Brevet FR2558611A1 — publié le 19850726

1. La présente invention concerne une valve pneuma- tique proportionnelle et, plus particulièrement, un procé- dé permettant d'obtenir un débit d'air proportionnel. Bien que les commandes pneumatiques et hydrau- liques puissent être utilisées de façon interchangeable dans de nombreux types d'applications, l'absence d'une valve proportionnelle efficace et relativement peu Comteuse pour systèmes pneumatiques a limité l'application des dispo- sitifs pneumatiques; c'est-à-dire que la plupart des valves lo pneumatiques sont du type ouvert-fermé et par conséquent ne fournissent pas une sortie proportionnelle permettant leur emploi dans des dispositifs tels que des robots industriels ou analogue. Bien que la proportionnalité puisse être obte- nue en utilisant des régulateurs variables ou analogue, ces dispositifs sont très coûteux et limitent ainsi l'ap- plication des dispositifs pneumatiques dans le cas o il est nécessaire de disposer d'une coEmnde proportionnelle. Par conséquent, la présente invention a pour ob- jet un procédé perfectionné permettant de faire fonctionner une valve pneumatique d'une manière proportionnelle. 2. La présente invention a pour autre objet une valve pneumatique pouvant fonctionner proportionnelle- ment, de faible coût. Une première caractéristique de la présente in- vention est destinée à être mise en oeuvre dans un procé- dé d'obtention d'une commande proportionnelle d'une valve pneumatique qui comprend un élément de commande de débit supporté de manière à se déplacer entre une position fer- mée, une position intermédiaire o le débit est limité et une position d'ouverture complète o un débit sensible- ment non-limité est permis.Le procédé comprend les étapes d'application d'une force d'actionnement sensiblement constante pour déplacer l'élément de commande de débit à partir de sa position fermée dans la direction de sa position ouverte. La force d'actionnement est appliquée séquentiellement pendant des laps de temps prédéterminés, avec des périodes intermédiaires o aucune force n'est ap- pliquée. Une force de sollicitation à taux relativement faible est exercée sur l'élément de commande de débit de manière à solliciter cet élément continûment vers sa posi- tion fermée. De plus, une force de sollicitation ayant un taux sensiblement plus élevé s'exerce sur l'élément de commande de débit de manière à limiter le mouvement ulté- rieur de cet élément lorsqu'il s'est déplacé d'une quanti- té prédéterminée à partir de sa position fermée dans la direction de sa position d'ouverture complète. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est destinée à être mise en oeuvre dans une valve pneumatique de commande d'un débit proportionnel. Une telle valve comprend un logement qui définit un orifice d'entrée et un orifice d'alimentation. Un élément de commande de débit est mobile entre une position fermée o la communication entre les orifices est sensiblement em- pêchée et une position ouverte o la communication est sensiblement non limitée entre les orifices. On a prévu un 3. premier moyen de sollicitation qui sollicite continuelle- ment l'élément de commande de débit vers sa position fermée et un second moyen de sollicitation pour résister au déplacement de l'élément de commande de débit vers sa position d'ouverture complète lorsque l'élément s'est déplacé d'une quantité prédéterminée à partir de sa posi- tion fermée dans la direction de sa position d'ouvertu- re complète. Le second moyen de sollicitation a un taux (ou constante) sensiblement supérieur à celui du premier iO moyen. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure unique est une vue en coupe axiale d'une valve pneumatique du type à bobine construite se- lon un mode de réalisation de la présente invention et destinée à être utilisée en conformité avec un procédé selon l'invention. Dans la figure,une valve pneumatique propor- tionnelle construite et fonctionnant selon un mode de réalisation de la présente invention est représentée dans ses grandes lignes par la référence 11. La valve 11 com- prend un logement extérieur, représenté dans ses grandes lignes par la référence 12, constitué d'un corps principal 13 et de fermetures extrêmes 14 et 15, les- quelles sont fixées au corps 13 d'une manière connue. Dans le corps principal 13 on a ménagé un alésage tra- versant 16, qui est coupé par une pluralité d'orifices 17, 18, 19, 21 et 22, Les orifices 17 à 22 se terminent dans des cavités annulaires respectives 23, 24, 25,26 et 27 s'étendant autour de l'alésage 16. Un manchon 28 est placé dans l'alésage 16 et sa longueur est inférieure à celle de l'alésage. Le-man- chon 28 est positionné axialement au moyen d'une paire d'entretoises 29 et 31 et d'amortisseurs 32 et 33 qui 4. sont placés aux extrémités respectives du manchon 28 et axialement fixés par les chapeaux d'extrémité 14 et 15. Dans le manchon 28 on a également ménagé une pluralité de rainures circonférentielles 34 qui reçoivent des joints toriques 35 de manière à créer un joint entre le manchon 28 et le corps principal 13, de sorte que les orifices 17, 18, 19, 21 et 22 sont isolés les uns des autres. Bien qu'on puisse utiliser l'un quelconque d'une vaste gamme d'agencements d'orifice avec le corps de val- ve et le manchon venant d'être décrits, l'orifice 19, dans le mode de réalisation illustré, est un orifice d'entrée destiné à communiquer avec une source d'air à haute pres- sion (non représentée). Les orifices 18 et 21 sont des orifices d'alimentation qui peuvent, dans une applica- tion typique, être reliés aux extrémités opposées d'un vérin pneumatique à double effet (non représenté). Les orifices 17 et 22 sont des orifices d'échappement, qui peuvent déboucher dans l'atmosphère soit directement soit par l'interémdiaire d'un système d'échappement approprié. Le manchon 28 de la valve présente une pluralité de passa- ges traversants 36, 37, 38, 39 et 41 qui permettent la com- munication entre les cavités annulaires 23, 24, 25, 26 et 27, respectivement, du corps de la valve et un alésage interne 42 du manchon. Une bobine de commande de débit, représentée dans ses grandes lignes par la référence 43, est supportée en coulissement à l'intérieur de l'alésage 42 du manchon 28. Dans le mode de réalisation illustré et avec l'agen- cement décrit des. orifices, la bobine 43 comprend un mé- plat central 44, et une paire de méplats d'extrémité 45 et 46. Une zone 47 à diamètre réduit est prévue entre les méplats 44 et 45, et une zone similaire à diamètre réduit l'est entre les méplats 44 et 46. Les méplats 45 et 46 com- portent des évidements circonférentiels d'équilibrage 49. 5. Dans sa position neutre ou position fermée, représentée dans la figure, le méplat 44 ferme la communi- cation entre l'orifice 38 et l'alésage 42 et les sec- tions à diamètre réduit 47 et 48 permettent la communica- tion entre les orifices respectifs 36, 37 et 39, 41. Ainsi le vérin pneumatique associé a ses deux extrémités oppo- sees reliées à l'échappement et se trouve maintenu dans une position fixe. Selon la présente invention, un agencement à ressort est prévu pour maintenir la bobine 43 dans sa po- sition neutre ou position fermée et opposer une résis- tance croissante au déplacement de la bobine 43 dans l'une ou l'autre direction après un degré prédéterminé de mou- vement à partir de la position fermée. Cet agencement de centrage à ressort comprend une paire d'organes 52 de retenue de ressort, en contact chacun avec une extrémité respective de la bobine 43. Les organes de retenue 52 présentent un alésage 53 dans lequel repose une extrémité d'un ressort de centrage 54 à constante relativement fai- ble. L'extrémité opposée de chacun des ressorts 54 est reçue dans des alésages respectifs 55 ménagés dans les fermetures d'extrémité 14 et 15. Les ressorts 54 sont pré-chargés et sollicitent la bobine 43, comme on l'a in- diqué, vers sa position fermée. Cependant, les ressorts 54 ont une constante relativement faible, comme on l'a indi- qué, et toute force d'actionnement appliquée à la bobine 43 provoquera le déplacement de l'un des organes 52 de rete- nue de ressort dans la direction axiale et la compression du ressort 54 associé. - Un second ressort 56, ayant une constante sensi- blement plus grande est placé à chaque extrémité de la bo- bine 43. Les ressorts 56 sont reçus dans des contre-alésa- ges 57 ménagés dans les organes de retenue 52 et sont en contact avec les fermetures extrêmes respectives 14 et 15. Les ressorts 56 ont une longueur légèrement inférieure à la distance normale entre les fermetures 14 et 15 et les 6. extrémités respectives des contre-alésages 57 des organes 52, de sorte-que lorsque la bobine 43 se trouve dans sa po- sition neutre ou position fermée, les ressorts 56 ne sont soumis à aucune charge. 3 Un moyen (non représenté) permet d'actionner la bobine 43 de manière à la déplacer dans l'une ou l'autre direction à partir de sa position fermée. Ce moyen peut être un actionneur ou tout type connu qu'on emploie nor- malement avec des valves de cette nature, par exemple 1& une paire d'enroulements de solénoïde pouvant être sélecti- vement excités de manière à entraîner la bobine 43 dans l'une ou l'autre direction axiale en fonction de l'excita- tion de la bobine. Selon la présente invention, la conman- de proportionnelle est en outre obtenue en appliquant une force par impulsions successives à la bobine 43, ayant tendance à la déplacer dans la direction désirée. C'est-à- dire que les enroulements associés du solénoïde sont exci- tés pendant de brefs laps de temps avec des périodes inter- médiaires sans excitation. La commande proportionnelle peut être obtenue soit en changeant la fréquence des excita- tions soit, en variante, en augmentant la durée du laps de temps pendant lequel les solénoïdes sont excités. Si le solénoïde associé au méplat 45 est excité, par exemple, il exercera une force tendant à entraîner la bobine 43 vers la gauche. A ce déplacement initial vers la gauche ne s'oppose que le très léger ressort de centrage 54 ët la bobine 43 aura tendance à se déplacer rapidement dans cette direction pour que l'orifice 38 de l'entrée 19 soit en regard de l'évidement 47. En même temps, la communica- tion de l'orifice d'échappement 36 avec l'orifice d'alimen- tation 37 sera plus grande. Ainsi, l'air pressurisé circu- lera entre l'orifice 38 et l'orifice 39 et une extrémité du vérin pneumatique associé, alors que son autre extrémi- té sera reliée à l'échappement. Lorsque ce déplacement se produit,l'orifice d'échappement 41 sera fermé par le mé- plat 46. 7. Après un certain degré de mouvement, déterminé par la longueur relative du ressort 56, l'organe 52 de re- tenue de ressort viendra en contact avec le ressort 56 à l'extrémité gauche de la bobine 43 et fournira une force sensiblement plus grande s'opposant à une nouvelle ou- verture de la bobine 43 dans cette direction. Cet agence- ment à ressort double, en même temps que l'actionnement proportionnel de la bobine 43, s'est avéré donner une pres- sion d'air de sortie proportionnelle pour le vérin, qui permettra un actionnement proportionnel d'une manière qu'on ne pouvait jusqu'ici obtenir avec des valves pneu- matiques aussi simples. On comprendra facilement que l'actionnement de la bobine 43 dans la direction opposée de manière à. expo- ser l'orifice d'alimentation 37 à l'orifice d'entrée 38 et fermer l'orifice d'échappement 36 s'obtient en exci- tant le solénoïde associé au méplat-46 de la manière décrite en liaison avec l'actionnement dans la direction opposée. Il apparaîtra facilement d'après la descrip- tion précédente que l'agencement de la valve et son pro- cédé d'actionnement permet une commande pneumatique pro- portionnelle extrêmement efficace avec un coût relative- ment faible.Bien que le dispositif ait été décrit en conjonction avec une valve du type à bobine, le même principe s'applique à des valves en forme de champignon ou avec tout autre type de valve pneumatique. De plus, bien que l'agencement ait été décrit en liaison avec deux ressorts s'opposant au mouvement, il peut être éga- lement utilisé avec un plus grand nombre de ressorts ou avec des ressorts ayant des: constantes qui ne sont pas linéaires. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 8. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'obtention d'une commande propor- tionnelle d'une valve pneumatique comprenant un élément de commande de débit (43) supporté de manière à se déplacer entre une position fermée, une position intermé- diaire o le débit est limité et une position de pleine ouverture o un débit sensiblement non limité est permis, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'application d'une force d'actionnement sensiblement constante dans le but de déplacer l'élément de commande de débit à partir de sa position fermée vers sa position ouverte, cette force étant appliquée séquentiellement pendant des laps de temps prédéterminés, avec des périodes intermédiaires au cours desquels aucune force d'actionnement n'est appliquée; d'application d'une première force de sollicitation à taux relativement faible à l'élément de commande de débit pour solliciter cet élément vers sa position fermée; et d'appli- cation d'une force de sollicitation ayant un taux sensible- ment plus élevé à l'élément de commande de manière à limi- ter une nouvelle ouverture de l'élément de commande de débit lorsque cet élément se déplace d'une quantité prédéterminée à partir de sa position fermée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'élément de commande de débit (43) peut se déplacer à partir de sa position fermée dans une première direction comme décrit pour la commande du débit à une-pre- mière sortie et dans la direction opposée pour la commande du débit à une sortie différente de la première. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- se en ce que les forces de sollicitation sont appliquées à l'élément de commande de débit par des ressorts (53, 54) ayant des constantes différentes, 4 - Valve pneumatique de commande proportionnelle de débit, caractérisée en ce qu'elle comprend un logement (12) définissant un orifice d'entrée (19) et un orifice d'alimentation (21) un élément de commande de débit (43) 9. mobile entre une position fermée o la communication entre les orifices est sensiblement empêchée et une position ouverte o une communication sensiblement non limitée a lieu entre les orifices, un premier moyen de sollicitation (54) pour solliciter constamment l'élé- ment de commande de débit vers sa position fermée, et un second moyen de sollicitation (56) pour limiter le mou- vement de l'élément de cOamande de débit vers sa position d'ouverture complète lorsqu'il s'est déplacé d'une quanti- té prédéterminée à partir de sa position fermée vers sa position d'ouverture complète, ce second moyen de sollici- tation ayant une constante sensiblement supérieure à celle du premier moyen de sollicitation. - Valve selon la revendication 4, caractéri- sée en ce que l'élément de commande de débit (43) est mobile dans une seconde direction de sens opposé au dépla- cement entre sa position fermée et la position ouverte, en ce qu'elle comprend en outre un second orifice d'ali- mentation (18) destiné à être mis en communication avec l'orifice d'entrée (19) lorsque l'élément de commande de débit se déplace dans l'une de ses directions, le mouve- ment dans l'autre direction ayant pour effet de comman- der la communication entre l'orifice d'entrée et l'orifi- ce d'alimentation cité en premier, et en ce qu'elle com- prend en outre un troisième moyen de sollicitation pour solliciter constamment l'élément de commande de débit vers sa positionfermée dans la direction opposée et un quatrième moyen de sollicitation pour limiter le dépla- cement de l'élément de commande de débit vers sa position d'ouverture complète dans la direction opposée lorsque celui-ci s'est déplacé d'une quantité prédéterminée à partir de sa position fermée dans la direction opposée vers sa position d'ouverture complète, ce quatrième moyen de sollicitation ayant une constante sensiblement supe- 33 rieure. celle du troisième moyen de sollicitation. 10. 6 - Valve selon la revendication 4, caractéri- sée en ce que les moyens de sollicitation sont des ressorts à boudin (53, 54). 7 - Valve selon la revendication 6,caractéri- sée en ce que l'élément de commande de débit comprend une bobine (43) supportée en coulissement dans un alésa- ge (16). 8 - Valve selon la revendication 7, caractéri- sée en ce que la bobine peut coulisser dans l'alésage dans une seconde direction opposée au déplacement entre la position fermée et la position ouverte, en ce qu'elle comprend en outre un second brifice d'alimentation (18) destiné à être mis en communication avec l'orifice d'en- trée (19), lorsque la bobine se déplace dans l'une de ses directions, le déplacement dans l'autre direction ayant pour effet de commander la communication entre l'orifice d'entrée et l'orifice d'alimentation cité en premier, et en ce qu'elle comprend en outre un troisième moyen de sol- licitation pour solliciter constamment la bobine vers sa position fermée dans la direction opposée et un quatrième moyen de sollicitation pour limiter le déplacement de la bobine vers sa position d'ouverture complète dans la di- rection opposée lorsque la bobine se déplace d'une quantité prédéterminée à partir de sa position fermée dans la direc- tion opposée vers sa position d'ouverture complete, le quatrième moyen de sollicitation ayant une constante sen- siblement supérieure à celle du troisième moyen de solli- citation. 9 - Valve selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un orifice d'échappement (22), l'élément de commande de débit servant à assurer la communication entre cet orifice d'échappement et l'orifi- ce d'alimentation (21) lorsqu'il se trouve dans une posi- tion fermée et à couper la communication de l'orifice d'alimentation avec cet orifice d'échappement lorsqu'il 11. se déplace à partir de sa position fermée. - Valve pneumatique de commande proportion- nelle de débit,caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (13) ayant un orifice d'entrée (19), une paire d'orifices d'alimentation (18,21) disposés sur les côtés opposés de l'orifice d'entrée, une paire d'orifices d'échappement (17, 22) disposés sur les côtés opposés des orifices d'alimentation et à l'extérieur de l'orifice d'entrée, un alésage (16) ménagé dans le corps de la valve coupant les orifices, un manchon (28) fixé dans l'alésage et comportant des passages (36, 37, 38, 39 et 41) qui s'étendent à travers lui pour mettre en communi- cation chacun des orifices d'une manière indépendante avec un alésage (42) pratiqué dans le manchon, une bobine s15 (43) de valve supportée en coulissement à l'intérieur de l'alésage du manchon et comportant un méplat central (44) et une paire de méplats extrêmes espacés (45, 46) reliés chacun au méplat central par une partie à diamètre ré- duit (47, 48), les méplats de la bobine de la valve et les parties à diamètre réduit étant espacées par rapport aux passages de manière à fermer la communication de l'orifice d'entrée avec l'alésage du manchon et à faire communiquer ensemble des orifices d'alimentation et d'échappement lorsque la bobine se trouve dans une posi- tion centrée et à faire communiquer l'orifice d'entrée avec l'un des orifices d'alimentation et l'autre orifi- ce d'alimentation avec son orifice respectif d'échappe- ment lorsque la bobine de valve est déplacée à partir de la position centrale des premiersressorts de centra- 0 ge (54), relativement légers en contact opérationnel avec les extrémités opposées (14, 15) de la bobine de valve pour solliciter celle- ci vers sa position centrée et une paire de ressorts (56) à constante plus élevée disposés chacun à une extrémité respective de la bobine et en contact opérationnel avec la bobine lorsque 12. celle-ci se déplace d'une quantité prédéterminée à partir de sa position centrée pour résister au déplacement ultérieur de la bobine avec une force sensiblement supérieure à celle des ressorts de centrage.