Brevet FR2309748A1 — publié le 19761126

L'invention concerne un mécanisme de manoeuvre, en translation, d'un organe au moyen d'énergie électrique. On sait que la plupart des machines et installations industriels comprennent des appareils : vérin, vanne , etc... , de nature et de destination variables, ayant un organe mobile , déplacé en translation au moyen d'énergie électrique ou pneumatique ou hydraulique. Sont ainsi connus, les vérins à commande électrique du type comprenant un moteur électrique et un dispositif méoeanique de transformation du mouvement de rotation de ce moteur en un mouvement de translation de la tige de ce vérin. Sont également connes. les électrovannes du type comprenant une bobine électrique et un noyau plongeur relié mécaniquement au clapet de cdte électrovanne. Cependant, les appareils qui viennent d'fre décrits présentent des inconvénients parmi lesquels on peut citer le niveau élevé de leur consommation en électricité, notamment pour les électrovannes, et la faiblesse de leur rendement, notamment pour lesvérins. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et, à cet effet, elle propose un mécanisme de manoeuvre , en translation, d'un organe mobile : tige , clapet , etc.. , d'un appareil : vérin , électrovanne, etc.., ayant un corps fixe , au moyen d'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend,d'une part,une enceinte close, déformable, à volume variable, reliée mécaniquement au corps fixe et à l'organe mobile, contenant un fluide dont la pression est fonction de la température , et, d'autre part, un organe à température variable, commandé électriquement et relié thermiquement au fluide contenu dans l'enceinte. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suivra en référence ausdessins annexés-dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en coupe par un plan axial illustrant le mécanisme de manoeuvre suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe par un plan axial d'un vérin à commande électrique comprenant le mécanisme de manoeuvre suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe par un plan axial d'une éléctrovanne comprenant le mécanisme de manoeuvre suivant l'invention. Sur la figure 1, est représenté schématiquement un mécanisme de manoeuvre, en translation le long d'un axe 1, d'un organe mobile 2 appartenant à un appareil comportant un corps fixe 3, au moyen d'énergie électrique provenant d'une source d'énergie 4. Ce mécanisme comprend,d'une part, une enceinte 5, close' déformable, à volume variable, reliée mécaniquement à l'organe mobile 2 et au corps fixe 3 et remplie d'un fluide dont la pression est fonction de la température et, d'autre part, un organe 6 à température variable, commandé électriquement à partir de la source d'énergie 4 et relié thermiquement au fluide contenu dans l'enceinte 5. L'appareil pourvu du mécanisme de manoeuvre suivant l'invention peut se présenter sous des formes très diverses telles qu'un vérin, une électrovanne , etc.., comme on le verra ultérieurement. L'organe mobile 2 prend alors la forme de la tige du vérin, du clapet de l'électrovanne, etc.. L'enceinte 5 se présente préférentiellement sous forme d'un soufflet déployée dont les extrémités sont respectivement fixées à l'organe mobile 2 et au corps fixe 3. Le fluide remplissant cette enceinte est, par exemple, un gaz à l'état de vapeur saturante dont on sait que la pression est une fonction croissante de la température. L'organe 6 est constitué, dans une forme d'exécution préférentielle, par une résistance électrique chauffante située dans l'enceinte 5 et reliée électriquement à la source d'énergie 4. On conçoit cependant que cet organepuisse se présenter sous d'autres formes d'exécution ou être situé à l'extérieur de enceinte 5 Le fonctionnement du mécanisme de manoeuvre suivant l'invention est le suivant : le passage du courant dans la résistance chauffante provoque l'élévation de la température de cette dernière, par effet Joule.Cette résistance chauffante étant reliée thermiquement au fluide contenu dans l'enceinte 5, élève la température de ce dernier, Il s' ensuit, par npplication des lois physiques bien connues, une augmentation de la pression du fluide dans l'enceinte 5 provoquant une mouvement de translation de l'organe mobile 2 dans le sens de la flèche 7 opposée au corps fixe 3. En cas d'arrêt du passage du courant dans la résistance chauffante, la température du fluide contenu dans l'enceinte 5 diminue petit à petit du fait des déperditions calorifiques. Il s'ensuit u retour progressif de l'organe mobile 2 à sa position initiale.Toutefois, on prévoit de préférence, un organe élastique sollicitant, en permanence ou non, l'organe mobile 2 vers sa position initiale, Selon une première variante possible du mécanisme décrit, il est prévu un dispositif permettant un retour rapide de l'organe mobile 2 à sa position initiale. Ce dispositif fonctionne par déperdition forc ée ou est conçu de la même façon :que le mécanisme décrit précédemment à savoir une enceinte te à volume variable et un organe à température variable relié thermiquement à l'enceinte. Selon une deuxième variante possible, il est prévu un dispositif de verrouillage de l'organe mobile dans ------------------------------- sa position initiale et/ou dans sa position finale. Ce dernier cas est en effet particulièrement avantageux puisqu'il permet de ne devoir fournir que la que tité d'énergie suffisante au passage de la position initiale à la position finale. On décrira ci-après des exemples d'applications du mécanisme de manoeuvre suivant l'invention, le premier dans le cas d'un vérin, le second dans le cas d'une électrovanne. Le vérin 8 représenté sur la figure 2 comprend une tige mobile 20 et un corps fixe 30 comprenant deux flasques circulaires d'extrémités 31, 32, une chemise cylindrique 33 reliant les deux flasques, et une pièce centrale de forme générale cylindrique 34. Le flasque 31 est percé, dans sa partie centrale, d'un trou traversé par la tige 20. Une pièce d'entrainement 21, de forme générale circulaire, est fixée à l'extrémité de la tige située dans le corps fixe 30. Une pièce-guide 22 en forme générale de manchon cylindrique est fixée à la pièce d'entraînement et/ 21 coulisse axialement autour de la pièce centrale 34. Un ressort 23 prend appui, d'une part sur la pièce-guide 22 et, d'autre part, sur un épaulent 35 de la pièce centrale 34 et sollicite, en permanence, la tige 20 vers l'intérieur du corps fixe 30 (vers la gauche, sur la figure 2). Un épaulement 24 de la pièce-guide 22 coopérant avec l'épaulement 35 de la pièce centrale 34 permet de limiter la course de la tige 20 vers l'extérieur du corps fixe 30. Un soufflet 50 entourant la pièce centrale 34 et la pièce-guide 22 est fixé de manière étanche d'une part à la pièce d'entrafliement 21et, d'autre part, au flasque fixe d'extrémité 32. Ce soufflet est susceptible d'entre déployé dans le sens de l'axe 10 de la tige 20. Il determine une première cavité 51, déformable, à volume variable, de forme générale cylindrique annulaire, déterminée par la pièce-guide 22, la pièce centrale 34 et le soufflet 50. Cette première cavité est en communication permanente avec une cavité 52 déformable, à volume variable, limitée par la pièce d'entramement 21 d'une part et la pièce centrale 34 au niveau de son épaulement 35, d'autre part. Un conduit 53 débouchant à l'une de ses extrémités dans la seconde cavité 52 et, à son autre extrémité, à l'estSrieur de la tige 20 permet de remplir de fluide l'ensemble des deux cavités 51, 52 qui constituent une enceinte close, déforma- ble et à volume variable. Le vérin comprend également une résistance électrique chauffante 60 enroulée en hélice sur un manchon support 61 entourant la pièce centrale 34 et la pièce-guide 22. Cette résistance est reliée au moyen de fils conducteurs 62 à une prise de courant 63 située à l'extérieur du corps fixe 30. Une fois lesdifférentes pièces du vérin qui vient d'être décrit assemblées, l'enceinte constituée par l'ensemble des deux cavités 51, 52 est remplie d'un fluide approprié tel que toute variation de sa température provoque une variation importante de sa pression. En particulier, on remplit cette enceinte de C5 H12 ou de N2 04dont la tension de vapeur absolue est quintuplée entre 20"C et 600C. On décrira maintenant le fonctionnement du vérin suivant l'invention à partir de sa position initiale rétractée représentée à la figure 2. La prise de courant 63 étant reliée à une source d'énergie électrique, le courant électrique traverse le résistance chauffante 60 ce qui provoque l'élévation de température de cette dernière donc celle du fluide contenu dans l'enceinte déterminée par les deux cavités 51, 52. Les caractéristiques physiques de ce fluide sont telles que sa pression varie fortement. Il s'ensuit que la tige du vérin 20 est sollicitée dans le sens de la flèche 70 (à droite de la figure 2) avec une force proportionnelle à cet accroissement de la pression. Le mouvement de la tige 20 entraxe le glissement de la pièceguide 22 dans le sens de la flèche 70 donc la compression du ressort 23. Le vérin étant dans sa position déployée, l'arrêt du passage du courant dans la résistance chauffante 60 provoque une diminution de la témpérature du fluide contenu dans l'eneeinte déterminée par les deux cavités 51, 52 donc le retour progressif de la tige 20 à sa position initiale, sous l'effet du ressort 23. Il est clair que le vérin qui vient d'être décrit peut faire l'ob- jet de nombreuses variantes et perfectionnements qui restent tout-àfait dans l'esprit de l'invention et qui concernent, en particulier, les dispositifs mécaniques de guidage, de rappel, etc... Comme indiqué précédemment, il peut être prévu, selon une première variante un dispositif-non représenté- agissant sur la tige 20 pour provoquer sa rétraction rapide. Selon une deuxième variante possible, un organe mécanique de verrouillage automatique maintient le vérin en position déployée ce qui per met dSéviter de devoir fournir l'énergie nécessaire à ce maintient. On décrira maintenant, en se référant à la figure 3, une électro vanne 9, pourvue du mécanisme de manoeuvre suivant l'invention et compren nent de nombrèusesnièces semblables à celles mentionnées pre- cédemment que l'on évitera donc de décrire en détail une seconde fois. L'électrovanne comprend un clapet 200 mobile à coulissement le long de son axe 100 dans un corps 300 ayant un orifice d'entrée 301 d'axe général transversal situé sur le côté du clapet 200 et un orifice de sortie 302 d'axe 100 situé en regard du clapet 200. La tige 201 de clapet coulisse dans le trou central d'axe 100 d'une pièce centrale 310 appartenant au corps fixe 300. L'extrémité libre de la tige de clapet 201 est reliée mécaniquement à une pièce d'entraihement210 au moyen d'une goupille 202. Un ressort de compression 230 sollicitant le clapet 200 dans le sens de sa fermeture, est en appui d'une part sur un épaulement de la pièce centrale 310 et, d'autre part, sur une collerette de la tige de clapet 201. Un organe d'étanchéité déployable 203 tel qu'un soufflet notamment, est fixé avec étanchéité d'une part au clapet et, d'autre part, à la pièce centrale 310. Un renflement 204 de la tige de clapet 201 coopérant avec l'épaulement de la pièce centrale 310 où est accroché l'organe d'étanchéité 203, permet de limiter la course du clapet à l'ouverture. Un soufflet 500 est fixé de manière étanche d'une part à la pièce d'entrainement 210 et, d'autre part, à la pièce centrale 310. L'espace compris entre le soufflet 500, la pièce d'entratnement 210, la tige de clapet 201 et la pièce centrale 310 constitue une enceinte 501 close, déformable, à volume variable. Un joint 205 de même fonction avec le soufflet 207 et pouvant etre substitué à lui assure l'étanchéité entre la tige de clapet 201 et la pièce centrale 310. Une résistance électrique chauffante 600 enroulée en hélice autour d'un manchon support 610 est logée dans l'enceinte 501. Elle est reliée électriquement au moyen de fils conducteurs 620 à une prise de courait électrique 630 située à l'extérieur de l'électrovanne.L'enceinte 501 est en communication permanente avec un conduit 530 permettant le remplissage de cette enceinte avec un fluide adapté dont la pression varie fortement en fonction de la température. Ce fluide est notamment du dioxyde d'azote ou du pentane à l'état de vapeur saturante. Après montage des différentes pièces constituant l'électrovanne ;- l'enceinte 501 est remplie de fluide au moyen du conduit 530 ultérieurement fermé hermétiquement. Le fonctionnement de l'électrovanne suivant l'invention à partir de sa position initiale fermée représentée sur la figure 3 est le suivant : la prise de courant 630 étant reliée léectriquement à une source de courant, celui-ci traverse la résistance électrique chauffante 600 provoquant l'élévation de la température du fluide donc une élévation-corres- pondante de sa pression. I1 s'ensuit que la pièce d'entraInement 210 est sou. mise à une force proportionnelle à cet accrissement de pression, dirigée dans le sens de la flèche 700 opposée au siège de clapet et à l'orifice de sortie 302. Le clapet 200 quitte son siège et la vanne est alors owerte. Le ressort 230 est comprimé tant que le clapet 200 est ouvert et sollicite ce dernier dans le sens de sa fermeture qui se produit une fois que le courant cesse de traverser la résistance électrique chauffante 600. Bien entendu, il est facultativement prévu un organe mécanique de verrouillage du clapet en position ouverte et/ou un organe provoquant un retour rapide du clapet vers son siège. Naturellement, comme dans le cas du vérin, les différentes pièces mécaniques faisant partie de l'électrovanne peuvent faire 1' objet de nombreuses variantes et perfectionnements qui restent tout-à-fait dans l'es- prit de l'invention. REVENDICAT IONS 1. Mécanisme de manoeuvre, en translation, d'un organe mobile : tige, clapet, etc... , d'un appareil ; vérin, électrovanne, etc. . . ayant un corps fixe, au moyen d'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend d'une part une enceinte close, déformable, à volume variable, reliée mécaniquene nt au corps fixe à l'organe mobile, contenant un fluide dont la pression est fonction de sa température, et, d'autre part, un organe à température variable, commandé électriquement, et relié thermiquement au fluide contenu dans l'enceinte. 2. Macanisme de manoeuvre suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe à température variable est une résistance élecw trique chauffante. 3. Mécanisme de manoeuvre suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la résistance électrique chalf- fante est logée à l'intérieur de l'enceinte close, déformable et à volume variable. 4. Mécanisme de manoeuvre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le fluide contenu dans l'enceinte te close, déformable et à volume variable est un gaz à l'état de vapeur saturante. 5. Mécanisme de manoeuvre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe élastique de rappel de l'organe mobile vers sa position d'équilibre correspondant à l'absence du passage électrique dans la résistance chauffante. 6. Mécanisme de manoeuvre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif mécanique de verrouillage automatique de l'organe mobile dans sa position extre- me opposée à sa position originelle de repos. 7. Mécanisme de manoeuvre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif agissant sur l'organe mobile et provoquant son retour rapide dans sa position originelle de repos.