Brevet FR2009703A1 — publié le 19700206

la présente invention se rapporte axis: organes de commande électromagnétiques du type dans lequel une armature mobile coulisse dans un tube de guidage cylindrique» Sans ces organes de commande, le tube de guidage, qui est 5 formé d'une matière non magnétique, est muni à une extrémité d'un écrou formant bouchon, ou armature fixe, en matière magnétique» Une bobine d* électro-aimant entoure le tube et une carcasse en matière magnétique qui encadre la bobine forme, avec le bouchon et l'armature mobile, un circuit magnétique. lorsque la bobine est 10 désexcitée, 1'armature mobile est espacée du bouchon. Par contre, lorsque la bobine est excitée par un courant électrique, le flux magnétique engendré dans le circuit magnétique fait coulisser l'armature axialement dans le tube jusqu'à ce qu'elle atteigne le bouchon. Le mouvement de l'armature est extrêmement rapide et l'arma-15 tare frappe le bouchon avec une force considérable. Lorsque la bobine est désexcitée, l'armature glisse en s'éloignant du bouchon, dans la plupart des cas, sous l'action d'un ressort. Les organes de commande de ce type ont de nombreuses applications dont l'une est la commande des robinets qui commandent 20 l'écoulement des fluides. L'organe de commande peut être monté sur le corps d'un robinet et l'armature agencée pour commander l'écoulement d'un fluide à travers un orifice formé dans le corps. L'organe de commande est habituellement placé sur le côté haute pression de 1'orifice et le fluide commandé remplit le■tube de guidage 25 et entoure l'armature. Si ce fluide est un liquide, il exerce une fonction de lubrification entre l'armature mobile et le tube de guidage fixe, avec son bouchon, afin de réduire au minimum l'usure des pièces animées de déplacements relatifs. Par contre, si le fluide commandé par le robinet est un 30 gaz, tel que l'air, l'effet de lubrification est très faible. Dans ces conditions, le frottement de l'armature en mouvement sur la surface interne du tube et l'impact de la face terminale de l'armature sur le bouchon provoquent une rapide usure des éléments et entraînent par conséquent un fonctionnement bruyant et, finalement 35 la mise hors service de l'organe de commande. L'usure des éléments est caractérisée par le martèlement de la face du bouchon par l'extrémité de l'armature. Ceci résulte du fait que l'armature s'incline ou bascule dans son tube, ce basculement,-étant permis par le 69 12406 2 2009703 jeu qu'il est nécessaire de ménager entre les surfaces opposées de l'armature et du tube. Il en résulte que la face terminale de l'armature et la facè du bouchon ne se rencontrent pas au même instant sur toute leur surface. Au contraire, l'armature frappe la 5 face du bouchon par une arête et ce contact linéaire mutile la face du bouchon. La destruction de la planéïté des faces de contact du bouchon et de l'armature est accompagnée par une déformation de la surface interne du tube, déformation qui est accélérée par le frottement de particules métalliques arrachées aux surfaces qui frot-10 tent l'une sur l'autre. Au fur et à mesure de la progression de l'ustçre, la déformation des surfaces en contact se poursuit, ce qui augmente le jeu entre l'armature et le tube. Ceci conduit à une détérioration encore plus rapide des surfaces, détérioration qui entraîne fréquemment le coincement de l'armature dans le tube, 15 ce qui empêche le robinet commandé par l'organe de commande de se fermer. Cette défaillance Bat particulièrement grave lorsque le gaz commandé par le robinet est un gaz dangereux, par exemple un combustible gazeux. 11 a déjà été tenté antérieurement de résoudre le pro-20 blême défini plus haut. Par exemple, il a déjà été proposé de revêtir les surfaces relativement mobiles, ou certaines d'entre elles, de métaux particuliers, ou encore de les enduire de lubrifiants secs. 11 a déjà été également proposé de munir le tube d'un revêtement intérieur fait d'une matière non métallique. Toutefois, ces 25 solutions n'ont pas donné satisfaction en pratique ou se sont révélées trop coûteuses pour pouvoir être appliquées à l'échelle industrielle. La présente invention a donc pour but de réaliser un organe de commande électromagnétique du type décrit dans lequel l'ar-30 mature reste centrée dans son tube de guidage pendant son déplacement, afin d'éviter le martèlement de la faée du bouchon, et dans lequel le contact métal sur métal entre l'armature et le tube est éliminé de façon à éviter la mutilation de la surface interne du tube. • 35 Suivant l'invention, et pour atteindre ce but, ainsi que d'autres, on encercle l'armature d'une ou plusieurs bagues de matière à faible coefficient de frottement, les bagues étant de préférence logées dans des gorges annulaires périphériques creusées 12406 3 2009703 dans la surface externe de l'armature* Les bagues font saillie radialement au-delà des limites extérieures de l'armature et le jeu entre les bagues et la surface interne du tube n'est que de quelques centièmes de millimètres» Les bagues sent fendues, c'est-5 à-dire discontinues, de façon à permettre de les monter sur l'armature et leurs extrémités sont écartées, de sorte qu'elles peuvent se dilater sans réduire notablement le jeu compris entre elles et le tube. En outre, ces bagues sont montées sur l'armature d'une façon qui ne perturbe pas le circuit magnétique de l'organe de com-10 mande» Il peut être prévu, une fente ou rainure longitudinale creusée dans l'armature et qui forme un canal par où le -fluide compris entre l'armature et le bouchon peut s'échapper lorsque l'armature se rapproche du bouchon, en évitant ainsi l'effet d'amortissement, en particulier lorsque l'organe de commande est utilisé avec un 15 rebinet qui commande un liquide. La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, qui sont donnés uniquement à titre d'exemple fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces dessins : 20 - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ergane de commande électro-magnétique suivant l'invention, représenté sous la forme d'un élément d'un, électro-robinet? - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'une partie du mécanisme de la figure 1 ; - 25 - la figure 3 est une vue en coupe transversale prise soi- .vant la ligne 3-3 de la figure 2j - la figure 4 est une vue en perspective d'une bague qui peut être utilisée pour la mise en oeuvre de la présente invention. L'invention est représentée dans son application à un 30 organe de commande électro-magnétique utilisé pour commander un robinet. Toutefois, il va de soit qu'elle n'est pas limitée à cette application particulière. Le robinet représenté comprend un corps 10 présentant une ouverture d'entrée 1t, une ouverture de sortie 12 et un siège 35 13 qui entoure un orifice placé entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie. Un écrou 14 est fixé au corps 10 du robinet et porte l'extrémité inférieure d'un tube de guidage cylindrique 15 qui fait partie de l'organe de commande éleçtro-magnétique du 4 2009703 robinet, le tube de guidage étant fait d'une matière non magnétique. L'organe de commande comprend également une bobine d'électroaimant 16 qui entoure le tube 15 et une carcasse 17 en matière magnétique qui a la forme générale d'un U et qui encadre la bobine 5 16 entre ses branches horizontales, ces branches présentant également des trous alignés verticalement et à travers lesquels passe le tube 15* Une armature fixe, ou un bouchon, 20, en matière magnétique, remplit l'extrémité supérieure du tube 15 et un boîtier 21 forme un capot qui protège l'organe de commande, oe boîtier pré-10 sentant une ouverture 22 à travers laquelle les conducteurs peuvent passer pour connecter la bobine 16 à une source d*électricité. Le bouchon émerge de bas en haut à travers le boîtier et «en extrémité supérieure filetée reçoit un écrou 23 qui sert à fixer le boîtier au corps du robinet. Ses isolateurs 24 séparent la carcasse 17 du 15 boîtier. Le mécanisme comprend une armature mobile 25 en matière magnétique, de forme générale cylindrique, agencée pour coulisser axialement dans le tube 15* Sans le présent exemple, l'armature est évidée à son extrémité inférieure pour recevoir un élément mobile 2Q ou obturateur 26 en matière élastique (figure 2). L'obturateur 26 est destiné à coopérer avec le siège 13* far conséquent, lorsque la bobine 16 est désexcitée, comme représenté sur la figure 1, un ressort de compression 27 refoule l'armature vers le bas et presse l'obturateur 26 sur le siège 13 pour fermer le robinet et empêcher 25 le fluide de s'écouler de l'entrée 11 à la sortie 12. Sans cette condition, la face terminale supérieure de l'armature 25 est écartée de la face terminale du bouchon 20 qui lui fait face. Lorsque la bobine 16 est excitée, un flux magnétique•est engendré dans le circuit magnétique qui comprend le bouchon 20, la 30 carcasse 17 et 1'armature 25, de sorte que l'armature s'élève rapidement, à 1'encontre de la force du ressort 27, et que la face terminale supérieure de l'armature 25 vient frapper le bouchon 20. L'armature reste dans la position qu'elle a atteinte (figure 2) tant que la bobine 16 reste excitée. Ainsi qu'on peut le voir sur 35 la figure 1, lorsque le robinet est fermé (bobine 16 désexcitée), le fluide commandé par le robinet et qui est présent à l'ouverture d'entrée 11, remplit la totalité de la cavité définie par le corps 10, le bouchon 14 et le tube 15» cavité dans laquelle est logée 69 12406 5 2009703 1*armature 25• Ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, si ce fluide est un liquide, il sert de lubrifiant et réduit au miniunata l'usure produite entre l'armature 25 d'une part et le tube 15 et le bouchon 20 d'autre part. Par contre, si le fluide est un gaz, il ne se pro-5 duit pas d'effet lubrifiant. C'est pourquoi, suivant l'invention, l'armature 25 est creusée, dans l'exemple considéré, de deux gorges annulaires 30, qui sont contenues dans des plans perpendiculaires à l'axe de l'armature. Sans chaque gorge est montée une bague 31 faite d'une ma-10 tière à faible coefficient de frottement, telle que 1* polytétra-fluoroéthylène (Teflon). Les bagues font saillie radialement à l'extérieur, au-delà de la surface externe de 1*armature 25, et la profondeur des gorges 30 et l'épaisseur des bagues 31 sont-calculées l'une par rapport à l'autre, de façon qu'il n'existe qu'un jeu 15 de quelques centièmes de millimètres entre les faces externes des bagues et la surface interne du tube 15* far conséquent, les bagues 31 empêchent l'armature 25 d'entrer en contact avec le tube 15 et empêchent l'armature de s'incliner notablement, de sorte que la face terminale supérieure de l'armature et la face opposée du bou-20 chon 20 se rencontrent simultanément sur toute leur surface. On évite ainsi le martèlement de la face du bouchon et, de plus, le tube n'est pas sujet à se déformer. Chaque bague 31 est discontinue, c'est-à-dire fendue, pour pouvoir être montée sur l'surnature 25* Il existe également 25 un jEhterva.il e entre les extrémités 32 de chacune des bagues pour permettre à ces bagues de se dilater sans réduire notablement le jeu entre les bagues 31 et le tube 15. Par conséquent, la dilatation des bagues ne risque pas de provoquer le coincement de l'armature dans le tube. En outre, les jeux existant entre les extrémités 30 des bagues permettent dans une mesure limitée l'échappement du gaz emprisonné entre l'extrémité supérieure de l'armature 25 et le bouchon 20 lorsque l'armature se déplace en direction du bouchon. Etant donné que la totalité du gaz ne peut pas s'échapper instantanément, la partie des gaz qui reste sert de coussin pour amortir " 35 le mouvement de l'armature en direction du bouchon. Sans certaines conditions, en particulier lorsque l'organe de commande est utilisé avec un robinet qui commande l'écoulement d'un liquide, il est avantageux de munir l'armature 25 d'une fente ou rainure longitu 69 12406 6 2009703 dinale qui s'étend de sa face terminale supérieure jusqu'à un point de l'armature située au-dessous du tube 15. Cette fente 33 sert de conduit d'échappement pour le liquide compris entre 1'armature 25 et le bouchon 20 lorsque cette armature se déplace en direction du 5 bouchon sous l'effet de l'excitation de la bobine 16. On évite ainsi un effet d'amortissement indésirable qui, autrement, serait produit par le liquide emprisonné entre l'armature et le bouchon. ha rainure 33 réduit également l'importance des courants de Foucault dans l'armainire en évitant ainsi un échauffement excessif 10 de cette dernière. Les emplacements des gorges 30 et des bagues 31 sur la longueur de l'armature 25 sont soigneusement choisis de façon qu' une bague 31 ne s'engage jamais dans le plan dans lequel la branche horizontale inférieure de la carcasse 17 rencontre le tube 15. De 15 cette façon, les bagues ne gênent pas le circuit magnétique et, J : plus particulièrement, elles ne perturbent pas le flux magnétique qui est établi à travers le tube 15 entre la carcasse 17 et l'armature 25. Il a été constaté qu'un organe de commando équipé d'une 20 armature munie de bagues de guidage comme décrit plus haut présente une durée utile égale au moins dix fois celle d'un organe de commande, identique par ailleurs, mais non muni de bagues de guidage. 69 12406 7 2009703 HEVEHDICAIIONS 1- Un organe de commande électro-magnétique comprenant tin tube de guidage cylindrique autour duquel est disposé une bobine 5 d'éleètro-aimant, une armature de forme générale cylindrique, contenue dans ce tube et qui coulisse axialement dans ce tube, et au moins une bague de matière à faible coefficient de frottement encerclant la face externe de 11armature, cette bague faisant saillie radialement au-delà de la surface externe de l'armature mais le 10 diamètre extérieur de cette bague étant plus petit que le diamètre intérieur du tube, de sorte que la bague coopère avec la surface interne du tube pour guider le mouvement de l'armature le long du tube, mais évite le contact entre les parois latérales de l'armature et le tube. 15 2- Un organe de commande suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce que la bague est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'armature. 3- Un organe de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux bagues espacées-sur la 20 longueur de l'armature. 4- Un organe de commande suivant la revendication 1 ; caractérisé en ce que la bague est discontinue et que Bes extrémités sont écartées l'une de l'autre, de sorte que la bague peut se -dilater en circonférence sans accroissement notable de son diamètre 25 extérieur. 5- Un organe de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe de l'armature est creusée d'une gorge destinée à recevoir ladite bague. 6- Un organe de commande suivant la revendication 5, ca- 30 ractérisé en ce que la gorge est annulaire. 7- Un organe de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monté sur un corps de robinet présentant un siège, et en ce que 11 armature porte, à une extrémité, un élément obturateur destiné à coopérer avec le siège. 35 8- Un organe de commande suivant la revendication 7, ca ractérisé en ce qu'une partie de l'armature qui porte 1'obturateur se prolonge au-delà du tube, et en ce quéune fente longitudinale, creusée dans l'armature, s'étend de l'extrémité de cette dernière 12406 2009703 qui est située à l'intérieur du tube jusqu'à un point de l'armature situé à l'extérieur du tube. 9- Un organe de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une armature fixe placée à l'inté-5 rieur du tube et des moyens adjacents à la face externe du tube et qui, avec les armatures, constituent un circuit magnétique, ces moyens rencontrant le tube dans un plan espacé axialement de ladite armature fixe, et la bague étant placée de façon à se trouver en dehors dudit plan dans toutes les positions de l'armature.