FR2749626A1 - Dispositif pour deplacer une piece entre deux butees - Google Patents

Abstract

Dispositif pour déplacer, dans un sens ou dans l'autre, une pièce mobile (11) entre deux butées (12, 13) et pour plaquer fermement cette pièce en fin de course sur l'une ou l'autre de ces deux butées. Un moteur (1) entraîne une transmission, bidirectionnelle et irréversible, à vis sans fin (18) et pignon (19). Celle-ci est reliée au dispositif (21-26) d'entraînement de la pièce mobile (11) par un accouplement (27-34) par ressort de rappel (32). En butée, le pignon (19) continue à tourner, en surcourse du moteur, en armant alors de plus en plus le ressort (32). Cette surcourse est stoppée après une rotation déterminée.

Description

DISPOSITIF POUR DEPLACER UNE PIECE
ENTRE DEUX BUTEES
La présente invention se rapporte à un dispositif pour entraîner le déplacement bidirectionnel d'une pièce mobile entre deux butées d'extrémité et pour plaquer fermement, en fin de course, cette pièce contre l'une ou l'autre de ces deux butées.

Un exemple typique de dispositif de ce genre est un clapet à deux positions destiné à alimenter soit en air chaud, soit en air froid, le système d'injection d'essence du moteur d'un véhicule automobile. Classiquement, le clapet ferme l'arrivée d'air chaud au moyen d'un ressort de rappel élastique et il est basculé sur son autre position à l'aide d'une commande mécanique de basculement du type à dépression.

Un dispositif purement mécanique de ce genre a pour avantages d'assurer un placage très ferme, et donc positif, du clapet contre ses deux butées d'extrémité (arrivée d'air chaud ou arrivée d'air froid), ainsi que de ne nécessiter qu'une seule commande, dans un seul sens: celle qui correspond à l'application de la dépression, I'autre commande de fermeture (dans l'autre sens) étant simplement assurée par le ressort de rappel lorsque la dépression n'est plus appliquée.

En revanche, ce système a pour inconvénients de nécessiter une électrovanne de commande, et d'avoir un temps de réaction supérieur à la seconde, ce qui n'est pas admissible pour certaines circonstances d'utilisation, en particulier lorsque l'on a besoin de faire tourner provisoirement le moteur, encore froid, au dessus d'un nombre de tours déterminé. Il faut alors basculer provisoirement sur l'alimentation en air froid, puis revenir ensuite, pour une allure plus lente, sur l'alimentation en air chaud, ce qui doit s'effectuer en une fraction de seconde si on veut éviter alors un mauvais fonctionnement transitoire du moteur.

Pour remédier à ces inconvénients, la Société Demanderesse a envisagé de remplacer cette commande purement mécanique par une commande électromécanique utilisant un moteur électrique pour entraîner le basculement du clapet entre ses deux positions de fermeture, ou butées. On peut alors obtenir la rapidité de basculement souhaitée et être indépendant des contraintes liées aux systèmes à dépression. Il faut alors cependant gérer de la même façon les deux sens de basculement, et donc prévoir un moteur électrique, et un système de transmission associés, qui soient tous deux bidirectionnels.

A noter que des dispositifs de positionnement utilisant un moteur à courant continu et un système à came de commande placée sur l'arbre du moteur existent déjà dans la technique. Par exemple, le document FR-A-2.718.544 décrit un tel dispositif pour la manoeuvre, selon plusieurs positions stables, des clapets d'une installation de climatisation pour véhicule automobile.

Cependant, I'utilisation pure et simple d'un classique système électromécanique utilisant un moteur bidirectionnel et une came de commande associée ne peut à priori résoudre le présent problème, comme il sera expliqué maintenant à l'aide de la.figure I jointe qui schématise un exemple de réalisation qui pourrait être envisagé d'emblée par l'Homme de l'Art en faisant usage de ses connaissances de routine.

Sur cette figure 1, la référence I désigne un petit moteur à courant continu et à aimant permanent qui est alimenté, entre ses deux bornes d'alimentation en courant continu 2 et 3, par une tension continue de par exemple + 12 volts qui est appliquée par l'intermédiaire d'un interrupteur 4 à ressort de rappel en position de fermeture 5.

Un inverseur non représenté permet, en inversant le signe de la tension continue appliquée sur les bornes 2 et 3, d'inverser le sens de rotation du moteur 1.

La rotation du moteur I est transmise, via une chaîne cinématique à quatre pignons 6, 7, 8, 9, à un arbre 10 qui porte, à son extrémité, la palette 11 que l'on désire mouvoir, sous commande du moteur 1, entre deux butées d'extrémité 12 et 13.

Une came 14 est également solidaire de l'arbre 10, et elle est associée à un levier conjugué 15. Lorsque la palette mobile 11 arrive contre une des deux butées 12 etl3, la came 14 vient alors repousser le levier 15 vers le bas, ce qui entraîne, comme on le voit sur le dessin, I'ouverture concomitante de l'interrupteur 4, et coupe donc l'alimentation électrique du moteur 1.

Un très simple dispositif de ce type n'est cependant pas vraiment envisageable sur un plan industriel. Il est en effet très difficile, voire pratiquement impossible, de gérer simultanément la fonction électrique constituée par la gestion des commandes d'arrêt du moteur et la fonction mécanique constituée par la gestion des deux arrivées en butées de la palette 11, ceci pour des raisons évidentes de tolérance dimensionnelle des constituants et de précision de fonctionnement. En pratique, le positionnement de la palette 11 sur ses deux butées 12 et 13 ne sera donc jamais rigoureusement synchrone de l'ouverture de l'interrupteur 4. Ou bien la palette 1 1 arrivera en butée avant que l'interrupteur 4 ne soit ouvert, et le moteur I continuera alors à être alimenté et sera soumis à un échauffement excessif, ou bien l'interrupteur 4 s'ouvrira avant que la palette 11 ne soit positivement plaquée contre sa butée d'extrémité 12 ou 13, d'où un fonctionnement mécanique défectueux de l'ensemble.

Par ailleurs, si la palette 11 est correctement, et donc très fermement, plaquée contre sa butée 12 ou 13 et que le bras 15 est correctement, et donc positivement, repoussé vers la bas par la came 14, il est bien évident que l'on n'est alors pas en présence d'un système anti-retour irréversible et qu'en conséquence les forces mécaniques d'appui mises en jeu vont repousser cet ensemble rotatif dans l'autre sens. La palette 11 va alors s'écarter légèrement de sa butée puis, du fait qu'alors l'interrupteur 4 s'est alors refermé en conséquence, être ramenée contre celle-ci, et ainsi de suite avec création d'un mouvement oscillatoire et frappe, au rythme de cette oscillation, de la palette 1 1 contre sa butée, transformant alors le système en crécelle, ce qui n'est pas du tout le but du dispositif.

Enfin, ce dispositif n'est pas applicable à des dispositifs du même type mais ayant des caractéristiques différentes :si ces dispositifs définissent d'autres positions des butées 12 et 13, il faudra adapter à chaque fois une autre came 14, calculée et construite pour chacune de ces différentes applications.

L'invention vise à remédier à tous ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un dispositif pour entraîner le déplacement bidirectionnel d'une pièce apte à parcourir un chemin prédéterminé entre deux butées d'extrémité, et pour plaquer cette pièce
d'une part contre la première butée en fin de parcours effectué selon un
premier sens de déplacement,
et d'autre part contre la deuxième butée en fin de parcours effectué
selon le sens de déplacement inverse,
caractérisé en ce qu'il utilise, comme organe moteur, un moteur électrique à commande bidirectionnelle qui est couplé à cette pièce mobile par l'intermédiaire d'au moins une chaîne cinématique bidirectionnelle mais irréversible, cette chaîne cinématique anti-retour entraînant le déplacement de cette pièce sur ce chemin, par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement auquel elle est reliée par un dispositif d'accouplement par ressort de rappel,
de sorte que l'actionnement du moteur dans un sens déterminé entraîne le déplacement corrélatif de cette pièce sur son chemin, tant que cette dernière n'a pas encore atteint la butée associée à ce sens de déplacement, la force de rappel élastique de ce dispositif d'accouplement étant toutefois insuffisante pour bloquer le moteur lorsque cette butée est atteinte, de sorte que ce dernier continue alors son mouvement de rotation sans entraîner ladite pièce qui est plaquée contre cette butée mais en armant alors de plus en plus le ressort, ce mouvement de dépassement, ou surcourse, se poursuivant alors jusqu'à ce qu'une commande associée à ce dépassement vienne couper l'alimentation électrique de ce moteur qui reste alors bloqué en position par suite du caractère irréversible de ladite chaîne cinématique tant qu'il n'est pas alimenté pour être actionné dans l'autre sens,
et vice versa lorsque le moteur est alimenté pour être actionné dans l'autre sens et donc déplacer ladite pièce en sens inverse, en direction de l'autre butée.

L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront mieux, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel
Figure 2 est une vue d'ensemble, en perspective, du dispositif avec son
boîtier ouvert.

Figure 3 est une perspective simplifiée et partiellement éclatée de la
partie essentielle de ce même dispositif.

Figure 4 est une vue en coupe du dispositif, selon la direction IV-IV de
la figure 2.

Figures 5A et 5B sont des coupes partielles, selon la direction V-V de
la figure 4, explicitant les deux phases essentielles de fonctionnement
du dispositif.

Figure 6 est un schéma synoptique d'un ensemble électronique
permettant le fonctionnement de ce dispositif.

Figure 7 représente un ensemble électromécanique utilisable pour
suppléer l'ensemble électronique de la figure 6.

En se référant tout d'abord aux figures 2 à 5A, il s'agit ici d'un dispositif d'actionnement électromécanique qui est schématiquement destiné, à l'instar du dispositif de la figure l précédemment décrit dans l'introduction de la présente description, à déplacer de manière bidirectionnelle une palette 11 entre deux butées 12 et 13 et à plaquer fermement à chaque fois cette palette contre l'une ou l'autre de ces butées.

Le dispositif comporte, dans un boîtier 16, un petit moteur 1, à courant continu et à aimant permanent qui est alimenté comme précédemment par ses deux bornes 2 et 3.

L'arbre 17 de ce moteur 1 porte une vis-sans-fin 18 qui engrène, de manière irréversible, sur un pignon conjugué 19, en un classique système bidirectionnel dit à roue et vis-sans-fin irréversible .

Rappelons à ce propos qu'un système à roue et vis-sans-fin est irréversible si l'angle i d'inclinaison des filets de la vis par rapport à la perpendiculaire à son axe longitudinal est inférieur à l'angle de frottement f au contact des surfaces de la vis et de la roue. Dans ce cas, la vis peut conduire la roue, dans un sens comme dans l'autre, mais à contrario la roue ne peut pas conduire la vis.

Lorsque la roue 19 tourne, entraînée, dans un sens ou dans l'autre, par le moteur 1 et la vis 18, elle entraîne, via un dispositif d'accouplement très particulier 20 qui sera décrit ci-après, un pignon coaxial 21 qui lui-même engrène sur une crémaillère 22.

Cette crémaillère 22 porte un arbre 23, qui sort du boîtier 16, qui est ainsi animé d'un mouvement de translation bidirectionnel.

L'autre extrémité de cet arbre 23 est articulée dans une lumière réceptrice 24 d'une bielle 25 dont l'axe d'extrémité 26 porte la palette 11, de sorte que finalement le déplacement longitudinal de l'arbre 23 entraîne, par un ensemble 23-26 du genre bielle-manivelle, la rotation concomitante de la palette 11 autour de son axe de base 26, d'une butée à l'autre,
Le système d'accouplement 20 de l'invention, et son fonctionnement mécanique, seront maintenant décrits en référence aux figures 3 à 5B.

Ce dispositif d'accouplement comporte plusieurs pièces qui coopèrent:
Ia roue 19 qui est creuse et dont la face intérieure comporte un ergot
axial 27,
un arbre 28 qui est l'arbre du pignon 21 mais dont l'autre extrémité,
opposée donc à ce pignon 21, est libre et montée folle dans un palier
29, solidaire de la roue 19 et coaxial à cette dernière,
un plateau 30, solidaire de l'arbre 28 et donc du pignon 21, qui porte
un ergot axial et excentré 31, qui selon les figures 4 et SA, vient, en
position d'accouplement normal lorsque le plateau 30 est entraîné
en rotation par la roue 19, se positionner radialement sous l'ergot 27
de la roue 19,
un ressort d'accouplement 32, coaxial à l'arbre 28, qui est armé selon
Figure 5A pour venir presser, par ses deux extrémités armées 33, 34
d'une part les deux faces de l'ergot 27 et d'autre part les deux faces
correspondantes de l'ergot 31 en maintenant ainsi ces deux ergots
fermement accouplés l'un à l'autre, à l'encontre de la force de rappel
du ressort d'accouplement 32.

Pour montrer le caractère non limitatif de l'invention, le ressort 32 est
représenté avec des extrémités 33, 34 rentrées en dedans sur la figure
5A, tandis qu'il est, selon une évidente variante de réalisation,
représenté avec des extrémités 33, 34 protubérantes en dehors sur la
figure 3, les deux fonctions étant les mêmes dans ces deux cas non
limitatifs de réalisation.

Le fonctionnement est le suivant
Lorsque la palette 11 est entre ses deux butées d'extrémité 12 et 13 et que le moteur tourne, dans un sens ou dans l'autre, les deux pattes 33, 34 du ressort 32 enserrent fermement les deux ergots 27 et 31, qu'elles maintiennent l'un sous l'autre, en alignement radial selon la figure SA.

La force de rappel du ressort 32 est prévue suffisante pour maintenir alors cet accouplement entre la roue 19 et le plateau 30 qu'elle entraîne donc en rotation sans glissement, via ce ressort armé 32.

Lorsque la palette 1 1 arrive contre sa butée, 12 ou 13, le pignon 21, et donc l'ergot 31, sont alors également en butée et ne peuvent donc plus se déplacer.

Le moteur continue alors néanmoins à tourner, selon la figure SB, en entraînant alors seulement l'ergot 27 qui est solidaire de la roue 19, tandis que l'ergot 3 1 reste fixe, étant bloqué en position.

Au cours de ce complément de rotation, ou surcourse , le ressort 32 s'arme encore plus, et de plus en plus, plaquant de plus en plus fermement la palette 1 1 contre sa butée, 12 ou 13.

Au bout d'un certain angle de rotation correspondant à cette surcourse, un dispositif, soit électronique selon Figure 6, soit électromécanique selon
Figure 7, vient alors couper l'alimentation électrique du moteur 1. Le système reste alors bloqué dans cette position, sans revenir donc en arrière du fait que la transmission à vis-sans-fin 18 et pignon 19 est une transmission de type irréversible comme mentionné précédemment. L'alimentation du moteur en sens inverse peut seule débloquer le système en le faisant tourner dans l'autre sens.

La tension du ressort plaque donc très fermement, et de façon continue, la palette 11 contre sa butée 12 ou 13. En outre, peu importe la course à effectuer entre les deux butées 12 et 13, puisque le système ne commence à agir que lorsque la palette a atteint une de ces deux butées : le dispositif est donc universel et donc apte à équiper des dispositifs de caractéristiques différentes.

Pour commander l'arrêt du moteur 1 en fin de surcourse, il est possible d'utiliser un dispositif purement électrique tel que celui schématisé en Figure 6, un tel dispositif coupant l'alimentation électrique du moteur lorsque le courant qui le traverse atteint une certaine valeur. En effet, lors de cette surcourse, la charge du moteur 1 augmente de plus en plus, au fur et à mesure de l'armement du ressort 32, et il en est par conséquent de même du courant de ce moteur.

Pour la mise en oeuvre d'un tel dispositif d'arrêt purement électrique, il est prévu (figure 4) une platine de circuit imprimé 35 dans le boîtier 16, ainsi qu'une borne 36 (figures 2 et 4) de commande extérieure.

Selon le schéma de la figure 6, il est prévu, pour alimenter le moteur 1, un inverseur de polarité 37 qui est relié aux bornes 42 et 43 de la batterie d'alimentation en tension continue.

Ce circuit 37 fournit, sur ses deux bornes de sortie 38, 39 qui alimentent le moteur 1, une tension continue qui est soit identique à la tension sur les bornes 42, 43, soit de polarité opposée, selon qu'un niveau logique 0 ou lui est appliqué, par une unité logique tel qu'un microprocesseur 40, sur sa borne de commande 41, suite à une commande logique externe correspondante qui est appliquée, via l'entrée 36 précitée, à ce microprocesseur 40.

Par ailleurs, une résistance 44 de faible valeur, par exemple un dixième d'Ohm, est placée en série avec le moteur 1 et est donc parcourue par le courant I qui traverse celui-ci. La tension aux bornes de cette résistance 44 est mesurée, grâce aux deux connexions de mesure 45 et 46 prévues aux bornes de cette résistance, par le microprocesseur 40, qui en déduit donc la valeur du courant I.

Lorsque, suite à la surcourse précitée (Figure 5B), le courant I a atteint une valeur prédéterminée, le microprocesseur 40 envoie, via une liaison 47, un ordre d'ouverture sur un interrupteur statique 48 qui est branché en série avec le moteur 1 et la résistance de mesure 44, ce qui entraîne alors l'arrêt du moteur 1.

Pour entraîner ensuite le moteur 1 en rotation en sens inverse, un ordre extérieur est appliqué en conséquence, sous forme d'un niveau logique, sur la borne de commande 36. En réponse, le microprocesseur 40 envoie simultanément un ordre par la liaison 41 pour inverser la polarité de la tension continue sur les bornes 38 et 39, et un ordre par la liaison 47 pour refermer l'interrupteur statique 48.

Il est également possible, pour commander l'arrêt du moteur I en fin de surcourse, d'utiliser un simple dispositif électromécanique tel que par exemple celui représenté sur la figure 7 où la roue dentée 19 est munie d'un ergot 49 parallèle à son axe. Cet ergot 49 vient, en fin de surcourse, appuyer sur la palette 50 ou 51 d'ouverture d'un interrupteur 52 ou 53 placé selon la position angulaire prévue pour cette fin de surcourse. Cet interrupteur, 52 ou 53 selon le sens, direct ou inverse, de la surcourse, est placé, à l'instar de l'interrupteur 48 de la figure 6, en série avec le moteur 1, de sorte qu'il coupe bien l'alimentation électrique de ce moteur en fin de surcourse.

Par exemple, l'ergot axial 49 est décalé, dans le sens horaire, d'environ 10 degrés par rapport à l'ergot radial 27, I'interrupteur 52 est décalé, dans le sens horaire ou inverse, de 60 degrés par rapport à cet ergot axial 49, et l'interrupteur 53 est décalé, dans le sens contraire ou sens direct, de 50 degrés par rapport à l'ergot 49.

Pour faire repartir le moteur 1 en sens inverse alors que l'ergot 49 est en butée contre la palette 50 ou la palette 51, il suffit d'inverser à l'aide d'un inverseur manuel ou télécommandé (non représenté), les polarités de la tension continue d'alimentation, et de court-circuiter un court instant, à l'aide d'un interrupteur respectif à bouton poussoir (non représenté) à commande manuelle ou à télécommande qui est branché en parallèle sur l'interrupteur de fin de course correspondant (52 ou 53), I'interrupteur de fin de course concerné, 52 ou 53. Ce bouton poussoir peut etre relâché dès que le moteur, ayant commencé à tourner, a relâché la pression que l'ergot 49 exerçait sur la palette concernée, 50 ou 51.

Comme il va de soi l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, et de nombreuses autres formes de réalisation équivalentes sont envisageables

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour entraîner le déplacement bidirectionnel d'une pièce (11) apte à parcourir un chemin prédéterminé entre deux butées d'extrémité (12, 13), et pour plaquer cette pièce

d'une part contre la première butée (12) en fin de parcours effectué

selon un premier sens de déplacement,

et d'autre part contre la deuxième butée (13) en fin de parcours

effectué selon le sens de déplacement inverse,

caractérisé en ce qu'il utilise, comme organe moteur, un moteur électrique (1) à commande bidirectionnelle qui est couplé à cette pièce mobile (11) par l'intermédiaire d'au moins une chaîne cinématique bidirectionnelle mais irréversible (18, 19), cette chaîne cinématique anti-retour (18, 19) entraînant le déplacement de cette pièce (11) sur ce chemin par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement (21-26) auquel elle est reliée par un dispositif d'accouplement (27-32) par ressort de rappel (32),

de sorte que l'actionnement du moteur dans un sens déterminé entraîne le déplacement corrélatif de cette pièce (11) sur son chemin, tant que cette dernière n'a pas encore atteint la butée (12 ou 13) associée à ce sens de déplacement, la force de rappel élastique de ce dispositif d'accouplement (27-32) étant toutefois insuffisante pour bloquer le moteur (1) lorsque cette butée est atteinte, de sorte que ce dernier continue alors son mouvement de rotation sans entraîner la pièce (11) qui est plaquée contre cette butée (12 ou 13) mais en armant alors de plus en plus le ressort (32), ce mouvement de dépassement, ou surcourse , se poursuivant alors jusqutà ce qu'une commande (44-48, 50-53) associée à ce dépassement vienne couper l'alimentation électrique de ce moteur qui reste alors bloqué en position par suite du caractère irréversible de ladite chaîne cinématique (18, 19) tant qu'il n'est pas alimenté pour être entrainé dans l'autre sens,

et vice versa lorsque le moteur (1) est alimenté pour être entrainé dans l'autre sens et donc déplacer ladite pièce (11) en sens inverse et en direction de l'autre butée (13 ou 12).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur (1) est un moteur à courant continu.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chaîne cinématique bidirectionnelle est une transmission à vis-sans-fin (18) et pignon (19), cette transmission étant de type irréversible.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit pignon (19) est muni d'un premier ergot (27) que vient pincer, après armement, ledit ressort (32), tandis que ledit dispositif de transmission de mouvement (21-26) est solidaire d'un plateau rotatif (30) dont l'axe (28) est monté fou à son extrémité libre et qui porte un deuxième ergot (31) qui est lui aussi pincé par ledit ressort armé (32), de sorte qu'entre les deux butées d'extrémité (12, 13) ces deux ergots (27,31) sont positivement accouplés par ce ressort armé (32) tandis qu'en position de butée le premier ergot reste seul entraîné par la rotation en surcourse du moteur (1), à l'encontre de la force de rappel du ressort (32) qu'il arme encore plus et de plus en plus au cours de ladite surcourse.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite commande d'arrêt du moteur (1) en fin de surcourse comporte une unité logique (40) qui mesure (44-46) I'intensité (I) du courant du moteur (1) et qui commande en conséquence un interrupteur (48) de coupure de ce courant moteur (I), cette unité logique recevant également une commande extérieure (36) d'inversion du sens de rotation du moteur (1) et commandant pour réaliser celle-ci un inverseur de polarité (37).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite commande d'arrêt du moteur (1) en fin de surcourse est un dispositif électromécanique avec un ergot (49) solidaire de ladite chaîne cinématique irréversible (18, 19) et avec un interrupteur (52, 53) de fin de course pour chaque fin de surcourse, dans un sens ou dans l'autre.