Brevet FR2233513A1 — publié le 19750110

La présente invention concerne des dispositifs de commande pneumatique du type à ressort de rappel. Elle concerne également des procédés et des appareils permettant d'accrottre la poussée exercée par les ressorts sur les pistons des dispositifs de commande. 3ien qu'on ait décrit ci-dessous des dispositifs de commande du type à cylindre et piston, à titre d'exemple, les termes "piston" et "cylindre" sont destinés à englober des éléments de formes différentes utilisables dans des dispositifs de commande pneumatique qui remplissent la même fonction. Par exemple, dans un dispositif commandé par une membrane, le cylindre correspondrait au bottier de la membrane dans lequel est introduit 11 air comprimé (ce terme englobant également des gaz) et la membrane correspondrait au piston. Un dispositif de commande pneumatique à ressort de rappel comprend, d'habitude, un piston et un cylindre dans lequel le piston est poussé par un ressort dans un premier sens et est poussé pneumatiquement dans l'autre sens, c'est-g- dire que ce dispositif, du point de vue pneumatique, est un dispositif à simple effet. Lorsque de l'air comprimé est introduit sur un côté du piston, ce dernier est poussé de façon à charger le ressort et à exercer une poussée de sortie utile. Lorsque l'air comprimé peut se détendre, le piston est rappelé en sens inverse pendant que le ressort se détend et exerce une poussée de sortie utile mais de sens inverse. Cette poussée de sortie inverse diminue linéairement à mesure que le-piston se détend, de sorte que la poussée finale dont on dispose au moment où le piston s'arrête est très inférieure à la poussée de rappel initiale. La présente invention se propose de supprimer cette diminution de la poussée finale de rappel, à l'aide d'un dispositif pneumatique, sans accroissement de la consommation d'air comprimé. On a proposé d'accroStre la poussée du ressort par de l'air comprimé emmagasiné dans un réservoir situé au voisinage du dispositif de commande ou fixé à ce dernier et dont la poussée s'ajoute à celle du ressort pendant la course de rappel. Cependant, dans ce procédé, la consommation d'air comprimé est accrûe. Le ressort est, d'habitude, en forme de ressort de compression (mais théoriquement il peut être un ressort de traction) de sorte qu'il est commode d'appeler "coté ressort" du piston le côté sur lequel est situé normalement le ressort de compression. Suivant la présente invention, une partie utile de l'air comprimé que contient le cylindre est transférée d'un cOté du piston à son côté ressort où il est retenu tandis que l'air comprimé peut se détendre sur l'autre côté du piston. L'air retenu continue à se détendre et agit avec le ressort sur le piston dont la poussée, pendant sa course, est égale à la somme de la poussée du ressort et de la poussée due à la pression de l'air retenu sur le côté ressort du piston. L'appareil suivant l'invention, destiné à la mise en oeuvre de ce procédé de transfert et de retenue de l'air, comprend un distributeur commandé en fonction du mouvement du piston. Le dispositif de commande du distributeur peut être une butée de la tige du piston qui agit sur le distributeur dans le cas d'un dispositif de commande linéaire ou une came dans le cas d'un dispositif de commande dont la sortie est rotative. De préférence, un dispositif de commande selon l'invention comprend des pistons jumelés à double effet, fonctionnant en sens opposés dans un alésage cylindrique contenant, de ce fait, trois chambres de pression c'est-à-dire une chambre entre les pistons-et une chambre de chacun des autres côtés de ceux-ci. Des ressorts de compression sont disposés dans ehacune de ces dernières chambres Les dispositifs de commande de ce type, à pistons opposés, sont déjà connus et, en général, leurs deux tiges de piston portent des crémaillères en prise avec un pignon sur lequel les crémaillères exercent un couple. A titre d'exemple on a décrit ci-après et représenté aux dessins annexés une forme de réalisation d'un tel dispositif de commande modifié selon l'invention. La figure 1 représente un dispositif de commande du type à pistons jumelés et à ressorts de rappel, dont la sortie est rotative. il est équipé d'un distributeur, commandé par une came, et représenté dans sa position de repos (ou position initiale). La figure 2 représente le même dispositif de commande à la fin de sa course motrice. La figure 3 représente le même dispositif de commande pendant sa course de rappel, avant le fonctionnement mécanique du distributeur. la figure 4 représente le dispositif de commande, toujours pendant sa course de rappel mais après le fonctionnement mécanique du distributeur. Le dispositif de commande représenté sur la figure 1 est du type à pistons jumelés, dans lequel le mouvement linéaire des pistons est converti en un mouvement de sortie rotatif. Une course complète des pistons de la forme de réalisation décrite et représentée, se traduit par une rotation de sortie de -900. Un exemple d'utilisation d'un tel dispositif est la commande d'une vanne à papillon ou d'une soupape à bille qui nécessitent, toutes les deux, un couple d'ouverture ou de fermeture supérieur au couple nécessaire pour leur mouvement intermédiaire. Le dispositif de commande décrit ci-après produit le couple le plus élevé au début de sa course motrice et à la fin de sa course de rappel. il convient de ce fait pour de telles vannes. Le dispositif de commande comprend un cylindre t dans lequel des pistons jumelés 2, opposés et à double effet, coulissent axialement de façon à se rapprocher ou s'écarter l'un de l'autre. Une tige de piston 2A portant une crémaillère part axialement de chaque piston dans la direction de l'autre piston. Les tiges sont décalées radialement de manière que les crémaillères 2A soient en prise avec les côtés opposés d'un pignon 4 fixé sur un arbre de sortie 5. Le mouvement d'éloignement des pistons 2 l'un par rapport à l'autre se traduit par un mouvement de rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre de l'arbre 5, d'un angle de 900 dans l'exemple décrit. Chaque piston 2 est poussé par un ou plusieurs ressorts de compression 3 vers le pignon 4, de sorte que, comme on le voit sur la figure 1, lorsque de l'air comprimé n'est pas introduit dans le dispositif de commande, les pistons 2 prennent la position-représentée. La chambre de pression intérieure 6 située entre les deux pistons 2 et délimitée par ceux-ci et par le cylindre 1 est, en conséquence commune aux deux pistons. De l'air comprimé peut y être introduit ou en Btre évacué par un orifice indiqué schématiquement en 6A, tandis que les deux chambres extérieures 7 dont chacune est délimitée par un piston 2 et par le cylindre I sont reliées par un conduit 8 débouchant dans des orifices 7A. L'arbre 5 (qui est indiqué schématiquement en pointillé) porte une came 21 à l'extérieur du cylindre 1. La came comprend deux niveaux de surfaces 21A et 21B, chacun de rayon constant (mais de rayons différents) séparés par une surface de transition 21C. L'arbre 5 sort du cylindre 1, dans lequel il est supporté, par un joint étanche à la pression. Un distributeur associé à la came 21 et de préférence monté en un point fixe à l'extérieur du cylindre 1 comprend un corps creux il comportant des orifices 12, 13, 15 et 16. Ces orifices peuvent être fermés, ouverts ou reliés les uns aux autres par un tiroir 17 et un piston 18. Le tiroir 17 est poussé par un ressort de compression 19 vers la came 21. La force du ressort peut être réglée à l'aide d'une vis 20. Une butée 17A du tiroir 17 vient en contact avec la vis 20, lorsque le tiroir est poussé vers celle-ci par la pression pneumatique. Deux poussoirs axiaux sont fixés de part et d'autre du piston 18. Le poussoir 18A est appliqué contre la came 21 et est situé à l'opposé du poussoir 183 qui, pour certaines positions du tiroir, vient en contact avec ce dernier. L'orifice 12 est relié aux chambres 7 par un conduit 9, l'orifice 13 est relié à la chambre 6 par un conduit 10, l'orifice 15 debouche à l'atmosphère et l'orifice 16 peut entre commandé de façon à être relié à une source d'air comprimé ou à l'atmosphère, par un conduit 14. Lorsque l'orifice 16 est relié à la source d'air comprimé, les éléments 17 et 18 sont éloignés l'un de l'autre par la pression pneumatique, de sorte que les chambres 7 sont reliées à l'atmosphère par les orifices 12 et 15, comme on le voit sur la figure 2. l'air comprimé passe dans la chambre 6 par les orifices 16 et 13 où il pousse les pistons 2 à-stécar- ter l'un de l'autre et fait tourner la came.21 en sens inverse des aiguilles d'une montre de 900 jusqu'à la position de la figure 2. Lorsque l'alimentation en air comprimé cesse et lorsque le conduit 14 est relié à l'atmosphère (par exemple à l'aide d'un distributeur à trois voies commandé par un électro-aimant), le tiroir 17 est poussé par le ressort 19 vers l'élément 18, jusqu'à ce qu'il soit arrêté lorsqu'il vient en contact avec le poussoir 18B. La figure 3 représente-cette position du tiroir 17 et on voit que l'élément 18 est également poussé par le tiroir 17 et le ressort 19 vers la came 21, le poussoir 18A appliqué sur la came venant alors en contact avec -la surface 21B de la came. Les chambres 6 et 7 sont alors reliées par les orifices 12, 13 et par le tiroir 17, de la façon représentée. les pistons 2 sont poussés l'un vers l'autre par leurs ressorts 3. Pendant que les pistons 2 se rapprochent l'un de l'autre, ils atteignent une phase de leur course qui correspond à 60* environ de celle-ci et pour laquelle une quantité d'air suffisante a été transférée de la chambre 6 dans les chambres 7. Dans cette position, le poussoir 18A du piston 18 est amené par la surface de transition 21C de la came, de la surface 21B jusqu'à la surface 21A. Le tiroir 17 est déplacé par le piston 18 et prend la position qu'on voit sur la figure 4. La chambre 6 est alors reliée à l'atmosphère par les orifices 13, 16 et le conduit 14 tandis que l'orifice 12 est fermé par le tiroir 17, de sorte que l'air comprimé transféré est emprisonné dans les chambres 7. L'air emprisonné continue à se détendre jusqu a ce que les pistons 2 s'arrêtent à la position de la figure 1, dans laquelle ils continuent à subir la poussée des ressorts 3 et la poussée produite par la pression de l'air emprisonné qui peut, par exemple, être comprise entre les 3/8 et la moitié de la pression de la source d'air comprimé. La valeur de cette pression finale est commandée par le point de la course de rappel gui correspond au moment où le piston 18 est commandé par la came 21 et par les volumes relatifs des chambres 6 et 7 au début et à la fin des courses des pistons 2. Dans une variante du dispositif décrit cidessus ii est possible de commander le distributeur de commutation par le mouvement de tiges de guidage des pistons au lieu de le commander par une came. il peut y avoir par exemple une jonction par bielles entre l'une ou entre les deux tiges de guidage et la tige 18A du distributeur. Une came peut être également formée sur l'une des tiges de guidage et peut agir sur la tige 18W servant d'organe coopérant avec la came. RSaSENDICATIONS 1. Dispositif de commande pneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend un piston à double effet séparant deux chambres de pression, un ressort poussant le piston dans un premier sens et un distributeur étant destiné à admettre de l'air comprimé dans l'une des chambres, de façon à charger le ressort puis à transférer une certaine quantité de cet air dans l'autre chambre pour une position choisie du piston, -et à relier ensuite ladite première chambre à l'atmosphère de manière que les forces combinées du ressort et de l'air comprimé s'exerçant sur le piston dans l'autre chambre, permettent au dispositif de commande d'effectuer une course motrice complète. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des pistons jumelés, à double effet, qui se déplacent en sens opposés et qui séparent une chambre de pression commune de deux autres chambres. 3. Dispositif suiv-ant la revendication 2, caractérisé en ce que des crémaillères formées sur les tiges des deux pistons sont en prise avec un pignon monté sur un arbre de sortie, supporté-hermétiquement par la paroi de la chambre commune d'où l'arbre sort. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le distributeur est commandé, pour l'exécution des opérations indiquées dans la revendication 1, par une liaison mécanique avec l'élément de sortie du dispositif de commande. 5. Dispositif suivant les revendications 1 et 3, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce que le distributeur est commandé, pour l'exécution des opérations indiquées dans la revendication 1, par une came qui est montée de façon à tourner avec l'arbre de sortie. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5-, caractérisé en ce que le distributeur comprend un tiroir chargé élastiquement et un piston qui peut coulisser séparément du tiroir, le piston portant un poussoir maintenu appliqué contre la came de sorte que la manoeuvre du dispositif de commande provoque des déplacements du piston dans un premier sens tandis que l'air comprimé et la charge élastique qui s'exerce sur le tiroir provoquent des déplacements du piston dans l'autre sens. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la force de l'air comprimé s'ajoute à la force du ressort dans une phase du fonctionnement du dispositif dans laquelle la force du ressort est diminuée dans une mesure telle qu'il est avantageux qu'une force supplémentaire s'ajoute à la force du ressort afin de permettre au dispositif de remplir sa fonction de commande complète.