Brevet FR2302471A1 — publié le 19760924

La présente invention se rapporte a une soupape magnétique, comprenant une douille dotée d'un aimant et guidant la tige de soupape, et un corps de soupape contenant un conduit d'admission et un conduit de sortie, corps de soupape dans lequel est percée, coaxialement à la tige de soupape, une cavité qui contient le siège de soupape,décrivant une surface annulaire, siège sur lequel s'applique la tête ou le plateau de soupape disposé à l'extrémité de la tige de soupape, tête ou plateau qui est équipé d'un joint -élastique, Des soupapes magnétiques de cette nature sont utilisées généralement pour des écoulements de liquide ou de gaz qui doivent être contrôlés rapidement et avec une précision relativement grande, et dans les formes de réalisation connues jusqu'a présent, elles doivent être adaptées avec éxactitude aux conditions imposées dans chaque cas. C'est ainsi que l'alésage du passage de soupape, à savoir le diamètre intérieur de la surface annulaire du siège de soupape, doit être foré au 1/10 rnm près, pour que soient assurées les conditions d'écoulement désirées.Au surplus, la largeur de la surfàce annulaire proprement dite doit, elle aussi, présenter une valeur délimitée dans des tolérances étroites ; si la surface annulaire est trop large, d'une part la pression d'ap- plication spécifique devient trop basse, ce qui exige la présence d'un ressort d'application plus puissant, et d'autre part il est également nécessaire de faire appei à un aimant plus puissant, pour compenser la force du ressort plus puissant et pour compenser la contre-pression absente, ce qui à son tour est fonction de la pression régnant dans le système.En revanche, si la surface annulaire est trop étroite, il y a le risque qu'elle entaille le joint du plateau de soupape et détruise ce dernier, ou tout au moins porte préjudice à.l'étanchéité. Pour cette raison, dans les formés d'éxécution connues jusqu'ici, il n'est pas possible d'élargir ensuite l'alésage du passage de soupape, mais il est nécessaire de fabriquer et de maintenir en stock un grand nombre d'unités différant entre elles dans des gradations étroites. En outre, il y a également lieu de prévoir des longueurs de course différentes de la tige ou de la tête de soupape, longueurs qui soient adaptées à chaque diamètre d'alésage, pour que d'une part on ne soit pas confronté à des courses de longeur exagérément grandes et pour que d'autre part il ne puisse se produire des étranglements en amont du passage de soupape. La présente invention a pour objectif le développement d'une soupape magnétique de la nature décrite plus haut qui comporte un corps unitaire apte à admettre une large gamme d'ouvertures de passage, corps unitaire qui avec une faible dépense puisse être adapté, sensiblement sans gradation, à tout diamètre de passage désiré. Conformément à l'invention, ce résultat est atteint par le fait que la base de la cavité et la face inférieure du joint sont conçues de manière telle que leur distance l'une à l'autre augmente, depuis leur axe jusqu'à l'extérieur, sensiblement de la moitié de la distance de leurs axes. Ce résultat peut être atteint d'une part par le fait que la base de la cavité est plane et que la surface inférieure du joint a la forme d'un cône, dont la base a sensiblement une valeur quadruple de la hauteur. Par tailleurs, le même effet peut être atteint si la surface inférieure du joint est plane et si face supérieure de la base de la cavité a la forme d'un cône de même nature. A cet effet il est utile que l'arête voisine de l'alésage du passage de soupape soit rectifiée en une surface annulaire plane. Le dessin annexé représente deux formes de réalisation de l'objet de l'invention, qui seront décrites ci-dessous plus en détail. La Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une première forme de réalisation avec un alésage minimal et en position d'ouverture. La Fig. 2 est une vue en coupe correspondant à celle de la Fig. 1, mais avec un alésage maximal et en position de fermeture. La Fig. 3 est une vue en coupe de détail, à plus grande échelle, du siège de soupape de la forme de réalisation suivant la Fig. 2. La Fig. 4 représente une comparaison de différentes formes d'exécution de sièges de soupape, chacune en position d'ouverture. La Fig. 5 est une vue en coupe verticale d'une deuxième forme de réalisation. La partie supérieure de la soupape magnétique présente une douille 1, dans laquelle est pressé l'aimant 2 et dans laquelle est guidée à mobilité la tige de soupape 3. La portion inférieure de la douille 1 est élargie en gradin et reçoit le ressqrt de compression 4. Le pied de la douille a la forme d'une bride plane lb, qui est reliée au corps de soupape 5 constituant la partie inférieure de la soupape magnétique. Dans le corps de soupape 5 est percée, à partir du haut, une cavité cylindrique 6, dont le diamètre correspond au diamètre intérieur de la portion inférieure coaxiale la de la douille. Tout près du bord de la cavité, un canal 7 est dirigé vers le dessous, canal qui débouche dans l'extrémité du conduit d'admission 8 percé depuis un côté. L'alésage 9 du passage de soupape est disposé coaxialement à la cavité 6, alésage qui débouche dans le conduit de sortie 10 disposé en face du conduit d'admission 8. Jusqu'ici, la soupape magnétique suivant l'invention est similaire aux formes de réalisation traditionnelles, à la seule différence que la base ou le fond de la cavité 6 ne porte pas de siège de soupape orienté vers le haut, mais est de forme plane, ce qui signifie déjà une simplification sensible de la fabrication. Contrairement aux formes de réalisation traditionnelles, dans cette première forme d'éxécution de l'invention, le plateau ou la tête de soupape disposé à l'extrémité inférieure de la tige de soupape 3 est équipé d'un joint 11, dont la face inférieure a la forme d'un cône aplati. Ce cône présente une pente latérale d'environ 1:2, de telle sorte que sa base est d'environ le quadruple de sa hauteur. Ceci conduit aux effets suivants. Le point mort supérieur de la soupape est rigidement en position d'ouverture, et pour tous les diamètres intérieurs de l'alésage 9, est toujours situé à la ême hauteur. Le sommet du cône du joint 11 est situé dans le plan de base de la cavité 6 ou est situé légèrement au-dessus de ce plan. Le corps unitaire ainsi formé servira pour tous les diamètres intérieurs de l'alésage 9 compris entre un alésage minimal et un alésage d'un diamètre maximal, et dans la variété d'origine ou de stock, il aura, pour commencer, le diamètre minimal, tel qu'il est illustré à titre d'exemple dans la Fig. 1. Selon les nécessités, cet alésage 9 peut ensuite, d'une manière largement progressive ou continue, être élargie à volonté Jusqu'au diamètre maximal (par exemple conformément à la Fig. 2). Plus le diamètre est grand, plus profondément, dans la postion de fermeture, le joint conique li pénètre à partir du haut dans l'alésage 9, sans qu'il faille pour cela apporter d'autres modifications. Dès lors, en position d'ouverture de la soupape, la largeur de passage intérieure de la fente dladission entre l'arête supérieure de l'alésage et le joint li est, en raison de la pente de 1:2 du cône, toujours obligatoirement d'une quart du diamètre de l'alésage, de telle sorte qu'une surface d'admission périphérique est obtenue, qui correspond à la superficie de passage de l'alésage 9 Ssuperficie d'admission = D.7t D // superficie de passage = ). ). Par conséquent, il ne peut y avoir des étranglements non désirés immédiatement avant l'admission dans l'alésage 9, et d'autre part il ne peut y avoir non plus de coursesmortes superflues de la soupape. Par suite de la forme conique du joint 11, ce joint quel que soit le deré d'élargissement de l'alésage 9, s'applique toujours de manière optimale par une surface annulaire étroIte, laquelle meme pour des pressions élevées dans les canalisations n' exige qu'une force magnétique minimale. Il est évidemment recommandé que l'arête entre l'alésage 9 et la base de la cavité soit arrondie Dans la position de fermeture de la soupape, le joint se déforme, de telle sorte qu'il s'engage aussi c'une faible mesure dans l'alésage 9 et est également appliqué contre la paroi intérieure de cet alésage, ce qui accroît l'action d'étanchéité et ce qui autorise la présence d'une surface annulaire très étroite, sans qu'il y ait le risque d'un endommagement (voir la Fig. 3). D'une part il en résulte une étanchéité parti culièrement sure et d'autre part les forces antagonistes de la pression dans les canalisations, forces qui renforcent l'action de l'aimant, peuvent agir d'une manière maximale. Un avantage particulier de cette forme de réalisation réside en outre dans le fait que les conditions d'écoulement en service sont sensiblement améliorées. La Fig. 4 représente une comparaison des sièges de soupape des formes de réalisation traditionnelles (a) et des formes de réalisation conformes à l'invention (b ou c), la rangée supérieure illustrant l'alésage 9 minimal et la rangée inférieure illustrant l'alésage 9 maximal. On peut constater nettement que dans les formes de réalisation traditionnelles (a), il est nécessaire de fabriquer et de maintenir en stock un corps de soupape 5 individuel pour chaque diamètre d'alésage, étant donné que rnême de faibles augmentations de diamètre d'alésage (tracées en traits interrompus) transforment la surface annulaire du siège de soupape en une arête tranchante, qui détruira nécessairement le joint 11. Au surplus, les longueurs des courses doivent aussi être modifiées par un percement approprié et par un déplacement vers le bas du siège de soupape et de la cavité 6 au sein du corps de soupape 5. Un autre inconvénient substantiel réside en outre dans la formation inévitable de tourbillons derrière le siège de soupape au-dessous du joint plan lla, qui en pratique produisent un étranglement du passage de soupape.En revanche, avec un joint 11 de forme conique, ltécoulement devient largement laminaire. Par ailleurs, la forme conique présente l'avantage de produire un centrage forcé du joint, de telle sorte que les surfaces de pression sont toujass situées aux mêmes endroits. Dans la forme d'exécution traditionnelle connue, ïl y a le risque que, selon le jeu latéral de la tige de soupape 3 au sein de la douille 1, les surfaces de pression changent de place, ce qui, comme l'enseigne l'expérience, conduit après un certain temps à une étanchéité défectueuse et à une usure prématurée. Cet inconvénient ne peut se produire avec les soupapes suivant l'invention. Comme le montrent les Figs. 5 et 4c, l'idée inventive peut également être mise en pratique selon une inversion cinématique, et dans ce cas un joint ila à surface plane est associé a une cavité 6 dont la base ou le fond a la forme d'un cône 6a, lequel présente également une pente latérale de 1:2. Dans ce cas, l'arête engendrée entre l'alésage 9 et la surface conique de la base de la cavité est de préférence rectifiée pour que l'on obtienne une surface annulaire présentant la largeur de consigne exacte, de telle sorte que les avantages déjà décrits plus haut sont également assurés dans cette forme d'exécution.Toutefois, dans cette variante, il est nécessaire de renoncer aux avantages d'un centrage automatique du joint et de l'amélioration des conditions d'écoulement, et pour cette raison, on donnera en règle générale la préférence à la première fortfle d'exécution. Par ailleurs, il existe évidemment encore la possibilité de donner une forme conique, de la manière décrite, tant au joint 11 qu'également à la base de la cavité 6, et dans ce cas les cônes doivent bien entendu être aplatis, de telle sorte que dans leur ensemble, ils présentent la pente latérale de 1:2. Dans certaines conditions exceptionnelles, cette forme de réalisation particulière peut être recommandée. Les avantages de la présente invention résident dans le fait qu'a la place du nombre élevé jusqu'ici nécessaire de différentes dimensions de soupapes, il suffit de fabriquer et de maintenir en stock un seul corps de soupape de dimensions unitaires, lequel peut par la suite et rapidement être adapté, à peu de frais, aux dimensions nécessaires, dans le cadre de ses dimensions limite, sans qu'il faille de ce fait subir un quelconque inconvénient. De ce fait, la fabrication est rendue plus simple et le coût de la tenue de stock est réduit à une fraction du coût traditionnel. A cela stajoutent les avantages déjà mentionnés d'une meilleure étanchéité, d'une durée de vie plus longue, d'un centrage automatique et des conditions d'écoulement plus favorables. REVENDICATIONS 1. Soupape magnétique, comprenant une douille équipée d'un aimant et guidant la tige de soupape, et un corps de soupape contenant un conduit d'admission et un conduit de sortie, corps de soupape dans lequel est percée, coaxialement à la tige de soupape, une cavité qui contient le siège de soupape en forme de surface annulaire, siège de soupape sur lequel s'applique le plateau ou la tete de soupape équipé d'un joint élastique et situé à l'extrémité de la tige de soupape, soupape magnétique caractérisée par le fait que la base de la cavité (6) et la surface inférieure du joint (11) sont conçues de manière telle que leur distance l'une de l'autre augmente depuis leur axe jusqu'à l'extérieur d'environ la moitié de la distance axiale considérée. 2. Soupape magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la base de la cavité (6) est plane et en ce que la surface inférieure du joint (11) décrit un cône, dont la base est d'environ la quadruple de sa hauteur. 3. Soupape magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'arête entre l'alésage (9) du passage de soupape et la base de la cavité (6) est arrondie. 4. Soupape magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface inférieure du joint (lia) est plane et en ce que la surface supérieure (6a) de la base de la cavité (6) décrit un cône, dont la base est sensiblement le quadruple de sa hauteur. 5. Soupape magnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'arête de la base conique de la cavité (6a), arête qui est voisine de l'alésage (9) du passage de soupape, est rectifiée en une surface annulaire plane. 6. Soupape magnétique selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisée en ce que la forme d'exécution du corps de soupape (5) qui est destinée à être maintenue en stock présente l'alésage (9) minimal de la gamme de variations prévue du passage de soupape.