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Perfectionnements aux thermostats de commande.
La présente invention est relative aux thermostats de commande dans lesquels la dilatation ou la contraction d'un élément métallique produite sous l'influence des varia- tions de température que subit cet élément est utilisée pour commander le fonctionnement d'un dispositif quelconque qu'on veut commander thermostatiquement. L'invention a pour objet un appareil perfectionné de ce genre, qui a un fonctionnement particulièrement sensible et précis, n'est pas affecté par les vibrations et est à l'abri de toute détérioration due à des variations brusques et considérables de température.
En outre, le thermostat perfectionné suivant l'in- vention a une caractéristique de réglage sensiblement rectili- gne dans de larges limites de températures de fonctionnement,et du fait qu'il ne comporte pas de pièces articulées dans le mé-
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canisme amplifiant la dilatation ou la contraction des élé- ments, toute inexactitude due aux mouvements perdus ou au jeu est évitée, tandis que le réglage de l'appareil en vue de son fonctionnement dans différentes conditions s'opère d'une façon particulièrement simple et précise.
L'invention est applicable, en particulier mais non exclusivement, à la commande de circuits électriques dans les- quels des contacts commandés thermostatiquement doivent être actionnés positivement et d'une manière sure à des températu- res déterminées.
Suivant la caractéristique principale de l'invention, l'une des extrémités de l'élément métallique est raccordée par un joint non articulé à l'une des extrémités d'un organe intermédiaire, dont l'autre extrémité est raccordée de la même manière à un point approprié d'un élément relativement non dilatable, de telle manière que la dilatation ou la contrac- tion de l'élément métallique, due aux variations de températu- re, engendre un couple qui s'exerce sur l'organe intermédiai- re dont le mouvement sous l'action de ce couple est utilisé pour effectuer la commande voulue.
L'invention est représentée à titre d'exemple sur les dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe d'un thermostat de commande simple qui constitue une forme d'exécution de l'invention, et
Fig. 2 est une vue schématique montrant le fonction- nement de ce thermostat;
Figs. 3,4 et 5 sont des coupes analogues à celle de la Fig. 1, mais qui représentent une construction compre- nant des dispositifs de réglage et de compensation, ces figu- res montrant la position des parties du thermostat dans diffé- rentes conditions de temperature; @
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Fig. 6 est une vue de coté complète du thermostat représente sur les Figs. 3, 4 et 5,
Fig. 7 est une vue analogue du même thermostat sans le bottier extérieur;
et
Figs. 8, 9 et 10 sont des coupes correspondant res- pectivement aux Figs. 3, 4 et 5 mais montrant une construction un peu différente.
Sur les Figs. 1 et 2, on voit que le thermostat comprend un élément métallique T en forme de tube, garni d'ailettes de radiation de chaleur S, dont l'extrémité infé- rieure est reliée à une des extrémités d'une tige V relati- vement non dilatables, disposée coaxialement dans le tube T.
L'extrémité supérieure du tube T est raccordée au moyen de joints soudés, indiqués en B, aux extrémités supérieures de lames métalliques a dont les extrémités inférieures sont rac- cordées au moyen de joints analogues C aux extrémités de deux lames de contact c. Des points intermédiaires des lames c sont fixés au moyen de joints soudés D aux extrémités supé- rieures de deux lames 1 dont les extrémités inférieures sont reliées rigidement à l'extrémité supérieure de la tige V, comme c'est représenté en A. Les extrémités supérieures des lames ± portent des pièces de contact P, P' coopérant de ma- nière à commander un circuit électrique qui à son tour com- mande le fonctionnement d'un appareil quelconque qu'on veut commander thermostatiquement.
On comprend que dans cette cons- truction la partie des lames c comprise entre les joints C et D constitue l'organe intermédiaire cité ci-dessus. Le thermos- tat fonctionne de la manière suivante :
Si l'on suppose que les organes de l'appareil sont dans la position représentée sur les Figs. 1 et 2 et que le thermostat est influencé par un accroissement de température,
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le tube T se dilate par rapport à la tige V, d'où il résulte une traction, indiquée par les flèches F sur la Fig. 2, pro- duite entre le tube T et la tige V, cette traction étant trans- mise aux lames a et b par les joints B et A. La traction ainsi créée dans chacune des lames a et 1 se transmet par les joints
C et D à la partie inférieure de chacune des lames c qui, com- me on l'a expliqué ci-dessus, constitue l'organe intermédiaire.
Comme le montre clairement la Fig. 2, la traction exercée sur chacune des lames 1 et b engendre dans l'organe intermédiaire un couple qui tend à faire tourner cet organe dans le sens des aiguilles d'une montre. Il s'ensuit que la partie supérieure d'une des lames ±, dont la partie inférieu- re constitue l'organe intermédiaire, se déplace vers la droite de manière à obliger son contact P à toucher le contact cor- respondant P' de l'autre lame de contact c.
Sur la Fig. 2, la partie de la lame c constituant l'organe intermédiaire est indiquée en n et on comprend que le moment du couple exercé sur cette partie intermédiaire dé- pend des intervalles q, q' séparant latéralement les lames a et b de la lame . Le mouvement de l'organe intermédiaire, dû au couple mentionné ci-dessus, produit évidemment un mouvement amplifié de l'extrémité supérieure de la lame c portant le contact du circuit, l'amplification dépendant, comme le mon- tre la Fig.
2, du rapport de l'intervalle m, séparant les con- tacts du point milieu de l'organe intermédiaire, aux inter- valles et q'
Il faut observer qu'il n'est pas nécessaire que les longueurs et q' soient égales comme c'est représenté sur le dessin, et qu'elles peuvent avoir entre elles tout rapport voulu pour satisfaire aux exigences particulières de la pra- tique, étant donné que si chacun des contacts P, P, se déplace,
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sous l'action du couple exercé sur l'organe intermédiaire, d'une longueur égale à @, c'est-à-dire de la moitié de l'écar- tement normal entre ces contacts, le mouvement est encore am- plifié.
Du fait que le couple actionnant les contacts de com- mande est engendre par la dilatation linéaire du tube T, il est clair que le thermostat a une caractéristique de fonction- nement linéaire suivant les variations de température, tandis que les joints soudés entre les différentes parties de l'appa- reil qui constituent ainsi un système mécanioue continu sans Joints articulés rendent impossible tout jeu ou mouvement perdu pendant le fonctionnement du thermostat.
En pratique on constate par exemple que pour un tube T en aluminium, ayant une longueur de 1 mètre, dont la dilatation est de 0,000025 m par degré centigrade d'accroisse- ment de température, on peut obtenir facilement une amplifica- tion de quarante fois. Si l'on suppose que l'écartement entre les contacts P, P' est de 1 mm, de sorte qu'un déplacement de 0,5 mm est nécessaire pour amener les contacts l'un contre l'autre, cette amplitude de mouvement est évidemment procurée par un accroissement de 1 C de la température du thermostat.
Toutefois, en pratique, l'ecartement normal entre les contacts P, P' peut être réduit à 0,2 mm, de sorte qu'il suffit d'un déplacement de 0,1 mm pour chacun des contacts et que ce dé- placement est assuré par une dilatation de 0,000005 m du tu- be T, correspondant à un accroissement de température de 0,2 C seulement.
On voit ainsi qu'on peut agencer le thermostat de manière qu'il fonctionne pour une variation de température ex- trêmement faible et qu'il soit beaucoup plus sensible aue tout autre dispositif thermostatique de forme connue. En outre, s'il est prévu de commander par le mouvement des lames c des
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dispositifs optiques appropriés, on peut atteindre un degré de sensibilité beaucoup plus élevé, comme cela se comprend facilement.
Dans la construction représentée sur les Figs. 3, 4 et 5, la tige V est raccordée à son extrémité inférieure à un organe en forme d'étrier L avec interposition d'un ressort de compression R, l'organe L étant fixé à une tige N et un ressort R' étant interposé entre un collier de la tige N et un manchon intérieur E fixé au moyen de vis X au tube T. L'ex- trémité inférieure de la tige N est destinée à venir en con- tact, dans certaines conditions, avec un organe d'arrêt F vissé dans un bouchon W, l'organe F étant muni d'un goujon transversal 0 disposé de manière à coulisser dans des fentes du manchon E pour empêcher toute rotation de l'organe F. Le bouchon W comporte un filet extérieur qui se visse dans l'ex- trémité taraudée correspondante du manchon E et il est relié rigidement à un bouton ou poignée de commande M.
Entre l'ex- trémité inférieure du manchon E et le bouton M est interposée une bague K dont la position par rapport au manchon E est ré- glable et qu'on fixe en place, après réglage, au moyen d'une vis de blocage H.
Le pas de vis du bouchonest différent du pas de vis de l'extrémité inférieure de l'organe d'arrêt F, de sorte qu'en faisant tourner le bouchonau moyen du bouton M on peu régler avec beaucoup de précision, par suite de l'action dif- férentielle des deux pas de vis, la position axiale de l'orga- ne d'arrêt F dans le manchon E.
L'appareil représenté sur les Figs. 3, 4 et 5 fonc- tionne de la manière suivante :
La Fig. 3 montre les organes de l'appareil dans leur position normale, réglée pour une température déterminée, les
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contacts de commande P, P' étant séparés par l'intervalle normal voulu. Dans ces conditions l'extremité inférieure de la tige N est en contact avec l'extraite supérieure de l'or- gane d'arrêt F, amené dans cette position par une rotation du bouton M.
Si on place alors le thermostat dans une ambiance où la température est supérieure à celle pour laquelle les or- ganes occupent la position normale représentée sur la Fig. 3, la dilatation du tube T crée une traction qui s'exerce sur la tige V par l'intermédiaire du manchon E, du ressort R' et de l'étrier L.
Pendant la première partie de ce mouvement de dila- tation du tube T, les contacts de commande P, P' viennent se toucher comme c'est représenté sur la Fig. 4, tandis que le mouvement ultérieur du tube T provoque une compression du ressort R' et oblige l'organe d'arrêt F de s'écarter de l'ex- trémité inférieure de la tige N, de sorte que les organes de l'appareil prennent la position représentée sur la Fig. 4.
Afin de régler l'appareil pour la nouvelle température à la- quelle il est soumis, on tourne le bouton M de manière à faire venir en contact l'organe d'arrêt F avec l'extrémité inférieu- re de la tige N et à déplacer cette tige vers le haut pour permettre aux contacts de commande de reprendre leur posi- tion normale représentée sur la Fig. 3. Puis on desserre la vis de blocage H et on tourne la bague K par rapport au bou- chonde manière à amener un trait de zéro de la bague en regard d'un trait de zéro de l'extrémité inférieure du man- chon E. Puis on bloque la bague K, dans sa position réglée, au moyen de la vis H et l'appareil est prêt à fonctionner à la nouvelle température.
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Si d'autre part l'appareil réglé pour la position représentée sur la Fig. 3 est placé dans une ambiance où règne une température inférieure, la contraction résultante du tube T a pour effet que l'organe d'arrêt F soulève la tige N et l'étrier L de manière à écarter les contacts de commande vers la position représentée sur la Fig.5, toute contraction ul- térieure du tube T étant compensée par la compression du ressort R.
Dans ces conditions, pour régler l'appareil de ma- nière à le ramener dans la position représentée sur la Fig. 3, il faut tourner le bouton M en sens inverse de celui indiqué ci-dessus, de façon à faire descendre l'organe d'arrêt F et à permettre à la tige N de se déplacer vers le bas sous l'ac- tion du ressort R', et lorsque le ressort R s'est détendu à son état normal dans l'étrier L, on laisse descendre la tige V jusqu'à ce qu'elle ramène les contacts de commande dans la position représentée sur la Fig. 3.
Après ce réglage on ramène la bague K dans sa posi- tion conventionnelle de zéro, comme c'est expliqué ci-dessus.
On comprend que les dispositifs de compensation décrits, com- prenant les ressorts R, R', protègent les parties sensibles du thermostat contre tout endommagement dû au fait que l'ap- pareil fonctionne de temps à autre à des températures très différentes.
Comme montre la fig. 7, la bague K porte une série de traits gradués à droite et à gauche de son trait de zéro et il est clair que lorsqu'on a réglé l'appareil de la ma- nière décrite pour la température normale de l'ambiance dans laquelle on veut le faire fonctionner, on peut opérer un fin réglage des contacts de commande en tournant le bouton M dans les limites définies par la graduation de la bague K. Après @
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avoir règle l'appareil de la manière décrite ci-dessus, on peut ainsi opérer un fin réglage qui assure que les contacts de commande se touchent pour la variation de température vou- lue si petite qu'elle soit, en variantà cet effet l'écarte- ment normal entre les contacts, comme on le comprendra sans autres explications.
Le tube T, garni d'ailettes S comme décrit ci-dessus, est de préférence enfermé dans un bottier extérieur perfor' tel que représenté sur la Fig. 6, des bornes appropriées étant prévues pour le circuit extérieur comme le montrent claire- ment les Figs. 6 et 7.
Dans la variante représentée sur les Figs. 8,9 et 10, l'organe L en forme d'étrier est monté dans un manchon constituant l'organe d'arrêt F qui, comme dans la construction décrite précédemment avec référence aux Figs. 3, 4 et 5, est disposé de manière qu'on puisse régler sa position axiale par rapport au tube T au moyen du bouton M.
La Fig. 8, correspondant à la Fig. 3, montre les organes du thermostat dans leur position réglée en vue du fonctionnement normal, les Figs. 9 et 10 montrant d'autre part la position anormale que les organes occupent pour des conditions de température correspondant à celle des Figs. 4 et 5.
Coame le montre la Fig. 9, lorsqu'on place le thpr- mostat dans une ambiance de température plus élevée, le man- chon d'arrêt F descend avec le tube T en entraînant avec lui l'étrier L et en comprimant le ressort R'. Comme dans la construction précédente, pour ramener les organes à leur posi- tion normale précédente, on tourne le bouton M de manière à déplacer vers le haut le manchon d'arrêt F et à permettre à
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l'étrier L de retourner dans sa position normale par rapport à la tige V.
Dans les conditions de température correspondant à la Fig. 10, le manchon d'arrêt F s'est déplacé vers le haut par rapport à l'étrier L en comprimant le ressort R et ramène les organes de l'appareil dans la position normale en tournant le bouton M en sens inverse de celui indiqué précédemment, ce qui se comprend sans autres explications.
On peut prévoir un ressort R" pour empêcher tout jeu longitudinal entre l'arrêt F et le bouchon W.
La commande thermostatique opérée par l'appareil dépend des variations de température et, partant, de la dila- tation ou de la contraction que subit le tube T dans son en- semble, et étant donné que les dimensions du tube T sont con- sidérables, il est clair que l'appareil ne peut être affecté par de faibles courants d'air locaux qui fausseraient le fonctionnement. La rapidité d'action de cet appareil thermo- statique est notablement accrue quand on prévoit sur le tube des ailettes S qui augmentent considérablement la surface d'échange thermique.
Il est évident que le thermostat perfectionné sui- vant l'invention peut aussi être employé à des fins autres que la commande de contacts électriques. Par exemple, le coup agissant sur l'organe intermédiaire peut être transmis, au moyen d'un mécanisme amplificateur sans articulations analo- gue à celui décrit ci-dessus et représenté sur les dessins, à une soupape à pointeau ou autre qui commande le débit de flui sous pression. La soupape peut par exemple commander l'échap- pement du fluide d'un côté d'une butée mobile de manière à de placer la butée en vue de faire fonctionner tout mécanisme voulu.
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Le thermostat perfectionné convient notamment pour régler la température de véhicules de chemins de fer, étant donne notamment qu'il n'est pas affecté par de faibles courants d'air locaux ou par des vibrations, mais l'invention s'appli- que également à beaucoup d'autres fins ou conditions de fonc- tionnement différentes et présente des avantages très consi- dérables au point de vue précision, exactitude de réglage, sensibilité et sûreté.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de construction particulière décrite à titre d'exemple, qu'on peut modifier de différentes manières sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS S ---------------------------
1.- Thermostat de commande du genre spécifié, com- prenant un élément métallique destiné à se dilater et à se contracter sous l'influence des variations de température qu'il subit, ce thermostat étant caractérisé en ce qu'une des extrémités de l'élément métallique est raccordée, par un joint, non articulé, à l'une des extrémités d'un organe inter- médiaire dont l'autre extrémité est raccordée de la même ma- nière à un point approprié d'un élément relativement non dila- table, de telle manière que la dilatation ou la contraction de l'élément métallique, due aux variations de température, engendre un couple qui s'exerce sur l'organe intermédiaire dont le mouvement sous l'action du couple est utilisé pour effectuer la commande voulue.