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Le présent brevet a pour objet une vanne électromagnétique pour fluides à toutes pressions,
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comprenant au moins une soupape commandée par un électro-aimant et solidaire d'au moins un piston sur une face duquel le fluide sous pression exerce une force sensiblement égale et opposée à celle qu'il exerce sur la soupape.
Cette vanne est caractérisée par le fait que la soupape estsoumise, d'une part à l'action permanente d'au moins un ressort la maintenant dans une première position quand l'électro-aimant n'est pas excité, et d'autre part, mais seulement lorsque l'électro-aimant est excité, à l'action supplémentai- re d'au moins un ressort antagoniste de façon que l'action résultante des deux ressorts la maintienne dans une seconde position.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem- ple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'in- vention et des variantes.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une première forme d'exécution constituant une vanne à trois voies, l'électro-aimant étant désexcité; la fig. 2 est une coupe semblable partielle de cette forme d'exécution, l'électro-aimant étant excité.
La fig. 3 est une coupe longitudinale par- tielle d'une deuxième forme d'exécution constituant une vanne à deux voies.
La fig. 4 est une vue semblable d'une troi- sième forme d'exécution, constituant une vanne à cinq voies.
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@ La fige 5 est une coupe longitudinale d'une quatrième forme d'exécution comprenant deux soupapes; la fig. 6 en est une coupe partielle illustrant son fonctionnement; la fig. 7 représente en coupe une variante d'un détail.
La vanne à trois voies représentée aux fig.
1 et 2 est constituée par un corps 1 dans lequel se meut verticalement la tige de commande 2 de la soupape à double effet 2a et les pistons compensateurs 3 et 4.
La partie supérieure 8 de la tige 2, de section carrée, coulisse à frottement gras dans un trou de forme cor- respondante ménagé dans la carcasse 6a de l'électro- aimant 6; celui-ci est protégé par un carter 6b. La tige se termine à l'extrémité supérieure par une col- lerette 14 sur laquelle prend appui un-ressort 11 portant un étrier 10 fixé sur l'armature 7 de l'électro- aimant. Elle repose par son extrémité inférieure sur un ressort 9 supporté par la paroi inférieure, percée d'un trou 16, du corps 1.
Le corps 1 présente trois orifices, un ori- fice d'admission A débouchant dans la chambre 17 de la soupape et deux orifices d'échappement B et C si-. tués respectivement de part et d'autre de cette chambre 17 et communiquant avec les cylindres 18 et
19 des pistons, dont l'étanchéité est assurée par des joints circulaires 5. La course de la soupape est plus petite que la course de l'armature, en sorte que,
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lorsque cette dernière est attirée et que la soupape repose sur son siège 13, la collerette 14 est écartée de l'armature d'une distance (fig.2).
Le fonctionnement de la vanne représentée aux fig. 1 et 2 est le suivant :
Lorsque l'électro-aimant n'est pas excité (fig.l), la soupape est appliquée sur son siège 12 et le fluide sous pression est dirigé de A vers B.
L'action du fluide sur la soupape est intégralement compensée par la force qu'il exerce sur le piston 3, de sorte que la force appliquant la soupape sur son siège, est la résultante de la force développée par le ressort 9 et des forces de frottement dues aux joints circulaires.
Quand 1'électro-aimant est excité, la sou- pape est dans sa position inférieure (fig.2). Le fluide sous pression passe de l'orifice A à l'orifice C et son action sur la soupape est détruite, comme précé- demment, par l'action qu'il produit sur le piston 4.
La liaison entre la tige 2 et l'armature 7 étant élas- tique, la force d'attraction magnétique n'intervient pas directement et la force maintenant la soupape sur son siège 13 est la.résultante des forces élastiques antagonistes des deux ressorts et des forces de frot- tement.
On voit que dans les deux états de fonction- nementde la vanne, les forces appliquées à la soupape
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sont uniquement déterminées, si l'on fait abstraction du poids de la tige et de son équipage., par les forces engendrées par les ressorts 9 et 11.
Le gros avantage de cette construction rési- de dans un fonctionnement très doux de la soupape, qui, n'étant pas actionnée par le fluide sous pression, n'est jamais violemment appliquée contre son siège comme dans les constructions usuelles. Il y a lieu de remarquer de plus que même si l'armature est at- tirée très brutalement par l'électro-aimant, la liai- son élastique constituée par le ressort 11 ne trans- met le mouvement de l'armature à la tige que progres- sivement et que, par conséquent, dans ce cas encore,. il n'y a pas de choc nuisible entre soupape et siège,
La vanne à deux voies représentée à la fig.
3 est une variante de celle des fig. 1 et 2 ne compre- nant que deux orifices, l'un d'admission, l'autre d'é- chappement, la soupape n'ayant pour fonction que de laisser le fluide s'écouler ou d'interrompre.'son écoulement.
La fig. 4 représente'une vanne double for- mée de deux vannes semblables à celle des fig. 1 et 2. Cette vanne ne comprend qu'un ressort 15, dont l'action sur chacune des tiges de commande est fonc- tion de l'état de chacun des électro-aimants. Il en résulte que l'on peut faire dépendre les états des deux vannes, par exemple interdire dans la première
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le passage du fluide de A1 à B1 lorsque dans la se- conde il passe de A2 à C2.
La vanne représentée à la fig. 5 se diffé- rencie des précédentes par le fait qu'elle comprend deux soupapes 2a disposées parallèlement et soumises chacune à l'action permanente d'un ressort 9 et par le fait que ces soupapes ne sont soumises, quand l'électro-aimant est excité, à l'action supplémentai- re que d'un seul ressort antagoniste 11 agissant si- multanément sur les deux soupapes par l'intermédiaire d'un palonnier 20 contre les faces inférieure et supérieure duquel prennent appui respectivement deux tétons 21 solidaires des soupapes et la tige de com- mande 2.
Elle en diffère encore par une construction légèrement différente de l'électro-aimant dont l'ar- mature est remplacée par un noyau plongeur magnétique 23 coulissant dans un alésage ménagé dans une saillie 24 du carter 6b qui est vissé sur le corps 1 de la vanne tandis que la tige 2 est guidée axialement dans une armature magnétique 25 sur laquelle est ajustée la bobine 26 de l'électro-aimant, cette armature étant munie d'une embase circulaire 27 fermant ainsi le cir- cuit magnétique de la partie inférieure de l'électro- aimant avec le carter 6b.
De plus, la tension du ressort 11, qui est maintenu dans un trou borgne du noyau 23 par un bou- -chon fileté 28, peut être réglée par déplacement axial de ce bouchon.
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Les deux soupapes sont appliquées contre leurs sièges supérieurs 12 sous les actions respec- tives des deux ressorts 9 quand l'électro-aimant n'est pas excité, et contre leurs sièges inférieurs
13 sous l'action résultante des ressorts 9 et 11 lorsque l'électro-aimant est excité.
Cette vanne comprend cinq orifices dési- gnés respectivement par les lettres A, B, C, D et E.
Si l'on admet que A représente un orifice d'admission quelle que soit la position des soupapes,
B et E des orifices d'admission ou d'évacuation selon que les soupapes sont dans leurs positions supérieure ou inférieure, C et D uniquement des orifices d'évacua- 'tion dans l'une des deux positions des soupapes, on voit qu'il s'établit dans les deux états de la vanne les écoulements suivants : 1. Etat non excité de l'électro-aimant (flèches en traits pleins)
Le fluide s'écoule de A vers B et de E vers D
2.
Etat excité de l'électro-aimant, (flèches en traits interrompus)
Le fluide s'écoule de A vers E et de B vers C
La figure 6 montre que lorsque l'électro- aimant est excité, la collerette 14 de la tige 2 est décollée de la surface du royau 23 lui servant d'appui quand cet électro-aimant n'est pas excité,
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ceci de manière que les soupapes soient maintenues contre leurs sièges inférieurs par l'action résul- tante des ressorts 9 et 11.
La figure 7 représente une variante dans laquelle les joints d'étanchéité annulaires 5 de la figure 1 ont été remplacés par des joints à soufflets.
Il est bien évident que les orifices A à E pourraient être reliés différemment. On pourrait aussi prévoir une canalisation entre C et D.
Il est évident que l'on pourrait envisager un grand nombre d'autres variantes sans sortir du ca- dre de l'invention. Par exemple, au lieu d'utiliser des ressorts travaillant à la compression, on pourrait avoir des ressorts travaillant à la traction. En ou- tre, dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, on pourrait renverser le sens d'écoulement du fluide, c'est-à-dire faire affluer deux fluides différents en
B respectivement en C, ces deux fluides étant alterna- tivement dirigés par la soupape sur l'orifice A. Dans le même ordre d'idées, on pourrait, dans la forme d'exécution représentée à la fig. 5, relier différem- ment les orifices A à E, en particulier prévoir une communication entre les orifices C et D.
On pourrait encore imaginer de mélanger deux ou plusieurs fluides dans des proportions dé- terminées par la position de la soupape et les sec- tions de passage offertes à chacun des fluides. Dans ce cas, il faudrait simplement prévoir que l'armature ne soit pas limitée à occuper deux positions extrêmes
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correspondant à l'excitation et à la non-excitation de l'électro-aimant, mais encore des positions inter- médiaires correspondant au passage dans la bobine de l'électro-aimant de courants d'intensités différentes.
Rien n'empêche en outre de prévoir un se- cond électro-aimant agissant sur le ressort 9 ou sur la face inférieure du piston 3 comme l'électro- aimant supérieur agit sur la face supérieure du pis- ton 4, afin que les deux. positions de la soupape soient commandées par l'excitation de l'un ou de l'autre électro-aimant, solution qui aurait l'avan- tage de permettre la coupure du courant sur les deux électro-aimants lorsque la soupape aurait été placée sur la position choisie et verrouillée par un dispo sitif approprié ; un système d'interrupteur commandé par les équipages mobiles pourrait couper l'excita- tion de la bobine sous tension lorsque l'armature se- rait par exemple en fin de course.
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The present patent relates to an electromagnetic valve for fluids at all pressures,
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comprising at least one valve controlled by an electromagnet and integral with at least one piston on one face of which the pressurized fluid exerts a force substantially equal and opposite to that which it exerts on the valve.
This valve is characterized by the fact that the valve is subjected, on the one hand to the permanent action of at least one spring maintaining it in a first position when the electromagnet is not energized, and on the other hand , but only when the electromagnet is energized, to the additional action of at least one antagonist spring so that the resulting action of the two springs maintains it in a second position.
The accompanying drawing shows, by way of example, several embodiments of the object of the invention and of variants.
Fig. 1 is a longitudinal section of a first embodiment constituting a three-way valve, the electromagnet being de-energized; fig. 2 is a partial similar section of this embodiment, the electromagnet being energized.
Fig. 3 is a partial longitudinal section of a second embodiment constituting a two-way valve.
Fig. 4 is a similar view of a third embodiment, constituting a five-way valve.
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@ Fig 5 is a longitudinal section of a fourth embodiment comprising two valves; fig. 6 is a partial section showing its operation; fig. 7 shows in section a variant of a detail.
The three-way valve shown in fig.
1 and 2 consists of a body 1 in which the control rod 2 of the double-acting valve 2a and the compensating pistons 3 and 4 move vertically.
The upper part 8 of the rod 2, of square section, slides with greasy friction in a hole of corresponding shape made in the frame 6a of the electromagnet 6; this is protected by a housing 6b. The rod ends at the upper end with a collar 14 on which bears a spring 11 carrying a bracket 10 fixed to the frame 7 of the electromagnet. It rests by its lower end on a spring 9 supported by the lower wall, pierced with a hole 16, of the body 1.
The body 1 has three orifices, an inlet port A opening into the chamber 17 of the valve and two outlet ports B and C si-. killed respectively on either side of this chamber 17 and communicating with the cylinders 18 and
19 pistons, which are sealed by circular seals 5. The stroke of the valve is smaller than the stroke of the armature, so that,
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when the latter is attracted and the valve rests on its seat 13, the collar 14 is spaced from the frame by a distance (fig.2).
The operation of the valve shown in fig. 1 and 2 is as follows:
When the electromagnet is not excited (fig.l), the valve is applied to its seat 12 and the pressurized fluid is directed from A to B.
The action of the fluid on the valve is fully compensated by the force it exerts on the piston 3, so that the force applying the valve to its seat is the result of the force developed by the spring 9 and the forces of friction due to circular joints.
When the electromagnet is energized, the valve is in its lower position (fig.2). The pressurized fluid passes from port A to port C and its action on the valve is destroyed, as before, by the action it produces on piston 4.
The connection between the rod 2 and the frame 7 being elastic, the magnetic force of attraction does not intervene directly and the force holding the valve on its seat 13 is the result of the opposing elastic forces of the two springs and frictional forces.
It can be seen that in the two operating states of the valve, the forces applied to the valve
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are only determined, if we disregard the weight of the rod and its crew., by the forces generated by the springs 9 and 11.
The great advantage of this construction lies in a very smooth operation of the valve, which, not being actuated by the pressurized fluid, is never violently applied against its seat as in usual constructions. It should also be noted that even if the armature is pulled very suddenly by the electromagnet, the elastic connection formed by the spring 11 does not transmit the movement of the armature to the rod. that gradually and that, consequently, in this case again ,. there is no harmful shock between valve and seat,
The two-way valve shown in fig.
3 is a variant of that of FIGS. 1 and 2 comprising only two orifices, one inlet, the other outlet, the valve having only the function of letting the fluid flow or of interrupting its flow. .
Fig. 4 shows a double valve formed from two valves similar to that of FIGS. 1 and 2. This valve only comprises a spring 15, the action of which on each of the control rods depends on the state of each of the electromagnets. As a result, the states of the two valves can be made to depend, for example prohibiting in the first
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the passage of the fluid from A1 to B1 when in the second it passes from A2 to C2.
The valve shown in fig. 5 differs from the previous ones by the fact that it comprises two valves 2a arranged in parallel and each subjected to the permanent action of a spring 9 and by the fact that these valves are not subjected, when the electromagnet is energized, with the additional action of a single antagonist spring 11 acting simultaneously on the two valves by means of a lifter 20 against the lower and upper faces of which bear respectively two studs 21 integral with the valves and the control rod 2.
It also differs from it by a slightly different construction from the electromagnet, the frame of which is replaced by a magnetic plunger 23 sliding in a bore formed in a projection 24 of the housing 6b which is screwed onto the body 1 of the valve while the rod 2 is guided axially in a magnetic armature 25 on which is fitted the coil 26 of the electromagnet, this armature being provided with a circular base 27 thus closing the magnetic circuit of the lower part of the valve. the electromagnet with the housing 6b.
In addition, the tension of the spring 11, which is maintained in a blind hole of the core 23 by a threaded stopper 28, can be adjusted by axial displacement of this stopper.
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The two valves are applied against their upper seats 12 under the respective actions of the two springs 9 when the electromagnet is not energized, and against their lower seats
13 under the resulting action of springs 9 and 11 when the electromagnet is excited.
This valve has five orifices designated respectively by the letters A, B, C, D and E.
If we assume that A represents an inlet orifice whatever the position of the valves,
B and E of the inlet or outlet ports depending on whether the valves are in their upper or lower positions, C and D only the outlet ports in one of the two valve positions, it can be seen that the following flows are established in the two states of the valve: 1. Non-energized state of the electromagnet (arrows in solid lines)
The fluid flows from A to B and from E to D
2.
Excited state of the electromagnet, (arrows in dashed lines)
The fluid flows from A to E and from B to C
FIG. 6 shows that when the electromagnet is excited, the collar 14 of the rod 2 is detached from the surface of the royau 23 serving as a support for it when this electromagnet is not excited,
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this so that the valves are held against their lower seats by the resulting action of springs 9 and 11.
Figure 7 shows a variant in which the annular seals 5 of Figure 1 have been replaced by bellows seals.
It is obvious that the ports A to E could be connected differently. We could also provide a pipe between C and D.
It is evident that a large number of other variants could be envisaged without departing from the scope of the invention. For example, instead of using springs working in compression, we could have springs working in tension. In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, we could reverse the direction of flow of the fluid, that is to say make two different fluids flow in
B respectively in C, these two fluids being alternately directed by the valve to the orifice A. In the same vein, one could, in the embodiment shown in FIG. 5, connect ports A to E differently, in particular provide communication between ports C and D.
One could also imagine mixing two or more fluids in proportions determined by the position of the valve and the passage sections offered to each of the fluids. In this case, it would simply be necessary to provide that the reinforcement is not limited to occupying two extreme positions.
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corresponding to the excitation and non-excitation of the electromagnet, but also intermediate positions corresponding to the passage through the coil of the electromagnet of currents of different intensities.
In addition, nothing prevents providing a second electromagnet acting on the spring 9 or on the underside of the piston 3 as the upper electromagnet acts on the upper face of the piston 4, so that the two . valve positions are controlled by the excitation of one or the other electromagnet, a solution which would have the advantage of allowing the current to be cut off on the two electromagnets when the valve would have been placed on the position chosen and locked by an appropriate device; a switch system controlled by mobile crews could cut off the energization of the live coil when the armature was at the end of travel, for example.