EP0508838B1 - Moteur à fluide à mouvement alternatif, en particulier pour l'entraînement d'un balai d'essuie-glace - Google Patents

Moteur à fluide à mouvement alternatif, en particulier pour l'entraînement d'un balai d'essuie-glace Download PDF

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EP0508838B1
EP0508838B1 EP92400273A EP92400273A EP0508838B1 EP 0508838 B1 EP0508838 B1 EP 0508838B1 EP 92400273 A EP92400273 A EP 92400273A EP 92400273 A EP92400273 A EP 92400273A EP 0508838 B1 EP0508838 B1 EP 0508838B1
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EP
European Patent Office
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rack
piston
distributor
motor
motor according
Prior art date
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EP92400273A
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German (de)
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EP0508838A1 (fr
Inventor
Edmond Faubeau
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Forges de Belles Ondes
Original Assignee
Forges de Belles Ondes
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/065Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement the motor being of the rack-and-pinion type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/08Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/047Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft with rack and pinion

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating fluid motor of the type which includes: a body in which a rack is slidably mounted; pressurized fluid means for driving in alternating translation of this rack; a pinion rotatably mounted in the body and adapted to cooperate with the rack; at least one output shaft of the motor driven in rotation by the pinion and a reversing device comprising a distributor for modifying the direction of action of the drive means at each end of travel of the rack; motor in which the pressurized fluid drive means comprise two pistons linked respectively to each end of the rack, and adapted to move each in an associated cylinder situated on either side of the body, the pinion being placed between the two pistons and the pressurized fluid being admitted alternately into one of the chambers of the cylinders opposite the rack.
  • a reciprocating fluid motor of the type which includes: a body in which a rack is slidably mounted; pressurized fluid means for driving in alternating translation of this rack; a pinion rotatably mounted in the body and adapted to cooperate
  • FR-A-1 518 064 describes a rotary control mechanism with pistons and racks comprising two pistons moving simultaneously in opposite directions by sliding on guide rods which pass through them in a sealed manner.
  • the invention relates more particularly, but not exclusively, to a reciprocating pneumatic motor intended for driving a wiper arm, in particular for high speed trains.
  • the object of the invention is, above all, to provide a reciprocating fluid motor, which develops a higher starting torque and power, under a given bulk, corresponding to that of current motors, in order to ensure correct drive.
  • the wiper arm when vehicles are traveling at high speed, in particular above 200 km / hour.
  • a reciprocating fluid motor of the kind defined above, is characterized in that the movement reversing device comprises, in each cylinder, a rod fixed at one end, in the body and passing through in a sliding and sealed manner a bore of the corresponding piston, a longitudinal pipe and transverse bores being provided in this rod so that at the active end of travel of the corresponding piston said pipe is placed in communication with the chamber in which the fluid under pressure, this pipe itself being in connection with conduits, provided in the body of the engine, suitable for admitting the fluid under pressure in a control circuit of a distributor which controls the supply and setting to exhaust cylinders, to cause reversal of movement.
  • the distributor comprises a sliding drawer and the control circuit of the distributor comprises, at each longitudinal end of the drawer, a chamber associated with one of said rods, chamber in which the pressurized fluid is admitted at the end of the rack race. in the proper sense, to cause the drawer to slide and reverse the movement.
  • the dispenser comprises an intermediate jacket in which the drawer slides, this jacket comprising, on its external surface, annular grooves spaced axially, each groove comprising several passage orifices distributed over its bottom, the sum of the sections of the orifices provided being substantially equal to the section of the inlet or outlet orifice provided in the body of the distributor, but the diameter of each of the orifices of the groove being more reduced.
  • Said liner may consist of a stack of elementary rings, each ring having a groove, a seal being disposed between two adjacent rings.
  • the seal is advantageously formed by a double O-ring comprising an outer O-ring part, the cross section of which has a relatively large diameter, and which is subjected to the tightening of the stack, and an O-ring part located radially inwards, whose cross section has a smaller diameter, and against which slide spans of the drawers, the inner toric part being connected, by a relatively flexible radial web, to the external toric part.
  • the distributor control circuit may include a fixed stop control device.
  • This device can be constituted by a fixed stop cylinder placed at the end of the distributor and in which a piston of section clearly greater than that of the drawer can slide, this piston comprising a pusher in abutment against the drawer, and being suitable for the subject to the action of the fluid under pressure, when the engine stop is commanded, so that said piston pushes the slide into a determined position corresponding to the shutdown of the arm wiper in a fixed position.
  • the rack can have a substantially semicircular section corresponding to a milled part of a rod of circular section whose cylindrical ends carry the above pistons, which are provided with a bore in their central part, crossed by the respective end of said rod.
  • the "primitive" plane of the rack contains the axis of the rack so that the thrust of the pistons is perfectly centered.
  • the rack slides in self-lubricating rings; the pinion is carried on each side by a bearing.
  • the cylinders, associated with each piston, are advantageously linked to the casing in a removable manner.
  • a damper device for the end of the piston stroke is advantageously provided on the bottom of the cylinder remote from the body of the engine; this damping device can be constituted by a finger, with frustoconical end, suitable for entering a blind housing from the end of the rack at the piston so as to create damping.
  • Figure 1 of these drawings is an elevational view for the left part and a vertical section along the line I-I of Figure 2, for the right part, of a pneumatic motor according to the invention.
  • Figure 2 is an axial section along the line II-II of Figure 1, on a reduced scale.
  • Figure 3 is a half-section of the engine along line III-III of Figure 2 showing the rods of the reversing device and half of the pistons, the distributor being further shown in axial section, and on a different scale .
  • FIG. 4 is a top view of the motor in FIG. 1.
  • Figure 5 is a section of an annular seal disposed between two elements of the distributor jacket.
  • a pneumatic motor M reciprocating, which comprises a body 1 in which is slidably mounted, parallel to the plane of Figure 1, and perpendicular to the plane of Figure 2, a rack 2 with which meshes a pinion 3 whose axis of rotation is orthogonal to the direction of movement of the rack.
  • Pneumatic means P for driving in alternating translation of the rack 2 are provided.
  • An output shaft 4 (see Figure 2) coaxial with the pinion 3 is rotated by the latter.
  • a reversing device C comprising a distributor D is provided for modifying the direction of action of the pneumatic drive means P at each end of travel of the rack 2.
  • This rack has a substantially semi-circular section corresponding to a milled central portion of a cylindrical rod, the ends 5a, 5b have a circular section.
  • the teeth 2a of the rack are provided on the flat face of the semi-circular section and extend perpendicularly to the direction of movement of the rack.
  • Rack 2 slides in rings self-lubricating such as 7 placed in the bore of the body 1 intended to receive the rack.
  • the drive means P comprise two pistons 6 a , 6 b linked to each end 5 a , 5 b of the rack. These ends have a diameter smaller than that of the rod in which the rack has been cut so that a radial shoulder 8 is formed.
  • Each piston includes a central bore 9 in which is engaged the respective end of the rack. The blocking in the axial direction of the piston against the shoulder 8 is ensured by an elastic split segment 10 anchored in a groove provided at the periphery of the corresponding end.
  • Each piston 6 a , 6 b is capable of moving in leaktight manner in an associated cylinder 11 a , 11 b .
  • the piston 6 a , 6 b can be made of plastic.
  • the "primitive" plane of the rack 2 contains the axis of the rack so that the thrust of the pistons 6 a , 6 b is perfectly centered.
  • the cylinders 11 a , 11 b are arranged on either side of the body 1 and are constituted by simple cylindrical envelopes.
  • the axial longitudinal vertical plane Q is a plane of symmetry for the engine, so that the description will only be made for the right part of the engine shown in FIG. 1.
  • the identical elements of the left-hand part will not be described and will simply be designated by the same reference numerals assigned with the letter b instead of the letter a used for the right-hand part.
  • the end of the cylindrical casing 11a, located toward the body 1, is received in a bore 12 a and abuts axially against the transverse bottom of this bore.
  • a seal 13 a is provided in an annular groove in the cylindrical wall of the bore 12 a so as to apply against the external surface of the casing 11 a .
  • the casing 11 a is received in the bore 14a (also equipped with a seal) of a bottom 15 maintained on the body 1 by screws 16a through holes provided in ears 17 a from the bottom 15 a , and screwed, at their other other end, into tapped holes 18 a in the body 1.
  • the cylinder 11 a is advantageously made of stainless steel. Its removable nature makes it easy to machine. It can be easily adapted to different strokes of the piston 6 a .
  • the bottom 15 a has, in its central part, towards the inside of the cylinder, a finger 19 a , with frustoconical end, mounted in an adjustable manner in the axial direction.
  • the end 5a of the rod has a blind hole 20 is provided, near its opening outwardly, an annular groove in which is provided an O-ring 21 a.
  • the finger 19 a is able to enter the blind hole 20 a , so that the air is expelled from it and escapes through space ring surrounding the finger 19 a , being braked.
  • the seal 21 has reached the cylindrical portion of larger diameter of the finger 19 a , a seal is established and an air mattress is trapped in the bottom of the blind hole 20 a . This dampens the end of the rack travel.
  • the pinion 3 is provided, on each side, with a cylindrical shoulder carried by a bearing 22, 23 mounted in the body 1.
  • the shaft 4 intended for driving the mechanism of the wiper arm extends from the pinion 3, of which it is integral, passing through a relatively long cylindrical sleeve 24 serving as guide to this shaft 4.
  • Another coaxial shaft 25 extends from the pinion 3, on the side opposite to the shaft 4, and is provided, at its outer end, with a crank 26 wedged in rotation on this shaft, allowing, if desired , to block the engine, in the event that an emergency wiper device is started.
  • the movement reversing device C shown in FIG. 3, comprises in each cylinder a rod 27 a , 27 b fixed by screwing a threaded end into a threaded hole in the body 1.
  • the two rods 27 a , 27 b are preferably coaxial, parallel to the axis of the cylinders 11 a , 11 b and offset radially relative to this axis.
  • the outer end of each rod 27 a , 27 b is received and held, in a sealed manner, in a bore 28 a , 28 b of the bottom 15 a , 15 b of the corresponding cylinder.
  • Each rod, such as 27 a slidably and sealingly passes through a bore 29 a of the corresponding piston.
  • a blind longitudinal duct 30a, opening at the end of the rod located in the body 1 is provided.
  • a diametral transverse bore 31 a passes through the rod 27 a near its blind end. The location of this hole 31 a is determined such that in the end of the active stroke of the piston 6a, which corresponds to the position shown in Figure 3, the bore 31a opens into the chamber 32 and the pipe 30 a is placed in communication with the chamber 32 a , located on the side opposite to the rack 2, into which the fluid under pressure is admitted.
  • Another diametral transverse hole 33 a is provided in a zone of reduced diameter of the rod 27 a so as to open out in a chamber 34 a of the body 1.
  • a conduit 35 a is provided in the body 1 to establish a connection between this chamber 34 a and a control circuit F of the distributor D which controls the supply and the setting the exhaust of the cylinders 11 a , 11 b .
  • the bottom 15 a has a passage 36 which opens out, on the one hand into the chamber 32 a and, on the other hand, into a bore 37 a , with an axis parallel to that of the cylinder 11 a , and located radially to the outside of this cylinder.
  • This bore 37 a receives, in a sealed manner, the end of a tube 38 a , the other end of which is received, also in a sealed manner, in a bore 39 a of the body 1.
  • This bore 39 a is extended by a hole blind 40 a .
  • a conduit 41 a opens into the hole 40 a in the vicinity of its closed end. This conduit 41 has established a connection between the hole 40 a and an orifice 42 a of the distributor D.
  • the distributor D comprises a sliding drawer 43 comprising three grooves axially separated and delimited by larger diameter spans 44, 45, 46 and 47.
  • the drawer 43 is suitable for sliding in an intermediate jacket 48 comprising on its outer surface five annular grooves 49 spaced axially.
  • Each groove 49 has several passage orifices 50, oriented radially, distributed over the bottom, the sum of the sections of the orifices 50 being substantially equal to the section of the supply orifice 51 or of the exhaust orifices 52, 53 provided in the body of the distributor D.
  • the diameter of each orifice 50 is less than that of the orifices 51, 52, 53 which makes it possible to reduce the length of the distributor as much, because the axial stacking makes intervene five grooves 49 and therefore five times the diameter of an orifice 50.
  • the jacket 48 is advantageously constituted by a stack of five elementary rings 54, each ring having a groove, while a seal 55 is arranged between the faces of two adjacent rings.
  • Each seal 55 as illustrated in FIG. 5, is advantageously formed by a double O-ring made of elastomeric material comprising an outer O-ring part 56 whose section has a relatively large diameter and which is subjected to the tightening of the stack of rings 54, and an O-ring portion 57 located radially inwards, the section of which has a smaller diameter.
  • the bearing surfaces 44-47 slide against the internal radial surface of the section 57.
  • This part 55 is connected by a radial web 58, of reduced thickness and relatively flexible to the external toric part 56. This flexibility facilitates sliding and reduces the risk of damage to the seal.
  • the drive circuit F includes, at each longitudinal end of the slide 43 a respective chamber 59, 59 b associated with the corresponding rod 27, 27b.
  • the pipe 35 a , 35 b provides the connection between the associated chamber 59 a , 59 b and the chamber 34 a , 34 b .
  • Each chamber 59 a, 59 b is defined by the transverse face of the end spans 44, 47 sealingly drawer which slide (with a seal) in the sleeves 60, 61 provided at each end of the stack constituting the shirt 48.
  • annular passage is provided all around the sleeves 60, 61 which have, at their ends, radial passages such as 64 for communicating the annular passage into which the pipe 35 a or 35 b, with the respective chamber, 59 a, 59 b.
  • the control circuit F further comprises a fixed stop control device 65 disposed at the end of the distributor D, on the left according to the representation in FIG. 3.
  • This device comprises a cylinder 66 fixed coaxially to the drawer D, on the cover 62.
  • This cover has, in its central part, an opening with a sleeve 67.
  • the bottom of the cylinder 66 has an orifice 68 intended to be connected to a pipe, not shown, which can be placed in communication either with an inlet pressurized fluid, either with the exhaust, usually the atmosphere.
  • This piston 69 is provided, on the side of the drawer, with a pusher 70 sliding in leaktight manner in the sleeve 67 and capable of coming to bear, by an end of smaller diameter, against the transverse face of the bearing surface 44 of the drawer 43.
  • a compression spring 71 is provided between the piston 69 and the cover 62.
  • the pusher 70 and the sleeve 67 are engaged in the turns of this spring 71, which is intended to possibly overcome an effect of adhesion or "sticking" of the seals provided on the plunger and the piston, on the surfaces cooperating with these seals.
  • valve spool 43 occupies the position corresponding to the lower half-cut of this same figure 3.
  • the orifice 68 is supplied with pressurized fluid.
  • the chamber 32 In this stop position of the engine, the chamber 32 is fed with fluid under pressure. Air pressure holds the piston 6a, and thus the drive shaft, in the end of cycle position.
  • the bore 31 a is uncovered and the pressurized fluid feeds the chamber 59 a , passing through the channel 30 a and the conduit 35 a .
  • the drawer 43 is prevented from moving, under the action of the pressure prevailing in the chamber 59 a , due to the pressure exerted on the piston 69, of larger diameter, by the pressurized air admitted through the orifice 68.
  • the engine therefore remains stationary.
  • the engine is started by venting the orifice 68.
  • the piston 69 and its pusher 70 move to the left of FIG. 3, under the action of the spring 71, and no longer exert, on the drawer 43, a thrust antagonistic to that exerted by the compressed air contained in the room 59 a .
  • the drawer 43 moves from right to left in Figure 3 to move to the position shown in the upper half-section.
  • the orifice 51 then supplies the orifice 42 b which, via the conduit 41 b of the blind hole 40 b and the tube 38 b , ensures the supply of the chamber 32 b .
  • the engine starts with displacement of the piston 6 b from left to right as shown in FIG. 3. This movement encounters no resistance from the other piston 6 a because the chamber 32 a is connected to the atmosphere by the conduit 41 a and the orifice 52.
  • the drawer 43 then moves to take the position shown in the lower half-part of FIG. 3 so as to supply the chamber 32 a and bring the chamber 32 b to the atmosphere.
  • the pressure acting on the piston 69 causes the locking of the slide 43 in the position shown in the lower half of Figure 3, with continued feeding of the chamber 32 with pressurized fluid.
  • the fixed stop position of the engine is therefore obtained in a determined position.
  • the reversal of this stop position can be obtained by reversing the mounting of the cover 63 and of the control device 65 comprising the parts 62, 66, 69 and 70.
  • the wiper arm will stop in a determined position, always the same.
  • a rolling can be provided on the exhaust of the cylinders 11 a , 11 b to adjust the speed of the rack.
  • the design of the fluid motor of the invention makes it possible, under a small footprint, to increase the power of the engine. At the level of the reversing device and of the distribution, there are practically no moving parts.

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Description

  • L'invention est relative à un moteur à fluide à mouvement alternatif du genre de ceux qui comprennent : un corps dans lequel est montée coulissante une crémaillère ; des moyens à fluide sous pression pour l'entraînement en translation alternative de cette crémaillère ; un pignon monté rotatif dans le corps et propre à coopérer avec la crémaillère ; au moins un arbre de sortie du moteur entraîné en rotation par le pignon et un dispositif d'inversion comprenant un distributeur pour modifier le sens d'action des moyens d'entraînement à chaque fin de course de la crémaillère ; moteur dans lequel les moyens d'entraînement à fluide sous pression comprennent deux pistons liés respectivement à chaque extrémité de la crémaillère, et propres à se déplacer chacun dans un cylindre associé situé de part et d'autre du corps, le pignon se trouvant placé entre les deux pistons et le fluide sous pression étant admis alternativement dans l'une des chambres des cylindres opposées à la crémaillère. Un tel moteur est par exemple du type de celui décrit dans US-A-3 151 533.
  • FR-A-1 518 064 décrit un mécanisme rotatif de commande à pistons et crémaillères comportant deux pistons se déplaçant simultanément en sens inverse en coulissant sur des tiges de guidage qui les traversent de manière étanche.
  • L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un moteur pneumatique à mouvement alternatif destiné à l'entraînement d'un bras d'essuie-glace, en particulier pour trains à grande vitesse.
  • On a constaté que les moteurs pneumatiques actuels, pour l'entraînement de bras d'essuie-glace sur des véhicules circulant à grande vitesse, en particulier pour trains à grande vitesse, n'assurent plus un entraînement suffisant des bras lorsque les véhicules atteignent et dépassent des vitesses de l'ordre de 200 Km/heure, notamment en raison des effets de vent relatif.
  • L'invention a pour but, surtout, de fournir un moteur à fluide à mouvement alternatif, qui développe un couple de démarrage et une puissance plus importants, sous un encombrement donné, correspondant à celui des moteurs actuels, afin d'assurer un entraînement correct du bras d'essuie-glace lorsque les véhicules circulent à grande vitesse, en particulier au-delà de 200 Km/heure.
  • Selon l'invention, un moteur à fluide à mouvement alternatif, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait que le dispositif d'inversion du mouvement comprend, dans chaque cylindre, une tige fixée, à une extrémité, dans le corps et traversant de manière coulissante et étanche un alésage du piston correspondant, une canalisation longitudinale et des perçages transversaux étant prévus dans cette tige de manière telle qu'en fin de course active du piston correspondant ladite canalisation soit mise en communication avec la chambre dans laquelle est admis le fluide sous pression, cette canalisation étant elle-même en liaison avec des conduits, prévus dans le corps du moteur, propres à admettre le fluide sous pression dans un circuit de pilotage d'un distributeur qui commande l'alimentation et la mise à l'échappement des cylindres, pour provoquer l'inversion du mouvement.
  • Avantageusement, le distributeur comprend un tiroir coulissant et le circuit de pilotage du distributeur comprend, à chaque extrémité longitudinale du tiroir, une chambre associée à l'une desdites tiges, chambre dans laquelle le fluide sous pression est admis en fin de course de la crémaillère dans le sens approprié, pour provoquer le coulissement du tiroir et l'inversion du mouvement.
  • Avantageusement, le distributeur comporte une chemise intermédiaire dans laquelle coulisse le tiroir, cette chemise comportant, sur sa surface extérieure, des gorges annulaires espacées axialement, chaque gorge comportant plusieurs orifices de passage répartis sur son fond, la somme des sections des orifices prévus étant sensiblement égale à la section de l'orifice d'entrée ou de sortie prévu dans le corps du distributeur, mais le diamètre de chacun des orifices de la gorge étant plus réduit.
  • Ladite chemise peut être constituée par un empilage de bagues élémentaires, chaque bague comportant une gorge, un joint étant disposé entre deux bagues adjacentes. Le joint est avantageusement formé par un double joint torique comportant une partie torique extérieure, dont la section a un diamètre relativement important, et qui est soumise au serrage de l'empilage, et une partie torique située radialement vers l'intérieur, dont la section a un diamètre plus faible, et contre laquelle coulissent des portées du tiroirs, la partie torique intérieure étant reliée, par un voile radial relativement souple, à la partie torique extérieure.
  • Le circuit de pilotage du distributeur peut comporter un dispositif de commande d'arrêt fixe. Ce dispositif peut être constitué par un cylindre d'arrêt fixe disposé en bout du distributeur et dans lequel un piston de section nettement supérieure à celle du tiroir peut coulisser, ce piston comportant un poussoir en appui contre le tiroir, et étant propre à ère soumis à l'action du fluide sous pression, lorsque l'arrêt du moteur est commandé, de manière telle que ledit piston pousse le tiroir dans une position déterminée correspondant à la mise à l'arrêt du bras d'essuie-glace dans une position fixe.
  • La crémaillère peut avoir une section sensiblement semi-circulaire correspondant à une partie fraisée d'une tige de section circulaire dont les extrémités cylindriques portent les susdits pistons, lesquels sont munis d'un alésage dans leur partie centrale, traversé par l'extrémité respective de ladite tige. Avantageusement, le plan "primitif" de la crémaillère contient l'axe de la crémaillère pour que la poussée des pistons soit parfaitement centrée.
  • De préférence, la crémaillère coulisse dans des bagues autolubrifiantes ; le pignon est porté, de chaque côté par un roulement.
  • Les cylindres, associés à chaque piston, sont avantageusement liés au carter de manière démontable.
  • Un dispositif amortisseur de la fin de course du piston est avantageusement prévu sur le fond du cylindre éloigné du corps du moteur ; ce dispositif amortisseur peut être constitué par un doigt, à extrémité tronconique, propre à pénétrer dans un logement borgne de l'extrémité de la crémaillère au niveau du piston de manière à créer un amortissement.
  • L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif.
  • La figure 1, de ces dessins, est une vue en élévation pour la partie gauche et une coupe verticale suivant la ligne I-I de la figure 2, pour la partie droite, d'un moteur pneumatique conforme à l'invention.
  • La figure 2, est une coupe axiale suivant la ligne II-II de la figure 1, à échelle réduite.
  • La figure 3 est une demi-coupe du moteur suivant la ligne III-III de la figure 2 faisant apparaître les tiges du dispositif d'inversion et une moitié des pistons, le distributeur étant en outre représenté en coupe axiale, et à une échelle différente.
  • La figure 4 est une vue de dessus du moteur de la figure 1.
  • La figure 5, enfin, est une coupe d'un joint annulaire disposé entre deux éléments de la chemise du distributeur.
  • En se reportant aux dessins, en particulier aux figures 1 et 2, on peut voir un moteur pneumatique M, à mouvement alternatif, qui comprend un corps 1 dans lequel est montée coulissante, parallèlement au plan de la figure 1, et perpendiculairement au plan de la figure 2, une crémaillère 2 avec laquelle engrène un pignon 3 dont l'axe de rotation est orthogonal à la direction de déplacement de la crémaillère. Des moyens pneumatiques P d'entraînement en translation alternative de la crémaillère 2 sont prévus. Un arbre de sortie 4 (voir figure 2) coaxial au pignon 3 est entraîné en rotation par ce dernier. Un dispositif d'inversion C comprenant un distributeur D est prévu pour modifier le sens d'action des moyens pneumatiques d'entraînement P à chaque fin de course de la crémaillère 2.
  • Cette crémaillère, comme visible sur la figure 2, a une section sensiblement semi-circulaire correspondant à une partie médiane fraisée d'une tige cylindrique dont les extrémités 5a, 5b ont une section circulaire. Les dents 2a de la crémaillère sont prévues sur la face plane de la section semi-circulaire et s'étendent perpendiculairement à la direction de déplacement de la crémaillère.
  • La crémaillère 2 coulisse dans des bagues autolubrifiantes telles que 7 placées dans l'alésage du corps 1 destiné à recevoir la crémaillère.
  • Les moyens d'entraînement P comprennent deux pistons 6a, 6b liés à chaque extrémité 5a, 5b de la crémaillère. Ces extrémités ont un diamètre inférieur à celui de la tige dans laquelle a été taillée la crémaillère de sorte qu'un épaulement radial 8 est formé. Chaque piston comprend un alésage central 9 dans lequel est engagée l'extrémité respective de la crémaillère. Le blocage suivant la direction axiale du piston contre l'épaulement 8 est assuré par un segment fendu élastique 10 ancré dans une gorge prévue à la périphérie de l'extrémité correspondante.
  • Chaque piston 6a, 6b est propre à se déplacer de manière étanche dans un cylindre associé 11a, 11b. Le piston 6a, 6b peut être réalisé en matière plastique.
  • Le plan "primitif" de la crémaillère 2 contient l'axe de la crémaillère pour que la poussée des pistons 6a, 6b soit parfaitement centrée.
  • Les cylindres 11a, 11b sont disposés de part et d'autre du corps 1 et sont constitués par de simples enveloppes cylindriques. Comme visible d'après la figure 1, le plan vertical longitudinal axial Q est un plan de symétrie pour le moteur, de sorte que la description ne sera effectuée que pour la partie droite du moteur représenté sur la figure 1. Les éléments identiques de la partie gauche ne seront pas décrits et seront simplement désignés par les mêmes références numériques affectées de la lettre b au lieu de la lettre a utilisée pour la partie droite.
  • L'extrémité de l'enveloppe cylindrique 11a, située vers le corps 1, est reçue dans un alésage 12a et vient buter axialement contre le fond transversal de cet alésage. Un joint d'étanchéité 13a est prévu dans une gorge annulaire de la paroi cylindrique de l'alésage 12a de manière à s'appliquer contre la surface extérieure de l'enveloppe 11a.
  • A son autre extrémité, l'enveloppe 11a est reçue dans l'alésage 14a (équipé également d'un joint d'étanchéité) d'un fond 15a maintenu sur le corps 1 par des vis 16a traversant des trous prévus dans des oreilles 17a du fond 15a, et vissées, à leur autre autre extrémité, dans des trous taraudés 18a du corps 1.
  • Le cylindre 11a est avantageusement réalisé en acier inoxydable. Son amovibilité rend son usinage facile. Il peut être aisément adapté à des courses différentes du piston 6a.
  • Le fond 15a comporte, dans sa partie centrale, vers l'intérieur du cylindre, un doigt 19a, à extrémité tronconique, monté de manière réglable suivant la direction axiale. L'extrémité 5a de la tige comporte un trou borgne 20a muni, à proximité de son ouverture vers l'extérieur, d'une gorge annulaire dans laquelle est prévu un joint torique 21a. En fin de course de la crémaillère 2 vers la droite de la figure 1, le doigt 19a est propre à entrer dans le trou borgne 20a, de sorte que l'air s'en trouve chassé et s'échappe par l'espace annulaire entourant le doigt 19a, en étant freiné. Lorsque le joint 21a atteint la partie cylindrique de plus fort diamètre du doigt 19a, une étanchéité s'établit et un matelas d'air est emprisonné dans le fond du trou borgne 20a. Ceci permet d'amortir la fin de la course de la crémaillère.
  • Le pignon 3 est muni, de chaque côté, d'un épaulement cylindrique porté par un roulement 22, 23 monté dans le corps 1.
  • L'arbre 4 destiné à l'entraînement du mécanisme du bras d'essuie-glace, s'étend à partir du pignon 3, dont il est solidaire, en traversant un manchon 24 cylindrique relativement long servant de guidage à cet arbre 4.
  • Un autre arbre coaxial 25 s'étend à partir du pignon 3, du côté opposé à l'arbre 4, et est muni, à son extrémité extérieure, d'une manivelle 26 calée en rotation sur cet arbre, permettant, si on le souhaite, de bloquer le moteur, dans le cas où un dispositif d'essuie-glace de secours serait mis en marche.
  • Le dispositif d'inversion C du mouvement, représenté à la figure 3, comprend dans chaque cylindre une tige 27a, 27b fixée par vissage d'une extrémité filetée dans un trou taraudé du corps 1. Les deux tiges 27a, 27b sont de préférence coaxiales, parallèles à l'axe des cylindres 11a, 11b et décalées radialement par rapport à cet axe. L'extrémité extérieure de chaque tige 27a, 27b est reçue et maintenue, de manière étanche, dans un alésage 28a, 28b du fond 15a, 15b du cylindre correspondant.
  • Chaque tige, telle que 27a, traverse de manière coulissante et étanche un alésage 29a du piston correspondant. Une canalisation longitudinale borgne 30a, débouchant à l'extrémité de la tige située dans le corps 1, est prévue. Un perçage transversal diamétral 31a traverse la tige 27a à proximité de son extrémité borgne. L'emplacement de ce perçage 31a est déterminé de manière telle qu'en fin de course active du piston 6a, ce qui correspond à la position représentée sur la figure 3, le perçage 31a débouche dans la chambre 32a et la canalisation 30a est mise en communication avec la chambre 32a, située du côté opposé à la crémaillère 2, dans laquelle est admis le fluide sous pression.
  • Un autre perçage transversal diamétral 33a, dont la direction est, de préférence, orthogonale à celle du perçage 31a, est prévu dans une zone de diamètre réduit de la tige 27a de manière à déboucher dans une chambre 34a du corps 1. Un conduit 35a, schématiquement représenté, est prévu dans le corps 1 pour établir une liaison entre cette chambre 34a et un circuit de pilotage F du distributeur D qui commande l'alimentation et la mise à l'échappement des cylindres 11a, 11b.
  • Le fond 15a comporte un passage 36a débouchant, d'une part dans la chambre 32a et, d'autre part, dans un alésage 37a, d'axe parallèle à celui du cylindre 11a, et situé radialement à l'extérieur de ce cylindre. Cet alésage 37a reçoit, de manière étanche, l'extrémité d'un tube 38a dont l'autre extrémité est reçue, également de manière étanche, dans un alésage 39a du corps 1. Cet alésage 39a est prolongé par un trou borgne 40a. Un conduit 41a, schématiquement représenté, débouche dans le trou 40a au voisinage de son extrémité fermée. Ce conduit 41a établit une liaison entre le trou 40a et un orifice 42a du distributeur D.
  • Le distributeur D comprend un tiroir coulissant 43 comportant trois gorges séparées axialement et délimitées par des portées de plus fort diamètre 44, 45, 46 et 47.
  • Le tiroir 43 est propre à coulisser dans une chemise intermédiaire 48 comportant sur sa surface extérieure cinq gorges annulaires 49 espacées axialement.
  • Chaque gorge 49 comporte plusieurs orifices de passage 50, orientés radialement, répartis sur le fond, la somme des sections des orifices 50 étant sensiblement égale à la section de l'orifice d'alimentation 51 ou des orifices d'échappement 52, 53 prévus dans le corps du distributeur D. Le diamètre de chaque orifice 50 est inférieur à celui des orifices 51, 52, 53 ce qui permet de réduire d'autant la longueur du distributeur, car l'empilage axial fait intervenir cinq gorges 49 et donc cinq fois le diamètre d'un orifice 50.
  • La chemise 48 est avantageusement constituée par un empilage de cinq bagues élémentaires 54, chaque bague comportant une gorge, tandis qu'un joint 55 est disposé entre les faces de deux bagues adjacentes. Chaque joint 55, comme illustré sur la figure 5, est avantageusement formé par un double joint torique en matière élastomère comportant une partie torique extérieure 56 dont la section a un diamètre relativement important et qui est soumise au serrage de l'empilage de bagues 54, et une partie torique 57 située radialement vers l'intérieur dont la section a un diamètre plus faible. Les portées 44-47 du tiroir coulissent contre la surface radiale intérieure de la section 57. Cette partie 55 est reliée par un voile radial 58, d'épaisseur réduite et relativement souple à la partie torique extérieure 56. Cette souplesse facilite le coulissement et réduit les risques de détérioration du joint.
  • Le circuit de pilotage F comprend, à chaque extrémité longitudinale du tiroir 43 une chambre respectivement 59a, 59b associée à la tige correspondante 27a, 27b. La canalisation 35a, 35b assure la liaison entre la chambre associée 59a, 59b et la chambre 34a, 34b.
  • Chaque chambre 59a, 59b est délimitée par la face transversale des portées d'extrémité 44, 47 du tiroir qui coulissent de manière étanche (grâce à un joint) dans des manchons 60, 61 prévus à chaque extrémité de l'empilage constituant la chemise 48.
  • Les extrémités axiales de ces manchons 60, 61 sont en appui contre des couvercles 62, 63 fermant le distributeur. Un passage annulaire est prévu tout autour des manchons 60, 61 lesquels comportent, à leurs extrémités, des passages radiaux tels que 64 permettant de mettre en communication le passage annulaire dans lequel débouche la canalisation 35a ou 35b, avec la chambre respective, 59a, 59b.
  • Le circuit de pilotage F comporte, en outre, un dispositif de commande d'arrêt fixe 65 disposé en bout du distributeur D, sur la gauche selon la représentation de la figure 3. Ce dispositif comporte un cylindre 66 fixé coaxialement au tiroir D, sur le couvercle 62. Ce couvercle comporte, dans sa partie centrale, une ouverture avec un manchon 67. Le fond du cylindre 66 comporte un orifice 68 destiné à être relié à une canalisation, non représentée, qui peut être mise en communication soit avec une arrivée de fluide sous pression, soit avec l'échappement, généralement l'atmosphère. Un piston 69, de section nettement supérieure à celle du tiroir 43, par exemple double de celle du tiroir, est prévu pour coulisser de manière étanche dans le cylindre 66. Ce piston 69 est muni, du côté du tiroir, d'un poussoir 70 coulissant de manière étanche dans le manchon 67 et propre à venir en appui, par une extrémité de diamètre plus faible, contre la face transversale de la portée 44 du tiroir 43.
  • Un ressort de compression 71 est prévu entre le piston 69 et le couvercle 62. Le poussoir 70 et le manchon 67 sont engagés dans les spires de ce ressort 71, lequel est destiné à vaincre éventuellement un effet d'adhérence ou de "collage" des joints d'étanchéité prévus sur le poussoir et le piston, sur les surfaces coopérant avec ces joints.
  • Ceci étant, le fonctionnement du moteur pneumatique à mouvement alternatif est le suivant.
  • Lorsque le moteur est à l'arrêt, il se trouve dans la position représentée sur la figure 3, tandis que le tiroir 43 du distributeur occupe la position correspondant à la demi-coupe inférieure de cette même figure 3. L'orifice 68 est alimenté en fluide sous pression.
  • Dans cette position d'arrêt du moteur, la chambre 32a est alimentée en fluide sous pression. La pression d'air maintient le piston 6a, et donc l'arbre moteur, dans la position de fin de cycle. Le perçage 31a est découvert et le fluide sous pression alimente la chambre 59a, en passant par le canal 30a et le conduit 35a. Le tiroir 43 est empêché de se déplacer, sous l'action de la pression régnant dans la chambre 59a, en raison de la pression exercée sur le piston 69, de plus fort diamètre, par l'air sous pression admis par l'orifice 68.
  • Le moteur reste donc à l'arrêt.
  • La mise en route du moteur est obtenue par la mise à l'atmosphère de l'orifice 68.
  • Le piston 69 et son poussoir 70 se déplacent vers la gauche de la figure 3, sous l'action du ressort 71, et n'exercent plus, sur le tiroir 43, une poussée antagoniste à celle exercée par l'air comprimé contenu dans la chambre 59a.
  • Le tiroir 43 se déplace de la droite vers la gauche de la figure 3 pour passer à la position représentée sur la demi-coupe supérieure.
  • L'orifice 51 assure alors l'alimentation de l'orifice 42b qui, par l'intermédiaire du conduit 41b du trou borgne 40b et du tube 38b, assure l'alimentation de la chambre 32b. Le moteur démarre avec déplacement du piston 6b de la gauche vers la droite selon la représentation de la figure 3. Ce déplacement ne rencontre aucune résistance de la part de l'autre piston 6a car la chambre 32a est reliée à l'atmosphère par le conduit 41a et l'orifice 52.
  • Quand l'ensemble piston-crémaillère arrive en fin de course, du fait de l'action de la pression sur le piston 6b, ce piston découvre le passage 31b qui permet d'alimenter la chambre de pilotage 59b par l'intermédiaire du canal 30b, du perçage 33b, de la chambre 34b et de la canalisation 35b.
  • Le tiroir 43 se déplace alors pour prendre la position représentée sur la demi-partie inférieure de la figure 3 de manière à assurer l'alimentation de la chambre 32a et la mise à l'atmosphère de la chambre 32b.
  • Il y a alors inversion du mouvement et le piston 6a se déplace de la droite vers la gauche de la figure 3 en entraînant la crémaillère 2 et l'autre piston 6b. Les mouvements de va-et-vient de la crémaillère 2 se poursuivent jusqu'à ce que l'utilisateur commande l'arrêt du moteur par alimentation en air sous pression de l'orifice 68.
  • La pression agissant sur le piston 69 provoque le blocage du tiroir 43 dans la position représentée sur la moitié inférieure de la figure 3, avec maintien de l'alimentation de la chambre 32a en fluide sous pression.
  • Bien que l'air sous pression parvienne, par le passage 31a, à la chambre 59a, l'inversion du mouvement ne peut se faire puisque le tiroir 43 est bloqué.
  • On obtient donc la position d'arrêt fixe du moteur dans une position déterminée.
  • L'inversion de cette position d'arrêt peut être obtenue par inversion du montage du couvercle 63 et du dispositif de commande 65 comprenant les pièces 62, 66, 69 et 70.
  • Ainsi, chaque fois que l'arrêt du moteur sera commandé, le bras d'essuie-glace s'arrêtera dans une position déterminée, toujours la même.
  • Il est à noter qu'un laminage peut être prévu sur l'échappement des cylindres 11a, 11b pour régler la vitesse de la crémaillère.
  • La conception du moteur à fluide de l'invention permet, sous un encombrement réduit, d'augmenter la puissance du moteur. Au niveau du dispositif d'inversion et de la distribution, il n'y a pratiquement pas de pièces en mouvement.

Claims (10)

  1. Moteur à fluide à mouvement alternatif, comprenant : un corps (1) dans lequel est montée coulissante une crémaillère (2) ; des moyens à fluide sous pression (P) d'entraînement en translation alternative de cette crémaillère ; un pignon (3) monté rotatif dans le corps et propre à coopérer avec la crémaillère ; un arbre de sortie (4) du moteur entraîné en rotation par le pignon (3) et un dispositif d'inversion (C) comprenant un distributeur (D) pour modifier le sens d'action des moyens d'entraînement (P) à chaque fin de course de la crémaillère, moteur dans lequel les moyens d'entraînement à fluide sous pression (P) comprennent deux pistons (6a, 6b) liés respectivement à chaque extrémité (5a, 5b) de la crémaillère (2), et propres à se déplacer chacun dans un cylindre associé (11a, 11b) situé de part et d'autre du corps (1), le pignon (3) se trouvant placé entre les deux pistons, le fluide sous pression étant admis alternativement dans l'une des chambres (32a, 32b) des cylindres opposées à la crémaillère, caractérisé par le fait que le dispositif d'inversion (C) du mouvement comprend, dans chaque cylindre (11a, 11b), une tige (27a, 27b) fixée, à une extrémité, dans le corps (1) et traversant de manière coulissante et étanche un alésage (29a, 29b) du piston correspondant (6a, 6b), une canalisation longitudinale (30a, 30b) et des perçages transversaux (31a, 31b) étant prévus dans cette tige de manière telle, qu'en fin de course active du piston correspondant, ladite canalisation (30a, 30b) soit mise en communication avec la chambre (32a, 32b) dans laquelle est admis le fluide sous pression, cette canalisation (30a, 30b) étant en liaison avec des conduits (35a, 35b), prévus dans le corps (1) du moteur, propres à admettre le fluide sous pression dans un circuit de pilotage (F) d'un distributeur (D) qui commande l'alimentation et la mise à l'échappement des cylindres, pour provoquer l'inversion du mouvement.
  2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque tige (27a, 27b) du dispositif d'inversion (C) est fixée par vissage d'une extrémité filetée dans un trou taraudé du corps (1).
  3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le cylindre (11a, 11b), associé à chaque piston (6a, 6b) est lié au corps (1) de manière démontable.
  4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le distributeur (D) comprend un tiroir coulissant (43) et que le circuit de pilotage (F) du distributeur comprend, à chaque extrémité longitudinale du tiroir, une chambre (59a, 59b) associée à l'une desdites tiges (27a, 27b), chambre dans laquelle le fluide sous pression est admis en fin de course de la crémaillère (2) dans le sens approprié, pour provoquer le coulissement du tiroir (43) et l'inversion du mouvement.
  5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le distributeur (D) comprend une chemise intermédiaire (48) avec gorges annulaires (49), dans laquelle se déplace le tiroir (43), chaque gorge (49) comportant plusieurs orifices de passage (50) répartis sur son fond, la somme des sections des orifices (50) prévus étant sensiblement égale à la section de l'orifice d'entrée (51) ou de sortie (52) prévu dans le corps du distributeur.
  6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la chemise (48) est constituée par un empilage de bagues élémentaires (54), chaque bague comportant une gorge (49), un joint (55) étant disposé entre deux bagues adjacentes.
  7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le joint (55) est formé par un double joint torique comportant une partie torique extérieure (56), dont la section a un diamètre relativement important, et une partie torique (57) située radialement vers l'intérieur, dont la section a un diamètre plus faible, la partie torique intérieure (57) étant reliée, par un voile radial (58) relativement souple, à la partie torique extérieure.
  8. Moteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le circuit de pilotage (F) du distributeur comporte un dispositif (65) de commande d'arrêt fixe, constitué par un cylindre (66) d'arrêt fixe disposé en bout du distributeur (D) et dans lequel coulisse un piston (69) de section nettement supérieure à celle du tiroir (43), ce piston (69) comportant un poussoir (70) en appui contre le tiroir (43) et étant propre à être soumis à l'action du fluide sous pression, lorsque l'arrêt du moteur est commandé, de manière telle que ledit piston (69) pousse le tiroir (43) dans une position déterminée correspondant à la mise à l'arrêt du bras d'essuie-glace dans une position fixe.
  9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la crémaillère (2) a une section sensiblement semicirculaire correspondant à une partie fraisée d'une tige de section circulaire dont les extrémités cylindriques (5a, 5b) portent les susdits pistons (6a, 6b), lesquels sont munis d'un alésage (9) dans leur partie centrale, traversé par l'extrémité respective de la tige.
  10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un dispositif amortisseur de la fin de course du piston (6a, 6b) est prévu sur le fond (15a, 15b) du cylindre éloigné du corps (1) du moteur, ce dispositif amortisseur étant constitué par un doigt (19a), à extrémité tronconique, propre à pénétrer dans un logement borgne (20a) de l'extrémité de la crémaillère au niveau du piston, de manière à créer un amortissement.
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