Brevet FR2537336A1 — publié le 19840608

Appareil à diaphragme présentant une caractéristique d'hystérésis produite magnétiquement. La présente invention concerne de façon générale un perfectionnement apporté à un appareil à diaphragme utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression ou analogue, et plus particulièrement un appareil à diaphragme présentant une caractéristique d'hystérésis produite magnétiquement en vue de réduire les oscillations pendulaires. Un appareil à diaphragme classique et typique destiné à être utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression ou analogue a une structure et fonctionne de la façon décrite ci-après avec référence à la Fig 1, qui est une vue en coupe latérale de cet appareil. L'appareil comprend un diaphragme 4 dans un bottier 1 Lorsque la pression dans un réservoir à vide T monte au-dessus d'un niveau prédéterminé, c'est-à-dire lorsqu'une différence de pression entre un premier espace isolé A relié au réservoir à vide T et un second espace isolé B exposé à l'air de l'environnement est inférieure à une quantité prédéterminée, le diaphragme 4 est sollicité vers la droite sur la Fig. 1 par un ressort hélicoïdal de compression 6 Le ressort 6 est maintenu entre une rondelle de support 7 disposée sur une paroi intérieure, et un siège pour ressort 51 fixé au centre du diaphragme 4 Un contact mobile 5 est ainsi amené à toucher un autre contact 3 qui est fixé au centre d'un capuchon en matière plastique 2 du bottier 1 Il en résulte que le circuit électrique d'un moteur M d'une pompe à vide M se ferme, ce qui actionne la pompe à vide Ensuite, la pression du réservoir à vide atteint une pression inférieure prédéterminée et la différence de pression entre le premier espace isolé A et le second espace isolé B devient supérieure à une valeur prédéterminée Le diaphragme 4 est alors sollicité vers la gauche sur la Fig 1, du fait que la différence de pression surmonte alors la force du ressort de compression 6 Le contact mobile 5 se sépare du contact fixe 3, et arrête le moteur M de la pompe à vide P. Dans cet appareil à diaphragme connu et du fait que le diaphragme 4 est entraîné par la différence de pression entre le premier espace isolé A et le second espace isolé B, la première différence de pression qui amène le contact mobile 5 à toucher le contact fixe 3 et la seconde différence de pression qui amène le contact mobile 5 à se séparer du contact fixe 3 sont sensiblement les mêmes Ainsi, la fermeture et l'ouverture du circuit du moteur se répètent fréquemment, en pratique en réponse à tout léger changement de pression dans le réservoir à vide T Ceci provoque des oscillations pendulaires du diaphragme et du contact mobile 5, qui réduisent la durée de vie du contact mobile 5, du contact fixe 3 et du moteur M, et posent des problèmes de fonctionnement dans le système associé. Un premier but de la présente invention est donc de proposer un appareil à diaphragme perfectionné dans lequel sont évitées les oscillations pendulaires du diaphragme et du contact mobile en déterminant une certaine différence de niveau entre une première (différence) de pression nécessaire pour animer le diaphragme d'un mouvement dans une première direction à l'intérieur d'une plage prédéterminée de mouvement, et une seconde (différence) de pression nécessaire pour animer le diaphragme d'un mouvement dans une seconde direction opposée à la première, à l'intérieur d'une plage de mouvement prédéterminée. Un appareil à diaphragme selon la présente invention comprend à cet effet: un bottier qui définit un espace et possède une première ouverture et une seconde ouverture, un diaphragme qui est monté de façon étanche à l'air dans ledit bottier, divisant ledit espace en deux espaces isolés, le premier espace isolé étant relié à la première ouverture et le second espace isolé étant relié à la seconde ouverture, des moyens d'excitation pour solliciter le diaphragme dans une direction prédéterminée, un premier moyen magnétique mobile avec le diaphragme, et un second moyen magnétique fixe par rapport au bottier, le premier moyen magnétique mobile et le second moyen magnétique étant influencés l'un par l'autre par des forces magnétiques, établissant ainsi une hystérésis pour une caractéristique de pression et de position du diaphragme dans une plage prédéterminée de positions du diaphragme. On décrira maintenant l'invention à titre non limitatif avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la Fig l est une tue en coupe latérale d'un appareil à diaphragme classique et d'un circuit qui lui est relié, utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression pour un système à vide, la Fig 2 est une vue en coupe latérale d'un mode de réalisation d'un appareil à diaphragme mettant en oeuvre la présente invention dans -une position de fonctionnement, utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression d'un système à vide, la Fig 3 est une vue en coupe latérale du mode de réalisation de l'appareil à diaphragme de la Fig 2 dans une autre position de fonctionnement, - la Fig 4 est un graphique montrant les caractéristiques du fonctionnement de l'appareil représenté dans le mode de réalisation des Fig 2 et 3, la Fig 5 est une vue en coupe latérale de l'appareil à diaphragme donné à titre d'exemple et utilisé en tant que valve pour un fluide, mettant en oeuvre la présente invention,' dans une position *de fonctionnement, la Fig 6 est une vue en coupe latérale d'un autre exemple d'un appareil à diaphragme utilisé en tant que valve pour un fluide, mettant en oeuvre la présente invention, dans une position de fonctionnement. On décrit en détail avec référence aux Fig 2 à 6 la structure d'un mode de réalisation préféré d'un appareil à diaphragme mettant en oeuvre la présente invention. Comme montré à la Fig 2, un bottier 1 réalisé en métal, par exemple en acier ou en alliage forgé, a sensiblement la forme d'un cylindre comprenant une partie principale il définissant un espace 12 et une extrémité ouverte 13 Sur la face extérieure du boîtier I est de préférence en forme de prisme hexagonal de manière à pouvoir le manipuler avec une clé six pans ordinaire A l'autre extrémité du bottier 1 est formé un élément d'accouplement 14 de forme tubulaire et présentant un filetage lb sur sa face extérieure Un trou traversant ou une ouverture la, conduisant à l'espace interne 12 du bottier 1 et servant d'ouverture de sortie d'air, est constitué dans l'élément d'accouplement 14, lequel est destiné à la connexion par son filetage lb à une pompe à vide ou analogue Par exemple, quand l'appareil à diaphragme est utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression pour un système de freinage à vide d'un camion ou d'un autobus, 1 premier espace A et sur laquelle s'applique le ressort. Un moyen magnétique fixe 8 tel qu'une feuille en forme d'anneau comprenant un ou plusieurs aimants permanents en segments est fixé sur la partie périphérique du diaphragme 4 et sur la paroi intérieure du bottier 1 en étant par exemple pincé et collé entre le bord d'extrémité du capuchon en matière plastique 2 et la périphérie du diaphragme 4 Un moyen magnétique mobile 9, constitué par exemple par une feuille en forme de disque ou d'anneau et comprenant un ou plusieurs aimants permanents en segments est monté sur la partie mobile telle que la partie périphérique du contact mobile 5. Selon des modes de réalisation modifiés, le moyen magnétique fixe 8 et le moyen magnétique mobile 9 peuvent être constitués par une combinaison d'une feuille en forme d'anneau ou de disque à un ou plusieurs aimants permanents et d'une feuille en forme d'anneau ou de disque en une ou plusieurs substances attirées par une force magnétique respectivement, ou vice versa Le moyen magnétique mobile et le moyen magnétique fixe sont reliés l'un à l'autre par des forces magnétiques, et la pression nécessaire au mouvement vers la droite du contact mobile pour l'amener en contact avec le contact fixe 3 est donc beaucoup plus importante que celle du mouvement vers la gauche pour l'amener à sa position séparée du contact. Les faces opposées du moyen magnétique fixe 8 et du moyen magnétique mobile 9 peuvent présenter dans une certaine mesure un faible intervalle d'air ou entrefer entre eux, et par exemple plusieurs petites saillies formées sur les faces opposées, ou encore quelques éléments d'écartement, tel qu'un revêtement en un film métallique non magnétique approprié. Dans le mode de réalisation préféré de la Fig 2, l'appareil à diaphragme est utilisé en tant qu'interrupteur sensible à la pression, par exemple pour un système de freinage à vide d'un véhicule automobile important, tel qu'un autobus ou un camion, et le circuit interrupteur formé par le contact fixe 3 et le contact mobile 5 est relié en série à un moteur M d'une pompe à vide P d'un système à vide et à une source de puissance 20. Le fonctionnement de l'appareil à diaphragme mettant en oeuvre la présente invention est décrit ci-après avec référence à la Fig 2, qui montre une position dans laquelle le contact mobile 5 touche le contact fixe 3, ce qui forme l'interrupteur, à la Fig 3 qui montre une position dans laquelle le contact mobile 5 est séparé du contact fixe, ce qui ouvre l'interrupteur et à la Fig 4, qui montre la caractéristique d'état du contact du contact mobile 5 par rapport au contact fixe 3 en fonction de la pression. En premier lieu, quand la pression du réservoir à vide T est suffisamment plus importante qu'une quantité prédéterminée Pl montrée à la Fig 4, c'est-à-dire quand la différence entre une basse pression du premier espace isolé A et une pression de l'air libre du second espace isolé B est suffisamment plus faible qu'une valeur de différence de pression prédéterminée, le diaphragme 4 est poussé vers la droite par le ressort de compression 6, ce qui amène le contact mobile 5 à toucher le contact fixe 3 Donc, le moteur M de la pompe à vide P commence à l'entratner et à vider le réservoir à vide T. En second lieu, quand la pression régnant dans le réservoir à vide est réduite à la pression Pl de la Fig 4, c'est- à-dire quand la différence entre les pressions du premier espace A et du second espace B atteint la valeur prédéterminée, le diaphragme A est sollicité vers le côté du premier espace A en surmontant la force élastique du ressort 6 Le contact mobile 5 se sépare donc du contact fixe 3 (c'est-à-dire qu'il y a coupure) et ceci arrêtant le moteur de la pompe à vide P Au cours de ce mouvement et quand le diaphragme 4 se déplace vers le c 6 té de l'espace A, la force d'attraction magnétique entre le moyen magnétique mobile 9 et le moyen magnétique fixe 8 augmente à une vitesse croissante Dans la position o le moyen magnétique mobile 9 s'approche du moyen magnétique fixe, la somme de la force d'attraction magnétique et de la force induite par la différence de pression entre le premier espace A et le second espace B dépasse la force élastique du ressort 6 En conséquence, le moyen magnétique mobile 9 est fortement attiré par le moyen magnétique fixe 8 Comme en général la force d'attraction magnétique devient très forte quand le moyen magnétique mobile 9 et le moyen magnétique fixe se touchent, il faut une grande différence entre les pressions du premier espace A et du second espace B pour démarrer le mouvement du diaphragme 4 à partir de la position représentée à la Fig 3 (o le moyen magnétique mobile 9 est en contact avec le moyen magnétique fixe 8) vers la position représentée à la Fig. 2 (o le moyen magnétique mobile 9 est séparé du moyen magnétique fixe 8) En conséquence, à l'étape initiale de la montée graduelle de la pression du réservoir à vide T, à savoir celle du premier espace A,_le diaphragme 4 est retenu dans la position de la Fîg 3 e Ceci vient du fait que le moyen magnétique mobile 9 est fortement attiré vers le moyen magnétique fixe 8 et que la force d'attraction maguëtique est plus importante que la force de rappel du diaphragme (c'est-à-dire la différence entre la force du ressort 6 et la force induite par la différence de pression du premier espace A et le second espace B). Ensuite, quand il y a eu une augmentation considérable de la pression pour atteindre une pression supérieure P 2 montrée à la Fig 4 dans le réservoir à vide T, c'est-à-dire quand il y a eu une diminution considérable de la différence entre les pressions du premier espace A et du second espace B, la différence entre la force de compression du ressort 6 et la force de pression du diaphragme dépasse la force d'attraction magnétique Le moyen magnétique mobile 9 se sépare alors du moyen magnétique fixe et le contact mobile 5 se déplace vers la droite et vient en contact avec le contact fixe 3 Ainsi, pendant l'augmentation et la diminution de la pression du réservoir à vide T, le fonctionnement du contact mobile 5 par rapport au contact fixe 3 présente une caractéristique d'hystérésis telle que celle représentée à la Fig 4 Cette caractéristique de la courbe d'hystérésis peut être ajustée en choisissant des constantes élastiques différentes peur le ressort 6, l'amplitude de la force d'attraction magnétique: des moyens magnétiques 8, 9 et la surface du diaphragme 5. Selon d'autres modes de réalisation modifiés, L'appareil à diaphragme peut être constitué sous forme d'une valve sensible à la pression pour commander, le courant de fluide en utiîlisant le mouvement du diaphragme comme montré aux Fig 5 et 6, dans lesquelles la référence 31 désigne un premier passage de fluide, 32 un second passage de fluide et 59 un tiroir qui ferme la première ouverture à fluide 31. Comme cela a été décrit en détail pour divers modes de réalisation, l'appareil à diaphragme selon la présente invention provoque l'ouverture ou la fermeture des circuits électriques ou des circuits de fluides sans qu'il y ait de phénomènes d'oscillations pendulaires indésirables, du fait de l'introduction d'une caractéristique d'hystérésis dans le mouvement du diaphragme La durée de vie de l'appareil à diaphragme en tant que tel, de même que celle des systèmes et des composants qui lui sont associés, peut donc être prolongée et l'appareil convient donc à une commande automatique améliorée. REVENDICATIONS 1 Appareil à diaphragme, caractérisé en ce qu'il comprend: un bottier ( 1 + 2) qui définit un espace ( 12) et possède une première ouverture (la) et une seconde ouverture ( 3 a), un diaphragme qui est monté de façon étanche à l'air dans ledit boîtier ( 1 + 2), divisant ledit espace ( 12) en deux espaces isolés (A, B), un premier espace isolé (A) étant relié à ladite première ouverture (la) et le second espace isolé (B) étant relié à la seconde ouverture ( 3 a), des moyens d'actionnement pour solliciter le diaphragme ( 4) dans une direction prédéterminée, un moyen magnétique ( 9) monté de façon mobile avec le diaphragme ( 4), et un moyen magnétique ( 8) fixe monté dans le bottier, ledit moyen magnétique mobile ( 9), et ledit moyen magnétique fixe ( 8), étant influencés l'un par l'autre par des forces magnétiques, établissant ainsi une hystérésis pour une caractéristique de pression et de position du diaphragme ( 4) dans une plage prédéterminée de positions dudit diaphragme. 2 Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen magnétique fixe ( 8) est constitué par une feuille en forme d'anneau à un ou plusieurs aimants permanents fixés à la paroi intérieure du boîtier et en ce que ledit moyen magnétique mobile ( 9) est constitué par une feuille en forme de disque à un ou plusieurs aimants permanents et monté sur une partie mobile du diaphragme ( 4). 3 Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen magnétique fixe ( 8) est constitué par une feuille en forme d'anneau à un ou plusieurs aimants permanents fixée sur la paroi intérieure du bottier, et en ce que ledit moyen magnétique mobile ( 9) est constitué par une feuille en forme de disque en une substance qui est attirée par une force magnétique. 4 Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen magnétique fixe ( 8) est constitué par une feuille en forme d'anneau en une ou plusieurs substances qui sont attirées par une force magnétique, qui est fixée à la paroi intérieure du bottier, et en ce que ledit moyen magnétique mobile ( 9) est constitué par une feuille en forme de disque à un ou plusieurs aimants permanents. Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement sont constitués par un ressort hélicoïdal ( 6) en une substance élastique et conductrice. 6 Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un contact mobile ( 5) est prévu sur le diaphragme ( 4), un contact fixe ( 3) est prévu sur-une partie structurelle fixe du boîtier ( 1, 2) et en ce que le contact mobile ( 5) et le contact fixe ( 3) constituent un interrupteur. 7 Appareil à diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un passage de fluide fixe est fixé au bottier ( 1, 2) et en ce qutun tiroir mobile ( 5, 9) est prévu pour être entraîné par le mouvement du diaphragme ( 4) et pour déterminer une action de commande de valve par rapport audit passage de fluide.