Brevet FR2507705A1 — publié le 19821217

L'invention concerne une vanne de commande manuelle pour un système d'entraînement hydraulique, qui est équipée d'une conduite d'alimentation placée sous pression ainsi que d'une conduite de commande, dont la pression ou le dé- bit traversant dépend de la position d'un piston de commande. De telles vannes de commande manuelle sont connues depuis longtemps En général elles possèdent au moins deux raccords, à savoir le raccord de la conduite d'alimentation et le raccord de la conduite de commande; en outre il est souvent prévu une conduite de fuite ou de purge, par laquel- le est évacué le fluide hydraulique qui en traversant les organes de commande est parvenu dans une zone de la vanne, qui ne participe pas à la commande proprement dite Le dé- placement manuel et par conséquent le réglage du débit pas- sant de la conduite d'alimentation à la conduite de comman- de s'effectue au moyen d'une rotation ou d'un déplacement axial d'un piston de commande, lors du mouvement duquel des ouvertures équipées d'arêtes pilotantes ou de commande sont amenées plus ou moins en recouvrement. De telles vannes de commande manuelle peuvent être utilisées pour influer directement ou même pour influer de façon indirecte sur le système d'entraînement hydraulique branché en aval Dans le cas de la commande directe, la vanne de commande manuelle est traversée par toute la puis- sance qui, sous la forme de la pression et en outre de la vitesse d'écoulement, traverse également l'appareil d'en- traînement hydraulique branché en aval Par suite de la puissance importante intervenant dans quelques systèmes d'entraînement hydraulique, on peut aboutir, dans le cas de commandes directes, à des vannes de commande manuelle très difficiles à manier, dont la commande entraîne des difficul- tés notamment dans le cas d'un dosage fin Par rapport à ces commandes, les commandes indirectes sont plus avantageuses mais elles impliquent un servomécanisme, dans lequel les impulsions de commande du circuit auxiliaire hydraulique traversant la vanne de commande manuelle sont converties en des déplacements de réglage pour le circuit de puissance proprement dit Ceci augmente le coût du circuit et en ou- tre, étant donné qu'il n'existe plus d'influence directe, le dosage fin n'est plus garanti dans de nombreux cas. C'est pourquoi le but de la présente invention est de créer une vanne de commande manuelle pour un système d'entraînement hydraulique, dont l'utilisation permet tou- jours un dosage fin et précis du circuit de puissance, même dans le cas de puissances très élevées. La présente invention est caractérisée par le fait que le piston de commande est constitué sous la forme d'un piston flottant chargé par une pression sur ses deux faces et que la position du piston de commande dépend d'une sou- pape servant à décharger la pression sur une face du piston et dont la surface d'étanchéité est située sur le piston de commande et dont l'autre surface d'étanchéité est disposée sur un organe de réglage déplacé manuellement. Dans le cas de l'invention on évite par conséquent le déplacement direct du piston de commande, mais il reste quasiment un contact direct entre le piston de commande d'une part et l'organe de réglage déplacé manuellement En raison de la décharge effectuée sur une face du piston de commande à l'aide d'une soupape, il s'établit toujours, après une opération de réglage, entre les deux surfaces d'étanchéité de la soupape, un état d'équilibre qui peut être désigné comme étant stationnaire sans autre déplace- ment de réglage Cela signifie que les surfaces d'étanchéité de la soupape, c'est-à-dire le piston de commande d'un côté et l'organe de réglage manuel de l'autre côté, sont, dans cet état stationnaire, au même écartement indépendamment de leurposition respective Juste après une opération de régla- ge, il apparaît par conséquent automatiquement une situation qui correspond à celle d'un organe de réglage relié au pis- ton de commande, à une distance prédéterminée de ce dernier. On peut donc établir que du point de vue de la voie de déplacement, le piston de commande et l'organe de réglage sont accouplés réciproquement d'une manière quasiment immua- ble, tandis que la force de déplacement est appliqués essen- tiellement par voie hydraulique et que ce n'est que pendant ce bref intervalle de temps, que se trouve-supprimée cette position quasiment fixe du piston de commande par rapport à l'organe de réglage De cette manière, même dans le cas de puissances très élevées, il est possible de réaliser des commandes sensibles et précises, la sensibilité étant due aux faibles forces devant être appliquées tandis que la pré- cision est liée à l'accouplement du piston de commande à l'organe de réglage. Il est particulièrement avantageux de réaliser le piston sous la forme d'un piston étagé ou à gradins, la pression déchargée par la vanne agissant sur la surface du piston, qui possède le diamètre le plus important De ce fa 4 t on obtient un comportement de réponse particulièrement rapide, qui est très avantageux pour une commande commode et rapide Les deux faces du piston peuvent être soumises à la même pression, moyennant-l'hypothèse que la face déchar- géepar la souplape soit alimentée par un débit plus fai- ble, ce qui peut être obtenu très facilement grâce au monta- ge d'un étranglement éventuellement variable dans la con- duite correspondante d'alimentation. Pour un dosage particulièrement fin, il est recom- mandé de réaliser la soupape servant à la décharge sous la forme d'une soupape conique ou à pointeau, et l'organe de réglage possède alors approximativement la forme d'une aiguille Le piston de commande et l'aiguille sont disposés coaxialement l'un à l'autre de sorte que l'équilibre peut s'établir au niveau du piston de commande par suite d'un retrait, d'une ampleur différente, de la surface d'étanchéi- té conique située sur le piston par rapport à l'aiguille affûtée avec une pointe conique Au moyen d'un réglage de l'angle d'ouverture du cône, il est possible d'accroître la sensibilité Plus l'angle d'ouverture est faible, plus le cône se rapproche de la forme d'un cylindre, plus le déplacement est sensible et assurément moins les voies né- cessaires de réglage pour le déclenchement d'un processus de réglage sont importantes. Pour la transmission du débit de décharge circulant à travers la vanne, on peut prévoir dans le piston un canal central A l'extrémité libre duquel est disnosêe une liaison avec une conduite de retour il convient de faire communiquer la conduite de commande avec cette liaison, lorsque le pis- ton de commande est dans la position nulle, afin que la conduite de commande soit toujours remplie et que des chocs éventuels puissent être ainsi évités dans le cas d'une commande brusque. Avec la vanne de commande manuelle conforme à l'in- vention il est assurément possible de réaliser la charge directe, ou bien par l'intermédiaire de l'étranglement, du piston de commande au moyen d'une liaison respective avec la conduite d'alimentation et par conséquent il n'est aucu- nement besoin d'un circuit particulier permettant d'obtenir la position flottante du piston de commande En particulier pour le retour sûr à l'état initial lors de courses im- portantes de déplacement, il peut être approprié que la face du piston, chargée directement soit soutenue en supplé- ment à l'aide d'un ressort La longueur du ressort peut être choisie de manière que ce dernier ne soit actionné que dans le cas de courses importantes de déplacement de réglage. Pour accroître plus encore la sensibilité, on peut raccor- dèr à l'organe de réglage déplacé manuellement, par exemple sous la forme d'une aiguille de réglage, une transmission a levier qui réalise un déplacement de réglage de l'organe de réglage, d'une longueur réduite par rapport à la course de réglage proprement dite. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après, prise en référence au dessin annexé qui représente une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation de la vanne manuelle de commande conforme à l'invention. Sur la figure, on a représenté partiellement, sous forme schématique, une vanne de commande manuelle conforme à l'invention, sans aucun accessoire Cette vanne est cons- tituée par un boîtier 1, qui est traversé sur sa longueur par un perçage 2 de diamètre constant Le perçage 2 est ob- turé d'un côté par un bouchon plein 3 et de l'autre côté par un bouchon à traversée 4 L'intérieur du perçage 2 est rempli essentiellement par deux manchons 10 et 11 possédant des diamètres différents ainsi que par une douille de guida- ge 14 Les deux manchons 10 et 11 sont en aboutement réci- proque par leurs faces frontales à l'emplacement caractéri- sé par deux flèches dirigées l'une vers l'autre Entre le manchon de droite il et la douille de guidage voisine 14 est encore disposée une plaque 12 qui limite un espace sous pression pour un piston de commande 18 monté de façon à pouvoir être déplacé dans les deux manchons 10 et 11; la limite correspondante sur l'autre face du piston de commande 18 est formée par le bouchon plein 3. Dans la partie inférieure du bottier 1 est dispo- sée une conduite d'alimentation qui est alimentée à partir du côté gauche et à partir de laquelle s'étendent trois raccords d'alimentation V 1, V 2 et V 3; entre les rac- cords d'alimentation V 2 et V 3 est inséré un étranglement variable, à l'aide duquel il est possible de limiter le débit du fluide hydraulique parvenant dans le raccord d'alimentation V 3 A partir du raccord d'alimentation V 3, le fluide hydraulique passe dans un espace annulaire situé à l'extérieur du manchon 11, d'o il parvient par l'intermédiaire de perçages transversaux 20 sur l'une des faces du piston de commande 18 Dans la position initiale représentée, le débit de fluide réduit par l'étranglement parvient, sans établissement notable d'une pression, par un canal 24 et par l'intermédiaire d'un perçage transversal situé à l'extrémité de ce canal, dans un renfoncement 26, d'o la quantité de fluide pàrvient dans une conduite de retour R 1 Lors du passage dans le canal central 24, le fluide traverse une soupape conique ou à pointeau 32, dont les détails vont être explicités ci-après. Par l'intermédiaire du raccord d'alimentation 1, le fluide hydraulique soumis à la pression régnant dans la conduite d'alimentation parvient sur la face gauche du pis- ton de commande 18 qui est en outre chargé en supplément par un ressort 21 Pour conserver la clarté de la représen- tation, le ressort 21 est dessiné simplement sous la forme d'une ligne en traits mixtes, et ce à la place d'un ressort hélicoïdal Sa longueur est choisie de telle manière que, dans la position nulle représentée, il n'exerce alors aucu- ne force ou seulement une très faible force sur le piston de commande 18 Ce n'est que dans le cas d'un déplacement important du piston de commande vers la gauche, que le ressort 21 exerce une action croissante. Approximativement au milieu du bottier 1 se trouve disposé le raccord d'alimentation V 2, à travers lequel le débit commandé du fluide circule dans le cas d'une commande et quitte la vanne de commande manuelle conforme à l'inven- tion par l'intermédiaire d'une conduite de commande S Il circule suivant un trajet-traversant un espace annulaire disposé à l'extérieur du manchon 11 et circule dans un au- tre espace annulaire qui est constitué par une partie ré- trécie 34 ménagée à l'intérieur du piston de commande 18. Dans la position nulle représentée, il n'existe aucune sor- tie pour cet espace annulaire formé par la partie rétrécie 34, ce qui se traduit par le fait qu'aucune quantité de fluide n'atteint la conduite de commande S sous pression. Seule circule en direction de la conduite de commande S une faible quantité de fluide placée à une très faible pression et qui parvient par l'intermédiaire du perçage transversal 25 ménagé dans le piston de commande 28 et par l'intermédiaire d'un canal correspondant dans le man- chon 10 Ceci a pour effet que la conduite de commande est toujours remplie, avec pour conséquence que, lors d'une commande, on obtient une réaction immédiate étant donné que la conduite de commande est déjà remplie, et qu'il ne peut en outre apparaître aucun choc. La soupape conique 32 est constituée d'une part par le siège conique ménagé à l'intérieur du piston de com- mande 18 et d'autre part par une surface polieconiquesituée sur l'extrémité avant d'une aiguille de commande 31 Cette dernière constitue l'organe de réglage manuel dont le dépla- cement axial sur une course plus ou moins importante entral- ne le déplacement du piston de commande 18 Une fois fran- chie la fente libre à l'intérieur de la soupape conique 32, il se produit une fermeture étanche de sorte que la quanti- té de fluide arrivant ultérieurement par l'intermédiaire du raccord d'alimentation V 3 provoque un accroissement de la pression sur la face de droite du piston de commande 18. Le piston de commande 18 réalisé sous la forme d'un piston étagé ou à gradins possède à cet endroit une surface plus importante qu'au niveau de l'emplacement tourné vers le bouchon 3, de sorte que le piston de commande 18 se déplace vers la gauche jusqu'à ce que la fente s'ouvrant à nouveau dans la soupape conique 32 provoque à nouveau sur cette face une chute de pression qui aboutit à une position d'équilibre du piston de commande 18 et par conséquent sa mise à l'état de repos Cet état est obtenu assurément seu- lement lorsque l'aiguille de commande 31 est maintenue arrêtée et ne suit pas le déplacement du piston de comman- de 18 se déplaçant vers la gauche Dans le cas d'un tel suivi de déplacement, le piston de commande se déplace vers la gauche jusqu'à ce qu'il vienne contacter par exem- ple par sa face gauche le bouchon 3. Le déplacement du piston de commande 18 vers la gauche a pour effet que l'arête avant de la partie rétrécie 34 s'écarte du plan des manchons 10 et Il en aboutement et parvient dans l'espace situé au-dessous de la conduite de commande A cet instant la liaison s'établit entre le rac- cord d'alimentation V 2 et la conduite de commande S, et la position de l'arête avant de la partie rétrécie 34 par rapport à la conduite de commande S est une mesure du dé- bit Si par exemple un écoulement d'entraînement particu- lièrement intense doit quitter la conduite de commande S, on enfonce tout d'abord l'aiguille de commande 31 jusqu'à obtenir la fermeture étanche de la soupape conique 32, puis on laisse l'aiguille de commande suivre le piston de commande 18 se déplaçant Selon le réglage de l'étrangle- ment en amont du raccord d'alimentation 3, ce déplacement et par conséquent le suivi opéré par l'aiguille de commande 31 s'effectuent lentement ou rapidement, un déplacement lent devant être plutôt préféré pour une action de commande douce Dès que l'aiguille de commande 31 a pris sa position désirée, le déplacement de suivi est arrêté, avec pour con- séquence que le piston de commande continue encore à se déplacer uniquement sur une très faible distance jusqu'à ce qu'à l'intérieur de la soupape conique 32 se soit à nouveau établi un état d'équilibre qui peut maintenir le piston de commande 18 dans cette position lorsqu'aucun autre déplace- ment de commande n'est exercé sur l'aiguille de commande 31. Le retrait de l'aiguille de commande 31 à partir de la position respective de commande provoque une ouvertu- re complète de la soupape conique 32 De ce fait la pres- sion s'annule sur cette face du piston de commande 18, de sorte que la pression agissant sur l'autre face du piston de commande 18 prend le dessus et déplace à nouveau le pis- ton de commande vers la droite Lorsque l'aiguille de com- mande 31 est complètement rétractée, le piston de commande 18 revient dans sa position nulle; cependant si l'aiguille de commande 31 n'est que partiellement rétractée, le piston de commande 18 s'applique sur l'aiguille de commande 31 jusqu'à ce que la fermeture étanche continue de la soupape conique 32 ait à nouveau abouti, sur cette face du piston de commande 18, à un accroissement de la pression qui main- tient le piston dans une position flottante d'équilibre. Toute fuite, qui au niveau de l'aiguille de comman- de 31, s'est échappée à l'intérieur de la douille de guidage 14, peut s'évacuer à partir de là en traversant le raccord de retour R 2 A l'intérieur de la douille de guidage 14 se trouve présent un espace suffisant pour y loger un res- sort de rappel pour l'aiguille de commande 31 Ceci est nécessaire lorsque le mécanisme attaquant l'extrémité libre de l'aiguille de commande 31 ne contient aucun dispositif de retour à l'état initial ou bien lorsque l'aiguille de commande 31 est soumise à une charge manuelle directe. La vanne de commande manuelle conforme à l'inven- tion peut être utilisée aussi bien pour une commande di- recte que pour une commande indirecte Bien qu'aucune com- mande indirecte ne soit en principe nécessaire compte tenu de la capacité de dosage sensible et précise, il est cependant exceptionnellement possible de réaliser une commande indirecte lorsqu'en effet par exemple les condui- tes d'alimentation pour la puissance requise doivent être d'une taille importante et difformes au point que la capa- cité générale de manipulation de la vanne de commande manuelle en souffre. REVENDICATIONS 1 Vanne de commande manuelle pour un système d'entraînement hydraulique comportant une conduite d'ali- mentation placée sous pression et une conduite de commande, dans laquelle la pression ou le débit traversant dépendent de la position d'un piston de commande, caractérisée en ce que le piston de commande ( 18) est réalisé sous la forme d'un piston flottant chargé sur ses deux faces par une pression, que la position du piston de commande ( 18) dépend d'une soupape ( 32) servant à décharger la pression sur une face du piston et dont une surface d'étanchéité est située sur le piston de commande ( 18) et dont l'autre surface d'étanchéité est disposée sur un organe de réglage ( 31) déplacé manuellement. 2 Vanne de commande manuelle selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le piston de commande ( 18) est réalisé sous la forme d'un piston étagé et que la pression déchargée par la soupape ( 32) agit sur la surface du piston présentant le diamètre le plus important. 3 Vanne de commande manuelle selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les deux faces du piston de commande ( 18) sont chargées par la meme pression et qu'il est prévu un étranglement dans la conduite d'alimentation aboutissant à la face du piston déchargée par la soupape ( 32). 4 Vanne de commande manuelle selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la soupape est réalisée sous la forme d'une soupape conique ( 32), dont une surface d'étanchéité est située dans le pis- ton de commande et dont l'autre surface d'étanchéité est située sur l'extrémité d'une aiguille de réglage ( 31). Vanne de commande manuelle selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que le piston de commande ( 18) est équipé d'un canal central ( 24), à une extrémité duquel est située une surface d'étanchéité de la soupape ( 32) et sur l'autre extrémité duquel est située une liaison ( 25, il 26) aboutissant à une conduite de retour (R 1). 6 Vanne de commande manuelle selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que lorsque le piston de comman- de ( 18) est dans sa position nulle, la conduite de commande (S) est en communication avec la liaison ( 25,26) du canal ( 24) avec la conduite de retour (R). 7 Vanne de commande manuelle selon l'une quelcon- que des 'revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la charge directe, ou réalisée par l'intermédiaire de l'étran- glement, du piston de commande ( 18) est obtenue au moyen d'une liaison respective avec la conduite d'alimentation (V 2). 8 Vanne de commande manuelle selon la revendica- tion 7, caractérisée en ce que la face chargée directement du piston de commande ( 18) est chargée en supplément par un ressort ( 21). 9 Vanne de commande manuelle selon l'une quelcon- que des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que la liaison du canal ( 24) avec la conduite de retour (R 1) est constituée par un perçage transversal ( 25) et par un ren- foncement ( 26) ménagés dans le piston de commande ( 18). Vanne de commande manuelle selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'à l'organe de réglage déplacé manuellement ( 31) est raccor- dée une transmission à levier qui réalise un déplacement de réglage de l'organe de réglage ( 31) d'une amplitude plus faible que la course de réglage proprement dite.