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"Vanne électromagnétique"
La présente invention vise des perfec- tionnements aux vannes électromagnétiques qui com- prennent une chambre d'entrée du fluide, une cham- bre de sortie du fluide, un orifice principal met-
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l'ensemble soupape-principale- - piston différen- tiel, sur lequel est,prévu le siège de la soupape pilote, et dont l'intérieur constitue au moins une partie de ladite canalisation de fuite, le contrô- le du passage du fluide au travers de cette derniè- re étant assuré par des noyens comprenant un élec- tro-aimant.
Grâce à cette disposition, le déplacement relatif de la soupape pilote par rapport à son siè- ge devient, indépendant de la course de la soupape principale, et peut, par conséquente être très ré- duit ; d'où la possibilité d'avoir un électro-aimant de faible puissance pour commander-ce déplacement,
Selon une autre caractéristique, le piston différentiel coulisse de façon étanche dans la cham- bre intermédiaire, tandis qu'au moins un trou tra- versant le piston différentiel constitue l'orifice de fuite mettant èn communication la chambre d'en- trée avec la chambre intermédiaire.
Une telle disposition permet de réaliser un orifice de fuite de section parfaitement détermi- née et peu susceptible de variations, même après un usage prolongé de la vanne ; section pouvant d'ailleurs être très réduite, la, section de passage contrôlée par la soupape pilote pourra aussi être réduite;
d'où une réduction de la course de cette
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tant en communication sous le contrôle d'une soupa- pe principale la chambre d'entrée avec la chambre de sortie) un piston différentiel solidaire de la soupape principale, une chambre intermédiaire dans laquelle se déplace le piston différentiel, un ori- fice de fuite mettant en communication la chambre d'entrée avec là chambre intermédiairej une canali- sation de fuite passant au travers de l'ensemble , soupape principale... piston différentiel et mettant en communication,
sous le contrôle d'une soupape pi- , lote, ',la chambre intermédiaire avec .la chambre de sorties ,
EMI3.1
Dans les ,vannes' , cânnues de ce genré,lr la ' canalisation de fuite passant au travers de lk'ensem- ' ble sdupape principale - piston différentiel est ré- ' ' alisée sous la forme d'un trou axial pratiqué; dans ' cet ensemble, et la soupape pilote prévue pour obtu- rer cé trou suit les déplacements de la soupape prin- cipale.
Il en résulte que la course de la soupape ,pilote se trouve très importante, et qu'il y à lieu de prévoir un électro-aimant, relativement volumi- neux et coûteux, pour commander le mouvement de la soupape pilote,
Les vannes selon la présente invention sont caractérisées en ce qu'elles comprennent un tu- be central autour duquel coulisse de façon étanche
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soupape pilote, et-par suite,, une réduction de la puissance de l'électro-aimant de commande de la soupape pilote.
Les.dispositions précédentes conduisant, séparément,, à une réduction de la puissance de l'é- lectro-aimant, leur emploi simultané permettra, d'une part, de réduire au minimum l'encombrement et le coût.de cet électro-aimant, et, d'autre part, de réaliser des vannes électromagnétiques suscep- tibles de fonctionner à très haute pression, et dont, soit l'ouverture, soit la fermeture, suivant le type de vanne considéré, est déterminée par l'excitation de l'électro-aimant. ;
Les dispositions caractéristiques de l'in- vention, indiquées succinctement ci-avant, seront exposées plus en détail à l'aide du dessin annexé et de la description y relative ci-après, desquels res- sortiront, d'ailleurs, d'autres caractéristiques de l'invention.
Dans le dessin annexé, les figures repré- sentent schématiquement des vannes électromagnéti- ques selon l'invention :
La fig. 1 est la coupe longitudinale dtune vanne à ouverture commandée par l'excitation d'un électro-aimant disposé au-dessus de la vanne;
La fig. 2 est une coupe transversale suivant
II-II de la figure 1 ;
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la fig. 3 est une coupe longitudinale d'une vanne à ouverture commandée par l'excita- tion dtun électro-aimant disposé au-dessous de la vanne; la fig. 4 est la coupe longitudinale d'une vanne à fermeture commandée par l'excita- tion d'un électro-aimant disposé au-dessus de la vanne ;
la fig. 5 est la coupe longitudinale d'une vanne à trois voies, à ouverture commandée par l'excitation dtun électro-aimant.disposé au- dessus de la vanne ; la fig. 6 est la 'coupe longitudinale d'une.variante de la vanne selon,:les 'figures 1 et 2.
La vanne électromagnétique représentée aux figures 1 et 2., comprend un corps 1 présentant une toile intermédiaire 2 qui délimite deux cham- bres : une chambre d'entrée 3 et une chambre de sor- tie 4. Un orifice principal 6, prévu dahs la toile 2, permet de faire communiquer les deux chambres 3 et 4 ; cetorifice est obturable: par une soupape prin- cipale 7 solidaire dtun piston différentiel 8. Celui- ci coulisse dans une chambre intermédiaire¯9 ménagée dans un chapeau 11 fixé à la partie supérieure du corps 1.
Un orif-ice de fuite, constitué par un trou
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12 pratiqué dans le piston différentiel, met en communication la chambre d'entrée 3 avec la cham- bre intermédiaire 9.' L'étanchéité, entre le pis- ton 8 et la paroi de la chambre intermédiaire dans laquelle il coulisse, est assurée par un joint 13 en matière plastique élastique, à section circu- laire, engagé dans une rainure rectangulaire prévue sur le piston 8; d'autres types de joints peuvent être utilisés, mais il importe que l'étanchéité soit obtenue pour les deux sens de déplacement du piston. ,
L'ensemble formé par la soupape principale 7 et le piston différentiel 8 coulisse, de façon é- tanche, sur un tube central 14 fixe par rapport au corps 1 de la vanne.
La partie supérieure du tube 14 est aménagée pour servir de siège à une soupape pilote 15, tandis que sa partie inférieure communi- que par des trous 16 avec la chambre de sortie 4. Des trous 17 et un dégagement 18 sont d'ailleurs prévus pour assurer la communication, quand la soupape pi- lote 15 est ouverte, de la chambre intermédiaire 9 avec l'intérieur du tube 14, Un ressort conique de compression 19 intercalé entre le fond du chapeau 11 et la face supérieure du piston 8, tend à ramener ce.
derhier vers le bas, et par suite à fermer la soupa- pe principale 7..,L'étanchéité, ehtre le tube central
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14 et la paroi du trou de l'ensemble soupape prin- cipale - piston différentiel, est de préférence assurée par un joint 21 en matière plastique élas- tique, à section circulaire,'logé dans une rainure rectangulaire prévue sur ledit ensemble.
La soupape pilote 15 est prolongée, vers le haut, par une tige 22 pourvue de méplats 23, puis, par une masselotte 24 qui constitue le noyau plon- geur d'un électro-aimant 26. L'armature fixe 27 de ce dernier est solidaire du chapeau 11 de la vanne, et comprend une butée 28 séparée de la face supérieure de la masselotte 24 par-un petit entrefer 29 dont la largeur est égalera la course de la soupape pilote 15.
Un ressort de compression 31 est'en outre prévu, pour tendre à écarter la masselotte 24 de la butée 28, et ajoute son action au poids de la masselotte pour ten- dre à appliquer la soupape pilote 15 sur son siège.
,L'excitation de l'électro-aimant est obtenue par l'a- menée de courant électrique, par les conducteurs 32, à la bobine 33 ; cette excitation a lieu, la masselotte 24, sous l'action du champ magnétique, vient s'appliquer contre la butée 28, et la soupape pilote 15 est ouverte.
Le fonctionnement de la vanné est le suivant : Tant que l'électro-aimant 26 n'est pas excité, la ven- ne se trouve dans les conditions représentées sur la
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figure 1 ; d'une part, la soupape pilote 15 est ap- pliquée sur son siège, par le poids de la masse- lotte 24 et Inaction du ressort 31; d'autre part, la soupape principale 7 est appliquée sur son siège, par Inaction du ressort conique. 19, et celle du pis- ton différentiel 8 soumis à la pression du fluide remplissant la chambre d'entrée 3 et la chambre in- termédiaire,9; la vanne.se trouve donc fermée.
L'ex- citation de l'électro-aimant 26 provoque l'ouverture de la soupape pilote 15, et met. en communication la chambre intermédiaire 9 avec la chambre de sortie 4; la pression baisse alors dans la chambre intermédiai- re 9, et il en résulte que l'ensemble du piston dif- férentiel 8 et de la soupape principale 7 se soulève; d'où l'ouverture de la vanne.
Lorsque l'excitation de 1'électro-aimant cesse, la soupape pilote 15 re- tombe sur son siège, sous l'action de la pesanteur et , du ressort 31, et interrompt la communication entre la chambre intermédiaire 9 et la chambre de sortie 4; la pression monte alors dans la chambre intermédiaire
9, puisque celle-ci reste en communication par l'ori- fice 12 avec la chambre d'entrée 3 ; il en résulte que la force agissant sur la face supérieure du piston 8, staccroit, et, ajoutant son action à celle du ressort conique 19, fait redescendre la soupape principale 7 ;
la succion vers le bas, due au passage du fluide au
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travers de l'orifice limité entre la soupape 7 et son siège, tend à accélérer la fermeture de cette soupape, et l'orifice 12 intervient pour limiter la vitesse de cette fermeture, en s'opposant à un remplissage trop rapide de la chambre intermédiai- re 9.
La vanne électromagnétique qu'on vient de décrire,se distingue des vannes connues par la présence du tube central 14 autour duquel coulisse de façon étanche l'ensemble soupape principale - piston différentiel, sur lequel est,prévu le siège de la soupape pilote 15, et dont l'intérieur sert à assurer la communication entre la chambre inter- médiaire 9 et la chambre de sortie 4.
Grâce à cet- te disposition, la course de la soupape pilote est . très réduite, ce qui permet de commander le mouve- ment de cette soupape par un électro-aimant à petit entrefer, donc bien moins important, toutes choses égales d'ailleurs, que l'électro-aimant à grand en- trefer qu'on devrait utiliser pour obtenir le même résultat avec les vannes de type co nu, où-le siège de la soupape pilote est prévu:
sur l'ensemble sou- pape principale - piston différentiel, et se déplace avec cet ensemble,
La-vanne représentée sur la figure 1 se distingue, d'autre part, par la présence simultanée
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d'un orifice de fuite constitué par le petit trou 12 traversant le piston 8, et d'un joint dtétan- chéité 13 entre la périphérie de ce - piston et la paroi de la chambre intermédiaire* 9 dans laquelle il coulisse; dans les vannee connues,un tel joint n'existe pas, et c'est le jeu, entre le piston et la paroi de la chambre 'intermédiaire, qui constitue 1''orifice de fuite voir par exemple, le jeu in-', diqué en 12*'sur la figure 3).
Ceci est apparem- ment plus simple; mais,la nouvelle disposition est bien plus avantageuse, et contribue-à réduire, en- core, le volume de 1'électro-aimant de commande de la soupape pilote, car le jeu autour du piston plique une section de passage'très variable avec la précision de fabrication et l'usure de fonctionne- ment, et en pratique bien plus grande que la sec- tion d'un petit trou tel que 12 sur la figure 1. Or, pour que les vannes du,type considéré fonctionnent de façon satisfaisante, il importe que la canalisa- tion, dite de fuite, qui fait communiquer la chambre intermédiaire 9 avec la chambre de sortie 4, offre au passage du fluide une' résistance moindre que l'o- rifice de fuite ( trou 12 );
il en résulte que plus la section de l'orifice de fuite est grande, plus le trou 20 sous le siège de la soupape pilote doit être grand, et plus, par conséquent, cette soupape exigera
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de force pour être commandée. Le trou 12, qui constitue l'orifice de fuite de la vanne figure
1, pouvant être très ,petit, onpourra prévoir une très petite soupape pilote pour contrôler le fonc- tionnement de la vanne, et il deviendra possible de réaliser pratiquement des vannes électromagné- tiques peu encombrantes, fonctionnant sous des pressions très élevées', et dont, soit l'ouverture, soit la fermeture, suivant le type de vanne consi- déré, sera produite par l'excitation de l'électro- aimant.
Dans la vanne représentée sur la figure 3, on retrouve la chambre d'entrée 3, la chambre de sortie 4; la chambre intermédiaire 9,la soupape principale 7, le piston différentiel 8, le tube cen- tral 14. Ici, l'orifice de fuite, qui fait communi- quer la chambre d'entrée 3 avec la chambre intermé- diaire 9, est constitué par le jeu 12t prévu entre le piston 8 et la paroi de la chambre dans laquelle il coulisse; la soupape pilote 15 se trouve au bas du tube central 14, tandis que des trous 36, en haut de ce tube, et un trou 37, en bas sur le; corps de la vanne, complètent la canalisation de fuite qui met en communication la chambre intermédiaire 9 avec la chambre de sortie 4; la soupape pilote 15 est por- tée par une tige 38 qui coulisse de façon étanche dans
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le corps de la vanne ;
unressort de compression 39 tend à faire remonter la tige 38; et un électro- aimant 41, à petit entrefer 42,est aménagé pour que son excitation provoque la descente de la tige
38. Quand l'électro-aimant n'est pas excité, le ressort 39 applique la soupape pilote 15 sur son siège, ce qui détermine la fermeture de la vanne; ; l'excitation de l'électro-aimant fait descendre ltarmature mobile 43 sur l'armature fixe 44 ; d'où la descente de la tige 38, et par suite, l'ouverture de la soupape pilote 15 ; cette ouverture entraîne celle de la soupape principale 7, pour les raisons exposées à propos de la figure 1.
La vanne représentée sur la figure 4 dif- fère de celle représentée sur la figure 1, surtout en ce que 1'électro-aimant 46 de commande de la sou- pape pilote 15 est aménagé pour que son excitation . provoque la fermeture de la vanne. Dans la position illustrée figure 4, l'électro-aimant est excité, et son armature mobile 47 se trouve appliquée sur l'ar- mature fixe 48 ; une vis de réglage 49, solidaire de l'armature mobile 47, appuie, par l'intermédiaire d'une rondelle de caoutchouc dur 51, sur l'extrémité de la tige 52 qui porte la soupape pilote 15; le ré- glage de la vis 49 est tel, que cette soupape se trou- ve alors fermée.
Lorsque cesse l'excitation de l'élec-
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tro-aimant, le ressort de compression 53 rappelle la tige 52 vers le haut; d'où l'ouverture de la soupape pilote 15, et par suite celle de la vanne.
Sur la figure 4, 54 désigne des trous et 56 une cavité qui permettent la communication entre la chambre intermédiaire 9 et l'intérieur du tube cen- tral 14,57 désigne un joint d'étanchéité du pas- sage de la tige 52 dans le chapeau 11; en outre, on y a porté des chiffres de référence qui sont les mêmes que certains portés sur la figure 1; ces mêmes chiffres désignent des pièces -analogues sur les deux figures, et il suffit de se reporter à la description de la figure pour avoir une compréhen- sion plus complète de la figure 4.
Cette dernière observation vise également la figure 5, où l'on retrouve aussi des pièces dé- crites à propos de la figure 1. La vanne représentée sur la figure 5 comprend, en outre, un orifice de dé- charge 61 mettant en communication, sous le contrôle d'une soupape de décharge 62, la chambre de sortie 4, avec une chambre de décharge 63; un second piston différentiel 64 est solidaire de cette soupape, et coulisse de façon étanche dans une seconde chambre intermédiaire 66, un joint 67 assurant l'étanchéité; un manchon 68 solidarise l'ensemble soupape prini- pale 7 - piston 8, de l'ensemble soupape de décharge
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62 - piston 64; ce..dernier ensemble coulisse de façon étanche autour du tube central 14, un joint
69 assurant l'étanchéité;
des trous 71 font commu- niquer l'intérieur du tube central 14 avec la se- conde chambre intermédiaire 66, laquelle communique avec la chambre de sortie 4, par une canalisation formée des trouas 72 et 73, une vis - pointeau 74 permettant de relier le débit du fluide dans cette canalisation. L'orifice de fuite, qui fait commu- niquer les chambres ,3 et 9, est constitué par deux trous 12" et 12''', tandis que des trous 76 permet- tent d'assurer la communication entre la chambre 9. et la cavité 77 située au;,dessus de la soupape 15.
Le fonctionnement de la vanne figure 5 est le suivant : Tant que 1'électro-aimant 26 n'est pas excité., le poids de la masselotte 24 et la force élastique du ressort 31 maintiennent la soupape pi- . lote 15 fermée, et la vanne se trouve dans les con- ditions illustrées figure 5, c'est-à-dire que la soupape principale 7 obture l'orifice 6, tandis que la soupape de décharge 62 n'obture pas l'orifice 61 ; un appareil récepteur, qui serait relié à la chambre de sortie 4, se trouverait donc, isolé de l'appareil d'alimentation relié à la chambre d'entrée 3, et pour- rait évacuer,' par l'orifice 61, le fluide qu'il con- tiendrait, ce fluide passant dans la chambre 63, et
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de là, par exemple, à un réservoir relié à cette ' chambre.
L'excitation'de l'électro-aimant 26 provoque la levée de la soupape pilote 15; ce qui permet, au -fluide de la chambre 9, de s'écouler, par le tube' central 14, dans la chambre 66, et de là, par les trous 72 et 73, dans la chambre de sor- tie 4; cet écoulement du fluide entraîne l'ouver- ture de la soupape principale 7, et la fermeture de la soupape de décharge 62 ; piston différen- tiel 64, sur la face inférieure duquel s'exerce la pression régnant dans la chambre 66,- maintiendra la soupape 62 fermée, tandis que le fluide de la chambre 3 passera, par l'orifice principal 6, dans, ,la chambre 4, et de là, sera amené dans l'appareil récepteur relié à cette dernière chambre.
Lorsque l'excitation de l'électro-aimant 26 cessera, la sou- pape pilote 15 se refermera, ce qui entraînera la : montée de la pression dans la chambre 9, et par sui- te, la descente du piston 8,; en même temps, le flui- de contenu dans la chambre 66 s'écoulera par les trous 72 et 73, et finalement, la vanne se retrou- vera fermée, dans les conditions illustrées à la fi- gure 5.
Pour modifier la vitesse de fermeture ou d'ouverture de la vanne, on agirez sur la vis-pointeau 74. Si l'on veut, par example, réduire la vitesse de
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fermeture, on vissera la vis-pointeau 74; la sec- tion de passage, du trou.3?2 au trou.73, s'en trou- vera diminuée, et il faudra plus de temps, au flui- de contenu dans la chambre 66 pour s'écouler dans la chambre 4; d'où une descente plus lente du pis- ton 64 et de la soupape principale 7 qui. lui est solidaire, et par suite, une fermeture plus lente de la vanne.
La forme d'exécution de figure 6, comme celle représentée aux figures 1 et 2, comprend une chambre d'entrée 80, une chambre de sortie 81 com- muniquant par un orifice 82, un ensemble soupape et piston différentiel 83 commandant cette entrée, une chambre intermédiaire 88, un tube central 84 et une soupape pilote 85 commandée électromagné- tiquement.
Elle est destinée à être employée pour la commande de fluide à faible pression, de façon que la différence de pression s'exerçant sur les deux vannes du piston différentiel pour le soulever sera faible. En conséquence, l'ensemble soupape - piston différentiel 83 est constitué par un corps creux é- tanche, donc de faible densité et se comportant comme un flotteur. En outre, le tube central 84 communique avec la chambre de sortie 81.par des orifices 86 pra- tiqués dans sa paroi et séparés du reste de la chambre
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au moyen d'un écran 87.
De cette façon, lorsque la soupape pilote 85 aura été soulevée, le fluide qui s'écoulera àtravers le tube central et les orifices 86 provoquera une dépression dans la cham- bre intermédiaire qui tendra à attirer l'ensemble soupape - piston 83 vers le haut ; soupape se sou- lèvera alors de son siège et permettra l'écoulement direct du fluide de la chambre 80 vers celle 86.
Bien entendu, d'autres exemples de réali- ' sation que ceux représentés au dessin peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, on peut imaginer une vanne du genre de cel- le représentée figure 5, où la soupape pilote 15 se- rait commandée comme dans la vanne figure 4 ; on réa- liserait ainsi une vanne électromagnétique à trois voies, dont la fermeture serait assurée par l'exci- tation de 'l'électro-aimant. D'autres combinaisons des éléments des vannes représentées sont également possibles.
D'autre part, au lieu de contrôler le pas- sage du fluide, dans la canalisation de fuite, par une soupape pilote 15 mobile par rapport au tube central 14, on peut effectuer le même contrôle, avec une soupape pilote fixe, et un tube central mobile dont le mouvement serait contrôlé par l'électro-aimant ; ainsi, il est.facile d'imaginer une transformation de la vanne figure 3, en rendant la tige 38 fixe par
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rapport au corps 1, et en montant l'électro-aimant 41, au-dessus de la vanne, de manière qu'il com- mande le mouvement du tube central 14, celui-ci étant, à cette-fin, prolongé vers le haut, au tra- vers du chapeau 11, et rendu axialement mobile; le joint d'étanchéité 40 n'aurait plus de'raison d'ê- tre; par contre, un joint d'étanchéité devrait être prévu au passage du tube central 14 dans le chapeau 11;
on pourrait d'ailleurs se passer de ce dernier joint si, pour déplacer le tube central, au lieu de .1'électro-aimant 41.de la figure 3, on montait, au- dessus de la vanne, 1'électro-aimant 26 de'la.figuré