Brevet FR2771789A1 — publié le 19990604

DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT LINEAIRE COMPORTANT UNE TIGE FILETEE L'invention concerne un dispositif d'entraînement linéaire. Des dispositifs d'entraînement linéaire connus, comme par exemple des écrous coulissants et des écrous à rouleaux, sont entraînés la plupart du temps directement au moyen de moteurs électriques ou par l'intermédiaire d'une transmission à pignons ou d'une transmission à courroie. Dans ce type de dispositif d'entraînement, d'une part l'inconvénient tient au fait que le moteur électrique doit être disposé à proximité directe du dispositif d'entraînement linéaire et d'autre part il s'est avéré particulièrement nuisible que,pour la détermination de la position actuelle respective d'un système d'entraînement linéaire,il soit nécessaire de prévoir en général des sys- tèmes de mesure fonctionnant électriquement, par exemple des codeurs ou des échelles de mesure, afin d'obtenir, avec leur aide, des informations concernant la position effec- tive du moteur, de la transmission ou du dispositif d'entraînement linéaire (on se référera au document alle- mand DE 195 25 454 Al). Dans ce qui précède, les dispositifs d'entraîne- ment linéaire connus ne peuvent en général pas être utili- sés chaque fois qu'en raison d'exigences déterminées con- cernant l'environnement, il ne faut utiliser aucun compo- sant électrique ni aucun composant métallique, étant donné qu'ils peuvent être plus ou moins fortement influencés et perturbés par des champs électriques ou magnétiques. C'est pourquoi l'invention a pour but d'agencer un dispositif d'entraînement linéaire de telle sorte qu'un positionnement requis du dispositif d'entraînement puisse être réalisé sans dépense supplémentaire et soit garanti de façon fiable. Selon un premier aspect, le problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif d'entraînement linéaire, caractérisé en ce qu'il comporte une tige filetée, avec laquelle engrène un écrou comportant un certain nombre de tétons qui sont équidistants et font saillie radialement à partir de la périphérie extérieure de l'écrou, et des coulisseaux qui sont guidés dans un boîtier parallèlement à l'axe de la tige filetée et qui, lors de ce déplacement oscillant, agissent sur les tétons qui font saillie sur l'écrou de telle sorte que la force appliquée par l'intermédiaire des tétons sur la périphérie extérieure de l'écrou entraîne un mouvement de rotation pas-à-pas de l'écrou et par conséquent un déplacement linéaire pas-à-pas de la tige filetée. Selon un second aspect, le problème peut être résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif d'entraînement linéaire comportant un écrou, bloqué en rotation dans un boîtier, une tige filetée bloquée en translation et engrenant avec cet écrou et sur laquelle font saillie un certain nombre de tétons équidistants s'étendant dans la direction radiale, et des coulisseaux, qui sont guidés, dans un boîtier, parallèlement à l'axe de la tige filetée et. sont déplacés en va-et-vient dans la direction axiale et, qui, lors de ce déplacement oscillant, agissent sur les tétons qui font saillie sur la tige file- tée de telle sorte que la tige filetée est entraînée selon un mouvement de rotation pas-à-pas de sorte que l'écrou exécute,par rapport à la tige filetée fixée axialement dans le boîtier, un déplacement linéaire pasà-pas correspondant au pas de son filetage. Conformément à l'invention, une première forme de réalisation d'un dispositif d'entraînement linéaire com- porte une tige filetée, avec laquelle engrène un écrou, dont la périphérie extérieure porte un certain nombre de tétons disposés radialement et équidistants. En outre, à l'écrou sont associés de préférence deux coulisseaux, qui sont guidés dans un boîtier du dispositif d'entraînement linéaire, parallèlement à l'axe de la tige filetée,et peu- vent ainsi être entraînés de telle sorte qu'ils se dépla- cent en va-et-vient dans la direction axiale. Lors de chaque déplacement oscillant des coulis- seaux, c'est-à-dire lors d'un déplacement depuis une posi- tion de départ qui correspond à une position d'extrémité, pour atteindre l'autre position d'extrémité du coulisseau et retour à nouveau dans leur position initiale, les cou- lisseaux agissent sur les tétons qui font saillie sur l'écrou de telle sorte que la force appliquée par l'inter- médiaire des tétons est convertie pas-à-pas en un mouvement S15 de rotation de l'écrou et qu'il se produit de ce fait un déplacement linéaire de la tige filetée. Conformément à une autre forme de réalisation préférée d'un dispositif d'entraînement linéaire conforme à l'invention, à la différence de la forme de réalisation décrite précédemment, l'écrou est bloqué en rotation dans le boîtier et la tige filetée, qui engrène avec l'écrou, possède un certain nombre de tétons qui sont équidistants les uns des autres et qui font saillie dans une direction radiale à partir de la tige filetée, d'une manière analogue aux tétons qui font saillie sur l'écrou dans la première forme de réalisation. Dans le cas d'un déplacement oscillant des cou- lisseaux qui se déplacent en va-et-vient dans la direction axiale dans la première forme de réalisation, dans la seconde forme de réalisation des coulisseaux agissent sur les tétons qui font saillie sur la tige filetée de sorte que la tige filetée bloquée en translation est entraînée en rotation pas-à-pas et de ce fait exécute un déplacement linéaire pas-à-pas, qui correspond au pas du filetage, par rapport à l'écrou. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, respectivement l'un d'un certain nombre de coulisseaux, égal de préférence à deux, est entraîné par exemple par un piston chargé par voie hydraulique ou pneu- matique, en fonction de la direction désirée du déplacement linéaire. Précisément l'entraînement des coulisseaux peut être réalisé également par l'intermédiaire d'un disque à cames ou d'un dispositif d'entraînement à manivelle ou, dans le cas o il n'est pas nécessaire de supprimer une influence de champs électriques ou magnétiques, également par des éléments de levage. Dans ce cas d'un dispositif d'entraînement des coulisseaux guidés parallèlement à l'axe de la tige file- tée, par exemple par des pistons chargés hydrauliquement automatiquement et au moyen desquels les coulisseaux peu- vent être amenés de leur position initiale dans une posi- tion finale et être ramenés dans leur position initiale, on peut régler une définition précise du dispositif d'entraî- nement linéaire en fonction du nombre des courses de dépla- cement. Grâce à l'agencement selon l'invention de dispo- sitifs d'entraînement linéaire, il est donc possible d'avoir un fonctionnement dans lequel aucune mesure de position ne doit être exécutée, étant donné que la position de l'actionneur sous la forme d'un dispositif d'entraîne- ment linéaire selon l'invention est associée à la position connue en dernier lieu, qui peut être fixée ou détectée de façon connue et usuelle par exemple au moyen d'un marquage de référence, en liaison directe avec le nombre des étapes opératoires qui, comme cela a été indiqué précédemment, correspondent respectivement à un déplacement en va-et- vient du coulisseau respectivement actionné. Le marquage de référence et un contrôle du nombre de courses d'oscillations peuvent s'effectuer par exemple au moyen de relais photoélectriques chargés par l'intermédiaire de guides de lumière. De cette manière il est possible de contrôler la nouvelle position atteinte par rapport à la position initiale connue et éventuellement être fixé directement sur le dispositif d'entraînement linéaire sans que de quelconques composants électroniques supplémentaires relativement coûteux soient nécessaires. Lorsque le dispositif d'entraînement linéaire doit être utilisé par exemple sous la forme d'une unité de position- nement dans la technique de mesure, dans le cas du disposi- tif d'entraînement linéaire selon l'invention, afin non seulement d'éviter, mais d'éliminer par avance d'éven- tuelles perturbations et influences de champs électriques ou magnétiques, tous les composants sont réalisés en des matériaux comme par exemple du polyamide, du polychlorure de vinyle (PVC), du polyoxyméthylène (POM) et analogues, lors de l'utilisation desquels on est certain qu'aucun champ électrique et aucun champ magnétique ne sont influen- cés ou même perturbés d'une quelconque manière. En d'autres termes, dans le dispositif d'entraînement linéaire selon l'invention, son aptitude à fonctionner est garantie de façon fiable également dans le cas o l'on se passe complè- tement de composants métalliques. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour obtenir une protection vis-à-vis d'une rotation intem- pestive de l'écrou, le coulisseau, qui reste respectivement dans la position de repos, maintient les tétons qui font saillie sur l'écrou dans la position respectivement atteinte, grâce à des ergots d'encliquetage. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour la protection visà-vis d'une rotation intempestive de la tige filetée, le coulisseau, qui reste respectivement dans la position de repos, retient, par des ergots d'encliquetage, les tétons qui font saillie sur la tige filetée, dans la position respectivement atteinte. Selon une autre caractéristique de l'invention, les coulisseaux sont entraînés par des pistons chargés hydrauliquement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les coulisseaux sont entraînés par des pistons chargés pneumatiquement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'entraînement des coulisseaux s'effectue au moyen d'un disque à came. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'entraînement des coulisseaux s'effectue au moyen de dis- positifs d'entraînement à manivelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'entraînement des coulisseaux est réalisé au moyen d'aimants de levage. Selon une autre caractéristique de l'invention, un déplacement linéaire d'un écrou par rapport à une tige filetée logée dans un écrou s'effectue au moyen d'une transmission planétaire connue, d'une transmission plané- taire connue fidèle au pas, ou des broches à recirculation de billes. Selon une autre caractéristique de l'invention, tous les composants du dispositif d'entraînement axial sont réalisés en des matériaux qui ne sont pas influencés et notamment ne sont pas perturbés par des champs électriques et/ou magnétiques. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 montre, selon une représentation schématique en perspective et à échelle agrandie, un dispositif d'entraînement linéaire chargé au moyen d'un piston hydraulique; et - les figures 2 à 5 sont des vues en perspective différentes, qui sont représentées à plus grande échelle que sur la figure 1, et représentent essentiellement le déroulement d'un déplacement oscillant de l'un de deux coulisseaux et le déplacement de rotation sur -un pas, provoqué de ce fait, d'un écrou. Dans la représentation à échelle agrandie de la figure 1 de l'exemple de réalisation du dispositif d'entraînement linéaire selon l'invention, dans un boîtier désigné dans son ensemble par le chiffre de référence 4 sont prévus des coulisseaux 4 et 5, qui sont guidés de manière à être déplaçables et peuvent être actionnés par l'intermédiaire de tiges de piston 61 et 71 au moyen de pistons chargés hydrauliquement 6 et 7. Sur la figure 1, le coulisseau 4 est représenté dans la position de départ qui correspond à une position d'extrémité, tandis que le cou- lisseau 5 est représenté dans la seconde extrémité pos- sible. Le fluide hydraulique, qui est nécessaire pour charger les pistons hydrauliques 6 et 7, est introduit par l'intermédiaire de canalisations d'amenée non représentées de façon détaillée aboutissant aux ouvertures d'entrée 8 et 9. Une unité hydraulique actionnée de préférence électri- quement est prévue sur l'autre extrémité des canalisations amenant le fluide hydraulique non représenté. Sur la figure 1, on reconnaît,au niveau du côté avant gauche l'extrémité d'une tige filetée, tandis que l'on reconnaît, au niveau des coulisseaux 4 et 5, un écrou 2, sur la périphérie extérieure duquel font saillie radia- lement des tétons 3, parmi lesquels seuls deux tétons 3 sont représentés partiellement sur la figure 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, comme le montrent les figures 2 à 5, par exemple un ensemble de douze tétons 3 sont prévus de manière à faire saillie radialement sur la périphérie extérieure de l'écrou 2 et, dans l'exemple de réalisation choisi, ces tétons sont par conséquent séparés les uns des autres par une distance angulaire de 300. Aux emplacements désignés par les chiffres de référence 13 sur la figure 1, on peut prévoir des marques de référence sur le boîtier 14 et/ou sur l'extrémité libre de la tige filetée 1. A l'aide de ces marques de référence, on peut alors contrôler et surveiller une nouvelle position atteinte par rapport à la position de départ connue, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser à cet effet des composants électroniques supplémentaires, en général relativement coû- teux. En outre sur la figure 1, on a indiqué également deux embouts saillants tubulaires 11 et 12, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe de la tige filetée 1 et au moyen desquels le boîtier 14 peut être retenu de manière à pouvoir tourner sur un dispositif de retenue non représenté de facon détaillée. Sur la vue en perspective de la figure 2, on a représenté uniquement l'écrou 2 du dispositif d'entraînement linéaire, équipé des tétons qui font saillie sur la périphérie extérieure de l'écrou et qui sont au nombre de douze dans l'exemple de réalisation choisi, ainsi que les deux coulisseaux 4 et 5 situés dans la position de départ. En outre sur les figures 2 à 5, on a représenté en partie le filetage 21 formé à l'intérieur de l'écrou 2. Sur le côté des deux coulisseaux 4 et 5 tourné vers les tétons 3 qui font saillie sur l'écrou 2, on reconnaît res- pectivement des segments 41, 42 et 51, 52 d'un filetage pentu formé sur les coulisseaux. En outre, sur les extrémités inférieures, sur les figures 2 à 5, des deux coulisseaux 4 et 5 on a indiqué des points de fixation 43 et 53, qui sont attaqués par les tiges 61, 71 des pistons 6 et 7 chargés hydrauliquement, qui n'ont pas été représentés sur les figures 2 à 5 pour simplifier la représentation. Lors d'un actionnement du coulisseau 4 à l'aide du piston chargé hydrauliquement, comme cela sera encore décrit ci-après de façon détaillée, l'écrou 2 tourne dans le sens indiqué par une flèche représentée par une ligne en trait plein, tandis que,lors de l'actionnement du coulis- seau 5 par le piston chargé hydrauliquement 6, l'écrou 2 a tourné dans le sens d'une flèche représentée par une ligne formée de tirets sur la figure 2. Pour continuer à faire tourner pas-à-pas l'écrou 2 sur la distance angulaire existant entre deux tétons 3, on utilise aussi bien la course d'avance des coulisseaux 4 ou 5 à partir de la position de départ représentée sur la figure 2 que la course de recul des coulisseaux reve- nant dans la position de départ. Ci-après, on va décrire de façon détaillée un pas de rotation, qui est exécuté au moyen d'une course double sous la forme d'une course d'avance et d'une course de recul du coulisseau 4 dans le sens de rotation indiqué par la flèche en trait plein. Comme cela a déjà été indiqué, les deux coulis- seaux 4 et 5 sont situés dans la position de départ sur la figure 2. Sur la figure 3, on a représenté le début de l'engagement du segment 41 du coulisseau 4 avec le téton unique désigné par le chiffre de référence 3. Pour pouvoir exécuter le mouvement de rotation pas-à-pas, le téton voi- sin de l'embout saillant 3 est désigné aussi bien sur la figure 2 que sur les figures 3 et 5 par le chiffre de réfé- rence 3'. Sur la figure 4, le coulisseau 4 est situé dans sa position d'extrémité supérieure par rapport à la posi- tion de départ sur la figure 2, c'est-à-dire qu'une course d'avance a été exécutée par le coulisseau 4. De ce fait l'écrou 2 a déjà pivoté sur la moitié de la distance entre les tétons, c'est-à-dire sur la moitié de la distance entre les centres de deux tétons, par exemple entre les deux tétons 3 et 3' dans la direction indiquée par la flèche représentée en trait plein. Sur la figure 4, on a indiqué, au moyen d'une ligne de référence représentée. par des tirets et désignée par le chiffre de référence 3, la posi- tion du téton 3, qui n'est pas visible sur la figure 4. En outre, sur la figure 4 on a représenté des organes d'encliquetage 44 formés sur le coulisseau 4; les organes d'encliquetage correspondants, qui sont formés sur le coulisseau 5, ne sont pas représentés sur les dessins. Pour obtenir une protection vis-à-vis d'une rotation intem- pestive de l'écrou 2, le coulisseau 5 situé dans la posi- tion de repos sur les figures 2 à 5, retient, avec les organes d'encliquetage qui sont formés sur lui, ne sont pas représentés sur la figure 4, mais ont un agencement et une disposition qui correspondent à ceux des organes d'encliquetage 44 du coulisseau 4, respectivement deux tétons 3 qui font saillie sur l'écrou 2 et fixent par conséquent l'écrou 2 lui-même dans la position respective- ment atteinte. Sur la figure 5, on a illustré la course de retour commençante du coulisseau 4, et ce peu avant que le segment fileté 42 du coulisseau 4 engrène ou s'applique contre le téton 3 de.l'écrou 2 lors de la course de retour. A la fin de la course de retour du coulisseau 4, ce dernier est à nouveau situé dans la position de départ reproduite sur la figure 2, mais, à la différence de la représentation de la figure 2, l'écrou 2 continue à tourner sur une distance entre tétons, dans la direction indiquée par la flèche représentée par une ligne en trait plein. Cela signifie qu'à la fin de la double course exécutée au moyen du coulisseau 4, le téton 3' est maintenant dans la position, dans laquelle le téton 3 s'est trouvé avant le début de la course double exécutée par le coulisseau 4 (voir la figure 2). Sous l'effet de la fin de la course double exécu- tée au moyen du coulisseau 4, la tige filetée 1, qui engrène avec le filetage 21 de l'écrou 2 (ce qui n'est pas représenté de façon détaillée sur les figures 2 à 5) a continué à se déplacer linéairement sur un douzième (dans l'exemple de réalisation représenté) du pas du filetage 21 de l'écrou 22 dans la direction axiale de la tige filetée 1. Lorsque le pas du filetage 21 est égal par exemple à 1 mm, lors de chaque pas de rotation de 30 l'écrou 2 fait avancer linéairement la tige filetée de 1/12 mm, c'est-à- dire d'environ 0,083 mm. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement linéaire,- caracté- risé en ce qu'il comporte une tige filetée (1), avec laquelle engrène un écrou (2) comportant un certain nombre de tétons (3) qui sont équidistants et font saillie radialement à partir de la périphérie extérieure de l'écrou, et des coulisseaux (4,5) qui sont guidés dans un boîtier (14) parallèlement à l'axe de la tige filetée et qui, lors de ce déplacement oscillant, agissent sur les tétons (3) qui font saillie sur l'écrou (2) de telle sorte que la force appliquée par l'intermédiaire des tétons (3) sur la périphérie extérieure de l'écrou (2) entraîne un mouvement de rotation pas-à-pas de l'écrou (2) et par conséquent un déplacement linéaire pas-à-pas de la tige filetée (1). 2. Dispositif d'entraînement linéaire, caracté- risé en ce qu'il comporte un écrou, bloqué en rotation dans un boîtier, une tige filetée bloquée en translation et engre- nant avec cet écrou et sur laquelle font saillie un certain nombre de tétons équidistants s'étendant dans la direction radiale, et des coulisseaux, qui sont guidés, dans un boîtier (14), parallèlement à l'axe de la tige filetée et sont déplacés en va-et-vient dans la direction axiale et, qui, lors de ce déplacement oscillant, agissent sur les tétons qui font saillie sur la tige filetée de telle sorte que la tige filetée est entraînée selon un mouvement de rotation pas-à-pas de sorte que l'écrou exécute par rapport à la tige filetée fixée axialement dans le boîtier, un déplace- ment linéaire pas-à-pas correspondant au pas de son file- tage. 3. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour obtenir une protection vis-à-vis d'une rotation intempestive de l'écrou (2), le coulisseau (4 ou 5), qui reste respectivement dans la position de repos, maintient dans la position respecti- vement atteinte, les tétons (3) qui font saillie sur l'écrou (2), grâce à des ergots d'encliquetage (44). 4. Dispositif d'entraînement linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour la protection vis-à-vis d'une rotation intempestive de la tige filetée, le coulisseau, qui reste respectivement dans la position de repos, retient, par des ergots d'encliquetage, les tétons qui font saillie sur la tige filetée, dans la position res- pectivement atteinte. 5. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les coulisseaux (4,5) sont entraînés par des pistons (10, 11) chargés hydrauliquement. 6. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les coulisseaux (4,5) sont entraînés par des pistons char- gés pneumatiquement. 7. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement des coulisseaux (4,5) s'effec- tue au moyen d'un disque à came. 8. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entraînement des coulisseaux (4,5) s'effectue au moyen de dispositifs d'entraînement à manivelle. 9. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entraînement des coulisseaux (4,5) est réalisé au moyen d'aimants de levage. 10. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un déplacement linéaire d'un écrou par rapport à une tige filetée logée dans un écrou s'effectue au moyen d'une transmission planétaire connue (PWG), d'une transmission planétaire connue (SPWG) fidèle au pas, ou des broches à recirculation de billes. 11. Dispositif d'entraînement linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou 10, caractérisé en ce que tous les composants du dispositif d'entraînement axial sont réalisés en des matériaux qui ne sont pas influencés, et notamment ne sont pas perturbés, par des champs électriques et/ou magnétiques.