Brevet FR2623873A1 — publié le 19890602

Clapet de sécurité pour maintenir la pression hydraulique ou pneumatique dans une chambre d'appareil, en cas de baisse de la pression dans la conduite d'alimentation de l'appareil. Les appareils hydrauliques ou pneumatiques comprennent généralement un élément actif qui peut occuper deux positions différentes selon qu'une chambre de l'appareil est mise sous pression ou à l'atmosphère. C'est le cas par exemple des vérins à simple ou à double effet, des robots munis de pinces pour la préhension de pièces, des machines-outils pourvues d'étaux destinés à serrer un outil ou une pièce pendant son usinage, ou des appareils destinés aux applications analogues. Lorsqu'on applique la pression hydraulique ou pneumatique, la pince ou l'étau exercent un serrage énergique sur la pièce ou sur l'outil et cette action doit durer tant qu'on n'a pas commandé la suppression de la pression d'alimentation. Une chute de pression brutale sur le circuit d'alimentation, due par exemple à la rupture d'une canalisation d'alimentation ou à une fuite, peut entraîner de très graves accidents : la pièce, brusquement libérée, est violemment projetée sous l'action de la force centrifuge, pouvant ainsi causer des dégâts humains et matériels. On sait déjà remédier à cet inconvénient en disposant dans la chambre de pression desdits appareils, un ressort qui, dès que la pression d'alimentation amorce la moindre chute, déplace un élément obturateur vers une position où il bloque le fluide dans la chambre, l'empechant de ressortir par la canalisation d'alimentation. Mais une telle solution n'est pas entièrement satisfaisante, car elle conduit à un ensemble volumineux, onéreux et difficile à régler du fait que le ressort doit être calibré pour contrebalancer la pression et qu'il faut prévoir un ressort de compensation. La présente invention concerne un clapet de sécurité capable de bloquer instantanément la pression dans une chambre d'appareil hydraulique ou pneumatique, dès que la pression d'alimentation baisse accidentellementL'in- vention se propose également de réaliser un clapet beaucoup moins cher, plus petit et donc plus facile à loger que le dispositif de sécurité selon la technique antérieure signalée ci-dessus. Elle concerne également un clapet autoréglable, c'est-à-dire qui ne nécessite pas de réglage lorsque la pression d'alimentation est modifiée. Le clapet de sécurité selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend - un corps tubulaire fermé à une extrémité par un bouchon et pourvu à l'autre extrémité d'un orifice de fond destiné à s'adapter avec étanchéité sur l'orifice d'alimentation de la chambre à contrôler de l'appareilj ledit corps présentant sur sa paroi latérale un orifice proximal situé au voisinage de l'orifice de fond et un orifice distal décalé par rapport à l'orifice proximal dans le sens axial du corps, qui sont respectivement reliés aux deux voies de sortie d'un distributeur à trois voies dont la voie d'entrée est reliée à une source de liquide ou de gaz sous pression, - une chemise tubulaire montée coaxialement à l'intérieur du corps où elle est immobilisée dans le sens axial entre des parois fixes du corps et du bouchon, ladite chemise étant en contact étanche à ses deux extrémités avec la paroi interne du corps, respectivement de part et d'autre de l'orifice proximal et étant percée de trous radiaux situés au niveau de l'orifice proximal, - et un piston monté coulissant axialement dans l'alésage de la chemise, et qui comprend deux épanouissements de diamètres différents, reliés par un axe cylindrique de faible diamètre, lesdits épanouissements et axe étant en Contact étanche avec des parois de diamètres correspondants de l'alésage de la chemise, les épanouissements de plus grand et de plus petit diamètres étant logés respectivement dans les extrémités distale et proximale de la chemise, de part et d'autre desdits trous radiaux de la chemise, cette dernière présentant sur sa paroi interne des épaulements situés en regard des épanouissements et qui limitent la course du piston entre une position d'ouverture où l'orifice proximal communique avec l'orifice de fond et une position de fermeture où cette communication est coupée. L'étanchéité entre les épanouissements et l'axe d'une part,et l'alésage de la chemise d'autre part,est assurée par trois joints d'étanchéité. La portion de l'axe de la chemise qui est munie d'un joint est montée coulissante dans un manchon tubulaire solidaire de la chemise. Dans la chambre étanche formée entre l'épanouissement de plus grand diamètre et le manchon sont enfermés un ressort de compression ainsi qu'un certain volume d'air qui tendent à rappeler le piston vers ladite position de fermeture. Le bouchon du clapet est fixé à l'extrémité distale du corps et présente sur sa face interne une collerette tubulaire dont l'extrémité s'appuie sur l'extrémité adjacente de la chemise et dont la paroi est percée de trous. Le corps du clapet présente un second orifice distal situé en regard du premier et qui communique avec celui-ci à travers les trous formés dans la collerette du bouchon, ledit second orifice distal pouvant être-obturé par un couvercle ou relié à un orifice de la seconde chambre de l'appareil selon que celui-ci est à simple ou à double effet. Dans une variante de réalisation dans laquelle on veut contrôler les deux chambres de l'appareil, par exemple les deux chambres d'un vérin double effet, un deuxième capteur de sécurité identique au premier est fixé dans un orifice d'entrée de la deuxième chambre de l'appareil, le premier orifice distal, le second orifice distal et l'orifice proximal du second clapet étant respectivement reliés à l'orifice proximal du premier clapet, à l'une des sorties du distributeur, et au deuxième orifice distal du premier clapet, la deuxième sortie du distributeur étant reliée au premier orifice distal du premier clapet. La structure et le fonctionnement du clapet selon l'invention seront mieux compris à la lecture de la description d'un mode de réalisation en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est en vue en perspective du clapet La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du clapet fixé sur un vérin La figure 3 montre le schéma d'alimentation d'un vérin simple effet dans le cas où l'une des chambres seulement du vérin est contrôlée par le clapet de sécurité La figure 4 représente le schéma d'alimentation d'un vérin double effet dans le cas où l'une des chambres est contrôlée par le clapet ; et La figure 5 est ie schéma d'alimentation d'un vérin double effet dans le cas où les deux chambres sont contrôlées par deux clapets. Avec référence aux figures 1 et 2, le clapet 10 selon l'invention comprend un corps tubulaire 12 dont la paroi extérieure a de préférence une forme prismatique à six faces, permettant une prise facile par une clé de serrage. De plus, des faces naturelles planes assurent une meilleure étanchéité des raccordements que dans le cas où la paroi serait cylindrique. Le corps 12 est obturé à une extrémité par un bouchon 14 muni d'un joint d'étanchéité 16 et se termine à l'autre extrémité par une paroi de fond 18 percée d'un orifice de sortie 20. Celui-ci se prolonge par un embout 22 qui permet de fixer le clapet dans un trou taraudé 24 formé dans la paroi de la chambre à contrôler 26 d'un appareil pneumatique ou hydraulique 28 qui, dans l'exemple illustré, par la figure 2, est constitué par un vérin. Un joint 29 assure l'étanchéité du clapet sur l'orifice 24. Le corps 12 comporte un alésage en gradins comportant quatre portions cylindriques dont les diamètres diminuent depuis l'extrémité munie du bouchon 14 jusqu'à l'extrémité voisine de l'orifice 20. Comme on le comprendra par la suite, un tel profil en gradins al'avantage de protéger les différents joints des pièces internes lors de leur introduction à l'intérieur du corps. Le corps présente sur sa paroi latérale deux orifices 30, 32 décalés l'un- par rapport à l'autre dans le sens axial. On désignera celui qui est voisin de l'orifice de fond par orifice proximal et l'autre par orifice distal. Le corps comporte également un troisième orifice 34 diamétralement opposé au premier orifice distal et que l'on désignera pour cette raison par second orifice distal. A l'intérieur du corps est montée coaxialement une chemise tubulaire 36 qui prend appui par l'une de ses extrémités sur la face interne 38 de la paroi de fond 18, et qui est immobilisée dans cette position par une collerette tubulaire 40 qui fait saillie coaxialement sur la face interne du bouchon. La collerette est percée de trous 41 destinés à mettre en communication les orifices 32 et 34. La chemise comporte deux portées terminales creuses 42, 44 en contact étanche avec la paroi interne du corps, à des niveaux situés respectivement entre les orifices 30, 32 et sous l'orifice 30. Deux joints 46, 48 assurent l'étanchéité du contact entre les portées 42, 44 et l'alésage du corps 12.- Ces portées terminales sont reliées par une portion tubulaire intermédiaire 50 dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur du corps, de manière à former avec celui-ci une chambre annulaire 52 dans laquelle débouche l'orifice proximal 30. Ladite portion intermédiaire est elle-même percée de trous radiaux 54. A l'intérieur de la chemise est montée coulissant un piston 58 qui comprend un épanouissement distal 60 et un épanouissement proximal 62 en forme de disques, de diamètres différents, reliés par un axe cylindrique 64 de faible diamètre. Ces épanouissements sont reçus respectivement à l'intérieur des alésages des portées annulaires 42, 44 de la chemise. L'épanouissement distal 60 a un diamètre supérieur àcelui de l'épanouissement proximal 62. Un joint 66 assure l'étanchéité entre la paroi latérale de l'épanouissement 60 et l'alésage de la portée annulaire 42. Le mouvement du piston vers le bas sur la figure 2 est limité lorsque la face interne de l'épanouissement distal 60 vient en butée contre un épaulement annulaire 68 formé à l'intérieur de la chemise. La portée 42 de la chemise est en forme de coupe dont le fond est pourvu d'un manchon tubulaire 70 coaxial à la portée. Ce manchon sert au guidage de l'axe 64 du piston lors du mouvement de ce dernier. L'étanchéité au niveau du manchon est assurée par un joint 72. Pour la commodité du montage, l'épanouissement 60 est fabriqué séparément de l'axe 64 du piston, et est assemblé à ce dernier soit par vissage, comme cela est visible sur la figure 2,soit par sertissage. On peut aussi bien réaliser l'épanouissement 60 en une pièce avec l'axe 64, mais alors l'épanouissement proximal 62 devra être fabriqué séparément et assemblé à l'axe. Avant de fixer l'épanouissement 60 sur l'axe 64, on enferme dans la chambre 73 qu'ils définissent entre eux un ressort de compression 71. Un volume d'air se trouve également emprisonné dans la chambre 73. L'épanouissement 62 du piston a une forme sensiblement tronconique et il est reçu à l'intérieur d'un alésage 75 également tronconique de la portée 44. Un joint 77 assure l'étanchéité entre l'épanouissement 62 et ledit alésage. Le mouvement du piston vers le haut sur la figure 2 est limité lorsque l'épanouissement proximal 62 vient en butée contre la paroi tronconique de l'alésage 76. La figure 3 représente un vérin à simple effet 28, dont on ne veut contrôler que l'une des chambres 26. L'orifice proximal 30 et le premier orifice distal 32 du clapet sont reliés respectivement par des conduites 78, 80 aux deux sorties A, B d'un distributeur 82 dont l'entrée C est reliée par une conduite 84 à une source de gaz ou de liquide sous pression 86. Quant au second orifice distal, on l'obture au moyen d'un bouchon 87. En fonctionnement normal, le distributeur est amené dans la position pour laquelle il communique la pression à la conduite 78. L'air ou le liquide sous pression pénètre dans le corps de clapet 12 par l'orifice proximal 30, puis traverse la chemise par les orifices 54 et vient agir sur le piston 58 qui se trouve alors dans la position représentée sur la figure 2. La surface d'action définie par le joint 72 étant nettement inférieure à celle définie par la face libre de l'épanouissement proximal 62 du piston, celui-ci est repoussé vers le bas sur la figure 2 en comprimant le volume d'air 73 et le ressort 71. Le joint 77 se décolle alors de son siège 76, de sorte qu'un passage est libéré pour l'air ou le fluide sous pression qui gagne la chambre 26 par l'intermédiaire de l'orifice 20. Le piston 88 et sa tige 90 se déplacent alors vers la droite sur la figure 3. En fin de course, il s'établit un équilibre de pression dans la chambre 26, dans le clapet 10 tout autour du piston 58 et dans la conduite d'alimentation 78. L'équilibre étant ainsi établi, le piston revient à sa position d'origine de la figure 2 sous l'action de la force élastique de rappel de la lame d'air 73 et du ressort 71 qui avaient été précédemment comprimés. Dans le cas où il se produirait une perte de pression accidentelle pendant la montée en pression ou en fin de course, par exemple par suite de la rupture de la conduite 78, la pression dans le circuit d'alimentation devient inférieure à la pression dans la chambre 26. La baisse de pression dans la conduite 78 provoque le retour du piston 58 vers sa position de fermeture. La pression qui règne dans la chambre 26 écrase le joint 77 sur sa portée d'étanchéité 76. Cette pression est donc bloquée sans possibilité de fuite, et la tige de vérin 90 reste de ce fait dans sa position sortie. On évite ainsi une rentrée intempestive de la tige de vérin, avec les conséquences graves que cela pourrait entraîner. Si l'on souhaite commander la rétraction de la tige de vérin, on commute le distributeur 82 sur son autre position. La conduite 78 est alors mise à l'atmosphère, ce qui bloque le clapet comme on l'a expliqué ci-dessus. Simultanément, la pression est envoyée dans la conduite 80. La pression pénètre dans le clapet par l'orifice distal 32, puis par les trous 41 de la collerette 40 pour venir s'exercer sur la face supérieure de l'épanouissement distal 60 du piston. Compte tenu du fait que cette face a un diamètre supérieur à celle de l'épanouissement proximal 62, le piston est déplacé vers le bas sur la figure 2. L'air de la chambre 26 peut alors s'échapper à l'atmosphère par l'intervalle 74, les orifices 54, 30 et la conduite 78. Comme le montre la figure 2, le bouchon 14 est percé en son centre d'un taraudage 92 dans lequel est vissée une vis d'amortissement 94 qui attaque un ressort de compression 96 s'appuyant d'autre part sur la face supérieure de l'épa- nouissement distal 60. Cette vis a pour rôle d'affiner et de contrôler le déplacement du piston 58 selon la précision que l'on recherche pour la balance des pressions qui s'exercent sur le piston. Elle sert également à débloquer le piston lorsque la pression envoyée par l'orifice distal 32 est insuffisante pour contrebalancer la pression régnant dans la chambre 26 et la force du ressort 71. Il suffit pour cela de serrer la vis 94 jusqu'à ce que l'on obtienne le décollement du joint 77 de son siège 76. Dans l'installation de la figure 4, le vérin est à double effet, et l'on se propose de contrôler la pression dans une seule chambre, la chambre 26. A cet effet, on réalise un montage identique à celui de la figure 3, excepté le fait que l'on retire le bouchon 87 et que l'on alimente la deuxième chambre 26' du vérin par une conduite 98 branchée sur l'orifice 34 et sur un embout 100 débouchant dans ladite chambre. Pour faire sortir la tige 90 du piston de vérin, on envoie la pression dans la conduite 78, la conduite 80 étant mise à l'atmosphère. La conduite 98 et la chambre 26' sont de ce fait elles aussi mises à l'atmosphère, de sorte que le piston 88 de vérin peut se déplacer librement vers la droite sur la figure 4. Pour-faire rentrer la tige 90, on commute le distributeur. La conduite 78 est de ce fait mise à l'atmosphère, tandis que la pression passe dans la conduite 80 d'où elle gagne la chambre 26' par l'intermédiaire des orifices 32, 41, 34 et de la conduite 98. Le clapet 10 fonctionne exactement comme on l'a expliqué ci-dessus. Enfin, dans le montage de la figure 5, il s'agit de contrôler les deux chambres 26, 26' d'un vérin double effet. On utilise pour cela deux clapets de sécurité indentiques 10, 10' que l'on visse dans des orifices débouchant respectivement dans lesdites chambres. Les connexions s'établissent comme suit : la conduite 78 relie la sortie A du distributeur 82 à l'orifice distal 34' du clapet 10'. L'orifice distal 32' de ce dernier est relié à l'orifice proximal 30 du clapet 10 par la conduite 102. L'orifice proximal 30' du clapet 10' est relié à l'orifice distal 34 du clapet 10 par une conduite 104 et enfin la sortie B du distributeur est reliée par la conduite 80 à l'orifice distal 32 du clapet10. Pour commander la sortie de la tige 90 du vérin, on commute le distributeur pour que la pression arrive sur la sortie A. La pression passe par la conduite 78, l'orifice 34', l'orifice 32', la conduite 102 et l'orifice 30 puis elle pénètre dans la chambre 26, comme expliqué à propos de la figure 3. Simultanément, les conduites.80 et 104 sont mises à l'atmosphère. Le piston du clapet 10 est donc sollicité dans le sens de l'ouverture, ce qui permet à la pression de la chambre 26' de s'échapper. Pour faire rentrer la tige on commute le distributeur 82. S'il apparalt un défaut dans l'une des lignes d'alimentation, les clapets associés bloquent les pressions dans les chambres, comme on l'a expliqué précédemment. En conclusion, le clapet selon l'invention est d'un fonctionnement extrêmement simple. Il peut être monté sur tous les appareils hydrauliques ou pneumatiques existants, tels que vérins, pinces, robots, sans qu'il soit nécessaire de modifier ces appareils ou leur circuit d'alimentation. Il ne nécessite pratiquement aucun entretien. Il est bien moins onéreux et encombrant que les clapets de la technique antérieure utilisant des ressorts de compensation ou autre mécanisme. Contrairement aux dispositifs connus à ressort de compensation signalés au début du présent mémoire, il est auto-réglable, lorsqu'on modifie la pression d'alimentation. Enfin son assemblage est extrêmement simple. On peut envisager une automatisation de l'assemblage et donc une production en grande série. On comprend l'intérêt de réaliser l'alésage du corps 12 sous forme de gradins. Lors de l'assemblage du clapet, les joints 46 et 48 peuvent passer librement sans risquer d'être endommagés par les bords tranchants intérieurs des orifices 30 et 32 ou par les inévitables bavures se trouvant sur lesdits bords. REVENDICATIONS 1.- Clapet de sécurité pour maintenir la pression hydraulique ou pneumatique dans une chambre d'appareil, en cas de baisse de la pression dans la conduite d'alimentation de l'appareil, caractérisé en ce qu'il comprend - un corps tubulaire (12) fermé à une extrémité par un bouchon (14) et pourvu à l'autre extrémité d'un orifice de fond (20) destiné à s'adapter avec étanchéité sur l'orifice d'alimentation (24) de la chambre à contrôler (26) de l'appareil, ledit corps présentant sur sa paroi latérale un orifice proximal (30) situé au voisinage de l'orifice de fond et un orifice distal (32) décalé par rapport à l'orifice proximal dans le sens axial du corps, qui sont respectivement reliés aux deux voies de sortie (A, B) d'un distributeur (82) à troies voies dont la-voie d'entrée est reliée à une source'de liquide ou de gaz sous pression, - une chemise tubulaire (36) montée coaxialement à l'intérieur du corps où elle est immobilisée dans le sens axial et étant en contact étanche avec la paroi interne du corps (12) respectivement de part et d'autre de l'orifice proximal (30), ladite chemise étant percée de trous radiaux (54) situés au niveau de l'orifice proximal, - et un piston (58), monté coulissant axialement dans l'alésage de la chemise, et qui comprend deux épanouissements (60, 62) de diamètres différents, reliés par un axe cylindrique (64) de faible diamètre, lesdits épanouissements et axe (64) étant en contact étanche avec des parois de diamètres correspondants de l'alésage de la chemise, les épanouissements de plus grand diamètre (60) et de plus petit diamètre (62) étant logés respectivement dans les extrémités distale et proximale de la chemise, de part et d'autre desdits trous radiaux de la chemise, cette dernière présentant sur sa paroi interne des épaulements (68, 76) situés respectivement en regard des épanouissements et qui limitent la course du piston (58) entre une position d'ouverture où l'orifice proximal (30) communique avec l'orifice de fond (20) et une position de fermeture où cette communication est coupée. 2.- Clapet de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité entre les épanouissements (60, 62) et l'axe (64) d'une part, et l'alésage de la chemise d'autre part, est assurée respectivement par trois joints (66, 77, 72). 3.- Clapet de sécurité selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion d'axe (64) munie du joint d'étanchéité (72) est montée coulissante dans un manchon tubulaire (70) solidaire de la chemise. 4.- Clapet de sécurité selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la chambre étanche (73) formée entre l'épanouissement de plus grand diamètre (60) et le manchon sont enfermés un ressort (71) ainsi qu'un certain volume d'air qui tendent à rappeler le pistpn vers ladite position de fermeture. 5.- Clapet de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bouchon (14) du clapet est fixé à l'extrémité distale du corps et présente sur sa face interne une collerette tubulaire (40) dont l'extrémité s'appuie sur l'extrémité adjacente de la chemise et dont la paroi est percée de trous (41). 6.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le corps du clapet présente un second orifice distal (34) situé en regard du premier et qui communique avec celui-ci à travers les trous (41) formés dans la collerette du bouchon. 7.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications précédentes, utilisé pour contrôler une seule chambre (26) d'un appareil hydraulique ou pneumatique à simple effet, caractérisé en ce que ledit second orifice distal (34) est obturé au moyen d'un bouchon (87). 8.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications 1 à 6, utilisé pour contrôler une seule chambre (26) d'un appareil hydraulique ou pneumatique à double effet, caractérisé en ce que ledit second orifice distal (34) est relié à l'orifice d'entrée de la deuxième chambre (26) de l'appareil. 9.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications 1 à 6, utilisé pour contrôler les deux chambres (26, 26') d'un appareil hydraulique ou pneumatique à double effet, caractérisé en ce qu'un deuxième capteur sécurité (10') identique au premier (10) est fixé dans un orifice d'entrée de la deuxième chambre (26') de l'appareil, le premier orifice distal (32'); le second orifice distal (34') et l'orifice proximal (30') du second clapet étant respectivement reliés à l'orifice proximal (30) du premier clapet, à l'une des sorties (A) du distributeur, et au deuxième orifice distal (34) du premier clapet, la deuxième sortie (B) du distributeur étant reliée au premier orifice distal (32) du premier clapet. 10.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bouchon (14) est percé en son centre d'un taraudage (92) dans lequel est vissée une vis d'amortissement (94) qui attaque un ressort de- compression (96) s'appuyant d'autre part sur la face supérieure de l'épanouissement distal (60). 11.- Clapet de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il-présente extérieurement une forme prismatique par exemple à six faces.