Brevet FR2809650A1 — publié le 20011207

Dispositif de serrage La présente invention concerne un dispositif de serrage apte à serrer une pièce à l'aide d'un bras qui peut pivoter d'un angle prédéter- miné en fonction d'une action d'entraînement d'un mécanisme d'entraî- nement. De manière conventionnelle, par exemple lorsque l'on soude une pièce constitutive d'une automobile ou autre ensemble, on utilise un vérin de serrage afin de serrer la pièce. Un tel vérin de serrage est divulgué par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4458889. Comme montré sur les figures 8 et 9, dans le vérin de serrage divulgué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4458889, une tige 2 de piston, qui peut se déplacer d'avant en arrière en fonction de l'action d'entraînement d'un vérin lc, est agencé entre deux corps séparés la, lb. Un raccord 3 est connecté à une première extrémité de la tige 2 de piston. Deux liaisons Sa, 5b et deux roulettes 6a, 6b sont montées à rotation de chaque côté du raccord 3 respectivement à l'aide d'un premier axe 4. Un bras 8, qui peut tourner selon un angle prédé- terminé, est connecté entre les deux liaisons Sa, 5b à l'aide d'un deuxième axe 7. Dans ce cas, les deux roulettes 6a, 6b sont prévus à coulisse- ment à l'aide d'une pluralité d'aiguilles 9a qui sont installées dans des trous. La tige 2 de piston est prévue de manière mobile, d'un seul tenant avec les roulettes 6a, 6b selon une action de guidage des roulet- tes 6a, 6b qui peuvent coulisser le long de pistes 9b formées respecti- vement dans les corps la, lb. Toutefois, dans le cas du vérin de serrage divulgué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4458889 concernant la technique classique décrite ci-dessus, par exemple, lorsque le bras 8 est dans un état desserré dans lequel une pièce, non représentée, n'est pas tenue et lorsque l'alimentation de fluide sous pression au vérin lc est interrom- pue pour une quelconque raison, alors le bras 8 est dans un état libre, parce que la transmission de la force d'entraînement au bras disparaît. Il y a un risque pour que le bras 8 tourne spontanément, par exemple en raison de la force d'inertie du bras 8 ou du fonctionnement d'un robot ou élément similaire sur lequel est installé le vérin de serrage. Au vu de ce qui précède, on conçoit que l'état non serré du bras 8 est maintenu au moyen de la force de frottement basée sur la résistance au glissement d'un piston qui est mobile le long d'une cham- bre de vérin, ou que l'état non serré du bras 8 est maintenu en augmen- tant la force de frottement à l'aide de la résistance au glissement d'un mécanisme de liaison. Cependant, il se produit l'inconvénient suivant: la résistance au frottement est changée par l'abrasion de la partie cou- lissante suite à l'utilisation du vérin de serrage pendant une longue période de temps. Il est impossible de maintenir de manière fiable l'état desserré du bras 8. L'objet principal de la présente invention est de proposer un dispositif de serrage qui permet de tenir de manière fiable un bras dans un état desserré même lorsque la transmission d'une force d'entraînement au bras est interrompue. Les objets, caractéristiques et avantages qui précèdent, ainsi que d'autres, de la présente invention seront mieux compris à la lec- ture de la description suivante, faite en référence aux dessins d'accom- pagnement dans lesquels un mode de réalisation préféré de la présente invention est montré à titre d'exemple illustratif. La figure 1 est une vue en perspective éclatée illustrant les parties principales d'un dispositif de serrage selon un mode de réalisa- tion de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle verticale prise selon la direction axiale du dispositif de serrage selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 3 montre une vue partielle agrandie illustrant un mécanisme de verrouillage montré en figure 2; la figure 4 montre, avec une omission partielle, une vue laté- rale illustrant un état dans lequel on fait tourner un bras en partant d'une position initiale montré en figure 1, et dans lequel une pièce est maintenue serrée; la figure 5 montre, avec une omission partielle, une vue laté- rale illustrant un état dans lequel on fait tourner le bras d'un angle prédéterminé dans la direction horaire en partant de l'état montré en figure 4; la figure 6 montre, avec une omission partielle, une vue laté- rale illustrant un état dans lequel on fait tourner davantage le bras d'un angle prédéterminé dans la direction horaire en partant de l'état montré en figure 5; la figure 7 montre, avec une omission partielle, une vue laté- rale illustrant un état dans lequel on fait tourner davantage le bras d'un angle prédéterminé dans la direction horaire en partant de l'état montré en figure 6, et le bras est maintenu à la position initiale dans un état non serré; la figure 8 est une vue en perspective éclatée illustrant les parties principales d'un vérin de serrage de la technique classique; et la figure 9 montre, en coupe transversale partielle, une vue latérale illustrant le vérin de serrage montré en figure 8. Dans les figures 1 et 2, la référence 10 désigne un dispositif de serrage selon un mode de réalisation de la présenté invention. Le dispositif de serrage 10 comprend un corps 12, une section vérin (mécanisme d'entraînement) 14 qui est reliée à une extrémité inférieure du corps 12 de manière étanche à l'air, un bras 20 qui est relié à une section portante 18, de section rectangulaire, faisant saillie à l'extérieur à travers une paire d'ouvertures sensiblement circulaires (non représenté) formées dans le corps 12, et un mécanisme de ver- rouillage 22 qui est prévu à l'intérieur du corps 12 et qui maintient le bras 20 à la position initiale dans l'état desserré. La section vérin 14 comporte un bloc d'extrémité 24 et un tube de vérin 26 en forme de fût angulaire dont la première extrémité est connectée à un évidement du bloc d'extrémité 24 de manière étan- che à l'air et dont la seconde extrémité est connectée au corps 12 de manière étanche à l'air. Comme montré en figure 2, la section vérin 14 comporte en outre un piston 30 qui est logé dans le tube de vérin 26 et qui peut se déplacer en va-etvient le long de la chambre de vérin 28, et une tige 32 qui est connectée à une partie centrale du piston 30 et qui peut se déplacer d'un seul tenant avec le piston 30. Une section transversale du piston 30, qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la tige 32, est formée de façon à avoir une configuration sensiblement ellipti- que. La configuration en section transversale de la chambre de vérin 28 est aussi formée de façon à être sensiblement elliptique et à être conforme au piston 30. Une garniture 36 de piston est placée sur la surface circonfé- rentielle extérieure du piston 30. Des trous de fixation non illustrés sont percés à travers qua- tre parties de coin du bloc d'extrémité 24. Le bloc d'extrémité 24, le tube de vérin 26, et le corps 12 sont assemblés respectivement de manière étanche à l'air à l'aide de quatre axes (non représentés) insérés dans les trous de fixation. Deux orifices d'entrée/sortie 42a, 42b de fluide sous pression pour introduire/décharger le fluide sous pression (par exemple, de l'air comprimé) par rapport à la chambre de vérin 28 sont formés dans le corps 12 et le bloc d'extrémité 24. Le corps 12 est construit en assemblant d'un seul tenant un premier boîtier 46 et un second boîtier non illustré. Une chambre 44 est formée dans le corps 12 par des évidements formés respectivement sur le premier boîtier 46 et sur le second boîtier non illustré. Une extrémité libre de la tige 32 est tournée vers l'intérieur de la chambre 44. Un mécanisme de liaison articulé 64 pour convertir le mouve- ment rectiligne de la tige 32 en un mouvement de rotation du bras 20 au moyen d'une articulation à genouillère 62 est prévu en une première extrémité de la tige 32. L'articulation à genouillère 62 comprend un bloc genouillère 56 ayant une section fourchue avec des branches qui sont séparées l'une de l'autre par une distance d'espacement prédéter- minée et qui sont sensiblement parallèles entre elles, et un axe d'arti- culation 70 qui est installé à rotation dans des trous qui traversent les branches. Une section de contact 54, qui comporte une première sur- face inclinée 50 et une seconde surface inclinée 52 destinées à coopé- rer avec une roulette 48, comme décrit plus loin, est formée sur une première surface latérale du bloc genouillère 56 (voir figure 3). Le mécanisme de liaison articulé 64 comporte une plaquette de liaison (élément de liaison) 72 qui est connectée entre les branches de la section fourchue de l'articulation à genouillère 62 au moyen de l'axe d'articulation 70, et un levier support 74 qui est supporté à rota- tion par une paire d'ouvertures sensiblement circulaires qui traversent le premier boîtier 46 et le second boîtier non illustré (voir figure 4). La plaquette de liaison 72 est intercalée entre l'articulation à genouillère 62 et le levier support 74, et elle sert à relier l'articulation à genouillère 62 et le levier support 74. Plus précisément, la plaquette de liaison 72 comporte un pre- mier trou (non représenté) qui est formé du côté d'une première extré- mité, et un second trou (non représenté) qui est formé du côté d'une seconde extrémité. La plaquette de liaison 72 est connectée à l'extré- mité libre de la tige 32 à l'aide de l'articulation à genouillère 62 et de l'axe d'articulation 70 coopérant avec le premier trou. La plaquette de liaison 72 est connectée à la section fourchue du levier support 74 au moyen d'un axe de liaison non illustré installé à rotation dans le second trou. Une surface incurvée 81, qui est en contact avec une rou- lette de guidage 79 décrite plus loin, est formée en une première extré- mité de la plaquette de liaison 72 (voir figures 4 et 5). Le levier support 74 comporte une section fourchue avec des branches qui sont munies de trous pour y installer à rotation un axe de liaison non illustré, et la section portante 18 a une section transversale rectangulaire qui est conçue pour faire saillie dans une direction (direction sensiblement perpendiculaire au plan du dessin) sensible- ment perpendiculaire à l'axe de la tige 32 et qui est exposée à l'exté- rieur du corps 12 par des ouvertures non illustrées. Le bras 20 pour serrer une pièce (non représentée) est monté de manière détachable sur la section portante 18. Par conséquent, le levier support 74 est prévu pour effectuer un mouvement de rotation d'un seul tenant avec le bras 20. Comme montré sur les figures 1 et 3, le mécanisme de ver- rouillage 22 comporte un axe à point support 58 qui est disposé dans la chambre 44 et qui est supporté par le premier boîtier 46 et le second boîtier non illustré, une plaquette de verrouillage 60 qui est conçue pour pivoter d'un certain angle autour du point support de l'axe à point support 58 monté à rotation du côté de la première extrémité, une rou- lette 48 qui est supportée à rotation entre des branches 61a, 61b de la plaquette de verrouillage 60 au moyen d'un axe 66, la section de contact 54 qui est prévue sur le bloc genouillère 56 décrit plus haut et qui comporte la première surface inclinée 50, la seconde surface incli- née 52, et une section arête 53 formée au niveau d'une partie frontière entre la première surface inclinée 50 et la seconde surface inclinée 52 de sorte que la roulette 48 peut coopérer avec celle-ci, et un ressort 68 dont la première extrémité est fixée dans une cavité 67 formée dans l'extrémité de la plaquette de verrouillage 60 située du côté opposé à l'axe à point support 58. La deuxième extrémité du ressort 68 est fixée dans une cavité 71 qui est formée dans la surface de paroi intérieure du premier boîtier 46. Le ressort 68 est choisi de telle façon que la plaquette de ver- rouillage 60 est toujours poussée dans le sens de la flèche B autour du point support de l'axe à point support 58 en fonction de sa force élasti- que. En d'autres termes, la plaquette de verrouillage 60 est prévue pour effectuer une rotation d'un angle prédéterminé dans le sens de la flèche A autour du point support de l'axe à point support 58 en fonc- tion de la force de pression exercée sur la roulette 48 pour surmonter la force élastique du ressort 68. Comme montré en figure 3, l'angle d'inclinaison x de la pre- mière surface inclinée 50 et l'angle d'inclinaison [5 de la seconde sur- face inclinée 52 par rapport au plan vertical sont respectivement choi- sis de façon à vérifier x > P. Dans ce cas, il est préférable que l'angle d'inclinaison x soit compris entre environ 30 degrés et 45 degrés et que l'angle d'inclinaison [P soit compris entre environ 10 degrés et 20 degrés. En se basant sur le point central de l'axe à point support 58, on peut déterminer une valeur L1 représentant la distance séparant l'axe à point support 58 du point d'appui au niveau duquel se touchent la roulette 48 et la section de contact 54 (point central de l'axe 66), et une valeur L2 représentant la distance séparant l'axe à point support 58 du point de pression au niveau duquel le ressort 68 effectue son action de poussée. Une fois ces variables définies, on peut accroître la force de maintien du mécanisme de verrouillage 22 en choisissant une grande valeur pour L2/L1. Comme montré en figure 4, des évidements 78, chacun en forme d'arc circulaire, sont formés sur les faces supérieures des surfa- ces de paroi interne du premier boîtier 46 et du second boîtier non illustré. La roulette de guidage 79, qui peut tourner d'un angle prédé- terminé tout en étant en contact avec la surface incurvée 81 de la pla- quette de liaison 72, est placée dans les évidements 78. Un axe 82 ser- vant à supporter la roulette de guidage 79 est maintenu dans des trous réalisés dans le premier boîtier 46 et dans le second boîtier non illus- tré. Plusieurs roulements à aiguilles 84 sont installés dans la direction circonférentielle jusqu'à un trou traversant de la roulette de guidage 79. La roulette de guidage 79 peut effectuer une rotation sans à-coups grâce à l'action de roulage des roulements à aiguilles 84. Le dispositif de serrage 10 selon le mode de réalisation pré- féré de la présente invention est globalement construit comme décrit cidessus. Son fonctionnement, ses fonctions et effets vont maintenant être expliqués. Tout d'abord, le dispositif de serrage 10 est fixé en une posi- tion prédéterminée à l'aide d'un moyen de fixation non illustré. Les premières extrémités de tuyaux tels que des tubes non illustrés sont connectés respectivement aux deux orifices d'entrée/sortie 42a, 42b de fluide sous pression. Les deuxièmes extrémités des tuyaux sont connectées à une source de fluide sous pression non illustrée. Après avoir fini l'opération préparatoire décrite ci-dessus, on met en marche la source de fluide sous pression pour introduire le fluide sous pression (par exemple de l'air comprimé) par le premier orifice d'entrée/sortie 42a de fluide sous pression dans la chambre de vérin 28 qui se trouve sous le piston 30. Le piston 30 est poussé sous l'action du fluide sous pression introduit dans la chambre de vérin 28, et le piston 30 est déplacé vers le haut dans la chambre de vérin 28. Le mouvement rectiligne du piston 30 est transmis au méca- nisme de liaison articulé 64 au moyen de la tige 32 et de l'articulation à genouillère 62, et il est converti en mouvement rotatif du bras 20 selon l'action rotative du levier support 74 qui constitue le mécanisme de liaison articulé 64. A savoir, la force agit pour pousser vers le haut la plaquette de liaison 72 et l'articulation à genouillère 62 qui coopère avec l'extré- mité libre de la tige 32 en fonction du mouvement rectiligne (mouve- ment vers le haut) du piston 30. La force de poussée exercée sur la plaquette de liaison 72 fait pivoter la plaquette de liaison 72 d'un angle prédéterminé autour du point support de l'axe d'articulation 70, et elle fait pivoter le levier support 74 selon l'action de liaison de la plaquette de liaison 72. En conséquence, le bras 20 tourne d'un angle prédéterminé dans le sens anti-horaire autour du point de support de la section por- tante 18 du levier support 74. Pendant le processus au cours duquel on fait tourner le bras dans le sens anti-horaire comme décrit ci-dessus, la surface incur- vée 81 de la plaquette de liaison 72 entre en contact avec la roulette de guidage 79. La roulette de guidage 79 tourne autour du centre de l'axe 82 tout en maintenant l'état de contact avec la surface incurvée 81 (voir figure 4). Lorsque l'on fait tourner davantage le bras 20 jusqu'à le met- tre en butée contre la pièce (désignée par W), l'action de rotation du bras 20 est stoppée. En conséquence, on obtient l'état de serrage, dans lequel la pièce W est serrée, ou pincée, par le bras 20. Après que l'action de rotation du bras 20 a été stoppée et que l'état de serrage a été obtenu, le piston 30 et la tige 32 ne se déplacent qu'un peu plus vers le haut. En conséquence, le piston 30 et la tige 32 sont stoppés pour donner la position terminale de déplacement (voir figure 4). Ensuite, lorsque l'on sépare le bras 20 de la pièce pour mettre fin à l'état de serrage, on introduit le fluide sous pression dans la chambre de vérin 28 qui se trouve au-dessus du piston 30 par le deuxième orifice d'entrée/sortie 42b de fluide sous pression placé sur le côté opposé en fonction de l'action de commutation d'une vanne guide de commande non représentée. Le piston 30 est poussé en fonc- tion de l'action du fluide sous pression introduit dans la chambre de vérin 28. Le piston 30 se déplace vers le bas le long de la chambre de vérin 28. Le mouvement rectiligne du piston 30 est converti en mouve- ment rotatif du bras 20 au moyen du mécanisme de liaison articulé 64. Le bras 20 suit un mouvement de rotation dans le sens horaire. Avant que le bras 20 ne tourne dans le sens horaire pour per- mettre au piston 30 d'arriver à la position inférieure extrême, la seconde surface inclinée 52 de la section de contact 54, qui se déplace vers le bas d'un seul tenant avec le bloc genouillère 56, coopère avec la roulette 48 qui est supportée à rotation par la plaquette de ver- rouillage 60 (voir figure 5). Dans cette situation, la plaquette de verrouillage 60 est pous- sée dans le sens de la flèche A contre la force élastique du ressort 68. La roulette 48, qui est supportée à rotation par la plaquette de ver- rouillage 60, roule sur la seconde surface inclinée 52 de la section de contact 54 et sur la section arête 53 formée au niveau de la partie fron- tière entre la première surface inclinée 50 et la seconde surface incli- née 52 (voir figure 6). La roulette 48 coopère avec la première surface inclinée 50. En conséquence, le bras 20 est verrouillé au niveau de la position initiale dans l'état desserré (voir figure 7). Dans ce mode de réalisation, la position initiale fait référence à l'état dans lequel le piston 30 arrive à la position inférieure extrême de la chambre de vérin 28, comme montré en figure 2. Dans l'état verrouillé décrit ci-dessus, le deuxième orifice d'entrée/sortie 42b de fluide sous pression est aussi dans l'état d'être ouvert à la pression atmosphérique. Par conséquent, même lorsque l'alimentation en fluide sous pression est interrompue par une cause quelconque au niveau de la position initiale dans l'état desserré du bras 20, alors l'état desserré est maintenu de manière fiable par le mécanisme de verrouillage 22 sans être relâché. Comme décrit plus haut, dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, grâce à la présence du mécanisme de ver- rouillage 22, même lorsque l'alimentation de fluide sous pression à la section vérin 14 pour fonctionner alors que le mécanisme d'entraîne- ment est stoppé, et que la transmission de la force d'entraînement au bras 20 est interrompue, l'état desserré du bras 20 peut être maintenu de manière fiable. Il est nécessaire que la force (force de maintien) avec laquelle le bras 20 est maintenu dans l'état desserré par le mécanisme de verrouillage 22 soit réglée de façon à être une force de maintien correcte avec laquelle aucun déplacement n'est provoqué par la force d'inertie, par exemple lorsque l'on fait fonctionner le robot ou ensem- ble similaire sur lequel est monté le dispositif de serrage 10. En outre, il est nécessaire que la force (force de maintien) soit réglée de façon à être une force de maintien d'un degré tel que l'état de maintien de des- serrage puisse être relâché par la force de déplacement du piston 30 lorsque le fluide sous pression est de nouveau envoyé par l'orifice d'entrée/sortie 42b de fluide sous pression. Dans ce cas, il est préféra- ble que l'angle d'inclinaison oa de la première surface inclinée 50 de la section de contact 54 par rapport au plan vertical soit choisi plus grand que l'angle d'inclinaison P de la seconde surface inclinée 52. En outre, il est préférable que l'angle d'inclinaison ox de la première sur- face inclinée 50 soit compris entre environ 30 degrés et 45 degrés et que l'angle d'inclinaison [3 soit compris entre environ 10 degrés et 20 degrés. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, la section vérin 14 est utilisée comme mécanisme d'entraînement. Cependant, il ne faut pas se limiter à ce cas de figure. La tige 32 peut être déplacée en utilisant, par exemple, un actionneur linéaire ou un moteur électrique (non représenté). REVENDICATIONS 1. Dispositif de serrage comprenant: un corps (12); un mécanisme d'entraînement (14) pour déplacer une tige (32) placée à l'intérieur dudit corps (12) dans la direction axiale dudit corps (12); un mécanisme de liaison articulé (64) comportant un élément de liaison (72) connecté à ladite tige (32), pour convertir le mouve- ment rectiligne de ladite tige (32) en un mouvement de rotation; un bras (20) connecté audit mécanisme de liaison articulé (64), pour effectuer une rotation d'un angle prédéterminé en fonction de l'action d'entraînement dudit mécanisme d'entraînement (14); et un mécanisme de verrouillage (22) prévu à l'intérieur dudit corps (12), pour maintenir ledit bras (20) dans un état desserré lorsque la transmission de la force d'entraînement dudit mécanisme d'entraîne- ment (14) audit bras (20) est interrompue. 2. Dispositif de serrage selon la revendication 1, dans lequel ledit mécanisme de verrouillage (22) comporte un axe à point support (58) supporté par ledit corps (12), une plaquette de verrouillage (60) prévue pour pivoter d'un certain angle autour du point support dudit axe à point support (58), une roulette (48) supportée à rotation par ladite plaquette de verrouillage (60) au moyen d'un axe (66), une sec- tion de contact (54) formée sur un bloc genouillère (56) destinée à coopérer avec ladite roulette (48), et un ressort (68) pour pousser ladite roulette (48) vers ladite section de contact (54). 3. Dispositif de serrage selon la revendication 2, dans lequel ladite section de contact (54) comporte une première surface inclinée (50), une seconde surface inclinée (52), et une section arête (53) for- mée au niveau d'une partie frontière entre ladite première surface inclinée (50) et ladite seconde surface inclinée (52) avec laquelle ladite roulette (48) peut coopérer. 4. Dispositif de serrage selon la revendication 3, dans lequel l'angle d'inclinaison a de ladite première surface inclinée (50) par rap- port à un plan vertical est choisi de façon à être plus grand que l'angle d'inclinaison D de ladite seconde surface inclinée (52). 5. Dispositif de serrage selon la revendication 2, dans lequel la force de maintien dudit mécanisme de verrouillage (22) est réglée selon L2/L1, o L1 représente la distance séparant ledit axe à point support (58) du point d'appui au niveau duquel se touchent ladite rou- lette (48) et ladite section de contact (54), et o L2 représente la dis- tance séparant ledit axe à point support (58) du point de pression au niveau duquel ledit ressort (68) effectue une action de poussée, en se basant sur le point central dudit axe à point support (58). 6. Dispositif de serrage selon la revendication 1, dans lequel ledit mécanisme d'entraînement est constitué d'une section vérin (14) comportant un piston (30) qui peut se déplacer en fonction de l'action d'un fluide sous pression envoyé dans une chambre de vérin (28) via deux orifices d'entrée/sortie (42a, 42b) de fluide sous pression.