur les deux flasques latéraux (4), (5). Le vérin peut ainsi être constitué de N étages de cylindres concentriques, le dernier desquels tournant dans le corps même du vérin (2), équipé d'une ou plusieurs butées fixes (13), (14). On a représenté sur les figures 1 et 2 un vérin télescopique rotatif à deux palettes par étage, avec trois étages, c'est à dire avec trois séries de chambres de pression annulaires concentriques. ll est bien entendu que cet exemple n'est pas limitatif et que l'invention peut être réalisée avec un nombre différent de palettes ou d'étages. Le vérin rotatif décrit peut être fixé indifféremment au niveau de son corps (2) par bride (17) ou par pattes ou par tout autre moyen de fixation permettant de le rendre solidaire du système ou dispositif sur lequel il doit être finalement intégré. Sur un même cylindre, palettes internes et palettes externes sont disposées en vis à vis de part et d'autre c'est à dire sur une position angulaire offrant la possibilité de faire communiquer facilement les chambres annulaires de deux étages successifs, à travers les orifices traversant de part en part palette interne, palette externe et cylindre proprement dit. Les volumes délimités d'une part par les palettes (7), (8) de l'arbre moteur (1) et par les palettes internes (9A), (10A) du premier cylindre (3A), constituent des chambres pression ou retour (18), (19), (20), (21), du premier étage du vérin. Les volumes délimités d'une part par les palettes externes (1 lA), (12A) du premier cylindre (3A) et par les palettes internes (9B), (lOB) du deuxième cylindre (3B) d'autre part, constituent des chambres pression ou retour (22A), (23A), (24A), 25A) du deuxième étage du vérin. Et ainsi de suite les volumes délimités d'une part par les palettes externes de chacun des cylindres et par les palettes internes du cylindre immédiatement supérieur d'autre part, constituent des chambres pression ou retour des étages intermédiaires du vérin. Les chambres pression ou retour du dernier étage du vérin (22N), (23N), (24N), (25N) sont constituées par les volumes délimités d'une part par les palettes externes (11N), (12N) du cylindre du dernier étage et d'autre part par les butées fixes (13), (14) du corps du vérin (2). La course mécanique angulaire du vérin est finalement égale à la somme de la course relative de l'arbre moteur (1) par rapport au premier cylindre (3A), additionnée de la somme des courses relatives de chacun des N cylindres des étages intermédiaires par rapport à leur cylindre immédiatement supérieur, additionné enfin de la course relative du cylindre du dernier étage (3N) par rapport au corps du vérin (2). Les palettes du vérin, dans un mode de réalisation représenté sur les fig.l et fig.2 , ont des courses relatives pour chaque étage, identiques, mais peuvent également être dimensionnées pour avoir au contraire des courses relatives différentes pour chacun des étages en fonction du besoin. Dans son fonctionnement en mode actionneur, le vérin télescopique rotatif à palettes reçoit la pression hydraulique issue d' une admission (26) située sur le corps du vérin (2), qui s'établit dans les chambres pression intercylindres (18), (19), (22A), (23A), (22B), (23B)... (22N), (23N), de chacun des étages, grâce aux orifices (27A), (28A), (27B), (28B), ...(27N), (28N), (31) traversant palettes internes et palettes externes de chacun des cylindres (3A), (3B), ...(3N) et arbre moteur (1), générant ainsi un déploiement angulaire successif de cet arbre moteur (1) et de chacun de ces cylindres intermédiaires (3A), (3B), ...(3N) . Le retour hydraulique débouche sur une sortie (33) située sur le corps du vérin (2), après avoir cheminé successivement à travers les chambres retour (20), (21), (24A), (25A), (24B), (25B) ...(24N), (25N) au travers des orifices (32), (29A), (30A), (29B), (30B) ... (29N), (30N) traversant palettes internes et palettes externes de chacun des cylindres (3A), (3B), (3N), et arbre moteur (1). La pression qui peut être appliquée indifféremment sur l'un ou l'autre des orifices (26), (33) permet au vérin de tourner suivant le cas, dans un sens ou dans un sens opposé. La section de chacune des chambres annulaires peut être dimensionnée de telle sorte que les couples générés par la pression hydraulique soit identique sur chacun des étages; dans ce cas le déploiement de chacun des rotors télescopique (1), (3A), (3B),8...(3N) sera simultané. Inversement il sera possible de déployer chaque rotor successivement et dans l'ordre chronologique désiré à condition de dimensionner chacune des sections des chambres annulaires de telle sorte que le couple généré par la pression hydraulique soit d'autant plus important que l'on veut déployer tel ou tel rotor suivant une priorité préétablie. Ce fonctionnement de mouvement télescopique rotatif est ainsi, par analogie, comparable à celui des vérins télescopiques linéaires. Il est bien entendu que l'étanchéité sur un tel vérin peut être traitée d'une manière tout à fait similaire à celle d'un vérin à palettes conventionnel, mais il est également possible, en particulier dans notre cas où l'on a la possibilité de réaliser de grandes surfaces portantes, de ne pas mettre de joints à condition d'avoir des jeux fonctionnels très réduits. Une telle configuration offre alors, en raison des faibles frottements, une meilleure adaptabilité dans les cas d'application de vérins d'asservissement. Selon une alternative de fonctionnement le vérin télescopique rotatif à palettes peut être également utilisé, non plus comme un organe moteur, mais au contraire comme un organe récepteur c'est à dire qu'il peut assurer dans le cas de notre application, une fonction "amortisseur" de grande capacité: une énergie mécanique extérieure (6) introduite sur l'arbre moteur (1) fait effectivement fonctionner le vérin en organe récepteur. Ce dernier, par sa rotation, génère une pression interne dans les chambres (20), (21), (24A), (25A), (24B), (25B) ...(24N), (25N) ou dans les chambres (18), (19), (22A), (23A), (22B), (23B) ... (22N), (23N), suivant le sens de rotation. L'amortissement du dispositif peut être facilement ajusté par un étrangleur installé sur l'un ou l'autre des orifices d'admission (33) ou (26). L'énergie mécanique sera ainsi dissipée par frottement visqueux à travers cet étrangleur. La capacité de dissipation d'énergie sera d'autant plus grande que la course de ce vérin télescopique rotatif amortisseur à palettes sera d'autant plus grande. REVENDICATIONS 1/ Vérin rotatif à palettes, hydraulique ou pneumatique, comportant un arbre moteur (1), équipé d'une ou plusieurs palettes (7), (8),... tournant à l'intérieur d'un cylindre (3A) ,caractérisé en ce que ce cylindre, équipé d'une ou plusieurs palettes internes (9A), (10A),... et palettes externes (liA), (12A),... tourne à l'intérieur d'un deuxième cylindre (3B) , lui même équipé d'une ou plusieurs palettes internes (9B), (1OB),... et palettes externes (lob), (12B),... et ainsi de suite ce dernier cylindre (3B), tournant dans un autre cylindre concentrique, lui-même équipé d'une ou plusieurs palettes internes et d'une ou plusieurs palettes externes, le vérin pouvant ainsi être constitué de N étages de cylindres concentriques, le dernier desquels,(3N), tournant dans le corps même du vérin (2), équipé d'une ou plusieurs butées fixes (13), (14), chacun des N étages délimitant des chambres hydrauliques annulaires (18), (19), (20), (21), (22A), (23A), (24A), (25A), (2213), (23B), (24B), (25B),... (22N), (23N), (24N), (25N), et caractérisé en ce que chacun des cylindres (3A), (3B), ...(3N), et arbre moteur (1) a ses propres palettes internes et palettes externes, disposées en vis à vis sur une position angulaire permettant une intercommunication par les orifices (27A), (28A), (27B), (28B), ...(27N), (28N) ,(31) permettant de transférer la pression hydraulique issue d'une alimentation appliquée sur l'orifice (26) situé sur le corps du vérin (2), vers les chambres pression annulaires inter cylindres (18), (19), (22A), (23A), (22B), (23-B),... (22N), (23N) de chacun des étages, le retour hydraulique débouchant sur un second orifice (33) situé sur le corps du vérin (2) après avoir cheminé successivement dans les chambres (20), (21), (24A), (25A), (2413), (25B), ...(24N), (25N) au travers des orifices (29A), (30A), (29B), (3013), ... (29N), (30N) , (32) mettant en intercommunication palettes internes et palettes externes de chacun des cylindres (3A), (3B),...(3N) et arbre moteur (1). 2/Vérin rotatif selon la revendication 1, en mode de fonctionnement actionneur, caractérisé en ce que la pression d'alimentation génère un déploiement, dans un sens ou dans l'autre suivant que la pression est introduite par l'orifice d'admission (26) ou (33) , de chacune des parties tournantes , (arbre moteur (1), cylindre du premier étage (3A) , cylindre du deuxième étage (3B), cylindre du Nième(3N) ), à l'intérieur du corps de vérin (2) dont la course angulaire totale est la somme de la course relative de l'arbre moteur (1) par rapport au premier cylindre (3A), additionnée de la course relative du cylindre (3A) par rapport au cylindre (3B), et ainsi de suite additionnée de la somme des courses relatives de chacun des cylindres par rapport à leur cylindre immédiatement supérieur, additionnée enfin de la course relative du dernier cylindre (3N) par rapport au corps du vérin (2). 3/Vérin rotatif selon la revendication 1, en mode de fonctionnement amortisseur, caractérisé en ce qu'une énergie mécanique externe transmettant une rotation sur l'arbre moteur (1), qui suivant son sens de rotation génère une pression interne dans les chambres (18), (19), (22A), (23A), (22B), (23B),... (22N), (23N) ou dans les chambres (20), (21), (24A), (25A), (24B), (25B), ...(24N), (25N), pouvant être dissipée par frottement visqueux à travers un étrangleur installé sur l'un ou l'autre des orifices d'admission (33) ou (26), durant le déploiement de chacune des parties tournantes , (arbre moteur (1), cylindre du premier étage (3A) , cylindre du deuxième étage (3B),..... cylindre du Nième (3N) ), à l'intérieur du corps de vérin (2) dont la course angulaire totale est la somme de la course relative de l'arbre moteur (1) par rapport au premier cylindre (3A), additionnée de la course relative du cylindre (3A) par rapport au cylindre (3B), et ainsi de suite, additionnée de la somme des courses relatives de chacun des cylindres par rapport à leur cylindre immédiatement supérieur, additionnée enfin de la course relative du dernier cylindre (3N) par rapport au corps du vérin (2).