Brevet FR2892964A1 — publié le 20070511

- 1 - DISPOSITIF DE RATTRAPAGE AUTONOME D'USURE L'invention concerne un système de rattrapage d'usure destiné à un outil de serrage, n'utilisant aucun actionneur - autre que l'actionneur principal du mécanisme - pour effectuer la fonction de rattrapage qui consiste à rendre le mouvement des pièces d'usure synchrone avec les deux phases générées par l'actionneur de serrage principal. Dans le document PCT/FR05/00306 du 10 février 2005, il est révélé un outil muni d'un dispositif de serrage comportant une vis propre à être entraînée en rotation autour d'un axe XX par l'intermédiaire d'un moteur électrique qui peut être couplé à une commande numérique. Les figures 1 et 2 jointes permettent de présenter ce dispositif Cette vis 10 possède un grand pas P1 et elle peut être entraînée en rotation dans un sens ou dans l'autre par le moteur M. La vis 10 coopère avec un écrou 12 susceptible d'être entraîné en translation dans la direction de l'axe XX de la vis. Cet écrou est solidaire d'un support 14, appelé aussi support mobile , réalisé ici sous la forme d'un élément tubulaire qui entoure au moins en partie la vis 10. Le support 14 est relié à la platine 16 qui porte un premier organe 18 (appelé aussi organe mobile ) susceptible d'être déplacé en translation, dans une direction parallèle à l'axe XX, pour se approcher ou s'éloigner d'un deuxième organe 20 (appelé aussi organe fixe ) porté par un support fixe 22 qui porte également le moteur M. Une colonne 24 est fixée au support fixe 22 et s'étend dans une direction parallèle à l'axe XX pour assurer un guidage en translation du support mobile 14 portant l'organe mobile 18. La platine 16 est munie à cet effet d'un alésage axial 26 traversé par la colonne 24. Dans l'exemple particulier où l'outil de serrage est une pince à souder, l'organe mobile 18 et l'organe fixe 20 constituent - 2 - respectivement une électrode et une contre-électrode. Dans l'exemple de réalisation, le pas P1 de la vis 10 est un pas à droite dont la valeur est avantageusement de l'ordre de grandeur de son propre diamètre. L'écrou 12 est équipé d'une paire de galets 28 qui forment des éléments suiveurs et qui sont montés en rotation autour d'un axe YY qui est perpendiculaire à l'axe XX de la vis. Seul l'un des deux galets est visible sur la figure 1. Le support fixe 22 porte un support cylindrique creux 30, encore appelé douille creuse , qui présente une paroi cylindrique 32 dans laquelle sont taillées deux glissières opposées 34 (seule l'une des deux glissières est visible sur la figure 1). Les galets 28 précités sont agencés pour rouler respectivement dans les deux glissières 34 qui forment des moyens de guidage. Chacune des glissières 34 comprend une partie linéaire 34L qui s'étend parallèlement à l'axe de la vis pour procurer un guidage linéaire à l'écrou 12, ainsi qu'une partie hélicoïdale 34H qui se raccorde à la partie linéaire 34L pour procurer un guidage hélicoïdal. Cette partie hélicoïdale s'étend suivant l'axe XX de la vis et possède un pas P2 qui est inversé par rapport au pas Pl de la vis, et qui est donc un pas à gauche dans l'exemple. Tant que les galets 28 sont en contact avec la partie 34L des glissières, ces dernières empêchent l'écrou de tourner ; et celui-ci peut se déplacer en translation avec une vitesse linéaire imposée par la vitesse angulaire du moteur et le pas P1 de la vis. Ceci constitue une première phase de déplacement Dl, encore appelée course, que l'on peut qualifier de phase inertielle. A l'approche du point de serrage, c'est-à-dire lorsque les galets 28 se rapprochent respectivement des parties hélicoïdales 34H, ces dernières entraînent l'écrou en rotation dans le même sens que la rotation de la - 3 - vis. Il en résulte que la vitesse linéaire de l'écrou diminue jusqu'à éventuellement devenir nulle. En effet, ceci provient d'une variation apparente du pas (en fait, la vitesse linéaire de l'écrou est synchronisée sur le pas P2). Il est à noter que le pas P2 peut être constant ou variable. Si l'on suppose, par conséquent, que la vis 10 est entraînée en rotation autour de son axe avec une vitesse angulaire établie constante, l'écrou se déplace d'abord (dans le sens du serrage) avec une vitesse constante pour la phase Dl (phase inertielle) et ensuite avec une vitesse plus lente dans la deuxième phase D2. Dans ce dispositif de serrage selon l'art antérieur, le support 14 est relié à la platine 16 de l'organe mobile 18 par une butée à billes désignée dans son ensemble par la référence 36, par laquelle le support mobile 14 reste en permanence solidaire en translation de l'organe mobile 18. Cette butée à billes 36 comprend deux contre-brides 38 disposées respectivement de part et d'autre de la platine 16 et prenant appui sur celle-ci par l'intermédiaire de billes 40. Les deux contre-brides 38 sont maintenues axialement entre une collerette 42 prévue à une extrémité du support mobile 14 et un écrou 44 vissé autour d'une autre extrémité du support mobile 14. Le dispositif selon l'art antérieur présente l'inconvénient qu'il ne peut compenser un décalage intervenu, dans le temps, entre les organes 18 et 20, spécialement lorsque ces organes sont des électrodes qui s'usent progressivement. La figure 2 permet de remédier à cet inconvénient en remplaçant la butée à bille 36 de la figure 1 par le mécanisme de compensation qui va être décrit maintenant. Le système de compensation 46 représenté à la figure 2 est interposé entre le premier organe 18 et le support mobile - 4 - 14 (qui est solidaire de l'écrou 12) pour réinitialiser la position du premier organe 18 par rapport au deuxième organe 20, de sorte que les première et deuxième phases de déplacement Dl et D2 engendrées par les premier et deuxième moyens de guidage 34L et 34H restent synchrones avec les phases nécessaires à une optimisation du déplacement du premier organe 18. Dans l'exemple, le système de compensation 46 comprend le support mobile 14, lequel est réalisé sous la forme d'un élément tubulaire solidaire de l'écrou 12 et muni d'un filetage extérieur 48. Le système de compensation comprend en outre un moyeu 50 muni d'un taraudage intérieur 52 pour coopérer avec le filetage extérieur 48 du support mobile 14. Ce moyeu 50 supporte le premier organe 18 par l'intermédiaire d'une butée à billes 54, qui est réalisée sous la forme d'une butée à double effet comprenant la platine 16 et deux contre- brides 56 et 58 prenant appui sur la platine par l'intermédiaire de billes 60. Ces deux contre-brides sont maintenues axialement entre une collerette 62 formée à une extrémité du moyeu 50 et un écrou 64 vissé autour d'une autre extrémité du moyeu. Le système de compensation 46 permet, à des fréquences définies selon le service de l'outil de serrage, une possibilité de réinitialisation de la position de l'organe mobile 18 par rapport à l'organe fixe 20, de sorte que les différentes phases de mouvement générées par les moyens de guidage du support cylindrique 30 (douille creuse) restent synchrones avec les phases de mouvement nécessaires à l'optimisation du mouvement de l'organe mobile 18. Ce système de compensation permet, notamment, un déplacement Longitudinal relatif de l'organe 18 suivant le sens de la flèche F par rapport à l'organe 20, afin de compenser les variations de leur - 5 -écartement dues à leur usure. Ceci présente un intérêt tout particulier dans le cas où l'organe mobile 18 et l'organe fixe 20 constituent respectivement une électrode et une contre-électrode de pince à souder. Ce déplacement de l'organe mobile 18 obtenu par mouvement circulaire relatif entre le moyeu 50 et le support mobile 14 est dans le document antérieur initié par un actionneur qui solidarise alternativement le moyeu 50 avec le support mobile 14 ou l'organe mobile 18. Dans la demande de brevet français 05/10911 du 26 octobre 2005, il est prévu une variante par l'adjonction d'un moteur auxiliaire indépendant du moteur principal de l'actionneur. C'est pour palier à cet inconvénient que la présente invention prévoit un système de rattrapage autonome ne nécessitant aucun autre actionneur ni organe de commande que le système de motorisation du serrage principal. L'invention, objet de la présente demande, a donc pour objet un dispositif de rattrapage d'usure pour un outil de serrage comportant un premier organe et un deuxième organe capables d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis d'un pas donné propre à être entraîné en rotation autour d'un axe, dans un sens ou dans un sens opposé sous l'action d'un moteur, un écrou coopérant avec la vis et propre à être entraîné en translation dans la direction de l'axe de la vis, ledit écrou étant solidaire en translation du premier organe, des premiers moyens de guidage définissant un guidage linéaire parallèle à l'axe de la vis pour bloquer la rotation de l'écrou dans une première phase de déplacement de l'écrou, et des deuxièmes moyens de guidage définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe de la vis et qui a un pas inversé par rapport au pas de la vis pour permettre la rotation de l'écrou dans - 6 - le même sens de rotation que la vis dans une deuxième phase de déplacement de l'écrou, ainsi qu'un système de compensation interposé entre le premier organe et un support mobile solidaire de l'écrou pour réinitialiser la position de ce premier organe par rapport au deuxième organe, de sorte que les première et deuxième phases de déplacement engendrées par les premier et deuxième moyens de guidage restent synchrones avec les phases nécessaires à une optimisation du déplacement du premier organe, caractérisé en ce que le dispositif de rattrapage d'usure se gère de manière complètement autonome sans aucune intervention extérieure de quelque sorte que ce soit, cette opération se fait par la mise en mémoire de l'état d'usure des pièces concrétisé par la position angulaire relative d'un disque par rapport au support mobile. C'est un autre but de l'invention que, pour effectuer ce rattrapage avec le maximum de précision, l'énergie nécessaire à cette opération stockée dans un ressort se libérera lorsque le niveau de contraintes entre un moyeu et le support mobile sera faible, cette caractéristique réduisant l'usure des pièces en contact pendant cette opération et l'énergie nécessaire sa réalisation à leur minimum. C'est un autre but de :L'invention de prévoir que un mécanisme ne permet la rotation du support mobile dans le disque que dans le seul sens de la flèche R ; il génère par ailleurs un frottement suffisant pour éviter tout mouvement intempestif du disque par rapport au support mobile. C'est un autre but de :L'invention de prévoir que, exceptionnellement, si l'espace à rattraper est trop important et lorsque le ressort a atteint son taux de compression maximal, on bloque en rotation solidairement deux disques, ce dispositif, en entraînant un mouvement - 7 - relatif entre le support mobile et le moyeu, effectue une phase de rattrapage en temps réel. C'est enfin un autre but de l'invention de prévoir que, après la phase de rattrapage en temps réel et lorsque le niveau de contrainte entre le support mobile et le moyeu aura diminué, l'énergie stockée dans le ressort va affiner la phase de rattrapage effectuée en temps réel et faire retomber l'ensemble des contraintes générées dans la cinématique par cette opération. La figure 1 et la figure 2 représentent l'art antérieur décrit 10 précédemment. La figure 3 reprend la figure 2 à laquelle on a ajouté en 68 un disque solidarisé en rotation au moyeu 50 par le doigt 66, ce disque pouvant se déplacer en translation sur ledit moyeu. Un deuxième disque 80 est monté sur le support mobile 14 par un mécanisme 76. Ce mécanisme connu 15 et non représenté est du type roue libre de vélo qui n'autorise la rotation du disque 80 par rapport au support mobile 14 que dans un seul sens. Au moins un ressort 74 se loge dans une fenêtre aménagée dans le disque 68 et une autre, dans le disque 80. Le ressort équipé de ses deux demi-guides 70 et. 72 assure la position longitudinale du disque 68 20 par rapport au disque 80. L'organe mobile 18 est prolongé jusqu'au niveau du disque 80 dont il peut dans certaines conditions en stopper la rotation. La figure 4 est une vue suivant la flèche V du montage représenté figure 3 et dans laquelle on voit notamment le disque 80 venir en appui 25 sur l'organe mobile 18. Lors de la phase de serrage (le galet 28 est dans la partie 34H de la gorge figure 1), l'ensemble des deux disques 68 et 80 va tourner dans le sens de la flèche R. Si l'on considère que le niveau d'usure des - 8 - pièces 18 et 20 (figure 1) atteint un seuil nécessitant un rattrapage de cette usure, l'angle de rotation du support mobile 14 sera tel que le disque 80 viendra au contact de la pièce 18. Or dans cette phase de serrage, l'effort transmis par la liaison support mobile 14 au moyeu 50 est tel que le frottement engendré sur le filetage qui sépare ces deux pièces, les solidarise, de sorte que, 80 arrêté et 68 tournant, la face 82 du disque 68 va donc se déplacer par rapport à la face 84 du disque 80. On va donc comprimer le ressort 74. Cette compression va se poursuivre jusqu'à la fin du mouvement du support mobile 14. On notera que pendant cette phase le mécanisme 76 permet la rotation du support mobile 14 dans le disque 80 suivant la flèche R. Pendant la phase de desserrage, le support mobile 14 va tourner en sens inverse de R et dans ce cas entraîner, grâce au mécanisme 76, le disque 80 dans son mouvement. Le ressort 74 pourra alors faire tourner le moyeu 50 par rapport au support mobile 14 lorsque le niveau de contrainte entre ces deux pièces sera suffisamment faible pour autoriser ce déplacement, c'est-à-dire, lorsque les pièces 18 et 20 (figure 1) ne seront plus en contact, c'est dans ce mouvement que s'effectue l'opération de rattrapage. Ce processus se fera d'autant plus facilement que le pas souvent décroissant des gorges de la douille 30 (figure 1) en fonction du serrage sera à ce moment là supérieur en valeur au pas fixe du filetage qui relie le moyeu 50 au support mobile 14 (rappelons que à ce moment là les pièces 18 et 20 ne se touchent plus). En pratique, en fin de serrage, le pas des gorges de la douille a une valeur de 1 mm environ. On aura intérêt, dans la plupart des cas, à prendre une valeur de cet ordre pour celui du filetage en question, toutefois l'efficacité du rattrapage peut amener à prendre des valeurs supérieures. - 9 - Le fait de monter le ressort 74 dans deux fenêtres des disques 68 et 80 comporte l'avantage de les faire travailler en précontrainte, même lorsqu'ils ne sont pas sollicités, c'est-à-dire que les faces 82 de 68 et 84 de 80 sont coplanaires. Cette particularité permet de mieux maîtriser les phénomènes d'hystérésis du ressort et le frottement résiduel entre les pièces 50 et 14 qui altèrent la fidélité du système. Elle permet aussi de mieux positionner les caractéristiques dudit ressort par rapport au seuil de contrainte permettant ou non la rotation du moyeu 50 sur le support 14. Enfin, si elle impose un guidage efficace du ressort par les guides 70 et 72, elle évite toute opération de réglage, donc de déréglage intempestif du ressort 74. En pratique, on prévoira la mise en place de plusieurs ressorts 74 sur un même équipement, en variante on pourra adopter un système de ressort spirale entre les disques 68 et 80. Ce fonctionnement simple et entièrement autonome ne perturbera pas de manière significative le fonctionnement du seul moteur M de la figure 1, par contre il ne permet que des rattrapages de petites amplitudes donc fréquents. Par ailleurs, les dits rattrapages ne seront effectués que lorsque l'effort entre les organes 18 et 20 atteindra son niveau maximum. Il parait souhaitable, pour les freins de véhicules automobiles, de systématiser cette opération à chaque arrêt du véhicule, ceci en marge des freinages aux conditions maximum d'effort. On reconnaît donc bien dans cette description, les différents points de l'invention à savoir une mise en mémoire de l'état des pièces d'usure qui est matérialisée par la position angulaire du disque 80 par rapport au support 14 définie par le mécanisme 76. La mesure de l'usure stockant l'énergie dans le ressort 74 qui la libère lorsque le niveau - 10 - de contrainte entre le moyeu 50 et le support 14 est suffisamment faible pour permettre :L'ajustement de la position relative de ces deux pièces dans les meilleures conditions de précision d'usure de ces composants et pour une consommation d'énergie minimale. Toutefois l'invention prévoit aussi, pour des raisons de sécurité évidentes, que si l'espace à rattraper est très grand (donc si l'opération de rattrapage n'a pas été faite depuis un temps trop long), un système non représenté sur le dessin bloquera la rotation relative du disque 68 par rapport au disque 80, par exemple lorsque le ressort 74 a atteint son taux de compression maximum. Ce blocage du disque 68 peut être fait par une mise en butée sur la pièce 18 décalée dans l'espace par rapport à celle du disque 80. Dans ce cas, la rotation du support 14 va entraîner directement une phase de rattrapage puisque le disque 68, donc le moyeu 50, sont fixes en rotation. Cette opération doit rester exceptionnelle car, sous la contrainte, elle entraîne une usure importante du filetage entre le moyeu 50 et le support 14 et une surcharge du moteur. Enfin, l'énergie stockée dans le ressort 74 pendant la période qui a précédé cette phase va dans un second temps ajuster avec précision la position du moyeu 50 et du support 14 lorsque leur liaison ne sera plus contrainte. Elle fera retomber l'ensemble des contraintes générées par cette opération de rattrapage en temps réel dans la cinématique. Si on admet que cette opération de rattrapage en temps réel n'est plus exceptionnelle, mais peut être systématisée, le mécanisme décrit dans la figure 3 peut se simplifier considérablement puisque c'est le disque 68 qui peut lui-même directement venir en butée sur la pièce 18. On supprime alors le disque 80, le mécanisme 76 et le ressort 74. Cette éventualité, répétons le, ne nous parait pas réaliste tant elle - 11 - compromet (à cause de la contrainte entre toutes les pièces en mouvement relatif les unes par rapport aux autres pendant cette phase de rattrapage) la fiabilité du système dans le temps par un taux d'usure élevé des dites pièces. Elle augmente considérablement le niveau d'énergie nécessaire à la réalisation de l'opération, elle altère la précision de positionnement, ne permet pas de libération des contraintes résiduelles dans l'ensemble de la cinématique, enfin elle surcharge considérablement le moteur en terme de puissance à fournir. On notera que, à chaque changement de plaquettes, il y a lieu de réinitialiser la position du mécanisme 76. Par ailleurs, celui-ci générera un frottement suffisant pour éviter tout mouvement intempestif entre le disque 80 et le support mobile 14. REVENDICATIONS : 1 - Dispositif de rattrapage d'usure pour un outil de serrage comportant un premier organe 18 et un deuxième organe 20 capables d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis 10 d'un pas donné P1 propre à être entraîné en rotation autour d'un axe XX, dans un sens ou dans un sens opposé sous l'action d'un moteur M, un écrou 12 coopérant avec la vis 10 et propre à être entraîné en translation dans la direction de l'axe XX de la vis, ledit écrou étant solidaire en translation du premier organe 18, des premiers moyens de guidage 34L définissant un guidage linéaire parallèle à l'axe XX de la vis 10 pour bloquer la rotation de l'écrou 12 dans une première phase de déplacement Dl de l'écrou, et des deuxièmes moyens de guidage 34H définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe XX de la vis 12 et qui a un pas P2 inversé par rapport au pas P1 de la vis pour permettre la rotation de l'écrou 12 dans le même sens de rotation que la vis 10 dans une phase de déplacement de l'écrou, ainsi qu'un système de compensation 46 interposé entre le premier organe 18 et un support mobile 14 solidaire de l'écrou 12 pour réinitialiser la position de ce premier organe 18 par rapport au deuxième organe 20, de sorte que les première et deuxième phases de déplacement engendrées par les premier et deuxième moyens de guidage 34L et 34H restent synchrones avec les phases nécessaires à une optimisation du déplacement du premier organe, caractérisé en ce que le dispositif de rattrapage d'usure se gère de manière complètement autonome sans aucune intervention extérieure de quelque sorte que ce soit, cette opération se faisant par la mise en mémoire de l'état d'usure des pièces concrétisé par la position- 13 -angulaire relative d'un disque 80 par rapport à un support mobile 14. 2 û Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour, effectuer ce rattrapage avec le maximum de précision, l'énergie nécessaire à cette opération stockée dans un ressort 74 se libérera lorsque le niveau de contrainte entre un moyeu 50 et le support mobile 14 sera faible, cette caractéristique réduisant l'usure des pièces en contact pendant cette opération et l'énergie nécessaire à sa réalisation à leur minimum. 3 û Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que un mécanisme 76 ne permet la rotation du support mobile 14 dans le disque 80 que dans le seul sens de la flèche R, il génère par ailleurs un frottement suffisant pour éviter tout mouvement intempestif du disque 80 par rapport au support mobile 14. 4 û Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, exceptionnellement, si l'espace à rattraper est trop important et lorsque le ressort 74 a atteint son taux de compression maximal, on bloque en rotation les deux disques 68 et 80, ce dispositif, en entraînant un mouvement relatif entre le support mobile 14 et le moyeu 50, effectue une phase de rattrapage en temps réel. 5 û Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que, après la phase de. rattrapage en temps réel et lorsque le niveau de contrainte entre le support mobile 14 et le moyeu 50 aura diminué, l'énergie stockée dans le ressort 74 va affiner la phase de rattrapage effectuée en temps réel et faire retomber l'ensemble des contraintes générées dans la cinématique par cette opération.