Brevet FR2001339A1 — publié le 19690926

La présente invention concerne et a essentiellement pour objet un dispositif formant servo-moteur thermique ou appareil déplaceur, positionneur ou de commande analogue, ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en 5 oeuvre et les ensembles, systèmes, machines, unités, équipements et installations qui en sont pourvus. la présente invention se rapporte en particulier à des servo-moteurs thermiques qui font usage de la détente, dilatation ou expansion d'une matière thermiquement expansible,pour 10 laquelle il existe un cycle réversible de dilatation et de contraction, telle que la cire, pendant le chauffage de celle-ci, pour réaliser le déplacement d'un organe, élément ou moyen de commande ou de manoeuvre, tel qu'un arbre ou une tige allongé. Quoique des servo-moteurs ou dispositifs déplaceurs ou 15 positionneurs de ce type • général aoierrt oaantuç ces servo-moteurs connus souffrent de plusieurs inconvénients. Ainsi, il est usuel de guider les organes de commande ou de manoeuvre des structures connues seulement en un emplacement le long des organes de commande ou de manoeuvre, de sorte .qu'il y a une tendance pour 20 ces -organes de commande de vaciller, ballotter, branler, brimbaler se dandiner ou d'osciller irrégulièrement pendant le déplacement de ceux-ci et un guidage sûr, précis ou exact et longitudinal d'un organe de commande allongé n'est pas réalisé. En outre, il est nécessaire de prévoir des garnitures de *25 jointe d'étanchéité ou de fermeture hermétique extrêmement sûres pendant le chauffage et la dilatation de la matière thermiquement expansible et les garnitures de joints d'étanchéité de l'état antérieurement connu de la technique ne confinent pas hermé-'tiquement d'une façon sûre la matière thermiquement expansible 30 tout en permettant en même temps un mouvement sûr de l'arbre ou de la tige de commande. De plus, il n'est pas possible avec les structures connues de réaliser un déplacement relativement grand de l'organe de commande en réponse ou par réaction à un degré relativement faible 35 de dilatation de la matière. Par ailleurs, avec les constructions de l'état antérieurement connu de la technique, fLest seulement possible de prélever ou d'emprunter au mouvement de l'organe de commande, une force de poussée unique pendant le chauffage de la matière expansible ou £)0 dilatable, de sorte qu'il en résulte que les servo-moteurs 69 02443 2 2001339 thermiques classiques ne peuvent pas être utilisés aux emplacements où il pourrait être désirable de produire une force de traction plutôt qu'une force de poussée. C'est par conséquent un but principal de la présente inven-5 tion de créer une structure qui évitera . les inconvénients précités. En particulier, c'est un but de la présente invention de créer un servo-moteur thermique, dans lequel tin degré relativement grand de déplacement d'un organe de commande sera réalisé pour 10 un degré relativement faible de dilatation d'une matière thermiquement expansible. De même, c'est un but de la présente invention de créer, pour l'arbre ou la tige de commande ou analogue, une structure de guidage extrêmement sûre qui empêchera des effets indésirables 15 tels qu'un vacillement ou une oscillation irrégulière de l'arbre de commande. C'est également un but de l'invention de créer une structure qui fermera ou obturera d'une façon sûre l'espace intérieur dans lequel la matière est contenue, en particulier pendant le mouve-20 ment de l'arbre de commande. En particulier, c'est un but de l'invention de créer une structure qui réalise cette dernière obturation hermétique ou fermeture étanche avec une force de fermeture étanche qui augmente au fur et à mesure que la pression de la matière en dilatation 25 s'accroît. C'est également un but de l'invention de créer une construction du type ci-dessus qui soit capable de produire une force de traction en réponse ou par réaction au déplacement de l'organe de commande. 30 En outre, c'est un but de l'invention de créer une structure qui puisse être utilisée pour produire soit une force de traction ou une force de poussée ou bien les deux à la fois pendant le déplacement de l'organe de commande. Un autre but de la présente invention consiste en la créa-35 tion d'un servo-moteur thermique, tel qu'exposé dans les paragraphes précédents, dans lequel le mouvement alternatif de l'organe de commande puisse être transformé ou converti en un mouvement rotatif. Afin d'atteindre ces buts, la structure de l'invention 40 comprend un moyen formant corps creux pour définir un espace 69 02443 3 2001339 intérieur fermé hermétiquement ou obturé d'une façon étanche par rapport à l'atmosphère extérieure pour contenir la matière qui se dilate lors de son chauffage. Un moyen de manoeuvre ou de commande traverse cet espace du moyen formant corps et comporte 5 dans ce dernier espace line surface de travail sur laquelle agit la matière pendant la dilatation de celle-ci pour déplacer le moyen de commande. Le moyen formant corps porte un moyen de guidage qui guide le moyen de commande en vue de son mouvement d'une manière étanche av* fluides en au moins une paire d'emplace-10 ments qui sont espacés l'un de l'autre le long du moyen de commande, de sorte que de cette façon, le moyen de commande est guidé d'une façon sûre en plus d'un emplacement le long de celui-ci. Ueb cire, employée comme matière thermiquement expansible, peut être constituée par une cire naturelle ou une cire synthéti-10 que. En outre, bien que l'iKvenklan sctt génémleineiit décrite ici en mentionnant l'utilisation d'une cire, il doit être entendu que ceci a lieu simplement à titre d'exemple et que toute matière thermiquement expansible, pour laquelle il ^existe un cycle réversible de dilatation et de contraction, peut être employée, 20 telle que 1'éthylène-glycol, à titre d'exemple supplémentaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant au dessin schématique annexé, donné uniquement à titre d'exemple 25 illustrant un mode de réalisation possible d'un servo-moteur thermique conforme à l'invention, et dans lequel la figure unique représente une vue en élévation de celui-ci, en coupe longitudinale effectuée dans un plan qui contient l'axe central ou médian du servo-moteur entier. 30 En se référant maintenant au dessin, un moyen formant corps rigide creux 10 y est représenté, ce moyen formant corps 10 comprenant une paroi latérale cylindrique 12 et une paire de parois extrêmes 14 et 16. La paroi extrême 14 est vissé# à l'intérieur d'une extrémité ouverte du cylindre 12 et une bague 35 d'étanchéité ou garniture annulaire de joint appropriée 18 est située à la liaison entre la paroi extrême 14 et la paroi latérale 12. De cette manière, le moyen formant corps 10 délimite un espace intérieur 20 qui est obturé hermétiquement ou fermé d'une façon étanche aux fluides par rapport à l'atmosphère extérieure 40 et qui est destiné à contenir une matière 22, telle qu'une cire 02443 4 2001339 connue appropriée, qui se dilate lorsqu'elle est chauffée. Dans l'exemple représenté, la paroi extrême 16 est représentée comme étant pourvue d'un trou d'évent ou analogue 24 qui est utilisé seulement lorsqu'on assemble le servo-moteur, afin de déplacer l'air ou le fluide hydraulique et qui est convenablement "bouché ou obturé après assemblage. Un moyen de commande allongé 26 s'étend à travers l'espace 20 et y comporte une surface de travail 28 sur laquelle agit la cire en cours de dilatation 22 dans le but de déplacer le moyen de commande 26. Dans l'exemple représenté, ce moyen de commande 26 prend la forme d'un arbre ou d'une tige allongé comportant une paire de portions allongées 30 et 32 de diamètres différents qui délimitent entre elles-mêmes, dans l'espace 20, l'épaulement 28 qui forme la surface de travail. Des portions centrales ou médianes des parois extrêmes 14 et 16 sont pourvues d'orifices de passage que traverse le moyen de commande 26 et dans ces orifices de passage, le moyen de commande est guidé d'une façon étanche aux fluides en une paire d'emplacements qui sont espacés ou écartés longitudinalement le long du moyen de commande 26, de sorte que de cette manière, un guidage longitudinal précis du moyen de commande 26 est réalisé sans aucune possibilité de vacillement, de ballottement ou d'oscillation irrégulière de celui-ci, parce que le guidage n'est pas limité à un seul emplacement le long du moyen de commande. Afin d'assurer un joint de passage étanche sûr du moyen de commande 26 pendant le déplacement de celui-ci, deux moyens d'étanchéité dynamiques . 34 et 36 sont respectivement portés par les parois extrêmes 14 et 16 aux orifices de passage de celles-ci à travers lesquels s'étend l'arbre de commande 26. Cette paire de moyens d'étanchéité dynamiques34 et 36 comprend une paire d'éléments d'étanchéité élastiques qui entourent respectivement les portions 30 et 32 de l'arbre 26 qui sont respectivement de diamètres différents et sont respectivement en contact avec celles-ci. Ces bagues ou garnitures annulaires élastiques d'étanchéité 34 et 36 se terminent à leurs extrémités intérieures, qui sont dirigées l'une vers l'autre et qui communiquent avec l'espace 20, respectivement par des lèvres inclinées ou coniques 38 et 40 possédant des bords extrêmes minces effilés, entourant l'arbre 26. Il résulte de cette construction que, lorsque la pression de la cire en cours de dilatation 22 augmente, cette pression 69 02443 5 2001339 appuiera ou repoussera les lèvres flexibles ou souples 38 et 40 avec une force croissante contre l'arbre ou la tige 26, de sorte que la pression de cette garniture d'étanchéité augmente au fur et à mesure que la pression de la cire en cours de dilatation 5 s'accroît. Les bagues ou garnitures annulaires 34 et 36 sont respectivement entourées à leurs extrémités extérieures, à l'intérieur. d'évidements ou de renfoncements aménagés sur les surfaces internes des parois extrêmes 14 et 16, respectivement par deux bagues ou garnitures annulaires d'étanchéité 42 et 44, ces bagues 10 ou garnitures annulaires formant avec la bague d'étanchéité 18, trois garnitures de joints d'étanchéité statiques de l'ensemble. On notera que l'arbre allongé de commande 26 comporte une paire d'extrémités opposées respectivement 46 et 48, situées au-delà du moyen formant corps 10, de sorte que l'extrémité 46 15 peut être utilisée pour appliquer une force de traction, tandis que l'extrémité 48 peut être employée pour appliquer une force de poussée pendant le déplacement de l'arbre ou tige 26 vers la droite, jusqu'à la position représentée en tracé fantôme par une ligne discontinue en traits mixtes dans le dessin, pendant la dila-20 tation de la cire 22, lorsqu'elle agit sur la surface de travail 28. Cette extrémité 48 peut être reliée à tout élément approprié qui est à commander par une force de poussée quand la température de la cire 22 augmente, tandis que l'extrémité 46 peut être reliée ou accouplée à tout élément qui doit être tiré en réponse ou par 25 réaction à une augmentation de la température de la cire 22. Dans l'exemple représenté, l'arbre allongé 26 est pourvu d'un alésage ou conduit de passage axial 50 passant complètement à trayers celui-ci, de sorte que l'ensemble représenté est destiné ou adapté à être utilisé dans un ensemble formant "valve, soupape ou 30 clapet à équilibrage de pression. Afin de chauffer la cire 22, en réponse ou par réaction à orne commande thermostatique appropriée ou analogue, deux conducteurs 52 et 54, qui sont connectés à un circuit électrique quelconque et à un système ou appareil de commande, de réglage ou 35 de régulation tel qu'un thermostat approprié, sont électriquement connectés respectivement à des bornes ou plots électriquement conducteurs 56 et 58, par exemple en laiton ou en cuivre, qui sont situés aux extrémités d'une paire de conducteurs qui s'étendent respectivement à travers des manchons, gaines, 40 douilles ou fourreaux isolants 60 et 62, ces gaines isolantes 69 02443 6 2001339 étant réalisées en nylon par exemple et fermant hermétiquement ou obturant d'une façon étanche aux fluides les orifices de passage ou alésages à travers lesquels est réalisée la liaison ou connexion électrique allant des conducteurs 52 et 54 aux 5 bornes ou plots 56 et 58. Comme cela est indiqué schématiquement dans le dessin, un dispositif de chauffage par résistance 64 est situé dans l'espace creux 20 du moyen formant corps 10 et est connecté entre les bornes ou plots 56 et 58, de façon à être excité ou alimenté en énergie pour chauffer la cire 22 quand un 10 système de commande ou de réglage thermostatique ou analogue ferme le circuit entre les conducteurs 52 et 54. Il doit être entendu cependant que tout autre moyen de chauffage peut être employé, tel que celui sous la forme de moyens faisant circuler ou écouler un fluide chauffé ou des moyens de chauffage par 15 induction. A sa surface extrême extérieure, la paroi extrême 14, qui forme un chapeau ou capuchon de fermeture étanche pour l'ensemble, est pourvue d'un évidement ou renfoncement 66 rempli d'une résine époxy ou d'un autre composé isolant équivalent. la paroi extrême 16 comporte vin prolongement 68 extérieurement fileté 20 qui permet à l'ensemble entier d'être monté dans un alésage ou orifice taraudé d'une structure de support ou porteuse appropriée. On peut ainsi voir qu'avec la structure de l'invention, décrite ci-dessus et représentée dans le dessin, plusieurs avantages extrêmement importants sont obtenus. En premier lieu, 25 l'ensemble entier est simple à fabriquer et à assembler et peut être maintenu à une grandeur ou taille extrêmement petite tout ea étant en même temps susceptible d'être fabriqué à un coût relativement bas. En raison de la structure du servo-moteur 26, selon laquelle il comporte la surface de travail annulaire 28, 30 un degré relativement faible de dilatation de la cire 22 se traduira par un déplacement relativement grand de l'arbre de commande 26. En outre, du fait que l'arbre 26 est guidé aux deux parois extrêmes 14 et 16, un guidage axial très précis, exempt de tout vacillement, ballottement ou oscillation irrégulière, est 35 réalisé, les garnitures de joints d'étanchéité dynamiques 34 et 36 assurent un passage ou une liaison étanche extrêmement sûr pour l'arbre en mouvement, cette garniture de joint d'étanchéité appliquant à l'arbre une force de contact qui devient plus grande au fur et à mesure que la pression de la cire en cours de dila-40 tation 22 augmente. De même, on peut faire usage soit de 69 02443 7 2001339 l'extrémité d'arbre 46 ou de l'extrémité d'arbre 48 ou des deux à la fois dans le but de produire soit une force de traction, ou une force de poussée ou les deux forces à la fois simultanément. par conséquent, la structure de l'invention est extrêmement 5 souple relativement au domaine d'usages ou d'utilisations possibles de celle-ci. Quand le servo-moteur thermique de l'invention est utilisé avec seulement une extrémité de l'arbre 26 exécutant réellement un travail, l'autre extrémité de l'arbre peut être reliée fonction-10 nellement à un fil métallique électrique à contact glissant ou à curseur ou à tout autre moyen électrique ou mécanique approprié de détection de position et cette détection peut permettre l'utilisation du servo-moteur thermique comme dispositif de servo-commande. le moyen formant corps 10 du servo-moteur comporte une surfa-15 ce extérieure lisse ne nécessitant pas d'ailettes parce que le déplacement nécessaire de l'arbre 26 peut être réalisé avec un changement ou une variation relativement faible de la température de la cire. Bien qu'il n'y ait aucun besoin d'ailettes sur le moyen formant corps 10, si pour une application particulière, la 20 réalisation désirable d'un taux ou d'une vitesse de refroidissement plus grand ou toutes autres considérations techniques inciteraient en faveur de l'emploi d'ailettes, elles pourraient évidemment être employées. En outre, l'arbre de servo-moteur 26 peut être pourvu aussi ou en variante d'ailettes pour améliorer 25 la transmission de chaleur. Tout ressort ou toute structure de butée non illustré peut coopérer avec l'arbre 26 pour solliciter ce dernier à retourner à une position initiale ou de départ donnée, telle que la position représentée en trait pleins ou continus dans le dessin. 30 La présente invention envisage l'utilisation d'un servo moteur thermique tel que décrit ci-dessus en combinaison avec des dispositifs qui nécessitent un mouvement rotatif plutôt qu'un mouvement alternatif. En conséquence, la présente invention comprend l'agencement de moyens fixés ou incorporés au servo-35 moteur thermique pour transformer le mouvement alternatif de l'organe de commande en un mouvement rotatif. 02443 8 2001339 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents tedhniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de 1'invention. 69 5 10 15 20 25 30 • 35 02443 9 2001339 REVENDICATIONS 1Dispositif formant servo-moteur thermique ou analogue, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen formant corps creux pour délimiter un espace intérieur hermétiquement clos ou fermé ou obturé d'une façon étanche par rapport à l'atmosphère extérieure pour contenir une matière qui se dilate lors de son chauffage, au moins un moyen de commande allongé s'étendant à travers ledit espace et y comportant me surface de travail sur laquelle doit agir ladite matière en cours de dilatation quand cette dernière est chauffée pour déplacer ledit moyen de commande par rapport audit moyen formant corps, et des moyens de guidage portés par ledit moyen formant corps et en contact avec ledit moyen de commande pour guider ce dernier d'une façon étanche aux fluides en vue de son mouvement quand ladite surface de travail est sollicitée pendant la dilatation de ladite matière dans ledit espace, lesdits moyens de guidage étant en contact avec ledit moyen de commande allongé en au moins une paire d'emplacements longitudinalement espacés l'un de l'autre le long dudit moyen de commande, de sorte que pendant le déplacement de ce dernier, le guidage de celui-ci a lieu en plus d'un emplacement le long dudit moyen de commande. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen formant corps précité comprend une paire de parois extrêmes et une paroi latérale s'étendant entre lesdites parois extrêmes et délimitant l'espace intérieur précité avec celles-ci, lesdites parois extrêmes comportant respectivement des portions pourvues d'orifices de passage traversés par le moyen de commande précité et lesdites portions desdites parois extrêmes faisant partie des moyens de guidage précités. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de guidage précité a la forme d'un arbre ou d'une tige allongé ou analogue comportant des portions allongées respectivement de diamètres différents, s'étendant à travers les orifices de passage précités, lesdites portions de diamètres différents dudit moyen de commande étant sensiblement coaxiales et délimitant entre elles-mêmes, à l'intérieur de l'espace précité, un épaulement ou analogue qui constitue la surface de travail précitée. 02443 10 2001339 4.- Dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce deux moyens de joint d'étanchéité dynamique sont portés par les parois extrêmes précitées, respectivement au droit des orifices de passage de celles-ci en communication avec l'espace précité et sont en contact avec le moyen de commande allongé précité pour presser ou appuyer contre ce dernier avec une force qui augmente au fur et à mesure que la pression de la matière précitée en cours de dilatation s'accroît pendant le chauffage de celle-ci. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paire de moyens de joint d'étanchéité dynamique précitée comprend une paire de bagues ou garnitures annulaires élastiques d'étanchéité entourant respectivement le moyen de commande précité en étant en contact avec celui-ci et se terminant respectivement par des extrémités dirigées l'une vers l'autre, communiquant avec l'espace intérieur précité et inclinées ou conformées coniquement pour aboutir à des bords relativement effilés qui entourent ledit moyen de commande et sont directement en contact avec celui-ci. b.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux moyens de joint d'étanchéité dynamique sont respectivement situés aux emplacements précités en communication avec l'espace intérieur précité pour presser ou appuyer contre le moyen de commande précité avec une force augmentant au fur et à mesure que la pression de la matière précitée dans ledit espace s'accroît pendant le chauffage de celle-ci. 7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps précité possède une surface extérieure lisse, exempte ou dépourvue d'ailettes ouanalogues. 8.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande précité a sensiblement la forme d'un arbre allongé ou analogue comportant des extrémités libres opposée» respectivement situées au-delà du moyen précité formant corps, de sorte que l'une desdites extrémités peut être utilisée pour appliquer une force de traction et l'autre de ces extrémités peut être utilisée pour appliquer une force de poussée pendant le déplacement dudit moyen de commande. 02443 n 2001339 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de commande précité, en forme d'arbre allongé, comporte des portions sensiblement coaxialesde diamètres différents, délimitant entre elles-mêmes un épaulement ou analogue situé dans l'espace précité et formant la surface de travail précité, ledit arbre étant axialement alésé ou traversé par un orifice de passage s'étendant sur sensiblement toute sa longueur.