Brevet FR2828241A1 — publié le 20030207

DISPOSITIF ROTATIF GRAVITATIONNEL La présente invention concerne un dispositif rotatif gravitationnel dans lequel un premier élément et un second élément peuvent être mis en rotation l'un par rapport à l'autre autour d'un axe vertical par l'effet de la gravité, le mouvement de rotation étant ensuite poursuivi pendant une durée satisfaisante grâce à la quasi absence de forces de frottement. Le dispositif rotatif gravitationnel selon l'invention est destiné à trouver application notamment dans les cas où l'on veut mettre en rotation un objet autour d'un axe vertical sans moyens de motorisation autres que la gravité. On peut par exemple imaginer de mettre en rotation une figurine de danseuse, la reproduction réduite d'un monument tel que la Tour Eiffel, un manège, ou tout autre objet décoratif que l'on veut mettre en rotation sur un socle posé sur un support. Dans le domaine des manèges pyrotechniques ou de décors de fête, le document EP 0 756 150 A décrit un dispositif rotatif gravitationnel comprenant un plateau monté rotatif sur un arbre lui-même porté par une base qui le maintient en position sensiblement verticale. L'extrémité libre de l'arbre est conformée en pointeau et pénètre dans un trou borgne prévu dans le plateau. L'entrée du trou borgne comporte un moyen d'engagement interne constitué d'une nervure annulaire plane qui entoure un passage carré et qui vient en prise sur des filets externes hélicoïdaux de l'arbre. Les filets externes hélicoïdaux sont interrompus au regard d'un tronçon inférieur lisse à diamètre réduit sur lequel le moyen d'engagement interne n'a pas de prise. Pour le fonctionnement, l'utilisateur dispose le plateau en position supérieure, le moyen d'engagement interne étant en prise sur la partie supérieure du tronçon fileté d'arbre ; en relâchant alors le plateau, l'utilisateur laisse se produire un mouvement hélicoïdal accéléré du plateau jusqu'à ce que le moyen d'engagement interne soit au regard du tronçon inférieur lisse à diamètre réduit de l'arbre, et le plateau continue alors à tourner en étant supporté par la seule extrémité libre en pointeau de l'arbre sur laquelle vient en appui le fond du trou borgne de plateau. Pour remonter le plateau en position supérieure, l'utilisateur le soulève simplement, et la base s'écarte progressivement du plateau par un mouvement hélicoïdal avec le moyen d'engagement interne en prise sur les filets du tronçon fileté d'arbre. Au début du mouvement de soulèvement du plateau, une difficulté peut se produire si les extrémités inférieures des filets viennent en appui sur la face supérieure de la nervure annulaire carrée. En effet, dans cette position la base ne tourne pas autour de l'axe du trou borgne de plateau, et se trouve soulevée solidairement au plateau. L'utilisateur doit alors manipuler la base pour lui imprimer un mouvement de rotation afin que les extrémités inférieures des filets s'engagent dans les coins du passage carré et échappent ainsi à la nervure annulaire plane. Cet inconvénient n'a pas d'importance dans le cas du document EP 0 756 150 A, puisque le seul mouvement qui présente de l'intérêt est dans ce cas le mouvement de descente du plateau qui produit sa rotation lorsqu'on le relâche. Ce mouvement s'initialise de façon certaine puisque les filets sont déjà engagés dans les coins du passage carré en position de départ de rotation. Par contre, cet inconvénient prend de l'importance lorsque l'on veut appliquer le dispositif à l'entraînement d'un objet que l'on veut aussi manipuler d'une seule main pour son soulèvement jusqu'en position de départ de rotation. Le problème proposé par l'invention est ainsi de concevoir une nouvelle structure de dispositif rotatif gravitationnel dans lequel un mouvement volontaire de translation axiale relative de deux éléments l'un par rapport à l'autre produit nécessairement la rotation relative des deux éléments autour de l'axe pour initialiser le mouvement hélicoïdal. Un premier effet recherché peut être de produire de manière certaine le mouvement hélicoïdal de retour de la base en position écartée par rapport à l'objet lorsqu'on soulève l'objet. Une seconde application de l'invention peut être de garantir le début d'un mouvement de rotation hélicoïdal de l'objet lorsqu'on le relâche pour le soumettre à sa propre gravité, même si les filets sont dégagés des coins du passage polygonal en position de départ de rotation. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention prévoit un dispositif rotatif gravitationnel comprenant : - un premier élément portant un arbre ayant une extrémité libre conformée en pointeau, ayant un tronçon intermédiaire muni d'une pluralité de filets externes hélicoïdaux, et ayant au moins un tronçon lisse à diamètre réduit adjacent au tronçon intermédiaire, - un second élément muni d'un trou borgne ayant un tronçon d'entrée adapté pour laisser pénétrer l'arbre et muni d'un moyen d'engagement interne adapté pour venir en prise sur les filets externes hélicoïdaux de l'arbre en autorisant un mouvement hélicoïdal de rotation relative du premier élément et du second élément l'un par rapport à l'autre, le moyen d'engagement interne étant découplé de l'arbre lorsqu'il se trouve en regard du tronçon lisse à diamètre réduit, le trou borgne ayant un tronçon intermédiaire à diamètre élargi laissant le libre passage de l'arbre, et ayant un fond décalé du tronçon d'entrée selon une distance telle que le moyen d'engagement interne du trou borgne se trouve en regard du tronçon lisse à diamètre réduit de l'arbre lorsque le fond du trou borgne est en appui sur l'extrémité libre en pointeau de l'arbre, - le moyen d'engagement interne comprenant une succession de nervures obliques formant une structure polygonale à rampes frontales en dents de scie telle que les extrémités des filets hélicoïdaux peuvent glisser sur les rampes frontales en dents de scie du moyen d'engagement interne pour amorcer la rotation relative du premier élément et du second élément l'un par rapport à l'autre. Selon un mode de réalisation avantageux, l'arbre comporte un tronçon lisse à diamètre réduit à chacune des extrémités du tronçon intermédiaire à filets externes hélicoïdaux, de sorte que la forme polygonale à rampes en dents de scie du moyen d'engagement interne favorise le glissement des extrémités des filets externes hélicoïdaux d'arbre dans les deux sens d'engagement axial du premier élément et du second élément l'un par rapport à l'autre. De la sorte, le début de rotation hélicoïdale est assuré dans les deux sens de mouvement relatif des éléments l'un par rapport à l'autre. Dans une réalisation pratique, l'arbre peut avantageusement comporter quatre filets externes hélicoïdaux répartis en périphérie de l'arbre. Par exemple, les quatre filets peuvent être réalisés par les quatre arêtes d'un tronçon d'arbre à section carrée conformé en hélice. Le moyen d'engagement interne peut alors comporter au moins deux nervures obliques diamétralement opposées, et de préférence quatre nervures obliques pour garantir un meilleur équilibrage. En alternative, l'arbre peut comporter trois filets hélicoïdaux, et le moyen d'engagement interne comporte alors trois nervures obliques. Pour un arbre dont le diamètre est d'environ 6 mm, les nervures obliques peuvent avantageusement avoir une épaisseur d'environ 1 mm. Dans une application dans laquelle les deux éléments doivent rester en permanence solidaires l'un de l'autre, évitant notamment leur détachement lorsqu'on écarte les deux éléments l'un de l'autre, l'arbre peut comporter une nervure annulaire formant butée s'opposant à la sortie complète de l'arbre hors du trou borgne. Dans ce cas, le trou borgne peut avantageusement être réalisé par assemblage de deux tronçons successifs. L'arbre peut avantageusement être rapporté. sur une base pour former le premier élément. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue de face en coupe longitudinale des moyens de rotation relative de deux éléments l'un par rapport à l'autre selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de face en coupe longitudinale d'une première partie de l'élément comportant le trou borgne ; - la figure 3 est une vue de dessus de la première partie d'élément de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de face partielle en coupe longitudinale de la zone centrale de première partie d'élément de la figure 2, illustrant la structure du moyen d'engagement interne ; - la figure 5 est une vue de dessus de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue de face en coupe longitudinale de la seconde partie d'élément à trou borgne, adaptable sur la première partie de la figure 2 ; - la figure 7 est une vue de face de l'arbre selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 8 est une vue de face en coupe longitudinale de la base destinée à recevoir l'arbre de la figure 7. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le dispositif rotatif gravitationnel comprend un premier élément 1 portant un arbre 2, et un second élément 3 muni d'un trou borgne 4 conformé pour recevoir l'arbre 2. Comme on le voit sur les figures 1 et 7, l'arbre 2 comporte une extrémité libre 5 conformée en pointeau. Le tronçon d'extrémité 6 présente un diamètre inférieur au diamètre intérieur du trou borgne 4, et se raccorde à un tronçon intermédiaire 7 de diamètre plus important et comportant une pluralité de filets externes hélicoïdaux 8. Par exemple, le tronçon intermédiaire 7 peut avoir une section transversale carrée, constituant ainsi un tronçon à section carrée torsadé. L'arbre 2 comporte en outre un tronçon lisse à diamètre réduit 9, adjacent au tronçon intermédiaire 7 et opposé à l'extrémité libre 5 en pointeau par rapport au tronçon intermédiaire 7. Enfin, l'arbre 2 comporte une zone d'extrémité 10 opposée qui se fixe sur une base 11, l'arbre 2 et la base 11 formant le premier élément 1. Par exemple, la base 11 comporte un trou 12 dans lequel s'engage l'extrémité 10 de l'arbre 2, avec des moyens pour solidariser l'extrémité 10 de l'arbre 2 dans le trou 12, par exemple des moyens d'encliquetage tels que des ergots latéraux 13 qui, en position assemblée illustrée sur la figure 1, sortent de l'autre côté du trou de la base 11 et viennent en appui sur la face inférieure 14 de la base 11. Dans le second élément 3, tel qu'illustré sur les figures 1, 4,5 et 6, le trou borgne 4 comporte un tronçon d'entrée 15 adapté pour laisser pénétrer l'arbre 2 et muni d'un moyen d'engagement interne 16 adapté pour venir en prise sur les filets externes hélicoïdaux 8 de l'arbre 2 en autorisant un mouvement hélicoïdal de rotation relative du premier élément 1 et du second élément 3 l'un par rapport à l'autre. Le trou borgne 4 comporte un tronçon intermédiaire 17 à diamètre élargi, laissant le libre passage de l'arbre 2 sans contact, et notamment sans contact avec le tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2. Enfin, le trou borgne 4 comporte le tronçon d'extrémité 18 se terminant par un fond 19. La longueur du trou borgne 4, ou distance D entre le fond 19 et le moyen d'engagement interne 16, est choisie de telle façon que, lorsque l'extrémité libre 5 en pointeau de l'arbre 2 est en appui sur le fond 19, le moyen d'engagement interne 16 se trouve au regard du tronçon lisse à diamètre réduit 9 de l'arbre 2. Dans cette position, les deux éléments 1 et 3 peuvent librement tourner l'un par rapport à l'autre autour de leur axe longitudinal 1-1 commun. Lorsque l'axe longitudinal 1-1 commun est vertical, le second élément 3 repose sur le premier élément 1 par la surface très réduite constituée par l'extrémité libre 5 en pointeau de l'arbre 2. Une rotation préalablement initialisée peut ainsi se poursuivre d'elle-même pendant un certain temps. Lorsque les deux éléments 1 et 3 sont plus écartés l'un de l'autre selon l'axe longitudinal 1-1, le moyen d'engagement interne 16 est en prise dans les filets externes hélicoïdaux 8 du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2. Le mouvement relatif des deux éléments 1 et 3 l'un par rapport à l'autre est alors nécessairement un mouvement hélicoïdal suivant les filets externes hélicoïdaux 8 de l'arbre 2. Selon l'invention, comme on le voit mieux sur les figures 4 et 5, le moyen d'engagement interne 16 comprend une succession de nervures obliques formant une structure polygonale à rampes frontales en dents de scie. Ainsi, on distingue sur les figures le moyen d'engagement interne 16 composé de quatre nervures obliques 20a, 20b, 20c et 20d, qui entourent un trou central à section transversale carrée 20e dont le côté est un peu plus long que le côté du carré formant la section transversale du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2. Les arêtes hélicoïdales du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2 tendent ainsi à s'engager dans les coins du trou à section carrée 20e. Les nervures 20a-20d sont obliques, c'est-à-dire chacune inclinée d'un angle de 15 à 30 autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal 1-1. Ainsi, sur la figure 4, la nervure oblique 20a est inclinée vers la droite autour d'un axe II que l'on a à nouveau représenté sur la figure 5. Inversement, la nervure oblique 20c opposée est inclinée vers la gauche autour du même axe II. La nervure oblique 20b est inclinée autour de l'axe III, et la nervure oblique 20d est inclinée en sens opposé autour du même axe III. Ainsi, la face frontale supérieure du moyen d'engagement interne 16, telle que visible sur la figure 5, comporte une succession de rampes frontales en dents de scie. Le fonctionnement du système selon l'invention est expliqué ci-après. Supposons que les deux éléments 1 et 3 sont initialement disposés l'un sur l'autre comme illustré sur la figure 1, l'axe longitudinal 1-1 étant vertical. Le premier élément 1 constitue une base reposant sur le sol, et a pour cela une forme élargie assurant la stabilité. Le second élément 3 est au-dessus du premier élément 1, l'arbre 2 étant orienté avec son extrémité libre 5 dirigée vers le haut, et le trou borgne 4 venant coiffer l'arbre 2. En position initiale, le second élément 3 repose sur le premier élément 1 par le fond 19 du trou borgne 4 en appui sur l'extrémité libre 5 en pointeau de l'arbre 2. L'utilisateur soulève alors le second élément 3. Par cette action, le moyen d'engagement 16 vient en appui, par sa face frontale supérieure à rampes frontales en dents de scie, sur les extrémités inférieures des filets externes hélicoïdaux 8 du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2. Si les extrémités inférieures des filets externes hélicoïdaux 8 sont déjà en regard des coins du trou à section carrée 20e, les filets externes hélicoïdaux 8 peuvent immédiatement pénétrer dans le trou à section carrée 20e et il en résulte que le premier élément 1 est soulevé par le second élément 3 mais commence simultanément à tourner selon un mouvement hélicoïdal accéléré dans lequel il s'écarte progressivement du second élément 3 maintenu par l'utilisateur en position élevée. Lorsque le moyen d'engagement interne 16 a parcouru toute la longueur du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2, l'utilisateur peut reposer l'ensemble sur le sol, et la rotation du premier élément 1 s'arrête. Si l'utilisateur lâche alors le second élément 3, le moyen d'engagement interne 16 étant en prise sur les filets externes hélicoïdaux 8 du tronçon intermédiaire 7 de l'arbre 2, le second élément 3 redescend par gravité vers le premier élément 1 selon un mouvement hélicoïdal accéléré commandé par les filets externes hélicoïdaux 8. Le second élément 3 reprend alors la position verticale illustrée sur la figure 1. Dans cette position, le moyen d'engagement interne 16 est découplé de l'arbre 2, de sorte que le mouvement de rotation du second élément 3 peut se poursuivre pendant un certain temps grâce à l'absence de frottements entre les deux éléments 1 et 3. Mais à partir de la position de la figure 1, lorsque l'utilisateur soulève le second élément 3, si les extrémités inférieures des filets sont en regard des zones centrales des nervures obliques 20a-20d, l'inclinaison des nervures obliques 20a- 20d provoque le glissement des extrémités inférieures des filets et l'amorce de rotation du premier élément 1 autour de l'axe longitudinal 1-1, jusqu'à ce que les extrémités inférieures des filets s'engagent dans les coins du trou à section carrée 20e. Le mouvement se poursuit alors comme précédemment indiqué. L'invention permet ainsi que le mouvement de rotation s'amorce de façon certaine par le seul effet de la pesanteur dès que l'utilisateur écarte les éléments 1 et 3 l'un de l'autre. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le tronçon intermédiaire 7 est bordé d'un côté par le tronçon lisse à diamètre réduit 9, et est bordé de l'autre côté par une nervure annulaire 21 qui forme butée, son diamètre étant supérieur au diamètre du trou à section carrée 20e, s'opposant ainsi à la sortie complète de l'arbre 2 hors du trou borgne 4. Dans ce cas, lorsque l'utilisateur écarte les éléments 1 et 3 l'un de l'autre, par exemple en soulevant le second élément 3 tout en laissant pendre le premier élément 1, le mouvement hélicoïdal relatif du premier élément 1 à l'écart du second élément 3 s'arrête lorsque la nervure annulaire 21 vient en appui sur le moyen d'engagement interne 16. On peut ainsi manoeuvrer le dispositif selon l'invention à l'aide d'une seule main, en soulevant le second élément 3 sans prêter attention à la position du premier élément 1. Le système prend alors la position de départ, dans laquelle la rotation peut commencer immédiatement dès que l'utilisateur repose l'ensemble sur le sol par le premier élément 1. En alternative, on peut prévoir que l'arbre 2 comporte un tronçon lisse à diamètre réduit à chaque extrémité du tronçon intermédiaire 7 à filets externes hélicoïdaux 8. De la sorte, la forme polygonale à rampes en dents de scie du moyen d'engagement interne 16 favorise le glissement des extrémités des filets externes hélicoïdaux 8 d'arbre 2 dans les deux sens d'engagement, soit lorsqu'on écarte les deux éléments 1 et 3 l'un de l'autre, soit lorsqu'on les rapproche l'un de l'autre. Dans la réalisation illustrée sur les figures, l'arbre 2 porte quatre filets hélicoïdaux répartis en périphérie de l'arbre 2, et le moyen d'engagement interne 16 comporte quatre nervures diamétralement opposées. En alternative, on pourrait prévoir un arbre ayant trois filets, présentant une section transversale triangulaire, le moyen d'engagement interne 16 comportant alors trois nervures au lieu de quatre. Pour un arbre 2 dont le diamètre est d'environ 6 mm, on prévoit avantageusement que les nervures obliques 20a-20d ont une épaisseur d'environ 1 mm. On assure ainsi un bon guidage tout en autorisant un mouvement hélicoïdal libre, avec peu de frottements. Dans la réalisation illustrée sur les figures, le trou borgne 4 est réalisé par l'assemblage de deux tronçons successifs, à savoir une pièce supérieure 4a formant le fond 19 et le tronçon d'extrémité 18, et une pièce inférieure 4b constituant le moyen d'engagement interne 16, le tronçon d'entrée 15, et le tronçon intermédiaire 17. La pièce inférieure 4b peut être en forme de plateau, permettant de supporter un objet tel qu'une poupée, une reproduction réduite de Tour Eiffel, ou tout objet décoratif ou autre que l'on veut faire tourner sur un socle. Comme on le voit sur la figure 1, la partie en plateau 4c de la pièce inférieure 4b est avantageusement située à un niveau inférieur au niveau du fond 19 du trou borgne 4. On assure ainsi un bon équilibrage du second élément 3 lors de sa rotation, par le fait que le fond 19 du trou borgne 4 est décalé vers le haut par rapport au centre de gravité du second élément 3. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1-Dispositif rotatif gravitationnel, comprenant : - un premier élément (1) portant un arbre (2) ayant une extrémité libre (5) conformée en pointeau, ayant un tronçon intermédiaire (7) muni d'une pluralité de filets externes hélicoïdaux (8), et ayant au moins un tronçon lisse à diamètre réduit (9) adjacent au tronçon intermédiaire (7), - un second élément (3) muni d'un trou borgne (4) ayant un tronçon d'entrée (15) adapté pour laisser pénétrer l'arbre (2) et muni d'un moyen d'engagement interne (16) adapté pour venir en prise sur les filets externes hélicoïdaux (8) de l'arbre (2) en autorisant un mouvement hélicoïdal de rotation relative du premier élément (1) et du second élément (3) l'un par rapport à l'autre, le moyen d'engagement interne (16) étant découplé de l'arbre (2) lorsqu'il se trouve en regard du tronçon lisse à diamètre réduit (9), le trou borgne (4) ayant un tronçon intermédiaire (17) à diamètre élargi laissant le libre passage de l'arbre (2), et ayant un fond (19) décalé du tronçon d'entrée (15) selon une distance (D) telle que le moyen d'engagement interne (16) du trou borgne (4) se trouve en regard du tronçon lisse à diamètre réduit (9) de l'arbre (2) lorsque le fond (19) du trou borgne (4) est en appui sur l'extrémité libre (5) en pointeau de l'arbre (2), caractérisé en ce que le moyen d'engagement interne (16) comprend une succession de nervures obliques formant une structure polygonale à rampes frontales en dents de scie telle que les extrémités des filets hélicoïdaux peuvent glisser sur les rampes frontales en dents de scie du moyen d'engagement interne (16) pour amorcer la rotation relative du premier élément (1) et du second élément (3) l'un par rapport à l'autre. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (2) comporte un tronçon lisse à diamètre réduit (9) à chacune des extrémités du tronçon intermédiaire (7) à filets externes hélicoïdaux (8), de sorte que la forme polygonale à rampes en dents de scie du moyen d'engagement interne (16) favorise le glissement des extrémités des filets externes hélicoïdaux (8) d'arbre (2) dans les deux sens d'engagement axial du premier élément (1) et du second élément (3) l'un par rapport à l'autre. 3-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre (2) porte quatre filets externes hélicoïdaux (8) répartis en périphérie de l'arbre (2), et les moyens d'engagement internes (16) comportent au moins deux nervures obliques (20a, 20c) diamétrales opposées. 4-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre (2) comporte trois filets externes hélicoïdaux (8), et le moyen d'engagement interne (16) comporte trois nervures obliques. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les nervures obliques (20a-20d) ont une épaisseur d'environ 1 mm pour un arbre dont le diamètre est d'environ 6 mm. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre (2) comporte une nervure annulaire (21) formant butée s'opposant à la sortie complète de l'arbre (2) hors du trou borgne (4). 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le trou borgne (4) est réalisé par l'assemblage de deux tronçons successifs (4a, 4b). 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'arbre (2) est rapporté sur une base (11) pour former le premier élément (1).