Brevet FR2195757A1 — publié le 19740308

La présente invention concerne un élément à fluide comportant une chambre dans laquelle se trouve un organe rigide de commutation à faible inertie ayant la forme dtun plateau et dans laquelle débou- chent, d'un côté dudit organe de commutation, au moins une conduit. d'alimentation et une conduite de sortie, pour un fluide sous pres sion, et de l'autre côtés une conduite de commande, l'organe de commutation étant transférable par ltécoulement intérieur du fluide en fonction de la présence ou de l'absence d'un signal à ltentrée de commande et fermant dans cette même chambre la sortie dans le premier cas, ltentrée de commande dans le second. Pour que organe de commutation, dit ci-après plateau* puisse fonctionner dans la chambre, il importe qutil subsiste un léger courant de fuite entre ltentrée d'alimentation et l'entrée de commande, même quand ledit plateau isole de cette dernière la chambre de commutation. Si un signal est alors dirigé vers ltentree de commande, par exemple du fait que lton introduise dans celle-ci le même fluide sous pression que dans l'entrée d'alimentation ou que l'entrée de commande soit fermée par une manoeuvre extérieure, il stétablit aussitôt dans ladite entrée, au-dessus du plateaut une pression de décharge qui est rapidement égale à la pression statique régnant à l'entrée d'alimentation.Etant donné que* dans ce cas, la face du plateau la plus éloignée de ltentrée de commande est unique ment soumise à la pression statique moins la part dynamique due à l'écoulement entre ltentrée d'alimentation et la sortie et/ou moins les pertes par frottement entre le plateau et ladite ouverture de sortie, le plateau est appuyé contre cette dernière et l'obture. On peut donc déclencher la commutation du plateau par simple fermeture ou ouverture de ltentrée de commande. Cela permet d'uti- liser par exemple des organes de manoeuvre électromagnétiques agissant sur l'entrée de commande, si bien que l'élément à fluide forme alors un convertisseur électropneumatique, mentionné par exemple dans la prépublication du brevet allemand n 2 035 248. Les éléments à fluide de ce genre, qui sont commandés par un signal statique de pression, mais dont l'organe de commutation est transféré par écoulement, éléments comportant par exemple un plateau, une pastille mince ou une bille, sont dénommés dans la littérature technique éléments à fluide semi-statiques; on peut se reporter à leur sujet à 11 ouvrage de MULTRUS "Pneumatische Logikelements und Steuerungssysteme (Eléments logiques et systèmes de commande pneumatiques), Krausskopf-Verlag, Mayence, 1970, pages 17 et 18, pages 121 et suivantes. On n'a cependant pas encore trouvé de solution pour réaliser un tel élément à fluide de façon à atteindre pendant le fonctionnement un courant de fuite exactement prédéterminable. Dans la fabrication d'un élément à fluide, ce problème est généralement laissé de côtés car un usinage très précis de l'embouchure de l'entrée de commande dans la chambre de commutation* embouchure servant de siège au plateau, présente trop de difficulté; il arrive aussi que cette embouchure soit délibérément usinée de façon imprécise. Dans les deux cas, le courant de fuite précité s'établit bien lors du fonctionnement de ltélément à fluide, mais sans que son débit puisse être déterminé à 11 avance. I1 en résulte forcément des tolérances de fabrication qucil faut compenser, au moyen d'autres parties constitutives, telles que des organes d'étrangle ment pour le bon fonctionnement d'un montage de tels éléments à fluide.Ces tolérances de fabrication font que, d'une part, le temps de commutation dtun élément à fluide, lequel a aussi comme paramètre, en plus de la masse du plateau, du volume de la chambre de commutation et de la pression d'alimentation, le courant de fuite précité entre entrées d'alimentation et de commande et, d'autre part, également l'impédance de sortie ne peuvent gtre prédéterminés.Or, dans la combinaison de plusieurs éléments à fluide, ce temps et cette impédance jouent un rdle important pour l'adapta~ tion mutuelle desdits éléments. I1 est à remarquer en outre que le plateau, lorsqutil isole ltentrée de commande de la chambre de commutation, s'applique, même avec siège non étanche, par une grande partie de sa surface contre le plafond de ladite chambre. Ce n'est donc pas sur la surface complète du plateau qu'une pression correspondant à la pression statique d'alimentation peut stexercer à l'entrée de commande. En cas de fortes vitesses d'écoulement à l'intérieur de la chambre, la force de commutation ainsi engendrée ne suffit géné- ralement pas à déplacer le plateau vers Itouverture de sortie, car la part dynamique de la pression d'écoulement et, avec une configuration appropriée de la chambre, le frottement du courant de fluide sous pression sont très grands.Si ce fluide ne s'écoule par contre qutà une faible vitesse dans la chambre de commutation, par exemple du fait que l'élément est soumis à une charge de sortie élevée ou une faible pression dtalimentationw et si les pertes par frottement à l'intérieur du courant du fluide sous pression sont très faibles par suite des contours de la chambre de commutation, le plateau est appuyé contre l'entrée de commande par presque toute la pression statique du fluide. I1 est alors soumis à la pression de commande, correspondant à la pression statique* sur une partie seulement de sa face tournée vers l'entrée de commande et cette force ne suffit plus à le déplacer vers le bas.Dans de telles situations limites, une commutation de l'élément à fluide peut par exemple aussi outre fonction de la position de montage, avec laquelle varie l'influence du poids du plateau. En conclusion, les éléments à fluide du type précité ne sont utilisables que dans une zone de vitesse d'écoulement du fluide sous pression et une zone de pression d'alimentation l'une et l'autre limitées. Le problème d'une commutation sûre ne se pose pas pour les éléments à pastille mince car, à 11 entrée de commande, la pastille porte exclusivement sur l'arête de ltouverture de celle-ci en sorte quelle peut etre soumise à la pression de commande sur presque toute sa surface. Mais les éléments à pastille mince ne sont exploitables que dans une zone de pression limitée; si, par exemple, la pastille barre la sortie, toute la pression statique d'alimentation stexerce sur sa face la plus éloignée de ladite sortie. Stil règne alors une faible pression du côté de la sortie et que la pression dtalimentation soit élevée, la pastille se bombe dans l'ouverture de sortie et il peut en résulter des tensions raisant éclater ladite pastille. Ltinvention a pour objet un élément à fluide, du genre annoncé et d'un type de construction simple, qui permette de prédéterminer exactement dès la fabrication le courant de fuite à attan- dre en fonctionnement entre l'entrée d'alimentation et l'entrée de commande dans la position de fermeture de cette dernière par le plateau, en d'autres termes qui permette de diminuer les tolérances de fabrication, qui commute également de façon certaine à presque toutes les vitesses dtécoulement et en toutes positions de montage et enfin ait un meilleur rendement ou taux dtamplification. Cet élément à fluide est caractérisé par le fait que vers la zone de l'entrée de commande, il présente, entre le plateau et la chambre de commutation, des corps d'espacement qui, dans la position de fermeture de l'entrée de commande par le plateau par rapport à la ohrrmbre, laissent stécouler le fluide sous pression de ladite chambre à travers l'entrée de commande. La disposition et ltétendue des corps d'espacement permets tent de déterminer très exactement avec de faibles tolérances seulet ment, le courant de fuite à travers l'entrée de commande de l'élément à fluide, si bien que le temps de commutation et l'impédance de sortie de celui-ci constituent des caractéristiques exactement définies. Les éléments à fluide étant généralement réalisés en construction intégrée, c'est-à-dire formés de plaques comportant des évidements pour les raccordements du fluide sous pression, ltentrée d'alimentation, la sortie et l'entrée de commande ainsi que pour la chambre de commutation, lesdites plaques étant superposées, puis assemblées par des vis ou au moyen de colle, les corps d'espacement peuvent être placés par exemple sur la plaque munie de l'évidement d'entrée de commande. Dans un mode de réalisation préféré, c'est le plateau qui présente, sur sa face tournée vers ltentrée de commande, les corps d'espacement. On peut ainsi réaliser le plateau en une seule opération. Celui-ci étant en général découpé à la presse, il suffit en effet de ménager sur le poinçon des empreintes correspondant aux corps d espacement. Selon une autre particularité avantageuse* chaque corps d1espacement forme approximativement un point, ai bien que presque toute la surface du plateau peut Outre soumise à la pression régnant dans l'entrée de commande, pression qui, en position de fermeture de celle-ci, est égale à la pression statique du fluide sous pression s'écoulant à travers l'entrée d'alimentation. Cette forme des corps d'espacement garantit une bonne commutation même sous une forte charge de sortie de l'élément à fluide et avec de faibles vitesses d'écoulement à l'intérieur de la chambre de commutation. Si le plateau ferme par exemple ladite entrée de commande et s'il est engendré dans celle-ci une pression qui corresponde à la pression statique d'alimentation, la surface du plateau dès lors soumise à cette dernière est toujours suffisam- ment grande pour l'emporter sur la force exercée sur ce même plateau par le fluide sous pression affluant à la chambre de commutation par l'entrée d'alimentation. Ltinvention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale d'un élément à fluide agissant en circuit inverseurt la figure 2 est une vue de dessus de l'organe de commutation de cet élément à fluide; la figure 3 est une vue en perspective d'un organe de commutation réalisé en variante; la figure 4 est une coupe axiale d'un élément à fluide agencé différemment. L'élément à fluide 1, de type intégré, se compose de trois plaques 11, 12 et 13. La plaque 11 présente deux évidements circulaires 111 et 112 pour une conduite d'alimentation 113, avec entrée 114, et une conduite de sortie 1152 avec sortie 116, pour un fluide sous pression. Dans Il évidement également circulaire, et agencé en chambre de commutation 121 de la plaque intermédiaire 12, a été placé avant l'assemblage des plaques 11 à 13, un organe rigide de commutation 14 en forme de plateau dont le diamètre n' est que légèrement inférieur i celui de ladite chambre 121. L'évidement central 131 de la plaque supérieure 13 reçoit, quant à lui, une conduite 132 qui forme 11 entrée de commande 133 de l'élément à fluide. Cette entrée 133 peut être ouverte ou fermée par un organe de manoeuvre extérieur 13 actionné par exemple par un électro-aimant non reprdsenté. L'organe de commutation, ou plateau 14 porte sur sa face tournée vers l'entrée de commande 133 trois corps d'espacement 141 en forme de points mieux visibles sur la figure 2 et réalisés par estampage lors du découpage à la presse du plateau 14 dans un maté- riau en forme de bande. Ci-dessous l'exposé du fonctionnement de cet élément k fluide lé Si ltentrée de commande 133 n1 est pas fermée par le corps de manoeuvre extérieur 15 et si lton dirige d'une source non repré- sentée un fluide sous pression vers ltentrée d'alimentation 114 par la conduite 113, le plateau 14 se trouve appuyé, comme sur la figure 1 contre L'entre de commande 133 par la pression ainsi exercée sur sa face inférieure. Le fluide sort ensuite en 116 de la chambre de commutation 121.Une partie sort cependant aussi par ltentrée et la conduite de commande 133 et 132, à travers la fente ménagée entre le plateau 14 et la chambre de commutation 121 par les corps d'espacement 141. Si l'on ferme alors l'entrée de commande 133 au moyen de l'organe de manoeuvre extérieur 15, il se forme rapidement dans cette entrée de commande 133, au-dessus du plateau 14, une pression statique correspondant à la pression d'alimentation. La face inférieure du plateau 94 ntest cependant soumise qutà la pression d'ali- mentation moins la part dynamique provenant de 1' écoulement entre l'entrée d'alimentation 114 et la sortie 116, et moins les pertes par frottement entre le plateau 14 et la sortie 116. I1 en résulte le déplacement vers le bas dudit plateau 14 dans la chambre de commutation 121 et la fermeture par lui de la sortie 116.Toute fermeture analogue de l'entrée d'alimentation 114 est impossible du fait que la conduite d'alimentation 113 s'achève en une sorte de couronne 117 de telle façon que, même dans la position basse du plateau 14, du fluide sous pression puisse pénétrer dans la chambre de commutation 121 entre l'entrée d'alimentation et le plateau et appuyer celui-ci contre la sortie 116. La face supérieure du plateau 14 est alors soumise à toute la pression statique d'alimentation, tandis que la sortie est le siège d'une pression nettement plus faible. I1 serait également concevable d'estamper les corps d'espacement 141 non pas dans le plateau 14, mais dans la plaque 13, à la partie supérieure de la chambre de commutation. Mais il y faudrait deux opérations, au lieu que ltestampage des corps dtespa cement dans le plateau peut s'effectuer directement dans le même temps que le découpage à la presse de celui-ci. On peut remplacer aussi les corps d'espacement 141 en forme de points par des corps 141' en forme de barrettes selon la figure 3. Ces derniers offrent l'avantage supplémentaire dtaugmenter la résistance à la flexion du plateau 14, que lton peut alors réaliser lui-mdme à partir d'un matériau plus mince. On diminue de la sorte son poids, ce qui améliore sa commutation et le temps nécessaire à celle-ci en toutes positions de montage de l'élément à fluide. Pour s'affranchir de l'usinage en forme de couronne 117 de la conduite d'alimentation 113, on peut donner à l'élément à fluide la structure différente que représente la figure 4. Ltélément à fluide 2 correspondant reste réalisé en construction intégrée et composé de trois plaques 21, 22, 23 superposées et assemblées au moyen de colle ou de vis. La plaque 21 présente en son centre un évidement circulaire 211, dans lequel est insérée une conduite de sortie 22 avec sortie 213. Outre son évidement central circulaire formant la chantre de commutation 221, la plaque intermédiaire 22 comporte un alésage latéral 222 dirigé vers l'extérieur et recevant la conduite d'alimentation 223 avec entrée 224. La chambre 221 renferme 11 organe de commutation agencé en plateau rigide 24, lequel porte, comme dans le premier exemple, des corps d'espacement 241 en forme de points ou de barrettes selon les figures 2 ou 3. Dans un évidement central 231 de la plaque supérieure 23 est insérée une conduite de commande 232 avec entrée 233 fermable ou ouvrable par un corps de manoeuvre extérieur 25. Le fonctionnement à l'ouverture ou à la fermeture de l'entrée de commande 233 est identique au précédent et ne sera pas exposé à nouveau. Cette forme d'élément à fluide offre l'avantage de laisser l'entrée a'alimentation 224 ouverte en cas de fermeture de la sortie 213 par le plateau 24. Il est bien entendu que l'on peut adopter pour les corps d'espacement d'autres formes et dispositions que celles qui correspondent aux deux exemples précités sans sortir pour autant du cadre de 1'inventio. REVENDICATIONS 1. Elément à fluide comportant une chambre dans laquelle se trouve un organe rigide de commutation à faible inertie ayant la forme d'un plateau et dans laquelle débouchent, d'-un côté dudit organe de commutation, au moins une conduite d'alimentation et une conduite de sortie pour un fluide sous pression, et, de l'autre côté, une conduite de commande, l'organe de commutation étant transférable par 11 écoulement intérieur du fluide en fonction de la présence ou de l'absence dtun signal à l'entrée de commande et fermant dans cette même chambre la sortie dans le premier cas, l'entrée de commande dans le second, élément caractérisé par le fait que vers la zone de ltentrée de commande, il présente, entre le plateau et la chambre de commutation, des corps d'espacement qui, dans la position de fermeture de ltentrée de commande par le plateau, par rapport à la chambre, laissent s'écouler le fluide sous pression de ladite chambre à travers 1 entrée de commande. 2. Elément à fluide selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les corps dtespacement sont placés sur la face de ltorgane de commutation tournée vers ltentrée de commande. 3. Elément à fluide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les corps dtespacement sont établis en forme de points. 4. Elément à fluide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les corps dtespacement sont établis en forme de barrettes. 3. Elément à fluide selon î1une quelconque des revendications i à 4 caractérisé par le fait que les corps d'espacement sont estampés dans l'organe de commutation lors de sa réalisation.