Brevet FR2459391A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne les servomoteurs à air comprimé du type comportant une chambre d'admission et une chambre d'échappement d'air, séparées par un piston, et elle s'applique plus particulièrement aux servomoteurs du type à pression d'air "balancée" dans lesquels la pression élevée de l'air est maintenue sur les deux faces du piston lorsque le servomoteur est dans l'état "prêt à fonctionner tandis que, pour le fonctionnement du servomoteur, la pression d'air régnant dans la chambre d'échappement est réduite par rapport à celle régnant dans la chambre d'admission, ce qui crée une différence entre les pressions qui sont appliquées aux faces opposées du piston.La pression différentielle ainsi engendrée est commandée par une soupape actionnée par le déplacement relatif d'une tige d'entrée de façon à ouvrir ou fermer un passage qui est formé dans le piston, et relie la chambre d'échappement soit à la chambre d'admission soit à un conduit d'évacuation à l'atmosphère. Un problème posé par ces servomoteurs à pression d'air balancée" est que la pression de l'air comprimé qui est, par exemple, d'environ 7 bars, agit sur l'un des côtés de la soupape de sorte que cette pression doit être équilibrée par un ressort puissant agissant entre la tige d'entrée et l'autre côté de la soupape. Lorsque la soupape est déplacée par la tige d'entrée pour interrompre l'introduction d'air dans la chambre d'échappement, elle s'applique contre le piston et le ressort agit utilement contre le piston de sorte que la charge produite par la pression d'air agissant sur la soupape doit être compensée par l'application d'un effort accru sur la tige d'entrée. L'accroissement brusque de l'effort nécessaire lorsqu'on actionne le servomoteur ne donne pas la sensibilité désirable, par exemple, au conducteur d'une automobile dans laquelle le servomoteur est utilisé en tant que partie d'un mécanisme de commande de débrayage. La présente invention a pour but de réaliser un servomoteur dans lequel le problème du brusque accroissement de l'effort de commande requis est atténué. Par conséquent, la présente invention a pour objet, un servomoteur pneumatique du type à pression d'air "balancée" qui comporte une chambre d'admission et une chambre d'échappement d'air, séparées par un piston de sorte que l'air contenu dans la chambre d'admission agit sur le piston pour appliquer un organe de sortie, une charge de servomoteur proportionnelle à la différence entre les pressions qui règnent dans les deux chambres et commandée par une soupape de commande qui est actionnée par le déplacement d'une tige d'entrée par rapport au piston et disposée dans un passage de ce piston reliant les chambres entre elles, et qui comporte un plongeur isolant le passage de la chambre d'admission lors du déplacement de la tige d'entree, réagissant sur la tige d'entrée et comportant des surfaces orientées dans des sens opposés, toutes deux exposées à la pression d'air régnant dans la chambre d'échappement pour appliquer au plongeur une charge d'équilibrage proportionnelle au rapport entre les surfaces exposées. De préférence, les surfaces orientées en sens opposés du plongeur ont des dimensions égales de sorte que le plongeur est maintenu en équilibre. Avantagusement, la tige d'entrée traverse la soupape et le piston de façon à pouvoir entrer en contact avec des moyens de répartition de la charge, disposés du côté sortie du piston, et comporte au droit de cette traversée du piston et de la soupape, des surfaces orientées dans des sens opposés, qui sont exposées à la pression de la chambre d'échappement de sorte qu'une charge d'équilibrage résultante est appliquée à la tige d'entrée. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un servomoteur pneumatique selon la présente invention, dont la soupape est dans la position de "repos" ; et - la Fig. 2 représente une partie de la Fig. 1 montrant la soupape et la tige d'entrée dans la position de fonctionnement du servomoteur. Comme représenté sur la Fig. 1, le servomoteur comprend un carter cylindrique 11 contenant un piston coaxial 12 muni de deux prolongements tubulaires coaxiaux 13 et 14 en directions opposées qui traversent chacun de manière étanche, une paroi d'extrémité respective du carter 11. Le premier prolongement tubulaire 13 fait saillie en direction d'un organe de sortie coaxial 15 et se prolonge sur une partie de la longueur de ce dernier. Des moyens 16 de répartition de la charge, constitués par un disque en caoutchouc plat, sont logés dans le prolongement 13 entre l'organe de sortie 15 et le piston 12. L'étanchéité entre l'organe de sortie 15 et le carter 11 est assurée par un soufflet de protection 17 qui empêche les saletés de pénétrer dans le servomoteur. L'autre prolongement tubulaire 14 fait saillie en direction d'une tige d'entrée coaxiale 18 et se prolonge sur une partie de la longueur de cette tige qui peut être actionnée par des moyens mécaniques ou, par exemple, par un vérin hydraulique asservi (non représenté). La tige d'entrée 18 traverse un alésage étagé 19 traversant coaxialement le piston ou la paroi mobile 12 et peut venir en appui contre le disque en caoutchouc 16. Le piston 12 divise le carter 11 en une chambre d'admission 21 et une chambre d'échappement 22 et est repoussé en direction de la chambre d'échappement 22 par un ressort interne 63. La chambre d'admission 21 est alimentée, par un orifice 23, en air comprimé à une pression d'environ 7 bars. Les deux chambres 21 et 22 sont reliées entre elles par un passage 39 qui fait communiquer la chambre d'admission et l'alésage 19 et par un passage 38 qui fait communiquer l'alésage 19 et la chambre d'échap pement. L'air comprimé arrive à la chambre d'échappement 22 à travers une soupape 24 montée sur la tige d'entrée 18 et disposée dans l'alésage 19. La soupape 24 règle la différence de pression entre les deux chambres 21 et 22 et, par conséquent, la charge de sortie du servomoteur. L'alésage traversant en gradins 19, formé dans la paroi mobile, ou piston 16, comporte utilement cinq parties qui ont des diamètres différents et qui sont désignées, de gauche à droite, par les références 25, 26, 27, 28 et 29. La première partie 25 est une partie de grand diamètre qui reçoit la tête de l'organe de sortie 15 et le disque en caoutchouc 16 est emprisonné entre cet organe de sortie 15 et un épaulement 31 formé entre la première partie 25 et la seconde partie 26 qui est la partie ayant le plus petit diamètre. La seconde partie 26 reçoit la tête 32 de la tige d'entrée, un petit intervalle libre étant laissé entre la face extreme de cette tête 32 et le disque 16. Les troisième, quatrième et cinquième parties 27, 28 et 29 ont des diamètres progressivement de plus en plus grand, de gauche à droite. La troisième partie 27 fournit un support coulissant à une portion 34 de diamètre légère- ment plus grand de la tête 32 et un organe d'étanchéité 37 est intercalé entre la paroi interne de cette troisième partie 27 et la tête 32. Un épaulement 35 formé entre les seconde et troisième parties 26 et 27 constitue une butée contre laquelle un épaulement 36 de la tête 32 peut venir appuyer de façon à limiter le déplacement de la tige d'entrée 18 en direction de l'organe de sortie 15. La quatrième partie 28 est reliée à la chambre d'échappement 22 par les passages 38 qui traversent la paroi de l'alésage 19. La cinquième partie 29 est reliée à la chambre d'ad- mission 21 par le passage 39 et elle comporte un capuchon 41 en forme de cuvette qui est fixé par des goupilles 42 de telle manière que l'ouverture de la cuvette est tournée vers l'intérieur et que le capuchon fait utilement partie de la paroi et forme une chambre de soupape, fermée, 43 dans laquelle la soupape 24 est logée. La soupape 24 comprend un plongeur 45 à diamètres étagés qui est monté sur la tige d'entrée 18 et dont la surface intérieure est cannelée pour former des passages axiaux 46 adjacents à la tige. Le plongeur 45 comporte une partie 58 de grand diamètre et une partie 47 de petit diamètre entre lesquelles est formé un épaulement 61. La partie de petit diamètre 47 traverse le centre de la base du capuchon 41 et un organe d'étanchéité 49, monté dans le capuchon 41, appuie contre cette partie 47 du plongeur. La partie de grand diamètre 58 porte un premièr organe d'étanchéité annulaire 55 qui peut venir en appui contre l'épaulement 56 entre les parties 28 et 29 de l'alésage 19 et un second organe d'étanchéité annulaire 57 qui appuie contre la surface cylindrique interne du capuchon 41.Un ressort 50 est monté entre la tige d'entrée 18 et l'extrémité de la partie 47 pour repousser le plongeur en appui contre un organe d'étanchéité 53 disposé sur un épaulement 54 de la tige d'entrée. L'organe d'étanchéité 53 sert à obturer les passages axiaux 46 du plongeur. Un second ressort 51, agissant entre le capuchon 41 et la tige d'entrée 18, repousse la tige d'entrée vers la droite de façon à maintenir l'organe d'étanchéité 55 écarté de l'épaulement 56. Des passages axiaux 59 formés dans le plongeur 45 relient entre elles la face extrême 60 de la partie de grand nombre 58 et la face de l'épaulement 61 qui sont orientées en sens inverses. Comme le montrent la Fig. 1 et la Fig. 2, le fonctionnement du servomoteur, est le suivant Le servomoteur est un servomoteur à pression d'air "balancée" dans lequel l'air comprimé contenu dans la chambre d'admission 21 est également envoyé dans la chambre d'échappement 22, par l'intermédiaire des passages 39, de l'alésage étagés 19 et des passages 38. Ainsi , la pression d'air, d'environ 7 bars, est la même dans les deux chambres 21 et 22. Lorsqu'une charge d'entrée est appliquée à la tige d'entrée 18, cette tige se déplace vers la gauche par rapport au piston 12, en entrainant avec elle le plongeur 45, jusqu'à ce que l'organe d'étanchéité 55 vienne en appui contre l'épaulement 56 ce qui interrompt l'alimentation en air de la chambre d'échappement 22. Le plongeur 45 est alors maintenu dans sa position par rapport au piston par l'épaulement 56 et la poursuite du déplacement vers la gauche de la tige 18 écarte l'organe d'étanchéité 53 de la face extrême 60 du plongeur 45, ce qui permet à la chambre 22 d'être en communication avec l'atmosphère par les passages axiaux 46. Ceci crée entre les deux chambres une différence de pression qui provoque le déplacement du piston 12 vers la gauche et l'application par le piston d'une charge à l'organe de sortie 15. Le plongeur 45 est alors dans la position représentée sur la Fig. 2. Le piston 12 continue de se déplacer vers la gauche jusqu'à ce que la charge de sortie du servomoteur réagissant par l'intermédiaire de l'organe de sortie 15 sur le disque 16, soit contrebalancée par la charge d'entrée appliquée à la tige 18 et par la charge engendrée par le servomoteur sur le piston 12. Le disque 16 sert à répartir la charge de sortie entre le piston 12 et la tige d'entrée 18 proportionnellement aux surfaces de contact de ce disque avec le piston et avec la tige d'entrée. Ceci est bien connu. A ce moment, le plongeur 45 est réappliqué contre l'organe d'étanchéité 53. Lorsque le plongeur 45 est dans la position représentée sur la Fig. 1, la pression d'air régnant dans la chambre d'échappement 22 agit sur la face extrême 60, sur une surface de section transversale annulaire délimitée entre l'organe d'étanchéité 57 et l'organe d'étanchéité 53, pour pousser le plongeur 45 vers la droite. Dans un servomoteur selon la technique antérieure ce déplacement vers la droite serait contrecarré par un puissant ressort agissant entre le plongeur et la tige d'entrée pour maintenir le plongeur en appui contre l'organe d'étanchéité 53, en particulier pendant le déplacement initial vers la gauche de la tige d'entrée du début de l'actionnement du servomoteur. Grâce aux passages 59 entre la face extrême 60 et la face opposée formée par l'épaulement 61, la pression d'air peut agir également sur une surface annulaire de la face arrière opposée de l'épaulement 61, délimitée par les organes d'étanchéité 57 et 49. Etant donné que les surfaces annulaires des deux faces opposées 60 et 61 sont approximativement égales, le plongeur 45 est maintenu en équilibre et il n'est besoin que d'un faible ressort pour le maintenir appliqué sur l'organe d'étanchéité 53. Cependant, si un équilibre n'est pas nécessaire, on peut obtenir l'application d'une charge nette désirée sur le plongeur en modifiant le rapport entre les surfaces exposées orientées en sens opposés. En outre, lorsque le plongeur 45 est en appui contre l'épaulement 56, après la poursuite du déplacement vers la gauche de la tige d'entrée 18, la charge emmagasine dans le puissant ressort de la technique antérieure est supportée par le piston 12 et la poursuite du déplacement de la tige 18 par rapport au piston nécessite un accroissement brusque de l'effort pour surmonter la charge du ressort. Ce problème ne se pose pas avec le plongeur équilibré décrit ici. De même, grâce au fait que le diamètre de l'organe d'étanchéité 37 est effectivement le même que celui de l'organe d'étanchéité 49, lorsque le servomoteur est à l'état "prêt à fonctionner", il n'y a pas de force de pression de déséquilibre sur la tige d'entrée 18. En outre, étant donné que le diamètre de l'organe d'étanchéité 55 est effectivement le même que celui de l'organe d'étanchéité 57, il n'existe pas non plus de force de déséquilibre, dans la condition de fonctionnement, lorsque l'organe d'étanchéité 55 est légèrement ouvert et que la pression régnant dans la chambre 22 est partiellement abaissée par rapport à celle de l'admission dans la chambre 21. R E V E N D I C A T I O N S 1. Servomoteur pneumatique à pression d'air "balancée" qui comporte une chambre d'admission d'air et une chambre d'échappement de l'air, séparées par un piston de sorte que l'air contenu dans la chambre d'admission agit sur le piston pour appliquer à un organe de sortie, une charge de servomoteur proportionnelle à la différence entre les pressions dans les deux chambres et réglée par une soupape de commande actionnée par le déplacement d'une tige d'entrée par rapport au piston et disposée dans un passage de ce piston qui relie les chambres entre elles, caractérisé en ce que la soupape (24) comporte un plongeur (45) qui isole le passage (19) de la chambre d'admission (21) à la suite du déplacement de la tige d'entrée (18), réagit sur cette tige d'entrée (18) et comporte des surfaces (60 et 61), orientées dans des sens opposés et toutes deux exposées à la pression d'air de la chambre d'échappement (22) pour appliquer au plongeur une charge d'équilibrage et commander sa charge de réaction nette contre la tige (18). 2. Servomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces respectives C60 et 61) orientées dans des sens opposés-sont approximativement égales de sorte que le plongeur es-t en- équilibre et n'exerce pratiquement aucune charge de réaction nette sur la tige (18). 3. Servomoteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le plongeur (45) comporte deux alésages longitudinaux (59) qui relient entre elles les deux surfaces. 4. Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la tige d'entrée (18) traverse la soupape (24) et le piston (12) pour venir en appui contre des moyens (16) de répartition de la charge disposés du côté du piston ou est situé l'organe de sortie, caractérisé en ce que la tige d'entrée (18) au droit de sa traversée du piston (12) et de la soupape (45) comporte des surfaces orientées en sens opposés qui sont exposées à la pression de la chambre d'échappement de sorte qu'une charge d'équilibrage résultante est appliquée à cette tige d'entrée.