Brevet FR2113870A1 — publié le 19720630

L'invention concerne un élément de commutation fluidique, notamment un commutateur de proximité. Il a déjà été proposé un commutateur fluidique de proximité comportant une ouverture de sortie annulaire au centre de laqnelle est située une ouverture d'un tube de signal. Lorsqu'un écoulement sort de l'ouverture annulaire à une pression déterminée, les filets intérieure d'écoulenent se rassemblent à nouveau à une certaine distance du commutateur de proximité en formant un jet resserres. Les filets d'écoulement intérieurs enveloppent à proximité de l'ouverture de sortie une zone de cavitation dans laquelle règne une dépression par suite de l'entrainement de l'écoulement hors de cette zone par les filets intérieurs. Si le jet sortant rencontre une paroi d'impact, des filets intérieurs d'écoulement parviennent dans ladite zone par suite de l'étalement des différents filets d'écoulement du jet, de sorte que la dépression initiale est transforme en une pression positive.L'intensité de cette derni L'invention a pour but de réaliser un éliment de comlutation fluidique possédant un comportement de comnutation digital et qui peut être utilisé notamment comme commutateur de proximité de sorte que la transformation de signaux de pression analogiques mesures en signaux digitaux à l'aide d'un éliment fluidique particulier est rendue superflue. Ce problème est résolu conformément à l'invention a l'aide d'une chambre d'écotllement comportant au moins une en trre du fluide d'écoulement et une sortie dudit fluide, s'étalant suivant une forme conique depuis l'intérieur de la chambre vers l'éxtérieur, insi que des parois extrieures raccordées a la sortie, suivant une conformation permettant au fluide d'écoulement sortant par la sortie de longer les parois par suite dsun effet d'adhérence connu aux parois, et une ouverture de sortie des signaux, conduisant depuis l.t chambre vers l'extérieur et relie au centre de la sortie, et à l'aide d'une paroi d'impact opposée à la paroi extérieure, les deux dites parois pouvant être montées l'une par rapport à l'autre à une certaine distance, pour laquelle l'écoulement bloque,par adhérence sur la paroi d'impact, l'entrée libre de l'ouverture de sortie en direction de l'ouverture de signal. Suivant un exemple de réalisation préféré, la chambre d'écoulement est constituée sous la forme d'une chambre à tourbillons. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illus tré schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de réalisation du dispositif suivant l t invention. La figure 1 est une coupe d'un élément de commuta- tion conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe suivant la ligne II -II de la figure 1. La figure 3 montre @@@@@@@@@ de commutation de la figure I placé en face d'une paroi d'impact à une distance provoquant la commutation, de l"élé.ent d commutation. La figure 4 est une coupe d'un élément de commutation possèdant une autre forme de realisation. La figure 5 est une coupe partielle d'un autre élément de commutation. La figure 6 est une coupe partielle d'yin élément de commutation relié à une membrane servant de paroi d'impact. La figure 7 est une coupe partielle d'un autre élément de commutation conforme à l'invention. Sur les figures 1 à 3, une chambre à tourbillons 1 comporte deux entrées tangentielles opposées 2, 3 destinées à amener un fluide d'4coulement,par exemple de l'air, depuis une source non reprfsentée, sous une pression déterminée. L'écoulement tournant dans la chambre sort par l'ouverture de sortie 4 sous la forme d'un écoulement toiirbillonnaire. Les parois 5 de l'ouverture de sortie 4 s'évasent de l'intérieur vers l'extérieur avec une forte approximativeent conique. angle formé par les parois de 1 'ouverture conique de sortie a approximativement pour valeur 1200 dans l'exemple de réalisation.Des parois extErieures 6 de la chambre 1 se raccordent à l'ouverture de sortie 4. L'angle aigu ss entre la paroi extérieure et la surface intérieure 5 de l'ouverture 4 a approximativement pour valeur 300. Le diamètre de l'ouverture de sortie, l'angle &alpha; ou ss, le rapport du diamètre D de la chambre à la hauteur de la chambre et la pression du fluide d'écoulement sont choisis de manière que l'écoulement tourbillonnaire sortant 7 s'étale vers l'extérieur hors de la chambre d'écoulement 1 et s'écoule le long de la paroi extérieure 6 par suite d'un effet d'adhérence à la paroi. Cet effet est semblable à ceux qui apparaissent dans les éléments fluidiques connus d'après la demande de brevet allemand publiée sous le nO P 14 48 304. La chambre d'écoulement possède une ouverture de signal 8, disposée avec centrage par rapport à l'ouverture de sortie 4, et est en liaison libre avec cette dernière. Si une paroi d'impact 9 se trouve à la distance h de commutation de la paroi extérieure 6 ( figure 3 ) l'écoulement 7 jaillit brusquement de la paroi extérieure 6 contre la paroi d'impact 9. Tant que l'écoulement 7 s'écoule le long de la paroi 6 par suite d'un acårtement supérieur à h entre la paroi d'impact 9 et la paroi extérieure 6, la pression mesurée dans l'ouverture de signal 8 est approximativernent égale par exemple à la pression atmosphéri que régnant hors de la chambre 1.Cependant si la paroi d'-impact se trouve à la distance h de commutation de la paroi extérieure 6, l'écoulement 7 jaillit contre la paroi d'impact et bloque de ce fait l'ouverture centrale en sortant par l'ouverture de signal 8. Par suite de l'entraînement de l'écoulement hors de la zone 10 limitée par des filets intérieurs d'écoulement du jet 7 et par la paroi d'impact 9 à l'aide des filets duécoulement intérieurs il apparait dans la zone 10 une dépression qui e4t disponible comne signal de sortie à l'ouvertire de signal 8.Dans le cas d'un élément de commutation conforme à l'invention avec une djs- tance de commutation h = 2 mm, on a obtenu une hystérésis de commutation de 0,05 mmo A l'inverse des commutateurs- de proximité connus, l'élément de commutation conforme à l'invention présente un comportement digital. Dans la forme de réalisation de la figure 4, l'ouverture de signal est reliée à un tube il qui s'étend le long de l'axe traversant l'ouverture de sortie 4 jusque dans la zone dtouverture de l'ouverture de sortie. En figure 5 entre le bord extérieur de l'ouverture de sortie 4 et la paroi extérieure 6 se trouve une paroi discontinue particulière, rentrant par rapport à la paroi extérieure et entourant à la façon d'un anneau le bord extérieur de l'ouverture de sortie. Dans le cas de l'exemple il s'agit d'un renfonceilent 12 en forme d'auge qui se termine vers le bord extérieur de l'ouverture de sortie par un rebord saillant 13.Le renfoncement en forme d'auge se raccorde en s'aplatissant à la paroi 6 qui est perpendiculaire à l'axe de l'ouverture de sortie. La figure 6 montre un élément de commutation qui présente en dehors de la chambre 1, des canaux collecteurs latéraux 14, 15 qui entourent de façon annulaire l'ouverture de sortie 4 de la chambre d'écoulement 1 et sont séparés par un diviseur d'écoulement 16 qui entoure de façon annulaire et à une certaine distance l'ouverture de sortie 4 et est dirig approxi- nativement perpendiculairement à l'axe de l'ouverture de sortie de la chambre d'écolilement 1. Si l'écoulement s'effectue le long de la paroi extérieure 6, il est capté par le canal collecteur 14. Si au contraire l'écoulement passe le long d'une paroi d'impact par suite de la preaence d'une telle paroi à la distance h de la paroi extérieure 6, ledit écoulement est capté par le canal collecteur 15. Les canaux 14 15 peuvent être reliés à des conduites de commande. En figure 6, la paroi d'impact est constituée sous la forme d'une membrane 9' qui peut être amenée dans la position dessinée en pointillés mécaniquement ou à l'aide d'un fluide sous pression pour déclencher la commutation de l'élément de commutation conforme à l'invention. L'invention n'est pas limitée à la liaison d'une chambre à tourbillons qui présente cependant un avantage particulier à différents point de vue. Au lieu d'une chambre à écoulement tourbillonnaire, on peut utiliser également une chambre 1' représentée schématiquement en figure 7 et comportant une tuyère annulaire conique 17 dont la partie centrale intérieure est reliée par un canal 19 à l'ouverture de signal 8. La forme de réalisation de la figure 7 se différencie de celles des figures 1 à 6 principalement en ce que llécou- lement amené ne sort pas de la tuyère annulaire 17 sous le forme d'un écoulement tournant. Le fonctionnement de ltélément de commutation de la figure 7 correspond essentiellement au fonctionnement de l'élément de commutation des exemples di réalisation 1 i 6 L'angle $ sera choisi cependant ki légèrement supérieur, et aura par exemple pour valeur 1500, tandis que l'anglo ss sera choisi légèrement inférieur et aura pour valeur par exemple 150. Il est évident que is caractéristiques des différentes figures peuvent être combinées entre elles dans un exemple de réalisation. R E V E N D I C A T I O N S 1. Elêment de commutation fluidique, notamment commutateur de proximité, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre d'écoulement comportant au moins une entrée du fluide d'écoulement et une sortie dudit fluide, s'étalant suivant une forme conique depuis l'intérieur de la chambre vers l'extérieur, ainsi que des parois extérieures raccordées à la sortie, suivant une conformation permettant au fluide d'écoulement sortant par la sortie de longer les parois par suite d'un effet d'adhérence connu aux p condui- sant depui- @@@@@ @@@ vers l'extérieur et reliée au centre de la sortie, et comporte ane paroi d'impact opposée à la paroi exté rieure, le 1el > dites parois pouvant être montées l'une par rap- port à l'autre a ure certaine distance, pour laquelle l'écoulement bloque, par adhérence sur la paroi d'impact, l'entrée libre de l'ouverture de sortie en direction de l'ouverture de signal. Elément de commutation fluidique suivant la revendication i,caractérisé par le fait que la chambre d'écoulement est une c c-jbre à tourbillons. 3. Elément de commutation fluidique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la sortie du fluide d'écoulement constitue un cône ouvert s'élargissant depuis l'intérieur vers l'extérieur. 4. Elément de commutation fluidique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'angle du cône de sortie avec la paroi de sortie s'y raccordant est un angle aigu. 5. Elément de commutation fluidique suivant la revendication 4,caractérisé par le fait que l'angle du cône de sortie a sensiblement pour valeur 1200. 6. Elément de commutation fluidique suivant les revendications 2-, '3, 4 et 5, caractérisé par le fait que le rapport du diamètre de la chambre à sa hauteur a sensiblement pour valeur 1/10. 7. Elément de commutation fluidique suivant les revendications 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que l'axe de sortie passe par le centre de l'ouverture de signal. 8. ElémenX de comnutation fluidique suivant les revendications 2, 3, 4, 5, 6 et 7,caractérisé par le fait que la sortie est une tuyère annulaire conique dont la partie centrale comporte une ouverture centrale reliée à l'ouverttre de signal. 9. élément de commutation fluidique suivant les revendications 1, 2, 3, 1+, 5, 6, 7 et 8,caractérisé par le fait que la paroi d'impact est une membrane qui est maintenue dans un boîtier solidaire de la chambre d'écoulement et perinet une commutation de l'écoulement en chargeant sous pression la membrane. 10. Elément de commutation fluidique suivant l'une des revendications 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'à une certaine distance de l'ouverture de sortie et en dehors de la chambre d'écoulement est disposé au moins un canal collecteur entourant de façon annulaire l'ouverture de sortie. 11. Elément de cotmnutation fluidique suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que deux canaux collec tells sont séparés par un diviseur annulaire d'écoulement qui est approximativement perpendiculaire à l'axe de l'ouverture et qui est dirigé en sens opposé à l'écoulement sortant de la sortie d'écoulement. 12. Elément de commutation fluidique suivant les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 11 caractérisé par le fait qu'entre la sortie d'écoulement et la paroi extérieure est prévue a- oins une paroi discontinue entourant à la façon d'un anneau la sortie et rentrant par rapport à la paroi extérieu re.