Brevet FR2245072A1 — publié le 19750418

La présente invention concerne un dispositif mécanique bistabie basculant pour différents niveaux de liquide Dans de nombreuses cuves, pour éviter tout déboraemenb, on prévoit un niveau de liquide maximal qui, s'i tend à être dépassé soulève un flotteur dont le mouvement arrête alors l'arrivée du liquide dans la cuve.Le plus souvent le flotteur est associé à un bras actionnant mécaniquement une vanne ou un robinet, comme dans les appareils de chasse d7eau bien connus, ou électriquement par l'intermédiaire de contacts électriques une vanne ou une pompe assurant l'alimentation de la cuve en liquide PartIculièrement, quand le vidage de la cuve est effectué au moyen d'une pompe, il est également souvent nécessaire de prévoir un niveau minimal de liquide au-dessous duquel la pompe cesse de pomper dans la cuve pour éviter soit d'entraîner les boues du fond de la cuve ou de faire fonctionner la pompe à sec ce qui la détériore rapidement. Pour détecter le passage du niveau du liquide au-dessous du niveau minimal, on peut également utiliser un flotteur placé au voisinage de ce niveau minimal. En général, les détection des passages des niveaux haut et bas sont faites de manieres indépendantes et entraient des actions indépendantes. Pourtant, il existe des cas où la commande de la pompe d'alimentation ou de la pompè d'extraction ne doit changer d'état que suivant le sens de passage du niveau du liquide à un niveau prédéterminé de la cuve. Pour illustrer un cas de ce type, on va considérer à titre d ' exemple non limitatif une installation- particulière d'alimentation en eau d'un aquarium. On suppose que l'installation comporte un aquarium placé à une hauteur convenable pour que le public puisse voir les animaux vivant dans l'aquarium, une série de filtres convenables placés au-dessous de l'aquarium et permettant l'épuration de l'eau provenant d'un trop-plein de l'aquarium, une cuve recueillant l'eau épurée sortant des filtres et une pompe pompant l'eau de la cuve pour la renvoyer dans l'aquarium. En fonctionnement normal, la pompe fonctionne en permanence de manière à ce que l'eau en faces dans l'aquarium se déverse par le trop-plein dans les filtres qui restituent n continu l'eau dans la cuve. Toutefois, il arrive après ur fonctionnement .5 ou moins long que les filtras -endent à se colmater ou se colmatent complètement et l'eau provenant de l'aquarium s'y accumule alors que la cuve reste pratiquement v-de. Dans ce cas a pompe ourne et se détériore rapidement. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un dispositif mécanique simule, donc fiable, capable de prendre deux positions stable, ta première quand le niveau du liquide dépasse en montant un niveau maximal Drédeterminé e la seconde quand le niveau su liquide descend au-dessous d'un niveau minimal prédélerminé. Appliqué à 'installation de l'aquarium mentionnée ci-dessus, un tel dispositif permet d'arrêter la pompe quand le niveau de liquide dans la cuve est trop bas et permet de ne remettre la pompe en fonctionnement que quand le niveau de liquide a atteint un niveau haut nettement séparé du niveau bas, évitan ainsi des phénomèmes oscillatoires arrêt-marche et marche-arrêt de fréquence croup élevée préjudiciable au fonctionnement de la pompe. Un autre objet de l'invention consiste également à prévoir un dispositif bistable basculant, non seulement suivant le sens de passage à deux niveaux, mais réglable en fonction des hauteurs des deux niveaux. Suivant une caractéristique de l1invention1 il est prévu un dispositif mécanique bistable basculant pour plusieurs niveaux différents de liquide dans une cuve, qui comprend une suspension portant une première butée et une seconde butée ainsi qu'un axe horizontal auquel est fixée par des premiers moyens de fixation l'extrémité supérieure d'une tige longue dont l'extrémité inférieure porte un premier flotteur, la première butée limitant l'angle de rotation de l'axe horizontal et de la tige longue d'un coté de la verticale de l'are et la seconde butée limitant l'angle de rotation de l'axe horizontal et de la tige longue de autre coté de ladite verticale, la tige longue étant fixée à une extrémité d'une tige courte par des seconds moyens de fixation, la tige courte portant un second flotteur à son autre extrémité, l'altitude du premier flotteur définissant un premier niveau bas dans la cuve et l'altitude du second flotteur définissant un second niveau haut dans la cuve, la direction de la tige courte étant t--elle que le poids du second flotteur et de la courte zigue bascule la longue tige et l'axe vers la première butée quand le niveau du liquide dans Ja cuve descend au-dessous du premier niveau bas, la force ascentionnelle du second flotteur basculant la longue tige et l'axe vers la seconde butée quand le niveau du liquide dans la cuve monte au-dessus du second niveau haut, et la force ascentionnelle du premier flotteur maintenant la longue ige dans sa dernière position de basculement pour tout niveau intermédiaire du liquide dans la cuve. D'autres caractéristiques apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 represente schématiquement un exemple de réalisation du dispositif de l'invention, dans une position stable, la Fig. 2 représente schematiquement le dispositif de la Fig. 1, dans l'autre position stable, et la Fig. 3 montre une variante de la suspension du dispositif de la Fig. 1. La Fig. 1 montre partiellement une cuve 1 sur la paroi 2 de laquelle est montée une suspension 3 portant un axe horizontal 4 pouvant tourner librement dans son logement. L'extrémité supérieure d'une tige longue 5 est fixée à l'axe 4. A son extrémité inférieure, la tige 5 porte un flotteur 6. En un point 7 de la tige 5 est fixée l'extrémité d'une tige courte 8 qui porte un flotteur 9. La tige 8 est perpendiculaire à la tige 5 et située dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe 4. La suspension 3 comporte deux pattes verticales 10 et 71 s'adaptant sur le bord supérieur de la paroi 2. Une vis de serrage 12 traverse un trou taraudé de la patte 10 et a son extrémité aplatie serrée contre 2 de manière à assurer la fixation de la suspension 3 sur la paroi 2. Il est évident que plusieurs vis telles que 12 peuvent être prévues, si nécessaire. La suspension 3 comporte encore deux pattes verticales 13 et 14 portant des vis 15 et 16 dont les pointes se font face. Les vis 15 et 16 sont dans le même plan vertical que la tige 5 et leurs extrémités constituent des butées limitant la rotation de la tige 5 de chaque coté de la verticale de l'axe 4. La position de ces butées est réglable en tournant les vis 15 et 16. L'axe 4 porte encore une lame légèrement élastique 17 portant un contact électrique mobile 18 pouvant suivant la position de l'axe 4 venir en contact avec l'un des deux contacts électriques fixes 19 et 20 montés respectivement aux bouts des vis 21 et 22 montées face à face dans des trous taraudés de la suspension 3. La lame 17 et l'axe 4 sont conducteurs de l'électricité et l'axe 4 est relié à un fil électrique 23. Le contact 19 est relié au fil électrique 24 et le contact 20 au fil 25. On va maintenant décrire la première partie du fonctionnement en se référant à la Fig. t. On suppose d'abord que le niveau initial de l'eau est celui indiqué par 26, c'est à dire au-dessous du flotteur 6. La lame 17 et le contact 18 ayant un poids négligeable, le poids de la tige 8 et du flotteur 9 amène la tige 5 dans la position montrée contre la butée 15. Le contact 18 ferme alors le circuit des fils 24 et 23 qui peut, par exemple, comporter le moteur électrique d'une pompe (non montrée) de remplissage de la cuve 1. Par contre le circuit 23-25 est ouvert ce qui peut arrêter ie fonctionnement d'une pompe soutirant de l'eau de la cuve 1.Le niveau 26 est évidemment fonction de la position verticale du flotteur 6 qui est choisie de manière que la pompe vidant la cuve s'arrête alors que le niveau 26 est encore assez élevé pour ne pas risquer d'endommager la pompe. Donc une fois le circuit 23-24 fermé, on suppose que la pompe de remplissage fonctionne et le niveau de liteau va monter dans la cuve. On va par exemple-considérer ce qui se passe quand l'eau a atteint le niveau 27 indiqué en traits tirets. Le poids de 8 et de 9 tend toujours à pousser la tige 5 vers la butée 15. A cette force s'ajoute la force ascentionnelle du flotteur 6. il apparatt donc que la tige 5 est verrouillée sur la butée 15, c'est à dire qu'elle garde la position qu'elle a prise quand le niveau de l'eau est passé au-dessous de 6. S'il n'yaaucun autre événement de l'extérieur, la pompe du circuit 23-24 va continuer à remplir la cuve 1. On va maintenant se reporter à la Fig. 2 pour décrire le fonctionnement du dispositif quand l'eau atteint le niveau 28. Le flotteur 9 est alors immergé et sa force ascentionnelle contribue à faire tourner la tige 5 vers la butée 16. Il est facile à l'homme de l'art de concevoir qu'au moment du basculement, il faut que le moment de la force ascentionnelle du flotteur 9 par rapport à l'axe 4 soit supérieur à celui de la force ascentionnelle du flotteur 6, dans la position montrée à la Fig. 1, les autres poids ou forces étant négligeables. Pour cela, l'homme de ltart dispose du réglage de la butée 15 pour diminuer ou augmenter le moment dû à 6 et de la longueur de 8 et de la position de 7 pour ajuster le moment dû à 9. Dans l'exemple de réalisation décrit, on a supposé des flotteurs de même dimension, mais on peut évidemment prévoir un flotteur 9 plus gros que le flotteur 6, si cela est nécessaire.Il faut encore noter, qu'une fois le basculement commencé, le mouvement tend à staccélérer car le moment du à 6 diminue pour venir s'ajouter à celui dû a9 qui augmente. Le contact 18 change alors de position. Le circuit 24-23 stouvre arrêtant la pompe de remplissage zanzis que le circuit 23-25 se ferme remettant en fonctionnement la pompe de soutirage. Le niveau de 1 t eau va alors baisser dans la cuve 1. On va encore, à titre d'exemple, considérer ce qui se passe quand l'eau descend au niveau 27. La force ascentionnelle du flotteur 6 tend à maintenir la tige 5 contre la butée 16 aloi que le poids de 8 et 9 tend à l'en éloigner La position de la butée 16 permet d'ajuster le moment d! à 6 et celui dû au poids de 8 et 9 de manière que la tige 5 garde la position indiquée à la Fig. 2. Quand la cuve 1 est vldée au-dessous de 6, un nouveau basculement se produit pour ramener le dispositif à sa position initiale de la Fig. 1. Il apparat donc que le dispositif de l'invention est bien un dispositif bistable qui ne change d'étant que pour un sens de passage vers le bas au niveau 26 et un sens de passage vers le haut au niveau 28, l1étatdudispositif ne changeant pas pour rut niveau intermédiaire te que 27. Dans l'exemple d'application à une installation d1alimen ation d'un aquarium qui a été mentionnée plus haut, le contact électrique 19 peut être supprimé. En effet, dans ce cas, la cuve 1 n.#est pas alimentée par une pompe, mais par de l'eau provenant des filtres. Si les filtres sont faiblement colmatés, quand la cuve a atteint niveau 26, ce qui suppose que le débit de la pompe d'alimentation de l'aquarium puisant dans la cuve est plus élevé que celui de la sortie des filtres, cette pompe s'arrente avant de fonctionner à sec. La pompe ne fonctionnera- à nouveau que quand l'eau fournie par les filtres aura atteint le niveau 28. On évite ainsi les phénomènes de pompage électrique que l'on rencontre avec les dispositifs de régulation fonctionnant avec un flotteur bas unique. A noter que le contact 19 peut être conservé pour déclencher une alarme à mémoire indiquant que le dispositif a fonctionné es qu'il faut prévoir un nettoyage ou un remplacement des filtres.A noter encore qu'en fonctionnement normal, le débit de la pompe est inférieur au débit maximal des filtres, e qui n1a pas d'importance pr les filtres ne sont alimentés que par le trop-plein de I 'aquarium dont le débit est celui de la pompe. L'expérience a montré que le dispositif ce l'invention permettait de prolonger de façon importante na -e vie des pompes utilisées dans ;e type d'aquarium. La whig 3 montre une variante de la suspension 3 des Fige. l et 2. Le bAti de la suspension a la forme d'une boite comportant ces faces verticales, telles que 29, réunies par des systèmes vis-écrous 30, 31, 32 et 33, les axes des vis apparaissant en coupe à la Fig. 3. Les cotés inférieurs des faces 29 portent des entretoises 34 et 35 qui associées à des vis de serrage, telles que 36 :jouen le même rôle que 10, 11 et 12 montrés à la Fig. 1, c'est à dire permettent de fixe la suspension sur le bord 37 de la cuve 1. les cotés supérieurs des faces 29 portent une plaque 38 dans laquelle sont vissées les vis 39 et 40 servant de tutées, comme 15 et 16 montrées à la Fig. 1. Entre les faces 29, -es monté un axe de rotation 41 jouant le même rôle que 4, solidaire d'un fléau 42 sortant à son extrémité droite l'extrémité supérieure de la tige 5. La tige 5 est enfilée dans un trou 43 de 42, où e31e est fixée par une vis de serrage 44 Cette fixation permet de faire varier la longueur effective de la tige 5, c'ost dire la valeur des moments dAs au flotteur 6, Fig. 1. Au-des ous e 44, on a montré la fixation de la tige 8 sur 3.a tige 5. La tige 8 est terminée par un oeillet 45 dans lequel esi;; enfilée la tige 5, la vis 46 assurant le serrage et la position fixe de 8 par rapport à 5. La position de 45 le long de 5 et éventuellement la direction de 8 par rapport au plan vertical de 5 permettent d'ajuster les valeurs des moments dus au flotteur 9. Le mouvement de fléau 42 est limité des deux cotés par les bouts des vis 39 et 40 dont les positions verticales sont réglables. Le fléau 42 porte au moyen d'un étrier 47, dont on voit tuque la partie arrière, un axe de rotalior horizontal l;8 solidaire d'un support 49 sur lequel est fixée une ampoule classique de contact électrique à mercure 50, dans laquelle on a trois plots de contact 51, 52 et 53 ainsi que la goutte de mercure 54. L'extrémité du support 49 est reliée à l'extrémité gauche du fléau 42 par un ressort de rappel 55 Une vis de réglage 56, vissée dans le fléau 42, est appuyée pa- son extrémité sur l'ampoule 50 pour déterminer en fonction de la position du fléau 42 l'instant du basculement de la goutte 54, le ressort 55 maintenant 50 appuyée contre 56. La position de la vis 56 est réglable à travers un trou 57 ménage dans la plaque 38. Àu point de vue fonctionnement l'ensemble 48 à 57 joue le même roule que les composants 18 à 22 de la Fig. 1. L'avantage d'un contact à mercure sur un contact à l'air libre tel que celui de la Fig. 1 est évident quand on sait que le dispositif de l'invention est appelé à fonctionner en milieu humide et meme en milieu marin puisque la cuve 1 peut contenir de l'eau de mer. Dans le même but d'éviter la corrosion éventuellement due à la nature du liquide de la cuve 1, toutes les parties constitutives du dispositif sont par exemple en matière plastique. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1). Dispositif mécanique bistable basculant pour plusieurs niveaux différents de liquide dans une cuve, caractérisé en ce qu'il comprend une suspension portant une première butée et une seconde butée ainsi qu'un axe horizontal auquel est fixée par des premiers moyens de fixation l'extrémité supérieure d'une tige longue dont l'extrémité inférieure porte un premier flotteur, la première butée limitant I.'angl.e de rotation de l'axe horizontal et de la tige longue d'un coté de la verticale de l'axe et la seconde butée limitant l'angle de rotation de l'axe horizontal et de la tige longue de l'autre coté de ladite verticale, la tige longue étant fixée à une extrémité d'une tige courte par des seconds moyens de fixation, la tige courte portant un second flotteur à son autre extrémité, l'altitude du premier flotteur définissant un premier niveau bas dans la cuve et l'altitude du second flotteur définissant un second niveau haut dans la cuve, la direction de la tige courte étant telle que le poids du second flotteur et de la courte tige bascule la longue tige et l'axe vers la première butée quand le niveau du liquide dans la cuve descend au-dessous du premier niveau bas, la force ascentionnelle du second flotteur basculant la longue tige et l'axe vers la seconde butée quand le niveau du liquide dans la cuve monte au-dessus du second niveau haut, et la force ascentionnelle du premier flotteur maintenant la longue tige dans sa dernière position de basculement pour tout niveau intermédiaire du liquide dans la cuve. 2). Dispositif mécanique bistable suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe horizontal porte une lame conductrice électrique dont l'extrémité vient eh contact avec un premier contact fixe électrique quand le dispositif bis table est appuyé contre la première butée et contre un second contact fixe électrique quand le dispositif bis table est appuyé contre la seconde butée, de manière à ouvrir et fermer l'un des deux circuits électriques. 3). Dispositif mécanique bistable suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe horizontal porte un fléau à une extrémité duquel est fixée l'extrémité supérieure de la longue tige, ledit fléau portant une ampoule de contact à mercure dans laquelle la goutte de mercure ferme et ouvre des contacts électriques suivant la position dudit axe horizontal. 4). Dispositif mécanique bistable suivant l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de fixation permettent de régler la longueur de la tige longue se trouvant au-dessous dudit axe horizontal. 5). Dispositif mécanique bistablesuivant l1une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de fixation permettent de fixer la tige courte en un point intermédiaire quelconque de la tige longue. 6). Dispositif mécanique bistable suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérise en ce que les positions respectives des première et seconde butées peuvent être réglables. 7). Dispositif mecanique bistable suivant l'une des revendications 1 a' 6, caractérisé en ce que le premier et le second flotteur sont de même dimension.