FR2724430A1 - TORQUE LIMITATION TRANSMISSION DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de transmission à limitation de couple destiné en particulier à assurer l'entraînement en rotation d'une broche de vissage. The present invention relates to a torque limiting transmission device intended in particular to ensure the rotational driving of a screw spindle.
Dans un dispositif de vissage de type courant, assurant par exemple le vissage d'un bouchon sur le goulot d'une bouteille, une broche mobile en translation suivant un axe vertical et comportant une tête de vissage munie de mâchoires de préhension est entraînée en rotation par un moteur électrique. Afin de limiter le couple de serrage en fin de vissage, on dispose parfois entre le moteur électrique et la broche un dispositif de transmission à limitation de couple. In a standard type screwing device, ensuring for example the screwing of a cap on the neck of a bottle, a spindle movable in translation along a vertical axis and comprising a screwing head provided with gripping jaws is driven in rotation by an electric motor. In order to limit the tightening torque at the end of tightening, there is sometimes between the electric motor and the spindle a transmission device with torque limitation.
On connaît des systèmes de limitation de couple à disques de friction. Ils présentent l'inconvénient de subir une usure due aux frottements des disques l'un contre l'autre à chaque dépassement du couple limite d'entraînement. Du fait de cette usure, la limitation du couple transmis est peu fidèle dans le temps. Elle est en outre sujette à des écarts dus à des variations de température importantes des disques de friction. Torque limitation systems with friction discs are known. They have the drawback of being subject to wear due to the friction of the discs against each other each time the drive limit torque is exceeded. Due to this wear, the limitation of the transmitted torque is not very faithful over time. It is also subject to deviations due to significant temperature variations of the friction discs.
On connaît par ailleurs des dispositifs de transmission par couplage magnétique. Ces dispositifs comportent généralement deux ensembles annulaires d'éléments magnétiques montés pour tourner autour d'un axe commun en regard l'un de l'autre. L'un de ces ensembles est relié à un organe rotatif menant tandis que l'autre ensemble magnétique est relié à un organe rotatif mené. Les deux ensembles magnétiques réalisent ainsi un couplage magnétique de l'organe menant avec l'organe mené, couplage dans lequel le couple transmis est fonction de l'intensité du champ magnétique d'interaction entre ces deux ensembles magnétiques. Magnetic coupling transmission devices are also known. These devices generally comprise two annular sets of magnetic elements mounted to rotate around a common axis opposite one another. One of these assemblies is connected to a driving rotary member while the other magnetic assembly is connected to a driven rotary member. The two magnetic assemblies thus carry out a magnetic coupling of the driving member with the driven member, coupling in which the transmitted torque is a function of the intensity of the magnetic field of interaction between these two magnetic assemblies.
Ce type de dispositif à couplage magnétique présente l'avantage, par rapport aux systèmes à disques de friction, de supprimer tout contact entre les pièces couplées et donc d'éliminer l'usure et les variations de température dues aux frottements des disques. La limitation du couple transmis est ainsi très précise et fidèle dans le temps. Toutefois, lorsque le couple résistant sur l'organe mené atteint le couple limite, il se produit un glissement des ensembles d'éléments magnétiques l'un par rapport à l'autre. Comme pour chaque ensemble les polarités de deux éléments magnétiques adjacents sont opposées, les éléments magnétiques en regard sont alternativement de polarités identiques ou opposées. Il se produit ainsi de brèves inversions périodiques du couple transmis.Ce phénomène est particulièrement sensible lorsque les vitesses de rotation des ensembles magnétiques sont faibles, c'est-à-dire principalement à chaque période transitoire de démarrage et d'arrêt de la machine équipée du dispositif de transmission. Pour une broche de vissage en particulier, si, en fin de vissage, les mâchoires de serrage s'ouvrent juste après que les éléments magnétiques de l'organe menant aient dépassé les éléments magnétiques de même polarité de l'organe mené, il se produit un couple inverse sur l'organe mené et donc un léger desserrage du bouchon. This type of magnetic coupling device has the advantage, compared to friction disc systems, of eliminating any contact between the coupled parts and therefore of eliminating wear and temperature variations due to friction of the discs. The limitation of the transmitted torque is thus very precise and faithful over time. However, when the resistive torque on the driven member reaches the limit torque, there is a sliding of the sets of magnetic elements relative to each other. As for each set the polarities of two adjacent magnetic elements are opposite, the facing magnetic elements are alternately of identical or opposite polarities. Brief periodic reversals of the transmitted torque are thus produced, this phenomenon being particularly noticeable when the rotational speeds of the magnetic assemblies are low, that is to say mainly during each transient period of starting and stopping the machine equipped of the transmission device. For a particular screw spindle, if, at the end of screwing, the clamping jaws open just after the magnetic elements of the driving member have exceeded the magnetic elements of the same polarity of the driven member, it occurs reverse torque on the driven member and therefore a slight loosening of the plug.
L'objectif principal de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif de transmission à limitation de couple du type à couplage magnétique dont la structure interdise toute inversion du couple transmis. The main objective of the invention is to remedy this drawback by proposing a torque-limiting transmission device of the magnetic coupling type, the structure of which prohibits any inversion of the transmitted torque.
En vue de la réalisation de ce but on prévoit selon l'invention, un dispositif de transmission à limitation de couple comprenant un premier ensemble annulaire d'éléments magnétiques relié à un organe rotatif menant, et un second ensemble annulaire d'éléments magnétiques relié à un organe rotatif mené et disposé coaxialement au premier ensemble annulaire d'éléments magnétiques en regard de celui-ci, dispositif dans lequel au moins un des ensembles annulaires d'éléments magnétiques est relié à l'organe correspondant par l'intermédiaire d'une roue libre. With a view to achieving this aim, provision is made according to the invention for a torque-limiting transmission device comprising a first annular set of magnetic elements connected to a rotating rotary member, and a second annular set of magnetic elements connected to a rotary member driven and arranged coaxially to the first annular set of magnetic elements facing it, device in which at least one of the annular sets of magnetic elements is connected to the corresponding member by means of a wheel free.
Ainsi, la roue libre, qui ne peut transmettre le couple d'entraînement que dans une seule direction, permet à l'ensemble annulaire d'éléments magnétiques auquel elle est associée d'entraîner l'organe correspondant exclusivement selon un sens de rotation prédéterminé. Pour des vitesses de rotation lentes avec glissement entre les deux ensembles annulaires d'éléments magnétiques, l'ensemble qui est associé à la roue libre peut tourner librement en sens inverse du sens d'entraînement pendant un court instant à chaque inversion du couple d'interaction magnétique entre les deux ensembles annulaires d'éléments magnétiques, sans entraîner l'organe auquel il est relié par l'intermédiaire de la roue libre. Thus, the freewheel, which can only transmit the drive torque in one direction, allows the annular assembly of magnetic elements with which it is associated to drive the corresponding member exclusively according to a predetermined direction of rotation. For slow rotational speeds with sliding between the two annular sets of magnetic elements, the set which is associated with the freewheel can rotate freely in opposite direction to the drive direction for a short time each time the torque reverses. magnetic interaction between the two annular sets of magnetic elements, without driving the member to which it is connected via the freewheel.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif en liaison avec les figures en annexe, parmi lesquelles
- la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une broche de vissage entraînée en rotation par l'intermédiaire du dispositif de transmission à limitation de couple de la présente invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de transmission à limitation de couple de la présente invention selon la ligne II-II de la figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2
- la figure 4 est une vue analogue à la figure
III, illustrant une inversion du couple d'interaction entre les ensembles annulaires d'éléments magnétiques.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a particular non-limiting embodiment in conjunction with the appended figures, among which
- Figure 1 is a schematic elevational view of a screw spindle rotated by means of the torque limiting transmission device of the present invention;
- Figure 2 is a sectional view of the torque limiting transmission device of the present invention along line II-II of Figure 1
- Figure 3 is a sectional view along line III-III of Figure 2
- Figure 4 is a view similar to Figure
III, illustrating an inversion of the interaction torque between the annular sets of magnetic elements.
A la figure 1, on a représenté schématiquement une broche de vissage 1 montée pour tourner et coulisser selon un axe 3 et comportant une tête de vissage 5 ayant des mâchoires de préhension 7 serrant entre elles un bouchon 9 destiné à être vissé sur le goulot d'une bouteille 11. Une telle broche est bien connue et ne sera donc pas davantage décrite. In Figure 1, there is schematically shown a screw spindle 1 mounted to rotate and slide along an axis 3 and having a screw head 5 having gripping jaws 7 clamping between them a plug 9 intended to be screwed on the neck of a bottle 11. Such a pin is well known and will therefore not be described further.
La broche 1 est entraînée en rotation par un moteur électrique 13 d'axe 15 parallèle à l'axe 3, par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 17. The spindle 1 is rotated by an electric motor 13 of axis 15 parallel to the axis 3, by means of a transmission device according to the invention, generally designated by the reference 17.
Ce dispositif, qui n'est ici que schématiquement représenté, possède un axe 19 parallèle aux axes 3 et 15 et comporte un pignon d'entrée 21 entraîné par le moteur 13, et un pignon de sortie 23 qui entraîne la broche de vissage 1. La fonction du dispositif de transmission 17 consiste à limiter le couple transmis à la broche 1 à une valeur prédéterminée, afin d'appliquer au bouchon 9 un couple de serrage souhaité sur le goulot de bouteille 11.This device, which is only schematically shown here, has an axis 19 parallel to axes 3 and 15 and comprises an input pinion 21 driven by the motor 13, and an output pinion 23 which drives the screw spindle 1. The function of the transmission device 17 consists in limiting the torque transmitted to the spindle 1 to a predetermined value, in order to apply to the stopper 9 a desired tightening torque on the bottle neck 11.
La figure 2 est une vue en coupe plus détaillée du dispositif de transmission 17, objet de la présente invention. Il comporte un corps 25 solidaire d'un socle de fixation 27 solidaire du bâti de la broche de vissage. Un arbre menant 29 est monté à l'intérieur du corps 25 pour pivoter autour de l'axe 19 en débouchant de part et d'autre du corps 25. L'arbre menant 29 comporte extérieurement au corps 25 une courte portion d'extrémité 31 sur laquelle est fixé le pignon d'entrée 21, et, à l'opposé du pignon d'entrée 21, une portion allongée 33 sur laquelle le pignon de sortie 23 est monté pour tourner autour de l'axe 19. La portion allongée 33 de l'arbre menant 29 est terminée par une portion filetée 35 sur laquelle est vissé un premier ensemble annulaire d'éléments magnétiques, désigné dans son ensemble par la référence 37, qui est en butée contre un épaulement 39 de l'arbre menant 29. Figure 2 is a more detailed sectional view of the transmission device 17, object of the present invention. It comprises a body 25 secured to a fixing base 27 secured to the frame of the screw spindle. A driving shaft 29 is mounted inside the body 25 to pivot around the axis 19 by opening on either side of the body 25. The driving shaft 29 has, outside the body 25, a short end portion 31 on which the input pinion 21 is fixed, and, opposite to the input pinion 21, an elongated portion 33 on which the output pinion 23 is mounted to rotate around the axis 19. The elongated portion 33 of the driving shaft 29 is terminated by a threaded portion 35 onto which is screwed a first annular assembly of magnetic elements, designated as a whole by the reference 37, which is in abutment against a shoulder 39 of the driving shaft 29.
Ce premier ensemble 37, qui est également visible en coupe transversale aux figures 3 et 4, est ici constitué d'un corps annulaire 41 coaxial au corps 25, dans lequel sont ménagés des logements 43 en forme de rainures sensi blement axiales, régulièrement réparties sur la périphérie du corps annulaire 41. A l'intérieur de ces logements 43 sont disposés des éléments magnétiques 45 qui sont ici des aimants permanents en forme de barreaux. Classiquement, les polarités de deux aimants 45 adjacents sont opposées. This first assembly 37, which is also visible in cross section in Figures 3 and 4, here consists of an annular body 41 coaxial with the body 25, in which are housed 43 in the form of substantially axial grooves, regularly distributed over the periphery of the annular body 41. Inside these housings 43 are arranged magnetic elements 45 which are here permanent magnets in the form of bars. Conventionally, the polarities of two adjacent magnets 45 are opposite.
Un second ensemble d'éléments magnétiques, désigné dans son ensemble par la référence 47, est monté sur le pignon de sortie 23 par l'intermédiaire d'une roue libre 49, de sorte qu'entre le second ensemble 47 et le pignon de sortie 23, une transmission unidirectionnelle du couple appliqué par l'arbre 29. Autrement dit, le second ensemble 47 entraîne en rotation le pignon de sortie 23 autour de l'axe 19 lorsque le second ensemble 47 est entraîné dans un sens assurant le blocage de la roue libre 49, mais tourne librement autour de l'axe 19 indépendamment du pignon de sortie 23 dans le sens inverse. A second set of magnetic elements, designated as a whole by the reference 47, is mounted on the output pinion 23 by means of a free wheel 49, so that between the second set 47 and the output pinion 23, a unidirectional transmission of the torque applied by the shaft 29. In other words, the second assembly 47 rotates the output pinion 23 around the axis 19 when the second assembly 47 is driven in a direction ensuring the blocking of the freewheel 49, but turns freely around the axis 19 independently of the output pinion 23 in the opposite direction.
Le second ensemble 47 est ici constitué d'un corps annulaire 51 ayant une partie principale 52 dans laquelle sont ménagés des logements 53 en forme d'encoches axiales débouchant sur la face interne du corps annulaire 51. Comme cela est mieux visible aux figures 3 et 4, ces logements sont régulièrement répartis selon un nombre égal à celui des logements 43 du premier ensemble d'éléments magnétiques 37. Des éléments magnétiques 55, tels que des aimants analogues aux éléments magnétiques 45 du premier ensemble 37, sont disposés à l'intérieur des logements 53, les polarités de deux aimants 55 adjacents étant opposées. The second assembly 47 here consists of an annular body 51 having a main part 52 in which are housed housings 53 in the form of axial notches opening onto the internal face of the annular body 51. As is better visible in FIGS. 3 and 4, these housings are regularly distributed in a number equal to that of the housings 43 of the first set of magnetic elements 37. Magnetic elements 55, such as magnets similar to the magnetic elements 45 of the first set 37, are arranged inside housings 53, the polarities of two adjacent magnets 55 being opposite.
La partie principale 52 du corps annulaire 51 a un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre extérieur du corps annulaire 41 du premier ensemble 37 et s'étend autour de celui-ci, de sorte que les éléments magnétiques 45 et 55, respectivement des premier et second ensembles 37 et 47, s'étendent en regard les uns des autres pour réaliser un couplage magnétique des deux ensembles. Le corps annulaire 51 comporte de plus une partie d'extrémité 56 emmanchée à force sur la bague intérieure de la roue libre 49 mais pouvant tourner librement par rapport à l'arbre menant 39 qui la traverse.The main part 52 of the annular body 51 has an inside diameter slightly larger than the outside diameter of the annular body 41 of the first set 37 and extends around the latter, so that the magnetic elements 45 and 55, respectively of the first and second assemblies 37 and 47 extend opposite each other to achieve a magnetic coupling of the two assemblies. The annular body 51 further comprises an end portion 56 force fitted on the inner ring of the freewheel 49 but which can rotate freely relative to the driving shaft 39 which passes through it.
En service, le couple de rotation de l'arbre menant 29 est transmis par le premier ensemble d'éléments magnétiques 37 au second ensemble d'éléments magnétiques 47. Le couple transmis est limité à une valeur qui dépend de l'intensité du champ magnétique d'interaction entre les éléments magnétiques de ces deux ensembles. Pour un sens de rotation de l'ensemble 47 assurant un blocage de la roue libre 49 le couple du second ensemble 47 est intégralement transmis au pignon de sortie 23. In service, the torque of the driving shaft 29 is transmitted by the first set of magnetic elements 37 to the second set of magnetic elements 47. The transmitted torque is limited to a value which depends on the intensity of the magnetic field of interaction between the magnetic elements of these two sets. For a direction of rotation of the assembly 47 ensuring a locking of the free wheel 49 the torque of the second assembly 47 is fully transmitted to the output pinion 23.
Lorsque le couple sur l'arbre de sortie 23 atteint la valeur limite du couplage magnétique entre les ensembles 37 et 47, il se produit un glissement des deux ensembles d'éléments magnétiques l'un par rapport à l'autre de sorte que les éléments magnétiques de chaque ensemble passent alternativement en regard des éléments magnétiques de même polarité et de polarité opposée de l'autre ensemble.Lorsqu'un élément magnétique 45 du premier ensemble 37, par exemple un élément magnétique présentant une face
N se trouve, par référence à un sens d'entraînement de l'arbre menant 29 symbolisé par la flèche A, entre un élément magnétique amont 55.1 de polarité opposée S, et un élément magnétique 55.2 aval de même polarité comme illustré par la figure 3, il existe une force magnétique d'attraction entre l'élément magnétique 45 et l'élément magnétique amont 55.1, et une force magnétique de répulsion entre l'élément magnétique 45 et l'élément magnétique aval 55.2.Dans ce cas le premier ensemble 37 entraîne en rotation le second ensemble 47 selon un sens de rotation, symbolisé par la flèche B, qui est le même que le sens d'entraînement A de l'arbre menant 29 de sorte que la roue libre 29 est bloquée et un couple correspondant au couple limite continue à être appliqué au pignon de sortie 23. En revanche, lorsqu'un élément magnétique 45 du premier ensemble 37 se trouve entre un élément magnétique amont 55.1 de même polarité N et un élément magnétique aval 55.2 de polarité opposée S, comme illustré par la figure 4, il existe une force magnétique de répulsion entre l'élément magnétique 45 et l'élément magnétique amont 55.1, et une force magnétique d'attraction entre l'élément magnétique 45 et l'élément magnétique aval 55.2.De ce fait, le premier ensemble 37 tend à repousser le second ensemble 47 en sens inverse du sens d'entraînement A de l'arbre menant 29, comme symbolisé par la flèche C. La roue libre 49 est alors débloquée et le pignon de sortie 23 n'est soumis à aucun couple, c'est-à-dire que le couple de serrage du bouchon reste le couple limite atteint précédemment.When the torque on the output shaft 23 reaches the limit value of the magnetic coupling between the assemblies 37 and 47, there is a sliding of the two sets of magnetic elements with respect to each other so that the elements magnets of each set pass alternately opposite the magnetic elements of the same polarity and opposite polarity of the other set. When a magnetic element 45 of the first set 37, for example a magnetic element having a face
N is, by reference to a direction of drive of the driving shaft 29 symbolized by the arrow A, between an upstream magnetic element 55.1 of opposite polarity S, and a downstream magnetic element 55.2 of the same polarity as illustrated in FIG. 3 , there is a magnetic force of attraction between the magnetic element 45 and the upstream magnetic element 55.1, and a magnetic force of repulsion between the magnetic element 45 and the downstream magnetic element 55.2. In this case the first set 37 rotates the second set 47 in a direction of rotation, symbolized by the arrow B, which is the same as the direction of drive A of the driving shaft 29 so that the free wheel 29 is locked and a torque corresponding to the limit torque continues to be applied to the output pinion 23. On the other hand, when a magnetic element 45 of the first set 37 is located between an upstream magnetic element 55.1 of the same polarity N and a magnetic element. ue downstream 55.2 of opposite polarity S, as illustrated in FIG. 4, there is a magnetic force of repulsion between the magnetic element 45 and the upstream magnetic element 55.1, and a magnetic force of attraction between the magnetic element 45 and the downstream magnetic element 55.2. As a result, the first assembly 37 tends to push the second assembly 47 in the opposite direction to the driving direction A of the driving shaft 29, as symbolized by the arrow C. The free wheel 49 is then released and the output pinion 23 is not subjected to any torque, that is to say that the tightening torque of the plug remains the limit torque previously reached.
Dans un dispositif classique cette inversion de sens du couple transmis au second ensemble 47 serait intégralement répercutée au pignon de sortie 23 et provoquerait un desserrage du bouchon pour chaque phase d'inversion de couple de sorte que si l'arbre menant est arrêté à ce moment-là le serrage final du bouchon est à un couple inférieur au couple limite recherché. L'invention permet donc d'assurer que le couple limite reste maintenu quel que soit la position relative des ensembles 37 et 47 au moment de l'arrêt de l'arbre menant 29. In a conventional device, this reversal of the direction of the torque transmitted to the second set 47 would be fully passed on to the output pinion 23 and would cause the cap to loosen for each phase of torque reversal so that if the driving shaft is stopped at this time -the final tightening of the plug is at a torque lower than the limit torque sought. The invention therefore makes it possible to ensure that the limit torque remains maintained whatever the relative position of the assemblies 37 and 47 when the driving shaft 29 stops.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe au contraire tout dispositif reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles telles que revendiquées. The invention is not limited to the embodiment which has just been described but on the contrary includes any device incorporating, with equivalent means, the essential characteristics as claimed.
Par exemple, bien que l'invention ait été décrite précédemment avec une roue libre interposée entre le second ensemble 47 et l'organe mené 23, il est possible de réaliser un dispositif analogue dans lequel une roue libre serait disposée entre l'arbre menant 29 et le premier ensemble 37, le second ensemble 47 étant alors être solidaire du pignon de sortie 23. For example, although the invention has been described previously with a free wheel interposed between the second assembly 47 and the driven member 23, it is possible to produce a similar device in which a free wheel would be disposed between the driving shaft 29 and the first assembly 37, the second assembly 47 then being integral with the output pinion 23.
Claims (1)
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Also Published As
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| WO1996007611A1 (en) | 1996-03-14 |
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