Brevet FR3158457A1 — publié le 20250725

L’invention concerne une presse d’emboutissage comportant une embase présentant une face supérieure d’accueil, une matrice inférieure surplombant ladite face supérieure d’accueil, et une matrice supérieure portée par un plateau monté à coulissement vertical vis-à-vis de cette embase, ladite presse comportant également un dispositif de récupération d’énergie hydraulique (200) comprenant : - une membrane souple (220) remplie d’un liquide incompressible et agencée entre ladite face supérieure d’accueil de l’embase et ladite matrice inférieure, - une turbine hydraulique (270), et : - une conduite de sortie (260) reliant fluidiquement ladite membrane à l’entrée de ladite turbine, ladite membrane étant configurée pour être au moins partiellement comprimée par ladite matrice inférieure lors de l’abaissement de ladite matrice supérieure contre cette dernière de sorte à entraîner l’extraction, via ladite conduite de sortie (260), d’une partie du liquide contenu dans ladite membrane et son déplacement en direction de ladite turbine hydraulique. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Presse d’emboutissage intégrant un dispositif de récupération d’énergie La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des presses d’emboutissage spécialement conçues pour déformer des matériaux, généralement des feuilles de métal, afin de leur donner une forme spécifique. Elle vise en particulier une telle presse d’emboutissage à récupération d’énergie. Les presses d'emboutissage sont largement utilisées dans le secteur automobile pour la fabrication de pièces de carrosserie de véhicules présentant des formes galbées complexes telles que les panneaux de portes, les capots, les ailes, les pavillons de toits, les hayons, et d'autres composants extérieurs. De telles presses ont une structure robuste et souvent massive pour supporter les forces importantes générées pendant le processus d'emboutissage. Elles peuvent être de différents types, tels que des presses mécaniques, hydrauliques ou servo-électriques. L'emboutissage est un processus dans lequel des forces de compression sont appliquées sur une pièce de tôle à l'aide d'une matrice supérieure et d’une matrice inférieure mobiles à coulissement l’une vis-à-vis de l’autre et qui viennent prendre en sandwich cette feuille pour la déformer et lui donner le profil souhaité. Afin de maximiser l’efficacité énergétique, on connaît différentes solutions pour exploiter l'énergie générée par ces presses d’emboutissage. Des systèmes de freinage régénératif peuvent ainsi être utilisés pour convertir l’énergie cinétique générée lors du freinage ou du ralentissement de l’une des matrices en énergie électrique pouvant être réinjectée dans le réseau électrique de l'usine. Le document EP 1 882 534 B1 propose de convertir l'énergie mécanique de la presse en énergie électrique, la stockant pour une utilisation ultérieure dans le rembourrage de la matrice pendant le cycle de pressage afin d'éviter les déformations des pièces. Des dispositifs de stockage d'énergie, tels que des batteries ou des volants d'inertie, peuvent également être utilisés pour accumuler l'énergie générée pendant le processus d'emboutissage et transformée en énergie électrique à l'aide de matériaux piézoélectriques. Cette énergie stockée peut être réutilisée ultérieurement par la presse lorsqu’elle en a besoin ou bien être utilisée par d’autres machines. L’échauffement produit à chaque coup de presse peut également être récupéré via un réseau d’échangeurs puis réinjecté dans des équipements de chauffage participant par exemple au chauffage de bâtiments. Ces techniques connues de récupération d’énergie présentent malheureusement certaines limitations notamment en termes de coûts de conception et d’implémentation car elles nécessitent des modifications relativement importantes aux infrastructures existantes et/ou l’utilisation de dispositifs de collecte et de conversion d’énergie couteux et dont le rendement s’avère relativement faible. La présente invention vise à améliorer la situation. Elle propose à cet effet une presse d’emboutissage comportant une embase présentant une face supérieure d’accueil, une matrice inférieure surplombant ladite face supérieure d’accueil, et une matrice supérieure portée par un plateau monté à coulissement vertical vis-à-vis de cette embase ; caractérisé en ce qu’elle comporte également un dispositif de récupération d’énergie hydraulique comprenant : - une membrane souple remplie d’un liquide incompressible et agencée entre ladite face supérieure d’accueil de l’embase et ladite matrice inférieure, - une turbine hydraulique, et : - une conduite de sortie reliant fluidiquement ladite membrane à l’entrée de ladite turbine, ladite membrane étant configurée pour être au moins partiellement comprimée par ladite matrice inférieure lors de l’abaissement de ladite matrice supérieure contre cette dernière de sorte à entraîner l’extraction, via ladite conduite de sortie, d’une partie du liquide contenu dans ladite membrane et son déplacement en direction de ladite turbine hydraulique. Un tel dispositif de récupération d’énergie présente pour avantage de pouvoir être intégré facilement à une presse d’emboutissage classique sans nécessiter de modifications structurelles importantes. Son efficacité énergétique s’avère en outre plus élevée que celles des dispositifs connus puisque l’énergie récupérée est transformée par la turbine en une énergie mécanique pouvant être exploitée directement pour assurer le fonctionnement d’autres types de dispositifs tels qu’un convoyeur à bandes. Selon des caractéristiques préférées de ladite presse d’emboutissage selon l’invention : - ledit dispositif de récupération d’énergie comprend un réservoir situé plus haut que ladite membrane et relié fluidiquement à la sortie de ladite turbine hydraulique par une conduite de liaison de sorte à recevoir le liquide ayant traversé cette turbine ; - ledit dispositif de récupération d’énergie comprend une conduite d’entrée reliant fluidiquement ledit réservoir à ladite membrane ; - ladite conduite d’entrée est pourvue d’un clapet anti-retour autorisant la circulation du liquide uniquement dans le sens allant dudit réservoir vers ladite membrane ; - ladite conduite de sortie est pourvue d’un clapet anti-retour autorisant la circulation du liquide uniquement dans le sens allant de ladite membrane vers ladite turbine hydraulique ; - ledit dispositif de récupération d’énergie comprend un tapis rigide reposant fixement contre ladite face supérieure d’accueil de l’embase, ledit tapis définissant un renfoncement s’étendant depuis sa face inférieure et logeant la partie principale de ladite membrane, la partie supérieure dudit tapis s’étendant au dessus dudit renfoncement présentant une pluralité de perçages traversés par des excroissances creuses de ladite membrane reliées fluidiquement à sa partie principale, lesdites excroissances saillant au dessus dudit tapis en formant des bulles remplies de liquide prévues pour être comprimées par ladite matrice inférieure lors de l’abaissement de ladite matrice supérieure contre cette dernière ; - ledit dispositif de récupération d’énergie comporte des moyens élastiques de rappel aptes à maintenir ladite matrice inférieure, en l’absence d’efforts de compression exercés contre elle par ladite matrice supérieure, à l’écart dudit tapis de sorte que sa face inférieure affleure le sommet desdites bulles sans exercer d’effort de compression sur ces dernières ; et/ou - lesdites excroissances et lesdits perçages sont agencés régulièrement en lignes et en colonnes de sorte à former un quadrillage. L’invention vise également sous un second aspect un sous-ensemble comportant une telle presse d’emboutissage et un convoyeur à bande, ladite turbine comprenant un rotor dont l’arbre est couplé à l’un des rouleaux de retournement dudit convoyeur de sorte à assurer son entraînement. Selon une caractéristique avantageuse, le couplage entre l’arbre du rotor de ladite turbine et celui dudit rouleau de retournement du convoyeur à bande est assuré par l’intermédiaire d’un réducteur mécanique à engrenages de sorte à permettre d’ajuster la vitesse d’avancement de ce convoyeur. L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - FIG. 1 représente une vue en perspective d’un sous-ensemble comportant une presse d’emboutissage à récupération d’énergie hydraulique selon l’invention couplée à un convoyeur à bande ; - FIG. 2 est une vue en perspective du dispositif de récupération d’énergie hydraulique que comporte la presse d’emboutissage de la FIG. 1 ; - FIG. 3 représente une vue en perspective de dessous du tapis et de la matrice que comporte le dispositif de récupération d’énergie de la FIG. 2 ; - FIG. 4 est une vue agrandie en section du tapis et de la matrice de la FIG. 3 , prise au niveau de l’un des orifices de ce tapis ; - FIG. 5 et FIG. 6 représentent des vues en élévation en de la presse d’emboutissage de la FIG. 1 illustrant le fonctionnement du dispositif de récupération d’énergie hydraulique de la FIG. 2 pendant les phases d’abaissement et de relevage de la matrice supérieure. La FIG. 1 représente une vue en perspective d’un sous-ensemble 1 comportant une presse d’emboutissage à récupération d’énergie hydraulique 100 selon l’invention couplée à un convoyeur à bande 300 dont le fonctionnement est assuré grâce à l’énergie sous forme hydraulique récupérée par cette presse d’emboutissage 100. La presse d’emboutissage 100 comporte un châssis 110 composé d’une embase de forme parallélépipédique 111 reposant sur le sol et présentant une face supérieure d’accueil 111A (voir figures 5 et 6), d’une tête 112 s’étendant au dessus de cette embase 111 à l’aplomb de celle-ci, et de quatre montants cylindriques de guidage 113 s’étendant verticalement entre l’embase 111 et la tête 112 au niveau de leurs quatre coins. Un plateau de forme globalement rectangulaire 120 est monté à coulissement vertical entre l’embase 111 et la tête 112 de ce châssis 110 par l’intermédiaire de quatre perçages agencés au niveau de ses quatre coins et traversés par les montants de guidage 113. Le déplacement à coulissement de ce plateau 120 est par exemple assuré par des moyens d’actionnement hydrauliques mettant en œuvre un fluide sous pression pour générer la force nécessaire à l'emboutissage. Tel qu’illustré par la FIG. 5 , la face inférieure d’accueil 120A de ce plateau 120 porte une matrice supérieure 130 tandis qu’une matrice inférieure 140 surplombe la face supérieure d’accueil 111A de l’embase 111. Selon l’invention, la presse d’emboutissage 100 comporte également un dispositif de récupération d’énergie sous forme hydraulique 200 permettant de faire fonctionner le convoyeur à bande 300 destiné à acheminer les feuilles de tôles à emboutir vers cette presse 100. Représenté seul sur la FIG. 2 , ce dispositif de récupération d’énergie 200 comprend un tapis rigide 210 réalisé par exemple dans un matériau métallique et reposant fixement contre la face supérieure d’accueil 111A de l’embase 111 en dessous de la matrice inférieure 140. Tel qu’illustré par la FIG. 3 , le tapis 210 définit un renfoncement 211 s’étendant depuis sa face inférieure et logeant la partie principale 221 d’une membrane souple 220 remplie d’un liquide incompressible L tel que de l’eau (voir FIG. 4 ). En référence aux figures 2 et 4, la partie supérieure de ce tapis 210 s’étendant au dessus du renfoncement 211 présente une pluralité de perçages cylindriques 212 débouchant sur ce renfoncement 211. Cette membrane souple 220, agencée ainsi entre la face supérieure d’accueil 111A de l’embase 111 et la matrice inférieure 140, comprend également plusieurs excroissances creuses 222 reliées fluidiquement à sa partie principale 221, ces excroissances 222 traversant les perçages 212 et saillant au dessus du tapis 210 en formant des bulles 223 remplies de liquide L. Tel qu’illustré par la FIG. 2 , ces excroissances 222 et ces perçages 212 sont de préférence agencés régulièrement en lignes et en colonnes de sorte à former un quadrillage. Afin de faciliter le glissement des excroissances 222 et des bulles 223, la face intérieure et le pourtour périphérique de ces perçages 212 sont avantageusement recouverts d’un revêtement anti-frottement 214 comme représenté sur la FIG. 4 . Ce revêtement 214 est de préférence réalisé dans un matériau élastomère afin d’absorber les éventuelles variations de taille et de forme des bulles 223, de sorte à garantir un coulissement uniforme des excroissances 222 au travers du tapis 210 lors des opérations d’abaissement et de remontée de la matrice supérieure 130. Afin d’éviter tout risque de déchirement durant les phases de compression, la membrane 220 est avantageusement réalisée dans un élastomère thermoplastique, un caoutchouc de silicone, un polyuréthane ou bien encore un polymère flexible. Sa résistance à la compression peut également être renforcée par l’ajout de fibres naturelles et/ou synthétiques telles que des fibres de verre ou de tissu. Son épaisseur sera choisie de manière à offrir un compromis optimum entre résistance mécanique à la compression et flexibilité. Tel qu’illustré par la FIG. 6 , en l’absence d’efforts de compression exercés contre elle par la matrice supérieure 130, la matrice inférieure 140 est maintenue par des moyens élastiques de rappel 230 à l’écart verticalement du tapis 210 de sorte que sa face inférieure affleure le sommet des bulles 223 sans exercer d’effort de compression sur ces dernières. Ces moyens élastiques de rappel sont par exemple constitués par quatre ressorts hélicoïdaux de compression 230 agencés verticalement entre la face supérieure du tapis 210 et la face inférieure de la matrice inférieure 140 au niveau de leurs zones de coin. En référence de nouveau à la FIG. 2 , le dispositif de récupération d’énergie 200 comporte également : - une conduite d’entrée 240 en communication fluidique par l’une de ses extrémités avec la partie principale 221 de la membrane 220 et dont l’autre extrémité est reliée fluidiquement à la partie inférieure d’un réservoir 250 situé plus haut que cette membrane 220 ; et - une conduite de sortie 260 en communication fluidique par l’une de ses extrémités avec la partie principale 221 de la membrane 220 et dont l’autre extrémité est reliée fluidiquement à l’entrée d’une turbine hydraulique 270. La conduite d’entrée 240 est pourvue d’un clapet anti-retour 241 autorisant la circulation du liquide L uniquement dans le sens allant du réservoir 250 vers la membrane 220. De la même manière, la conduite de sortie 260 est pourvue d’un clapet anti-retour 261 autorisant la circulation du liquide L uniquement dans le sens allant de la membrane 220 vers la turbine hydraulique 270. Cette turbine hydraulique 270 dont la sortie est reliée fluidiquement à la partie supérieure du réservoir 250 par l’intermédiaire d’une conduite de liaison 280, comprend un rotor interne à aubes (non visible) dont l’arbre est couplé à l’un des rouleaux de retournement cylindrique du convoyeur à bande 300, de sorte à assurer son entraînement. Ce couplage entre l’arbre du rotor de la turbine 270 et celui du rouleau de retournement du convoyeur à bande 300 est avantageusement assuré par l’intermédiaire d’un réducteur mécanique à engrenages 290, de sorte à permettre d’ajuster la vitesse d’avancement de ce convoyeur 300. On va maintenant décrire rapidement le fonctionnement du dispositif de récupération d’énergie 200 à l’aide des figures 5 et 6. Lorsque le plateau coulissant 120 portant la matrice supérieure 130 est abaissé par les moyens d’actionnement de la presse 100 pour réaliser l’emboutissage d’une pièce de tôle non représentée, l’effort mécanique de compression subi par la matrice inférieure 140 entraîne également son abaissement à l’encontre des moyens de rappel élastiques 230 de sorte que sa face inférieure vienne écraser les bulles 223 de la membrane 220 saillant au dessus du tapis 210 ( FIG. 5 ). Cet écrasement des bulles 223 a pour conséquence d’entraîner l’extraction, via la conduite de sortie 260, d’une partie du liquide L contenu dans cette membrane 220 hors de cette dernière et son déplacement en direction de la turbine hydraulique 270 dont il va entraîner en rotation le rotor de sorte à provoquer l’avancement de la bande du convoyeur 300 (conversion de l’énergie d’écoulement hydraulique en énergie de rotation). Après avoir traversé cette turbine hydraulique 270, ce liquide L circule ensuite dans la conduite de liaison 280 et vient se déverser à l’intérieur du réservoir 250. On remarquera que le clapet anti-retour 241 de la conduite d’entrée 240 empêche le liquide L de s’échapper de la membrane 220 via cette conduite d’entrée 240 lors de cette phase d’écrasement des bulles 223. Une fois l’emboutissage de la pièce de tôle réalisée, le plateau coulissant 120 portant la matrice supérieure 130 est relevé par les moyens d’actionnement de la presse 100 ( FIG. 6 ). Sollicitée uniquement par les moyens de rappel élastiques 230, la matrice inférieure 140 retrouve sa position relevée de repos tandis que les bulles 223, ne subissant plus la compression de cette matrice inférieure 140, retrouvent également leur position initiale. Le liquide L contenu dans le réservoir 250 va alors naturellement s’écouler par gravité dans la conduite d’entrée 240 et retourner dans la membrane 220 de sorte à remplir à nouveau ces bulles 223. On remarquera que le clapet anti-retour 261 de la conduite de sortie 260 empêche le liquide L de s’échapper de la turbine 270 pour retourner dans la membrane 220 via cette conduite de sortie 260 lorsque les bulles 223 reprennent leur position initiale. A chaque cycle d’emboutissage, on comprend que la bande du convoyeur 300 va avancer séquentiellement grâce au dispositif de récupération d’énergie 200 dont la conception et l’agencement permettent de ne pas interférer avec la trajectoire de robots de transfert non représentés et assurant le transport de la pièce de tôle à emboutir entre la presse 100 et ce convoyeur 300. Selon des variantes de réalisation non représentées, un mécanisme de stockage d’énergie par exemple de type à volant d’inertie pourrait être intégré au dispositif de récupération d’énergie 200 afin d’assurer un mouvement continu de la bande du convoyeur 300. Selon d’autres variantes de réalisation non représentées, l’énergie récupérée grâce au dispositif 200 pourrait être utilisée pour participer à ou pour assurer intégralement l’alimentation énergétique d’autres types de dispositifs. La forme, les dimensions et/ou l’espacement des bulles pourront également être ajustés en fonction de la quantité d’énergie hydraulique que l’on souhaite récupérer. De nombreuses variantes sont envisageables et on rappelle à cet égard que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe également toutes les variantes d’exécution à la portée de l'homme du métier. Presse d’emboutissage (100) comportant une embase (111) présentant une face supérieure d’accueil (111A), une matrice inférieure (140) surplombant ladite face supérieure d’accueil (111A), et une matrice supérieure (130) portée par un plateau (120) monté à coulissement vertical vis-à-vis de cette embase (111) ; caractérisé en ce qu’elle comporte également un dispositif de récupération d’énergie hydraulique (200) comprenant : - une membrane souple (220) remplie d’un liquide incompressible (L) et agencée entre ladite face supérieure d’accueil (111A) de l’embase (111) et ladite matrice inférieure (140), - une turbine hydraulique (270), et : - une conduite de sortie (260) reliant fluidiquement ladite membrane (220) à l’entrée de ladite turbine (270), ladite membrane (220) étant configurée pour être au moins partiellement comprimée par ladite matrice inférieure (140) lors de l’abaissement de ladite matrice supérieure (130) contre cette dernière de sorte à entraîner l’extraction, via ladite conduite de sortie (260), d’une partie du liquide (L) contenu dans ladite membrane (220) et son déplacement en direction de ladite turbine hydraulique (270). Presse d’emboutissage (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif de récupération d’énergie (200) comprend un réservoir (250) situé plus haut que ladite membrane (220) et relié fluidiquement à la sortie de ladite turbine hydraulique (270) par une conduite de liaison (280) de sorte à recevoir le liquide (L) ayant traversé cette turbine (270). Presse d’emboutissage (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit dispositif de récupération d’énergie (200) comprend une conduite d’entrée (240) reliant fluidiquement ledit réservoir (250) à ladite membrane (220). Presse d’emboutissage (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite conduite d’entrée (240) est pourvue d’un clapet anti-retour (241) autorisant la circulation du liquide (L) uniquement dans le sens allant dudit réservoir (250) vers ladite membrane (220). Presse d’emboutissage (100) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite conduite de sortie (260) est pourvue d’un clapet anti-retour (261) autorisant la circulation du liquide (L) uniquement dans le sens allant de ladite membrane (220) vers ladite turbine hydraulique (270). Presse d’emboutissage (100) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit dispositif de récupération d’énergie (200) comprend un tapis rigide (210) reposant fixement contre ladite face supérieure d’accueil (111A) de l’embase (111), ledit tapis (210) définissant un renfoncement (211) s’étendant depuis sa face inférieure et logeant la partie principale (221) de ladite membrane (220), la partie supérieure dudit tapis (210) s’étendant au dessus dudit renfoncement (211) présentant une pluralité de perçages (212) traversés par des excroissances creuses (222) de ladite membrane (220) reliées fluidiquement à sa partie principale (221), lesdites excroissances (222) saillant au dessus dudit tapis (210) en formant des bulles (223) remplies de liquide (L) prévues pour être comprimées par ladite matrice inférieure (140) lors de l’abaissement de ladite matrice supérieure (130) contre cette dernière. Presse d’emboutissage (100) selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit dispositif de récupération d’énergie (200) comporte des moyens élastiques de rappel (230) aptes à maintenir ladite matrice inférieure (140), en l’absence d’efforts de compression exercés contre elle par ladite matrice supérieure (130), à l’écart dudit tapis (210) de sorte que sa face inférieure affleure le sommet desdites bulles (223) sans exercer d’effort de compression sur ces dernières. Presse d’emboutissage (100) selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que lesdites excroissances (222) et lesdits perçages (212) sont agencés régulièrement en lignes et en colonnes de sorte à former un quadrillage. Sous-ensemble (1) comportant une presse d’emboutissage (100) selon l’une des revendications 1 à 8 et un convoyeur à bande (300), ladite turbine (270) comprenant un rotor dont l’arbre est couplé à l’un des rouleaux de retournement dudit convoyeur (300) de sorte à assurer son entraînement. Sous-ensemble (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le couplage entre l’arbre du rotor de ladite turbine (270) et celui dudit rouleau de retournement du convoyeur à bande (300) est assuré par l’intermédiaire d’un réducteur mécanique à engrenages (290) de sorte à permettre d’ajuster la vitesse d’avancement de ce convoyeur (300).