Brevet FR2532035A1 — publié le 19840224

"Clapet avec obturateur sphérique, à commande électromagnétique" La présente invention concerne un clapet avec obtura- teur sphérique, à commande électromagnétique, pour un cir- cuit de fluide sous pression. Des clapets à commande électromagnétique, utilisant dans leur fonctionnement un obturateur sphérique, sont connus sous de nombreuses formes de réalisation On dis- tingue dans ce domaine les clapets du type 'NC" I normale- ment fermés du côté de la haute pression, et les clapets du type "NO", qui à l'inverse sont normalement ouverts du côté de la haute pression. Dans la mise en oeuvre industrielle de tels clapets, on se trouve en présence des problèmes suivants: a) Au moment o la commande est mise hors circuit, - l'obturateur sphérique doit être poussé par la pression vers son autre position Le comportement dynamique (fré- quence de commutation) est d'autant moins satisfaisant que la pression diminue. b) Malgré des dispositions particulières intervenant en fin de commande, et consistant à faire circuler pendant une courte durée des courants de sens contraires dans la bobine d'électro-aimant du clapet, on ne peut entièrement éviter les effets de rémanence Le fait que l'obturateur sphérique doit être réalisé avec une certaine résistance à l'usure (dureté) intervient ici Pour des pressions inférieures à 0,5 atmosphère, l'ouverture des clapets du type "NO" et la fermeture des clapets du type "NC" ne sont plus garanties. Les difficultés exposées ci-dessus en a) et b) se manifestent par exemple dans le cas d'un clapet du type "NC" connu, comprenant un corps de forme tubulaire avec des orifices de raccordement latéraux pour l'arrivée et le départ du fluide Le corps comporte un siège pour un obturateur sphérique, monté à l'intérieur d'un électro- aimant L'électroaimant ainsi que l'obturateur et son siège sont recouverts par une plaque, de telle sorte que le fluide vienne lécher ces éléments pour des questions de refroidissement Ceci se produit réellement lorsque le clapet est ouvert, donc lorsque l'obturateur est soulevé par le passage d'un courant électrique (voir DE AS 13 00 749). Les mêmes difficultés se posent dans le cas d'un clapet particulier du type "NO" connu, comportant un corps en matériau magnétique dont une partie forme l'enveloppe et le noyau, entouré d'une bobine, de l'électro-aimant. Le noyau présente un canal d'arrivée de fluide, partant d'un orifice de raccordement Au débouché du canal d'ar- rivée, à l'intérieur du noyau, est disposé un siège de clapet qui coopère avec un obturateur constitué par une pièce sphérique L'obturateur sphérique est logé à l'in- térieur d'une chambre qui est formée dans un couvercle en matériau magnétique adapté à l'enveloppe précitée et constituant la seconde partie du corps du clapet La chambre doit simultanément assurer le guidage de l'obtu- rateur sphérique suivant l'axe du siège du clapet, de sorte que des canaux d'écoulement sont formés tout autour de l'obturateur sphérique Dans cette chambre, en arrière de l'obturateur, est encore prévue une butée Lorsque la bobine de l'électro-aimant n'est parcourue par aucun courant électrique, le fluide admis par le canal d'arri- vée pousse l'obturateur sphérique contre la butée, et ce fluide s'écoule hors du corps du clapet en passant sur le côté de l'obturateur, par les canaux d'écoulement précédemment mentionnés Lorsque l'électro-aimant est excité, l'obturateur sphérique se trouve attiré et par conséquent appuyé contre le siège L'obturateur est attiré dans sa position de fermeture par une impulsion de courant électrique magnétisante de sens déterminé, et déplacé vers sa position de fermeture par une impul- sion de courant démagnétisante de sens inverse (voir DE AS 15 00 223): Le but de l'invention est de fournir un clapet commandé à l'ouverture et à la fermeture, avec passage axial du fluide, réalisé sous la forme d'un clapet avec obturateur sphérique à commande électromagnétique, ayant aussi bien les caractéristiques d'un clapet du type "NC" que celles d'un clapet du type "NO", et-résolvant les problèmes exposés plus haut en a) et b). A cet effet, dans le clapet selon la présente inven- tion: l'obturateur sphérique est déplaçable dans une partie centrale de guidage d'un manchon, entre d'une part un siège formé sur un pôle inférieur et communiquant par un alésage inférieur de ce pôle avec un point de raccordement, et d'autre part une butée formée sur un pôle supérieur; une chambre formée autour de l'obtura- teur sphérique à l'extérieur du siège communique par des passages avec un alésage supérieur ménagé dans le pôle supérieur et relié à un autre point de raccordement le manchon renferme en outre une bobine d'électro-aimant supérieure montée sur une carcasse de bobine supérieure entourant le pôle supérieur, ainsi qu'une bobine d'élec- tro-aimant inférieure montée sur une carcasse de bobine inférieure entourant le pôle inférieur; tous les élé- ments précités étant maintenus à l'intérieur du manchon par des sertissages. Pour pouvoir assembler et mettre en place de manière simple le clapet avec obturateur sphérique à commande manuelle selon l'invention, la chambre précitée est sépa- rée de façon étanche des pôles ainsi que des carcasses de bobines au moyen de joints d'étanchéité annulaires de plus, le manchon porte, à sa périphérie, d'autres joints d'étanchéité logés dans des gorges annulaires. Les avantages procurés par l'invention résident essentiellement dans le fait que ce clapet avec obtura- teur sphérique, à commande électromagnétique, peut être assemblé de manière simple à partir d'un nombre-minimum de composants distincts La mise en oeuvre industrielle de ce clapet est facilitée, et en particulier ne-nécessi- te pas le choix de composants spéciaux du fait que les= bobines d'électroaimants sont isolées de manière sûre du fluide qui traverse le clapet, et il n'est donc plus besoin de prendre des précautions particulières à l'égard des risques d'incendie Ce clapet peut être utilisé aussi bien en tant que clapet du type "NC", que comme clapet du type "NO", ce qui simplifie et rend plus économique la gestion des stocks aussi bien chez le fabricant que chez l'utilisateur Pour adapter le clapet à l'un ou l'autre des deux modes de fonctionnement, il suffit de choisir convenablement celui des deux points de raccorde- ment opposés devant être relié à la haute pression; au- cune modification et aucun réglage ne sont nécessaires. Par ailleurs, en modifiant de façon simple le man- chon par un élargissement de la chambre formée autour de l'obturateur sphérique en vue de réaliser un raccorde- ment central avec l'extérieur, et en remplaçant le pôle supérieur par un second pôle inférieur, il devient possi- ble de réaliser un clapet inverseur. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'uni- que figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce clapet avec obturateur sphérique, à commande électro- magnétique, vu en coupe passant par son axe. A l'intérieur d'un manchon ( 1) est formée une partie centrale de guidage ( 2), dans laquelle est monté et peut se déplacer un obturateur sphérique ( 3) L'obturateur ( 3) est déplaçable entre un pôle supérieur ( 4) formant une butée ( 5), et un pôle inférieur ( 6) comportant un siège ( 7) Dans le pôle supérieur ( 4), la région de la butée ( 5) communique par un alésage axial supérieur ( 8) de ce pôle avec un premier point de raccordement pour l'arrivée ou le départ du fluide traversant le clapet. Dans le pôle inférieur ( 6), la région du siège ( 7) com- munique par un alésage axial inférieur ( 9) de ce pôle, similaire à l'alésage axial supérieur ( 8), avec un second point de raccordement pour l'arrivée ou le départ du flui- de traversant le clapet Le pôle supérieur ( 4) comporte 2532 b 35 en outre des passages ( 10) qui font communiquer son alésa- ge axial ( 8) avec une chambre ( 11) formée de deux compar- timents symétriques ( 12) qui sont reliés entre eux par des perçages ( 13) ménagés dans la partie centrale de gui- dage ( 2) Ainsi le pôle supérieur ( 4) permet un passage de fluide permanent, tandis que le pôle inférieur ( 6) est obturé de manière étanche lorsque l'obturateur sphérique ( 3) est appuyé contre le siège ( 7). Une bobine d'électro-aimant supérieure ( 14) est mon- tée autour d'une carcasse de bobine supérieure ( 15), et une bobine d'électro-aimant identique inférieure ( 16) est montée symétriquement autour d'une carcasse de bobine inférieure ( 7) Les connexions électriques ( 18) qui abou- tissent aux deux bobines d'électroaimant ( 14 et 16) entrent dans le clapet par la carcasse de bobine supérieure ( 15). Un tube isolant ( 19) protège la liaison électrique menant vers la carcasse de bobine inférieure ( 17). Les éléments suivants: obturateur sphérique ( 3), carcasses de bobines ( 15,17) avec les bobines d'électro- aimant respectives ( 14,16), et pôles ( 4,6), sont tous maintenus à l'intérieur du manchon ( 1) par des sertissages ( 20) réalisés aux deux extrémités de ce manchon ( 1) Des joints d'étanchéité annulaires ( 21,22, 23,24) séparent la chambre ( 11), remplie par le fluide véhiculé au travers du clapet, des bobines d'électro-aimant ( 14,16). D'autres joints d'étanchéité toriques ( 25,26) logés dans des gorges annulaires adaptées ( 27) du manchon ( 1) interviennent dans le montage du clapet avec obturateur sphérique considéré. Ce clapet avec obturateur sphérique permet aussi bien une utilisation en tant que clapet du type "NC", qu'une utilisation en tant que clapet du type "NO" En reliant l'alésage axial supérieur ( 8) à la haute pression on ob- tient un clapet du type "NC", tandis qu'en reliant l'alé- sage axial inférieur ( 9) à la haute pression on réalise un clapet du type "NO". Les bobines d'électro-aimant ( 14,16) sont commandées par un circuit approprié, de manière à obtenir dans tous les cas la position finale désirée de l'obturateur sphérique ( 3), soit en appui contre le siège ( 7) , soit en arrêt contre la butée ( 5) D'éventuels effets de rémanen- ce sont ainsi efficacement éliminés. Ce clapet avec obturateur sphérique, à commande élec- tromagnétique, est applicable notamment sur des appareils respiratoires qui fonctionnent à "haute fréquence", avec des valeurs allant jusqu'à 50 fois la fréquence habituel- le Le clapet est intercalé sur l'arrivée de gaz respira- toire, et il sert à libérer ou obturer le passage de gaz respiratoire. REVENDICATIONS 1 Clapet avec obturateur sphérique, à commande électromagnétique, pour un circuit de fluide sous pres- sion, caractérisé en ce que l'obturateur sphérique ( 3) est déplaçable dans une partie centrale de guidage ( 2) d'un manchon ( 1), entre d'une part un siège ( 7) formé sur un pôle inférieur ( 6) et communiquant par un alésage in- férieur ( 9) de ce pôle avec un premier point de raccorde- ment, et d'autre part une butée ( 5) formée sur un pôle supérieur ( 4), en ce qu'une chambre ( 11) formée autour de l'obturateur sphérique ( 7) à l'extérieur du siège ( 7) communique par-des passages ( 10) avec un alésage supérieur ( 8) ménagé dans le-pôle supérieur ( 4) et relié à un autre point de raccordement, et en ce que le manchon ( 1) renfer- me en outre une bobine d'électro-aimant supérieure ( 14) montée sur une carcasse de bobine supérieure ( 15) entou- rant le pôle supérieur ( 4), ainsi qu'une bobine d'électro- aimant inférieure ( 16) montée sur une carcasse de bobine inférieure ( 17) entourant le pôle inférieur ( 6), tous les éléments précités étant maintenus à l'intérieur du manchon ( 1) par des sertissages ( 20). 2 -Clapet avec obturateur sphérique, à commande électromagnétique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre précitée ( 11) est séparée de façon étan- che des pôles ( 4,6) ainsi que des carcasses de bobines ( 15,17) au moyen de joints d'étanchéité annulaires ( 21,22, 23,24). 3 Clapet avec obturateur sphérique, à commande électromagnétique, selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le manchon ( 1) porte, à sa périphérie, des joints d'étanchéité ( 25,26) logés dans des gorges annu- laires ( 27).