Brevet FR3008200A1 — publié le 20150109

Domaine technique La présente invention concerne un système d'échappement pour réaliser un tourbillon sans cage destiné à être monté dans un mouvement horloger. Etat de la technique Le tourbillon est un système permettant de réduire les effets de la gravitation sur l'organe réglant. Il permet de réduire les différences de marche suivant des positions. Généralement les mécanismes à tourbillon utilisent une cage en rotation au sein de laquelle se trouvent réunis le système balancier/spiral et tout ou partie du mécanisme d'échappement. Ceci a pour conséquence d'augmenter la masse en mouvement et de pénaliser ces systèmes en diminuant le rendement et la précision : l'inertie du système étant accrue. Il existe peu de système de tourbillon sans cage. Le plus connu est celui attribué à Achille Hubert Benoit en 1855. George Daniels est considéré comme le plus grand horloger contemporain. Il est l'inventeur de l'échappement coaxial. Dans son ouvrage : « La montre : principes et méthodes de fabrication », il analyse le fonctionnement du tourbillon de A.H. Benoit (pages 300 à 302) et conclut : « Il n'y a pas d'inertie provoquée par la cage, ni friction de dégagement. Au premier abord, cet échappement semblerait être l'échappement idéal, avec l'avantage supplémentaire d'une rotation de balancier pour donner bonne mesure. Malheureusement, il possède un défaut fondamental : comme la roue d'échappement est inversée par le spiral pour réaliser le dégagement, la force du spiral doit être égale à l'énergie potentielle de la roue d'échappement et ce ne peut être le cas qu'à la limite de l'alternance, lorsque le spiral est complétement armé. La plus petite réduction d'énergie du balancier avant l'inversion de la roue d'échappement empêchera le dégagement et la montre s'arrêtera. » Divulgation de l'invention La présente invention décrit un échappement qui conserve les avantages de l'échappement de A.H. Benoit et supprime le défaut fondamental de celui-ci. Dans ce nouvel échappement le dégagement est réalisé par un mécanisme à détente armé par la roue d'échappement en fin d'impulsion. Le dégagement s'effectue, suivant le réglage, au moment où le ressort spiral du balancier est désarmé ou après, sur l'alternance de retour qui suit l'alternance où l'impulsion est transmise. Le mécanisme se compose d'une roue d'échappement munie d'un pivot traversant le palier côté balancier. Sur l'extrémité de ce pivot est fixé un palier destiné à recevoir un des pivots du balancier ainsi que l'extrémité du ressort spiral. La roue d'échappement et le balancier sont donc alignés axialement et couplés par le spiral. La roue d'échappement présente sur sa périphérie un ensemble de dents de forme adaptée au fonctionnement. La roue d'échappement est munie sur son axe d'un pignon entraîné par un rouage constituant le mécanisme d'horlogerie. En alternative, suivant la réalisation, pour remplacer le pignon d'entraînement, la roue d'échappement présente sur sa périphérie un ensemble de dents, au nombre et de forme adaptés, en prise avec le rouage de la pièce d'horlogerie. La roue d'échappement est alternativement bloquée et libérée dans sa rotation par un système mécanique objet de la présente invention. Ce système se compose d'une pièce, appelée bascule ou ancre, suivant les réalisations, qui coopère avec les dents de la roue d'échappement. Elle a un axe de pivotement, une surface d'appui pour armer la détente en fin d'impulsion, une surface d'appui pour l'arrêt de la roue d'échappement et le blocage de la bascule armée après l'impulsion, une surface d'appui pour le blocage par la bascule désarmée de la roue d'échappement lors du renversement, de surfaces d'appui pour les butées . Un système de rappel, qui, suivant la réalisation, peut être un ressort, un système magnétique ou tout système basé sur une force, relie la bascule à un système de liaison avec le bâti ou un élément fixe par rapport à la bascule. Le système de liaison permet le réglage de la force de rappel de la bascule. L'angle de pivotement de la bascule est limité par deux butées pouvant être ramenées à une butée qui peut être supprimée dans le cas où la roue d'échappement sert de butée pour la bascule suivant la réalisation. L'ensemble composé de la bascule et du système de rappel forme la détente. Ce mécanisme a pour but de libérer la roue d'échappement qui transmettra l'impulsion au spiral au moment optimum. Ce système d'échappement, suivant le réglage, démarre sur une très faible amplitude du balancier et même sur l'arrêt: système auto-démarreur. Après l'impulsion, la bascule armée est bloquée en butée par une dent de la roue d'échappement. La surface d'appui qui arrête cette dent présente un angle à la radiale de l'extrémité de la dent. Lors du basculement (angle de tirage) la surface d'appui fera reculer la roue (angle de dégagement) et offrira une résistance au dégagement. La force de blocage de la bascule est proportionnelle à la force d'appui de la dent (énergie potentielle de la roue d'échappement) et à l'angle de la surface d'appui. Le ressort spiral du balancier, suivant le sens de l'armage, crée une force qui s'ajoute ou se soustrait à l'énergie potentielle de la roue d'échappement. Cela a pour conséquence de faire varier la force d'appui de la roue d'échappement sur la bascule. Le dégagement s'effectue au moment où la force de blocage est inférieure à la force de rappel de la bascule. Dans le cas d'un mécanisme horloger classique, suivant l'armage du ressort moteur, l'énergie potentielle de la roue d'échappement varie. Cela a pour conséquence de faire varier l'angle d'armage du ressort spiral qui permet le dégagement. Pour conserver le même angle ou le maintenir dans une fourchette choisie (entre deux valeurs) nous avons trois possibilités : - maintenir l'énergie potentielle de la roue d'échappement constante. De multiples solutions existent et sont appliquées en horlogerie. En partant du mécanisme d'égalisation de la force du ressort moteur par une fusée pour arriver au remontoir d'égalité... - faire varier l'angle de la surface qui bloque la bascule en position armée en fonction de la force d'appui de la dent de la roue d'échappement. Dans le cas d'utilisation de la surface d'une palette pour appui, il faut qu'elle puisse basculer entre deux valeurs angulaires suivant la force d'un ressort de rappel temporisé étalonné en fonction de la force d'appui de la dent. D'autres modes de réalisations peuvent être envisagés. - faire varier la force du système de rappel de la bascule en fonction de l'énergie potentielle de la roue d'échappement. Dans le cas de l'utilisation d'un ressort, la variation du bandage en fonction de l'armage du ressort moteur est une solution. Une autre solution est réalisée par un système de rappel de la détente directement lié au couple d'entrainement du rouage. Ce couple est proportionnel à l'énergie potentielle de la roue d'échappement et varie suivant la charge de celle-ci au moment du dégagement. Nous sommes en présence d'un système différentiel entre la force de blocage de la bascule et la force de rappel de celle-ci qui est particulièrement adapté au principe de cet échappement. Lors du renversement, la roue d'échappement est bloquée par la bascule désarmée. La surface d'appui qui arrête la dent de la roue d'échappement, lors du renversement, peut présenter un angle à la radiale de l'extrémité de la dent. Cela permet de maintenir la bascule en butée dans sa position quelle que soit la force d'appui de la dent, même sur un choc. Après l'inversion du balancier, la force du spiral bandé décroît. L'impulsion est transmise dès que la force du spiral devient inférieure à l'énergie potentielle de la roue d'échappement. La roue d'échappement transmet l'impulsion au spiral en le maintenant tendu durant l'angle d'impulsion. Après l'impulsion, l'énergie cinétique de la roue d'échappement est transformée en chaleur à l'instant du blocage. Pour armer le système de rappel de la bascule, nous prélevons une partie de cette énergie avant le blocage. Nous augmentons ainsi le rendement de cet échappement. Après l'armage, la roue d'échappement parcourt un angle de chute dû à l'angle de dégagement et aux tolérances de fabrication. Cet angle doit être réduit au minimum. Si cet angle est important, la bascule armée va retrouver sa position initiale avant que la dent de la roue d'échappement ne parvienne à réaliser le blocage : le temps de chute de la dent doit être inférieur au temps de désarmage de la bascule. Ce dernier est proportionnel à la masse de la bascule et inversement proportionnel à la force du système de rappel. Un système mécanique pour temporiser le retour de la bascule armée peut être mis en oeuvre suivant la réalisation. Afin de réduire la hauteur du mécanisme, la roue d'échappement peut comporter, en remplacement de l'axe, un trou cylindrique muni de paliers qui pivotent sur un axe tubulaire, fixé au bâti, supportant un des paliers du balancier, l'extrémité du ressort spiral est directement reliée à la roue d'échappement, nous retrouvons ainsi la roue d'échappement et le balancier alignés axialement et couplés par le ressort spiral. Ce système d'échappement peut se réaliser de manière différente en comportant en prise avec un rouage entraîné à partir d'une source d'énergie de la pièce d'horlogerie, un mécanisme pivotant, composé d'une bascule excentrée et d'un système de rappel, aligné axialement au balancier et couplé par le spiral, coopérant à une roue d'échappement fixe centrée sur l'axe de pivotement de cet ensemble. Dans cette configuration nous trouvons le mécanisme de détente couplé au balancier par le ressort spiral.40 Brève description des dessins Le dessin représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation simplifié avec vue explicatif du fonctionnement et plusieurs modes d'exécution suivant les caractéristiques et avantages de la présente invention qui apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation. -la figure 1 est une vue en perspective d'un système d'échappement complet avec le balancier spiral suivant un mode de réalisation simplifié. -la figure 2 est une vue éclatée de la figure 1 qui dissocie les différents éléments constitutifs. -la figure 3 est une vue de face et la figure 4 est une coupe suivant un plan passant par l'axe de pivotement de la roue d'échappement et du balancier et des principaux éléments constitutifs (sans détente) assemblés de la fig. 1. -les figures 5, 6, 7, 8 sont les représentations schématiques, vue de dessus, de la roue d'échappement 1, de la bascule 2, du ressort de détente 3 et des deux butées 4 de la figure 1 suivant les quatre phases de fonctionnement du système d'échappement. -la figure 9 est une vue en perspective d'un mode d'exécution à partir de pièces utilisées dans un échappement à ancre courant qui sert de base au modèle d'échappement de démonstration. -les figures 10, 11, 12, 13 sont les représentations schématiques, vue de dessus, de la roue d'échappement 9, de l'ancre 10, du ressort de détente 3 et des deux butées 4 de la figure 9 suivant les quatre phases de fonctionnement du système d'échappement. -la figure 14 est une vue en perspective d'un système de rappel différentiel, en remplacement du système de rappel à ressort 3 de la figure 9. -la figure 15 est la représentation schématique du système différentiel de la figure 14. -la figure 16 est une vue en perspective d'un système d'échappement extra-plat complet avec la roue des secondes. -la figure 17 est la représentation d'un plan de coupe axiale au balancier et à la roue d'échappement de la figure 16. Mode(s) de réalisation de l'invention Les figures 1 à 8 illustrent un mode de réalisation simplifié de cet échappement avec une décomposition du positionnement des pièces mises en oeuvre suivant les différentes phases de fonctionnement : - figure 5 phasel : blocage de la bascule 2 armée par la dent 1 de la roue d'échappement 1. - figure 6 phase2 : dégagement au moment où la force de blocage de la dent 1 est inférieure à la force de rappel de la détente 2 + 3. - figure 7 phase3 : arrêt sur renversement de la roue d'échappement 1 par la dent 3 sur la bascule 35 2. - figure 8 phase4 : impulsion et armage de la détente 2 + 3 par la dent 2 de la roue d'échappement 1 sur la bascule 2. La bascule et la roue d'échappement de ce mode de réalisation simplifiée peuvent être associées avec le balancier/spiral et le système de rappel des modes de réalisation qui suivent. Les figures 9 à 13 illustrent un mode de réalisation de l'échappement à partir de pièces mises en oeuvre dans les échappements à ancre courant. La roue d'un échappement à ancre suisse 9 convient parfaitement. L'ancre 10 peut être conservée moyennant l'inversion de la palette d'entrée pour supprimer le plan d'impulsion et un réglage longitudinal de la palette de sortie pour retoucher le tirage. Il est nécessaire de repositionner les butées 4 de débattement de l'ancre. Le système de rappel 3 peut être placé sur l'axe de pivotement de l'ancre ou sur l'extrémité, au niveau de la fourchette (figure 9 à 13). L'ancre doit être équilibrée afin que la force de rappel de la détente soit constante sur toutes les positions du système. Les figures 10 à 13 sont une décomposition du positionnement des pièces mises en oeuvre suivant les différentes phases de fonctionnement : - figure 10 phase1 : blocage de l'ancre 10 armée par la dent 1 de la roue d'échappement 9. - figure 11 phase2 : dégagement au moment où la force de blocage de la dent 1 est inférieure à la force de rappel de la détente 3+10. - figure 12 phase3 : arrêt sur renversement de la roue d'échappement 9 par la dent 3 sur l'ancre 10. - figure 13 phase4 : impulsion et armage de la détente 3+10 par la dent 2 de la roue d'échappement 9 sur l'ancre 10. Les figures 14 et 15 illustrent un mode de réalisation d'un système de rappel de la bascule. L'axe de l'ancre 16 sur le dessin présente une arête excentrée pour le pivotement qui sert de butée à la pièce de liaison 15 articulée sur l'axe fixe 14 et soumise à la force d'appui du pivot 12 suivant le couple d'entraînement du rouage 11 proportionnel à l'énergie potentielle de la roue d'échappement et variable suivant la charge de celle-ci au moment du dégagement, nous réalisons ainsi un système de rappel de la bascule différentiel entre la force de blocage de la bascule 16 et la force du système de rappel de celle-ci particulièrement adapté au principe de cet échappement. Dans le dessin de la figure 14 le palier 13 est fixe et possède un trou oblong qui permet au pivot 12 de se déplacer suivant un axe radial dans la direction où la force d'appui sur la pièce de liaison 15 est maximum. Dans le dessin de la figure 15 la poussée suivant la flèche 1 du pivot de la roue d'échappement 12 crée un pivotement sur l'axe 14, suivant la flèche 2, de la pièce de liaison 15 qui exerce une force, suivant la flèche 3, sur l'arête excentrée de l'axe de l'ancre 16 qui bascule suivant la flèche 4. Les figures 16 et 17 illustrent un système d'échappement complet avec la roue des secondes (échappement à 18 000 alternances/heure) dont l'agencement des différentes pièces permet une réalisation extra-plate particulièrement adaptée aux mécanismes de montre. La roue d'échappement 17, couplée au balancier 19 par le ressort spiral 18, est munie de paliers 22 (figure 17) qui pivotent sur un axe fixe tubulaire 21 fixé au bâti du mouvement non représenté. Le palier du pivot de balancier 19 côté roue d'échappement 17 peut être fixé dans l'axe du tube 21. Le diamètre intérieur du tube doit permettre le débattement latéral sans contact de l'axe de balancier 20 en cas de choc : paliers munis d'un système antichoc. Ce mode de réalisation permet de réduire la hauteur du mécanisme.40 REVENDICATIONS1. Echappement, pour mouvement horloger, comportant en prise avec un rouage entraîné à partir d'une source d'énergie de la pièce d'horlogerie, une roue d'échappement munie d'un pignon (1), dont un pivot traversant supporte un palier de liaison (7) du balancier (6) aligné axialement et couplé par le ressort spiral (5), associée à une bascule (2) munie d'un système de rappel (3) fixé au système de liaison (8) et d'un système de butée (4) caractérisé en ce que ladite roue d'échappement (1) présente sur sa périphérie un ensemble de dents, au nombre et à la forme adaptés, destinées à coopérer avec la bascule (2) pour réaliser l'armage de la détente (2, 3) en fin d'impulsion et le blocage en position armée ainsi que l'arrêt de la roue d'échappement (1) sur le renversement par la bascule (2) en position désarmée. 2. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bascule (2) présente un axe de pivotement , une surface d'appui pour armer le système de rappel (3) en fin d'impulsion, une surface d'appui pour l'arrêt de la roue d'échappement (1) et le blocage de la bascule (2) armée après l'impulsion, une surface d'appui pour l'arrêt par la bascule (2) désarmée de la roue d'échappement (1) lors du renversement, de surfaces d'appui pour les butées (4). 3. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de rappel (3) reliant la bascule (2) à un système de liaison (8) avec le bâti ou un élément fixe par rapport à la bascule comporte, suivant la réalisation, un ressort, un système magnétique ou tout système basé sur une force. 4. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de liaison (8) comporte une pièce mobile et blocable pour régler la force du système de rappel (3) et permettre le dégagement au moment où le ressort spiral du balancier est désarmé ou après 5. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de butée (4) limitant l'angle de pivotement de la bascule (2) comporte deux butées implantées sur le bâti ou un élément fixe par rapport à la bascule (2) pouvant être ramené à une butée qui peut être supprimée dans le cas où la roue d'échappement (1) sert de butée pour la bascule (2) suivant la réalisation. 6. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue d'échappement (1) présente sur sa périphérie un ensemble de dents au nombre et de forme adaptés, suivant la réalisation, pour remplacer le pignon d'entraînement de cette roue en prise avec le rouage de la pièce d'horlogerie. 7. Echappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue d'échappement (17) comporte, en remplacement de l'axe, un trou cylindrique muni de paliers (22) qui pivotent sur un axe tubulaire (21), fixé au bâti, supportant un des paliers du balancier (19), l'extrémité du ressort spiral (18) est directement reliée à la roue d'échappement (17), nous retrouvons ainsi la roue d'échappement (17) et le balancier (19) alignés axialement et couplés par le ressort spiral (18). 8. Echappement, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bascule (2) armée après l'impulsion, bloque une dent de la roue d'échappement (1) par une surface d'appui qui présente un angle à la radiale de l'extrémité de la dent afin de maintenir la bascule (2) en butée et que lors du basculement (angle de tirage) la surface d'appui fasse reculer la roue d'échappement (1) (angle de dégagement) pour offrir une résistance au dégagement. 9. Echappement, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bascule (2) désarmée lors du renversement, bloque une dent de la roue d'échappement (1) par une surface d'appui qui présente un angle à la radiale de l'extrémité de la dent afin de permettre de maintenir la bascule (2) en butée dans sa position quelle que soit la force d'appui de la dent, même sur un choc. 10. Echappement, selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe de la bascule (16) présente une arête excentrée pour le pivotement qui sert de butée à la pièce de liaison (15) articulée sur l'axe fixe (14) et soumise à la force d'appui du pivot (12) suivant le couple d'entraînement du rouage (11) proportionnel à l'énergie potentielle de la roue d'échappement et variable suivant la charge de celle-ci au moment du dégagement, nous réalisons ainsi un système de rappel de la bascule différentiel entre la force de blocage de la bascule (16) et la force du système de rappel de celle-ci particulièrement adapté au principe de cet échappement. 11. Echappement, selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit système de liaison (8) comporte une pièce mobile se déplaçant en fonction du remontage du ressort moteur pour permettre au système de rappel (3) d'exercer une force variable afin de maintenir l'angle d'armage, fixe ou variable suivant la fourchette choisie, du ressort spiral du balancier qui permet le dégagement. 12. Echappement, selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit système de rappel de la bascule cité en exemple présente une réalisation différente qui comporte la caractéristique de la force de rappel de la bascule proportionnelle suivant l'énergie potentielle de la roue d'échappement et variable suivant la charge de celle-ci au moment du dégagement, système de rappel différentiel entre la force de blocage de la bascule et la force du système de rappel particulièrement adapté au principe de cet échappement, et ne serait être limitative. 13. Echappement, selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit système de rappel de la bascule cité en exemple présente une réalisation différente qui comporte la caractéristique de la force de rappel de la bascule proportionnelle à l'énergie potentielle de la source (pour exemple un ressort moteur), et ne serait être limitative.35