Brevet FR2432661A1 — publié le 19800229

La présente invention a trait à un dispositif distributeur hydraulique comprenant un robinet, avec des tubulures de- raccordement, un siège et une clé ou boisseau, préférablement de forme sphe' rique, monté à rotation dans ledit siège et percé d'au moins un alésage, ce boisseau assurant en coopération avec le siège une position d'écoulement et une position de fermeture par rapport à au moins deux des tubulures, et comportant par ailleurs un clapet ànti-retour ou de retenue prévu dans l'alésage ou dans l'un des alésages dudit boisseau. De tels dispositifs comportent des utilisations multiples dans les installations hydrauliques. A titre d'exemple simple on peut considérer le cas du montage en série d'un robinet avec un clapet anti-retour grâce auquel le clapet peut, suivant les conditions requises, être mis à même de fonctionner ou au contraire être totalement verrouillé. On trouve un exemple important et fréquent de montage en parallèle du robinet et du clapet anti-retour dans les vannes destinées à limiter un mouvement de levée ou de basculement, telles que celles qu'on fait intervenir pour arrêter en fin de course une plateforme de charge soulevée hydrauliquement ou pour limiter le mouvement de basculement d'une grue hydraulique en bloquant toute arrivée ultérieure de liquide.En pareil cas une vanne comparable à un "interrupteur de fin de course" se trouve actionnée par l'objet à arrêter lorsqu'il arrive dans le domaine de ses fins de course, ceci étant par exemple assuré à l'aide d'un câble. Cette vanne limitatrice peut se fermer ou s'ouvrir et elle est insérée dans le circuit d'alimentation du vérin correspondant. Afin que l'objet déplacé puisse revenir en arrière à partir de la position à laquelle il est resté maintenu après la fermeture de la vanne limitatrice, on court-circuite cette dernière par une vanne de retour qui, lors de la disparition de la pression appliquée au vérin dans un sens, s'ouvre sous l'effet de celle engendrée en sens inverse par celuici et permet par exemple le retour de la plate-forme à son point de départ.Les distributeurs usuels connus du genre à cylindre et à piston-tiroir s'avèrent de prix de revient très élevé dans cette application de vannes limitatrices de levée. ILs comportent en outre un déplacement de commutation très court, par exemple de 8 mm, ce qui aboutit à un arrêt brutal, assimilable à un à-coup. Ils exigent de plus une grande précision pour cet arrêt avec éventuellement une butée mécanique supplémentaire ou encore un ressort interposé sur le câble pour permettre le dépassement de point d'arrêt dé siré. I1 en résulte de toute façon des défauts de sécurité, notamment dans l'application aux véhicules agricoles, aux plate-formes de levage, etc...Pour allonger la course d'actionnement et pour obtenir un freinage doux, son a déjà pensé à utiliser au lieu du tiroir un robinet, plus particulièrement du type à boisseau sphérique, qu'on ferme en faisant basculer un levier de par exemple 900, ce qui permet un déplacement de commande important, tandis que pendant le temps de basculement la sectiond'écoulement diminue de façon progressive en réalisant un étranglement de l'admission du fluide hy hydraulique en fonction du temps, c'est-à-dire une décélération prolongée. De plus un robinet à boisseau spériqueconstitue un organe très simple et économique comparativement aux autres genres de vannes. Il subsiste toutefois la difficulte posée par le clapet antiretour monté en parallele sur le robinet et qui nécessite en général plusieurs raccords en T, des pièces de canalisation, des joints, etc... en plus enfin de ce clapet lui-même qu'il faut monter en place. Les frais s' avèrent donc là encore relativement importants. En outre l'incorporation dudit clapet à l'intérieur du boisseau, c'est-à-dre de la sphère tournante dans le cas d'ar robinet du sens re signalé plus haut, aboutit à une construction compliquée en raison de sa réalisation sous forme de soupape à tête chargée par ressort et qu'il faut appliquer contre un siège réalisé à l'intérieur du boisseau lui-même. L'article finalement obtenu ne se prête donc pas à une fabrication en série économique. Au contraire de ce qui précède, l'invention vise à réaliser suivant une construction relativement simple et peu encombrante un dispositif distributeur hydraulique du genre précité, par exemple pour servir de vanne limitatrice de levée ou pour toute autre application. A cet effet, conformément à l'invention, à l'intérieur de l'alésage qui renferme le clapet anti-retour se trouve une bille dont la liberté de déplacement suivant la longueur de cet alésage est limitée d'une part par un siège correspondant et d'autre part par une butée. Du fait de la réalisation du clapet anti-retour sous une forme constructive très économique à l'intérieur du boisseau du robinet, donc plus particulièrement dans la sphère qui constitue ce boisseau, l'on obtient une réalisation extrêmement simplifiée et fort peu encombrante.En effet il n'y a pas lieu de modifier le corps usuel du robinet ; il suffit de réaliser dans le boisseau le ou les alésages supplémentaires nécessaires pour le clapet, le siège de celui-ci étant obtenu par exemple en ménageant un rétrécissement de l'alésage, tandis que le clapet proprement dit peut etre établi sous la forme d'une bille dont les débattements sont limités afin qu'elle ne puisse s'échapper par les tubulures de raccordement ou a travers les autres alésages du boisseau.Cette limitation de la liberté de mouvement du clapet ou bille peut étre obtenue de manie- re particulièrement simple par le moyen d'une butée élastique introduite dans l'alésage, savoir d'un manchon d'arrêt tendant à -s'ouvrir par élasticité et qui se bloque par conséquent dans celui-ci. On réalise une construction particulièrement intéressante en prévoyant qu'en l'absence de tout ressort de rappel la bille ne soit commandée que par la pression à bloquer ou à laisser passer, son domaine de liberté de mouvement à l'intérieur de l'alésage de retour se trouvant d'un seul côté de l'alésage d'écoulement. Du fait qu'on ne prévoit aucun ressort agissant sur la bille, la surpression provoquant son ouverture peut etre à peu près aussi faible qu'on le désire. Cela a de l'importance quand il s'agit d'une vanne limitatrice de levée avec- laquelle la pression qui regne à l'intérieur du vérin doit etre très réduite à la position d'arrêt de l'objet déplacé. Ainsi dans le cas d'une plate-forme basculante parvenue au voisinage de son point de basculement, il peut arriver que la pression régnant dans le vérin de commande soit insuffisante pour vaincre la force de rappel d'une vanne ou clapet à ressort. Avec la construction sans ressort précitée, la moindre surpression suffit.Au contraire à la position de verrouillage la pression agissant sur l'autre cte du clapet maintient la bille Ener- giquement appliquée contre son siège. Cette solution est particu lièrement utilisable quand il n'y a pas lieu d'escompter de faibles pressions résiduelles de longue durée à partir du sens de verrouillage de la bille, c'est-à-dire de la pompe hydraulique elle-meme. Dans des formes d'exécution avantageuses les alésages se croisent ou s'intersectent perpendiculairement l'un à l'autre à l'int6- rieur du boisseau sphérique, ce qui correspond à une forme constructive facilement réalisable. Si l'on établit le dispositif sous la forme d'un robinet à deux fois deux voies (deux tubulures, deux positions), on peut le monter de façon particulièrement appropriée en guise de vanne limitatrice de levée ou de basculement pour un objet déplacé hydrauliquement en prévoyant un recouvrement négatif d'angle, c'est-à-dire une zone angulaire de rotation du boisseau dans laquelle les domaines d'ouverture des deux alésages se chevau chent.Un tel recouvrement assure en effet une marge étroite à ltin- térieur de laquelle l'alésage- d'écoulement et celui de retour communiquent avec des tubulures de raccordement par l'une et l'autre de leurs extrémités. Autrement, c'est-à-dire dans le cas d'un domaine mort entre les deux alésages, l'objet déplacé resterait immobile après obturation de l'alésage d'écoulement sans que celui de retour ne s'ouvre. En pareil cas le mouvement de retour de l'objet déplacé ne serait pas directement possible. La disposition suivant laquelle lors du début de la descente de l'objet le robinet est ramené à sa position d'ouverture par un ressort, assure un retour plus facile et plus rapide, car le fluide hydraulique peut alors s'écouler plus vite en sens inverse. Le dispositif distributeur suivant l'invention est applicable dans divers domaines, le robinet auquel il permet d'aboutir comportant des possibilités d'insertion universelles en association avec des. vannes d'écoulement et de retour. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe d'un dispositif distributeur suivant l'invention établi à partir d'un robinet à boisseau sphérique. Fig. 2 est une coupe du boisseau suivant II-II (fig. 1). Fig. .3 est une vue en plan du dispositif de fig. 1. Fig. 4 représente le schéma hydraulique symbolique correspondant au dispositif de fi;g.-l. Fig. 5 est un schéma en coupe suivant le même plan qu'en fig. 2, montrant le boisseau et son siege dans une variante de réalisation. Fig. 6 est le schéma hydraulique symbolique correspondant à fig. 5. Fig. 7.1 à 7.4 montrent de même manière qu'en fig. 5 une autre forme d'exécution à diverses positions de travail. Fig. 8 illustre le schéma hydraulique symbolique correspondant aux fig.7.1 à 7.4.. Fig. 9 est une coupe d'une variante de la forme-d'exécu- tion de fig. 7.1 à 7.4.. Fig. 10.1 à 10.4 représentent à la manière de fig. 5 une autre forme d'exécution à plusieurs positions de fonctionnement. Fig. 11 illustre le schéma hydraulique symbolique correspondant à fig. 10.1-10.4. Fig. 12 est une coupe montrant une variante de la forme d'exécution de fig.l0.1 à 10.4. Le dispositif distributeur hydraulique suivant fig. 1 et 3 se présente extérieurement sous la forme constructive d'un robinet 1 à boisseau sphérique, susceptible d'être commandé par rotation de 900 d'un levier d'actionnement 2 entre une position d'ouverture et une position de fermeture avec des positions intermédiaires correspondant à une section d'écoulement réduite. Ce robinet comporte un corps 3 avec tubulures de raccordement 4 et 5, à l'intérieur duquel est disposé un système d'étanchéité 6qui entoure à coulissement un boisseau sphérique 7 entrains en rotation par le levier d'actionnement 2. La liaison d'entrainement-est assurée par la tête carrée d'un arbre 8, cette tête s'enfonçant dans une creusure correspondante du boisseau 7. L'arbre 8 est angulairement solidaire du levier d'actionnement 2. Le boisseau sphérique 7 a été représenté en coupe à l'état isolé en fig. 2. I1 est réalisé à partir d'une sphère ou bille normalisée moyennant des phases d'usinage simples. Dans une forme d'exécution pratique on utilise une bille de 24 mm de diamètre. On y creuse un alésage d'écoulement 11, puis un alésage de retour 12 orienté à 900 par rapport au précédent, les axes de ces deux alésages se trouvant dans un plan commun qui passe par le centre de la bille perpendiculairement à l'axe de l'arbre 8. L'alésage d'écoulement 11 est déterminé de façon à corncider dans toute la mesure du possible avec ceux des tubulures de raccordement ; il sert au passage de l'é- coulement principal du fluide.Quant à l'alésage de retour 12, pour simplifier la construction on le fait déboucher de part et d'autre dans l'alésage 11, ce qui n'est toutefois pas nécessaire en soi les alésages 11 et 12 pourraient également se contourner, ou bien il serait possible à l'alésage 12 de traverser l'alésage 11 sous la forme d'un tube fermé. Cet alésage 12 renferme un rétrécissement conique 13 formant siège pour un clapet correspondant. Sur l'epau- lement ainsi déterminé peut venir porter une bille 14 montée avec une certaine liberté de débattement dans ledit alésage. Cette bille 14, est ici une bille usuelle pleine, d'un diamètre de par exemple 5 mm (norme DIN 5407). Ses possibilités de déplacement sont limitées d'un cté par le siège 13 et de l'autre par un manchon élastique 15, lequel constitue lui aussi un élément normalisé (norme DIN 1481). Grâce au fait que le manchon 15 est creux, le fluide hydraulique peut s'écouler à travers l'alésage de retour 12. En outre, comme il est fendu sur sa longueur et qu'il tend à s'ouvrir élastiquement, il se bloque de lui-même en position après son introduction dans l'alésa- ge précité. Au lieu du manchon 15 on pourrait encore coller par exemple dans la partie de l'alésage 12 opposée au siège 13, une bague contre laquelle prendrait appui un ressort hélicoidal dont l'autre extrémité viendrait charger la bille 14, cela dans la mesure où l'on désire qu'il faille une pression minimale pour ouvrir le clapet anti-retour constitué par celle-ci et le siège 13. Ainsi qu'on peut le voir plus particulièrement en fig. 1 à 3, le dispositif distributeur constitué par le robinet 1 et le clapet anti-retour 13, 14 ne dépasse pas les dimensions d'un robinet ordinaire à boisseau sphérique. A l'exception du boisseau 7, tous les autres composants de ce dispositif peuvent étre ceux qu'on trouve dans de tels robinets connus. Quant au boisseau sphérique 7 lui-m8- me, il n'est modifié par rapport à celui d'un robinet usuel que par la présence de l'alésage de retour transversal 12 avec son siège 13, la bille 14 correspondante et le manchon 15. Ces agencements supplémentaires qu'on lui fait ainsi comporter n'entraînent pas un prix de revient élevé. Fig. 4 fait ressortir le mode de fonctionnement du dispositif distributeur suivant fig. 1 à 3. En fig. 1 et 4 le robinet se trouve à la position d'ouverture ou de libre passage, l'alésage d'écoulement 11 se situant par rapport à celui du corps entre les tubulures de raccordement 4 et 5. Si l'on fait tourner le levier d'actionnement 2 de 900 vers le bas en fig. 3, cet alésage d'écoulement 11 est progressivement obturé par le système d'étanchéité 6, toutefois peu avant la fermeture complète, l'alésage de retour 12 s'ouvre à ses deux extrémités, celle qui comporte le manchon 15 venant communiquer avec la tubulure 5 et celle qui correspond au siège 13 avec la tubulure 4. Lors de l'utilisation en soupape limitatrice de levée, la tubulure 4 est donc reliée à la chambre de travail du vérin destiné par exemple à soulever une plate-forme, tandis que la tubulure 5 l'est de son côte à la pompe du système hydraulique. Lorsque l'objet à déplacer, par exemple la plate-forme élévatrice, arrive au voisinage de sa position de fin de course, alors un système d'entraînement cinématique commence à faire basculer le levier 2 jusqu'à ce que finalement l'alésage d'écoulement 11 n'ait plus aucune communication avec les tubulures 4 et 5. L'alésage de retour 12 reste bien branché entre celles-ci et il communique encore avec la pression de la pompe qui apparaît toujours à la tubulure 5, mais la bille 14 est énergiquement appliquée contre le siège 13, de sorte que le fluide hydraulique ne peut plus parvenir à la tubulure 4. L'alésage 11- est rempli de ce fluide, lequel ne peut toutefois slé- chapper ni d'un coté, ni de l'autre. Quand on doit faire revenir en arrière l'objet à déplacer, que ce soit sous l'effet de son propre poids ou par la double action du vérin, on fait disparattre la pression de la pompe dans la tubulure 5, de sorte que la bille 14 se soulève de son siège 13 et que le fluide hydraulique peut commencer à s'écouler en retour à partir de la chambre de travail du vérin. Aussitt qu'en raison du retour de l'objet le levier d'actionnement 2 a été ramené à la position de fig. 3, l'alésage d'écoulement 11 se retrouve en communication avec les tubulures par ses deux extrémités de sorte qu'on dispose de toute sa section pour l'écoulement du fluide. Fig.- 5 montre une autre forme d'exécution de dispositif distributeur hydraulique, susceptible d'applications dans d'autres conditions, savoir un clapet anti-retour qu'on peut sélectivement ouvrir ou fermer de façon complète. I1 s'agit là encore d'un robinet dont le boisseau sphérique 7 ne comporte plus l'alésage d'écoulement 11 mais seulement celui de retour 1-2. Dans l'exemple représenté la bille 14 disposée à l'intérieur de cet alésage est chargée par un ressort de compression helicoIdale 16, lequel prend appui d'.autre part contre une bague 17 collée dans l'alésage 12. Pour une rotation de 900 la canalisation correspondante est fermée. Fig. 7 et 8 représentent une troisième forme d'exécution concernant une vanne à trois et quatre voies, c'est-à-dire avec trois tubulures de raccordement et quatre positions de liaison. Ces quatre positions ont été représentées en fig. 7.1 à 7.4. Dans cette forme d'exécution le boisseau sphérique 7 comporte l'alésage d'Bcou- lement 11 au milieu duquel l'alésage de retour 12 débouche à angle droit à partir d'un seul cté. La canalisation d'un tel demialésage de retour s'avère difficile avec des boisseaux de petites dimensions dans le cas où, à la différence de l'exemple représenté, l'effet anti-retour doit etre prévu de l'intérieur vers l'extérieur. On peut alors par exemple prévoir l'alésage 12 comme en fig. 2, sa moitié opposée au siège 13 étant fermée de façon étanche par un bouchon vissé ou analogue. I1 est encore possible de désaxer quelque peu l'alésage d'écoulement 11 afin de disposer ainsi de davantage de place pour l'agencement de l'alésage 12 entre ledit alésage 11 et la surface du boisseau sphérique.Fig. 9.montre--une variante dans laquelle en vue d'obtenir ainsi plus de place pour l'alésage de retour, on a réalisé celui d'écoulement 11 par le moyen de deux alésages partiels orientés suivant deux cordes d'arc et dont le point d'intersection, qui constitue le débouché de l'alésage 12, se trouve ainsi excentré par rapport au boisseau lui-meme. Grâce à ses quatre positions de travail le dispositif distributeur hydraulique suivant fig. 7 à 9 comporte d'intéressantes combinaisons de liaison obtenues à l'aide d'un composant unique. On retrouve un comportement analogue avec le dispositif suivant fig. 10 et 11 qui correspond à une vanne à deux et quatre voies, c'est-à-dire à deux tubulures entre lesquelles on peut établir quatre positions de liaison, savoir position d'écoulement, position de fermeture, position de retour dans un sens et position de retour dans l'autre.Dans cette forme d'exécution le siege du boisseau et les tubulures de raccordement sont au besoin conformés de façon que les ouvertures de ce siège se trouvent disposées a un peu plus de 90 l'une par rapport à l'autre, afin qu'à la position suivant fig. 10.3 l'alésage d'écoulement 11 se trouve en communication avec lesdites ouvertures par ses deux extrémités tandis qu'à la position de fig. 10.4 il soit entièrement fermé par rapport à celles-ci. Plus particulièrement dans le cas de boisseaux sphérique de petites dimensions, la forme d'exécution de fig. 10-.1 à 10.4 peut encore, comme indiqué en fig. 12, être agencée pour assurer dans le clapet anti-retour un écoulement en sens inverse par rapport à celui de fig. 10.1 à 10.4. Un ressort hélicoïdal 18 est inséré entre les deux billes 14 pour tendre à les écarter l'une de l'autre. Afin de permettre la réalisation du boisseau, -l'un des sieges du clapet 13 peut etre monté ultérieurement dans l'alésage de retour sous la forme d'une bague vissée. Le dispositif suivant l'invention comporte ainsi une foule de possibilités de liaison et par ailleurs il n'excède pas essentiellement l'encombrement ou le prix de revient d'un robinet usuel à boisseau sphérique. Il doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I c A T I O- N S 1. Dispositif distributeur hydraulique, du genre comprenant un robinet avec des tubulures de raccordement, un siège, une clé ou boisseau monté à rotation dans celui-ci et perforé d'au moins un alésage, ce boisseau assurant en coopération avec le siège une position d'écoulement et une position de fermeture par rapport à au moins deux des tubulures, et comportant par ailleurs un clapet anti-retour ou de retenue prévu dans l'alésage ou dans l'un des alésages dudit boisseau, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'a- alésage qui renferme le clapet anti-retour se trouve une bille (14) dont la liberté de déplacement suivant la longueur de cet alésage est limitée d'une part par un siège correspondant (13) et d'autre part par une butée (15). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre la butée (13) et la bille (14) est disposé un ressort (16) qui sollicite celle-ci contre le siège. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le boisseau (7) comporte un alésage d'écoulement libre (11) et au moins un alésage de retour perpendiculaire au précédent, qui renferme le clapet anti-retour (13, 14) et qui intersecte l'alésage d'écoulement (11) précité. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la butée (15) ne retient la bille (14), non soumise à l'action d'un ressort de rappel, que dans une partie de l'alésage de retour située sur un côté de l'alésage d'écoulement (11). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la butée est constituée par un manchon élastique (15) introduit à l'intérieur de l'alésage de retour (12). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le robinet est du type à deux et deux voies (deux tubulures, deux positions) et en ce que l'alésage d'écoulement (11) et l'alésage de retour (12) comportent un recouvrement d'angle négatif, c'est-à-dire des domaines d'ouverture qui se chevauchent. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'un ressort de rappel tend à ramener le boisseau (7) à sa position initiale. 8. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le robinet est du type à trois et quatre voies (trois tubulures, quatre positions) dans lequel l'alésage de retour (12) débou che dans -l'alésage d'écoulement (11) à l'intérieur du boisseau (7) (fig. 7.1 à 7.4). 9. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le robinet est du type à deux et quatre voies (deux tubulures, quatre positions) dans lequel à l'intérieur du boisseau (7) deux alésages de retour (12) viennent déboucher dans l'alésage d'écoulement (11) à partir de deux points opposés de ce boisseau, ces alésages (12) étant orientés de même manière par rapport à l'alésage d'écoulement (11) (fig. 10.1 à 10.4 et 12). 10. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le robinet (1) comporte un boisseau sphérique (7) à la façon en soi connue.