FR2526117A1

FR2526117A1 - SWITCH VALVE

Info

Publication number: FR2526117A1
Application number: FR8218088A
Authority: FR
Inventors: Tadayoshi Uehara
Original assignee: Aida Engineering Ltd
Current assignee: Aida Engineering Ltd
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1983-11-04
Also published as: IT8224072A0; JPS591888A; SE8205817D0; DE3307215A1; IT1153620B; SE8205817L; GB2119481A

Abstract

LA SOUPAPE DE COMMUTATION DE L'INVENTION COMPREND UNE BROCHE D'ENTRAINEMENT 10 QUI EST MONTEE TOURILLONNANTE POUR OSCILLER LIBREMENT SUR UN ARBRE CENTRAL REALISE EN MATERIAU FERROMAGNETIQUE, DES BOBINES 12 SUR LA BROCHE POUR LE PASSAGE D'UN COURANT ELECTRIQUE, DEUX AIMANTS PERMANENTS 15 DE PART ET D'AUTRE DE LA BROCHE, DEUX CLAPETS PILOTES 18, 18A MONTES POUR VENIR EN BUTEE CONTRE LA BROCHE ET QUI OUVRENT OU FERMENT UN CONDUIT 19 DE PRESSION PILOTE CONDUISANT A UNE BOITE DE DISTRIBUTION 24, 24A DE SOUPAPE DE COMMUTATION, ET DES PIVOTS 27, 17A LOGES DANS LA BOITE ET DEPLACES SOUS L'EFFET DE LA PRESSION PILOTE ADMISE DANS LA BOITE, DE FACON A OUVRIR OU FERMER UN CIRCUIT D'ADMISSION 31 ET UN CIRCUIT D'ECHAPPEMENT 32, 32A DU FLUIDE SOUS PRESSION. APPLICATION AUX ROBOTS INDUSTRIELS FONCTIONNANT PAR PRESSION D'HUILE.THE SWITCHING VALVE OF THE INVENTION INCLUDES A DRIVE PIN 10 WHICH IS SWIVEL MOUNTED TO OSCILLATE FREELY ON A CENTRAL SHAFT MADE OF FERROMAGNETIC MATERIAL, COILS 12 ON THE SPINDLE FOR THE PASSAGE OF AN ELECTRIC CURRENT, TWO PERMANENT MAGNETS 15 ON EACH OTHER OF THE SPINDLE, TWO PILOT VALVES 18, 18A MOUNTED TO STOP AGAINST THE SPINDLE AND WHICH OPEN OR CLOSE A PILOT PRESSURE DUCT 19 CONDUCTING TO A DISTRIBUTION BOX 24, 24A OF THE SWITCHING VALVE, AND PIVOTS 27, 17A HOUSED IN THE BOX AND MOVED UNDER THE EFFECT OF THE PILOT PRESSURE ALLOWED IN THE BOX, SO AS TO OPEN OR CLOSE AN INTAKE CIRCUIT 31 AND AN EXHAUST CIRCUIT 32, 32A OF THE FLUID UNDER PRESSURE. APPLICATION TO INDUSTRIAL ROBOTS OPERATING BY OIL PRESSURE.

Description

SOUPAPE DE COMMUTATIONSWITCH VALVE

La présente invention concerne une soupape de commuta- The present invention relates to a switching valve

tion destinée à être utilisée dans des circuits de commande intended for use in control circuits

de pression d'huile et analogues.oil pressure and the like.

On a utilisé en pratique différentes soupapes de com- In practice, various valves have been used.

mutation de ce type dans l'art antérieur, mais elles présen- mutation of this type in the prior art, but they

taient des inconvénients du fait que le système total deve- disadvantages of the fact that the total system

nait trop compliqué pour que la pression d'huile dans le sys- is too complicated for the oil pressure in the system to be

tème puisse être commandée numériquement en rendant la vites- tem can be numerically controlled by making the speed

se de commutation plus élevée.is switching higher.

Pour permettre aux robots industriels, fonctionnant par pression d'huile, de travailler à une vitesse supérieure, il est nécessaire d'obtenir tout d'abord un déplacement à vitesse élevée des éléments constituants tels que les bras et autres en un emplacement désiré, puis de les positionner et In order to allow the industrial robots, operating by oil pressure, to work at a higher speed, it is necessary first of all to obtain a high speed displacement of the constituent elements such as the arms and the like at a desired location, then to position them and

de les arrêter en position avec une haute précision Toute- to stop them in position with high precision Any-

fois, la vitesse de réponse des soupapes de commutation de l'art antérieur était lente et la'variation de la quantité time, the response speed of the switching valves of the prior art was slow and the variation of the quantity

d'huile était effectuée par voie analogique, ce qui nécessi- oil was made by analog means, which necessitated

tait ainsi que la soupape soit déclenchée en une position the valve is triggered in one position

suffisamment éloignée de l'emplacement désiré et que l'ouver- sufficiently far from the desired location and that the opening

ture de la soupape soit ajustée pendant la détection de la position des bras ou autres éléments par un capteur Comme the valve should be adjusted while detecting the position of the arms or other

l'ouverture de la soupape et la quantité d'huile ne coinci- the opening of the valve and the amount of oil do not coincide

dent pas toujours dans un système o la quantité d'huile varie en mode analogique, il est difficile de positionner de not always in a system where the amount of oil varies in analog mode, it is difficult to position

façon précise les bras ou autres éléments d'un robot indus- precisely the arms or other elements of an industrial robot.

triel, ce qui exige ainsi un nombre de mécanismes de correc- triel, which requires a number of mechanisms to

tion supplémentaires pour résoudre un tel problème. tion to solve such a problem.

Dans le cas o une telle soupape de commutation fonc- In the case where such a switching valve

tionne à une vitesse plus élevée pour pouvoir commander la quantité d'huile numériquement, il devient possible d'arrêter en position les bras ou autres éléments en un at a higher speed to be able to control the quantity of oil numerically, it becomes possible to stop the arms or other elements in position

emplacement désiré avec une précision supérieure par ouver- desired location with superior accuracy by opening

ture instantanée de la soupape après que les bras aient été déplacés à proximité dudit emplacement et par réglage de valve after the arms have been moved close to the said location and by adjusting the

l'ouverture ou d'un certain nombre d'ouvertures. opening or a number of openings.

Le but de l'invention est de réaliser une soupape de commutation qui soit en mesure d'améliorer la vitesse et la The object of the invention is to provide a switching valve which is able to improve the speed and

précision des robots industriels et analogues et, plus parti- accuracy of industrial and similar robots and, more specifically,

culièrement, l'invention vise à permettre de disposer d'une soupape de commutation à deux voies qui offre une excellente réponse de commutation (ouvert/fermé) et qui soit de construction simple. De façon générale, la soupape de commutation de l'invention est structurée de façon que l'axe central d'une In particular, the invention aims at providing a two-way switching valve which offers an excellent switching response (open / closed) and which is of simple construction. In general, the switching valve of the invention is structured so that the central axis of a

broche d'entraînement ferromagnétique est montée tourillon- Ferromagnetic drive spindle is mounted journal-

nante sur un corps de soupape de façon à permettre la libre oscillation de ladite broche, des bobines sont respectivement enroulées sur la broche d'entraînement de part et d'autre de la partie de ladite broche supportant l'axe central, une on a valve body so as to allow the free oscillation of said pin, coils are respectively wound on the drive pin on either side of the part of said pin supporting the central axis, a

paire d'aimants permanents de polarités différentes sont dis- pair of permanent magnets of different polarities are

posés en opposition pour retenir entre eux l'extrémité respective de la broche d'entraînement et une paire de clapets pilotes sont montés de façon à pouvoir venir buter respectivement contre chacune des deux extrémités de ladite broche d'entraînement, ladite paire de clapets pilotes étant utilisée pour ouvrir et fermer un conduit de pression pilote placed in opposition to retain between them the respective end of the drive pin and a pair of pilot valves are mounted so as to abut respectively against each of the two ends of said drive pin, said pair of pilot valves being used to open and close a pilot pressure line

conduisant à une boîte de distribution de la soupape de com- leading to a distribution valve distribution box

mutation directionnelle.directional mutation.

La boîte de distribution de la soupape de commutation de l'invention est pourvue de pivots qui sont placés sous la charge de ressorts entre un circuit d'admission du fluide sous pression et un circuit d'échappement du fluide sous pression Un circuit de pression pilote est en communication avec le pivot sur la face arrière de ce dernier, si bien que The distribution box of the switching valve of the invention is provided with pivots which are placed under the spring load between a pressurized fluid inlet circuit and a pressurized fluid exhaust circuit. A pilot pressure circuit is in communication with the pivot on the rear face of the latter, so that

la pression pilote est dirigée de façon intermittente à l'ar- the pilot pressure is intermittently directed to the

rière des pivots lorsqu'on actionne ladite broche d'entraîne- of the pivots when actuating said driving spindle

ment pour déplacer les pivots en connectant ainsi le circuit to move the pivots thus connecting the circuit

d'admission du fluide sous pression à tous circuits d'échap- of the pressurized fluid to all escape circuits.

pement désirés.desired.

Le circuit de pression pilote conforme à l'invention est connecté à l'arrière desdits pivots par l'intermédiaire de sièges de clapet et les clapets pilotes viennent buter sur les sièges de clapet Ledit clapet pilote est pressé de façon à fermer le circuit par une tige allongée qui se trouve accouplée en cours de fonctionnement avec ladite broche The pilot pressure circuit according to the invention is connected to the rear of said pivots by means of valve seats and the pilot valves abut on the valve seats Said pilot valve is pressed so as to close the circuit by a elongated shaft which is coupled during operation with said spindle

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d'entraînement L'admission de la pression pilote à l'arrière des pivots s'effectue par répétition des actions de pression/libération du clapet pilote sous l'effet du The pilot pressure is applied to the rear of the pivots by repeating the pressure / release actions of the pilot valve under the effect of the

fonctionnement de broche d'entraînement. drive pin operation.

La soupape de commutation selon l'invention est carac- térisée par le fait qu'elle est apte à changer rapidement le The switching valve according to the invention is characterized by the fact that it is capable of rapidly changing the

trajet d'écoulement du fluide sous pression par simple com- flow path of the fluid under pressure by simple com-

mande et régulation du courant de commande de la bobine, ce qui est simple aussi bien du point de vue électrique que de command and control of the coil control current, which is simple both from the electrical point of view

la construction mécanique.mechanical construction.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention

ressortiront plus clairement à la lecture de la description will emerge more clearly from reading the description

qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: which will follow of an exemplary embodiment, given by way of indication, but in no way limiting, with reference to the appended drawings, in which:

La figure 1 est une vue en coupe verticale de la sou- FIG. 1 is a vertical sectional view of the

pape de commutation assemblée selon l'invention; La figure 2 est une vue en coupe suivant 2-2 de la soupape représentée sur, la figure 1; et switching poppet assembly according to the invention; Figure 2 is a sectional view along 2-2 of the valve shown in Figure 1; and

La figure 3 est une vue à échelle agrandie de la par- FIG. 3 is a view on an enlarged scale of the

tie 3 de la figure 1.3 of Figure 1.

Sur la figure 1, on peut voir qu'une chambre à élec- In FIG. 1, it can be seen that an electromechanical chamber

trodes B montée au-dessus d'un corps de soupape A présente trodes B mounted above a valve body A present

une broche d'entraînement réalisée en un matériau ferromagné- a drive spindle made of a ferromagnetic material

tique de faible rémanence, par exemple en fer doux, qui est montée tourillonnante autour de son axe central sur un arbre a low-persistence tick, for example of soft iron, which is rotated around its central axis on a tree

ponctuel 11 de support de façon à pouvoir osciller librement. punctual support 11 so as to be able to oscillate freely.

Par l'intermédiaire de bobines d'enroulement 12, 12 prévues de part et d'autre de l'arbre 11, on fait passer du courant électrique à travers lesdites bobines 12, 12 depuis des bornes 13, 14 de façon à exciter une extrémité de la broche d'entraînement 10 en tant que pôle N, tandis que l'autre extrémité forme un pôle S. Une paire d'aimants permanents 15 sont disposés à l'intérieur de la chambre à électrodres B, de part et d'autre de la broche d'entraînement 10, de façon opposée l'un à l'autre et retenant entre eux les extrémités de ladite broche Through winding coils 12, 12 provided on either side of the shaft 11, electric current is passed through said coils 12, 12 from terminals 13, 14 so as to excite one end. of the drive pin 10 as pole N, while the other end forms a pole S. A pair of permanent magnets 15 are disposed inside the electrode chamber B, on both sides of the drive pin 10, opposite to one another and holding between them the ends of said pin

de façon à positionner, par exemple, le pôle N dans une posi- in order to position, for example, the pole N in a posi-

tion en regard de la surface inférieure de la broche d'entraînement 10, tandis que le pôle S se trouve en regard de la surface supérieure de ladite broche Comme représenté dans la figure 1, lorsque du courant continu positif est envoyé à la borne 13 et du courant continu négatif à la borne 14 pour exciter la broche d'entraînement 10, ladite broche d'entraînement 10 subit alors une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre autour du point de support de facing the lower surface of the drive pin 10, while the pole S is facing the upper surface of said pin As shown in Figure 1, when positive DC current is sent to the terminal 13 and from negative direct current to terminal 14 to energize drive pin 10, said drive pin 10 is then rotated clockwise around the support point of

l'arbre ponctuel 11 de support.the point tree support 11.

Ladite broche d'entraînement 10 a une longueur suffi- Said drive pin 10 is of sufficient length

sante pour faire saillie aux deux extrémités de la chambre à électrodes B et des tiges allongées 16, 16 a sont montées sur le corps de soupape A de façon à pouvoir subir des mouvements to protrude at both ends of the electrode chamber B and elongated rods 16, 16a are mounted on the valve body A so as to be able to undergo movements.

libres verticaux dans des positions o lesdites tiges vien- vertical positions in positions where said stems come

nent s'opposer respectivement aux deux extrémités de ladite broche d'entraînement 10 Chaque moitié supérieure des tiges allongées 16, 16 a est respectivement emboîtée dans le corps de soupape A de façon à permettre des déplacements axiaux desdites tiges tandis que des extrémités inférieures de celle-ci sont disposées bout à bout avec des clapets pilotes 18, 18 a logés à l'intérieur de bulbes 17, 17 a Lesdits clapets pilotes 18, 18 a ont une forme sphérique et agissent à The upper half of the elongate rods 16, 16a are respectively fitted into the valve body A to allow axial displacements of the said rods while the lower ends of the rods they are arranged end to end with pilot valves 18, 18 housed inside bulbs 17, 17a. Said pilot valves 18, 18a have a spherical shape and act at

l'intérieur des bulbes 17, 17 a de façon à changer la pres- the interior of the bulbs 17, 17 has a way of changing the pressure

sion en provenance des conduits 19 de pression pilote de from the pilot pressure conduits 19

pour relier ceux-ci à des conduits 20, 20 a d'admis- to connect these to conduits 20, 20 a of admission

sion de pression pilote ou pour les séparer des conduits pilot pressure or to separate them from the ducts

d'admission 20, 20 a et les relier aux conduits 21, 21 a. intake 20, 20 a and connect them to the ducts 21, 21 a.

En se référant maintenant à la figure 3, lorsque le clapet pilote 18 reçoit la pression d'abaissement sous l'action de la tige allongée 16, le clapet pilote ferme le siège de clapet 22 du conduit 19 de pression pilote de façon à ouvrir le conduit 20 d'admission et le conduit 21 de Referring now to FIG. 3, when the pilot valve 18 receives the lowering pressure under the action of the elongated rod 16, the pilot valve closes the valve seat 22 of the pilot pressure conduit 19 so as to open the intake duct 20 and duct 21 of

détente Lorsque d'autre part, la pression de la tige allon- When, on the other hand, the pressure of the stem allo-

gée 16 est relâchée, le clapet pilote ferme le siège de clapet 23 menant au conduit de détente, ouvrant ainsi le 16 is released, the pilot valve closes the valve seat 23 leading to the expansion conduit, thereby opening the

conduit 20 de pression pilote.pilot pressure conduit.

Les extrémités des conduits 20, 20 a d'admission de la pression pilote sont connectés à des boites de distribution The ends of the pilot pressure admission ducts 20, 20 a are connected to distribution boxes

2 25261172 2526117

24, 24 a Les boîtes de distribution 24, 24 a sont délimitées par une cloison centrale 25 de séparation et des parois arrière 26, 26 a de façon à former une paire de boîtes séparées Sur la figure 2 ona représente une paire de boîtes de distribution 24, 24 a qui sont disposées en parallèle et les conduits d'admission 20, 20 a comportent en un point intermédiaire une dérivation vers l'extérieur de façon à réaliser une admission d'air dans les boîtes de distribution respectives Les boîtes de distribution 24, 24 a logent des pivots 27, 27 a à coulissement, dont les arbres 28, 28 a ayant 24, 24a The distribution boxes 24, 24a are delimited by a central dividing wall 25 and rear walls 26, 26a so as to form a pair of separate boxes. FIG. 2 shows a pair of distribution boxes. 24, 24a which are arranged in parallel and the intake ducts 20, 20a comprise at an intermediate point an outward bypass so as to achieve an air intake in the respective distribution boxes The distribution boxes 24 , 24a house pivots 27, 27a with sliding, whose shafts 28, 28 having

des faibles diamètres, pénètrent dans la cloison de sépara- small diameters penetrate into the partition wall

tion 25 de façon à s'y abouter mutuellement Des ressorts 29, 29 a sont montés entre les pivots 27, 27 a et les parois arrière 26, 26 a, de façon que lesdits pivots 27, 27 a se trouvent constamment pressés l'un contre l'autre sur les arbres 28, 28 a de faible diamètre Il y a lieu de remarquer que les pivots 27, 27 a sont en forme de colonnettes et, bien qu'ils soient coupés en deux pour faciliter la fabrication de chacun d'eux, il est préférable qu'ils coulissent tous deux The springs 29, 29a are mounted between the pivots 27, 27a and the rear walls 26, 26a, so that said pivots 27, 27a are constantly squeezed one by one. against the other on the shafts 28, 28a of small diameter It should be noted that the pivots 27, 27a are in the form of columns and, although they are cut in half to facilitate the manufacture of each of them, it is better that they both slide

en tant qu'élément d'une seule pièce. as part of one piece.

Lorsqu'aucune pression n'est appliquée à partir des conduits 20, 20 a d'admission de la pression pilote sur les pivots 27, 27 a, lesdits pivots sont positionnés de façon à When no pressure is applied from the ducts 20, 20 a of pilot pressure admission on the pivots 27, 27 a, said pivots are positioned so as to

fermer les sièges de soupape 30, 30 a Les boîtes de distribu- close the valve seats 30, 30 a The distribution boxes

tion 24, 24 a sont placées de part et d'autre des sièges de soupape 30, 30 a, l'une étant connectée au circuit d'admission 24, 24a are placed on either side of the valve seats 30, 30a, one being connected to the intake circuit

31 et l'autre aux circuits d'échappement 32, 32 a. 31 and the other to the exhaust circuits 32, 32 a.

Si les pivots 27, 27 a se trouvent déplacés à gauche sous l'effet de la pression pneumatique alimentant le conduit 20 d'admission de la pression pilote, la pression de fluide provenant du circuit d'admission 31 du fluide sous pression est évacuée dans le circuit d'échappement 32 Au contraire, If the pivots 27, 27 a are displaced to the left under the effect of the pneumatic pressure supplying the conduit 20 for admission of the pilot pressure, the fluid pressure coming from the intake circuit 31 of the pressurized fluid is discharged into the exhaust system 32 On the contrary,

si la pression pilote est fournie à la botte de distri- if the pilot pressure is supplied to the dispensing boot

bution 24 a du côté gauche, les pivots 27, 27 a se déplacent à droite de façon à évacuerla pression de fluide dans le circuit d'échappement 32 a Lorsque d'autre part, la pression pilote est fournie à la boîte de distribution 24 a de gauche, les pivots 27, 27 a sont déplacés à droite de façon à évacuer la pression de fluide à partir du circuit d'échappement 32 se 24, on the left side, the pivots 27, 27a move to the right so as to discharge the fluid pressure in the exhaust circuit 32a. On the other hand, the pilot pressure is supplied to the distribution box 24a. left, the pivots 27, 27 a are moved to the right so as to evacuate the fluid pressure from the exhaust circuit 32 se

trouvant du côté droit.finding on the right side.

Lorsque du courant continu positif alimente la borne 13 et que du courant négatif alimente la borne 14, sur la figure 1, la broche d'entraînement 10 bascule dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'arbre de support 11 en poussant vers le bas la tige allongée 16 prévue du côté droit Si du courant négatif est appliqué à la borne 13 et du courant positif est appliqué à la borne 14, la broche d'entraînement 10 bascule alors du côté opposé en poussant vers le bas la tige allongée 16 prévue de l'autre côté ou côté de gauche En conséquence, la fourniture de fluide sous pression en provenance du circuit d'alimentation 31 aux When positive direct current feeds terminal 13 and negative current supplies terminal 14 in FIG. 1, drive pin 10 rotates clockwise around support shaft 11 by pushing downward the elongated rod 16 provided on the right side If negative current is applied to the terminal 13 and positive current is applied to the terminal 14, the drive pin 10 then switches to the opposite side by pushing down the rod As a result, the supply of pressurized fluid from the feed circuit 31 to the

circuits d'échappements 32, 32 a n'a lieu seulement que pen- exhaust circuits 32, 32a only take place

dant l'application de courant continu positif et négatif aux the application of positive and negative direct current to

bornes 13, 14.terminals 13, 14.

Claims

1. Switching valve, characterized in that it comprises a drive pin (10) which is journalled so as to be able to oscillate freely on a central shaft made of ferromagnetic material, on said pin being wound on both sides. other of said shaft of the coils (12) for the passage of an electric current, a pair of permanent magnets (15) of different polarities provided on either side of said drive pin, a pair of pilot valves ( 18, 18 a) which are mounted so as to abut against said drive pin and which open or close a pilot pressure line (19) leading to a switching valve timing boot (24, 24 a) , and pivots (27,27 a) which are housed in said distribution box and moved under the effect of said pilot pressure, when it is admitted in said box, so as to open

or close an intake circuit (31) and an exhaust circuit

32,32 a) of the fluid under pressure.

2. Switching valve according to claim 1, characterized in that each pilot valve (18,18 a) are housed in bulbs (17, 17 a) of the valve body, that it opens or closes the conduit (19 ) of pilot pressure and an expansion pipe (21) and that it is controlled by an elongated rod (16, 16 a) which is connected to the end of the spindle

drive.

3. Switching valve according to claim 2, characterized in that each pilot valve is of

spherical shape.

4. Switching valve according to claim 1, characterized in that said distribution box comprises a pair of boxes (24, 24 a) delimited by a central partition wall (25) and rear walls (26, 26 a) , the small diameter shafts (28,28, a) of the pivots (27,27 a) housed in said boxes penetrating into the central partition wall, so as to be placed end to end against each other and that when the pivots are biased by springs (29, 29 a) mounted between said pivots and the rear walls, said pivots close valve seats (30, 30 a) of the intake circuit (31) as well as

the exhaust system (32,32 a) of the pressurized fluid.

5. Switching valve according to claim 1, characterized in that said distribution box comprises a pair of boxes (24, 24 a) arranged in parallel in the axial direction and each housing a pivot (17, 17 a) and that the intake duct (31) of the pilot pressure comprises in its middle a bypass to the outside so that the pilot pressure is admitted respectively in

each room or box.

6 Switching valve according to any one of

claims 1, 4 and 5, characterized in that said

pivots (27,27 a) are in the form of columns.