Brevet FR2885190A1 — publié le 20061103

La présente invention a pour objet un dispositif de freinage par excentrique pour l'irréversibilité automatique et immédiate, dans les deux sens, de la transmission d'un couple de forces. Elle relève du domaine de la transmission mécanique de puissance où elle trouvera de 5 nombreuses applications avantageuses, notamment dans l'abaissement des coûts de la sécurisation des engins de levage. Dans l'état présent de la technique, il existe déjà un joint de transmission irréversible dans les deux sens dont les effets présentent a priori des similitudes avec ceux de l'objet de la présente invention. Il comporte un organe d'entrée et un organe de sortie et son effet consiste en ce qu'un couple de forces exercé en entrée, dans un sens ou dans l'autre, est transmis dans le même sens à l'organe de sortie, après un très léger jeu angulaire à chaque changement de sens, sans qu'un tel couple s'exerçant sur ce dernier puisse être transmis, en retour, à l'organe d'entrée. Le principe du fonctionnement de ce joint irréversible à deux sens repose sur le coincement de deux rouleaux cylindriques, écartés l'un de l'autre au moyen d'un ressort, entre deux rampes inclinées symétriques, situées de part et d'autre d'une came centrale mobile liée à l'organe de sortie, et la paroi intérieure cylindrique d'une cage extérieure fixe. Lesdits rouleaux pouvant être décoincés parallèlement chacun par un doigt émanant d'un organe d'entrée placé coaxialement à l'axe central de fonctionnement du dispositif. Mais ledit joint est relativement fragile et ne peut donc pas convenir au contrôle de couples de valeur élevée. De plus, il ne peut pas être utilisé pour contrôler une charge résistante appliquée à l'organe de sortie si celle- ci tend à entraîner l'organe d'entrée moteur en survitesse. Son emploi est donc exclu de la sécurisation des engins de levage dont il ne peut pas contrôler la charge à la descente. Le dispositif de freinage par excentrique selon l'invention pallie ces inconvénients en ayant recours à des excentriques qui présentent les deux avantages déterminants d'être très robustes et de permettre, en plus, le parfait contrôle d'une charge importante tant à la descente qu'à la montée de cette dernière. Le dispositif de freinage par excentrique selon l'invention, est composé d'un châssis- boîtier fixe (C) dont la première paroi verticale est munie d'un palier d'entrée à l'intérieur duquel est monté à rotation un arbre d'entrée moteur (1), d'axe central de fonctionnement X, autour duquel sont montés à rotation limitée un premier disque d'excentrique (A) de très court rayon r, d'axe de fonctionnement X et d'axe excentré x, dépourvu de tourillon, ainsi qu'un second excentrique (B), de même rayon r que le précédent et dont le tourillon de sortie (2), prolongé pour servir d'organe de sortie du dispositif, qui est monté à rotation dans un palier, d'axe X, dont est munie la seconde paroi verticale dudit châssis- boîtier, est facultativement creusé axialement d'un logement cylindrique (2/Bis) à l'intérieur duquel peut être introduite à rotation l'extrémité dudit arbre d'entrée (1) qui est pourvu d'autre part de la partie motrice (M.J.A), en saillie radiale, d'un moyen (J.A.) d'inclusion d'un jeu angulaire à chaque changement de sens qui agit, après un jeu déterminé par le constructeur, sur les parties réceptrices (R.J.A) en creux dudit moyen dont sont identiquement pourvus lesdits deux disques d'excentrique qui sont montés, ensuite, chacun parallèlement à l'autre, à rotation à l'intérieur d'une des deux extrémités cylindriques, alésées à cet effet, d'un manchon d'accouplement (3) qui est conduit, par ailleurs, dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement par un système de guidage par joints homocinétiques qui peuvent être composés de doigts latéraux (3/Bis), d'axes parallèles au précédent axe excentré x et tous équidistants de celui-ci, qui émanent latéralement du pourtour des deux côtés dudit manchon et sont contraints de suivre, tous parallèlement et en même temps, une courbe circulaire de rayon fondamental r dans des orbites cylindriques (3/Ter), d'axes parallèles à l'axe de fonctionnement X et tous situés à égale distance de ce dernier, qui sont creusées à cet effet dans l'épaisseur des deux parois verticales du susdit châssis boîtier fixe et calculées en conséquence selon les règles de l'art. Dans la description ci-dessus, il est question d'un moyen d'inclusion d'un jeu angulaire (J.A) comportant une partie motrice en saillie (M.J.A) liée à l'arbre moteur et une partie réceptrice en creux (R.J.A) qui est aménagée dans chacun des disques des deux excentriques (A) et (B). Il est à préciser qu'une première version élémentaire dudit moyen consiste en une cannelure (M.J.A) saillant le long d'un segment de l'arbre moteur et qui peut jouer à l'intérieur d'une cannelure en creux plus large (R.J.A) qui est aménagée à l'intérieur du palier cylindrique de montage de chacun des deux disques d'excentrique sur ledit arbre. Mais une seconde version comporte, lié à l'arbre moteur (1), un organe radiale (M.J.A) traversé par un arbre poussoir, d'axe parallèle à l'axe X, dont les deux extrémités peuvent jouer chacune à l'intérieur d'un trou cylindrique (R.J.A), de préférence de même axe que celui dudit arbre poussoir, creusé symétriquement de part et d'autre dudit organe radiale, dans l'épaisseur de chacun des deux disques d'excentrique en présence. La Figure N 1 représente à titre d'exemple non limitatif la coupe verticale d'un segment du premier des moyens d'inclusion d'un jeu angulaire (J.A.) cités ci-dessus. On peut y voir, en couleur noire, une coupe de sa partie motrice (M.J.A) en saillie, qui appartient à l'arbre d'entrée (1) , telle qu'elle est disposée à l'intérieur du pourtour de sa partie réceptrice (R.J.A) en creux qui appartient à l'un et/ou à l'autre des deux disques d'excentrique (A) et (B). La Figure N 2 représente à titre d'exemple non limitatif une coupe médiane vue de profil du second des moyens d'inclusion d'un jeu angulaire (J.A.) cités ci-dessus. On peut y voir que la partie motrice (M.J.A) de celui-ci est constituée d'un organe qui est lié radialement à l'arbre moteur d'entrée (1) et qui est traversé, parallèlement à l'axe X de fonctionnement de ce dernier, par un petit arbre poussoir, d'axe parallèle audit axe X, dont les deux extrémités peuvent jouer respectivement, l'une dans un logement cylindrique (R.J.A), de même axe que le précédent, creusé dans l'épaisseur du disque d'excentrique (A) et l'autre dans un logement cylindrique coaxial (R.J.A) creusé symétriquement au précédent dans l'épaisseur du disque d'excentrique (B). Dans la description ci-dessus, il est aussi question d'un système de guidage du manchon d'accouplement (3) dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement. Il est utile de préciser que ledit mouvement caractéristique est un mouvement circulaire continu, de même rayon fondamental r que celui des excentriques accouplés, qui est généralisé à tous les points de ladite bielle en même temps. Le système de guidage qui a été décrit et la façon dont les mesures de ses éléments sont calculés ont l'avantage d'être bien connus de l'homme de l'art puisqu'il s'agit d'un joint homocinétique qui est déjà utilisé dans de nombreux mécanismes. Un autre système de guidage du manchon d'accouplement (3) dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement consiste à interposer un joint d'OLDHAM, percé d'une large ouverture centrale, pour permettre le libre passage de l'arbre d'entrée (1) et du tourillon de sortie (2/Bis), entre chacune des extrémités du manchon d'accouplement (3) et la paroi verticale du châssis-boîtier (C) qui lui fait face; lesdites extrémités et lesdites parois étant aménagées à cet effet selon les règles de l'art en vue de permettre le glissement horizontal (ou vertical) des premières dans l'épaisseur dudit joint en même temps que le glissement vertical (ou horizontal) de ce dernier dans l'épaisseur des secondes. On peut envisager aussi l'emploi de plusieurs joints d'OLDHAM, plus petits et non percés en leur centre, interposés de la même manière que précédemment entre la périphérie des extrémités du manchon d'accouplement (3) et les parois verticales du châssis-boîtier (C) qui leur font face.. La Figure N 3 représente en coupe médiane vue de profil et à titre d'exemple non limitatif l'entièreté du dispositif à frein par excentrique selon l'invention tel qu'il se présente quand il est équipé du second moyen d'inclusion d'un jeu angulaire cité plus haut.- On peut y constater qu'il est composé d'un châssis boîtier (C) dont deux parois verticales en vis à vis comportent deux paliers centraux coaxiaux, qu'un arbre d'entrée (1), d'axe de fonctionnement X, est monté à rotation dans le premier de ceux-ci, qu'audit arbre est lié un organe radial (J.A.) d'inclusion d'un jeu angulaire portant une partie motrice (P.J.A.) constituée d'un petit arbre d'axe parallèle audit axe de fonctionnement, que, d'un côté dudit organe radial (P.J.A), un premier disque d'excentrique (A) dépourvu de tourillon, d'axe excentré x parallèle aux axes précédents, est monté à rotation autour de l'arbre d'entrée (1), que ce disque est creusé, au niveau de l'axe du petit arbre (P.J.A), d'un trou cylindrique (R.J.A) d'un diamètre suffisant pour que la première extrémité de celui-ci, qui y est introduite, puisse y jouer comme il se doit, qu'un second disque d'excentrique (B), d'axe excentré x, est monté à rotation autour dudit arbre d'entrée (1) de l'autre côté dudit organe radial, que ce second disque est creusé d'un trou cylindrique (R.J.A) symétriquement au précédent afin que l'autre extrémité dudit petit arbre puisse y jouer de la même manière, que le tourillon (2) dudit second disque d'excentrique est prolongé de manière à pouvoir être monté à rotation à l'intérieur du palier central qui équipe la seconde paroi verticale du châssis boîtier (C) où il sert d'organe de sortie du dispositif et qu'il est creusé axialement d'un logement cylindrique (2/Bis) dans lequel est introduite à rotation l'extrémité du susdit arbre d'entrée, que les disques des deux excentriques (A) et (B) sont montés à rotation respectivement l'intérieur de l'une et de l'autre des deux extrémités d'un manchon cylindrique d'accouplement (3), et enfin que, pour assurer son guidage dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement, ce manchon porte, au pourtour de chaque côté, des doigts (3/Bis), d'axes parallèles à l'axe excentré x et tous équidistants de celui-ci, qui suivent tous obligatoirement le pourtour intérieur d'orbites cylindriques (3/Ter), toutes d'axes parallèles à l'axe de fonctionnement X et équidistants de ce dernier, qui sont ouvertes selon les règles de l'art dans l'épaisseur des précédentes parois verticale. Le principe du fonctionnement du dispositif selon l'invention repose sur le fait, apparemment non exploité jusqu'à présent, que, quand on accouple deux excentriques de même court rayon r parfaitement ajustés au moyen d'une bielle soumise au mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement, on est obligé de faire tourner, en même temps et à la même vitesse, les tourillons de ces deux excentrique pour mettre la bielle en mouvement, tandis que l'excès des forces de frottement empêche tout mouvement de l'ensemble accouplé si l'on tente d'agir isolément sur le tourillon d'un seul des deux excentriques. Dans le fonctionnement d'un palan muni du dispositif selon l'invention, par exemple, une charge à la montée est parfaitement contrôlée à l'arrêt de l'effort moteur, car le jeu angulaire prévu empêche le disque de l'excentrique de sortie (B) d'embrayer l'arbre (1) sur le disque de l'excentrique de freinage (A) sur lequel l'action du manchon-bielle d'accouplement (3), sollicité seulement par le disque d'excentrique (B) sans que puisse l'assister l'arbre moteur (1), n'a aucun effet. Et à la descente, alors que c'est la charge qui devient motrice avec tendance à s'accélérer, toute vitesse conférée en sortie par celle-ci à l'excentrique (B) qui tendrait à dépasser la vitesse qui est communiquée par l'arbre d'entrée moteur aux deux excentriques (A) et (B) en même temps est aussitôt freinée de façon parfaitement fluide par l'excentrique (A) dont la subtile fonction de frein autocontrôlé en toutes circonstances se confirme entièrement. Car, là encore, l'arrêt total du moteur s'accompagne de l'arrêt simultané de la descente de la charge. Une variante du dispositif de freinage par excentrique selon l'invention consiste à tirer parti d'un phénomène connu dont l'étude minutieuse a permis d'établir le principe, exposé de l'alinéa 4 à l'alinéa 11 cidessus. Ce phénomène consiste en ce qu'un excentrique de rayon r muni d'une bielle ou d'un collier solidarisé à un coulisseau glissant en ligne droite à l'intérieur d'une coulisse fixe peut transformer un mouvement circulaire continu conféré au tourillon de son disque en un mouvement rectiligne alternatif dudit coulisseau dont la course équivaut au double de la longueur de ce rayon r. Ceci sans que la transformation inverse soit possible à cause de l'excès des forces de frottement qui se manifeste alors. C'est ce principe, d'ailleurs, qui est utilisé pour le fonctionnement du robuste système de changement de marche des locomotives à vapeur. Il est à noter que, dans ce système de changement de marche, le collier de l'excentrique est nécessairement prolongé par une tige à l'extrémité ou tête de laquelle est solidarisée la crosse d'un tiroir que l'on peut appeler coulisseau. Mais la présence de cette tige, qui prend l'apparence d'une bielle, n'est pas indispensable au fonctionnement de l'objet de la présente invention où le collier, lui-même, peut être directement solidarisé à un coulisseau. D'où l'appellation collierbielle qui sera employée plus loin et le mot tête (de bielle) qui désignera le point de solidarisation du collier-bielle avec le coulisseau. Ladite variante est de composition quasi identique à celle du dispositif qui a été décrit plus haut, à la différence que tout système de guidage dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement étant supprimé, le disque d'excentrique (A) et le disque de l'excentrique (B) sont munis d'un collier-bielle commun (3) à la tête duquel est monté un coulisseau (3/Bis) qui peut glisser en mouvement rectiligne alternatif dans une coulisse verticale (3/Ter) qui est liée au châssis-boîtier fixe (C). Les Figures N 4/a et N 4/b représentent, vue de face et à titre d'exemple non limitatif, la variante ci-dessus du dispositif selon l'invention successivement en position point mort haut et en position mi-course descendante.- On peut y voir l'arbre moteur (1) porteur du disque de l'excentrique (B) entouré du collier-bielle (3) que celui-ci partage avec l'excentrique (A) non apparent et dont la tête porte, solidarisée à elle, le coulisseau (3/Bis) qui peut glisser verticalement en un mouvement alternatif rectiligne à l'intérieur d'une coulisse constituée de deux guides (3/Ter) liés à cet effet au châssis-boîtier fixe (C). On y constate aussi que l'arbre d'entrée (1) et le disque d'excentrique (A ou B) sont équipés du premier des deux moyens d'inclusion d'un jeu angulaire tels que précédemment décrits. Les deux positions successives permettent d'extrapoler facilement la suite des étapes d'un cycle complet. La variante ci-dessus peut aussi être caractérisée par le montage d'un premier collier-bielle (3A) sur le disque d'excentrique (A) et d'un second collier bielle (3B) sur le disque d'excentrique (B), les têtes desdits colliers-bielles étant solidarisées, chacune pour sa part, à un même coulisseau (3/Bis) qui peut glisser en mouvement rectiligne alternatif à l'intérieur d'un coulisse fixe (3/Ter).Cette version de la variante de l'invention est assez clairement compréhensible pour ne pas nécessiter de dessin. Le dispositif selon l'invention et sa variante présentent l'avantage d'un excellent rendement en transmission. En fait, dans le calcul de ce rendement, il suffit de soustraire aux 100% obtenus par une prise directe, une fois pour toutes et quel que soit le poids de la charge à mouvoir, la quantité d'énergie qui est nécessaire à la mise en mouvement, parasitaire indispensable, de la masse des deux excentriques et de leur équipement. Autrement dit, le rendement se révélera proportionnellement d'autant meilleur que la charge à mouvoir sera plus lourde. Ledit mouvement parasitaire, qui paradoxalement n'a d'utilité qu'à l'instant où le moteur qui le produit s'immobilise ou n'est plus moteur à proprement parler (au cours de la descente d'une charge), étant d'autant moins important que le rayon r des excentriques utilisés est court. Or il est avéré qu'un rayon de 2 m.m. est déjà suffisant. De plus, on peut raisonnablement prévoir que la pratique et le savoir faire donneront au constructeur l'occasion de réduire considérablement ladite masse par l'emploi de matériaux légers partout où cela ne nuira pas à la robustesse du mécanisme. En ce qui concerne les économies de moyens dans l'industrie en général, il paraît évident que le dispositif de freinage par excentrique selon l'invention permettra dorénavant de se passer de la roue libre dont on se sert communément comme antidévireur . Mais ce dispositif constituant un frein parfaitement efficace, après avoir prouvé son utilité en tant que antisurvireur et en tant que frein immédiat à la descente d'une charge, il n'est pas à exclure que son emploi puisse donner lieu, dans l'avenir, à des dérogations justifiables autant que profitables aux normes de sécurité en vigueur dans de nombreux pays. REVENDICATIONS Revendication 1.- Dispositif de freinage par excentrique pour l'irréversibilité automatique et immédiate, dans les deux sens, de la transmission d'un couple de forces caractérisé en ce qu'il est composé d'un châssis-boîtier fixe (C) dont la première paroi verticale est munie d'un palier d'entrée à l'intérieur duquel est monté à rotation un arbre d'entrée moteur (1) ,d'axe central de fonctionnement X, autour duquel sont montés à rotation limitée un premier disque d'excentrique (A) de très court rayon r, d'axe de fonctionnement X et d'axe excentré x dépourvu de tourillon, ainsi qu'un second excentrique (B) de même rayon r que le précédent et dont le tourillon de sortie (2), prolongé pour servir d'organe de sortie du dispositif, qui est monté à rotation dans un palier, d'axe X, dont est munie la seconde paroi verticale dudit châssis-boîtier, est facultativement creusé axialement d'un logement cylindrique (2/Bis) à l'intérieur duquel peut être introduite à rotation l'extrémité dudit arbre d'entrée (1) qui est pourvu, d'autre part, de la partie (M.J.A) en saillie radiale, d'un moyen (J.A) d'inclusion d'un jeu angulaire à chaque changement de sens qui agit, après un jeu déterminé par le constructeur, sur les partie réceptrices (R.J.A) en creux dudit moyen dont sont identiquement pourvus lesdits deux disques d'excentrique qui sont montés, ensuite à rotation, chacun parallèlement à l'autre, à l'intérieur d'une des extrémités cylindriques, alésées à cet effet, d'un manchon d'accouplement (3) qui est conduit, par ailleurs, dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement par un système de guidage par joints homocinétiques qui peuvent être composés de doigts latéraux (3/Bis) , d'axes parallèles au précédent axe excentré x et tous équidistants de celui-ci, qui émanent latéralement du pourtour des deux côtés dudit manchon et sont contraints de suivre, tous parallèlement et en même temps, une courbe circulaire de rayon fondamental r dans des orbites cylindriques (3/Ter), d'axes parallèles à l'axe de fonctionnement X et tous situés à égale distance de ce dernier, qui sont creusées dans l'épaisseur des deux parois verticales du susdit châssis-boîtier fixe et calculées à cet effet selon les règles de l'art. Revendication 2.- Dispositif de freinage par excentrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'inclusion d'un jeu angulaire (J.A.) de celui-ci comporte une partie (M.J.A.) qui est constituée d'une cannelure saillant radialement le long d'un segment de l'arbre d'entrée moteur (1) et qui peut jouer, à chaque changement de sens et selon un angle déterminé par le constructeur, à l'intérieur d'une partie réceptrice (R.J.A) constituée par une cannelure plus large, en creux, qui est aménagée à l'intérieur du palier de montage de chacun des deux disques des excentriques (A) et (B) sur ledit arbre. Revendication 3.- Dispositif de freinage par excentrique selon la revendication 1 caractérisé par l'emploi d'un moyen d'inclusion d'un jeu angulaire (J.A.) dont la partie en saillie radiale (M.J.A.) est constituée d'un organe lié radialement à l'arbre d'entrée moteur (1) et traversé de part en part par un arbre poussoir, d'axe parallèle à l'axe X de fonctionnement, dont les deux extrémités peuvent jouer, selon un angle déterminé par le constructeur, à l'intérieure d'une partie réceptrice (R. J.A) constituée de deux orifices cylindriques, d'axe parallèle audit axe X également, creusés symétriquement à leur niveau dans l'épaisseur du disque d'excentrique (A) et dans celle du disque d'excentrique (B). Revendication 4.- Dispositif de freinage par excentrique selon ma revendication 1 caractérisé par l'emploi d'un système de guidage du manchon d'accouplement (3) dans le mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement consistant dans l'interposition d'un joint d'Oldham évidé en son centre entre chacune des deux extrémités dudit manchon et chacune des deux parois intérieures verticales du châssis-boîtier C) ; les unes et les autres étant aménagées chacunes pour leur part à cet effet dans les règles de l'art; ou par l'interposition de plusieurs petits joints d'Oldham interposés entre la périphérie de chacun des deux côtés dudit manchon et chacune desdites deux parois aménagées de manière analogue. Revendication 5.- Dispositif de freinage par excentrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que, le recours au mouvement caractéristique d'une bielle d'accouplement étant abandonné pour l'obtention de l'irréversibilité au profit de celle que permet un système bielle-manivelle excentrique , le précédent manchon (3) devient un collier-bielle (3) qui est commun aux deux excentriques (A) et (B) et dont la tête est solidarisée à un coulisseau (3/Bis) guidé en un mouvement rectiligne alternatif dans une coulisse fixe ((3/Ter) liée au châssis-boîtier Revendication 6.- Dispositif de freinage par excentrique selon la Revendication 5 caractérisée en ce que le collier-bielle (3) n'est plus commun aux excentriques (A) et (B) qui sont munis respectivement d'un collier-bielle (3A) et d'un collier-bielle (3B) tous deux étant conjointement solidarisés à un coulisseau (3/Bis) guidés en un mouvement rectiligne alternatif dans une coulisse (3/Ter) liée au châssisboîtier (C.)