Brevet FR2745338A1 — publié le 19970829

SYSTEME HYDRAULIQUE COMPORTANT UN ENSEMBLE A SOUPAPE DE RETENUE La présente invention concerne un système hydraulique du type com- prenant une pompe, un dispositif à commande hydraulique, une première ligne de fluide s'étendant entre le dispositif et la pompe, un réservoir, une seconde ligne de fluide s'étendant entre la pompe et le réservoir, et un ensemble à soupape de retenue dans la première ligne de fluide, ledit ensemble comportant une soupape de retenue qui permet au fluide de circuler dans une première direction de la pompe vers le dispositif, et qui interdit l'écoulement le long de la première ligne dans une seconde direction, opposée à la première. Les systèmes hydrauliques comportent souvent un dispositif hydrau- lique à simple effet, tel qu'un cylindre connecté à la pompe, via une soupape de retenue. Le cylindre est utilisé pour appliquer une force permettant de soulever une charge, la soupape de retenue empêchant la circulation du fluide dans la direction opposée, lors de la perte de puissance. Pour relâcher la force en action, par exemple pour abaisser la charge, le fluide hydraulique doit pouvoir retourner du cylindre vers un réservoir. Ceci peut être effectué en ouvrant une soupape permettant au fluide d'éviter la pompe et la soupape de retenue, et de retourner directement vers le réservoir. Le problème avec de tels systèmes est que les soupapes à solénoïde à commande électrique sont relativement coûteuses et, par conséquent, non adaptées pour des systèmes à bas prix. Les soupapes manuelles sont moins coûteuses, mais elles doivent être commandées séparément par l'utilisateur, ce qui n'est pas pratique dans de nombreuses applications. La solution de rechange dans laquelle le fluide hydraulique peut être renvoyé au réservoir sans qu'il ait besoin d'une soupape à solénoïde consiste à permettre audit fluide de revenir par l'intermédiaire de la pompe. Ce système est disposé de telle façon que la pompe, lorsque son sens de circulation est inversé, fournit la pression via une ligne pilote à une soupape de retenue pilotée de telle façon qu'elle soit ouverte et permette la circulation du fluide à partir du cylindre, via la pompe, vers le réservoir. Le problème, avec de tels systèmes, est que les circuits conventionnels ne peuvent générer une pression de fluide suffisante pour ouvrir la soupape de retenue que lorsque la pompe fonctionne avec des niveaux de puissance relativement élevés. La puissance nécessaire pour abaisser une charge peut être en fait supérieure à celle nécessaire pour l'élever. Ceci entraîne une forte consommation de courant électrique et augmente le niveau sonore. La forte consommation électrique pose un problème particulier dans les systèmes alimentés par batteries d'accumulateurs. Un des objets de la présente invention est de fournir un système de commande hydraulique et un ensemble à soupape de retenue améliorés. Selon un aspect de la présente invention, on a prévu un système hydraulique du genre spécifié ci-dessus, caractérisé en ce que l'ensemble à 2 0 soupape de retenue est également relié à la seconde ligne de fluide et fournit un passage qui peut être ouvert pour interdire ou permettre la circulation le long de la seconde ligne, et en ce que l'ensemble à soupape de retenue est agencé pour que, lorsque la pompe est commandée pour fournir du fluide dans la première direction, la soupape de retenue s'ouvre pour permettre un écoulement du fluide non limité le long de la première ligne dans la première direction vers le dispositif, et le passage est fermé pour interdire un écou- lement de la pompe vers le réservoir via l'ensemble à soupape de retenue et, lorsque la pompe fonctionne dans le sens inverse pour permettre la circulation du fluide dans la direction opposée le long de la première ligne de fluide, la pression du fluide dans la seconde ligne provoque l'ouverture de la soupape de retenue et celle du passage afin que le fluide puisse circuler de la première ligne de fluide vers le réservoir via la soupape de retenue, la pompe, le passage ouvert et la seconde ligne de fluide. De préférence, la soupape de retenue comporte un siège de soupape et un élément de soupape pouvant être commandé pour se placer sur le siège, ledit siège est situé entre un premier et un second orifice de sorte que l'élément de soupape permet l'écoulement à partir du second orifice vers le premier orifice mais normalement empêche l'écoulement dans la direction opposée, I'ensemble à soupape de retenue comporte un élément coulissant placé entre le second orifice et un troisième orifice pour qu'une pression au troisième orifice supérieure à celle au second orifice provoque le déplacement de l'élément coulissant d'une première position dans laquelle ledit élément coulissant ne déplace pas l'élément de soupape, jusqu'à une seconde position dans laquelle le l'élément coulissant soulève l'élément de soupape du siège, et l'ensemble à soupape de retenue comporte un quatrième orifice qui est normalement fermé quand l'élément coulissant se trouve dans sa première position, mais qui est ouvert quand l'élément coulissant se trouve dans sa seconde position telle que le fluide peut circuler entre le troisième orifice et le quatrième orifice. L'invention concerne également un système hydraulique comportant une pompe, un dispositif à commande hydraulique, une première ligne de fluide s'étendant entre le dispositif et la pompe, un réservoir, une seconde ligne de fluide s'étendant entre la pompe et le réservoir, et un ensemble à soupape de retenue dans la première ligne de fluide ledit ensemble comportant une sou- pape de retenue qui permet au fluide de s'écouler dans une première direction, de la pompe vers le dispositif, et normalement empêche la circulation le long de la première ligne dans un seconde direction opposée à la première, caractérisé en ce que l'ensemble à soupape de retenue est également relié à la seconde ligne de fluide et fournit un passage qui peut être ouvert pour interdire ou permettre la circulation du fluide le long de la seconde ligne, en ce que la soupape de retenue comporte un siège de soupape et un élément de soupape pouvant être commandé et placé sur le siège, en ce que le siège de soupape est situé entre un premier et un second orifice de sorte que l'élément de soupape permet l'écoulement du second orifice vers le premier orifice mais normalement empêche l'écoulement dans la direction opposée, en ce que l'ensemble à soupape de retenue comporte un élément coulissant placé entre le second orifice et un troisième orifice de sorte qu'une pression supérieure au troisième orifice par rapport au second orifice provoque le déplacement de l'élément coulissant d'une première position dans laquelle ledit élément coulissant ne déplace pas l'élément de soupape vers une seconde position dans laquelle l'élément coulissant soulève l'élément de soupape du siège de soupape, et en ce que l'ensemble à soupape comporte un quatrième orifice qui est normalement fermé quand l'élément coulissant se trouve dans sa première position, mais qui est ouvert quand ledit élément coulissant se trouve dans sa seconde position de telle façon que le fluide peut circuler entre le troisième orifice et le quatrième 1 5 orifice. L'élément de soupape est de préférence une bille, et son siège est de préférence conique, avec une ouverture centrale. L'élément coulissant peut comporter un prolongement aligné avec l'ouverture du siège de soupape de sorte que, quand ledit élément coulissant est déplacé, le prolongement se déplace dans l'ouverture et sort la bille du siège de soupape pour permettre au fluide de passer à travers l'ouverture. Le dispositif à commande hydraulique peut être un cylindre à simple effet. Un système hydraulique comportant un ensemble à soupape de retenue, selon la présente invention, va être maintenant décrit à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un système de l'art 3 0 antérieur, la figure 2 est une représentation schématique d'un système selon la présente invention, et la figure 3 est une vue latérale en coupe de l'ensemble à soupape de retenue du système selon l'invention. La figure 1 représente un système hydraulique conventionnel com- prenant un cylindre hydraulique 1 à simple effet, connecté à une pompe réversible 2 via une ligne de fluide 3. Une soupape de retenue pilotée 4 est connectée à la ligne 3 pour permettre au fluide de circuler de la pompe 2 vers 1 0 le cylindre 1, mais aussi pour interdire la circulation du fluide hors du cylindre lorsque la pompe s'arrête. Les deux côtés de la pompe 2 sont connectés respectivement à un réservoir 5 de fluide via des soupapes de retenue respectivement 6 et 7, disposées pour permettre au fluide de circuler du réservoir vers le côté de la pompe agissant comme admission. Les soupapes de retenue 6 et 7 isolent également la sortie de la pompe 2 du réservoir 5. Le côté gauche de la pompe 2, qui sert d'admission lorsque la pompe fonctionne dans le sens direct, est connecté, via une ligne pilote 8, à la soupape de retenue pilotée 4. Le côté gauche de la pompe 2 est également connecté au réservoir 5 via une ligne 9 comportant un limiteur de flux 10. Lorsque la pompe 2 fonctionne en sens direct, pour faire monter le piston dans le cylindre 1, le fluide est tiré du réservoir 5 via la soupape de retenue 7, et est fourni par la pompe le long de la ligne 3, ouvrant la soupape de retenue pilotée 4. Lorsque la pompe 2 est arrêtée, la soupape de retenue pilotée 4 repose sur son siège et interdit au fluide de sortir du cylindre 1. Pour faire descendre le piston dans le cylindre 1, la pompe 2 est entraînée dans son sens inverse pour tirer le fluide du réservoir 5, via la soupape de retenue 6. Le fluide circule dans la ligne 9, o la pression produite par le limiteur 10 permet d'alimenter en fluide la ligne pilote 8, de façon à ouvrir la soupape de retenue pilotée 4. Ceci permet au fluide de circuler à travers le soupape pilotée 4 vers l'admission de la pompe 2 et ensuite d'être pompé par la pompe le long de la ligne 9, à travers le limiteur 10 et le réservoir 5. Le limiteur 10 doit fournir une limitation suffisante pour assurer que la pression fournie le long de la ligne pilote 8 est assez forte pour ouvrir la sou- pape de retenue pilotée 4 quand le cylindre 1 est sous une charge maximum. Pour cette raison, le limiteur 10 présente une limitation substantielle pour renvoyer le débit du fluide venant du cylindre 1 vers le réservoir 5, via la pompe. Cette limitation du débit du fluide produit une charge substantielle sur la pompe 2, la conduisant à tirer une quantité de courant relativement élevée dans le sens inverse, et provoquant des niveaux sonores relativement élevés. La forte consommation de courant constitue un problème particulier dans les systèmes alimentés par batteries, car elle réduit l'utilisation de ce système entre les charges. La figure 2 illustre un système selon la présente invention. Le système comporte un cylindre hydraulique à simple effet 11, qui peut être connecté pour lever le bras d'un appareil de levage pour patients (non représenté) et une pompe réversible 12 connectée audit cylindre via une ligne de fluide 13. Un ensemble à soupape de retenue pilotée 14, un réducteur de débit 15 et un filtre 16 sont connectés à la ligne de fluide 13. Les sorties/admissions de la pompe 12 sont connectées à l'ensemble à soupape de retenue pilotée 14. Elles sont également connectées à un réservoir 18 via des soupapes de retenue respectivement 20 et 21 et une ligne de retour 22 contenant un filtre 23. La soupape de retenue 20 est disposée pour s'ouvrir lorsque la pompe 12 fonctionne dans le sens direct, pour fournir le fluide au cylindre, et l'autre soupape de retenue 21 s'ouvre quand la pompe fonctionne dans le sens inverse. Une ligne 28 de dérivation du fluide s'étend de l'ensemble à soupape de retenue pilotée 14 à la ligne de retour 22 de façon à fournir un chemin de retour pour le fluide quand la pompe 12 fonctionne dans son sens inverse. L'ensemble à soupape de retenue pilotée 14 est représenté plus en détail à la figure 3. Le logement de l'ensemble à soupape 14 est formé par un bloc de métal 40 comportant une cavité 41 contenant les composants de l'en- semble à soupape et pourvue de quatre alésages 42 à 45 fournissant des passages au fluide allant et venant vers la soupape, via des orifices respectifs 142, 143, 144 et 145. Le côté droit de la cavité 41 comporte un siège de soupape conique 46 avec une ouverture centrale 56. Un élément de soupape sous la forme d'une bille d'acier 47 est poussé vers la gauche, contre le siège 46, par un ressort hélicoïdal 48. Vers la droite du siège de soupape 46, la cavité 41 débouche via l'orifice 142 dans l'alésage 42, qui forme une partie de la ligne 13 d'alimentation du cylindre. L'alésage 43 débouche dans la cavité 41, via l'orifice 143, immédiatement à gauche du siège de soupape 46, et forme une partie de la ligne de fluide s'étendant à partir de la sortie avant de la pompe 12. En conséquence, la pression dans I'orifice 143, soulève la bille 47 du siège de soupape 46 de telle façon que le fluide peut s'écouler de la pompe 12 dans la ligne 13 d'alimentation du cylindre. Le fluide ne peut pas s'écouler dans la direction opposée, de sorte que l'élément de soupape 47 et le siège 46 fonctionnent comme une soupape de retenue. A l'intérieur de l'extrémité gauche de la cavité 41, se trouve une vanne coulissante 49 pourvue d'une broche 50 protubérante axialement à son extrémité avant. La vanne 49 comporte quatre bagues d'étanchéité 51 bien ajustées autour de sa circonférence, et qui constituent des joints coulissant à I'intérieur de la cavité 41. Comme représenté, la vanne 49 est normalement retenue à l'extrémité gauche de la cavité 41, par la pression venant de l'orifice 143. Dans cette position, la bague d'étanchéité 51 la plus proche de l'extrémité gauche de la vanne 49, est placée exactement vers l'avant, à la droite de l'orifice 144, qui est connecté via l'alésage 44, à la sortie inverse de la pompe 12. Un alésage axial 52 s'étend à peu près à mi-chemin le long de la longueur de la vanne 49 et s'ouvre à son extrémité gauche. L'alésage 52 débouche par quatre ouvertures radiales 53 dans une gorge annulaire 54 située entre deux des bagues d'étanchéité 51 vers l'extrémité gauche de la vanne 49. L'alésage 52 débouche également par un orifice 55 beaucoup plus petit dans une autre gorge annulaire 156 située entre deux autres bagues d'étanchéité 51 situées à mi-chemin environ sur la longueur de la vanne 49. Dans la position représentée, cette gorge 156 est alignée avec l'orifice 145 de l'alésage 45, qui forme une partie de la ligne de dérivation 28 du fluide. La figure 3 illustre l'ensemble à soupape de retenue pilotée 14 lorsque la pompe 12 est en fonctionnement dans son sens direct, de sorte que le fluide peut circuler depuis l'orifice 143 vers l'orifice 142, en sortant la bille 47 de son siège 46. Quand la pompe 12 s'arrête, la bille 47 se replace sur son siège 46 et empêche le fluide de circuler le long de la ligne 13, dans la direction opposée. Quand la pompe 12 est inversée, pour faire descendre le piston dans le cylindre 11, le fluide circule dans l'ensemble à soupape 14, via I'alésage 44, déplacçant ainsi la vanne 49 vers la droite, en extension complète. Ceci a deux effets, l'un est que la broche 50 s'étend à travers l'ouverture 56, poussant ainsi la bille 47 hors de son siège 46 et l'autre que la gorge 54, sur la vanne 49, s'aligne avec l'orifice 145 de l'alésage 45 qui constitue une partie de la ligne de dérivation 28 du fluide. Le résultat de ceci est que le fluide venant du cylindre 11 peut circuler le long de l'alésage 42, autour de la bille 47 sortie de son siège et dans l'alésage 43 qui s'étend à la sortie de la pompe 12. Quand le fluide sort par la sortie de la pompe 12, il circule via l'alésage 44 et l'orifice 144 dans l'extrémité arrière de la cavité 41. Le fluide s'écoule ensuite à travers l'alésage 52 le long de la vanne 49, sort par les ouvertures 53 dans la gorge 54 et, de là, via l'alésage 45, dans la ligne de dérivation 28. Le fluide revient ensuite vers le réservoir 18. Lorsque le sens de fonctionnement de la pompe 12 est inversé, la force initialement requise pour entraîner la pompe doit être suffisante pour déplacer la vanne 49 et sortir la bille 47 de son siège contre la pression différentielle à travers ladite bille. Cependant, une fois que la bille 47 a été soulevée du siège 46, la force nécessaire pour maintenir cette position ouverte est plus faible, car il est alors suffisant de résister aux forces d'écoulement du fluide autour de la bille. La résistance à la circulation du fluide dans le sens inverse, à travers l'ensemble à soupape de retenue pilotée 14, peut être relativement faible, car seule une basse pression différentielle est nécessaire à travers la vanne 49 pour la tenir en position ouverte. Pour stopper la descente du cylindre 1, la pompe 12 est arrêtée, permettant à la pression de la charge produite par le cylindre dans l'alésage 42 de s'élever au-dessus de celle de l'alésage 44, déplaçant de ce fait la vanne 49 vers la gauche, suffisamment pour permettre à la bille 47 de se loger sur le siège 46 et interdire la circulation du fluide à travers la soupape. L'alésage 52 et le petit orifice 55 dans la vanne 49 permettent au fluide piégé dans la cavité 41 vers la gauche de la vanne 49 de sortir de la cavité 41 via l'alésage 45 du réservoir, assurant ainsi que la vanne ne sera pas gênée dans son déplacement vers la gauche. La puissance fournie à la pompe 12, quand elle fonctionne dans le sens inverse, peut être très faible comparée au système antérieur décrit ci- dessus en référence à la figure 1. Cette réduction de puissance présente plusieurs avantages importants. Premièrement, dans les systèmes alimentés par des batteries d'accumulateurs, il permet une utilisation beaucoup plus longue avant que la batterie ait besoin d'être rechargée, et réduit le risque de verrouillage du système dû à un manque de puissance provoqué par une utilisation prolongée par inadvertance. Deuxièmement, il réduit l'échauffement du moteur d'entraînement de la pompe, prolongeant ainsi sa durée de vie. Troisièmement, il réduit le niveau sonore du moteur. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation dé- crites, mais s'étend à toute modification ou variante évidente pour l'homme du métier. Différentes modifications peuvent être apportées à l'ensemble à sou- pape de retenue et au système. Par exemple, d'autres formes d'éléments de soupape peuvent être utilisées. Le système peut être utilisé dans de nom- breuses applications autre que les appareils de levage pour patients. REVENDICATIONS 1. Système hydraulique comprenant une pompe, un dispositif à commande hydraulique, une première ligne de fluide s'étendant entre le dispositif et la pompe, un réservoir, une seconde ligne de fluide s'étendant entre la pompe et le réservoir, un ensemble à soupape de retenue dans la première ligne de fluide, ledit ensemble comportant une soupape de retenue qui permet au fluide de circuler dans une première direction de la pompe vers le dispositif et qui interdit l'écoulement le long de la première ligne dans une seconde direction opposée à la première, caractérisé en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) est également relié à la seconde ligne de fluide (28, 44, 45) et fournit un passage (145) qui peut être ouvert pour interdire ou permettre la circulation le long de la seconde ligne, et en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) est agencé pour que, lorsque la pompe (12) est commandée pour fournir du fluide dans la première direction, la soupape de retenue s'ouvre pour permettre un écoulement du fluide non limité le long de la première ligne (13, 42, 43) dans la première direction vers le dispositif (11), et le passage (145) est fermé pour interdire un écoulement de la pompe vers le réservoir (18) via l'ensemble à soupape de retenue et, lorsque la pompe fonctionne dans le sens inverse pour permettre la circulation du fluide dans la direction opposée le long de la première ligne de fluide (13, 42, 43), la pression du fluide dans la seconde ligne (28, 44, 45) provoque l'ouverture de la soupape de retenue et celle du passage (145) afin que le fluide puisse circuler de la première ligne de fluide (13, 42, 43) vers le réservoir (18) via la soupape de retenue (46, 47), la pompe (12), le passage (145) ouvert et la seconde ligne de fluide (28, 44, 45). 2. Système hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de retenue comporte un siège de soupape (46) et un élément de soupape (47) pouvant être commandé pour se placer sur le siège, en ce que ledit siège (46) est situé entre un premier et un second orifice (142 et 143) de sorte que l'élément de soupape (47) permet l'écoulement à partir du second orifice (143) vers le premier orifice (142) mais normalement empêche l'écoulement dans la direction opposée, en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) comporte un élément coulissant (49) placé entre le second orifice (143) et un troisième orifice (144) pour qu'une pression au troisième orifice (144) supérieure à celle au second orifice (143) provoque le déplacement de l'élément coulissant (49) d'une première position dans laquelle ledit élément coulissant ne déplace pas l'élément de soupape (47) jusqu'à une seconde position dans laquelle le l'élément coulissant (49) soulève l'élément de soupape (47) du siège (46), et en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) comporte un quatrième orifice (145) qui est normalement fermé quand l'élément coulissant (49) se trouve dans sa première position, mais qui est ouvert quand l'élément coulissant (49) se trouve dans sa seconde position telle que le fluide peut circuler entre le troisième orifica (144) et le quatrième orifice (145). 3. Système hydraulique comprenant une pompe, un dispositif à commande hydraulique, une première ligne de fluide s'étendant entre le dispositif et la pompe, un réservoir, une seconde ligne de fluide s'étendant entre la pompe et le réservoir, et un ensemble à soupape de retenue dans la première ligne de fluide, ledit ensemble comportant une soupape de retenue qui permet au fluide de s'écouler dans une première direction, de la pompe vers le dispositif, et normalement empêche la circulation le long de la première ligne dans un seconde direction opposée à la première, caractérisé en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) est également relié à la seconde ligne de fluide (28, 44, 45) et fournit un passage (145) qui peut être ouvert pour interdire ou permettre la circulation du fluide le long de la seconde ligne (28, 44, 45), en ce que la soupape de retenue comporte un siège de soupape (46) et un élément de soupape (47) pouvant être commandé et placé sur le siège, en ce que le siège de soupape (46) est situé entre un premier et un second orifice (142 et 143) de sorte que l'élément de soupape (47) permet l'écoulement du second orifice (143) vers le premier orifice (142) mais normalement empêche l'écoulement dans la direction opposée, en ce que l'ensemble à soupape de retenue (14) comporte un élément coulissant (49) placé entre le second orifice (143) et un troisième orifice (144) de sorte qu'une pression supérieure au troisième orifice (144) par rapport au second orifice (143) provoque le déplacement de l'élément coulissant (49) d'une première position dans laquelle ledit élément coulissant (49) ne déplace pas l'élément de soupape (47) vers une seconde position dans laquelle l'élément coulissant (49) soulève l'élément de soupape (47) du siège de soupape (46), et en ce que l'ensemble à soupape (14) comporte un quatrième orifice (145) qui est normalement fermé quand l'élément coulissant (49) se trouve dans sa première position, mais qui est ouvert quand ledit élément coulissant se trouve dans sa seconde position de telle façcon que le fluide peut circuler entre le troisième orifice (144) et le quatrième orifice (145). 4. Système hydraulique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de soupape est une bille (47) et le siège de soupape (46) est conique, avec Lne ouverture centrale (56). 5. Système hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément coulissant (49) comporte un prolongement (50) aligné avec l'ouver- ture (56) du siège de soupape (46) de sorte que, lorsque l'élément coulissant (49) est déplacé, le prolongement (50) se déplace dans l'ouverture (56) et déplace à son tour la bille (47) I'écartant ainsi du siège de soupape (46) pour permettre la circulation du fluide à travers l'ouverture (56). 6. Système hydraulique selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le dispositif à commande hydraulique est un cylindre hydraulique à simple effet (11).