Brevet FR2677423A1 — publié le 19921211

La présente invention concerne une soupape à coulisse, comportant un carter présentant un perçage de guidage et au moins une entrée de fluide de pression, ainsi que plusieurs conduits de fluide de pression débouchant dans le perçage de guidage latéralement à travers le carter, un organe de soupape axialement mobile dans le perçage de guidage et relié à un moyen d'entraînement, en particulier un piston. Une soupape de ce type est connue par le brevet DE-3 043 871 Dans ce cas, l'organe de soupape et le moyen d'entraî- nement sont réalisés en une matière métallique L'organe de soupape et le moyen d'entraînement sont munis, dans des zones correspondantes, de joints étanches, qui étanchéifient les conduits de fluide de pression mutuellement et, dans des positions de commutation correspondantes, également vis-à-vis du conduit d'entrée de fluide de pression Lors de la fabrication de coulisses métalliques adaptées de façon correspondante, il convient de mettre en oeuvre des procédés d'usinage ou de fabrication coûteux Le fait que des bagues d'étanchéité supplémentaires doivent être mises en place, entraîne qu'une telle soupape connue à coulisse métallique, est coûteuse aussi bien en ce qui concerne sa fabrication que son montage. Dans une telle soupape connue, les joints étanches doivent être mis en place dans des gorges correspondantes sur le tiroir ou coulisse, les joints s'appuyant de façon étanche sur la paroi interne métallique du perçage de guidage De plus, il se produit une usure correspondante en ce qui concerne les joints étanches de telles coulisses métalli- ques Comme cet agencement de soupape est cependant recom- mandé pour des raisons de précision, l'usure même faible des joints annulaires usuels entraîne des défauts d'étanchéité et rend ainsi nécessaire une maintenance après un court temps d'utilisation. Une soupape à coulisse ou tiroir métallique n'est pas appropriée pour le besoin toujours croissant de soupapes de 5 petite section nominale dans le domaine d'utilisation correspondant à des installations pneumatiques petites ou même miniaturisées, du fait que l'utilisation de bagues d'étanchéité de petite taille correspondante augmente de façon importante le coût de montage. A partir de cet état de la technique, l'invention a pour but de développer une soupape à coulisse du type décrit ci-dessus de sorte que, d'une part, on puisse éviter d'uti- liser des éléments d'étanchéité séparés, et que, d'autre part, l'étanchéité soit garantie sur une plus grande période15 de fonctionnement. A cet effet, la soupape à coulisse, du type indiqué ci-dessus, est remarquable, selon l'invention, en ce qu'au moins l'organe de soupape est constitué d'un matériau élastiquement déformable sous l'action de la pression, et est muni d'un trou borgne s'étendant en direction axiale, lequel est ouvert du côté opposé au moyen d'entraînement, et en ce que l'entrée de fluide de pression débouche dans le perçage de guidage de sorte que, dans chaque position de l'organe de soupape, il existe une liaison, étanche au25 fluide de pression, au trou borgne. L'agencement d'un trou borgne prévu axialement dans la coulisse, lequel, d'une part, est ouvert à l'extrémité qui peut être reliée d'une façon étanche à l'entrée de fluide de pression et, d'autre part, est muni d'ouvertures de passage30 pour la commutation des voies individuelles du fluide de pression, entraîne que l'organe de soupape, lors de la mise sous pression, se déforme en ce qui concerne sa section transversale, de sorte qu'il s'appuie plus fortement contre les endroits à étanchéifier de façon correspondante de la paroi du perçage de guidage, au niveau desquels débouchent les raccords de fluide de pression des conduits de travail. Le fait que, dans un exemple de réalisation de l'invention, l'ensemble de la coulisse y compris le piston soit réalisé en une seule pièce et en une matière élastique, entraîne que, en totalité, on peut se passer de joints étanches. L'organe de soupape, le piston et les joints étanches sont ainsi en une seule pièce Si, en raison de l'établissement d'une pression d'entrée plus élevée, la pression à l'inté- rieur du perçage de guidage augmente, alors la condition d'une étanchéification renforcée de façon correspondante doit être remplie Cette étanchéification s'adapte, en raison de la sollicitation mécanique du trou borgne par le fluide de pression, pour ainsi dire de façon proportionnelle à la pression Cette fonction est particulièrement avanta- geusement atteinte grâce à la réalisation ovale en section transversale du trou borgne L'ellipse est de plus orientée de sorte que le petit axe s'étende parallèlement aux con- duits de fluide de pression et que le grand axe s'étende perpendiculairement à ceux-ci Du fait que la pression s'exerce ou se propage toujours dans toutes les directions, le trou borgne prend, pour une sollicitation de pression25 correspondante, la section transversale optimale, c'est-à- dire la forme circulaire A cela, est liée une modification non uniforme de la section transversale de l'organe de soupape Cela signifie que l'ellipse est déformée ou s'étend parallèlement au petit axe plus fortement que dans la30 direction du grand axe Cela entraîne que, pour la présente orientation de l'ellipse relativement aux raccords de fluide de pression des conduits de travail, les surfaces, qui s'appuient aux endroits de débouchure des conduits de fluide de pression et qui présentent la fonction d'étanchéifi-35 cation, sont plus fortement déformées et, ainsi, il se crée à ces endroits un plus fort pressage des surfaces, qui augmente l'effet d'étanchéification à ces endroits décisifs. Le fait que le piston est réalisé en une seule pièce avec l'organe de soupape et est de même réalisé en une matière élastique, présente, entre autres, l'avantage d'une fabri- cation particulièrement simple Cela est particulièrement avantageux, comme déjà indiqué, pour des soupapes de petites tailles ou de petits diamètres nominaux Le fait que le piston est constitué de même, dans ce cas, en une matière élastique, rend ainsi possible que l'on puisse également se passer de joints étanches séparés dans la zone du piston, en ce que, sur le piston, un joint étanche est formé de façon intégrale Les saillies s'appuyant sur la paroi du perçage de guidage dans la zone des conduits de fluide de pression débouchants, agencées sur l'organe de soupape dans des positions correspondantes, en liaison avec les conduits de fluide de pression qui débouchent sur des côtés diamé- tralement opposés, fournissent l'avantage que, lors de la mise sous pression, on obtient un pressage optimal dans la zone d'étanchéification importante Ainsi, il est également possible que, dans la zone restante de l'organe de soupape, la surface de section transversale soit plus petite que la section transversale interne du perçage de guidage Il est seulement important que, dans la zone des endroits à étan- chéifier, l'organe de soupape soit au contact de la paroi du perçage de guidage et joue ainsi là son rôle d'étan- chéification L'étanchéification du perçage de guidage par rapport au cylindre est alors obtenue, de façon très avan- tageuse, grâce à la lèvre d'étanchéité agencée dans la zone de l'extrémité ouverte du trou borgne de l'organe de sou- pape, lèvre qui s'appuie sur toute la courbe de section transversale interne du perçage de guidage Ainsi, on empêche un court-circuit du fluide de pression entre le perçage de guidage et le cylindre Dans ce cas, on obtient de plus l'avantage que, par le choix de la matière généralement élastique, on peut se passer de joints étanches séparés dans la zone du piston et de l'organe de soupape du fait que les joints sont formés de façon intégrale. Pour l'utilisation d'une telle soupape à coulisse proposée selon l'invention pour des diamètres nominaux plus grands ou de plus grandes tailles, il s'est révélé avantageux, pour des raisons de robustesse, de munir l'organe de soupape, au moins dans la zone de la profondeur du trou borgne, d'élé- ments d'armature Ces éléments d'armature sont de plus agencés dans l'organe de soupape de sorte que la déformabi- lité indiquée ci-dessus de l'organe de soupape sous l'action du fluide de pression pour obtenir une action d'étanchéi- fication augmentée reste non influencée, mais que la robus- tesse de l'organe de soupape en direction axiale soit augmentée Comme les saillies de l'organe de soupape ne doivent recouvrir que la zone à étanchéifier des entrées de fluide de pression, ces saillies devant être réglables de façon absolument reproductible selon la position commandée de l'organe de soupape, il est avantageux de garantir le piston contre une torsion Cela est obtenu, de façon avan- tageusement simple, en ce qu'aussi bien le piston que le cylindre présentent une section transversale ovale Dans une réalisation avantageuse de l'invention, les entrées de fluide de pression sont réalisées en tant que douilles qui, lors du montage, doivent être insérées dans le carter de soupape à travers des perçages Cela présente l'avantage que les ouvertures, menant au perçage de guidage à l'intérieur de la soupape, des entrées de fluide de pression peuvent être ébarbées avant le montage des douilles Un tel ébarbage ne serait pas possible si les entrées de fluide de pression étaient prévues en une seule pièce au moment de la fabrica- tion du carter de soupape Cependant, l'ébarbage des ouvertures d'entrée de fluide de pression présente un avantage important du fait que, ainsi, l'organe de soupape s'use encore moins dans la zone des saillies d'étanchéité. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe longitudinale de la soupape selon l'invention. La figure 2 est la coupe transversale de la soupape selon la ligne A-A de la figure 1. La figure 1 est une coupe longitudinale de la soupape dans son ensemble, comportant l'organe de soupape 3 qui y est agencé, lequel est relié de façon intégrale à un piston 4. Le trou borgne 5 de l'organe de soupape 3 est ouvert à l'extrémité opposée au piston 4 et est agencé à l'intérieur du perçage de guidage 6, qui est muni, de façon correspon- dante, du côté du fond, d'une ouverture d'alimentation en fluide de pression P, de sorte que le trou borgne 5 soit relié, dans chaque position, de façon étanche au fluide de pression, au conduit d'alimentation en fluide de pression P. L'extrémité ouverte de l'organe de soupape 3 présente une forme telle qu'elle possède une lèvre d'étanchéité périphé- rique 32, s'appuyant sur toute la courbe de section trans- versale interne du perçage de guidage 6, lèvre qui empêche un courtcircuit du fluide de pression entre le perçage de guidage 6 et le cylindre 9 Les conduits de fluide de pression 7, 8 ainsi que le conduit de mise à l'atmosphère R traversent latéralement le carter de soupape 1 pour débou- cher dans le perçage de guidage 6 Les conduits 7 et 8 sont des conduits de travail à commuter, grâce à quoi on obtient, dans ce cas, un distributeur 3/2 Des ouvertures de passage 33, 34 sont agencées, en des endroits correspondants, sur l'organe de soupape 3, lesquelles débouchent, en position correspondante, à chaque fois dans le conduit de travail correspondant ou s'alignent avec celui-ci, et débouchent, à l'autre extrémité, dans le trou borgne 5 Dans ce cas, le trou borgne 5 est raccordé, dans chaque position de service, au conduit principal de fluide de pression P et commute ainsi, selon sa position, cette pression soit dans le conduit de travail 7, soit dans le conduit de travail 8, ou il est raccordé à l'atmosphère par l'intermédiaire du 5 conduit R Dans la zone de ces ouvertures de passage 33, 34, sont agencées, sur l'organe de soupape 3, les saillies 31, 31 ' qui, dans la zone des ouvertures d'entrée des conduits de fluide de pression 7, 8, s'appuient de façon étanche sur la paroi du perçage de guidage 6 Dans ce cas, le piston 410 est réalisé en une seule pièce avec l'organe de soupape 3 et pénètre dans un cylindre 9 prévu pour cela, qui peut être alimenté en fluide de pression par l'intermédiaire du conduit Y Le piston 4 est actionné grâce à cette alimenta- tion en fluide de pression et l'organe de soupape 3 est15 déplacé dans la position correspondante, de sorte qu'une commutation du conduit principal de fluide de pression P vers les conduits de travail correspondants, ou la mise à l'atmosphère, est possible Le piston 4 est muni d'une lèvre d'étanchéité 40 formée de façon intégrale, qui s'appuie sur20 la paroi, de façon périphérique et étanche au fluide de pression, à l'intérieur du cylindre 9 Le carter de soupape 1 est fermé, à l'extrémité du côté du piston, par un cou- vercle de soupape 2. La figure 2 est une coupe transversale de la soupape selon la ligne A-A de la figure 1 On voit clairement que l'organe de soupape 3, en ce qui concerne sa surface de section transversale entourée par la courbe périphérique externe 30, est plus petit que la section transversale interne du perçage de guidage 6 Dans ce cas, il est seulement nécessaire que, dans la zone des endroits à étanchéifier, les saillies 31, 31 ' arrivent jusqu'à la paroi du perçage de guidage 6 et s'y appuient de façon étanche Une sécurité en torsion du piston 4 fait que cette position radiale est toujours maintenue lors d'un déplacement axial De même, on35 voit clairement la section transversale interne ovale du trou borgne 5 ainsi que l'orientation de cette ellipse Le petit axe de l'ellipse est dans ce cas parallèle aux con- duits de travail ou de fluide de pression 7, 8, et le grand axe de l'ellipse est perpendiculaire à ceux-ci Comme l'ellipse, lors de la mise sous pression, prend une section transversale circulaire sur l'extrémité ouverte du trou borgne 5, c'est-à-dire, en d'autres termes, que le petit axe de l'ellipse est étiré, il se produit un déplacement de matière élastique de l'organe de soupape 3 avec une augmen- tation de la force de pressage sur les saillies 31, 31 ' de l'organe de soupape, qui s'appuient sur la paroi du perçage de guidage 6 Ainsi, les saillies 31, 31 ' sont pressées plus fortement dans la zone des endroits à étanchéifier lors de la mise sous pression du trou borgne Les forces de pressage ainsi créées sont, comme déjà indiqué, proportionnelles à la pression à l'intérieur du trou borgne Cela entraîne que, pour une pression qui augmente, un effet d'étanchéification augmentant de façon correspondante au niveau des endroits à étanchéifier est atteint Le fait que la courbe périphérique externe 30 de la surface de section transversale de l'organe de soupape 3 est plus petite que la section transversale interne du perçage de guidage 6 et que seules les saillies 31, 31 ' s'appuient sur le perçage de guidage, entraîne que l'organe de soupape peut être déplacé relativement sans frottement Il serait également théoriquement possible que la courbe périphérique externe dans son ensemble de la surface de section transversale de l'organe de soupape s'appuie totalement sur la paroi du perçage de guidage. Egalement, dans ce cas, un trou borgne ovale en section transversale et orienté de même aurait pour effet que, dans la zone des endroits à étanchéifier, c'est-à-dire dans la zone des entrées des conduits de fluide de pression, on obtiendrait un pressage renforcé Un appui complet de l'organe de soupape sur la paroi du perçage de guidage crée cependant un frottement plus élevé lors du déplacement de l'organe de soupape Toutefois, on doit prendre cela en compte particulièrement lors de la réalisation de soupapes extrêmement petites Sinon, c'est-à-dire lors de l'utilisa- tion de soupapes de diamètres nominaux plus importants, il est cependant avantageux que l'organe de soupape ne s'appuie 5 sur la paroi du perçage de guidage que dans la zone des saillies. Toutefois, il serait également envisageable d'utiliser des soupapes selon l'invention en tant que soupapes rotatives, seul l'élément d'entraînement devant être alors réalisé de10 façon différente Egalement dans ce cas, l'organe de soupape serait réalisé de sorte que, de même, il ne s'appuierait sur le perçage de guidage que dans la zone des endroits à étanchéifier de l'organe de soupape par l'intermédiaire de saillies A l'exception de la réalisation de l'organe d'entraînement, toutes les caractéristiques de la soupape selon l'invention en ce qui concerne son organe de soupape pourraient être ainsi utilisées. On pourrait cependant également envisager de réaliser l'organe de soupape en ayant une section transversale20 triangulaire, le perçage de guidage devant alors avoir une section transversale correspondante De plus, les saillies de l'organe de soupape devraient être alors agencées sur chacun des côtés du triangle, les conduits de fluide de pression débouchant alors au niveau des endroits correspon-25 dants dans le perçage de guidage Le trou borgne pourrait dans ce cas présenter une section transversale triangulaire orientée de façon correspondante parallèlement aux côtés du triangle Lors d'une alimentation en fluide de pression correspondante, la forme en section transversale triangu- 30 laire du trou borgne tendrait également dans ce cas à prendre une forme circulaire et, ainsi, un pressage renforcé agirait sur chaque côté du triangle, les saillies corres- pondantes étant alors pressées plus fortement contre les entrées correspondantes de fluide de pression, comme dans l'exemple ci-dessus. il REVENDI CATIONS 1 Soupape à coulisse, comportant un carter présentant un perçage de guidage et au moins une entrée de fluide de pression, ainsi que plusieurs conduits de fluide de pression débouchant dans le perçage de guidage latéralement à travers le carter, un organe de soupape axialement mobile dans le perçage de guidage et relié à un moyen d'entraînement, en particulier un piston, caractérisée en qu'au moins l'organe de soupape ( 3) est constitué d'un matériau élastiquement déformable sous l'action de la pression, et est muni d'un trou borgne ( 5) s'étendant en direction axiale, lequel est ouvert du côté opposé au moyen d'entraînement ( 4), et en ce que l'entrée de fluide de pression (P) débouche dans le perçage de guidage ( 6) de sorte que, dans chaque position de l'organe de soupape ( 3), il existe une liaison, étanche au fluide de pression, au trou borgne ( 5). 2 Soupape à coulisse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement ( 4) est constitué par un piston pouvant être soumis à l'action du fluide de pression, réalisé de même en matière élastique, et relié de façon intégrale à l'organe de soupape ( 3). 3 Soupape à coulisse selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisée en ce que les conduits de fluide de pression latéraux ( 7,8) s'étendent, sur des côtés diamétralement opposés, à travers la paroi du carter ( 1). 4 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que le trou borgne ( 5) présente une section transversale ovale et est orienté, en section transversale, de sorte que le petit axe de l'ellipse s'étende en direction parallèle aux conduits de fluide de pression ( 7,8) et que le grand axe de l'ellipse s'étende perpendiculairement à ceux-ci. Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que la surface de section transversale, enfermée par la courbe périphérique externe ( 30), de l'or- gane de soupape ( 3) est plus petite que la section trans- versale interne du perçage de guidage ( 6), et en ce que l'organe de soupape ( 3), en position correspondante, dans la zone des conduits de fluide de pression débouchants ( 7,8) est muni de saillies ( 31,31 ') qui s'appuient sur la paroi du perçage de guidage ( 6). 6 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisée en ce que l'organe de soupape ( 3) est muni d'ouvertures de passage ( 33,34) grâce auxquelles une liaison étanche au fluide de pression peut être obtenue entre les conduits de fluide de pression ( 7,8) et le trou borgne ( 5), en position correspondante de l'organe de soupape. 7 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que le trou borgne ( 5) de l'organe de soupape ( 3) est élargi dans la zone de son extrémité ou- verte, de sorte qu'il se forme une lèvre d'étanchéité ( 32), qui s'appuie sur toute la périphérie interne de section transversale du perçage de guidage ( 6). 8 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement, réalisé en tant que piston ( 4), est muni d'une lèvre d'étanchéité périphérique ( 40) formée en une pièce avec celui-ci. 9 Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'organe de soupape ( 3) est muni, au moins dans la zone de la profondeur du trou borgne ( 5), d'éléments d'armature pour le renforcement axial. 10 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisée en ce que le piston ( 4) de l'organe de soupape ( 3), ainsi que le cylindre ( 9) recevant le piston, pré- sentent une section transversale ovale. 11 Soupape à coulisse selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 10, caractérisée en ce que les entrées ( 7,8) de fluide de pression sont réalisées en tant que douilles introduites latéralement dans le carter de soupape.