Brevet FR2896556A1 — publié le 20070727

Dispositif fonctionnel comprenant un organe déplaçable par un actionneur La présente invention est relative à un dispositif fonctionnel comprenant une première unité, notamment un embrayage de véhicule automobile, dans laquelle un organe est déplaçable entre deux positions et une seconde unité, ou actionneur, destinée à provoquer les mouvements de l'organe déplaçable. Dans le cas d'un tel dispositif fonctionnel, il est souvent nécessaire qu'en cas de panne, notamment de l'alimentation en énergie, l'actionneur puisse ramener l'organe déplaçable dans une position prédéterminée de sécurité. Par exemple, si l'organe déplaçable est un obturateur de vanne, il doit être possible, pour des raisons de sécurité, qu'en cas de panne d'alimentation, l'obturateur se déplace pour s'appliquer sur son siège. Une même exigence peut être imposée dans le cadre d'un embrayage pour véhicule automobile par exemple, qui doit pouvoir toujours débrayer (ou embrayer selon les cas), lorsque survient une panne d'alimentation. Un dispositif fonctionnel dans lequel l'organe déplaçable est un obturateur de vanne et qui répond à une telle exigence de sécurité est décrit par exemple dans US 5 984 260. Dans ce cas, dans l'actionneur de la vanne, un arbre monté rotatif dans un carter peut être couplé à l'obturateur pour en provoquer les déplacements, par l'intermédiaire d'un moteur d'entraînement de cet arbre. En cas d'une panne d'alimentation en énergie du moteur, l'obturateur est ramené sur son siège par un dispositif de sécurité appartenant à l'actionneur qui comprend deux ressorts destinés à accumuler de l'énergie potentielle mécanique pendant le fonctionnement normal de l'actionneur à travers un accouplement. Un dispositif de blocage alimenté de concert avec le moteur maintient l'accouplement engagé tant que l'alimentation est présente de sorte que l'arbre d'entraînement, non seulement peut déplacer l'obturateur, mais également agir sur les ressorts pour y accumuler de l'énergie. Cependant, lorsque cette alimentation vient à disparaître, l'accouplement est désengagé, découplant ainsi l'arbre de l'obturateur. L'énergie accumulée dans les ressorts est alors libérée et appliquée à l'obturateur pour qu'il puisse être déplacé vers sa position de sécurité dans laquelle il est en appui sur son siège. Ce mécanisme antérieur présente l'inconvénient de nécessiter des ressorts spécialement prévus dans l'actionneur pour assurer la fonction de sécurité. C'est une complication de construction de l'actionneur qu'il serait souhaitable d'éviter. L'invention vise donc à fournir un dispositif fonctionnel du type décrit ci-dessus dont la construction est simplifiée. On atteint ce but de l'invention avec un dispositif fonctionnel comportant : a) une première unité comprenant un organe déplaçable entre deux positions de fin de course pour mettre en oeuvre la fonctionnalité du dispositif, l'une de ces positions étant considérée comme une position de sécurité, b) une seconde unité comprenant : - un moteur d'entraînement, - au moins un réducteur couplé audit moteur, - un accouplement interposé entre ledit réducteur et ladite première unité pour coupler, le cas échéant, la sortie dudit réducteur audit organe déplaçable pour en provoquer les déplacements, et -un dispositif de commande dudit accouplement, c) des moyens élastiques de rappel dudit organe déplaçable vers sa position de sécurité, ledit moteur d'entraînement et ledit dispositif de commande étant alimentés de concert par une source d'alimentation en énergie, de telle sorte qu'en l'absence d'énergie fournie par celle-ci, ledit accouplement rompt le couplage entre ledit réducteur et ladite première unité et que lesdits moyens élastiques de rappel ramènent l'objet déplaçable vers ladite position de sécurité, dispositif fonctionnel dans lequel lesdits moyens élastiques de rappel font partie de ladite première unité et agissent directement sur ledit organe déplaçable pour exercer leur fonction de rappel élastique, aussi bien lorsque ladite source d'alimentation en énergie fournit de l'énergie que lorsque cette énergie vient à disparaître en cas de panne. Grâce à ces caractéristiques, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens élastiques de rappel dans la seconde unité du dispositif fonctionnel. D'ailleurs, dans la plupart des applications, de tels moyens élastiques de rappel sont présents de façon inhérente dans la première unité de sorte que l'on peut profiter de leur présence. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du dispositif fonctionnel selon l'invention : - ledit accouplement est du type à crabots, - ladite seconde unité comprend un second réducteur disposé entre ledit accouplement et ledit organe déplaçable, - ledit accouplement comprend deux roues, une première roue ayant des dents en saillie de l'une de ses faces, et la seconde roue présentant des cavités complémentaires à celles des dents de la première roue, pour recevoir lesdites dents 3 lorsque l'accouplement est engagé, ladite première roue étant déplaçable axialement sous l'action dudit dispositif de commande pour engager lesdites dents dans lesdites cavités à l'encontre d'un ressort de rappel placé entre lesdites roues, - ladite seconde roue est de préférence également un pignon dudit second réducteur; - ledit moteur d'entraînement et ledit dispositif de commande sont de type électrique alimentés en parallèle par ladite source d'alimentation en énergie qui est également de type électrique, - ladite première roue est en un matériau magnétique et forme l'armature mobile d'un électro-aimant dont l'armature fixe est de forme annulaire et entoure ladite première roue. Selon une application particulière de l'invention, la première unité est un embrayage pour véhicule automobile, dont le diaphragme constitue les moyens élastiques de rappel, et dont la butée constitue l'organe déplaçable, et la seconde unité est l'actionneur de l'embrayage. Dans le cadre de cette application, l'actionneur comprend de préférence un mécanisme de compensation de l'effort antagoniste exercé par le diaphragme, pour aider le moteur d'entraînement à déplacer la butée d'embrayage à l'encontre de cet effort antagoniste. Le mécanisme de compensation est déséquilibré par rapport à la force élastique de rappel dudit diaphragme, de manière que ladite butée puisse rejoindre sa position de sécurité quand ledit accouplement est ouvert. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma illustrant l'application générale de l'invention à un dispositif fonctionnel comprenant une première unité à laquelle appartient l'organe déplaçable et une seconde unité faisant office d'actionneur pour provoquer les mouvements de cet organe ; - la figure 2 est un schéma illustrant l'application de l'invention à un embrayage de véhicule automobile ; - la figure 3 est une vue, partiellement en coupe schématique, et partiellement en perspective avec arrachement, d'un dispositif fonctionnel réalisé selon le schéma de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont des vues de détail en perspective du mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3, à une échelle plus grande que celle de la figure 3 ; et - la figure 6 illustre une variante du mode de réalisation des figures 3 à 5. Sur la figure 1, on a représenté un cas général d'application de l'invention. Un organe déplaçable O faisant partie d'une première unité U1 peut se déplacer entre deux positions p1 et p2 de fin de course. L'une de ces positions, par exemple la position p1, est considérée comme garantissant la sécurité et l'organe déplaçable O est sollicité vers cette position grâce à des moyens élastiques de rappel RE qui sont associés par construction à cet organe déplaçable O. Parmi de nombreuses applications possibles, on peut citer le cas où l'organe déplaçable O est un obturateur de vanne qui en cas de panne d'alimentation doit être ramené vers une position de fermeture d'une canalisation par exemple dans laquelle circule un fluide. Dans le contexte de la présente demande de brevet, ni la forme de l'organe déplaçable, ni la nature du mouvement qui lui est imprimé par l'unité U2, ne sont limitatives de la portée de l'invention. Cependant, l'organe déplaçable O commandé par l'unité U2 doit pouvoir occuper une position de sécurité dans laquelle il doit toujours être ramené lorsque la sécurité est en jeu et notamment en cas de panne de l'alimentation en énergie de l'unité U2. De même, le terme "déplacer" ou "déplacement" associé à l'organe déplaçable O couvre tout mouvement de cet organe (rotation autour de son axe, translation rectiligne etc.), voire d'une partie de l'organe déplaçable, le mouvement qui lui est imposé étant réalisé éventuellement par 2 0 l'intermédiaire d'un transformateur de mouvement. L'unité U2 comporte un moteur d'entraînement 1 qui agit sur l'organe déplaçable O par l'intermédiaire d'un réducteur 2 comportant une entrée e du côté du moteur 1 et une sortie s du côté de l'organe O. Le réducteur 2 présente un rapport de réduction important de l'entrée e vers la sortie s de sorte qu'il a un faible rendement 25 dans le sens opposé; il est donc quasi-irréversible. En revanche, il présente par construction un meilleur rendement de son entrée e vers sa sortie s. Un accouplement 3 (symbolisé par une croix sur les figures 1 et 2) est interposé entre le réducteur 2 et l'organe déplaçable O. Il est actionné par un dispositif de commande 4. Une source d'alimentation en énergie 5 alimente de 30 concert le moteur 1 et le dispositif de commande 4. Ce dernier est agencé de telle façon qu'il ouvre l'accouplement 3 lorsque l'alimentation assurée par la source 5 est coupée, notamment en raison d'une panne de celle-ci. De préférence, la source d'alimentation 5 et le moteur 1 sont électriques, tandis que le dispositif de commande 4 est électromagnétique, la source 5 alimentant 35 le moteur 1 et le dispositif de commande 4 en parallèle. Cependant, d'une façon générale, l'invention n'est pas limitée à un type particulier d'alimentation en énergie. Le faible rendement du réducteur 2 de sa sortie s vers son entrée e signifie qu'un effort considérable doit être fourni pour faire tourner le moteur 1, si on entraînait en rotation la sortie s. Par conséquent, en l'absence des dispositions préconisées par l'invention, en cas de panne de la source d'alimentation 5, l'ensemble du mécanisme serait bloqué, car les moyens élastiques de rappel RE n'auraient pas assez de puissance pour vaincre la résistance du réducteur 2 et ramener l'objet O dans sa position de sécurité p1. Le désengagement de l'accouplement 3 en cas d'absence d'alimentation en énergie, rompt le couplage entre le réducteur 2 et l'unité U1. Ainsi, le réducteur 2 n'oppose plus de résistance au mouvement de l'organe déplaçable vers sa position p1 sous l'action des moyens élastiques de rappel RE. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement une application particulière de l'invention dans laquelle la première unité est un embrayage E de véhicule automobile et la seconde unité est l'actionneur A de cet embrayage. Dans ce cas, l'organe déplaçable O, au sens de la présente invention, est la butée B de l'embrayage E et les moyens élastiques de rappel RE sont formés par son diaphragme D. Dans l'exemple, on considère que la configuration de sécurité est celle correspondant à l'embrayage embrayé qui est atteinte sous l'action de la force élastique du diaphragme D. Cependant, l'invention s'applique également au cas, où on choisit comme configuration de sécurité celle correspondant à un embrayage débrayé. Dans l'exemple décrit des figures 2 à 6, l'embrayage E est de construction classique. L'actionneur A comporte de façon connue en soi, outre les éléments déjà décrits à propos de la figure 1, un second réducteur 6 et un mécanisme de compensation 7. L'entrée e du réducteur 6 est connectée à l'accouplement 3 et sa sortie s est couplée à la butée B pour permettre son déplacement en translation. Le mécanisme de compensation 7 est prévu pour assister le moteur 1, lorsque celui-ci doit vaincre l'élasticité inhérente du diaphragme D pendant les déplacements de la butée B, comme cela est bien connu des spécialistes. Le cercle 8 sur la figure 2 symbolise la sommation des efforts moteurs et de compensation appliqués à la butée B pendant ses déplacements. Le mécanisme de compensation 7 est taré de manière qu'en tenant compte de tous les frottements de l'embrayage jusqu'à l'accouplement 3, la force élastique de rappel de l'embrayage puisse vaincre la compensation sur toute la course d'actionnement. Par exemple, l'effort de compensation peut être égal aux trois cinquièmes environ de l'effort antagoniste du diaphragme. Les signes + et û sur la 6 figure 2 symbolisent le déséquilibre entre les efforts de compensation et d'embrayage. La présence de l'accouplement 3 permet, dans cet exemple également, d'isoler le réducteur 2 et le moteur 1 du reste de la chaîne cinématique. Ceci peut survenir en cas de coupure de l'alimentation fournie par la source 5, soit volontairement soit en raison d'une panne. Grâce à l'invention, la sécurité peut donc être préservée, car l'élasticité inhérente du diaphragme D sera suffisante pour vaincre la résistance du réducteur 6 qui présente un bon rendement de la sortie s vers son entrée e. La figure 3 représente schématiquement l'agencement mécanique concret d'un mode préféré de réalisation de l'invention dans son application à un embrayage E associé à son actionneur A. Il est à noter que sur cette figure les deux composants ne sont pas représentés à la même échelle. L'embrayage E est représenté à titre d'illustration, tous ses composants étant connus en soi de sorte qu'ils ne seront pas décrits. L'invention n'est d'ailleurs pas limitée à un type particulier d'embrayage. L'actionneur A agit sur la butée B de l'embrayage E par l'intermédiaire d'un doigt d'actionnement 9 qui effectue un mouvement de translation axiale lorsque l'embrayage E est commandé. Il peut agir sur la butée B par l'intermédiaire d'une interface mécanique symbolisée par le trait mixte 10. Si, contrairement à ce qui est représenté, la configuration de sécurité de l'embrayage est celle dans laquelle il est débrayé, il faut prévoir un effort de compensation supérieur à l'effort antagoniste du diaphragme, comme par exemple un effort de compensation égal à une fois et demie l'effort antagoniste du diaphragme. Dans ce cas, c'est le mécanisme de compensation qui impose le déplacement vers la position de sécurité. La translation axiale du doigt 9 est engendrée par le réducteur 6 qui, dans le présent exemple, est formé par l'association d'un pignon 11 et d'une crémaillère 12. Le pignon 11 est monté dans le bas du carter 13 de l'actionneur A (voir également les figures 4 et 5). Il est aligné sur l'axe du moteur 1 qui est vissé sur le carter 13. Entre la sortie (non visible) du moteur 1 et le pignon 11 sont disposés le réducteur 2, l'accouplement 3 et son dispositif de commande électromagnétique 4. Le réducteur 2 est de préférence du type planétaire de sorte qu'il est quasi irréversible. Il est connu en soi et n'est pas représenté en détail. Sur les figures 4 et 5, on voit que sa sortie s est engagée, de manière à en être solidaire en rotation, dans une roue à crabots 14 qui fait partie de l'accouplement 3. La roue à crabots 14 présente une couronne de dents 15 dont le cercle primitif est le même que celui de la denture 16 du pignon 11. Les espaces entre les dents de ce pignon 11 constituent autant de cavités dans lesquels peuvent pénétrer les dents 15 de la roue 14. Le pignon 11 constitue donc à la fois l'entrée e du réducteur 6 et l'un des éléments de l'accouplement 3. La roue 14 peut se déplacer en translation axiale entre deux positions, et la couronne de dents 15 de la roue 14 est en saillie de la face d'extrémité inférieure de celle-ci. De la sorte, dans l'une de ses positions, la roue 14 peut coiffer le pignon 11 en venant engrener avec celui-ci, et dans l'autre position elle en sera dégagée. Dans la cavité circulaire délimitée par la couronne de dents 15 est disposé un ressort, ici formé d'une rondelle "Belleville" 17 représentée partiellement sur la figure 4. Celle-ci sollicite la roue 14 vers la position dans laquelle la couronne de dents 15 est dégagée du pignon 11. La roue 14 est enchâssée dans une rondelle 18 qui en guide la translation axiale dans le carter 13 et qui est réalisée en un matériau magnétique formant ainsi l'armature mobile d'un électro-aimant. L'armature fixe 20 de ce dernier est disposée autour de la roue 14. Un enroulement 21 est disposé dans l'armature fixe 20. Lorsque l'enroulement 21 est excité, la roue 14 effectue un mouvement de translation axiale en comprimant la rondelle "Belleville" 17 tout en venant en prise avec le pignon 14. L'accouplement 3 est alors engagé et le réducteur 2 est couplé au réducteur 6. L'actionneur A peut donc commander l'embrayage E de la façon habituelle. En revanche, lorsque l'enroulement 21 est hors tension, la roue 14 est soulevée par la rondelle "Belleville" 17, de sorte que l'accouplement 3 rompt le couplage entre le réducteur 2 et le réducteur 6. Le moteur 1 et l'électro-aimant 20, 21 étant alimentés de concert par la source d'alimentation 5 (symbolisée par le câble 22 sur la figure 3), le processus qui vient d'être décrit se déroule lorsque l'énergie fournie par cette source 5 vient à disparaître, soit par une coupure volontaire, soit en raison d'une panne. Dans ce cas, le diaphragme D replace l'embrayage E dans sa configuration de sécurité (ici la configuration embrayée). La figure 6 représente une variante du mode de réalisation représenté sur les figures 3 à 5. Dans ce cas, le pignon 11 a du réducteur 2 est pourvu d'une couronne de cavités à sa face supérieure (non visibles sur la figure). Dans ces cavités peuvent pénétrer des dents 15a d'une roue 14a montée à coulissement axial dans l'armature fixe d'un électro-aimant 20a, 21a et réalisée en une matière magnétique. Un élément 8 de rappel élastique 17a tel qu'une rondelle Belleville à pattes (dite aussi crantée) sollicite la roue 14a vers une position dans laquelle les dents 15a sont sorties des cavités complémentaires du pignon 11a. Le fonctionnement de cette variante est analogue à celui du mode de réalisation des figures 1 à 3. On notera par ailleurs que sur la figure 6, on a représenté une boîte de connexion électrique 23 qui peut être commune au moteur 1 et au dispositif de commande 4 pour les relier en parallèle à la source d'alimentation en énergie 5. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples exemples.10 REVENDICATIONS 1. Dispositif fonctionnel comportant : a) une première unité (U1; E) comprenant un organe déplaçable (O; B) entre deux positions de fin de course (p1, p2) pour mettre en oeuvre la fonctionnalité du dispositif, l'une (p1) de ces positions étant considérée comme une position de sécurité, b) une seconde unité (U2, A) comprenant : - un moteur d'entraînement (1), - au moins un réducteur (2) couplé audit moteur (1), -un accouplement (3) interposé entre ledit réducteur (2) et ladite première unité (U1) pour coupler, le cas échéant, la sortie dudit réducteur (2) audit organe déplaçable (O; B) pour en provoquer les déplacements, et - un dispositif de commande (4) dudit accouplement (3), c) des moyens élastiques de rappel (RE; D) dudit organe déplaçable (O; B) vers sa position de sécurité (p1), ledit moteur d'entraînement (1) et ledit dispositif de commande (4) étant alimentés de concert par une source d'alimentation en énergie (5), de telle sorte qu'en l'absence d'énergie fournie par celle-ci, ledit accouplement (3) rompt le couplage entre ledit réducteur (2) et ladite première unité (U1) et que lesdits moyens élastiques de rappel (RE; D) ramènent l'organe déplaçable (O; B) vers ladite position de sécurité (p1), dispositif fonctionnel dans lequel lesdits moyens élastiques de rappel (RE; D) font partie de ladite première unité (U1; E) et agissent directement sur ledit organe déplaçable (O; B) pour exercer leur fonction de rappel élastique, aussi bien, le cas échéant, lorsque ladite source d'alimentation en énergie (5) fournit de l'énergie, que lorsque cette énergie vient à disparaître en cas de panne. 2. Dispositif fonctionnel selon la revendication 1, dans lequel ledit accouplement (3) est du type à crabots. 3. Dispositif fonctionnel selon la revendication 2, dans lequel ladite seconde unité (U2; A) comprend un second réducteur (6) disposé entre ledit accouplement (3) et ledit organe déplaçable (O; B). 4. Dispositif fonctionnel selon les revendications 2 et 3 dans lequel ledit accouplement (3) comprend deux roues (11; 11a et 14; 14a), une première roue (14; 14a) ayant des dents (15; 15a) en saillie de l'une de ses faces, et la seconde roue (11; 11a) présentant des cavités complémentaires à celles des dents (15; 15a) de la première roue, pour recevoir lesdites dents lorsque l'accouplement (2) est engagé, ladite première roue étant déplaçable axialement sous l'action dudit dispositif de 10 commande (4) pour engager lesdites dents desdites cavités à l'encontre d'un ressort de rappel (17) placé entre lesdites roues (11; 11 a, 14; 14a). 5. Dispositif fonctionnel selon les revendications 3 et 4 prises ensemble, dans lequel ladite seconde roue (11; 11a) est également un pignon dudit second réducteur (6). 6. Dispositif fonctionnel selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit moteur d'entraînement (1) et ledit dispositif de commande (4) sont de type électrique alimentés en parallèle par ladite source d'alimentation en énergie (5) qui est également de type électrique. 7. Dispositif fonctionnel selon la revendication 6, lorsqu'elle dépend de l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel ladite première roue (14; 14a) est en un matériau magnétique et forme l'armature mobile d'un électro-aimant dont l'armature fixe (19; 19a) est de forme annulaire et entoure ladite première roue (14; 14a). 8. Dispositif fonctionnel selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel ladite première unité est un embrayage (E) pour véhicule automobile, dont le diaphragme (D) constitue les moyens élastiques de rappel, et dont la butée (B) constitue ledit organe déplaçable, et ladite seconde unité est l'actionneur (A) de celui-ci. 9. Dispositif fonctionnel selon la revendication 8 dans lequel ledit actionneur (A) comprend un mécanisme de compensation (7) de l'effort exercé par ledit diaphragme (D) pour aider ledit moteur d'entraînement à déplacer ladite butée (B) à l'encontre de cet effort antagoniste, ledit mécanisme de compensation (7) étant déséquilibré par rapport à la force élastique de rappel dudit diaphragme (D), de manière que ladite butée (B) puisse rejoindre sa position de sécurité quand ledit accouplement (3) est ouvert.