Brevet FR2561348A1 — publié le 19850920

1. 6134 Soupape électromagnétique, notamment pour obtenir une Dression de commande déoendant d'un signal électrique" L'invention concerne une soupape électromagnétique proportionnelle, avec une bobine magnétique et avec un-in- duit susceptible de se déplacer dans le champ de cette bobine magnétique et agissant sur un point d'étranglement, ce point d'étranglement étant disposé dans un canal dans lequel une pres- sion est susceptible d'être refoulée dans un écoulement fluide amené dans ce canal, notamm.ent une soupape électromagnétique pour obtenir une pression de commande dépendant d'un signal électrique, de préférence pour commander un distributeur ou bien une pompe pivotant dans les deux sens au-delà de la posi- tion neutre, ou bien le moteur d'une transmission hydraulique. On connait jusqu'à maintenant des soupapes électro- magnétiques pour engendrer une pression de commande, dans les- quelles une bobine agit sur une armature qui, de son c8té, agit sur un point d'étranglement. La force magnétique agit alors la plupart du temps contre l'action d'un ressort. Le point d'étranglement peut être réalisé sur les arêtes d'un tiroir prenant appui contre les ressorts ou bien ce point d'étranglement peut être réalisé à l'embouchure d'un perçage, une "plaque d'impact" étant pressée contre cette embouchure sous l'effort développé par l'armature, de sorte que l'effet d'étranglement est d'autant plus intense que la force magné- tique est plus importante. Un débit, prédéterminé, par le dé- bit de refoulement d'une pompe ou bien limité par un point d'étranlglement, non réglable, est alors amené au point d'étran- 2.- glement et la pression qui s'établit en amont du point d'étran- glement est modifiée par modification du point d'étranglement influencé par l'armature et cette pression accumulée est uti- lisée comme signal ou bien la pression de l'huile accumulée est utilisée comne pression de commande, qui, par exemple, dans le cas de la commande d'une pompe, agit soit sur l'organe d'entrée ("pilote") d'un dispositif d'asservissement a-pli- fiant l'effort de commande ou bien agit directement sur le pis- ton de réglage de la pompe. Si cette pompe est susceptible d'être réglée au-delà de la position neutre, la pression de cormande doit pouvoir agir au choix sur chacun des deux côtés du piston de réglage. Dans ce but, il est concevable de prévoir sur la ca- nalisation de pression de commande, une soupape d'inversion qui dirige la pression de commande sur le côté du piston de réglage devant être respectivement commandé. Il est toutefois courant, dans ce cas, de prévoir deux soupapes électromagnéti- ques, dont l'une est commandée et qui engendre ainsi dans la canalisation de pression de commande qui lui est associée, une pression de commande agissant sur le côté correspondant du piston de réglage, tandis que l'autre soupape électromagnéti- que n'est pas influencée et laisse par suite le point d'étran- glenent totalement ouvert avec pour conséquence, que, sur le côté du piston de réglage associé à ce point d'étranglement, aucune pression ne s'établit. Un tel dispositif est très coûteux tant du point de vue de la dépense de fabrication qu'également du point de vue de l'encombrement nécessaire. En outre, dans le cas des soupapes pour lesquelles un effet d'étranglement est obtenu sur l'arète d'un tiroir, il existe le risque que le tiroir - par exemple du fait d'un encrassement - se bloque avec pour conséquence que ce tiroir reste dans sa position commandée même lorsqu'aucun champ magnétique n'est plus engen- dré dans la bobine de l'aimant. Dans ce cas, il n'est pas pos- sible de commander le retour de la pompe dans la position de course nulle ou bien cela n'est possible que lorsqu'une pres- 3.- sion d'importance exactement égale est appliquée sur le second côté du piston de réglage et qu'ainsi, un équilibre des pres- sions de commande est obtenu, avec cet autre risque qu'alors si le tiroir se libère brusquement, la pression de commande appliquée en supplément agit seule et la pompe se déplace dans une position qui n'est certes pas souhaitée. On sait cependant également faire agir les deux in- duits chacun par l'intermédiaire d'un poussoir sur chacun des bras d'un levier à deux bras, qui, de son c8té, est relié par un troisième bras de levier au tiroir susceptible de se déplacer dans les deux positions. L'invention a pour but de créer une soupape électro- magnétique du type initialement mentionné, grâce à laquelle il est possible pour une dépense de construction réduite, d'établir dans l'un de deux canaux sous pression susceptibles d'être commandés à volonté, de préférence des canaux de pres- sion de commande, une pression de commande et d'éviter en ou- tre les inconvénients précités. Ce but est atteint, conformément à l'invention grâce à la combinaison des caractéristiques suivantes: a) à un corps d'induit sont associées deux bobines, disposées dans un carter commun unique, agissant chacune dans un sens sur le corps d'induit, deux points d'étranglement disposes chacun d'un côte du corps d'induit étant associés au corps d'induit, b) chaque point d' étranqlement est constitué par une soupape à siège. Le fait qu'un corps d' induit unique soit prévu n'exclut pas que ce corps d'induit ne soit pas uniforme et. comporte par exemple en son milieu un rétrécissement, et il n'exclut pas en outre, que ce corps d'induit uniaue soit constitué de deux ou plusieurs pièces. La soupape à siège peut être réalisée sous la forme de soupape à bille, mais aussi selon tout autre type connu de soupape à siège. Grâce à cette forme de réalisation on crée une soupape 4.- de dimension relativement réduite pour deux pressions de com- mande susceptibles d'être commandées au choix, cette soupape du fait de sa forme de construction compacte, étant suscepti- ble d'être montée en tant que "bloc" dans un "système de cons- truction par blocs" sur des pompes ou des distributeurs, par exemple des appareils de commande par blocs de différents ty- pes et de différentes dimensions. Les pompes ou les distribu- teurs qui sont prévus pour la commande hydraulique à distance par l'intermédiaire d'une pression de commande, peuvent alors demeurer inchangés ou ne subir tout au moins que des modifica- tions très réduites, auquel cas, au lieu d'un signal hydrau- lique, un signal électrique est transmis jusqu'au distributeur ou à la pompe et sur cette pompe ce signal électrique est - converti en un signal de pression de fluide proportionnel au signal électrique. Cette forme de réalisation comporte en outre encore différents avantages: Dans le cas o l' induit reste accroché dans une des directions de manoeuvre, on peut par une contre-commande, c'est-à-dire par l'application d'une tension électrique à l'au- tre bobine, exercer un effort dirigé en sens inverse qui attire l'aimant en direction de la position neutre. Cette force magné- tique agit alors en supplément de l'effort résultant au point d'étranglement constitué par une soupape à siège de la pres- sion accumulée en amont de celui-ci. Du fait de cette possi- bilité d'intervention, ou bien de la possibilité d'une contre- conmmande, lorsque des pièces de commande en déplacement res- tent accrochées, la sécurité de fonctionnement est augmentée. - Comme l'effort de l'électro-aimant agit sur une sou- pape à siège de faible dimension, on peut mettre en oeuvre des efforts très faibles tout en assurant une sécurité de fonc- tionnement élevée. Il est ainsi possible d'obtenir le résul- tat avec des signaux électriques très faibles, c'est-à-dire des courants électriques de très faible intensité. Egalement l'utilisation de soupapes à siège présente 5.- des avantages par rapport à l'utilisation d'un étranglement sur les arêtes d'un tiroir susceptible de se déplacer axiale- ment dar.s la mesure oh le risque d'un accrochage est éliminé ou tout au moins considérablement réduit, et qu'on exerce di- rect-enet sur le corps de la soupape à siège un effort qui agit contre l'effort de l'électro-ainant, de sorte qu'un res- sort su-:plémentaire n'est pas nécessaire. Lors de contre- co-marie en cas d'accrochage, cet effort agit conjointement avec la force magnétique. Grâce à l'utilisation du "bloc" crée conformément à l'inver:ion, il est possible de conserver la conformation des pompes ou des distributeurs commandés hydrauliquenent à dis- tance sans modification notable, c'est-a-dire, qu'aucune remise en position mécanique de l'angle de pivotement de la pompe ou bien de la position de déplacement du piston-tiroir du distri- buteur n'est nécessaire. De cette façon, une transformation simple d'unités susceptibles d'être comandées hydrauliquement pour l-s commander électriquement est possible par bridage de la soupape conforme a l'invention. Le mode de construction est très simple. La dépense de construction est réduite tant en ce qui concerne les coftts de fab-rcation qu'en ce qui ccncerne l'encombrement (volume de montage). On crée ainsi grâce a l'invention, un émetteur de si- gnaux électro-hydrauliques avantageux. On connait certes déjà une servo-soupape hydraulique commandée par l'intermédiaire d'un électro-aimant, dans la- quelle deux bobines sont disposées sur un pergage, ces bobines attirant au choix le corps d'induit dans l'un ou dans l'au- tre sens. Contre ce corps d'induit, s'applique, sous lac- tion d'un ressort, un tiroir de soupape, la chambre, dans la- quelle le tiroir de soupape s'applique contre un prolongement du corps d'induit devant être maintenue hors pression Dour éviter des influences perturbatrices (SP-PS OO 16 436). Dans ce dispositif connu, il n'est pas possible lors du coincement 6.- du tiroir de la soupape, d'exercer par contre-commande unef- fort sur le corps de soupape, ou bien cela est tout au plus possible dans un seul sens lorsque le tiroir de la soupape se coince dans une position oh il a été déplacé en direction du corps de l'induit maqnétique, et cet effort ne s'ajoute alors pas à un effort hydraulique. Aucun des avantages de la présente invention n'est obtenu grâce à cette soupape. Si un corps d'induit est déplacé contre l'action d'un ressort par le champ magnétique engendré dans une bobine d'électro-aimant, et détermine par cette course de déplacement la distance entre une plaque d'impact et le débouché d'une buse, on peut ainsi obtenir un effet d'accumulation qui dépend de l'importance du champ magnétique et donc du signal électrique. Dans ce cas, une course est toutefois obtenue en fonction du signal électrique, à savoir la course de déplacement du res- sort, et cette course de déplacement détermine la distance en- tre la plaque d'impact et le débouché de la buse et donc la section transversale de déviation de l'écoulement. Au contraire, dans le cas de la disposition conforme à l'invention, la commande de la pression est obtenue en fonction du signal élec- trique avec seulement une course extrêmement réduite, la for- ce produite par le champ magnétique agissant directement sur la soupape à siège et s'opposant à l'effort ergendré par la pression du fluide, de sorte qu'il s'établit un équilibre en- tre la force magnétique et l'effort exercé sur le corps de soupape par la pression commandée, cet effort engendré par la pression pouvant, de la façon déjà décrite, contribuer à élimi- ner, lors d'une commande en sens opposé, un coincement se pro- duisant éventuellement. Cette obtention directe d'un équilibre de force offre en effet, par rapport au détour consistant à obtenir une solution en établissant un équilibre avec l'action d'un ressort, non seu- lement des avantages en ce qui concerne la réalisation et la dépense de construction, puisqu'on économise le ressort dont la caractéristique n'est jamais susceptible d'être réglée de façon 7.- suffisamment précise, mais également parce qu'on élimine toutes les influences perturbatrices qui sont liées au parcours d'une course provoquant toujours des frottements. Dans le cas de la disposition conforme à l'invention, la course est réduite à la variation de largeur de la fente d'écoulement du fluide. Chacune des deux faces frontales du corps d'induit peut alors se situer directement devant l'embouchure d'un perçage dans le- quel passe le fluide sous pression et dans lequel peut être établie la pression dépendant du signal électrique. Un exemple de réalisation de l'objet de l'invention est représenté sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une coupe d'une soupape conforme à l'invention, - la figure 2 est un diagramme fonctionnel, Le boltier 1 est muni de trois raccordements hydrau- liques 2, 3 et 4. En cours de fonctionnement, un débit d'hui- le prédéterminé de par exemple 0,5 litre par minute, est amené au raccordement 2 et un débit d'huile de même importance est amené au raccordement 3. Le raccordement 4 est relié à un ré- servoir sans pression. Le raccordement 2 se prolonge par un canal 5 dont le débouché dans l'espace interne 10 constitue un siège 11 pour la bille de soupape 12. Les espaces internes 6 et 10 font par- tie d'un alésage traversant 12 dans lequel est susceptible de se déplacer un corps d'induit 13 comportant sur chacun de ses côtés, un prolongement 14 ou 15. Le dimensionnement est alors tel que lorsque la bille de soupape 8 repose sur son siège 7 et que la bille de soupape 12 repose sur son siège 11, un espace libre subsiste entre la bille de soupape 8 et la face frontale du prolongement 14 ainsi qu'entre la bille de soupape 12 et la face frontale du prolongement 15. Autour de l'alésage 12 sont disposées deux bobines de soupape 17 et 18 dont l'une, la bobine 17, est reliée par deux conducteurs électriques 19 à un émetteur de signaux élec- trique 21, tandis que la bobine 18 est reliée à cet émetteur 8.o- par deux conducteurs électriques 20. Le corps 13 de l'induit comporte sur au moins un côté de sa périphérie une gorge longitudinale axiale 22 et il présente dans sa zone médiane un rétrécissement 23 qui, dans toutes les positions possibles du corps 13 de l'induit se situe devant l'embouchure du canal 24 relié au raccordement 4. On obtient ainsi qu'aussi bien dans l'espace interne 6 que dans l'espace interne IC s'établisse respectivement la pres- sion régnant dans le raccordement 4 aboutissant à un réservoir sans pression, non représenté plus en détail. Le mode de fonctionnement est le suivant: Si par l'intermédiaire du conducteur 19, la bobine 17 est mise sous tension, le prolongement 14 du corps 13 de l'in- duit exerce alors une pression contre la bille de soupape 8. Sur cette bille s'exerce, d'autre part, la pression du liquide présent dans le canal 5 avec pour conséquence, qu'il s'établira pour le positionnement de la bille de soupape 8, un état d'équi- libre dans lequel la fente d'étranglement sur le siège 7 de la soupape est exactement d'une importance telle que l'effort 2C développé par la pression accumulée dans le canal 5 est égal à la force magnétique exercée par la bobine sur le corps 13 de l'induit. Sur la figure 2 est reporté, en abscissesen milli- ampères, le courant I parcourant la bobine 17, et en outre, la pression de commande régnant respectivement dans le canal 5 est reportée en ordonnées. On voit alors que la pression de commande croit linéairement avec le courant et qu'ainsi un ef- fet de soupape proportionnel est obtenu. Le même effet est obtenu lorsque la bobine 18 est mise sous tension par l'intermédiaire des conducteurs 20 et exerce ainsi sur le corps 13 de l'induit, un effort oui fait que le prolongement 15 du corps 13 de l'armature exerce une pression contre la bille de soupape 12. Il n'y a pas lieu de prévoir un collage de la bille de soupape 8 ou 12, et si le corps 13 de l'induit reste accroché, on neut en mettant sous 9.- tension respectivement l'autre bobine 17 ou bien 18, engendrer un effort qui ranène le corps 13 de l'induit dans la posi- tion neutre. La distance entre les faces frontales des prolonge- ments 14 et 15 est dimensionnée par rapport à la position des sièges de soupape 7 et 11 et par rapport au diamètre des bil- les de soupape 8 et 12 de façon que ces billes de soupape 8 et 12 ne puissent pas tomber de leur siège. L'invention concerne ainsi une soupape électromagné- tique proportionnelle dans le bottier &e laquelle il est pré- vu deux bobines, mais un seul induit sur lequel les deux bobines agissent alternativement, l'induit agissant sur un point d'étranglement sur chacun de ces cÈtés de déplace- ment. Selon une forme complémentaire de l'invention, il est alors possible de réaliser ces points d'étranglement sous la forme de soupape à siège. Iais l'invention concerne égale- ment unre soupape électromagnétique proportionnelle dans la- quelle il est prévu comme point d'étranglement, une soupape à siège. Selon une autre forme de l'invention, il est alors possible que de telles soupapes L siège jouant le r8le d'étranglement soient disposées dans un bottier, et qu'il soit prévu entre ces soupapes un corps d'induit sur lequel agis- sent deux bobines. L'effort exercé sur l'induit car les bobines peut agir directement sur le corps de soupape de la soupape à siège considérée ou bien agir indirectement par l'intermédiaire d'un ressort. t561348 10.- RE VE K DI C A T I 0 N S 1.- Soupape électromagnétique proportionnelle, avec une bobine magnétique et avec un induit susceptible de se déplacer dar.s le champ de cette bobine magnétique et agissant sur un point d'étranglement, ce point d'étranglement étant disposé dans un canal dans lequel une pression est susceptible d'être d'être refoulée dans un écoulement fluide amené dans ce canal, soupape caractérisée par la combinaison des caracté- ristiques suivantes: a) à un corps d'induit (12), sont associées deux bobines (17 et 18) agissant chacune dans un sens sur le corps d'in- duit (13), deux points d'étranglement (7/8 et 11/12) dis- posés chacun d'un cSté du corps d'induit (13) étant as- sociés au corps d'induit (13), b) chaque point d'étranglement est constitué par une soupape à siège (7/8 ou bien 11/12). 2.- Soupape électromagnétique proportionnelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque face fronta- le du corps d'induit est placée en tant que corns de sou- pape immédiatement devant le débouché d'un perçage dans lequel passe le fluide sous pression dont la pression est à commander.