Brevet FR2943330A1 — publié le 20100924

SYSTEME D'ACCROCHAGE A GAIN MECANIQUE VARIABLE L'invention concerne une application particulière de l'actionneur à gain mécanique variable déjà connu et notamment décrit dans le document PCT/FR/05/000306 du 25 5 août 2005. Il s'agit d'adapter les caractéristiques de fonctionnement de ce système afin de lui permettre de réaliser l'accrochage d'une charge, son positionnement en XY par rapport à un support contre lequel la dite charge doit être bridée, son déplacement sur l'axe Z, 10 sa mise en contact sur le support et le verrouillage mécanique à la position recherchée. Cette application est particulièrement intéressante pour le remplacement rapide de batteries d'accumulateurs de voiture électrique accrochées sous la caisse du véhicule. Dans le document cité ci-dessus, les demandeurs ont décrit un outil de serrage qui 15 comporte un premier organe et un deuxième organe capable d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis d'un pas donné propre à être entraînée 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 20 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 qui a un pas inversé par rapport au pas de la vis pour permettre la rotation de l'écrou dans le même sens de rotation que la 25 vis dans une deuxième phase de déplacement de l'écrou. Ce dispositif d'entraînement présente un rapport cinématique variable avec une première phase de déplacement où l'écrou est bloqué en rotation et une deuxième phase de déplacement où l'écrou est entraîné en rotation dans le même sens que la vis, ce qui 30 permet alors de diminuer le pas apparent de la vis, et donc la vitesse en translation de l'écrou dans cette deuxième phase de déplacement. En supposant que la vis tourne à une vitesse angulaire constante, la vitesse en translation (vitesse linéaire) de l'écrou sera plus rapide dans la première phase de déplacement que dans la deuxième phase de déplacement. L'invention vise à adapter à ce dispositif un système d'accrochage qui permette de se 5 saisir d'une charge, cet accrochage se faisant dans une phase de rotation de l'écrou ceci dans une position angulaire précise et parfaitement répétitive. C'est un autre point de l'invention que de permettre d'une part, le déplacement de la dite charge dans l'axe Z (vertical) sur des courses pouvant atteindre plusieurs 10 centimètres (voir plus) et permettre ainsi le positionnement en XY (plan horizontal) de la charge par rapport au support contre lequel doit venir se bloquer la charge et, d'autre part, d'assurer un positionnement correct dans le plan horizontal des faces respectives de la charge et de son support qui doivent rentrer en contact. 15 C'est un autre point de l'invention que de permettre, une fois la charge en contact avec son support, d'exercer une force suffisante pour permettre la solidarisation de la charge avec son support, cette force pouvant être très supérieure au seul poids de la charge. C'est enfin un autre point de l'invention d'assurer un verrouillage mécanique du 20 système d'accrochage afin que la charge et son support ne puissent être désolidarisés de manière intempestive. Dans la description qui suit faite à titre d'exemple, on reconnaît : 25 - la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un outil de serrage conforme à l'art antérieur. - la figure 2 montre une vue en élévation de l'actionneur équipé de son système d'accrochage, les figures 3, 4, 5 et 6, montrent les différentes séquences d'une opération 30 d'accrochage. On se réfère à la figure 1 qui représente un outil de serrage selon l'art antérieur et plus précisément selon la demande PCT/FR/05/000306. L'outil de serrage est muni d'un dispositif de serrage comprenant une vis 10 propre à être entraînée en rotation autour d'un axe XX par l'intermédiaire d'un moteur électrique M qui peut être couplé à une commande numérique. Cette vis 10 possède un 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 sous la forme d'un élément tubulaire qui entoure au moins en partie la vis 10. Le support 14 est relié à une 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 rapprocher 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 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 mobilel8. 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 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 libres en rotation autour d'un axe YY qui est perpendiculaire à l'axe XX de la vis. Seul l'un des galets est visible sur la figure 1. Le support 22 porte un cylindre creux 30, encore appelé � douille creuse �, qui présente une paroi cylindrique 32 dans laquelle sont taillées deux gorges opposées 34 (seule l'une des deux gorges est visible sur la figure 1). Les galets 28 précités sont agencés pour rouler respectivement dans les deux gorges 34 qui forment les moyens de guidage. Chacune des gorges 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 à gauche dans l'exemple. Tant que les galets 28 sont en contact avec la partie 34L des gorges, 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 M et le pas P 1 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 vis. Il en résulte que la vitesse linéaire de l'écrou diminue jusqu'à devenir éventuellement 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 le 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 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. La figure 2 représente l'actionneur à gain mécanique variable représenté figure 1 équipé de son système d'accrochage, on reconnaît la vis 10, le support mobile 14, la paire de galets 28 (dont un seul est représenté), la douille 30 dans laquelle sont taillées les gorges 34 (une seule gorge est représentée). Ces gorges comportent quatre phases distinctes. Une phase 34L dite linéaire, dans laquelle les gorges sont parallèles à l'axe de la vis, une phase 34H hélicoïdale dont le pas inversé par rapport à celui de la vis est variable, deux phases 34P dans lesquelles les gorges sont dans un plan perpendiculaire à l'axe de la vis, ce qui correspond à un pas P2 nul. On dit aussi qu'il s'agit de phases à irréversibilité intrinsèque puisque un effort axial appliqué sur le support mobile 14 ne provoque dans ce cas aucun couple de rotation sur l'écrou quelle que soit la valeur de cet effort. La butée à billes 36 définie figure 1 a été supprimée, et une paire de galets 48, libres en rotation sur leur axe a été directement montée sur le support mobile 14, l'axe de ces galets étant perpendiculaire à celui de la vis 10. La pièce 50 représente la partie femelle de la charge dans laquelle s'effectue l'accrochage, un trou en boutonnière est prévu à cet effet pour recevoir la paire de galets 48. Il est bien évidemment possible d'inverser le montage, c'est-à-dire de prévoir le système d'accrochage sur la charge, et la pièce 50 sur le support, de la même façon, le raisonnement effectué avec un mouvement vertical de la charge vaut quelle que soit la direction de ce mouvement. Par ailleurs, les faces de contact entre la charge et son support peuvent être de géométrie quelconque. La figure 2 représente l'actionneur et la pièce 50 positionnés pour effectuer l'accrochage, les galets 48 qui sont montés sur le même support mobile 14 que les galets 28, et, dans notre exemple leur sont coplanaires, ont une position définie avec précision car ces derniers (les galets 28) sont en butée de la zone inférieure 34P des gorges 34. Cette position est donc très précise et parfaitement répétitive. Il suffit de monter par un système extérieur non représenté, peu précis, et ne soulevant que le poids de la charge, la dite charge afin de positionner la pièce 50 dans un plan supérieur à celui des galets 48, la boutonnière étant dimensionnée pour compenser les dispersions de positionnement entre la charge et le support contre laquelle elle doit être solidarisée. La figure 3 montre les nouvelles positions relatives après cette opération. La figure 4 représente l'ensemble après que les galets 28 soient sortis de la phase inférieure 34P des gorges, les galets 48 ont tourné du même angle que les galets 28 mais sont restés dans le même plan que dans la figure 3 (les gorges en 34P sont dans un plan perpendiculaire à l'axe de la vis), par contre, ils ne peuvent plus sortir de la boutonnière, mais n'ont toujours pas été en contact avec elle. Dans la figure 5, les galets 28 se déplacent dans la partie linéaire 34L des gorges qui sont alors parallèles à l'axe de la vis. Cette phase soulève la charge en assurant deux fonctions ; d'une part assurer le parallélisme de la face de la charge avec la face de contact correspondante du support, en effet, la position des galets 48 dépend de celle de l'actionneur donc du support et pas de celle de la charge, et d'autre part, dans cette course, des guides non représentés sur le dessin, assurent la bonne mise en place en XY (dans le plan horizontal). On notera que dans cette phase dont l'effort correspond au seul poids de la charge, la totalité de cet effort est reprise ici par l'ensemble des seules vis. Dans la figure 6, les galets 28 passent d'abord par la phase 3411 des gorges, ici l'ensemble des actionneurs va créer une contrainte au travers de l'élasticité des différents composants afin d'obtenir un effort de stabilisation entre la charge et son support largement supérieur au seul poids de la charge, cet effort, crée par des valeurs variables du pas P2 de la douille 30, ne surcharge pas les vis et peut être généré par des valeurs de couples sur la vis 10 très faibles. Enfin, la grande rigidité de l'actionneur ne nécessite pour cette opération que de faibles amplitudes de déplacement. Dans la deuxième partie de ce mouvement, les galets 28 sont dans une phase 34P des gorges 34, donc dans une situation d'irréversibilité intrinsèque. Il paraît évident de prévoir une paire de galets en 48, toutefois, les déplacements contraints de ces galets par rapport à la pièce 50 s'effectuant dans un plan, il peut être avantageux, dans certains cas, de prévoir des systèmes frottants.5 REVENDICATIONS1. Système d'accrochage à gain mécanique variable comportant une vis (10) d'un pas donné (Pl) propre a être entraînée 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 entraîner en translation dans la direction de l'axe (XX) de la vis, des premiers moyens de guidage sous la forme de gorges (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 sous la forme des gorges (34H) définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe (XX) de la vis (10) 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 deuxième phase de déplacement (D2) de l'écrou (12), caractérisé en ce que un système d'accrochage constitué par une paire de galets (48) est monté sur le support mobile (14), l'axe de ces galets étant solidaire de celui (YY) des galets (28). 2. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges (34) taillées dans la douille (30) comportent une phase linéaire (34L) parallèle à l'axe (XX) de la vis (10) afin d'assurer le soulèvement de la charge, tout en assurant son positionnement en XY (dans le plan horizontal) et en Z (suivant la vertical), 3. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges (34) taillées dans la douille (30) comportent une phase hélicoïdale (34H) avec un pas de la douille (P2) inversé par rapport au pas (P1) de la vis (10) afin d'assurer un effort de solidarisation suffisant entre la charge et son support, 4. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges (34) taillées dans la douille (30) comportent deux phases (34P) dans lesquelles les gorges perpendiculaires à l'axe (XX) de la vis (10) assurent, d'une part une zone d'irréversibilité intrinsèque lorsque la charge est solidaire de son support, et d'autre part, une zone de positionnement précis et répétitif au niveau de l'accrochage. 5. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'effort créé par les valeurs du pas variable (P2) de la douille (30) dans la phase (34H), ne surcharge pas la vis et peut être généré par des valeurs de couple sur la vis (10) très faibles. 6. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paire de galets (48) peut être dans certaines applications un système frottant 7. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le raisonnement effectué avec un mouvement en (Z) vertical de la charge vaut quelle que soit la direction de ce mouvement. 8. Système d'accrochage à gain mécanique variable selon les revendications 1 à 7, 15 caractérisé en ce que l'actionneur est monté indifféremment sur la charge ou sur le support.