Brevet FR2688854A1 — publié le 19930924

La présente invention concerne les vannes du type comportant un élément obturateur qui se déplace entre deux positions stables sous l'influence d'un actionneur de vanne L'invention est plus particulièrement applicable à une vanne trois voies, dans laquelle l'élément obturateur ferme dans ses deux positions stables l'un ou l'autre de deux orifices de sortie. L'invention sera décrite en référence au type de vanne représenté et décrit dans le brevet US n O 5 027 857. La vanne représentée dans ce brevet est du type trois voies, comportant un orifice d'entrée et deux orifices de sortie de fluide La vanne comporte un élément obturateur basculant qui bascule entre deux positions stables dans lesquelles il ferme l'un ou l'autre des orifices de sortie, l'orifice d'entrée étant constamment ouvert. Un actionneur de vanne fait basculer l'élément obturateur entre ses deux positions stables L'actionneur comporte une navette pouvant coulisser entre deux positions extrêmes, correspondant respectivement aux deux positions stables de l'élément obturateur basculant Un ressort de compression repousse de manière constante la navette dans une direction de manière à amener l'élément obturateur à fermer un orifice de sortie et à ouvrir l'autre Un électroaimant amène la navette à se déplacer dans la direction opposée, à l'encontre de la force du ressort, de manière à faire basculer l'élément obturateur basculant dans son autre position stable dans laquelle il ferme l'orifice de sortie précédemment ouvert et ouvre l'orifice de sortie précédemment fermé. A l'intérieur de l'électroaimant sont agencées axialement une armature fixe, ou bouchon mâle, et une armature mobile, mobile en se rapprochant ou en s'éloignant du bouchon mâle Dans la vanne du brevet cité ci- dessus, lorsque l'électroaimant est mis sous tension, l'armature mobile se déplace vers le bouchon mâle et pousse la navette de manière à ce qu'elle déplace l'élément obturateur basculant dans une de ses positions stables Le déplacement de l'armature mobile se termine juste avant qu'elle n'atteigne l'armature fixe L'armature mobile ne peut pas venir en contact avec le bouchon mâle, puisque si elle venait ainsi en contact, il ne serait pas possible d'obte- nir un appui fiable de l'élément obturateur sur son siège. Cependant, avec uniquement un petit espace situé entre le bouchon mâle et l'armature, l'armature est poussée avec une force importante vers le bouchon mâle, le résultat étant que l'élément obturateur est appuyé avec une force impor- tante contre le siège de vanne de l'orifice de sortie Une telle force importante appuyant sur le matériau caoutchou- teux de l'élément obturateur tend à raccourcir la durée de vie de l'élément obturateur, et par conséquent de la vanne. C'est un but de la présente invention que de surmonter ce problème en fournissant une vanne dans laquelle la force de fermeture agissant sur un obturateur est suffisante pour maintenir l'élément obturateur contre un siège de vanne, mais ne soit pas excessivement forte et raccourcisse ainsi de manière non nécessaire la durée de vie de la vanne. C'est un autre but de la présente invention que de fournir une telle vanne pouvant être actionnée par un électroaimant, mais dans laquelle l'armature de l'élec- troaimant n'est pas utilisée pour déplacer directement l'élément obturateur jusqu'à l'une de ses positions stables. C'est encore un but de la présente invention que de fournir une telle vanne dans laquelle des ressorts sont utilisés pour déplacer l'élément obturateur entre ses deux positions stables et pour maintenir l'obturateur dans ces positions. C'est un but supplémentaire de la présente invention que de fournir une telle vanne dans laquelle lorsque l'électroaimant est mis sous tension, l'armature mobile peut venir en appui contre le bouchon mâle en ne laissant pas d'espace entre l'armature et le bouchon mâle. Des buts supplémentaires et des caractéristiques supplémentaires de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une vanne selon la présente invention, l'électroaimant étant sous tension, et la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 représentant l'état de la vanne lorsque l'électroaimant n'est pas sous tension. La vanne choisie pour représenter la présente invention comporte un corps de vanne 38 ayant un alésage cylindrique intérieur 39 Un capot 40 est fixé sur le corps de vanne à l'aide de boulons (non représentés) qui passent à travers des trous du capot et sont vissés dans des trous taraudés du corps de vanne. Le capot 40 comporte un orifice d'entrée 42 de fluide sous pression et deux orifices de sortie 43 et 44. L'extrémité intérieure de l'orifice 43 est entourée d'un siège de vanne 45, et l'extrémité intérieure de l'orifice de sortie 44 est entourée par un siège de vanne 45. Les trois orifices débouchent dans une chambre 49 de vanne définie entre le corps de vanne 38 et le capot 40. Reçu dans la chambre 49, se trouve un élément 50 formant obturateur basculant monté de manière pivotante pour avoir un mouvement de basculement autour d'un axe 51 s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale du cylindre 39 L'élément 50 formant obturateur basculant comporte un noyau 52 de matériau rigide encastré dans un matériau caoutchouteux élastique 53. Une membrane 56 de matériau caoutchouteux souple, mou, entoure l'élément 50 formant obturateur et s'étend radialement entre l'élément formant obturateur et le corps de vanne La membrane 56 peut être un prolongement venu de matière du matériau d'encastrement 53 La périphérie radialement extérieure 57 de la membrane 56 est étroitement serrée entre le corps de vanne 38 et le capot 40. L'actionneur destiné à actionner la vanne com- porte une navette 58 pouvant coulisser longitudinalement à l'intérieur du cylindre 39 formé dans le corps de vanne 38. La navette 58 comporte un alésage en forme de croix 59 qui reçoit une tige rigide 60 faisant saillie à partir du noyau 52 de l'élément 50 formant obturateur Un mouvement longitudinal de la navette 58 à l'intérieur du cylindre 39 est converti en un mouvement de basculement de l'élément 50 formant obturateur par l'intermédiaire de la coopération entre l'alésage 59 et la tige 60. Un ressort de compression 61, situé à l'intérieur du cylindre 39, entoure un doigt 62 faisant saillie à partir de la navette 58 Une extrémité du ressort 61 est en appui contre une paroi d'extrémité du cylindre 39, et l'autre extrémité est reçue dans une gorge annulaire de la navette entourant le doigt 62, et est en appui contre le fond de cette gorge Le ressort 61 repousse de manière constante la navette 58 vers la droite lorsqu'on regarde les dessins. A l'extrémité du corps de vanne 38 opposée à l'extrémité à laquelle est situé le ressort 61, est monté un boîtier cylindrique 71 dans lequel est situé un enrou- lement 64 formant électroaimant enroulé autour d'un tube 65 formant noyau s'étendant axialement Une armature fixe 66, ou bouchon mâle, est fixée dans l'extrémité du tube 65 éloignée de la navette 58 Une armature mobile 67 peut coulisser à l'intérieur du tube 65 formant noyau en se rapprochant et en s'éloignant du bouchon mâle 66 Un ressort de compression 68 est reçu à l'intérieur d'un alésage axial de l'armature mobile 67, une extrémité du ressort étant en appui contre le bouchon mâle 66 et l'autre extrémité du ressort étant en appui contre le fond de l'alésage Le ressort 68 est plus fort que le ressort 61, et de préférence est deux fois plus fort En d'autres termes, la force avec laquelle le ressort 61 repousse la navette 58 vers la droite est à peu près la moitié de la force avec laquelle le ressort 68 repousse l'armature 67 vers la gauche. En utilisation, l'orifice d'entrée 42 est relié à une source de fluide sous pression, et les orifices de sortie 43 et 44 sont reliés à des instruments qui sont prévus pour recevoir de manière alternée le fluide sous pression entrant dans la chambre 49 à travers l'orifice 42. Lorsque l'électro-aimant 64 est mis sous tension, l'arma- ture mobile 67 est attirée vers le bouchon mâle 66 et se déplace jusqu'à venir en contact àvec le bouchon mâle à l'encontre de la force du ressort 68, comme représenté sur la figure 1 Il en résulte que le ressort 61 est libre de déplacer la navette 58 vers la droite de manière à amener l'élément 50 formant obturateur à venir en contact avec le siège de vanne 46 pour fermer l'orifice de sortie 44 Au même moment, l'orifice de sortie 43 est ouvert Il est à noter que dans cet état la navette 58 est écartée de l'armature 67 de telle sorte que l'armature et le ressort 68 n'ont aucun effet sur la navette. Lorsque l'électroaimant 64 n'est pas sous ten- sion, le ressort 68 est libre et déplace l'armature 67 vers la gauche L'armature vient immédiatement en contact avec l'extrémité de la navette 58 et pousse la navette, à l'encontre de la force du ressort 61, vers la gauche et dans l'état représenté sur la figure 2, dans lequel l'élément 50 formant obturateur est en contact avec le siège de vanne 45 de manière à fermer l'orifice de sortie 43 et à ouvrir l'orifice de sortie 44. Il sera noté que dans cet état représenté sur la figure 1, la seule force s'exerçant sur l'élément 50 formant obturateur servant à provoquer la fermeture de l'orifice de sortie 44 est fournie par le ressort 61, et que dans l'état de la figure 2, la seule force s'exerçant sur l'élément 50 formant obturateur servant à fermer l'orifice de sortie 43 est la force fournie par le ressort 68 En fait, dans ce dernier cas, la force appliquée à l'élément 50 formant obturateur est en réalité la force fournie par le ressort 68 moins la force opposée appliquée à la navette 58 par le ressort 61 plus faible Du fait que le ressort 68 exerce une force double de celle du ressort 61, la force appliquée à l'élément 50 formant obturateur dans ses deux positions stables, représentées sur les figures 1 et 2, est la même La raison en est que dans l'état de la figure 1, seule la force du ressort 61 est appliquée à l'élément formant obturateur, et que dans l'état de la figure 2, la force du ressort 68 diminuée de la force du ressort 61 est appliquée à l'élément formant obturateur Puisque la force exercée par le ressort 68 est deux fois celle exercée par le ressort 61, la force résultante appliquée à l'élément 50 formant obturateur dans l'état de la figure 2 est égale à la force du ressort 61 appliquée à l'élément formant obturateur dans l'état de la figure 1. On constatera que l'agencement électroaimant- armature 64, 66, 67 n'est pas utilisé pour repousser l'élément 50 formant obturateur dans une de ses positions stables Au lieu de cela, la fonction de l'agencement électroaimant-armature est de rendre de manière sélective le ressort 68 inefficace vis à vis de la navette 58 de telle sorte que le ressort 61 peut agir sur la navette et déplacer l'élément 50 formant obturateur vers une de ses positions stables. L'invention à été représentée et décrite dans une forme préférée uniquement, et à titre d'exemple, et on peut faire différentes modifications de la présente invention tout en restant dans le domaine de la présente invention. Il faut par conséquent comprendre que la présente invention n'est pas limitée à une forme ou à un mode de réalisation spécifique pour autant que de telles limitations sont comprises dans les revendications annexees. REVENDICATIONS 1 Vanne comportant un élément ( 50) formant obturateur ayant deux positions stables différentes, et un actionneur de vanne pour déplacer l'élément ( 50) formant obturateur entre ses deux positions stables et maintenir l'élément ( 50) formant obturateur dans ses deux positions, caractérisée en ce que l'actionneur de vanne comporte: une navette ( 58) mobile entre deux positions extrêmes correspondant respectivement aux deux positions stables de l'élément formant obturateur, des moyens pour transmettre le mouvement de la navette ( 58) à l'élément ( 501 formant obturateur, un premier ressort ( 61) pour repousser la navette vers l'une de ses positions extrêmes, un second ressort ( 68), plus fort que le premier ressort ( 61), pour repousser la navette ( 58) vers l'autre de ses positions extrêmes, et des moyens ( 64, 66, 67) pour rendre de manière sélective le second ressort ( 68) inefficace vis à vis de la navette ( 58), de telle sorte que lorsque le second ressort ( 68) est inefficace, le premier ressort ( 61) amène l'élément ( 50) formant obturateur à prendre une de ses positions stables, et que lorsque le second ressort ( 68) est effica- ce, le second ressort ( 68) amène l'élément ( 50) formant obturateur à prendre l'autre de ses positions stables. 2 Vanne selon la revendications 1, caractérisée en ce que le premier et le second ressorts ( 61, 68) sont d'une force relative telle, et sont positionnés de manière relative telle, qu'ils coopèrent pour appliquer des forces à peu près égales sur l'élément ( 50) formant obturateur lorsque ce dernier est dans l'une quelconque de ses positions stables. 3 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier et le second ressorts ( 61, 68) repoussent la navette ( 58) dans des directions opposées et le second ressort ( 68) applique sur la navette ( 58) à peu près deux fois la force appliquée sur la navette ( 58) par le premier ressort ( 61). 4 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens ( 64, 66, 67) pour rendre le second ressort inefficace sont agencés pour n'appliquer sur la navette aucune force supérieure à la force appliquée par le premier ressort, que la navette soit dans l'une ou l'autre de ses positions stables. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour rendre le second ressort ineffi- cace comportent un élément ( 67) pouvant être déplacé vers une position dans laquelle il empêche la force du second ressort d'agir sur la navette. 6 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens ( 64, 66, 67) pour rendre le second ressort inefficace comportent un électroaimant ( 64) et une armature ( 67) mobile à l'intérieur de l'électroaimant entre deux positions extrêmes occupées par l'armature lorsque l'électroaimant ( 64) est mis sous tension et hors tension respectivement, les deux positions extrêmes de l'armature ( 67) correspondant aux deux positions stables de l'élément ( 50) formant obturateur, l'armature ( 67) empêchant la force du second ressort d'agir sur la navette ( 58) lorsque l'armature ( 67) est dans l'une de ses positions extrêmes, et l'armature permettant à la force du second ressort ( 68) d'agir sur la navette ( 58) lorsque l'armature est dans l'autre de ses positions extrêmes. 7 Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'armature ( 67) peut se déplacer en se rappro- chant et en s'éloignant de la navette ( 58) entre les deux positions extrêmes de l'armature, la force du second ressort ( 68) étant transmise par l'armature ( 67) à la navette ( 58) lorsque l'armature est dans une première de ses positions extrêmes, et la force du second ressort ( 68) étant empêchée d'agir sur la navette ( 58) lorsque l'arma- ture ( 67) est dans l'autre de ses positions extrêmes. 8 Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'armature ( 67) est écartée de la navette ( 58) lorsque l'armature ( 67) est dans ladite première de ses positions extrêmes, et l'armature ( 67) est en contact avec la navette ( 58) lorsque l'armature est dans ladite autre de ses positions extrêmes. 9 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vanne comporte deux orifices ( 43, 44), entourés chacun d'un siège de vanne ( 45, 46), l'élément ( 50) formant obturateur étant en contact avec l'un des sièges de vanne lorsqu'il est dans une première de ses positions stables, et l'élément formant obturateur venant en contact avec l'autre siège de vanne lorsqu'il est dans l'autre de ses positions stables. Vanne selon la revendication 9, caractérisée en ce que la seule force destinée à maintenir l'élément ( 50) formant obturateur contre le premier ( 46) des sièges de vanne est celle exercée par le premier ressort ( 61), et la seule force destinée à maintenir l'élément formant obturateur contre l'autre siège de vanne ( 55) est celle exercée par le second ressort ( 68). 11 Vanne selon la revendication 10, caractérisée en ce que la seule force pour maintenir l'élément formant obturateur contre l'autre siège de vanne ( 45) est la différence entre les forces appliquées sur la navette ( 58) par le premier et le second ressorts ( 61, 68).