FR2741556A1 - Dispositif de serrage a systeme integre de passage tournant d'un fluide - Google Patents

Abstract

Dans ledit dispositif, un système intégré de passage tournant (20) présente une première surface d'étanchement, ménagée sur un élément de serrage (2). Une seconde surface d'étanchement, tournée vers la première surface, est prévue sur une pièce d'étanchement (23) non rotative, mobile axialement et soumise à précharge. Lorsque ledit système (20) est sollicité par une pression, des dispositifs, contrecarrant la précharge de ladite pièce (23), mettent cette dernière en contact d'étanchement avec la première surface de l'élément de serrage.

Description

DESCRIPTION

La présente invention se rapporte à un dispositif de serrage à système de passage tournant d'un fluide, destiné à des

machines tournant à une vitesse angulaire élevée, en particu-

lier des machines-outils, comprenant une broche creuse conçue pour des vitesses angulaires élevées et pouvant tourner autour d'un axe médian, et un élément de serrage qui est prévu sur ou dans la broche, peut tourner avec cette dernière et est mobile axialement pour permettre, respectivement, le serrage ou la libération. De tels dispositifs de serrage sont connus par eux-mêmes quant à leur structure et ne sont, de ce fait, pas différents de dispositifs de serrage à systèmes de passage tournant destinés à des vitesses angulaires faibles. Des dispositifs de ce genre sont habituellement utilisés sur des machines-outils équipées d'une broche rotative à l'extrémité libre de laquelle, à l'aide d'un mécanisme de serrage spécifique ne faisant pas l'objet de la présente invention, un outil (éventuellement aussi une pièce

à usiner) est abloqué et tourne à des vitesses angulaires éle-

vées. La venue en prise de l'outil avec une pièce à usiner pro-

duit non seulement des copeaux, mais également une énergie

thermique considérable résultant d'un frottement. Tant la cha-

leur de frottement dégagée, que les copeaux de pièce produits, doivent être évacués le plus rapidement possible, de la zone de travail de l'outil, pour que celui-ci ne soit pas détruit. Dans ce cas, l'évacuation des copeaux ne soulève par exemple, en général, aucun problème lors du fraisage, mais pose en revanche problème lors du perçage. L'on utilise, habituellement, soit de

l'air comprimé, soit une émulsion d'eau et d'huile qui est di-

rectement injectée dans la zone de travail de l'outil en éva-

cuant, simultanément, aussi bien les copeaux que l'énergie thermique. Alors même qu'il est possible dans maints processus d'usinage, notamment lors du fraisage, de prévoir la délivrance d'air comprimé ou d'un agent liquide de refroidissement et de rinçage assurée de l'extérieur, il existe d'autres processus d'usinage, par exemple le perçage, pour lesquels la délivrance du fluide de refroidissement et de rinçage, s'effectuant de l'extérieur, ne suffit pas pour évacuer des copeaux et de

l'énergie thermique engendrés. Pour de tels domaines d'appli-

cation, il est prévu des outils à délivrance intérieure d'un fluide de refroidissement. Des outils de ce type comportent,

par exemple, un alésage longitudinal axial central qui débou-

che, à un quelconque emplacement proche de la zone de travail de

l'outil, dans un ou plusieurs orifice(s) de sortie. D'une ma-

nière correspondante, le mécanisme de serrage et la broche doi-

vent, eux aussi, être étudiés pour la délivrance intérieure

d'un fluide de refroidissement, c'est-à-dire que ledit méca-

nisme, de même que ladite broche, sont creux et permettent ainsi

l'amenée d'un fluide de refroidissement le long de l'axe mé-

dian, lequel fluide de refroidissement et de rinçage peut en-

suite pénétrer dans l'extrémité postérieure de l'outil, puis sortir par les orifices antérieurs. Il va sans dire que de telles machines- outils ne sont pas uniquement cantonnées à des

applications dans des zones de travail difficilement accessi-

bles, mais peuvent aussi être employées dans le cas de zones de travail par ailleurs aisément accessibles,étant donné que la quantité nécessaire de fluide de refroidissement et de rinçage

peut, de la sorte, être fréquemment réduite de façon consi-

dérable.

Des machines-outils de ce genre doivent posséder un sys-

tème approprié de passage tournant, car le fluide de refroidis-

sement et de rinçage doit être stocke dans un réservoir qui, bien entendu, ne tourne pas avec la broche, et doit être délivré

dans ladite broche rotative à partir dudit réservoir. L'on uti-

lise à cette fin, en général, des systèmes de passage tournant munis de surfaces d'étanchement qui glissent les unes sur les autres et s'étendent, pour l'essentiel, perpendiculairement à

l'axe de rotation.

En outre, pour pouvoir autoriser un remplacement d'outils rapide et automatique, de nombreuses machines-outils de ce type présentent des dispositifs de serrage dans lesquels un corps d'outillage, spécifiquement adapté, doit être saisi et abloqué par le mécanisme de serrage; dans de nombreux cas, la force de serrage nécessaire est alors développée par ce qu'on appelle une "tige de traction" qui s'étend le long de l'axe de rotation, à l'intérieur de la broche, et est reliée au mécanisme de serrage, à l'extrémité libre de ladite broche, d'une manière telle que le processus de serrage et de libération soit exécuté uniquement par un mouvement axial correspondant de la tige de traction. Indépendamment de la conception spécifique sous la forme d'une tige de traction, la présente invention a néanmoins trait à tous les dispositifs de serrage munis de systèmes de passage tournant, dans lesquels un élément de serrage accomplit

un mouvement axial en vue du blocage ou du déblocage du méca-

nisme considéré.

Suite à des tolérances de fabrication, et également à cause de l'usure inévitable affectant, à la fois, des outils ou des corps d'outillage, et des parties du mécanisme de serrage et

du dispositif de serrage proprement dit, il est alors inévita-

ble que la position axiale de l'élément de serrage varie en pré-

sence de différents outils abloqués, ou bien se modifie tout simplement de façon progressive au cours de l'utilisation du

dispositif. Concernant le système de passage tournant, cela si-

gnifie que, malgré une longueur axiale différente de l'élément de serrage disposé sur ou dans la broche, un contact étanche au fluide est toujours garanti entre les surfaces d'étanchement

par glissement dudit système.

Les dispositifs de serrage connus jusqu'à présent, munis de systèmes de passage tournant, accusent globalement des

inconvénients notables. Soit de tels dispositifs sont extra-

ordinairement sujets à l'usure, c'est-à-dire que les garnitu-

res d'étanchement par glissement deviennent rapidement inuti-

lisables à des vitesses angulaires élevées, et doivent être remplacées; soit lesdits dispositifs ne sont pas, d'emblée,

prévus pour des vitesses angulaires élevées. Ces considéra-

tions s'appliquent notamment à des systèmes de passage tournant dans lesquels les surfaces d'étanchement par glissement sont

prévues sur des pièces non mobiles axialement, ce qui s'accom-

pagne régulièrement d'un accroissement des masses en rotation et/ou de leur distance par rapport à des paliers, et qui sont par

conséquent inappropriés pour des vitesses angulaires élevées.

Dans l'esprit de la présente demande, la plage de vitesses angu-

laires comprise entre 15 000 et 30 000 tours/minute, notamment entre 20 000 et 30 000 tours/minute, est considérée comme une

plage de vitesses angulairesélevées. Bien entendu, cela n'ex-

clut pas que la présente invention puisse également être appli-

quée à des machines rotatives à vitesses angulaires inférieu-

res, ou bien également à vitesses angulaires supérieures. D'une manière générale, l'on peut affirmer qu'on ne connait pas de dispositifs de serrage équipés de systèmes de passage tournant du type décrit ci- avant, qui seraient appropriés à des vitesses angulaires d'environ 20 000 tours/minute sans impliquer une usure excessive affectant des garnitures d'étanchement par

glissement, ou des paliers.

Par rapport à cet état de la technique, la présente in-

vention a pour objet de fournir un dispositif de serrage du type cité en introduction, muni d'un système de passage tournant, qui soit approprié à des vitesses angulaires élevées et tienne, simultanément, compte de la possibilité de positions axiales différentes d'un élément de serrage, sans que des surfaces

d'étanchement ou des paliers de la broche rotative soient ex-

posé(e)s à des sollicitations excessives, susceptibles de se

traduire par une forte usure.

Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le

fait que le système de passage tournant est intégré dans le dis-

positif de serrage et présente une première surface d'étanche-

ment par glissement, ménagée sur l'élément de serrage ou sur une pièce reliée rigidement audit élément et pouvant tourner avec celui-ci; et par le fait qu'une seconde surface d'étanchement par glissement, tournée vers la première surface d'étanchement

par glissement, est prévue sur une pièce d'etanchement non ro-

tative, mobile axialement et soumise à une précharge l'éloi-

gnant du contact d'étanchement avec ladite première surface, avec des dispositifs qui, dans le cas ou le système de passage tournant est sollicité par une pression sous l'effet du fluide devant être délivré, mettent la pièce d'étanchement mobile

axialement, en contrecarrant sa précharge, en contact d'étan-

chement avec la première surface de l'élément de serrage.

La mobilité axiale de la pièce d'étanchement présentant

la seconde surface d'étanchement par glissement, et sa préchar-

ge l'éloignant du contact d'étanchement, ont par conséquent pour résultats que les surfaces d'étanchement par glissement sont, en général, distantes d'un espacement axial et ne sont pas mutuellement en contact. De la sorte, l'on évite notamment de grandes forces de frottement qui pourraient, sinon, survenir lorsque la position de la seconde surface d'étanchement est fermement établie dans le sens axial, tandis que la première surface d'étanchement prend différentes positions axiales suite à des tolérances conditionnées par la fabrication et par l'usure. De ce fait, lorsque le mécanisme de serrage est usé ou prend des positions différentes suite à des tolérances normales de fabrication, il en résulte uniquement un accroissement ou une diminution de la distance présente, dans tous les cas, entre les deux surfaces d'étanchement, aussi longtemps que le système

d'étanchement par glissement n'est pas sollicité par une pres-

sion exercée par le fluide à délivrer. Lorsque ledit système est sollicité par une pression, et à ce stade seulement, la seconde surface d'étanchement se déplace en direction de la première surface d'étanchement jusqu'à ce que l'une et l'autre soient en

contact; et, en cas d'accroissement supplémentaire de la pres-

sion, des dispositifs correspondants, comme par exemple un cla-

pet antiretour soumis à une précharge, font en sorte que le

fluide à délivrer soit, dans l'enchaînement, introduit respec-

tivement dans la broche ou dans la tige de traction à partir de l'entrée du système d'étanchement par glissement, les surfaces d'étanchement précitées étant alors déjà appliquées l'une contre l'autre de manière étanche. Dans ce cas, un palier de la broche peut se trouver simultanément à une distance axiale relativement courte par rapport aux surfaces d'étanchement et peut par conséquent occuper, vis-à-vis de la transition entre des pièces rotatives et fixes de la machine, une position plus rapprochée que celle autorisée dans le cas o les surfaces d'étanchement sont disposées au-delà de l'élément de serrage

mobile axialement.

Dans la forme de réalisation préférentielle de l'inven-

tion, le dispositif par l'intermédiaire duquel, en cas de sol-

licitation par pression, la seconde surface d'étanchement par

glissement est mise en contact avec la première surface d'étan-

chement par glissement, est formé d'un clapet antiretour soumis à une précharge, la force de précharge dudit clapet étant plus grande que la force de précharge qui repousse la seconde surface à l'écart de la première surface. Cela a pour effet d'assurer que, en cas de sollicitation par pression, le contact soit tout d'abord établi entre les surfaces d'étanchement, après quoi le clapet s'ouvre. Lesdites surfaces sont ensuite sollicitées

uniquement par la différence entre les forces de précharge sus-

mentionnées. En outre, selon une caractéristique préférentielle de

l'invention, la pièce d'étanchement, munie de la seconde sur-

face d'étanchement, présente un certain jeu relatif à un bascu-

lement par rapport à l'axe de rotation. Cela autorise pareille-

ment la compensation de tolérances de fabrication et assure, malgré tout, que les deux surfaces d'étanchement portent l'une contre l'autre par une grande superficie et avec franc-bord,

indépendamment de tolérances de cette nature, ou d'erreurs res-

pectives d'orientation ou d'alignement. Dans ce contexte par

ailleurs, d'après une forme de réalisation de l'invention sem-

blablement préférentielle, la pièce d'étanchement dotée de la surface d'étanchement par glissement comporte respectivement,

à son extrémité tournée à l'opposé de ladite surface d'étanche-

ment par glissement, une surface additionnelle d'étanchement ou une transition d'étanchement entre une surface tronconique et une surface (partiellement) sphérique. Des transitions de ce genre, entre une surface sphérique et un cône, engendrent un contact linéaire d'étanchement, la pièce munie de la surface

sphérique pouvant être basculée selon de grandes plages angu-

laires par rapport à la pièce munie de la surface tronconique,

et inversement, sans que ledit contact linéaire soit supprimé.

En présence de petites erreurs d'alignement, inévitables dans la pratique, cette réalisation permet de faire en sorte que la pièce d'étanchement puisse tourner autour d'un axe de rotation de la broche qui est décalé parallèlement à son axe de symétrie

ou, respectivement, à l'axe de symétrie de l'ensemble du systè-

me de passage tournant, sans que cela puisse exercer une in-

fluence négative sur le contact entre de quelconques surfaces

d'étanchement dudit système.

La seconde pièce d'étanchement mobile axialement peut

être avantageusement réalisée, abstraction faite de la transi-

tion d'étanchement vers la première pièce d'étanchement mobile

axialement, sous la forme d'un corps pour l'essentiel cylindri-

que creux dans l'espace interne duquel le clapet antiretour est logé. Dans cette forme de réalisation, le clapet antiretour

précité est préférentiellement logé dans la pièce d'étanche-

ment supplémentaire qui, observée dans la direction de l'écou-

lement, se trouve encore avant la transition entre la calotte

sphérique et le cône.

Les avantages de la présente invention résident, au pre-

mier chef, dans le fait que des vitesses angulaires relative-

ment élevées de la broche de la machine sont possibles sans qu'une usure excessive doive être constatée sur les surfaces

d'étanchement par glissement, et sans que des fuites conséquen-

tes surviennent. C'est pourquoi un dispositif de serrage équipé

d'un tel système d'étanchement par glissement est particuliè-

rement adéquat pour la plage de vitesses angulaires élevées qui est comprise entre 15 000 et 30 000 tours/minute, notamment pour

des vitesses angulaires excédant 20 000 tours/minute.

De préférence, l'élément de serrage est une tige de traction qui parcourt l'espace interne creux de la broche, est à

son tour creuse et forme, simultanément, un conduit de circula-

tion du fluide.

Dans ce contexte, il est particulièrement avantageux que le système de passage tournant soit intégré dans des pièces structurelles qui présentent un assemblage mécanique intérieur

entre la broche et la tige de traction du dispositif de serrage.

Plus précisément, ledit dispositif de serrage est préféren-

tiellement pourvu d'un assemblage mécanique intérieur entre la broche, l'élément de serrage et un dispositif d'actionnement venant en prise, directement ou indirectement, d'une part avec ladite broche et d'autre part avec ledit élément de serrage. La tige de traction prend préférentiellement appui sur la broche,

dans la direction du serrage, par l'intermédiaire d'un empile-

ment de rondelles élastiques ou d'un élément similaire. La di-

rection du serrage est habituellement la direction orientée,

axialement vers l'intérieur, sur le système de passage tour-

nant. Ainsi, lorsque la tige de traction est livrée à elle-même, elle est poussée axialement vers l'intérieur par l'empilement élastique prenant appui d'une part contre la broche, et d'autre

part contre ladite tige, si bien que les surfaces d'étanche-

ment, dont l'une est prévue à l'extrémité de cette tige, sont rapprochées l'une de l'autre sans toutefois se toucher; en effet, la surface d'étanchement de la pièce d'étanchement du système de passage tournant non sollicité par une pression est soumise à une précharge l'éloignant du contact d'étanchement, de manière à prodiguer une certaine marge de manoeuvre pour la position extrême axiale de la première surface d'étanchement sur la tige de traction. L'actionnement de la tige de traction, c'est-à-dire le déblocage du mécanisme de serrage, s'effectue

en général hydrauliquement, éventuellement aussi pneumatique-

ment. L'on parle alors d'un "assemblage mécanique intérieur" lorsqu'un dispositif d'actionnement vient directement en prise, d'une part, avec la broche et, d'autre part, avec la tige de traction, sans aucune rétroaction sur le montage de la

broche. Dans le contexte de la présente invention, cela est re-

lativement important étant donné que les paliers de broches tournant à des vitesses angulaires élevées doivent, le plus possible, ne pas être exposés aux fortes contraintes axiales

survenant lors de l'actionnement de la tige de traction. Les pa-

liers de la broche ne sont par conséquent sollicités, à aucun moment, par les forces de serrage agissant entre la broche et la tige.

Le dispositif d'actionnement peut avantageusement com-

prendre un élément agissant comme un piston et un élément agis-

sant comme un cylindre qui, l'un et l'autre, ne peuvent pas

tourner, mais sont toutefois, l'un et l'autre, mobiles axiale-

ment par rapport à une pièce fixe de la machine. Plus précisé-

ment, un tel dispositif d'actionnement à assemblage mécanique intérieur présente un cylindre mobile axialement et guidé à son

tour, dans le sens axial, dans une pièce fixe de la machine com-

prenant également, pour le reste, un ou plusieurs palier(s) destiné(s) a la broche. Un piston annulaire est guidé avec libre mobilité axiale à l'intérieur du cylindre. Le piston annulaire

possède quant à lui, sur sa face intérieure, des éléments d'en-

gagement assurant, respectivement, la venue en prise alterna-

tive avec la broche ou avec des protubérances de cette broche

qui, de préférence, sont en prise avec ces éléments d'engage-

ment, à la manière d'une fermeture baïonnette, dans une posi-

tion déterminée prise par rotation, de sorte que le piston annu-

laire peut prendre appui dans le sens axial, plus précisément dans les deux directions axiales, contre les protubérances de la broche qui font saillie vers l'extérieur. La broche peut, néanmoins, continuer d'accomplir une rotation libre dans le piston annulaire, c'est-à-dire que les éléments d'engagement

et les protubérances correspondants s'interpénètrent avec jeu.

Le piston annulaire est un piston annulaire sollicité axiale-

ment par une pression, à partir de deux côtés. Le cylindre considéré du piston annulaire est relié rigidement à un élément d'actionnement de la tige de traction, et également au carter du système de passage tournant. Le piston annulaire est uniquement doué d'une mobilité axiale limitée étant donné que ses éléments d'engagement viennent buter dans les deux directions axiales, contre les protubérances de la broche faisant saillie vers l'extérieur, aussitôt que le mouvement dudit piston excède le jeu prévu entre les protubérances de la broche et les éléments

d'engagement de ce piston. La broche occupe à son tour, en géné-

ral, une position axiale fixe qui est également préétablie par les paliers à grande vitesse de la broche. S'il advient que le

piston soit sollicité par une pression, à l'intérieur du cylin-

dre, ledit piston prend appui contre les protubérances de la

broche et applique une force antagoniste correspondante au cy-

lindre mobile axialement. Ce dernier entraîne l'élément d'ac-

tionnement de la tige de traction et également, dans le même temps, le système de passage tournant, si bien que la distance, séparant les surfaces d'étanchement dudit système, se réduit de la valeur du jeu préétabli entre l'élément d'actionnement et la

tige, et entre le piston et les éléments d'engagement de la bro-

che. Il subsiste alors néanmoins, entre les surfaces d'étanche-

ment par glissement, un jeu résiduel qui est supprimé unique-

ment lorsque le système de passage tournant est sollicité par

une pression, du fait du mouvement axial d'une pièce d'étanche-

ment de ce système.

Cela parachève l'assemblage mécanique entre la broche, le piston annulaire, le cylindre et l'élément d'actionnement sans que de quelconques paliers de la broche, ou surfaces

d'étanchement du système de passage tournant, occupent respec-

tivement une position intercalaire ou soient sollicité(e)s par

des forces de serrage.

Le dispositif conforme à l'invention offre l'avantage consistant en ce que toutes les pièces entourant l'extrémité supérieure de la broche et de la tige de traction, c'est-à-dire

le piston annulaire, le cylindre associé à l'élément d'action-

nement et au carter du système de passage tournant, et ledit système proprement dit, sont certes prévues avec mobilité

axiale et partiellement aussi avec mobilité les unes par rap-

port aux autres, sans pouvoir cependant tourner. Les pièces ro-

tatives sont exclusivement la broche et la tige de traction, auquel cas un palier de la broche devrait être prévu le plus près

possible des protubérances de la broche, respectivement à pro-

ximité du piston annulaire, de manière à procurer, à la broche, un appui à proximité de l'extrémité supérieure, animée d'une

rotation rapide, de ladite broche et de la tige de traction.

L'on obtient, de la sorte, des conditions de montage très pro- pices et de très faibles contraintes de portée, car la masse des

pièces rotatives est conséquemment faible. Cela est simultané-

ment combiné à un assemblage mécanique intérieur afin d'éviter, dans une large mesure, une contrainte de portée, également au cours du processus de serrage et de libération; et, pour finir, le système de passage tournant est également adapté de façon correspondante et est mobile dans le sens axial conjointement au cylindre, et également à l'intérieur de son carter, si bien

que la contrainte imposée au système d'étanchement par glisse-

ment est, elle aussi, maintenue à un minimum, et que de grandes longévités peuvent être atteintes à des vitesses angulaires élevées. L'invention va a présent être décrite plus en détail, à

titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins an-

nexés sur lesquels:

la figure 1 est une illustration fragmentaire d'une ma-

chine-outil, montrant l'extrémité supérieure d'une broche et d'une tige de traction, ainsi qu'un dispositif d'actionnement

de la tige de traction et un système de passage tournant, à l'ex-

trémité de ladite tige; la figure lA illustre un détail IA de la figure 1;

la figure 2 est une représentation fragmentaire corres-

pondant à la figure 1, dans une autre position de fonctionne-

ment; la figure 3 montre le système de passage tournant dans la position de fonctionnement selon la figure 2; et

la figure 2A représente un détail IIA de la figure 2.

Sur la figure 1, les références numériques 1 et 2 dési-

gnent, respectivement, une broche rotative et une tige de trac-

tion disposée à l'intérieur de ladite broche. Sur la majeure partie de sa longueur, la tige 2 est logée dans la broche 1 sans aucun jeu et avec ajustement coulissant et elle est préchargée

vers la droite, à proximité de son extrémité respectivement su-

périeure ou de droite, par l'intermédiaire d'un empilement 7 de

rondelles élastiques. Dans le cadre de la présente description,

les expressions "de droite", "supérieur(e)" et "axialement

vers l'intérieur" ont valeur de synonymes par rapport à la figu-

re 1, et désignent la même direction. L'extrémité de gauche de la broche 1 n'est pas représentée, pas plus que celle de la tige de traction 2. Un mécanisme de serrage, situé à cette extrémité respectivement inférieure ou de gauche, présente un système de retenue d'outils ou de pièces à usiner abloqué(e)s à l'aide du mécanisme de serrage, lequel est à son tour actionné par la tige de traction 2. L'extrémité de droite de la broche 1, illustrée dans ce cas, est élargie dans le sens radial pour offrir de la place à l'empilement 7 de rondelles élastiques, ce dernier

étant en appui contre un épaulement correspondant (non repré-

senté) de la broche 1, qui s'étend radialement vers l'inté-

rieur. L'extrémité respectivement supérieure ou de droite de l'empilement 7 prend appui contre une douille 15 arrêtée, sur la tige 2, à l'aide d'un jeu d'écrous 4. Le jeu d'écrous 4 autorise un coulissement et un ajustement axiaux, en vue du réglage de la

douille 15. Les écrous 4, ou bien un disque annulaire 4a corres-

pondant, placé entre deux écrous 4, ser(ven)t simultanément de surface de venue en prise d'un dispositif d'actionnement, ce

qui sera décrit ci-après.

Des protubérances 6' d'un élément annulaire 6 sont re-

liees rigidement à la broche 1, sur laquelle elles sont consi-

gnees axialement à demeure. Des protubérances 5' (respective-

ment des éléments d'engagement) d'un piston 5, saillant vers l'intérieur, sont en prise à la manière d'une baïonnette avec ces protubérances 6', un jeu axial suffisant e étant réservé,

entre les protubérances 6' et les protubérances correspondan-

tes 5' (éléments d'engagement) du piston 5, pour permettre à la

broche et à l'élément annulaire 6 d'accomplir une rotation li-

bre, par rapport au piston 5, dans une position extrême dudit

piston 5.

Le piston 5 est à son tour ceinturé par un cylindre 12 guidé quant à lui, avec mobilité axiale, dans une pièce fixe 8 d'une machine. Par conséquent, le cylindre 12 est mobile dans le sens axial à l'intérieur de la pièce fixe 8 de la machine, en étant relié rigidement à un élément d'actionnement 10 pourvu d'une surface de butée 16 respectivement destinée à venir en butée ou en prise avec le disque 4a, à l'extrémité de droite de la tige de traction 2. Le carter 11 d'un système de passage

tournant 20 est, à son tour, relié rigidement à l'élément d'ac-

tionnement 10. Il convient, dans un premier temps, de décrire les pro-

cessus de libération et de serrage du dispositif conforme à

l'invention, les notions de "libération" et de "serrage" fai-

sant référence aux processus concernés s'opérant, respective-

ment, sur l'outil ou sur la pièce à usiner retenu(e), sur l'ex-

trémité non illustrée de la broche 1, à l'aide d'un mécanisme de serrage semblablement non représenté, l'actionnement de ce mécanisme s'effectuant, toutefois, par l'intermédiaire de la tige de traction 2 et des éléments illustrés sur les figures 1 et

2. Sur la figure 1, les éléments individuels sont alors repré-

sentés d'une manière telle que leurs positions correspondent à l'état bloqué du mécanisme de serrage, tandis que les positions

de la figure 2 symbolisent les positions libérées, ce qui cor-

respond à une tige de traction 2 décalée vers la gauche, dans le

sens axial, en s'opposant à la force de l'empilement 7 de ron-

* delles élastiques. Le passage de l'une à l'autre position s'ef-

fectue en sollicitant, par pression, l'une respective de deux chambres annulaires de pression entre le piston 5 et le cylindre 12, ces chambres de pression étant désignées par A et B sur la figure 1. Les conduits d'arrivée correspondants menant aux

chambres A et B, c'est-à-dire les raccords hydrauliques d'ac-

tionnement 13 correspondants, destinés auxdites chambres, sont

repérés par A' et B'.

Pour débloquer le mécanisme de serrage à partir de la po-

sition bloquée, la chambre annulaire A située entre le piston 5 et le cylindre 12 est sollicitée par une pression, tandis que la pression est évacuée de la chambre annulaire B. Cela implique, tout d'abord, un faible mouvement axial du piston annulaire 5 vers l'intérieur (vers la droite), en concordance avec le jeu prévu entre les éléments d'engagement dudit piston annulaire et les protubérances 6' de l'élément annulaire 6, comme cela res- sort clairement de la moitié inférieure de la figure 1. Ensuite, cependant, les éléments d'engagement 5' et les protubérances 6' prennent appui les uns contre les autres et, à la place du piston

annulaire 5, c'est désormais le cylindre 12 qui se déplace axia-

lement vers l'extérieur (vers la gauche) en entraînant alors, à la fois, l'élément d'actionnement 10 et le carter 11 du système de passage tournant 20. Aussitôt qu'un jeu d visible dans la partie supérieure de la figure 1, réservé entre la surface de butée 16 et le disque central 4a, est comblé par le mouvement

axial de l'élément d'actionnement 10 vers l'extérieur, celui-

ci vient buter contre le disque 4a et pousse par conséquent la tige de traction 2 vers la gauche, en s'opposant à la force de l'empilement 7 de rondelles élastiques, lorsqu'une pression suffisante règne dans la chambre A. Le mouvement de la tige 2 vers la gauche ou, respectivement, vers l'extérieur dans le sens axial actionne le mécanisme de serrage, non illustré,

d'une manière propre à libérer un outil ou une pièce à usiner.

Pour procéder au blocage, par exemple après mise en place d'un outil nouveau, l'on évacue tout d'abord uniquement la pression

régnant dans la chambre A, l'empilement 7 imprimant un mouve-

ment vers la droite à la tige 2, et par conséquent aussi à l'élé-

ment 10 et au cylindre 12, auquel cas la chambre A se vide. Le mouvement axial de la tige 2 vers l'intérieur est, dans ce cas,

limité seulement par le mécanisme de serrage (non représenté).

Néanmoins, comme on le constate en observant le jeu d de la sur-

face de butée 16 vis-à-vis du disque 4a, et comme l'atteste éga-

lement le jeu e entre les éléments d'engagement 5' du piston an-

nulaire 5, et les protubérances 6' de l'élément annulaire 6 solidaire de la broche, la pression exercée par l'empilement 7,

vers l'intérieur dans le sens axial, ne permet pas encore d'at-

teindre l'état définitif illustré sur la figure 1 lorsque ledit

empilement 7 développe, à lui seul, la force de serrage de l'ob-

jet devant être retenu. Cependant, étant donné que la broche 1 et la tige 2 tournent par rapport aux pièces qui les entourent,

par exemple vis-à-vis du piston 5 et de l'élément 10, un jeu cor-

respondant doit être de nouveau instauré entre ces pièces. Concernant l'élément 10, ce jeu est obtenu grâce à un montage

élastique du cylindre 12, par l'intermédiaire duquel ledit cy-

lindre 12 est respectivement préchargé vers la droite, ou vers le haut. Une bague d'arrêt 17 définit alors, pour le cylindre 12, une butée extrême respectivement supérieure ou de droite

sur la pièce fixe 8 de la machine. Le jeu, entre les protubéran-

ces intérieures 5' sur le piston 5 et les protubérances exté-

rieures 6' de l'élément annulaire 6 solidaire de la broche 1,

est ensuite instauré en sollicitant la chambre B par une pres-

sion, si bien qu'une surface annulaire axiale extérieure 5a du-

dit piston 5, délimitant axialement les chambres A et B, vient

buter contre le fond de la chambre A. Cette position est finale-

ment illustrée sur la figure 1 et la broche 1 peut ensuite accom-

plir une rotation libre, conjointement à la tige de traction 2 et à toutes les pièces qui y sont fixées, par rapport au piston annulaire 5, également par rapport à l'élément d'actionnement et au système de passage tournant 20, ainsi que par rapport au

carter 11 dudit système.

Dans une forme de réalisation non illustrée, il est éga-

lement possible que la force, développée par la pression ré-

gnant dans la chambre B, soit appliquée sous l'action d'un ressort. Le développement ci-après considère, dans le détail, la venue en prise de disques glissants 18, 19 ou, respectivement,

l'action qu'ils exercent par leurs surfaces 21, 22 d'étanche-

ment par glissement. Comme le montrent les figures 1 et 2, les disques 18, 19 sont intégrés, en tant qu'organes structurels

distincts, dans la tige de traction 2 et dans une pièce annulai-

re d'étanchement 23. Toutefois, il serait également possible de dresser en conséquence les faces extrêmes respectives de la tige 2 et de la pièce 23, et éventuellement de les revêtir, de telle sorte qu'elles puissent remplir la fonction de surfaces

21, 22 d'étanchement par glissement.

La surface 22 d'étanchement par glissement du disque glissant 19 (logé dans la pièce d'étanchement 23) se trouve, avec un jeu désigné par s, en vis-à-vis de la surface 21 d'étan- chement par glissement du disque glissant 18 solidaire de la tige de traction 2, laquelle pièce d'étanchement est soumise à une précharge élastique vers la droite dans le sens axial. Le jeu s, illustré sur la figure 1, s'instaure lorsque le système de passage tournant 20 n'est pas sollicité par une pression. Ce

jeu peut varier et dépend, en particulier, du fait que le méca-

nisme de serrage établit fermement de manière précise, à l'état bloqué, la position axiale de la tige 2, ou bien du fait que

cette position varie plus ou moins fortement suite à des tolé-

rances de fabrication ou en fonction de l'outil devant être abloqué, voire de l'état d'usure de ce dernier. En service, les

deux surfaces d'étanchement 21 et 22 sont, entre autres, appli-

quées l'une sur l'autre par le fait qu'un raccord 14, respecti-

vement destiné à un agent de refroidissement ou à un fluide, est

sollicité par la pression P. L'on constate qu'un clapet antire-

tour 26 est logé dans le carter cylindrique d'une seconde pièce d'étanchement (piston) 25 reçue, avec mobilité axiale, dans le

carter 11 du système de passage tournant. L'extrémité antérieu-

re de la seconde pièce 25 revêt la forme d'un segment annulaire d'une surface sphérique (équivalant à une calotte sphérique). A

son extrémité de droite tournée vers la seconde pièce d'étan-

chement 25, la première pièce d'étanchement 23 présente une surface tronconique complémentaire qui forme un système d'étanchement linéaire en coopérant avec la surface sphérique ménagée sur la pièce 25. Cette configuration autorise un léger pivotement de la pièce 23 par rapport à la pièce 25, vis-à-vis

d'un axe commun 3, sans que la venue en prise linéaire d'étan-

chement soit supprimée entre ladite surface sphérique et ladite surface tronconique. En outre, cela permet non seulement de monter la première pièce 23 avec mobilité axiale, à l'aide de chevilles de guidage 29, mais également d'autoriser de légers basculements de ladite pièce 23 par rapport à l'axe 3. Cela vise à assurer que les deux surfaces d'étanchement 21, 22 portent à

plat l'une sur l'autre, dans tous les cas, avec franc-bord.

Les deux surfaces d'étanchement 21, 22 des disques glis-

sants 18, 19 viennent s'appliquer l'une sur l'autre en sollici- tant le raccord 14 par une pression P. lorsque cette pression P est suffisamment grande. Sous l'effet de cette pression P. s'exerçant tant sur une bille 28 du clapet antiretour 26, que sur les faces extrêmes de la seconde pièce d'etanchement 25, cette pièce 25 est poussée vers la gauche dans le sens axial et pousse par conséquent aussi la première pièce d'étanchement 23, en s'opposant à la force d'un ressort 24, en vue de la venue en contact des surfaces 21, 22. Dans ce cas, la force antagoniste

développée par le ressort 24 est plus petite que la force néces-

saire pour ouvrir le clapet 26 par compression d'un ressort 27.

Néanmoins, après que les surfaces 21, 22 ont été mises en contact, le clapet 26 s'ouvre lorsque la pression P continue de croître. Le fluide, devant être delivre, peut ensuite affluer

librement vers l'outil ou vers la pièce à usiner, en franchis-

sant le raccord 14 et en parcourant l'espace interne de la tige

creuse de traction 2.

A l'état exempt de pression, les surfaces d'étanchement 21, 22 ne viennent pas en contact mutuel. Cela tient au fait que le jeu s, entre lesdites surfaces 21, 22, est plus grand que le

jeu d et le jeu e conjugués. Si, à présent, le mécanisme de ser-

rage est actionné par sollicitation de la chambre annulaire A à l'aide de la pression, le piston 5 comble tout d'abord le jeu e avant que, dans l'enchaînement, le jeu d (plus conséquent), entre la surface de butée 16 et le disque 4a, soit lui aussi comblé. C'est uniquement à ce stade qu'un mouvement est imprimé à la tige de traction 2,vers l'extérieur dans le sens axial. Cela s'opère indépendamment de la sollicitation du raccord 14 par la pression P. Dans ce cas cependant, du fait du montage élastique des pièces d'étanchement, un jeu s' subsiste également entre les surfaces 21, 22 en l'absence d'une sollicitation par la

pression P. L'on évite, de la sorte, une détérioration des sur-

faces 21, 22 d'étanchement par glissement. Un agent de refroi-

dissement ou de rinçage peut alors, a tout instant, être délivré par le raccord 14 indépendamment du fait que la tige de traction

2 se trouve à l'état bloqué, ou à l'état débloqué. Le jeu exis-

tant entre les surfaces 21, 22, dans les deux états de blocage différents du dispositif (et sans sollicitation par pression du

système de passage tournant), est mis particulièrement en évi-

dence par l'illustration détaillée conforme aux figures 1A et 2A. La figure 3 illustre, une nouvelle fois, le système de

passage tournant 20 associé au carter 11 et à un système d'étan-

chement par disques glissants. Les pièces individuelles por-

tent alors exactement les mêmes références que sur la figure 1,

de sorte qu'il peut être fait conséquemment renvoi à la descrip-

tion se rapportant à la figure 1.

Une fois encore, la figure 3 met en lumière le carter 11 du système de passage tournant 20. En outre, dans la partie de

gauche de la figure, l'on distingue encore l'extrémité de la ti-

ge de traction 2, cette pièce 2 de la figure 2 pouvant également

être une douille ou une pièce similaire, placée sur la tige 2.

L'agencement, la réalisation et la fonction des disques glis-

sants 18, 19, avec leurs surfaces 21, 22 d'étanchement par glis-

sement, sont du type déjà décrit à l'appui de la figure 1.

Une pièce 34 dépassant radialement, à l'extrémité de droite de la tige de traction ou douille 2, fait partie d'une garniture d'étanchement à labyrinthe non décrite en détail dans

le présent mémoire.

Le système de passage tournant 20 proprement dit, logé dans le carter 11, se compose des deux pièces d'étanchement 23 et 25 mutuellement en prise par l'intermédiaire d'une surface

d'étanchement 32 en forme de calotte, et d'une surface tronco-

nique d'étanchement 31. Les deux pièces 23 et 25 sont guidées

dans le carter 11 avec mobilité axiale, la seconde pièce 25 pré-

sentant un ajustement coulissant serré et étant encore addi-

tionnellement rendue étanche, à sa face extérieure, par une garniture élastique d'étanchement 33. En revanche, la pièce

d'étanchement 23 est logée dans un alésage dont le diamètre in-

térieur est agrandi par zones, le ressort de précharge 24, et

également les chevilles de guidage 29, étant placés dans un es-

pace annulaire 30 ainsi formé. Les chevilles 29 sont fermement ancrées dans des perçages du carter 11,qui s'étendent parallè- lement à l'axe,et il conviendrait de prévoir au moins trois, de

préférence six chevilles 29 de ce genre, voire même davantage.

La première pièce d'étanchement 23 comporte encore, à sa face

extérieure, des saignées 36 s'étendant axialement et dans les-

quelles les chevilles 29 sont partiellement logées. Les chevil-

les 29 s'étendent alors avec jeu dans les saignées 36, si bien

que la première pièce 23 peut être animée de basculements d'an-

gles modestes par rapport à l'axe médian 3. La venue en prise entre la surface d'étanchement 32 en forme de calotte, et la

surface tronconique d'étanchement 31, s'avère également ra-

tionnelle à cette fin étant donné que, dans cette configuration

des surfaces d'étanchement 31, 32, le contact linéaire d'étan-

chement, entre la surface sphérique 32 et la surface tronconi-

que 31, est maintenu également dans le cas d'un pivotement rela-

tif de la première pièce 23 vis-à-vis de la seconde pièce 25.

Des appendices 37, s'étendant radialement vers l'exté-

rieur entre les chevilles 29, offrent un appui au ressort 24.

L'autre extrémité dudit ressort 24 prend appui contre une bague d'arrêt 35 encastrée dans une gorge périphérique pratiquée, en une configuration annulaire, dans l'alésage du carter 11. De la sorte, la première pièce d'étanchement 23 est préchargée vers la droite dans le sens axial et presse fermement les surfaces d'étanchement 31, 32 l'une contre l'autre, la seconde pièce

d'étanchement 25 présentant, à sa face extérieure, un épaule-

ment 42 saillant radialement qui vient s'appliquer contre un épaulement 43,saillant radialement vers l'intérieur de façon correspondante, dans l'alésage axial du carter 11, et qui forme ainsi une butée extrême pour les deux pièces d'étanchement 23,

25 pouvant coulisser axialement.

Comme le montre la figure 3, la pièce d'étanchement 25 renferme le clapet antiretour 26 préchargé par ressort. Ledit clapet 26 est constitué, pour l'essentiel, de la bille 28 nichée

dans un siège et logée à l'intérieur de la seconde pièce d'étan-

chement 25. A l'état illustré, le ressort 27 engendre alors une plus grande force de précharge que le ressort 24. Cela signifie concrètement que, lorsque l'alésage axial du carter 11 et, par

conséquent aussi, le clapet 26 et la seconde pièce 25,sont sol-

licités par une pression, les deux pièces 25, 23 se déplacent tout d'abord conjointement vers la gauche avec compression du

ressort 24, le ressort 27 conservant toutefois sa position.

Lorsque, à l'issue du mouvement axial des pièces 23, 25, la sur-

face d'étanchement 22 de la pièce 23 vient buter contre la

surface d'étanchement 21 située en vis-à-vis, et à ce stade seu-

lement, le clapet 26 peut être ouvert moyennant un accroisse-

ment supplémentaire de la pression de délivrance du fluide, la bille 28 étant poussée vers la gauche en s'opposant à la force du

ressort 27. En cet état, l'agent de rinçage et/ou de refroidis-

sement peut affluer vers l'extrémité antérieure de la broche 1,

pour actionner le mécanisme de serrage (non illustré), en em-

pruntant un canal radial 38 du carter 11 et des canaux axiaux 39, , 41 des pièces d'étanchement 23, 25, ainsi que de la tige de

traction 2.

Concernant les positions des éléments individuels, re-

présentées sur la figure 3, l'on fera encore observer que, en

association avec le dispositif de serrage conforme à l'inven-

tion, la tige de traction 2 ou, respectivement, sa surface

d'étanchement 21, n'est pas en contact avec la surface d'étan-

chement 22 lorsque les pièces d'étanchement 23, 25 occupent leur position de butée située à l'extrême droite. Il est prévu à la place, entre les surfaces d'étanchement 21, 22, un jeu s' d'environ 0,5 mm à 2, 5 mm, comme le met clairement en évidence l'illustration détaillée de la figure 2A. Lors du transfert

d'un fluide, cette distance est comblée par compression du res-

sort 24 et par coulissement des pièces 23, 25 vers la gauche dès

que la pression, exercée par le fluide, est suffisante pour com-

primer ledit ressort 24. Après la venue en contact des surfaces d'étanchement 21, 22, le clapet antiretour 26 s'ouvre également

moyennant un accroissement supplémentaire de la pression.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

- R E V E ND i CA TI O r -

1. Dispositif de serrage à système de passage tournant

d'un fluide, destiné à des machines tournant à des vitesses an-

gulaires élevées, en particulier des machines-outils, compre-

nant une broche creuse (1) conçue pour des vitesses angulaires élevées et pouvant tourner autour d'un axe médian (3), et un élément de serrage qui est prévu sur ou dans la broche (1), peut

tourner avec cette dernière et est mobile axialement, sur la-

dite broche (1), pour permettre respectivement le serrage ou la libération d'objets, dispositif caractérisé par le fait que le système de passage tournant est intégré dans le dispositif de serrage et présente une première surface (21) d'étanchement par glissement, ménagée sur l'élément de serrage ou sur une pièce reliée rigidement à celui-ci; et par le fait qu'une seconde

surface (22) d'etanchement par glissement, tournée vers la pre-

mière surface (21) d'étanchement par glissement, est prévue sur une pièce d'étanchement (23) du système de passage tournant (20), non rotative, mobile dans le sens axial indépendamment de la première surface (21) et soumise à une précharge l'éloignant du contact d'étanchement avec ladite première surface (21), avec des dispositifs qui, dans le cas o ledit système (20) est sollicité par une pression, mettent la pièce d'étanchement (23) mobile axialement, en contrecarrant sa précharge, en contact d'étanchement avec la première surface (21) de l'élément de serrage.

2. Dispositif de serrage selon la revendication 1, ca-

ractérisé par le fait que le système de passage tournant pré-

sente un clapet antiretour (26) soumis à une précharge, pouvant être déplacé avec la pièce d'étanchement mobile axialement et s'ouvrant, dans la direction de la broche (1), uniquement après dépassement d'une pression de fluide pouvant être préétablie par la précharge dudit clapet (26), la force de précharge dudit clapet (26) étant plus grande que la force de précharge qui repousse la pièce d'étanchement (23), mobile axialement, à

l'écart de la première surface (21) d'étanchement par glisse-

ment de l'élément de serrage.

3. Dispositif de serrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la pièce d'étanchement, mobile

axialement, présente un jeu relatif à un basculement par rap-

port à l'axe de rotation (3).

4. Dispositif de serrage selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pièce axiale d'étanchement (23) comporte, à son extrémité tournée vers l'alimentation en fluide, une transition d'étanchement vers

une seconde pièce (25) mobile axialement, la transition d'étan-

chement étant formée entre une surface tronconique (31) de

l'une des deux pièces mobiles axialement, et une surface sphé-

rique (32) de l'autre desdites pièces mobiles axialement.

5. Dispositif de serrage selon la revendication 4, ca-

ractérisé par le fait que la seconde pièce d'étanchement (25)

mobile axialement est réalisée, abstraction faite de la transi-

tion d'étanchement vers la première pièce d'étanchement (23) mobile axialement, sous la forme d'un corps pour l'essentiel

cylindrique creux dans l'espace interne duquel le clapet anti-

retour (26) est logé.

6. Dispositif de serrage selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'élément de serrage est une tige de traction (2) qui parcourt l'espace interne creux de la broche (1), est à son tour creuse et forme,

simultanément, un conduit de circulation du fluide.

7. Dispositif de serrage selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il présente un assemblage mécanique intérieur entre la broche (1), l'élément de serrage (2) et un dispositif d'actionnement venant en prise, directement ou indirectement, d'une part avec ladite broche (1)

et d'autre part avec ledit élément de serrage (2).

8. Dispositif de serrage selon la revendication 7, ca-

ractérisé par le fait que le dispositif d'actionnement comprend un élément agissant comme un piston (5) et un élément agissant comme un cylindre (12) qui, l'un et l'autre, ne peuvent pas

tourner, mais sont toutefois, l'un et l'autre, mobiles axia-

lement par rapport à une pièce fixe (8) de la machine.

9. Dispositif de serrage selon la revendication 8, ca-

ractérisé par le fait qu'une partie du dispositif d'actionne-

ment est réalisée sous la forme d'un carter (11) affecté au sys-

tème de passage tournant (20), et dans lequel les pièces d'étan- chement (23, 25) sont à leur tour logées avec mobilité axiale. 10. Dispositif de serrage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que le piston (5) est réalisé sous la forme d'un piston annulaire et est muni de protubérances (5')

qui font saillie vers l'intérieur et confèrent, avec des protu-

bérances correspondantes (6') situées sur l'élément annulaire (6) de la broche (1), une venue en prise du type baïonnette pour verrouiller mutuellement le piston (5) et la broche (1), dans le sens axial, ladite broche (1) demeurant cependant librement

rotative par rapport audit piston (5).