Brevet FR2719648A1 — publié le 19951110

Soupape à vide La présente invention concerne une soupape à vide comportant une tige de soupape et une commande magnétique. On connaît des soupapes à vide à commande électromagnétique pour lesquelles la commande électromagnétique agit seulement dans le sens d'ouverture afin qu'en cas de panne de courant, la soupape soit amenée dans la position fermée sûre. Avec des soupapes à vide à commande électromagnétique de ce type, on connaît aussi un moyen qui consiste, pour maintenir la soupape ouverte en position stationnaire, de passer à une force de blocage d'ouverture sensiblement inférieure à la force d'ouverture grâce à une inversion de bobine. Cela empêche l'apparition d'échauffements, en mode d'ouverture stationnaire, généralement grâce à une protection anti-échauffement dans le cas de modèles à une bobine. Les commandes magnétiques agissant dans le sens d'ouverture et de fermeture, pour des soupapes à vide, sont plutôt l'exception car l'avantage des soupapes à vide qui ne sont commandées magnétiquement que dans le sens d'ouverture et qui sont amenées mécaniquement, par ressort, en position fermée, est qu'en cas de panne, la soupape est amenée dans la position fermée sûre. La durée de vie de soupapes à vide de ce type est limitée à environ 200 000 cycles d'actionnement. Cette durée de vie dépend en particulier de phénomènes de rebondissement, ainsi que du passage électromagnétique en position ouverte et notamment du passage commandé mécaniquement, par ressort, en position fermée. Il faut tenir compte du fait qu'il est habituellement prévu, entre la tige/la tête de soupape actionnée et l'enveloppe, un soufflet métallique destiné en particulier à enfermer par rapport au vide les organes formant ressort de fermeture et les joints d'étanchéité qui frottent prévus sur la tige de soupape. L'oscillation après impulsion du soufflet, que l'état de la technique divulgué dans EP-A 0 264 466 vise à empêcher, limite particulièrement la durée de vie mentionnée plus haut. Au sujet de l'état de la technique concernant les soupapes à vide à actionnement magnétique, on se référera également à CH-A 653 103, qui indique un dispositif régulateur pneumatique pour une soupape à vide, à EP-A 0 219 572, qui indique une combinaison d'électro-aimants de levage et d'aimants permanents, à DE-A 3 704 504, qui indique une soupape de raccord de tuyau à actionnement électromagnétique, et enfin à EP-A 0 173 115, qui divulgue une électrovanne pour applications sous vide. La présente invention a pour but de proposer une soupape à vide du type spécifié précédemment, dont la durée de vie soit nettement améliorée. Ce but est atteint, selon l'invention, grâce à une soupape à vide qui se caractérise en ce que la tige de soupape agit comme un dispositif de piston dans un dispositif de double cylindre, rempli d'un agent amortisseur, au niveau duquel les valeurs de trop-plein et/ou d'entrée/sortie pour l'agent amortisseur sont réglées pour prédéfinir un amortissement du mouvement de la tige de soupape qui est propre au sens d'actionnement. Le dispositif de piston et le dispositif de double cylindre comprennent de préférence au moins un piston et une chambre de cylindre bilatérale agissant sur le piston. Lorsque des paires de chambres de cylindre agissant en sens inverse sur le dispositif de piston sont reliées par un dispositif de conduite de trop-plein qui est disposé sur le dispositif de piston et/ou qui relie de façon stationnaire les chambres de cylindre, on obtient un système d'agent de pression fermé et aucun agent amortisseur ne peut être aspiré dans le dispositif de cylindre, de l'extérieur, ni être évacué. Ainsi, la soupape à vide de l'invention est particulièrement bon marché et cela évite l'introduction de particules dans le dispositif piston/cylindre. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les chambres du dispositif de double cylindre sont reliées par des conduites d'entrée/sortie à une réserve d'agent amortisseur. Lorsque l'agent amortisseur est un gaz et qu'on choisit donc un amortissement pneumatique et non pas l'amortissement hydraulique, également possible, de l'invention, avec de l'eau, de l'huile, de la gelée ou un ferrofluide ou encore une combinaison, les éventuelles fuites résiduelles de l'agent amortisseur dans le système de vide deviennent sensiblement moins critiques. De plus, la dépense de construction est sensiblement réduite. On peut utiliser de préférence de l'air atmosphérique comme agent amortisseur. D'une manière avantageuse, les valeurs d'écoulement sont réglables au niveau de parties au moins des conduites de trop-plein et/ou d'entrée/sortie prévues pour l'agent amortisseur, grâce au changement ou au déplacement d'éléments déterminant essentiellement ces valeurs, par exemple grâce à des soupapes d'étranglement ou à des clapets anti-retour. L'invention propose de prévoir, comme éléments déterminant la valeur d'écoulement, dans des parties au moins des conduites de trop-plein ou d'entrée/sortie, des filtres, de préférence des filtres échangeables. Ainsi, les éléments déterminant en grande partie les valeurs d'écoulement peuvent servir en même temps à filtrer l'agent amortisseur lorsqu'il entre dans les chambres prévues, au niveau du dispositif de cylindre, ou qu'il en sort. On obtient une construction particulièrement compacte si le dispositif de piston, qui est guidé de toute façon dans la chambre de cylindre avec un interstice étanche minimum, sert d'induit d'aimant de la commande magnétique, pour lequel les mêmes conditions d'interstice sont valables par rapport au dispositif de bobine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston est monté mobile axialement, sous la forme d'un induit d'aimant, et, en agissant dans le sens d'ouverture contre une butée de la tige de soupape, avec un jeu tel qu'il s'applique sans interstice contre une surface de pôle du dispositif magnétique. L'invention prévoit également que pour soutenir la force de fermeture, un dispositif d'aimant disposé coaxialement par rapport à la tige de soupape et agissant axialement forme une partie au moins de la commande magnétique, c'est-à-dire un dispositif avec lequel le champ magnétique actif agit grâce à un interstice dirigé coaxialement et axialement. La soupape de l'invention est conçue de préférence comme une soupape à commande magnétique pour l'ouverture, et mécanique à ressort pour la fermeture. L'invention va être décrite dans ce qui suit à l'aide de figures. La figure 1 montre, sous forme de schéma fonctionnel, le principe de construction de la soupape à vide de l'invention, dans deux modes de réalisation particulièrement préférés aptes à être combinés éventuellement, la figure 2 montre l'unité d'amortissement de la figure 1, prévue dans un autre mode de réalisation de la soupape à vide de l'invention, la figure 3 montre, à titre d'exemple d'extension de la soupape à vide de l'invention, le montage en série de deux unités d'amortissement, conçu selon l'un des modes de réalisation représentés sur la figure 1, et la figure 4 est une coupe longitudinale partielle d'un mode de réalisation actuellement préféré de soupape à vide selon l'invention, avec une variante actuellement préférée. Selon la figure 1, la soupape à vide de l'invention peut être divisée en trois unités fonctionnelles. Une unité de commande 1 qui, comme il est représenté schématiquement, agit par voie électromagnétique sur un induit 5 prévu sur une tige de soupape 3, soit dans les sens de fermeture S et d'ouverture O, soit dans le sens d'ouverture O seulement - auquel cas un mécanisme de ressort non représenté sur la figure 1 réalise la commande dans le sens de fermeture S - agit sur la tige de piston 3 mentionnée. Au niveau d'une unité d'amortissement 7, le mouvement de la tige de soupape, et donc de la tête de soupape, est amorti d'une manière qui sera décrite plus loin. La tige de soupape 3 agit par ailleurs sur l'unité de fermeture/ouverture 9, au niveau de laquelle sont établies et interrompues des liaisons relevant de la technique du vide. L'unité d'amortissement 7 qui concerne particulièrement la présente invention comprend une partie 11 agissant comme un piston, sur la tige de soupape 3, et appelée dans ce qui suit piston amortisseur. Il faut noter ici que la tige de soupape 3 et l'unité 9 peuvent former d'une manière plus générale un organe d'ouverture et de fermeture, par exemple le tiroir d'une soupape à tiroir. Le piston amortisseur 11 coopère avec un dispositif de double cylindre solidaire de l'enveloppe, désigné sur la figure 1 par 13. Lors de l'actionnement de la tige de soupape 3 et du déplacement correspondant du piston amortisseur 11 dans le dispositif de double cylindre 13, les conduites de trop-plein prévues entre les chambres dudit dispositif 13 chargées et déchargées de façon complémentaire entrent en action. A l'aide d'organes de manoeuvre de trop-plein 15a et 15b, de préférence réglables, prévus respectivement sur le piston 11 et dans une liaison de trop-plein située côté enveloppe ou côté dispositif de cylindre, la caractéristique d'amortissement est réglée ou prédéfinie. Les organes 15a, b peuvent être réalisés grâce à des étranglements ou à des sections transversales de conduites dimensionnés en conséquence, grâce à des dispositifs de clapets anti- retour, à des obturateurs réglables ou de préférence, comme on le décrira plus loin, grâce à des cartouches filtrantes placées dans l'ouverture ou la conduite de trop-plein, qui déterminent les valeurs d'écoulement en fonction de ce qu'on souhaite. Le cas échéant, les organes 15a, 15b ont une action d'étranglement spécifique pour le sens d'écoulement, comme quand ils sont réalisés par exemple à l'aide de clapets anti- retour. Les cartouches filtrantes mentionnées sont de préférence échangeables en vue d'obtenir la caractéristique souhaitée et éventuellement des caractéristiques différentes, pour l'ouverture et la fermeture. Le mode de réalisation représenté schématiquement sur la figure 1 a en outre l'avantage essentiel de comporter un système d'agent amortisseur fermé. Comme agent amortisseur, on utilise de préférence, selon l'invention, un gaz et notamment l'air ambiant, bien qu'il soit tout à fait possible, comme il ressort de la figure 1, d'utiliser aussi un liquide, et donc de procéder à un amortissement par voie hydraulique. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'unité d'amortissement 7 prévue sur la soupape à vide de l'invention, pour laquelle des conduites d'entrée/sortie 17a, 17b sont prévues vers les chambres du dispositif de double cylindre, séparées du piston amortisseur 11, qui communiquent avec une réserve d'agent amortisseur 19 représentée en trait discontinu, par exemple et de préférence avec l'air ambiant. Là aussi, on prévoit les organes de manoeuvre 15, décrits en référence à la figure 1, pour le réglage de la caractéristique d'amortissement pour la tige de soupape 3. Il est bien évident, pour l'homme de l'art, qu'on peut éventuellement monter en série deux dispositifs de double cylindre comme celui qui est représenté sur les figures 1 et 2, ou plus, pour une action sur la tige de piston 3, comme le montre très clairement la figure 3 à titre d'exemple. La figure 4 montre un mode de réalisation actuellement préféré de la soupape à vide de l'invention. Par souci de clarté, on a utilisé les mêmes chiffres de référence pour les éléments essentiels de l'invention qui ont déjà été décrits sur les figures 1 à 3. La représentation montre la soupape en position ouverte, à droite de l'axe de soupape A, et en position fermée, à gauche. Sur la tige de soupape 3 est monté, mobile axialement, l'induit 30 de l'unité de commande d'ouverture magnétique 1 de la figure 1, formée par celui-ci et par le dispositif de bobine 32. L'induit 30 agit dans le sens d'ouverture de la soupape sur un épaulement 3a réalisé sur la tige de soupape 3. Il est par ailleurs monté de façon flottante sur la tige de soupape 3, et ce montage flottant est réalisé dans la pratique grâce au fait que le perçage 3b prévu dans l'induit 30 présente du jeu par rapport à la section de plus petit diamètre de la tige de soupape 3 qui forme l'épaulement 3a. On obtient ainsi qu'indépendamment des tolérances de fabrication, l'induit 30, en position fermée (à droite, sur la figure), puisse s'appliquer de façon absolument plane, sans interstice, contre la surface antagoniste plane et fixe, par rapport à laquelle il est amorti à l'aide d'un amortisseur 30b. L'induit 30, qui agit en même temps comme piston amortisseur 11 et est appelé également piston-induit 3011, glisse de façon étanche, grâce à des joints d'étanchéité 34, dans le dispositif de double cylindre 13 dans lequel le piston-induit 3011 définit, suivant sa position, les chambres de cylindre 13o, 13u. Une première conduite d'entrée/sortie 36u débouche dans la chambre inférieure 13u du dispositif de cylindre 13, et une seconde conduite d'entrée/sortie 36 débouche dans la chambre supérieure 13o. Comme organe de manoeuvre d'écoulement 15c selon la figure 3, on place dans les conduites d'entrée/sortie 36 des filtres présentant des valeurs d'écoulement aptes à être choisies. Ils peuvent être changés. Comme il est représenté en trait discontinu en 38, on réalise dans le piston-induit 3011, en plus ou à la place des conduites 36, une conduite de trop-plein 38 dans laquelle on monte par exemple, là aussi, un filtre 15c d'une valeur d'écoulement donnée et de préférence échangeable. La soupape de la figure 4 correspond, si elle est pourvue de la conduite de trop-plein 38, au mode de réalisation pourvu de 15a de la figure 1 et, si elle est pourvue des conduites 36, à la construction selon la figure 2. La tige de piston 3 agit sur une tête de soupape 40 contre laquelle s'appuie un ressort de fermeture 42 en appui du côté du dispositif de cylindre. La tête de soupape 40 ferme et ouvre une liaison entre des conduites 44 et 46 d'un système de vide, et elle est enveloppée par rapport à la tige de soupape 3, au ressort de fermeture 42 et à l'unité d'amortissement/de commande 7, 1 à l'aide d'un soufflet métallique 48. Un mode de réalisation de fermeture par soupape à l'aide d'un champ magnétique axial prévoit de préférence, autour de l'ouverture de la conduite 44 à fermer à l'aide de la tête de soupape 40, un aimant permanent annulaire 50 qui, dans la position fermée de la tête de soupape 40 représentée à gauche de l'axe A, garantit la fermeture étanche durable de celle-ci à l'aide d'un joint d'étanchéité 52 au bord de l'ouverture. REVENDICATIONS 1. Soupape à vide comportant une tige de soupape (3) et une commande magnétique (1), caractérisée en ce que la tige de soupape (3) agit comme un dispositif de piston (11) dans un dispositif de double cylindre (13), rempli d'un agent amortisseur, au niveau duquel les valeurs de trop-plein et/ou d'entrée/sortie pour l'agent amortisseur sont réglées pour prédéfinir un amortissement du mouvement de la tige de soupape qui est propre au sens d'actionnement. 2. Soupape à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de piston (11) et le dispositif de double cylindre (13) comprennent au moins un piston et une chambre de cylindre bilatérale agissant sur le piston (11). 3. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que des paires de chambres de cylindre agissant en sens inverse sur le dispositif de piston sont reliées par un dispositif de conduite de trop-plein qui est disposé (15a) sur le dispositif de piston et/ou qui relie de façon stationnaire (15b) les chambres de cylindre. 4. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les chambres du dispositif de double cylindre sont reliées par des conduites d'entrée/sortie (17a, 17b) à une réserve d'agent amortisseur (19). 5. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent amortisseur est un gaz, de préférence de l'air atmosphérique. 6. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les valeurs d'écoulement sont réglables au niveau de parties au moins des conduites de trop-plein et/ou d'entrée/sortie prévues pour l'agent amortisseur, grâce au changement ou au déplacement d'éléments (15a, b, c; 15) déterminant essentiellement ces valeurs, par exemple grâce à des soupapes d'étranglement ou à des clapets anti-retour réglables. 7. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'il est prévu, comme éléments déterminant la valeur d'écoulement, dans des parties au moins des conduites de trop-plein ou d'entrée/sortie, des filtres, de préférence des filtres échangeables. 8. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un piston au moins du dispositif de piston est en même temps l'induit magnétique (3011) de la commande magnétique. 9. Soupape à vide selon la revendication 8, caractérisée en ce que le piston est monté mobile axialement sur la tige de soupape (3), sous la forme d'un induit d'aimant, et, en agissant dans le sens d'ouverture contre une butée (3a) de la tige de soupape (3), avec un jeu tel qu'il s'applique sans interstice contre une surface de pôle du dispositif magnétique (32, 30b). 10. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que pour soutenir la force de fermeture, un dispositif d'aimant (50) disposé coaxialement par rapport à la tige de soupape (3) et agissant axialement forme une partie au moins de la commande magnétique (1). 11. Soupape à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la commande magnétique agit pour l'ouverture tandis qu'un mécanisme à ressort (42) agit pour la fermeture.