Brevet FR2426250A1 — publié le 19791214

La présente inyention ;e rapporte à un mécanisme d'ace tionnement réagissant aux yari-ations de la température, qualifié ci RppèS * n mécanisme d'actionnement thermostatique ", qui est conçu pour produire un déplacement en réponse à un changement de température, afin d'exécuter une fonction d'actionnement. Cette fonction peut, par exemple, être l'actionnement d'un interrupteur, l'ouverture ou la fermeture d'une valve, ou bien l'ouverture ou la fermeture d'un embrayage. Dans certains cas, il ne convient pas que la fonction d'actionnement soit effectuée à l'endroit où la température est mesurée. En conséquence, il est fréquent qu'un dispositif qui règle la température soit disposé à une certaine distance de l'emplacement où la température doit être réglée ; c'est ainsi, par exemple, qu'un radiateur doit être réglé en fonction de la température mesurée à un endroit du local qui est à une certaine distance de la source de chaleur. Dans un autre cas, les conditions dans lesquelles une température doit être mesurée peuvent être incompatibles avec le bon fonctionnement du dispositif devant être actionné.L'invention s'est fixé pour but de permettre d'exécuter une telle action de commande R distance. Selon la présente invention, un mécanisme d'actionnement thermostatique comprend: un élément à effet de mémoire de forme, tel que spécifié ci-après, produisant un déplacement qui est fonction de la température à laquelle ledit élément est exposé ; une liaison de commande à distance dont l'une des extrémités est reliée à l'élément à effet de mémoire de forme et l'autre à un dispositif d'actionnement ; et des moyens de sollicitation ou de précontrainte agissant sur la liaison à une certaine distance de l'élément et qui sont conçus pour exercer une force élastique sur l'élément par l'intermédiaire de ladite liaison. Par " élément à effet de mémoire de forme " on entend ici un élément fait d'une matière, généralement un alliage, ayant un module d'élasticité qui varie sensiblement avec la température de manière réversible le long d'une gamme de températures de transition qui dépend de la matière utilisée. Des alliages présentant un tel effet de mémoire de forme ont été décrits dans la littérature technique, le plus connu étant un alliage de nickel et de titane. L'alliage préféré pour la mise en oeuvre de la présente invention est un alliage à base de cuivre, de zinc et d'aluminium. Les moyens de sollicitation ou de précontrainte ont, de préférence, deux fonctions, la première étant dtexercer, sur la matière à effet de mémoire de forme, une précontrainte qui a pour résultat d'améliorer la courbe de réponse en fonction de la température de cette dernière et la seconde de maintenir la liaison en tension ou en compression et d'éliminer la course à vide pouvant exister dans la liaison. Cette liaison est, avantageusement, constituée par un câble Bowden. Toutefois, d'autres formes de liaison sont également possibles, par exemple, un système de leviers ou une liaison hydraulique ou pneumatique. C'est ainsi que le mécanisme d'actionnement pourrait comprendre un premier soufflet sur lequel agit un élément à effet de mémoire de forme ayant la forme d'un ressort qui tend à comprimer celui-ci, et un second soufflet qui est relié au premier par une liaison hydraulique ou pneumatique et sur lequel agissent les moyens de sollicitation ou de précontrainte élastiques. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple seulement et représenté aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue schématique, partiellement en coupe d'un mécanisme conforme à l'invention dans laquelle la liaison est assurée par un câble Bowden. Fig. 2 et 3 illustrent deux applications du mécanisme de la figure 1. Fig. 4 représente schématiquement l'utilisation d'une liaison à fluide. Le mécanisme d'actionnement thermostatique représenté sur la figure 1 comprend un élément 12 présentant un effet de mémoire de forme qui se présente sous la forme d'un ressort héli cotidal de compression fait d'un alliage ayant une gamme de températures de transition comprenant les températures que l'on désire détecter. Comme représenté, cet élément est disposé entre un goujon 13 vissé dans une plaque fixe 14 et une tête mobile 15. L'élément 12 est relié à un organe de commande à distance figuré par un cible Bowden 16 dont la gaine 17 est fixée de façon réglable, dans le goujon 13 par son extrémité correspondante, ledit câble étant fixé à la tête 15 au moyen d'un écrou 20. L'organe de télécommande aboutit à l'emplacement où l'actionnement est nécessaire, qui a été représenté comme étant le g8té opposé d'une cloison fixe 24. ha gaine î7 est fixée dana une squille 22 vissée dans la cloison, tandis que le câble intérieur 18 traverse cette douille et se termine dans un écrou 23 qui s ap- plique contre une plaque de butée 24 que le câble 18 traverse. Un organe élastique, sous la forme d'un ressort hélicôidal d'acier 25, est interposé entre la plaque 24 et la cloison 21 afin de maintenir le câble intérieur 18 tendu, la plaque de butée 24 constitue un dispositif dactionnement et sert à actionner le mécanisme de commande (non représenté sur la figure 1) qui doit être commandé par l'élément 12. Le ressort 25 exerce également une force sur l'élément 12 par l'intermédiaire du câble 16 de façon à maintenir cet élément en compression. En admettant que la température ambiante de l'élément 12 s'élève à l'intérieur de la gamme de températures de transition, la rigidité de cet élément augmente, et de ce fait, la tête 15 est repoussée vers le haut, à l'encontre de l'action du ressort 25, approchant ainsi la plaque de butée 24 de la cloison 21. Inversement, quand la température ambiante baisse, la rigiditité du ressort hélicoïdal 12 décroit et le ressort 25 abaisse la tête 15 et éloigne la plaque de butée 24 de la cloison 21. On voit donc que le ressort 25 remplit deux fonctions : premièrement, il maintient le câble intérieur 15 de l'organe de liaison 16 en tension afin d'éviter les ineonvénients d'un mouvement à vide dans la liaison. Dans ces conditions, la plaque de butée 23 suit fidèlement les mouvements de la tête 15, même quand la directionde son mouvement change. Deuxièmement, le ressort 25 maintient l'élément à effet de mémoire de forme 12 en compression. On sait qu'un ressort à effet de mémoire maintenu en compression a une meilleure réponse aux variations de la température qu'un élément non-contraint. En effet, dans ces conditions, non seulement l'hystérésis diminue, mais encore, la gamme des températures le long de laquelle un déplacement utile a lieu est augmentée. L'alliage préféré pour l'élément 12 est un alliage de cuivre, de zinc et d'aluminium dont les composants sont approximativement dans les rapports en poids, suivant cuivre : 70 % zinc : 26 $ aluminium 4 S Toutefois, les proportions réelles peuvent être légèrement différentes de celles indiquées civdessus, selon la gamme de températures devant être contrôlée. La figure 2 Illustre l'utilisation du mécanisme d'actionnement représenté sur la figure 1 sur une chaudière électrique ou un dispositif analogue afin que l'élément chauffant (non représenté) puisse être éteint quand le liquide bout. Sur la figure 2, on n'a représenté que la paroi 70 de la chaudière. A la paroi 30 est fixée une enveloppe étanche à la vapeur 31 qui est située au-dessus du niveau de l'eau et dont l'intérieur est ainsi exposé à l'action de la vapeur de celle-ci quand elle bout. Le goujon 13 (voir figure 1) est fixé de façon étanche dans l'enveloppe 31, cependant que l'élément de liaison 12 s'étend à l'intérieur de cette dernière. Le câble Bowden 16 va de l'enveloppe 31 à-un mécanisme 32 installé à l'extérieur de la paroi 30 de la chaudière et qui renferme le ressort 25 agissant sur le câble intérieur 18. Le mécanisme 32 comprend un interrupteur qui commande l'alimentation électrique de l'élément chauffant de la chaudière et qui est actionné par le câble intérieur 18. La figure 3 illustre un mécanisme de réglage de température pour un radiateur de chauffage central à circulation d'eau. Sur la figure 4, on voit une valve 35 qui commande la circulation de l'eau chaude-dans le radiateur et qui comprend un obturateur 36 coopérant avec un siège 37 intercalé dans le conduit d'eau chaude 38 aboutissant au radiateur. L'obturateur 36 est monté sur une tige 40 qui est guidée dans une enveloppe 41 et qui est sollicitée vers la position de fermeture de la valve par un ressort de compression héli cotidal 42 agissant entre ltenveloppe 41 et un anneau de butée 43 enfilé sur la tige 40. La valve 35 est commandée en fonction de la température ambiante régnant à une certaine distance du radiateur, le but visé étant de maintenir dans la pièce approximativement la température réglable voulue. A cette fin, un dispositif de mesure et de réglage de température 44 est installé à une certaine distance de la valve 35 et est relié à la tige 41 par une liaison ici également constituée par un câble Bowden 16. Le dispositif 44 comprend une enveloppe 45 à l'une des extrémités de laquelle~est monté à rotation un bouton de réglage 46.Un disque 47 est logé dans une cavité 48 de ltenveloppe 45 et est soumis a l'action, d'une part, d'un élément à effet de mémoire de forme 50 semblable à l'élément 12 de la figure 2 et, d'autre part, à l'action d'un ressort de tension 51 dont l'une des extrémités est reliée à une tige 52 fixée au disque 47. L'autre extrémité du ressort 51 est reliée à un organe fileté 53 qui est vissé dans un anneau 54 faisant partie du bouton 46. La tension du ressort 51 et, partant, la force exercée sur l'élément 50 peut être réglée en tournant le bouton 46 pour ajuster la compression de l'élément 50. Les tiges 52 et 40 sont reliées par le câble intérieur 18 du câble Bowden 16 passant dans la gaine 17 dont les extrémités sont fixées respectivement aux deux enveloppes 41 et 45. Le câble intérieur 18 est maintenu tendu par l'action conjointe des deux ressorts 42 et 51, Le ressort 51 est plus fort que le ressort 42 de sorte que l'élément 50 est sollicité en compression. La figure 3 montre la valve 35 ouverte, c'est-à-dire, dans une position permettant à l'eau chaude de circuler dans le radiateur. Lorsque la température ambiante s'élève à l'emplacement où est située l'enveloppe 44, l'élévation de la température de l'élément à effet de mémoire de forme 50 a pour résultat d'augmenter sa rigidité avec pour conséquence que la force de compression qui l'y est appliquée peut être surmontée, permettant ainsi à la plaque 47 de venir occuper une nouvlle position dans laquelle elle est plus éloignée du bouton 46. Le mouvement de la plaque 47 est transmis par le câble Bowden à la tige 40 et à l'obturateur 36 lequel se déplace de ce fait vers sa position de fermeture.De cette manière, la valve 35 e ferme quand la température ambiante atteint la température déterminée par le bouton de réglage 46 de celle-ci. A la différence du mécanisme de la figure X, le ressort 42 de la figure 3 qui est éloigné de l'élément à effet de mémoire de forme 50 ne sollicite pas celui-ci en compression, sa principale fonction étant de maintenir le câble 18 tendu. La force de compression nécessaire agissant sur l'élément 50 est développée par le ressort 51, la force de compression appliquée à l'élément étant représentée par la différence des forces exercées individuellement par les ressorts 51 et 42. Au lieu d'un câble Bowden, on pourrait également utiliser une liaison à fluide. Ct est ainsi, par exemple que, comme représenté sur la figure 4, le mécanisme d'actionnement thermostatique pourrait comprendre deux soufflets 60 et 61 disposés à une certaine distance l'un de l'autre et reliés entre eux par un tube capillaire 62 de sorte que la dilatation du soufflet 60 s'accompagnerait d'une contraction du soufflet 61 et inversement. Le soufflet 60 est monté dans un cadre 63 et est soumis à l'action d'un élément à effet de mémoire de forme 64, semblable à l'élément 12, qui est monté en compression entre une face en retrait 65 du soufflet et une bordure 66 faisant partie du cadre 63.De même, le soufflet 61 est logé dans un cadre 67 et est exposé à l'actIon d'un ressort de compression hélicoidaî 68 disposé entre une face en retrait 70 du soufflet 61 et une borure 71 du cadre 67. Le ressort 68 assure que le fluide (de préférence un liquide) contenu dans le soufflet et dans le tube 62 est maintenu sous pressionet exerce une action compressive sur l'élément 64. Un organe d'actionnement, figuré par une tige 72, est fixé à la face 70 et sort du cadre 67 par une ouverture de la bordure 71. Le fonctionnement du mécanisme de la figure 4 est similaire à celui de la figure 1 ; toute contraction ou dilatation du soufflet 60, due à une variation de la température ambiante s'accompagne respectivement d'une dilatation ou d'une contraction du soufflet 61 et, partant, d'un mouvement de la tige d'actionnement 72 pour exécuter une fonction de commande, par exemple, pour actionner l'interrupteur 32 de la figure 2 ou pour déplacer l'obturateur 36 de la valve de la figure 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10 - Mécanisme d'actionnement thermostatique qui comprend un élément à effet de mémoire de forme, tel que spécifié ci-contre, produisant un déplacement qui est fonction de la température à laquelle ledit élément est exposé ; une liaison de commande à distance dont l'une des extrémités est reliée à l'élément à effet de mémoire de forme et l'autre à un dispositif d'actionnement ; et des moyens de sollicitation ou de précontrainte agissant sur la liaison à une certaine distance de l'élément et qui sont conçus pour exercer une force élastique sur l'élément par l'intermédiaire de ladite liaison. 20 - Mécanisme d'actionnement thermostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte agissent sur le dispositif d'actionnement. 30 - Mécanisme d'actionnement thermostatique, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de précontrainte sont un ressort de compression. 40 - Mécanisme d'actionnement thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison est réalisée par un câble Bowden, dont le câble central est maintenu en tension par les moyens de précontrainte. 50 - Mécanisme d'actionnement thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour régler la précontrainte exercée sur l'élément afin de faire varier la réponse du mécanisme aux changements de température. 60 - Mécanisme d'actionnement thermostatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de précontrainte élastiques supplémentaires agissant directement sur l'élément et sur lesquels les moyens de réglage opèrent sont prévus. 70 - Mécanisme d'actionnement thermostatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison est assurée par deux soufflets entre lesquels une liaison à fluide est réalisée par un tube de liaison, l'élément à effet de mémoire de forme agissant sur l'un des soufflets tandis que sur l'autre agissent les moyens de précontrainte, l'élément et les moyens de précontrainte agissant à l'opposé à travers la liaison. 80 - Mécanisme d'actionnement thermostatique pour régler une valve en accord avec la température détectée à une certaine distance de celle-ci, ledit mécanisme comprenant un élément à effet de mémoire de forme, tel que spécifié ci-contre, produisant un déplacement conforme à la température à laquelle ltélément est exposé ; des premiers moyens de précontrainte- élastique agissant sur l'élément ; des moyens pour faire varier la précontrainte exercée par les premiers moyens de précontrainte sur l'élément ; une liaison de commande à distance reliée à l'une des extrémités de l'élément ; un organe de valve relié l'autre extrémité de la liaison ; et des seconds moyens de précontrainte agissant aussi sur ladite autre extrémité-.