Brevet FR2479403A1 — publié le 19811002

1. L'invention concerne un mécanisme de commande d'une vanne rotative ou un mécanisme similaire. Les mécanismes de commande de vannes rotatives com- prennent généralement un mécanisme à bras de manivelle, un étrier à sabot de frein, une transmission à chaine, un mécanisme à crémaillère et pignon, ou bien un organe de commande du type à pales, afin de faire tourner la vanne sur 900, sur 1800 ou sur tout angle souhaité de rotation. Bien que ces dispositifs permettent d'obtenir les résultats souhaités, ils sont généralement encombrants, dépassent, dans certains cas, des brides de la vanne et, en général, exercent une composante latérale importante de poussée. Il est souhaitable de disposer d'un mécanisme de commande d'une vanne rotative ou autre qui soit peu volumineux, de fabrication simple et de fonctionnement efficace et fiable. Des mécanismes à vis et billes sont connus depuis longtemps dans ce domaine et sont décrits, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 476 304, n0 611 832, n0 3 758 938 et n0 4 149 430. Dans tous ces mécanismes, un mouvement rotatif d'entrée engendre un mouvement linéaire de sortie. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 114 470. décrit un mécanisme rotatif de commande comprenant un bottier qui comporte une glissière rectiligne le long de laquelle un élément coulissant peut se déplacer. Une extrémité de cet élément coulissant comporte un organe lui permettant d'ëtre déplacé le long de la glissière, et son autre extrémité comporte un organe empêchant l'élément coulissant de tourner. L'élément coulissant porte un ensemble à écrou qui est en prise avec une vis sans fin faisant partie d'un arbre de sortie qui est mis en rotation lorsque l'élément coulissant se déplace. Dans un tel dispositif, des filets trapézoïdaux classiques et préchargés sont utilisés dans un mécanisme entraîné linéairement et pouvant tourner dans les deux sens. Cependant, ce mécanisme ne comporte aucun moyen de réglage de course. L'invention comporte un mécanisme de commande d'une vanne rotative comportant un élément linéaire d'entrée 2. qui est aligné verticalement avec l'axe central de la tige de la vanne. Ce mécanisme de commande utilise une vis à billes pour l'entraînement arrière linéaire de la partie de la vis formant écrou et pour faire tourner la vis. Le degré de rota- tion peut être obtenu aisément par des moyens de réglage simples. Au lieu d'utiliser un mouvement d'entrée du type rotatif pour produire un mouvement linéaire de la vanne, on utilise un mouvement d'entrée du type linéaire pour produire un mouvement de sortie rotatif. Le mouvement d'entrée linéaire peut être. obtenu, par exemple, au moyen d'un diaphragme actionné par un fluide sous pression et, selon le sens du mouvement du diaphragme, un mouvement rotatif de sortie est obtenu dans un sens ou dans l'autre. Des moyens autres que des diaphragmes peuvent être mis en oeuvre pour exercer la force d'entrée linéaire souhaitée, mais il convient de noter que le dispositif d'entrée linéaire est aligné axialement avec le mécanisme de sortie. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur leqiel. la figure unique et': une coupe longitudinale partielle d'un mécanisme de commande rotatif comportant une vis à billes et destiné à convertir une force linéaire en une force de rotation, certaines parties de ce mécanisme étant représentées en élévation et d'autres parties en coupe afin d'illustrer plus clairement l'invention. La forme de réalisation représentée de l'inven- tion comprend une partie 10 de vanne qui peut être tournée entre des positions d'ouverture et de fermeture. La forme de réalisation particulière de la vanne n'entre pas dans le cadre de l'invention, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de décrire et de représenter en détail cette vanne. La partie à faire tourner peut être un dispositif autre qu'une vanne. A proximité de son extrémité supérieure, la vanne 10 est réalisée d'une seule pièce avec une bride faciale intérieure 12. Une tige 14 de commande, qui fait saillie axialement de l'extrémité supérieure de la partie 10, est reliée fonction- nellement à un manchon mené 22 par une clavette 16 engagée 3. respectivement dans une rainure 18 ménagée dans la tige et dans une rainure 20 ménagée dans ce manchon mené 22. Le manchon 22 comporte un prolongement allongé et réduit 24 et il est logé dans un corps fixe 26 dont l'extrémité inférieure comprend un bloc cylindrique 28. La bride faciale 12 de la vanne rotative 10 porte contre l'extrémité inférieure de la partie cylindrique 28 du corps à laquelle elle est reliée par des moyens classiques tels que des boulons (non représentés). Une bride ou bague annulaire 32, faisant saillie vers l'intérieur à peu près au milieu de la paroi intérieure du corps 28, présente des surfaces planes supérieure et inférieure contre lesquelles portent respectivement des paliers 34 et 36 de butée. Le côté inférieur du manchon mené 22 porte contre le côté supérieur du palier 34. Une rondelle ou un disque 38, situé sur le côté inférieur du palier 36 de butée, est maintenu en place par un anneau élastique 40 dans le prolongement 24 du manchon mené. Il est évident que lorsque le manchon mené 22 exerce une poussée vers le bas, cette poussée est communiquée au-palier 34 de butée et, lorsqu'une poussée vers le haut est exercée, elle est communiquée par le disque 38 au palier 36 de-butée. Une plaque 44 est fixée à l'extrémité supérieure du manchon mené 22 par des boulons 42. Cette plaque 44 est fixée par Djne soudure 46 à un arbre fileté et allongé 48 à billes aligné axialement avec la tige menée 14 de la vanne rotative. Une gorge ou piste hélicoïdale 50, ayant une section droite à peu près en U, est réalisée dans l'arbre fileté 48. Un manchon ou écrou cylindrique et allongé 54 d'entraînement, présentant une gorge hélicoïdale analogue 56 réalisée dans sa paroi intérieure, est monté sur l'arbre fileté 48. Une suite sans fin de billes d'acier 52 est logée librement dans les pistes ou gorges 50 et 56. L'assemblage ainsi réalisé est analogue à celui d'un écrou et d'un boulon vissé l'un sur l'autre, la diffé- rence résidant dans la présence des billes dans les parties filetées. L'écrou et le boulon sont en fait enclenchés l'un avec l'autre par les billes. L'écrou, c'est-à-dire le manchon 4. 54 d'entraînement, comporte une piste intérieure 58 destinée au retour des billes 52. Sur la figure, la piste 58 n'est pas représentée en totalité, mais son extrémité opposée, qui n'est pas représentée, communique avec l'extrémité supérieure des gorges hélicoïdales complémentaires 50 et 56 de manière qu'une rangée continue de billes passe dans les gorges hélicoïdales et dans la piste intérieure 58 de retour. Les billes 52 sont en fait retenues à l'intérieur du manchon 54 d'entraînement et elles ne peuvent effectuer qu'un, deux ou trois tours complets du filetage avant d'être remontées en amont jusqu'à la posi- tion de départ en passant dans la piste 58. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 476 304 décrit en détail un écrou à billes. Des clavettes 60, reliées rigidement au manchon cylindrique 54 d'entraînement et faisant saillie des côtés opposés de ce manchon, peuvent se déplacer dans des rainures 62 réalisées dans la paroi intérieure d'une partie cylindrique allongée 64 du corps principal 26. L'extrémité inférieure de la partie cylindrique 64 comporte une bride extérieure 66 qui est fixée au bloc 28 du corps par des boulons 68. Le corps 26 est totalement hermétique afin d'empêcher l'introduction de saletés dans ce corps 26, ce dernier présentant cependant un petit trou 70 de respiration. Une bride extérieure 72, située à l'extrémité supérieure de la partie 64, est fixée à la partie inférieure 74 d'un boîtier de diaphragme au moyen d'organes filetés et étanches 76 de fixation. Un joint 94 assure l'étanchéité aux fluides entre la bride 72 et la partie inférieure 74 du boîtier. Un joint 78 à fluides est placé dans la bride extrême 72 afin d'empêcher les fluides de fuir le long d'une tête cylindrique 80 qui est fixée à l'extrémité supérieure du manchon 54 d'entraînement par des organes filetés de fixation (non représentés). Une plaque circulaire 82, sur laquelle est disposé un diaphragme 84 en élastomère, forme l'extrémité supérieure de-la tête 80 du manchon d'entraînement et est fixée à cette tête par des organes filetés 88. Le diaphragme 84 est bridé en place par une plaque supérieure 86 de bridage dont les bords affleurent ceux de la plaque 82. Le diaphragme 5. 84 dépasse des plaques 82 et 86 et son bord extérieur est serré entre des brides partant vers l'extérieur des bords de la partie inférieure 74 et de la partie supérieure 90 du boîtier, le serrage étant réalisé par plusieurs organes filetés 92 de fixation. Les organes filetés 88 de fixation sont conçus de manière à traverser les plaques 82 et 86 et le diaphragme 84 afin de relier fixement ces organes les uns aux autres et à l'extrémité supérieure de la tête 80 d'entrai- nement. Un joint (non représenté) peut être utilisé pour assurer l'étanchéité entre la plaque inférieure 82 et l'extré- mité supérieure de la tête 80 d'entraînement. Pour la commande du diaphragme 84 et des pièces associées, un fluide sous pression, provenant de toute source convenable d'alimentation, est introduit par un orifice 96 d'entrée dans la partie inférieure 74 du boîtier et par un orifice 98 d'entrée dans la partie supérieure 90 du boîtier. Lorsque le fluide sous pression est introduit -dans une chambre, l'autre chambre est ouverte afin de se décharger. Une tige cylindrique 100, qui fait saillie vers le haut de la partie centrale de la plaque supérieure 86 de bridage, peut exécuter un mouvement alternatif vertical dans un bossage 102 d'appui situé sur la partie supérieure 90 du boîtier, un joint 104 d'étanchéité aux fluides, logé dans le bossage d'appui, empêchant le fluide sous pression de s'échapper de la chambre supérieure du diaphragme. L'extrémité supérieure de la tige 100 porte un disque 106 de limitation de course qui est sensiblement plus large que la tige et qui est fixé en place par un boulon 108. Le boulon 108 constitue également une indication visuelle de l'arrivée de la tête cylindrique 80 du diaphragme dans sa position la plus haute. Le mouvement de descente de la tige 100 et des pièces associées est limité par l'entrée en contact du disque 106 avec des rondelles 110 d'entretoisement qui sont enfilées sur la tige et reposent contre le bossage 102 d'appui. Il est possible d'accroître ou de diminuer le nombre de rondelles 110 pour donner à la course de descente du manchon 54 d'entraînement une longueur prédéterminée. Le mouvement de montée du manchon 54 d'entraînement est limité par l'entrée en 6. contact du disque 106 avec un rebord intérieur 114 d'un manchon 112 dont l'extrémité inférieure présente un filetage intérieur destiné à se visser sur des filets extérieurs du bossage 102 d'appui. Ceci permet un certain réglage vertical de la position du manchon 112 pour régler de manière correspondante le mouvement de montée de la tige 100 et des pièces associées. Des rondelles 115 peuvent être ajoutées ou retirées de manière correspondante pour déterminer la course de montée du manchon 54 d'entraînement. Lors de l'introduction du fluide sous pression dans la chambre supérieure du diaphragme par l'orifice 98 d'entrée, le manchon 54 d'entraînement est abaissé à force en ligne droite, les clavettes 60 empêchant tout mouvement de rotation. Au cours de ce mouvement, le fluide est déchargé de la chambre inférieure du diaphragme par l'orifice 96. L'arbre fileté 48 est alors mis en rotation grâce au dispositif constitué par cet arbre 48, la série de billes 52, les gorges hélicoïdales 50 et 56 et le canal 58. Cette rotation est transmise au manchon mené 22 et à son prolongement 24. La clavette 16 assure l'entraînement de la tige 14 de la vanne rotative 10. Tous ces mouvements s'effectuent en alignement axial, ce qui permet l'obtention d'une grande efficacité du mouvement de commande, sous un faible volume et avec un faible encombrement. Il ne semble pas nécessaire de' décrire l'opération inverse au cours de laquelle le fluide sous pression est introduit par l'orifice 96 et déchargé par l'orifice 98, car cette opération est évidente à l'homme de l'art. La longueur de la course du manchon 54 d'entrai- nement peut être réglée par une diminution ou un accroissement du nombre de rondelles 110 d'entretoisement ainsi que par une rotation du manchon 112 qui entraîne un réglage par vissage, et l'addition ou le retrait d'une rondelle 115, comme décrit précédemment. La vis 94 de réglage de la course peut, en variante, être actionnée pour le réglage de la course. Il ressort de la description précédente que le mécanisme de commande selon l'invention permet de transformer 7. aisément un mouvement linéaire d'entrée en un mouvement rotatif de sortie tout en assurant le maintien de la totalité de l'action suivant l'axe central de la tige de la vanne. Dans le cas o des limitations d'espace constituent un critère primordial, il est apparu avantageux de donner à l'angle du pas des gorges ou pistes 50 et des gorges ou pistes associées 56 une valeur relativement faible. Cependant, il est évident que dans de telles circonstances, il peut être nécessaire d'accroître la force appliquée linéairement pour produire le i couple de sortie nécessaire à l'actionnement de la vanne associée, par exemple. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mécanisme de commande décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 8. REVENDICATIONS 1. - Mécanisme de commande d'une vanne rotative (10), caractérisé en ce qu'il comporte un élément moteur à mouvement linéaire réversible, un élément (54) d'entraînement pouvant exécuter un mouvement alternatif linéaire sous l'action dudit élément moteur, un élément rotatif mené (22) aligné axialement avec l'élément d'entraînement et situé à l'intérieur de ce dernier, un mécanisme continu à vis, écrou et billes qui relie entre eux l'élément d'entraînement et l'élément mené, et des organes établissant une liaison d'entraînement entre l'élément mené et la vanne rotative. 2. - Mécanisme de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier fixe (26) logeant l'élément d'entraînement et l'élément mené, et un dispositif de clavetage (60, 62) situé entre le boîtier et l'élément d'entraînement afin de limiter ce dernier à un mouvement linéaire. 3. - Mécanisme de commande selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon (22) faisant partie de l'élément mené, et des paliers (34, 36) de butée placés entre le manchon et le boîtier afin de recevoir les poussées de l'élément mené dans les sens opposés. 4. - Mécanisme de commande selon la revendida- tion 1, caractérisé en ce que l'élément moteur comprend un diaphragme (84) , des chambres supérieure et inférieure qui renferment le diaphragme et des -raccordements (96, 98) permettant à un fluide sous pression d'être introduit dans les chambres pour provoquer des mouvements de sens opposés du diaphragme. 5. - Mécanisme de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réglage de la course de l'élément moteur. 6. - Mécanisme de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (108) permettant de déterminer aisément la position de l'élément d'entraînement. 7. Mécanisme de commande d'une vanne rotative (10), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif qui déli- 9. mite une chambre destinée à recevoir un diaphragme (84) pouvant exécuter un mouvement alternatif dans ladite chambre, des organes (96, 98) d'arrivée de fluide sous pression, permettant d'actionner le diaphragme dans un sens ou dans l'autre, un manchon allongé (54) d'entraînement qui comporte une tête corps afin de recevoir les poussées de sens opposés. 8. - Mécanisme de commande selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce qu'-il comporte une tige (100) concentrique au diaphragme et pouvant exécuter un mouvement alternatif avec lui, l'extrémité extérieure de cette tige portant un disque (106), un manchon rigide >(112) contenant ladite tige et comportant une lèvre (114) qui limite le mouvement de la tige et du disque vers l'extérieur, le disque pouvant entrer en contact avec une butée réglable (110) en se déplaçant en sens opposé.