Brevet FR2333142A1 — publié le 19770624

L'invention est relative à un dispositif pour convertir une pression en une force, notamment pour des appareils de réglage pneumatiques, dans lequel une pièce composante, mobile par rapport à une pièce composante fixe, est soumise à l'écoulement d'un fluide sous pression amené à travers la pièce composante fixe. Dans des dispositifs ou des appareils à l'aide desquels une pression est convertie en une force, tels qu'on en utilise dans la technique de mesure et de réglage pneumatique, il faut que cette conversion s'effectue avec le minimum de frottements. Jusqu'à présent, dans de tels appareils, on a utilisé surtout des tubes élastiques pour convertir une pression en une force. tris, du fait que de tels tubes élastiques ne peuvent être fabriqués sous forme aussi petite que cela serait souhaitable,on a déja proposé aussi d'autres dis- positifs, lorsqu'ane pression donnée doit être convertie en une force aussi petite que possible, mais déterminée d'une manière précise. Pour cela on connait des éléments de construction tels que des pistons ou des organes analogues ou une bille insérée dans un conduit.Par exemple le brevet allemand n 1 184 100 décrit un dispositif pour convertir une intensité de courant électrique en une pression proportionnelle pour le réglage pneumatique, dans lequel la force d'une bobine de mesure soumise à une grandeur électrique d'entrée est évaluée par un générateur de force de compensation, lequel comporte une tige montée de façon à pouvoir coulisser librement, en direction longitudinale, d'une grande quantité à travers un trou de la paroi d'un récipient rempli d'air à la pression de sortie; cette tige coulisse dans deux glissières. Du fait que la tige peut être relativement petite, la force produite par la pression est également petite. Un inconvénient,- dont il faut tenir compte, de ce dispositif connu est cependant qu'autour de la tige les pertes d'air sont relativement importantes. Or de telles pertes d'air sont â éviter. l'invention a donc pour but de fournir un dispositif à l'aide duquel une pression prédéterminée peut être transformée en forces aussi petites que possible tout en maintenant à une valeur aussi petite que possible les pertes d'air qu'on ne peut absolument éviter. D'autre part ce dispositif doit travailler pratiquement sans frottement et d'une manière insensible aux perturbations extérieures. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait qu'entre la pièce composante mobile, soumise à l'écoulement, et la pièce composante fixe, qui amène le fluide sous pression, est disposé un labyrinthe que doit traverser l'écoulement de départ de fluide sous pression. Ce labyrinthe, d'une manière avantageuse, peut être constitué par au moins un trajet de passage d'écoulement, délimité en partie par la pièce composante mobile et en partie par la pièce composante fixe, à direction de passage variable et/ou à section de passage variable. Cette section de passage, conformément à l'invention, doit de préférence alternativement se rétrécir et s 'élargir. Pratiquement un tel dispositif peut eAtre réalisé sous une forme telle que la pièce composante fixe peut être constituée par un corps principal comportant un conduit ou une buse pour le fluide sous pression et au moins une rainure en forme de labyrinthe, entourant avec un certain espacement au moins partiellement ltembou- chure de sortie de 3a buoe, une lamelle enforme delabyrinthe dengageant dans cette rainure et faisant saillie endirectiondl corps principal, cette lamelle faisant partie dun corps en ftrrme de couvercle constituant la pièce composante mobile. La rainure en forme de labyrinthe peut entourer la buse du corps principal, avantageusement d'une manière concentrique.Belon un perfectionnement de l'invention, l'une des pièces composantes, par exemple le corps principal fixe, peut contenir deux ou plus de deux rainures en forme de labyrinthes concentriques, dans lesquelles s1 engagent, d'une manière correspondante, deux ou plus de deux lamelles en forme de labyrinthes, disposées concentriquement, de l'autre pièce composante, par exemple du corps en forme de couvercle. Grâce à l'invention, on peut obtenir que l'écoulement de sortie de fluide sous pression, notamment d'air, change plusieurs fois de direction et aussi que les sections de passage de sortie soiertmodifiées de telle manière que l'écoulement d'air de sortie se détend et est comprimé alternativement.Grâce à ce mode de réalisation la résistance rencontrée par l'écoulement d'air se trouve artificiellement augmentée. les multiples changements de direction de l'écoulement et la mise en oeuvre,à la suite l'une de l'autre, de sections de passage petites et grandes produisent un tourbillonnement intense de I'écoulement d'air ou de gaz, de sorte que le débit de passage à travers le labyrinthe soit cons= dérablement inférieur & celui obtenu dans le cas d'une simple section usuelle, de grandeur constante. En outre, en comparaison des dispositifs connus de conversion de pression en force, qui travaillent par exemple avec des tubes ondulés, des membranes, des pistons, des tiges ou une bille insérée dans un conduit, le dispositif conforme à l'invention présente l'avantage de travailler pratiquement sans frottement et sans inertie et de présenter des pertes par fuites inférieures à celles d'une bille insérée dans un conduit ou d'une tige coulissante. Par rapport au dispositif utilisant une bille insérée dans un conduit, la fabrication du dispositif conforme à l'invention est aussi essentiellement plus simple, car les interstices de labyrinthe varient dtun-ordre de grandeur de 0,1 mm, tandis que la bille, à pertes par fuites égales, doit être insérée dans le conduit avec un jeu de quelques microns.Un autre avantage encore de l'invention est sa bien moindre sensibilité aux souillures, par suite des plus grandes dimensions des interstices de labyrinthe, que le dispositif à bille insérée dans un conduit. L'-invention est expliquée plus en detail ci-après à l'aide de deux de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif, mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un convertisseur pression/force à labyrinthe de passage d'écoulement unique - la figure 2 est une vue en plan, de dessus, du convertisseur de la figure 1 - la figure 3 est une coupe longitudinale schématique d'un convertisseur pression/force à double labyrinthe de passage dlécou- lement - la figure 4 est une vue en plan, de dessus, du convertisseur de la figure 3 ; ; - la figure 5 illustre, en coupe longitudinale schématique, un exemple d'application de l'invention à un régulateur de positionnement électropneumatique, et - la figure 6 est une vue en plan, de dessus, du régulateur de la figure 5. Le convertisseur de pression en force représenté sur les figures 1 et 2, se compose d'un corps en forme de couvercle 1, de préférence rond, mobile ou guidé, et d'un corps principal fixe 2, disposé à une distance relativement faible en dessous du précédent. Le corps en forme de couvercle 1 est monté sur un axe de rotation 4, par exemple au moyen d'un bras de levier 3 lié audit corps 1. Le corps principal fixe 2 comporte un conduit central ou buse 5, à travers laquelle le fluide sous pression, par exemple l'air comprimé, est amené sous une pression P suivant la direction indiquée par une flèche désignée par P. Concentriquement à la buse 5 est prévue dans le corps principal 2 une rainure annulaire en forme de labyrinthe 6, ouverte du côte du corps en forme de couvercle 1, lequel présente sur son pourtour une lamelle en forme de labyrinthe 7 qui fait saillie du c8té du corps principal 2 et qui s'engage avec un certain jeu, d'en dessus,-dans la rainure en forme de labyrinthe 6. Dans ces conditions le labyrinthe comporte un interstice annulaire vertical intérieur 9 qui se raccorde à la section de passage d'écoulement horizontale 8 située entre la surface supérieure du corps principal 2 et la surface inférieure du corps en forme de couvercle 1 et qui présente une section de préférence plus étroite, un interstice de fond 10, horizontal et de préférence allant en s'élargissant de nouveau, et un interstice annulaire extérieur 11, qui s'étend de nouveau verticalement à partir du précédent et est de préférence encore plus étroit. Lorsque de l'air comprimé est amené à travers la buse 5 suivant la direction de la flèche -P, le labyrinthe formé entre le corps en forme de couvercle 1 et le corps principal 2 agit en diviseur de pression, c'est-à-dire qu'il s'établit en dessous du corps en forme de couvercle t une pression partielle qui, par l'intermédiaire de la surface agissante du corps en forme de couvercle 1, est convertie en une force F. Cette force F est proportionnelle à la pression P de l'air comprimé appliqué, ctest-à-dire que le convertisseur pression/force travaille linéairement. Grssce à la mise en oeuvre du labyrinthe, le débit de passageyet par conséquent les pertes par faitesWsont relativement faibles. Le convertisseur de pression en force représenté sur les figures 3 et 4 se distingue de celui des figures 1 et 2 par le doublement du labyrinthe. Le corps principal fixe 2' contient ici deux rainures en forme de labyrinthe 6' et 6", disposées concentriquement l'une par rapport à l'autre, dans lesquelles s'engagent les lamelles en forme de labyrinthe 7' et 7" correspondantes, disposées également concentriquement l'une par rapport à l'autre, d'un corps mobile en forme de couvercle 1'. De cette manière on obtient un multiple changement de direction de l'écoulement d'air comprimé qui arrive par la buse 5 suivant la direction de la flèche P et, pour un dimensionnement approprié des sections d'interstices, une multiplicité de détentes et de compressions alternées du courant d'air qui s'échappe.Les pertes par fuites sont de ce fait encore plus faibles que dans l'appareil des figures 1 et 2 ou, à pertes par fuites égales, la précision de fabrication peut encore être diminuée. Les figures 5 et 6 représentent un régulateur de positionnement électro-pneumatique qui comprend un convertisseur de pression en force 1 à 5 ainsi qu'un convertisseur électromécanique 12 à 23, réalisé selon un aspect particulier de l'invention, qui, dans~le régulateur de positionnement, sert de générateur-de valeur de consigne. Abstraction faite de cette fonction, indiquée à titre d'exemple, un convertisseur électromécanique conforme à l'invention peut être utilisé dans tous les cas où un signal électrique, se présentant sous forme de tension ou de courant, doit être converti en un déplacement ou en une force, par exemple dans des appareils de mesure, des convertisseurs ou des régulateurs. Dans le cas présent cet appareil est utilisé comme convertisseur de courant en Mplacement. Dans un convertisseur électromécanique de ce genre on cherche à obtenir un déplacement proportionnel à un courant électrique. En outre le rapport du signal d'entrée, c'est-à-dire-du courant, au signal de sortie, c' est-à-dire au déplacement, doit pouvoir entre modifié et l'on doit pouvoir choisir à volonté le point initial ou point zéro. On sait, dans de tels appareils, utiliser une bobine plongeuse coopérant avec un aimant, notamment avec un aimant permanent, à laquelle le courant est amené comme grandeur de commande. Mais les appareils connus présentent l'inconvénient que leurs masses en mouvement sont relativement grandes par rapport à la force produite par la bobine plongeuse, de sorte qu'ils fonctionnent trop lentement et avec une trop forte inertie.Le convertisseur électromécanique conforme à l'invention vise surtout à éviter cet inconvénent. Dans 11 entrefer d'un aimant permanent 12 est montée une bobine plongeuse 13 qui, par l'intermédiaire d'un levier 14, peut tourner sans frottement autour de l'axe 14'. La bobine plongeuse 13 convertit, à l'aide d'un ressort de mesure 15, la force produite par le passage du courant en un déplacement correspondant. Ce déplacement est transmis, par l'intermédiaire d'une tige de mesure 16 à un levier i8, tournant par exemple autour d'un axe 17, ou à une plaque de butée pivotante. Le rapport du courant d'entrée au déplacement 8 produit peut être modifié en faisant tourner autour de l'axe de symétrie de l'aimant permanent 12 une plaque 19, portas le levier pivotant 14, la bobine plongeuse 13 et le ressort de mesure 15. Dans ces conditions la tige palpeuse 16 se déplace en modifiant le rapport de multiplication du levier 18. Le point initial ou de zéro peut être réglé en faisant tourner, autour d'un axe 21, l'ensemble du dispositif à l'aide d'un levier 20 portant l'aimant 12, au moyen d'une vis de réglage de zéro 22. Un convertisseur électromécanique de ce genre est représenté, d'une manière simplifiée et schématiquement, respectivement en coupe longitudinale, en vue en plan i dessus et en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 7, sur les figures 7, set 9, dans lesquelles on a utilisé les mêmes références numériques que sur les figures 5 et 6. Pour régler le facteur de course (double flèche HF sur la figure 6) on peut prévoir un pignon 23 agissant sur une denture. Au bloc de la plaque de butée est lié un arbre 24 qui coopère, par l'intermédiaire d'un levier de transmission 25, par exemple avec la tige 26, portant la pièce obturatrice d'une soupape de réglage, dont la course est indiquée par la double-flèche H. L'air comprimé est amené en 27 à la partie pneumatique du régulateur de positionnement et la pression de commande est appliquée en 28. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIOISS 1. Dispositif pour convertir une pression en une force, notamment pour des appareils de réglage pneumatiques, dans lequel une pièce composante, mobile par rapport à une pièce composante fixe, est soumise à ltécoulement d'un fluide sous pression amené à travers la pièce composante fixe, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'entre la pièce composante mobile, soumise à l'écoulement, et la pièce composante fixe, qui amène le fluide sous pression, est disposé un labyrinthe que doit traverser 11 écoulement de départ de fluide sous pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le labyrinthe est constitué par au moins un trajet de passage d'écoulement à direction de passage variable, délimité, en partie, par la pièce composante mobile et, en partie, par la pièce composante fixe. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le labyrinthe est constitué par au moins un trajet de passage d'écoulement à section de passage variable, délimité, en partie, par la pièce composante mobile et, en partie, par la pièce composante fixe. 4. Dispositif selon l'une quelconque dds revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le labyrinthe est constitué par au moins un trajet de passage d'écoulement à direction d'écoulement variable et à section de passage variable, délimité, en partie, par la pièce composante mobile et, en partie, par la pièce composante fixe. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la section de passage d'écoulement du labyrinthe se rétrécit et s'élargit alternativement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications t à 5, caractérisé en ce que la pièce composante fixe est constituée par un corps principal (2) comportant un conduit ou une buse (5) pour le fluide sous pression et au noins une rainure en forme de labyrinthe (6), entourant avec un certain espacement au moins partiellement l'embouchure de sortie de la buse (5), dans laquelle rainure (6) s'engage une lamelle en forme de labyrinthe (7), faisant saillie en direction du corps principal (2), d'un corps en forme de couvercle (1) constituant la pièce composante mobile. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la rainure en forme de labyrinthe (6) entoure concentriquement la buse (5) du corps principal (2) et la lamelle en forme de labyrinthe (7) est disposée d'une manière concentrique correspondante par rapport à l'axe central d'un corps en forme de couvercle (1) de forme circulaire. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le corps principal fixe (2') comporte au moins deux rainures en forme de labyrinthes (6', 6") concentriques dans lesquelles s'engagent au moins deux lamelles- en forme de labyrinthe (7', 7"), disposées d'une manière concentrique correspondante, du corps en forme de couvercle (1'). 9. Combinaison, avec un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, d'un couvertisseur électromécanique approprié, pour des régulateurs, des appareils de mesure ou des convertisseurs analogues, notamment pour des régulateurs de positionnement électropneumatiques, comportant un aimant, de préférence un aimant permanent, et une bobine plongeuse coopérant avec celui-ci, laquelle combinaison est caractérisée en ce que la bobine plongeuse (13) est disposée sur un levier pivotant (14) dont le mouvement est transmis par une tige de mesure (-16) à un levier pivotant (18) ou à une plaque de butée pivotante, l'ensemble du levier (14) portant la bobine plongeuse (13) et de la tige de mesure (16) pouvant être tourné autour de l'axe de symétrie de l'aimant (12). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le point initial ou de zéro de ce dispositif peut entre réglé en faisant tourner, au moyen d'une vis de réglage de zéro (22), autour d'un axe de rotation (21), un levier (20) portant l'aimant (12).