Brevet FR2731811A1 — publié le 19960920

systèlie pour assurer dans une enceinte une régulation de Pression hydraulique. La présente invention concerne un système pour assurer dans une enceinte une régulation de pression hydraulique en fonction d'une consigne de pression variant en fonction du temps. L'invention s'applique en particulier pour la régulation de pression statique sur un vérin hydraulique équipant une presse. Par exemple, lors d'une opération de formage superplastique, la tôle å former est serrée entre les bords périphériques d'une matrice comportant un évidement correspondant b la forme & donner la tôle et un plateau de confinement et de serrage comportant également un évidement dans lequel on envoie un gaz sous pression utilisé pour assurer la déformation de la tôle. La force de serrage périphérique de la tôle par la matrice et le plateau doit avoir une valeur constante F1. Ce serrage est assuré par un vérin hydraulique qui, en outre, doit supporter l'effort F2 dû a la pression de formage; cet effort F2 est un effort ayant tendance & ouvrir la presse et il est proportionnel la pression P de formage. Ainsi, l'effort F exercé par le vérin est égal & BR Il est donc nécessaire de réguler la pression hydraulique P1 du vérin, donc sa force, proportionnellement & cette pression P de formage. Il est connu d'effectuer cette régulation de pression en utilisant une pompe & 8 débit constant qui alimente en parallèle d'une part le vérin et d'autre part un limiteur de pression & commande proportionnelle, qui absorbe le débit délivré par la pompe. Cependant, un tel procédé est consoniateur d'énergie. La perte de puissance correspondante repond & la formule : PUiS = PQ en kw où P est 18 pression 600 en bars et Q le débit, qui est constant, en 1/n. Cette perte se traduit par un échauffement du fluide et son vieillissement, il faut prévoir un refroidisseur pour évacuer les calories générées. Un autre procédé connu pour réguler une pression hydraulique dans une enceinte consiste à utiliser une pompe hydropneumatique qui est un multiplicateur de pression dans un rapport n donné et qui fournit en sortie, côté liquide hydraulique, une pression statique constante n fois plus forte qu'une pression d'air à l'entrée. Pour monter la pression dans l'enceinte, il suffit d'agir sur la pression d'air. Cependant cette méthode ne permet que de monter en pression et non pas de descendre en effet la baisse de pression d'air ne provoque aucune baisse côté hydraulique car la pompe hydropneumatique comporte un clapet. La présente invention a pour but de proposer un système qui permet de réguler une pression, dans les deux sens : croissant et décroissant, et qui évite les inconvénients de la régulation de pression par le laminage d'un débit constant de liquide. L'invention a ainsi pour objet un système pour assurer dans une enceinte une régulation de pression hydraulique en fonction d'une consigne de pression variant en fonction du temps, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour générer une pression hydraulique, dite haute pression, supérieure & ladite consigne, une conduite reliant lesdits moyens & ladite enceinte, ladite conduite étant équipée d'un premier distributeur commandé, à deux positions, associé en série & un premier organe de perte de charge, ledit distributeur assurant dans une première position, commandé, la libre cormunication entre une entrée située du côté de ladite haute pression et une sortie située du côté où règne la pression de ladite enceinte, et bloquant cette conunication dans une seconde position de repos non co andée, un second distributeur command6, & deux positions, associé en série à un second organe de perte de charge, ayant une entrée reliée b un point où règne la pression de ladite enceinte et une sortie reliée & un réservoir de liquide hydraulique, ce second distributeur assurant dans une première position, commandée, la libre colunication entre ladite entrée et ladite sortie et la bloquant dans une seconde position de repos non commandée, et en ce qu'un régulateur assure la commande desdits premier et second distributeurs en fonction de ladite consigne de pression et de la pression effective dans ladite enceinte, mesurée par un capteur. Selon une première réalisation, ladite haute pression est une pression constante supérieure à la valeur maximale de ladite consigne de pression. Selon une seconde réalisation, ladite haute pression comporte au moins deux paliers de valeur constante dont l'un a une valeur supérieure & la valeur maximale de ladite consigne de pression et l'autre une valeur intermédiaire, lesdits moyens pour générer ladite haute pression comportant un moyen de commutation pour passer de la valeur d'un dit palier & l'autre. On va maintenant donner la description d'un exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention, appliqué au cas d'une presse de formage, en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1, déjà décrite, montre la courbe de la pression de formage P, en fonction du temps, exercée sur une pièce, pour son formage dans une presse de formage superplastique. La figure 2 représente très schématiquement une presse de forage superplastique. La figure 3 est le schéma hydraulique du système assurant les déplacements du piston du vérin de la presse de la figure 2 et permettant d'assurer une régulation de l'effort exercé par le vérin en position fixe. La figure 4 est un schéma bloc très succint du système de commgade asservie de deux distributeurs de la figure 3. Zn se référant & la figure 2, on voit ainsi une presse de formage comportant un bati 1, avec un plateau inférieur fixe 2 et un plateau supérieur mobile 3 lié la tige 4 d'un vérin dont le cylindre 5 est solidaire du bati 1. Entre les plateaux 2 et 3 est situé un moule en deux parties comportant une matrice 6 comprenant un évidement 7 correspondant la forme donner & une tôle 8, et un plateau de confinement et de serrage 9 qui comprend également un évidement 10 relié à l'extérieur par un conduit 11 pour permettre l'injection d'un gaz sous la pression de formage P (fig 1). La tôle à former 8 est serrée sa périphérie entre la matrice 6 et le plateau 9 avec un effort de serrage F1, qui doit être constant. Aussi, le vérin 5 doit exercer un effort F = F1 + F2 , F2 étant la poussée ascendante subie par le vérin due la pression P de formage et qui est égale au produit P. S, S étant la section droite du plateau 9 sur laquelle s'exerce la pression P. La force F doit donc être modulée proportionnellement & la pression P de formage donc aussi la pression P1 qu'il faut exercer dans la chambre supérieure 12 du vérin 5. Cette pression P1 est représentée figure 1 et appelée par la suite consigne de pression. Bn se référant maintenant la figure 3 on va décrire le schéma hydraulique associé au vérin 5. Sur cette figure, on a représenté le vérin 5 avec son piston 13, sa tige 4, sa chambre cylindrique 12 et Sa chambre inférieure, annulaire 14. Le système comprend un réservoir de liquide hydraulique 15 dans lequel puise une pompe 16 qui est une pompe & gros débit et basse pression, de tordre de 15 & 20 bars, utilisée pour les déplacements du piston 13 lors de l'ouverture et de la fermeture du moule 6-9. La pompe 16 est entraînée par un moteur électrique 17. La pompe 16 est reliée, par une conduite 18, & un distributeur d'orientation 19 du débit. Ce distributeur comporte quatre entrées/sorties : Une entrée 20, deux entrEe/sortie 21 et 22 et une sortie 23. La conduite 18 est reliée à l'entrée 20 et la sortie 23 est reliée & une conduite 25 aboutissant dans le réservoir 15. Ce distributeur est un distributeur à trois positions dont deux positions co-andées, respectivement par des bobines A et B pour le déplacement d'un tiroir C vers la droite (bobine A) ou vers la gauche (bobine B), et une position neutre, de repos non commandée qui est celle représentée sur la figure où le débit aspiré par la pompe est refoulé vers le réservoir 15 par une conduite 25.L'excitation de la bobine B déplace le tiroir C vers la gauche et le sens de circulation est alors celui symbolisé par les deux flèches parallèles du distributeur : la pompe alimente la chambre 12 du vérin par les conduites 18-26-27 pour le déplacement du piston 13 vers le bas et le liquide hydraulique situé dans la chambre inférieure annulaire 14 est refoulée vers le réservoir 15 par les conduites 28-25. Pour le déplacement vers le haut du piston 13, pour l'ouverture de la presse, on excite la bobine A du distributeur ce qui déplace le tiroir C vers la droite et la circulation du fluide est celui symbolisé par les flèches croises du distributeur. La pompe 16 alimente la chambre inférieure annulaire 14 du vérin par les conduites 18, 28 et le liquide hydraulique contenu dans la chambre supérieure 12 est refoulé vers le réservoir 15 par les conduites 27, 26 et 25. Sur la conduite 26 est disposé un clapet anti-retour piloté 29. Il s'agit d'un clapet anti-retour dans lequel l'organe d'obturation est dégagé de l'orifice qu'il obstrue lorsqu'une pression apparalt sur une entrée de pilotage 30. Cette entrée est donc reliée par une conduite 31 å la conduite 28 pour permettre l'évacuation du liquide hydraulique de la chambre 12 du vérin lors de l'ouverture de la presse. La conduite 28 est alors reliée & la sortie de la pompe 16 et donc sous pression ce qui commande l'ouverture du clapet anti-retour piloté 29. Ce clapet anti-retour piloté 29 est nécessaire pour isoler le circuit haute pression, utilisé pour la régulation de pression statique dans la chambre 12 du vérin, presse en position ferme, décrite ci-après, du circuit basse pression qui vient d'être décrit et qui est utilisé pour les déplacements du piston lors de l'ouverture et de la fermeture de la presse. Ce circuit basse pression comporte encore dans la conduite 28 un limiteur de pression 32. Il s'agit d'un organe qui ne laisse passer, dans le sens de la flèche, le fluide qu'au delà d'une certaine pression du côté de son entrée 33. Cette pression est réglable au départ. Le but de ce limiteur de pression est de permettre de supporter, en position ouverte de la presse, lorsque le piston est en position haute, le poids du piston, de la tige et du liquide contenu dans le vérin. Cet organe n'est pas nécessaire si le vérin est disposé horizontalement. Enfin, un clapet antiretour 34 est disposé en parallèle sur le limiteur de pression 32 pour permettre l'admission du fluide dans la chambre annulaire 14 lors de l'ouverture de la presse. On va maintenant décrire le système permettant de réguler la pression P1 dans la chambre 12 du vérin; il s'agit d'une pression statique puisque la presse est fermée le piston 13 étant en position basse fixe. Le principe de cette régulation utilise le fait que, compte tenu des pressions de travail, le liquide hydraulique utilisé n'est pas incompressible et d'autre part que sous l'effet de cette pression, la chambre 12 augmente également un peu de volume par allongement du bati 1 de la presse. On injecte donc dans cette chambre 12 la quantité de liquide correspondant la compression du liquide et & l'extension du volume de la chambre, lors d'une augmentation de pression et, au contraire, on extrait de cette chambre de petites quantités de liquide lors des diminutions de pression. Pour ce faire, le circuit comprend essentiellement deux distributeurs & clapet 35 et 36 dont l'un, le premier distributeur & clapet 35 permet l'injection de liquide vers la chambre 12 pour l'augmentation de pression et l'autre, le second distributeur clapet 36, permet l'extraction d'huile de la chambre 12 vers le réservoir 15 pour les diminutions de pression. Ceci suppose qu'une conduite haute pression 37 est reliée l'entrée du premier clapet 35. Cette haute pression pour permettre une injection de liquide dans la chambre 12, est supérieure à la pression de consigne P1. Par exemple, si la pression de consigne P1 maximale est de 380 bars, on prendra par exemple 400 bars comme haute pression. Pour permettre l'évolution de pression et donc l'injection de petites quantités de liquide, il faut prévoir un organe de perte de charge sans quoi la pression dans la chambre 12 atteindrait immédiatement la valeur de la haute pression1 dès l'ouverture, d'une durée si faible soit-elle, du distributeur clapet 35. Aussi, on adjoint ce distributeur, en série avec lui, un premier gicleur 38 à orifice calibré (en pratique d'une section comprise entre 0,2 et 0,8 ,12). Pour la méis raison, un second gicleur 39 est associé en série avec le second distributeur à clapet 36. La sortie du premier distributeur à clapet 35 est ainsi reliée & la conduite 27, aboutissant la chambre 12 du vérin et l'entrée du second distributeur clapet 36 est reliée en un point du circuit où règne la pression de la chambre 12; en pratique en un point des conduites 26, 27 situé entre la chambre 12 et le clapet anti-retour piloté 29. La sortie du second distributeur clapet est reliée & BR Ces deux distributeurs clapet 35 et 36 sont des distributeurs commandés électriquement pouvant prendre deux positions : une première position, commandée électriquement et assurant la communication dans le sens de la flèche et une seconde position de repos, non commandée, bloquant la communication. Enfin, le système comporte des moyens pour générer la haute pression dans la conduite 37 qui vont maintenant être décrits. Ces moyens comportent une pompe hydropneumatique 40 reliée au réservoir 15 par une conduite 41 et qui est en fait un multiplicateur de pression qui fournit sur une sortie 42 une pression hydraulique statique permanente n fois plus forte (par exemple n = 100) qu'une pression d'air admise sur une entrée 43. L'entrée 43 est ainsi reliée å une conduite d'air comprimée 44 qui comporte un détendeur 45. Ce détendeur est un organe qui permet d'obtenir en sortie une pression d'air constante quelle que soit la pression & BR L'entrée est reliée la pression d'air du réseau 46. Dans l'exemple décrit, le réseau 46 est relié à un distributeur 47 qui a un rôle de commutateur permettant de relier le réseau, soit au détendeur 45 qui fournit en sortie une pression d'air à une pression , soit un autre détendeur 48 qui fournit en sortie une pression d'air à une pression q. Par exemple pi = 4 bars et q= 1 bars. Cela permet par exemple, lorsque l'on veut obtenir la pression régulée P1 (figure 1) dans la chambre 12, de commencer la montée en pression avec une haute pression dans la conduite 37 de nq = 100 x 1 = 100 bars en utilisant d'abord le détendeur 48 puis ensuite de commuter sur le détendeur 45 pour obtenir dans la conduite à haute pression 37 une pression np1 = 400 x 4 = 400 bars. Le détendeur basse pression 48 est associé à un clapet d'isolement 49 pour éviter, lorsque l'on utilise le détendeur b haute pression 45, que l'air ne s'échappe à travers le détendeur basse pression 48. Cela permet de faire en sorte que, dans le suivi de la courbe de consigne P1 qui est obtenu par marches d'escalier", les marches correspondantes aux basses pressions de la courbe ne soient pas trop hautes. En effet à chaque fois qu'un distributeur à clapet 35 et 36 est commandé, la quantité de volume V qui est injecté ou extrait est égal Kv g but, formule dans laquelle Kv est un coefficient caractéristique de l'ensemble constitué par le distributeur et son étranglement associé (38 ou 39), #P la différence de pression entre les deux côtés du distributeur et dt la durée d'ouverture du distributeur. Ainsi, si la conduite à haute pression 37 était dès le début à 400 bars, on aurait dans les basses pressions de la chambre 12 des marches d'escalier" très hautes, et petites dans les pressions élevées. Cela n'est cependant pas indispensable et l'on pourrait n'avoir qu'un seul détendeur qui, dans ce cas, doit alors fournir en sortie une pression d'air telle que dans la conduite 37 on ait une haute pression supérieure à la valeur mexinale de la consigne de pression P1. Dans l'exemple cité n = 100; w = 4 (détendeur 45), on a alors 400 bars dans la conduite 37 pour une pression maximale de la pression de consigne P1 égale & 380 bars. Pour la méme raison, on peut disposer en parallèle sur le second distributeur à clapet 36 un troisième distributeur clapet 50 associé à un gicleur 51 de plus gros diamètre que le gicleur 39 pour les phases de décompression en fin de décompression. Enfin, le circuit comprend un capteur électronique de pression 52 pour mesurer la pression effective dans la chambre 12 et assurer l'asservissement de cette pression & BR Sur cette figure, on a figuré la chambre 12 du cylindre, le capteur de pression 52, une horloge 53 qui coalande la sortie des signaux du capteur de pression et d'un calculateur mémoire 54 dont la sortie fourni la consigne de pression P1. Cette consigne de pression P1, ainsi que le signal de pression effective provenant du capteur 52, sont envoyés sur un comparateur-régulateur 55 dont les sorties commandent les distributeurs 35 et 36. Ainsi, l'invention a l'avantage de n'utiliser que le volume de liquide hydraulique nécessaire au besoin, c'est- & dire celui qui compense la compressibilité du liquide et l'allongement du bâti c'est-à-dire l'augmentation de volume de l'enceinte, la chambre 12 dans l'exemple décrit. I1 n'y a donc aucun échauffement et par ailleurs, le volume du réservoir 15 est estimé au plus juste. L'invention a été décrite dans le cas d'une régulation de pression d'un vérin de façon à obtenir une régulation de force. L'invention s'applique à toute enceinte de tout autre système dans lequel une force statique doit être asservie & une consigne variable dans le temps. REVENDICATIONS 1) Système pour assurer dans une enceinte (12) une régulation de pression hydraulique en fonction d'une consigne de pression (P1) variant en fonction du temps, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (40, 45, 48) pour générer une pression hydraulique dite haute pression, supérieure & ladite consigne (P1), une conduite (37, 27) reliant lesdits moyens å ladite enceinte, ladite conduite étant équipée d'un premier distributeur commandé (35), & BR 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite haute pression est une pression constante supérieure & la valeur maximale de ladite consigne de pression (P1)- 3) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite haute pression comporte au moins deux paliers de valeur constante dont l'un a une valeur supérieure & la valeur maximale de ladite consigne (P1) de pression et l'autre une valeur intermédiaire, lesdits moyens (40, 45, 48) pour générer ladite haute pression comportant un moyen de commutation (47) pour passer de la valeur d'un dit palier à l'autre. 4) Système selon l'une des revendications précédentes, caractêrisé en ce que ladite enceinte est une chambre (12) d'un vérin hydraulique (5) dont l'effort (F) statique est variable dans le temps.