FR2775322A1

FR2775322A1 - Verin et procede pour le positionner

Info

Publication number: FR2775322A1
Application number: FR9901986A
Authority: FR
Inventors: Dirk Heintzen; Dethlef Axmacher
Original assignee: AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: FR2775322B1; US6283007B1; IT1309711B1; JPH11287213A; ES2169624A1; ES2169624B1; ITMI990349A1; DE19905626A1

Abstract

Vérin comprenant une enveloppe (10) à deux chambres de travail (18, 38) qui peuvent être exposées à une pression de fluide par des raccords (20, 40) et dans lesquelles les pistons (14, 28) d'un sous-groupe sont déplaçables, un piston mobile de butée (32) pouvant être mis en appui contre une butée fixe (46) lorsqu'il est exposé à une pression.Le dimensionnement des surfaces efficaces des pistons est tel que le sous-groupe (12) est mis en appui contre le piston de butée (32) se trouvant en appui contre la butée (46) lorsque les chambres (18, 38) et ce piston (32) sont exposés à la pression de fluide, tandis qu'il est mis en appui contre d'autres butées (48, 19) lorsque seule l'une des chambres est sous pression.Application notamment au positionnement d'un organe d'actionnement d'une boîte à vitesses automatisée.

Description

L'invention se rapporte à un procédé de réglage d'un sousgroupe de pistons d'un vérin pour le mettre à au moins deux positions, ainsi qu'à un vérin.

II se présente à l'usage la nécessité de placer un composant à plusieurs positions prédéterminées dans de nombreuses applications. Des moteurs électriques pas à pas ou des vérins hydrauliques ou pneumatiques qui s'utilisent à cette fin doivent être attaqués par des moyens relativement complexes comprenant un circuit de réglage à l'intérieur duquel une position de consigne doit être comparée à une position réelle. II faut à cette fin des capteurs de position, des circuits de réglage, etc.

L'invention a pour objet de créer une possibilité bon marché de déplacer un composant pour le mettre à plusieurs positions prédéterminées, en particulier à plus de deux positions par utilisation d'une source de fluide ayant une pression prédéterminée.

L'invention concerne donc un procédé de réglage à au moins deux positions d'un sous-groupe à pistons d'un vérin qui comporte plusieurs raccords qui peuvent sélectivement être alimentés en une pression de fluide variant dans des limites prédéterminées ou ne pas être sous pression suivant une particularité essentielle de l'invention, un piston de butée déplaçable à l'intérieur du vérin par exposition à une pression de fluide pour être mis contre une butée solidaire de l'enveloppe forme lui-même une butée pour le sous-groupe de pistons, celui-ci étant déplacé en fonction de l'alimentation des raccords en pression de fluide ou de l'absence de pression dans ces derniers pour être mis en appui contre le piston de butée luimême déplacé pour être mis en appui par la pression de fluide contre ladite butée solidaire de l'enveloppe, de sorte qu'une position du sous-groupe de pistons est définie et, lorsque l'alimentation des raccords en pression de fluide est modifiée avec aussi pour conséquence un déplacement du piston de butée, le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis à une position définie par une autre butée solidaire de l'enveloppe.

L'invention se rapporte par ailleurs à un vérin comprenant une enveloppe comportant au moins deux chambres de travail qui peuvent être exposées par des raccords à une pression de fluide et dans lesquelles des pistons d'un sous-groupe ayant des surfaces de travail efficaces de dimensions différentes sont déplaçables en sens inverses, selon une particularité essentielle de l'invention, ledit vérin comprend par ailleurs un piston de butée qui est mobile dans l'enveloppe et qui peut être déplacé
pour être mis en appui contre une butée solidaire de l'enveloppe lorsqu'il est exposé à pression de fluide, le dimensionnement des surfaces efficaces des pistons étant tel que, lorsque les chambres de travail et le piston de butée sont exposés à une pression de fluide, le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre le piston de butée se trouvant luimême en appui contre la butée solidaire de l'enveloppe et lorsque seule l'une ou l'autre des chambres de travail est exposée à la pression, ledit sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre d'autres butées solidaires de l'enveloppe.

Selon le procédé de l'invention, la pression de fluide est utilisée non seulement pour le déplacement du sous-groupe de pistons, mais aussi pour déplacer un piston mobile de butée, celui-ci définissant au moins une position du sous-groupe. II est possible de définir plusieurs positions du sous-groupe de pistons à l'aide de cette position supplémentaire qui est définie par le piston de butée, par exemple une position à laquelle une alimentation correspondante en pression met en appui le sous-groupe contre un côté du vérin sans l'aide du piston de butée, une autre position à laquelle une alimentation correspondante du vérin en une pression de fluide place le sous-groupe contre l'autre côté du vérin et des positions intermédiaires dont par exemple au moins l'une est définie par la position du piston de butée par exemple lors d'une alimentation en pression des deux côtés du vérin.

Suivant une particularité avantageuse du vérin de l'invention, le sous-groupe de pistons est déplaçable pour être mis à quatre positions, une première position à laquelle l'alimentation en pression de la chambre de travail associée au piston ayant la plus petite surface efficace déplace le sous-groupe de pistons pour le mettre en appui contre une butée solidaire de l'enveloppe, une deuxième position à laquelle le sous-groupe de pistons est mis en position de repos par absence de pression dans les chambres de travail, une troisième position à laquelle un collet réalisé sur le sous-groupe de pistons est en appui contre le piston de butée exposé à la pression alors que les chambres de travail sont alimentées en pression de fluide et une quatrième position à laquelle le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis contre une deuxième butée solidaire de l'enveloppe par alimentation en pression de la chambre de travail associée au piston ayant la plus grande surface efficace, avec alors entraînement du piston de butée.

Il suffit donc d'une unique pression disponible de fluide pour obtenir quatre positions par simple inversion de l'alimentation des raccords individuels du vérin en pression de fluide.

L'invention permet globalement de créer des possibilités bon marché et fiable d'atteindre des positions différentes et de les conserver et il suffit d'un niveau prédéterminé de pression de fluide, ce niveau pouvant fluctuer dans des limites prédéterminées sans influer sur les positions atteintes. Le vérin peut être hydraulique ou pneumatique.

L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins schématiques annexés sur lesquels
les Figures 1 à 4 sont des coupes axiales d'un vérin et représentent quatre positions différentes d'un sous-groupe de pistons et
les Figures 5 à 8 illustrent un vérin d'un mode de réalisation analogue à celui des Figures 1 à 4, à quatre positions différentes du sousgroupe de pistons et représentent la coopération de ce dernier avec un organe d'actionnement d'une boîte à vitesses.

Selon la Figure 1, un vérin comprend une enveloppe 10 en plusieurs parties dans laquelle un sous-groupe de pistons 12 travaille. Le sous-groupe 12 comprend un premier piston 14 qui travaille dans un manchon cylindrique 16 logé dans l'enveloppe 10 et qui peut être exposé à une pression par une chambre de travail 18. Un anneau encastré forme une butée 19 qui limite la mobilité du sous-groupe de pistons vers la gauche dans la représentation de la Figure. La chambre de travail 18 communique par un raccord 20 avec un distributeur 22 par lequel elle peut sélectivement être alimentée en fluide hydraulique sous pression 24 ou en fluide hydraulique 26 qui n'est pas sous pression.

Le sous-groupe 12 comprend un deuxième piston 28 qui est relié au premier piston 14 par une tige rigide 30. Le deuxième piston 28 travaille à l'intérieur d'un piston cylindrique creux de butée 32 qui est guidé dans l'enveloppe 10 et dont la fonction sera décrite plus bas.

Un élément d'entraînement 34 coopère par la droite, dans la représentation de la Figure 1, avec le piston de butée 32 et le deuxième piston 28. Un ressort hélicoïdal 36 prend appui contre l'élément d'entraînement 34, tandis que son autre extrémité prend appui contre le fond d'une deuxième chambre de travail 38 par laquelle le deuxième piston 28 et le piston de butée 32 peuvent être exposés à une pression. La deuxième chambre de travail 38 comporte un raccord 40 qui peut être alimenté par un distributeur 42 sélectivement en liquide hydraulique sous pression ou en liquide hydraulique qui n'est pas sous pression.

Le ressort hélicoïdal 36 est plus faible et donc se déforme plus facilement qu'un autre ressort hélicoïdal 44 qui soutient le premier piston 14 dans la première chambre de travail 18. Le diamètre efficace du premier piston 14 est supérieur à celui du deuxième piston 28.

Le piston de butée 32 est déplaçable alternativement entre deux butées 46 et 48 réalisées dans l'enveloppe 10, la butée 46 étant dimensionnée de manière qu'un collet 50 réalisé sur la tige 30 du sousgroupe de pistons 32 puisse passer par elle pour se mettre en appui contre le piston de butée 32.

Les surfaces efficaces des pistons 14, 28 et 32 ainsi que les forces des ressorts 36 et 44 sont calculées en fonction d'une pression de consigne pouvant être générée par la source 24 de pression hydraulique de manière que selon l'alimentation en pression des raccords 20 et 40 ainsi que de la première chambre de travail 18 et de la deuxième chambre de travail 38, les quatre positions suivantes du sous-groupe de pistons 12 puissent être atteintes
Première position : alimentation uniquement du raccord 40 en la pression hydraulique (le raccord 20 n'est pas sous pression)
La pression régnant dans la deuxième chambre de travail 32 déplace conjointement avec la force du ressort hélicoïdal 36 le piston de butée 32 pour le mettre en appui contre la butée 46, ainsi que le sousgroupe 12 vers la gauche pour le mettre contre la butée 19, le ressort 44 étant comprimé en conséquence. L'équilibre des forces entre d'une part le ressort 44 et d'autre part le ressort 36 ainsi que la pression hydraulique a pour effet que le premier piston 14 est en appui avec une force notable contre la butée 19, de sorte que cette première position ou position gauche extrême en butée est aussi conservée lorsque la pression hydraulique est inférieure ou supérieure à la pression de consigne par suite d'effets d'hystéréris.

Seules les pièces essentielles pour la description portent des références sur les Figures 2 à 4.

Deuxième position : aucun des deux raccords 20 et 40 n'est sous pression.

Une position de repos qui s'établit est définie par les forces des ressorts 44 et 36 ainsi que par la position de la butée 46 solidaire de l'enveloppe. Le ressort 36 pousse le deuxième piston 28 ainsi que le piston de butée 32 à l'encontre de la force du ressort 44 suffisamment vers la gauche pour que ce piston 32 soit en appui contre la butée 46. Un autre mouvement du sous-groupe de pistons 12 vers la gauche est rendu impossible par l'élément d'entraînement 34 qui est en appui contre le piston de butée 32. À la position de repos que représente la Figure 2, la force du ressort 36 est notablement supérieure à la force du ressort 44, de sorte que la position de repos peut être approchée et atteinte de manière bien définie sous précontrainte et avec une force d'appui prescrite, même lorsque les élasticités des ressorts varient un peu ou que la pression hydraulique ne redevient pas complètement nulle dans les chambres de travail.

Troisième position : les deux raccords 20 et 40 sont alimentés en pression hydraulique.

La Figure 3 illustre l'état dans lequel les deux raccords 20 et 40 sont alimentés en pression hydraulique. Le piston de butée 32 est en appui contre la butée 46 sous l'effet de la pression du fluide hydraulique régnant dans la chambre de travail 38. Le sous-groupe de pistons 32 se déplace vers la droite contre la force du ressort 36, tandis que le piston 28 emmène l'élément d'entraînement 34, sous l'effet de la pression hydraulique régnant dans la chambre de travail 18 et avec l'assistance du ressort 44, jusqu'à ce que le collet 50 entre en appui contre le piston de butée 32. Cette troisième position est donc déterminée par l'appui du piston de butée 32 contre la butée 46, cette force d'appui étant supérieure à celle avec laquelle le collet 50 est en appui contre ce piston 32. Dans ce cas également, la troisième position est légèrement décalée vers la droite par rapport à la deuxième position selon la Figure 2, elle est bien définie et elle est aussi conservée en cas de différence de la pression régnant dans les chambres de travail par rapport à la pression de consigne.

Quatrième position : le raccord 20 est alimenté en pression et le raccord 40 n'est pas sous pression.

La Figure 4 représente la quatrième position du sous-groupe de pistons 32 à laquelle seule la chambre gauche de travail 18 est exposée à une pression. La pression régnant dans la chambre de travail 18 déplace le sous-groupe de pistons 12 contre la force du ressort 36 vers la droite et alors le collet 50 entraîne le piston de butée 32 jusqu'à ce que celui-ci soit en appui contre la butée 48 solidaire de l'enveloppe. Le ressort hélicoïdal 44 peut alors être inactif, car il a atteint la longueur maximale possible. La position est également déterminée par une force notable d'appui contre la buté 48, de sorte que les fluctuations du fluide hydraulique apparaissant dans la première chambre de travail ou qu'une pression résiduelle subsistant dans la deuxième chambre de travail 38 qui n'est pas sous pression ne peut pas modifier la position du sous-groupe de pistons 12.

En résumé, comme il résulte de ce qui précède, la coopération des pistons 14, 28 et 32 exposés sélectivement à une pression, des ressorts 36 et 44, de la fonction de l'élément d'entraînement 34 ainsi que du positionnement des butées 19, 46 et 48 permet d'obtenir quatre positions bien définies du sous-groupe de pistons 12 qui sont pratiquement insensibles aux tolérances des forces des ressorts et de la pression hydraulique et qui peuvent être atteintes de manière simple par un branchement correspondant effectué par les distributeurs 22 et 42.

L'utilisation d'une fonction de temps qui détermine les périodes de temps qui s'écoulent entre le changement de branchement des distributeurs 22 et 42 et le moment auquel la position particulière du sous-groupe 12 est atteinte permet de renoncer totalement à des mesures de position du sousgroupe 12 et de partir du fait que ce dernier occupe les positions prédéterminées à la fin des périodes déterminées de temps qui s'écoulent après la modification des branchements assurés par les distributeurs.

Les Figures 5 à 8 illustrent un vérin qui correspond à celui des
Figures 1 à 4, à l'exception de sa partie centrale d'enveloppe 60 et montrent sa coopération avec une boîte à vitesses. Les pièces ayant les mêmes fonctions portent les mêmes références. Les positions des Figures 5, 6, 7 et 8 correspondent aux positions des Figures 1, 2, 3 et 4, de sorte que la manière dont ces positions sont atteintes ne sera pas à nouveau décrite.

Un organe d'actionnement 64 destiné à faire tourner un arbre 66 appartenant à une boîte à vitesses non représentée est relié à la tige 30 du sous-groupe de pistons 12 par un tourillon 62. La position angulaire de l'arbre 66 détermine les voies de passage de vitesse qui ont été sélectionnées dans la boîte. La boîte à vitesses de l'exemple représenté de réalisation est à quatre voies de passage de vitesse, la voie occupée sur la
Figure 5 correspondant à la cinquième vitesse, sur la Figure 6, la position correspondant au passage de la troisième et de la quatrième vitesses est occupée, sur la Figure 7, les voies de passage des vitesses 1 et 2 sont occupées et sur la Figure 8, la position occupée correspond à la marche arrière.

Le vérin selon l'invention permet donc un positionnement dans les voies de passage de vitesse d'une boîte à vitesses automatisée de manière extrêmement précise et à bon marché.

Le vérin selon l'invention est utilisable de diverses manières et par exemple d'autres ressorts et pistons de butée peuvent être prévus, des dimensionnements différents peuvent être adoptés, les butées peuvent être disposées d'une autre manière, le ou les pistons de butée peut ou peuvent être équipé(s) de raccords rotatifs et de ressorts propres. Dans chaque cas, des positions prédéterminées par la force prescrite d'appui peuvent être atteintes par modification des branchements des raccords et des chambres de travail entre un niveau sous pression et une absence de pression, de sorte qu'il en résulte une insensibilité vis à vis des fluctuations de pression ou des tolérances des ressorts.

Un vérin comprend une enveloppe comportant au moins deux chambres de travail qui peuvent être alimentées en pression de fluide par des raccords et dans lesquelles des pistons d'un sous-groupe, ayant des surfaces de dimensions différentes, opèrent en sens inverses. Un piston de butée qui est mobile dans l'enveloppe est déplaçable pour être mis en appui contre une butée solidaire de l'enveloppe lorsqu'il est exposé à la pression d'un fluide. Le dimensionnement des surfaces efficaces des pistons est tel que le sous-groupe 12 est déplacé pour être mis en appui contre le piston de butée 32 se trouvant contre la butée 40 lors de l'exposition des chambres de travail 18, 38 et du piston de butée 32 à une pression de fluide ; lors de l'alimentation en pression de l'une ou l'autre des chambres de travail, le sous-groupe de pistons 12 est déplacé pour être mis en appui contre d'autres butées solidaires de l'enveloppe. Des dimensionnements convenables des surfaces efficaces des pistons 14, 28, 32 et des ressorts 36, 44 coopérant avec le sous-groupe de pistons 12 ainsi qu'un positionnement correct d'autres butées 19, 48 permettent de déplacer ce sous-groupe 12 pour le mettre à des positions bien définies et indépendantes des fluctuations de pression.
il va de soi qu'il est possible d'apporter diverses modifications au mode de réalisation décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1. Procédé de réglage à au moins deux positions d'un sousgroupe à pistons d'un vérin comprenant plusieurs raccords qui peuvent sélectivement être alimentés en une pression de fluide variant dans des limites prédéterminées ou ne pas être sous pression, caractérisé en ce qu'un piston de butée est déplaçable à l'intérieur du vérin pour être mis contre une butée solidaire de l'enveloppe par exposition à la pression du fluide, ledit piston formant une butée pour le sous-groupe de pistons, ce dernier étant déplacé en fonction de l'alimentation des raccords en pression de fluide ou de l'absence de pression dans ces derniers pour être mis en appui contre le piston de butée lui-même déplacé par la pression du fluide pour être mis en appui contre la butée, de sorte qu'une position du sousgroupe de pistons est définie et le sous-groupe de pistons étant déplacé pour être mis à une position définie par une autre butée solidaire de l'enveloppe en cas de modification de l'alimentation des raccords en pression de fluide ayant aussi pour effet un déplacement du piston de butée.

2. Vérin comprenant une enveloppe comportant au moins deux chambres de travail qui peuvent être exposées à une pression de fluide par des raccords et dans lesquelles des pistons d'un sous-groupe, qui ont des surfaces efficaces de travail de dimensions différentes, sont déplaçables en sens inverses, caractérisé en ce que ledit vérin comprend par ailleurs un piston de butée mobile dans l'enveloppe et déplaçable pour être mis en appui contre une butée solidaire de l'enveloppe lorsqu'il est exposé à la pression de fluide, le dimensionnement des surfaces efficaces des pistons étant tel que, lors de l'exposition des chambres de travail et du piston de butée à une pression de fluide, le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre le piston de butée se trouvant en appui contre la butée solidaire de l'enveloppe, tandis que lorsque seule l'une ou l'autre des chambres de travail est exposée à la pression, le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre d'autres butées solidaires de l'enveloppe.

3. Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston de butée avoisine la même chambre de travail que le piston du sous-groupe ayant la plus petite surface efficace.

4. Vérin selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le sous-groupe de pistons est soumis des deux côtés à la force de ressorts, une position de repos du sous-groupe étant définie, lorsque les chambres de travail ne sont pas sous pression, par une butée solidaire de l'enveloppe et contre laquelle le piston de butée est en appui avec une force prescrite sous l'action des ressorts.

5. Vérin selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort tendant à repousser le sous-groupe de pistons dans le sens d'un agrandissement de la chambre de travail associée au piston ayant la plus petite surface efficace attaque aussi le piston de butée.

6. Vérin selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le sous-groupe de pistons est déplaçable pour être mis à quatre positions, une première position à laquelle le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre une butée solidaire de l'enveloppe lorsque la chambre de travail associée au piston ayant la plus petite surface efficace est exposée à la pression du fluide, une deuxième position à laquelle la position de repos du sous-groupe de pistons est atteinte lorsque les chambres de travail ne sont pas sous pression, une troisième position à laquelle les chambres de travail sont exposées à la pression du fluide et un collet réalisé sur ce sous-groupe est en appui contre le piston de butée exposé à la pression et une quatrième position à laquelle la chambre de travail associée au piston ayant la plus grande surface efficace est exposée à la pression du fluide et le sous-groupe de pistons est déplacé pour être mis en appui contre une deuxième butée solidaire de l'enveloppe et pour entraîner le piston de butée.

7. Vérin selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le piston de butée est un cylindre creux dont la surface extérieure est guidée dans l'enveloppe et dans la surface intérieure duquel le piston du sous-groupe qui a la plus petite surface efficace est guidé et en ce que le ressort associé au piston de butée et au piston ayant le plus petit diamètre efficace attaque un élément d'entraînement du piston ayant la plus petite surface efficace et du piston de butée, le ressort déplaçant le piston de butée pour le mettre en appui contre sa butée lorsque le sous-groupe de pistons est en position de repos.

8. Vérin selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sousgroupe de pistons est déplacé pour être mis à la troisième position à l'encontre de la force du ressort associé au piston ayant le plus petit diamètre efficace, l'élément d'entraînement étant alors éloigné du piston de butée.

9. Vérin selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les surfaces efficaces des pistons et les ressorts sont dimensionnés de manière que les appuis contre les butées se produisent avec des forces prédéterminées lors d'un maintien d'une pression de consigne du fluide.

10. Vérin selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le sous-groupe de pistons est en prise avec un organe d'actionnement d'une boîte à vitesses comprenant plusieurs voies de passage de vitesse, ledit organe déterminant la position des éléments actifs de la boîte à vitesses dans les voies de passage de vitesse.