Brevet FR2261468A1 — publié le 19750912

L'invention a pour objet une soupape à servocommande, comportant un siège de clapet qui est disposé entre une entrée et une sortie et qui peut être obturé par un premier élément obturateur mobile dont le côté opposé au siège de clapet constitue une paroi d'une chambre de commande, laquelle est reliée, d'une part, à l'entrée par un étranglement et peut, d'autre part, être mise en communication avec la sortie par un clapet pilote dont l'obturateur est fixé à une armature d'un aimant, est rappelé vers la position de fermeture par un ressort et peut être écarté du siège du clapet pilote par un aimant permanent susceptible d'etre déplacé dans une chambre à aimant à l'encontre de l'action du ressort. Une soupape connue de ce type est décrite, par exemple, par le Modèle d'Utilité allemand nO 1 934 400. Dans un mode d'exécution de cette soupape connue, l'armature de l'aimant et, par conséquent, l'aimant permanent qui ouvre et/ou ferme le clapet pilote constitue un aimant du genre aimant d'armement pouvant être mis en action et hors d'action au moyen d'un bouton rotatif.A cet effet, un aimant permanent puissant est monté de manière à pouvoir tourner dans une cavité entre deux culasses en fer doux, de telle sorte que ces culasses prolongent dans une certaine mesure l'aimant permanent (mise en action) ou bien en réduisent le champ (mise hors d'action) selon la position de l'aimant permanent, les culasses en fer doux sont disposées sur une plaque intermédiaire aimantable qui sert, selon la position de l'aimant permanent, ou bien à conduire ses lignes de force magnétiques jusque dans la chambre de commande ou bien à constituer elle-même un trajet de retour des lignes de force traversant les culasses.Dans tous les cas, cette forme de réalisation présente plusieurs inconvénients. Premfèrement, l'aimant permanent n'agit sur l'armature en forme de plongeur que par l'intermédiaire de trajets en dérivation, à savoir ceux qui passent par les culasses et par la plaque intermédiaire. Puisque, dans ces conditions, on n'évite jamais tout à fait des entrefers pour des raisons techniques de fabrication, il faut dimensionner l'aimant permanent de manière à lui donner une aimantation beaucoup plus grande que celle qui ne serait nécessaire que pour l'attraction de l'armature d'aimant. Deuxièmement, la commande de la soupape n'est possible que sur place, c'est-à-dire par rotation du bouton rotatif. Une télécommande serait concevable mais au prix de moyens techniques importants. Dans un second mode d'exécution de la soupape connue, un aimant permanent sous forme de bloc est fixé à une première extrémité d'un levier à deux bras émergeant dans la chambre à aimant. La seconde extrémité du levier se présente sous forme de levier à main sorti. Ici aussi, il y a une plaque intermédiaire en un matériau magnétique doux qui agit directement sur l'armature d'aimant, différemment selon que l'aimant permanent sous forme de bloc se trouve ou non dans son voisinage. Avec ce mode d'exécution, le rendement magnétique est peut-etre encore plus mauvais que dans le cas du premier mode d'exécution, c'est-à-dire qu'un aimant permanent encore plus puissant est nécessaire autant que possible.Si on fait abstraction d'une télécommande dépendant d'une énergie étrangère, qui devrait être évitée surtout avec l'arrangement à aimant permanent mobile, une télécommande par une transmission à leviers ou par câble de traction semble possible avec ce second mode d'exécution. Cependant, une telle télécommande nécessite un entretien périodique et ne peut pratiquement pas être réalisée, sans un minimum de dépenses. Un but de l'invention est donc de réaliser une soupape à servocommande du type mentionné précédemment qui exploite beaucoup mieux que les dispositifs connus jusqu'à présent les avantages de la commande par l'aimant permanent et avec laquelle, en outre, une télécommande indépendante d'une énergie étrangère est possible par des moyens très simples, sans qu'il soit.nécessaire de concevoir des moyens destinés à un entretien ou nécessitant un équipement technique spécial. Dans ce but, la soupape proposée, du type mentionnd-précé- demment, est caractérisée, selon l'invention, par le fait que l'aimant permanent, aimanté dans la direction axiale, de forme annulaire ou en forme de disque, coopère avec une membrane dont un c8té peut être soumis à une pression pneumatique ou hydraulique et qui divise la chambre à aimant en deux chambres partielles hermétiquement isolées l'une de l'autre, et subit l'action d'un ressort de rappel qui repousse l'aimant permanent dans une première position extrême quand la membrane ne subit aucune pression de commande tandis que la chambre à aimant est isolée de la chambre de commande par une paroi de fermeture mince en une matière non magnétique. On obtient une disposition particulièrement avantageuse quand l'aimant permanent comporte un nombre pair de secteurs alternativement aimantés dans des sens opposés Ceci permet d'éviter une concentration des lignes de force magnétiques au voisinage du centre de l'armature et de choisir, par conséquent, une épaisseur moindre pour l'armature, de telle sorte que celle-ci atteigne relativement vite sa saturation sous l'action de l'aimant permanent. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, l'aimant per manent peut être fixé, de son côté opposé à l'armature d'aimant, à un plateau limiteur de cqurse qui dépasse extérieurement l'aimant permanent à sa périphérie par un rebord qui forme, avec un épaulement formé dans la chambre à aimant, une paire de butées qui détermine la seconde position extrême de l'aimant permanent. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite en se référant au~dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation de l'invention sous forme de soupape à membrane qui convient particulièrement à de petites sections d'écoulement - la figure 2 est une vue en coupe d'une seconde réalisation destinée à des sections d'écoulement moyennes ; et - la figure 3 est une vue en coupe d'une réalisation destinée à des sections d'écoulement pratiquement aussi grandes que souhai tées. la soupape 10, représentée sur la figure t, comporte un bo- tier il 9 trois compartiments 12, 13 et 14. Les trois compartiments de boiter 12 à -14 sont montés solidement l'un sur l'autre à l'aide de moyens appropriés, tels que des boulons de serrage par exemple. Le compartiment de bottier 14 comporte une tubulure d'entrée 15 destinée au raccordement à un tuyau ainsi qu'une tubulure de sortie 16 destinée elle aussi au raccordement à un tuyau. Entre la tubulure d'entrée 15 et la tubulure de sortie 16 est prévu un siège 17 de clapet, annulaire, entouré par une chambre d'admission 19 annulaire, laquelle communique directement avec la tubulure d'entrée 15. D'autre part, le siège de clapet entoure un passage coudé 19 qui débouche dans la tubulure de sortie 16. Le bord périphériaue d'une membrane 25 en forme de bourrelet 22, qui sert donc de joint d'étanchéité, est serré dans une gorge 21 ménagée dans la surface d'about entre le compartiment 13 du bottier et le compartiment 14. La partie centrale de cette membrane 23 est épaissie et sert, de ce fait, d'obturateur qui coopère avec le siège 17 de clapet. le coté de la membrane 23, qui est opposé au siège 17 de clapet, délimite, avec un alésage 25 intérieur au compartiment 13, une chambre de commande 24. Cette chambre de commande cqmmunique, d'une part, avec la tubulure d'entrée 15 de la soupape par un petit trou d'étranglement 26 de la membrane.D'autre part, la zone centrale de la membrane 23 comporte une ouverture pilote de traversée 27 dont une extrémité débouche directement dans le passage 19, tandis que son autre extrémité est fermée par un obturateur 28 quand la soupape occupe la position dans laquelle elle est représentée sur la figure 1. L'obturateur 28 a à peu près la forme d'un rivet qui est fixé dans une armature d'aimant en forme d'assiette en matériau magnétique doux. Le diamètre extérieur de l'armature 29 correspond à peu près au diamètre intérieur de l'alésage 25 et, par conséquent, à celui de la chambre de commande 24. Une extrémité d'un ressort de compression 31 appuie sur le fond d'une poche 30 formée dans l'armature 29 et son autre extrémité appuie sur la paroi de fermeture 32 de la chambre de commande 24 qui est opposée à la membrane 23. Cette paroi de fermeture 32 constitue en même temps le fond d'une autre chambre 33 formée dans le compartiment 13. la chambre 33, qui communique avec l'atmosphère ambiante par un orifice d'aération 34, est fermée par une seconde membrane 35 dont le bord périphérique lui aussi en forme de bourrelet 36 est logé dans une gorge circulaire 37 formée au bord supérieur du compartiment 13 et est serrée solidement par la surface d'about 38 du compartiment 12 ajustée par dessus. La membrane 35 est épaissie elle aussi dans sa partie centrale et porte, en son centre, un bouton 39 formé en saillie sur elle.Ce bouton 39 traverse un trou central 40 d'un plateau de support 41 en forme de godet qui est donc fixé à la membrane 35 par le bouton 39, par embottement. Un aimant permanent annulaire 42, aimanté suivant la direction axiale, est fixé dans le trou du plateau de support 41, par exemple par collage. Comme l'indiquent les lettres N et S, cette aimantation axiale de l'aimant annulaire 42 n'a pas partout le même sens suivant la périphérie. Au contraire, l'aimant annulaire 42 présente, au point de vue magnétique, un nombre pair de secteurs d'anneau, la direction de l'aimantation de chaque secteur étant axiale, comme on l'a déjà signalé, mais son sens étant opposé à celui de chaque secteur adjacent. Un ressort de compression 47 est disposé dans ltouverture de l'aimant permanent annulaire 42 et s'appuie, par une de ses extrémités, sur la paroi de fermeture 32 et repousse, par son autre extrémité, le plateau de support 41 et, par conséquent, la membrane 35 et l'aimant permanent 42 contre la partie Il du bottier. Cette partie il du bottier délimite, avec le caté de la membrane 35 qui est opposé à l'aimant permanent 42, une autre chambre 33', laquelle est reliée par une tubulure de raccordement 43 formée sur la partie il du bottier à un tuyau de pression 44 qui se termine, à son autre extrémité, dans la chambre d' un manipulateur pneumatique 45 à vessie 46 à membrane. Le fonctionnement de la soupape 10 représentée dans sa position de fermeture sur la figure 1 est le suivant : lorsqu'une pression est exercée sur la vessie à membrane 46 du manipulateur 45, il apparats dans le tuyau de pression 44 et, par suite, dans la chambre 33', une impulsion de pression qui s, exerce sur toute la surface de la membrane 35.De ce fait, celle-ci est repoussée, ainsi que le plateau de support 41 et l'aimant permanent 42, à ltencontre de l'action du ressort de compression 47, vers la paroi de fermeture 32 qui est faite en une matière non magnétique évidemment. il en résulte une augmentation importante de l'intensité du champ magnétique efficace au voisinage de 11 armature 29, de sorte que cette armature 29 est attirée contre la paroi de fermeture 32, la force due au ressort 31 étant alors surpassée dans le sens opposé. l'armature reste dans cette position tant que l'aimant permanent reste appliqué contre la paroi de fermeture 32, c'est-àdire tant que la différence entre les pressions des chambres 33' et 33 et la force d'attraction mutuelle de llaimant 42 et de l'armature 29 surmontent les forces de ressort.Lorsque l'armature 29 est soulevée, l'obturateur 28 de l'ouverture pilote 27 est soulevé lui aussi, c' est-à-dire que la chambre de commande 24 est reliée directement à la sortie par l'ouverture pilote 27. Ceci réduit brusquement, à cause de l'étranglement 26, la pression dans la chambre de commande 24 qui était égale auparavant à la pression à l'entrée 15, de sorte que la pression dans la chambre d'admission 18 dépasse la pression dans la chambre de commande 24 et que la membrane 23 est éloignée du siège de clapet 17. il en résulte que le clapet s'ouvre et reste ouvert tant que le ressort 31 n'exerce pas de pression sur la membrane 23, c'est-à-dire tant que l'armature 29 reste attirée. Il faut remarquer que la chute de pression entre l'entrée 15 et/ou la.chambre d'admission 18 et le passage 19 et/ou la sortie 16 est très faible quand la soupape est ouverte. Il en résulte que, même quand l'armature 29 et la membrane 23 sont soulevées, c'est-à-dire quand l'ouverture pilote 27 est refermée, la surpression exercée à partir de la chambre 24 sur le côté postérieur de la membrane 25 ne suffit pas pour ramener celle-ci dans la position de fermeture. Tout au plus, des impulsions de pression peuvent provoquer, dans la mesure où l'étranglement 26 les laisse passer, une levée de la membrane de son siège d'obturation pendant une courte durée et à une faible hauteur, ce qui produit cependant une compensation immédiate de la pression. Il ressort de ce qui précède que la soupape représentée, à commande indirecte, ne nécessite aucune source d'énergie pour le circuit de commande, si on fait abstraction de la pression à exercer sur le manipulateur 45 à action pneumatique. En outre, le champ magnétique produit par l'aimant permanent 42 agit principalement sur la surface annulaire périphérique de l'armature 29 et, à l'intérieur de celle-ci, les lignes de force magnétique se présentent pratiquement sous forme d'arcs de cercle concentriques à la périphérie de l'armature. il en résulte, non seulement un mouvement provoqué par des forces magnétiques mais encore, dans une certaine mesure, un guidage magnétique de l'armature 29. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, les éléments qui leur correspondent par leur fonction,à ceux de la réalisation selon la figure 1, sont désignés par les mimes références, de sorte que la description suivante peut se limiter aux différences essentielles. Puisque, ainsi qu'on l'a déjà signalé, la réalisation selon la figure 2 est dimensionnée pour des diamètres d'écoulement plus grands, le diamètre du siège de clapet 17 est lui aussi plus grand que dans le cas du mode d'exécution selon la figure 1. En conséquence, la zone centrale de la membrane 23 est emboîtée par dessus une plaque de raidissement qui raidit cette zone centrale de la membrane 23. La plaque de raidissement 48 a à peu près le même diamètre extérieur que l'armature 29, c'est-à-dire qu'elle peut monter et descendre en coulissant avec un faible jeu dans la chambre de commande 24. 'ouverture pilote 27 de la membrane 23 est prolongée par un passage 49 qui se termine dans une petite saillie 50 de la plaque de raidissement.Cette saillie 50 constitue le siège d'appui de l'obturateur 28 qui traverse, comme dans l'exemple précédent, un trou central de l'armature 29 à la manière d'un rivet. Dans cette réalisation, l'armature 29 est plate mais la paroi de fermeture 32 comporte une poche 51 qui sert, d'une part, à recevoir le ressort de compression 31 et, d'autre part, à guider le ressort de compression 47. Le plateau de support 41, en forme de godet dans l'exemple et qui présente un rebord périphérique 52, est fixé à la membrane 35 séparant les deux chambres 33 et 33' au moyen d'une goupille 53 enfoncée dans une partie centrale épaissie en forme de moyeu de la membrane 35. lorsqu'une impulsion de pression est appliquée au côté supérieur de la membrane 35, il se produit les mimes processus que ceux décrits en référence à la figure 1, à la différence que l'aimant permanent annulaire 42 n'atteint pas la position dans laquelle il serait appliqué directement contre la paroi de fermeture 32. Par contre, c'est le rebord périphérique 52 du plateau de support 41 qui parvient dans la position dans laquelle il repose sur un épaulement 57 formé dans la chambre 33. Dans la réalisation représentée sur la figure 3, les éléments ayant les mêmes fonctions que les éléments des réalisations selon les figures 1 et 2, sont désignés par les mêmes références. La différence essentielle est que, dans cette réalisation, ltétran- glement (orifices 26 des figures i et 2) ainsi que l'ouverture pilote 27 ou 49 ne se trouvent pas dans la membrane elle-même. Dans cette réalisation, la chambre de commande est divisée en deux chambres partielles 24' et 24n ; la chambre partielle 24' se trouve dans le compartiment 14 et la chambre partielle 24" se trouve essentiellement dans le compartiment 13. Ces deux chambres partielles sont reliées l'une à l'autre par un passage 56, 57 qui traverse le compartiment 14 et par un élément intermédiaire 55 disposé entre les compartiments t3 et 14. Dans le passage 56 débouche une ouverture 58 qui va s' élargissant et qui est fermée par un bouchon 59. Le bouchon 59 porte une pièce amovible interne qui comporte un élément central 61 entouré par un fourreau de filtrage 60.Dans l'élément central -61 est ménagé un passage 62 dans lequel débouche une ouverture étranglée 26 réglable par une vis de réglage 63 en ce qui concerne le débit qu'elle laisse passer. Cette ouverture étranglée 26 débouche aussi dans l'extrémité de l'ouverture 58 susmentionnée qui débouche dans le passage 56. Un passage 64, qui débouche directement dans la tubulure d'entrée 15, part latéralement de l'ouverture 58. L'ouverture pilote 27, 49 se trouve, comme représenté sur la figure 3, dans l'élément intermédiaire 55 et conduit à un autre passage 65, lequel débouche au-dessus de la chambre partielle 24' et conduit directement à la tubulure de sortie 16. Dans cette réalisation, la membrane 23, non traversable, est rappelée vers le siège 17 de clapet par un faible ressort de compression 66 qui appuie sur une assiette 67 fixée par vis à la partie centrale de la membrane 23. Le ressort de compression 66 est nécessaire parce que le ressort de compression 31, agissant sur 1' armature 29, ne peut pas agir sur la membrane 23 à cause de l'élément intermédiaire 55. La partie restante de la structure de la réalisation selon la figure 3 est en grande partie identique à la partie de structure correspondante de la réalisation selon la figure 2. Notamment, tous les éléments qui se trouvent dans les compartiments 12 et 13 ont les mêmes dimensions et sont du même type que les éléments correspondants de la réalisation selon la figure 2, de sorte que leur description n'est pas donnée ici. Dans toutes les réalisations, l'aimant permanent 42 peut, bien entendu, être déplacé entre ses deux positions extrêmes par un élément de commande susceptible d'être actionné mécaniquement, par exemple à la main. La télécommande, et en particulier la télécommande pneumatique, est cependant préférable parce que, grâce à celle, l'emplacement du point de commande est indépendant de l'emplacement de montage de la soupape. RE'TEN1)ICATI()NS 1. Soupape à servocommande, comportant un siège de clapet qui est disposé entre une entrée et une sortie et qui peut être obturé par un premier élément obturateur mobile dont le côté opposé au siège de clapet constitue une paroi d'une chambre de commande, laquelle est reliée, d'une part, à l'entrée par un étranglement et peut, d'autre part, autre mise en communication avec la sortie par un clapet pilote dont ltobturateur est fixé à une armature dtun aimant, est rappelé vers la position de fermeture par un ressort et peut être écarté du siège du clapet pilote par un aimant permanent susceptible d'être déplacé dans une chambre à aimant à l'encontre de l'action du ressort, caractérisée en ce que l'aimant permanent (42) aimanté dans la direction axiale, de forme annulaire ou en forme de disque, coopère avec une membrane (35) dont un côté peut être soumis à une pression pneumatique ou hydraulique et qui divise la chambre à aimant (33, 33') en deux chambres partielles (33 et 33') hermétiquement isolées l'une de l'autre, et subit l'action d'un ressort de rappel (47) qui repousse l'aimant permanent (42) dans une première position extrême quand la membrane (35) ne subit aucune pression de commande, tandis que la chambre à aimant (33, 33') est isolée de la chambre de commande (24, 24") par une paroi de fermeture mince (32) en une matière non magnétique. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aimant permanent (42) comporte un nombre pair de secteurs (N, S) présentant alternativement des aimantations de sens opposés. 3. Soupape selon la revendication i ou 2, à aimant permanent annulaire, caractérisée en ce que l'aimant permanent (42) est fixé, sur son coté opposé à l'armature d'aimant (29), par un rebord (52) d'un plateau limiteur de course (41) qui dépasse extérieurement l'aimant permanent (42) à sa périphérie, le rebord (52) formant, avec un épaulement (54) ménagé dans la chambre à aimant (33-, 33t), une paire de butées qui détermine la seconde position extrême de l'aimant permanent (42). 4. Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'aimant permanent (42) est fixé avec le plateau limiteur de course (41) à la partie centrale de la membrane (35).