Brevet FR2314414A1 — publié le 19770107

La présente invention a pour objet un distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques. De manière connue, ce distributeur comprend d'une part un corps fixe creux formant cylindre, ou "chemise", pourvu d'orifices transversaux d'admission ou d'évacuation du fluide gazeux sous pression, en l'occurrence de l'air comprimé, et, d'autre part, mobile vers l'avant ou vers l'arrière par coulissement longitudinal à l'intérieur de ce corps, un "tiroir" à gorges annulaires successives séparées, l'une de la suivante, et limitées longitudinalement par desportées annulaires, radialement protubérantes, de ce tiroir qui est mû en va-et-vient par une tige de manoeuvre.Ces portées délimitent avec ces gorges plusieurs chambres d'admission mobiles par l'intermédiaire desquelles le fluide gazeux sous pression arrivant par les orifices d'admission peut être orienté alternativement et selon la position donnée au tiroir, tantôt vers un premier jeu, tantôt vers un second jeu d'orifices d'évacuation de ce fluide. On réalise ainsi la fonction distributrice binaire utilisée dans les circuits logiques pneumatiques. Pour cette application particulière aux circuits logiques pneumatiques, un tel distributeur doit toutefois répondre à cértaines exigences bien spécifiques qui n'ont pas jusqu'ici été satisfaites simultanément dans les distributeurs connus mais auxquelles répond par contre le distributeur selon l'invention. Le tiroir doit pouvoir être manoeuvré avec un temps de réponse aussi court que possible. Eu égard à la viscosité très faible du fluide gazeux utilisé, l'étanchéité entre chambres doit être assurée de manière rigoureuse et fiable, même lors des déplacements du tiroir. On a donc eu l'idée d'utiliser des tiroirs légers dont les portées annulaires étaient garnies de bagues périphériques d'étanchéité en caoutchouc qui se détérioraient cependant après dix millions de manoeuvres du tiroir, circonstance rendant rédhibitoire l'emploi de tels tiroirs dans les distributeurs à cadence de manoeuvre élevée utilisés dans les circuits logiques pneumatiques. Se passant alors de telles bagues, on a cherché à assurer l'étanchéité requise par un ajustage étroit des portées du tiroir dans la chemise en limitant leur jeu radial à quelques microns (contaet métal sur métal). Cette solution posait d'emblée le problème du frottement des portées sur la chemise, frottement qui s'oppose aux cadences de manoeuvre élevées requises ou ne les autorise qu'au prix d'un échauffement inadmissible et doit donc être considérablement réduit sinon complètement éliminé. Les meilleurs résultats ont jusqu'ici été obtenus avec un tiroir et une chemise en acier traité. Du fait cependant de l'inertie notable de l'acier traité, la cadence de fonctionnement du tiroir se trouve dans ce cas limitée à une centaine de manoeuvres par minute , sous réserve d'ailleurs d'une lubrification humide permanente des pièces (graissage) qui constitue une servitude peu compatible avec les exigences de fiabilité requises pour un distributeur utilisé comme élément d'un circuit logique pneumatique. Le nickelage du tiroir, s'avérant particulièrement malaisé,n'a pu être valablement retenu. Par ailleurs on a dû également renoncer à l'utilisation d'alliages légers (à base d'aluminium) non traités à cause de leur forte propension au grippage. Le déposant s'est donc orienté vers une solution autolubrifiante à base d'alliages légers d'aluminium traités. Ses recherches et de nombreux essais l'ont conduit à associer, avec un succès inattendu, un tiroir en alliage léger d'aluminium traité en surface par dépôt galvanique d'une couche d'alliage cuivreindium suivi d'un traitement thermique de diffusion, selon le procédé décrit dans la demande de brevet en France publiée le 11 avril 1975 sous le NO 2.244.016, à une chemise en alliage léger d'aluminium dont la surface interne a-préalablement subi une oxydation anodique dure. Cette association, antigrippante et anti -thermique a, selon l'invention, permis de réaliser un distributeur de fluide gazeux dont le tiroir, en l'absence de tout graissage, peut, dans des conditions tout à fait satisfaisantes de frottement et de température, être manoeuvré jusqu'à la cadence de 600 (six-cents) déplacements par minute et, sans usure notable, pendant 100 (cent) millions de manoeuvres. Le distributeur de fluide gazeux sous pression selon l'invention est ainsi caractérisé par le fait qu'en l'absence de tout graissage et sans bague d'étanchéité , lesdites portées annulaires, au diamètre extérieur du tiroir, frottent directement, métal-sur-métal, contre la surface interne de la chemise, guidées par celle-ci lors du déplacement de ce tiroir, et par le fait d'une part que la chemise étant réalisée dans un alliage léger d'aluminium, au moins sa surface interne est constituée d'une couche d'alumine d'une dureté supérieure à 550 Vickers obtenue par oxydation anodique dure de ladite chemise, et d'autre part, que le tiroir étant également réalisé dans un alliage léger d'aluminium, au moins la surface extérieure desdites portées, maintenue au contact et frottant contre la surface interne de la chemise, est traitée par dépôt d'une couche d'alliage cuivre-indium suivi d'un traitement thermique de diffusion, ce dépôt s 'effectuant par voie galvanique dans un bain contenant en solution aqueuse alcaline des ions cuivre monovalents, des ions indium trivalents, un hydroxyde alcalin, un cyanure alcalin1 un gluconate alcalin, de l'acide gluconique et de l'acide oxalique, et ledit traitement thermique de diffusion s'effectuant à une température comprise entre 1200C et 155 C. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement en se référant à la description suivante et au dessin annexé dont l'unique figure représente, ouvert et longitudinalement, un distributeur de fluide gazeux sous pression, selon la forme préférée de réalisation de cette invention citée à titre d'exemple non-limitatif. Le distributeur de fluide gazeux sous pression 1 comprend d'une part un corps fixe creux formant cylindre ou "chemise" 2 et,d'autre part1 coulissant à l'intérieur de cette chemise 2, un tiroir de révolution 3 dans l'une des deux extrémités duquel est sertie une tige de manoeuvre longitudinale 9. Dans cette forme de réalisation, la chemise 2 est percée radialement : d'une paire d'orifices centraux 30 et 31 d'admission d'air sous pression, de deux paires ou jeux d'orifices intermédiaires 28 et 29 ; 32 et 33 d'évacuation de cet air sous pression alternativement, par le premier jeu, vers un premier circuit logique pneumatique et, par le second jeu, vers un second circuit logique pneumatique, circuits logiques qui n'apparaissent pas au dessin, enfin de deux paires orifices extrêmes 26 et 27 ; 34 et 35, par exemple mis en relation avec l'atmosphère ambiante, les deux orifices de chacune de ces paires étant opposés diamétralement sur la chemise 2. Cette chemise-2 est destinée à être fixée à l'intérieur d'un logement cylindrique non représenté dans lequel cette chemise est maintenue radialement par des portées annulaires externes 14,15,16,17,18 et 19 pourvues de bagues élastiques d'étanchéité 20, 21, 22, 23, 24 et 25 respectivement grâce auxquelles lesdites paires d'orifices sont séparées, l'une de la suivante, de manière étanche, et mises en communication avec une série de conduits, non représentés, aboutissant dans ledit logement cylindrique, chacun entre deux, successives, desdites portées annulaires externes. Dans l'exemple considéré, les paires d'orifices d'une part et les portées annulaires extérieures d'autre part sont réparties de manière équidistante le long de la chemise 2. Le tiroir 3 est constitué d'un mandrin massif, de révolution, creusé radialement de deux gorges annulaires 7 et 8, d'égale largeur, séparées par une portée annulaire protubérante 5, formant cloison et limitées extérieurement par des portées annulaires d'extrémité 4 et 6, scindées par des gorges étroites 12, respectivement 13. Selon une première caractéristique de l'invention, la chemise 2 ainsi que le tiroir 3 sont réalisés en alliages léger d'aluminium et les portées annulaires 4,5 et 6, au diamètre extérieur du tiroir et dépourvues de bagues d'étanchéité, frottent directement, métalsur-métal, en l'absence de tout graissage, contre la surface interne 10 de la chemise 2, guidées par celle-ci lors du déplacement de ce tiroir 3 dans le sens de la flèche 11 ou en sens contraire (vaet-vient). Les gorges annulaires 7 et 8 délimitent avec ces portées annulaires 4,5 et 6, deux chambres d'admission mobiles de même largeur, ceintes par la surface interne 10 de la chemise 2. Dans la position occupée au dessin par le piston 3, les orifices d'admission d'air comprimé 30 et 31 sont, par l'intermédiaire de la deuxième chambre formée par la gorge annulaire 8, mis en communication avec les orifices d'évacuation 32 et 33, tandis que les orifices d'évacuation 28 et 29 sont , par 1intermédiaire de la première chambre formée par la gorge annulaire 7, mis en communication avec les orifices 26 et 27.En fin de course, dans le sens de la flèche 11, du piston 3, les orifices d'admission d'air comprimé 30 et 31 sont, par l'intermédiaire de la première chambre, mis en communication avec les orifices d'évacuation 28 et 29, tandis que les orifices d'évacuation 32 et 33 sont, par l'intermédiaire de la dexième chambre, mis en communication avec les orifices 34 et 35. L'étanchéité des deux chambres est assurée, en l'absence de toute bague d'étanchéité, par un ajustage rigoureux du tiroir 3 dans la chemise 2, le jeu radial des portées annulaires 4,5 et 6 dans la chemise 2 n'excèdant pas cinq microns, grâce à un usinage précis. En dépit de cet ajustage rigoureux, le frottement des portées annulaires du tiroir 3 sur la surface interne 10 de la chemise 2 et les effets de ce frottement sont considérablement limités et permettent ainsi d'atteindre la cadence (600 manoeuvres par minute) et la durée de fonctionnement (100 millions de manoeuvres) déjà citées, simultanément grâce aux traitements spéciaux subis d'une part par la surface interne 10 de la chemise 2 et, d'autre part, par le tiroir 3. les caractéristiques tout à fait exceptionnelles du distributeur selon l'invention résultent essentiellement et de manière inattendue de la mise en oeuvre simultanée de deux procédés, individuellement connus, le premier pour le traitement de la surface interne 10 de la chemise 2, ressortissant au domaine public, le second pour le traitement du tiroir 3, faisant l'objet de la demande de brevet publiée citée dans l'introduction et dont la présente demande dépend donc partiellement. Ces procédés vont maintenant être rappelés. l.Chemise 2 : La surface interne 10 de la chemise 2 en alliage léger d'aluminium subit une oxydation anodique dure, bien connue de l'art antérieur, par laquelle elle acquiert une très grande dureté superficielle, supérieure à 550 Vickers, et se trouve ainsi protégée efficacement, d'ou' la longévité exceptionnelle du distributeur, contre l'abrasion, en l'occurrence celle résultant du frottement sur cette surface 10 des portées annulaires 4,5 et 6 du tiroir 3. Cette oxydation anodique dure peut être mise en oeuvre par utilisation d'électrolytes classiques ou spéciaux ; on peut notamment faire appel au procédé à basse température dit "procédé sulfurique".Elle se traduit par la formation, dans la surface 10 de la chemise 2, d'une couche d'alumine dure d'une épaisseur d'environ 35 microns constituant en outre un excellent isolant thermique. 2.Tiroir 3 : La surface totale ou au moins la surface extérieure des portées 4,5 et 6 du tiroir 3 qui sont destinées à frotter contre la surface 10 de la chemise 2, sont traitées par dépôt d'une couche d'alliage cuivre-indium, par voie galvanique dans un bain contenant en solution aqueuse alcaline des ions cuivre monovalents, des ions indium trivalents, un hydroxyde alcalin, un cyanure alcalin, un gluconate alcalin, de l'acide gluconique et de l'acide oxalique. Ce dépôt effectué, le tiroir 3 èst soumis à un traitement thermique de diffusion à une température comprise entre 1200C et 1550C, pendant 4 heures environ, selon le mode opératoire décrit à la page 5 de la demande de brevet publiée susmentionnée.La couche ainsi formée atteint une épaisseur de 25 microns et présente un coefficient de frottement très réduit, de 0,03 environ,et une dureté de 300 à 450 HV 15. L'alliage léger d'aluminium utilisé pour la fabrication du tiroir 3 peut être l'alliage AU4G (état T4) comprenant 94, 5% d'aluminium, 3,8% de cuivre, 1,5% de magnésium; tandis que l'alliage "antagoniste" utilisé pour la fabrication de la chemise 2 peut par exemple être choisi parmi les alliages corroyés suivants : A9,A5, A-G3,A-G5,A-SG,A-GS,A-Z4G,A-Z5GU,A-Z8GU ou parmi les alliages de fonderie suivants : A-S4G, A-S7G, A-SlOG, A-S13, A-S12UN1 A-S17, A-Z5G, A-G3T, A-G6. Enfin, la forme préférée de réalisation décrite et représentée au dessin n'ayant été citée qu'à titre d'exemple non-limitatif, l'homme de l'art pourra y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il jugera utiles ou en remplacer tout ou partie des éléments constitutifs par des équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques, comprenant d'une part un corps fixe creux formant cylindre ou "chemise", pourvu d'orifices transversaux d'admissionou d'évacuation de ce fluide, et d'autre part, mobile et entraîné coulissant longitudinalement dans cette chemise par une tige de manoeuvre, un tiroir, creusé radialement de plusieurs gorges annulaires séparées,l'une de la suivante,et limitées longitudinalement par des portées annulaires, radialement protubérantes, de ce tiroir, qui, avec lesdites gorges, délimitent plusieurs chambres d'admission mobiles par l'intermédiaire desquelles le fluide gazeux arrivant par les orifices d'admission peut, selon la position du tiroir, être orienté alternativement tantôt vers un. premier jeu, tantôt vers un second jeu d'orifices d'évacuation de ce fluide ; caractérisé par le fait qu'en l'absence de tout graissage et de bague d'étanchéité , lesdites portées annulaires, au diamètre extérieur du tiroir, frottent directement, métal-sur-métal, contre la surface interne dé la chemise, guidées par celle-ci lors du déplacement de ce tiroir, et par le fait d'une part que la chemise étant réalisée dans un alliage léger d'aluminium, au moins sa surface interne est constituée d'une couche d'alumine d'une dureté supérieure à 550 Vickers obtenue par oxydation anodique dure de ladite chemise, et d'autre part, que le tiroir étant également réalisé dans un alliage léger d'aluminium, au moins la surface extérieure desdites portées, maintenues au contact et frottant contre la surface interne de la chemise, est traitée par dépôt d'une couche d'alliage cuivre-indium suivi d'un traitement thermique de diffusion, ce dépôt s'effectuant par voie galvanique dans un bain contenant en solution aqueuse alcaline des ions cuivre monovalents, des ions indium trivalents, un hydroxy de alcalin, un cyanure alcalin, un - gluconate alcalin, de l'acide gluconique et de l'acide oxalique, et ledit traitement thermique de diffusion s'effectuant à une température comprise entre 12O0C et 1550C. 2. Distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tiroir (3) est creusé de deux gorges annulaires identiques (7,8) séparées par une portée annulaire (5) et limitées par deux portées d'extrémités (4,6). 3. Distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdits orifices d'admission et d'évacua tion du fluide sont répartis régulièrement en au moins trois paires (30,31;28,29;32,33) d'orifices diamétralement opposés, la première, centrale (30,31), d'admission dudit fluide gazeux sous pression, la seconde (28,29) et la troisième (32,33), d'évacuationdufluideetdis posées de part et d'autre de la première (30,31) et, selon la position du tiroir, mises, l'une (28,29), ou l'autre (32,33), en communication avec les orifices d'admission (30,31) de la première paire. 4. Distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la chemise (2) est percée en outre de deux paires d'orifices d'extrémités (26,27;34,35), par exemple mis en relation avec l'atmosphère ambiante, qui, selon la position du tiroir 3, sont ou non, mises en communication, chacune avec l'une, associée, des deux paires d'orifices d'évacuation (28,29;32,33). 5. Distributeur de fluide gazeux sous pression, notamment pour circuits logiques pneumatiques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tiroir (3) est réalisé en alliage léger d'aluminium AU4G (état T4) comprenant 94,5% d'aluminium, 3,8% de cuivre, 1,5% de magnésium et que la chemise (2) est réalisée dans un alliage léger d'aluminium choisi parmi les alliages corroyés suivants : A9, A5, A-G3, A-G5, A-SG, A-GS, A-Z4G, A-Z5GU, A-Z8Gg ou parmi les alliages de fonderie suivants : A-S4G, A-S7G, A-S1OG, A-S13, A-S12UN, A-S17, A-Z5G, A-G3T, A-G6.