FR2962779A1

FR2962779A1 - Electrovanne equipee d'un ressort forme

Info

Publication number: FR2962779A1
Application number: FR1156270A
Authority: FR
Inventors: Massimiliano Ambrosi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-01-20
Also published as: CN102330832B; US20150090914A1; US9410638B2; CN102330832A; US8870160B2; DE102010031275A1; DE102010031275B4; US20120012769A1

Abstract

Electrovanne pour commander des fluides comprenant un noyau polaire (5), un induit (6) relié à un élément d'obturation (15), ainsi qu'un élément de ressort installé dans l'entrefer (13) entre le noyau polaire (5) et l'induit (6). L'élément de ressort est un ressort formé (2) ayant une structure pratiquement en forme de disque et le ressort formé (2) a une partie bombée (2b) avec au moins une zone de flanc (24) et une zone de coupelle (23). La tangente (T1) appliquée à la zone de coupelle (23) est parallèle à la surface d'extrémité (50) du noyau polaire (5).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une électrovanne pour commander des fluides comprenant : - un noyau polaire, - un induit relié à un élément d'obturation, et - un élément de ressort installé dans l'entrefer entre le noyau polaire et l'induit. Etat de la technique Les électrovannes selon l'état de la technique connues sous de multiples formes de réalisation sont par exemple utilisées dans les systèmes de freins de véhicules automobiles. Les électrovannes con-nues ont habituellement une caractéristique de force magnétique selon laquelle la force magnétique augmente très fortement (selon une augmentation exponentielle) à mesure que l'entrefer axial diminue. Dans ces conditions, lorsque l'entrefer diminue, on ne peut commander l'électrovanne qu'avec des forces d'actionnement importantes et à partir d'une faible distance prédéfinie entre le pot polaire et l'induit, on ne peut plus réguler l'électrovanne. C'est pourquoi dans les électrovannes connues, on utilise des entrefers relativement importants pour que la plage d'activité de l'électrovanne se situe dans la plage de la caractéristique qui a une forme plate et dont le niveau est plus bas. En particulier, dans le cas d'électrovannes fermées en l'absence de courant, il faut toutefois que la force magnétique disponible soit suffisante pour ouvrir l'électrovanne contre un ressort de compression agissant dans le sens de la fermeture. Ce ressort de compression est habituellement dimensionné suffisamment fortement pour que dans l'état de précontrainte faible, le ressort puisse vaincre la force d'ouverture du fluide de travail, agissant dans le sens de l'ouverture sur l'électrovanne et fermer l'électrovanne. Comme en fonctionnement, on peut rencontrer des diffé- rences de pression, le cas échéant considérables, dans le milieu actif, il faut que le ressort de compression fournisse toujours une force telle que l'électrovanne puisse être de nouveau fermée en toute sécurité même à des pressions de fonctionnement élevées. Mais cela conduit à un ressort de compression ayant une force de fermeture relativement importante, se traduisant à son tour par le fait que le circuit magnétique de

2 l'électrovanne doit fournir une force d'ouverture permettant de vaincre cette force de ressort. Il en résulte une augmentation des dimensions géométriques de la bobine électromagnétique ou d'autres composants du circuit magnétique ; cela signifie non seulement une augmentation de l'encombrement mais également un poids supplémentaire. Exposé et avantages de l'invention L'invention a pour objet une électrovanne du type défini ci-dessus caractérisée en ce que - l'élément de ressort est un ressort formé ayant pratiquement une forme de disque, et - le ressort formé a une partie bombée avec une zone de flanc et une zone de coupelle, la tangente à la zone de coupelle étant parallèle à la surface d'extrémité du noyau polaire. L'électrovanne selon l'invention offre l'avantage d'une possibilité de réglage dans une plage étendue de sa course, c'est-à-dire en particulier pour un faible entrefer entre le noyau polaire et l'induit. Cela permet de réduire les dimensions de l'électrovanne selon l'invention, en particulier celles du circuit magnétique. En outre, l'électrovanne permettra de mieux répondre à différents critères tels que par exemple une meilleure étanchéité à l'état fermé, un temps de commutation amélioré ou une meilleure dynamique d'électrovanne. Selon l'invention cela résulte de la forme du ressort (ressort formé) qui a pour l'essentiel une forme de disque avec une partie bombée ayant au moins un flanc et une zone de coupelle. La zone de coupelle est définie selon l'invention en ce qu'une tangente appliquée à celle-ci est parallèle au plan de la surface d'extrémité du noyau polaire. La conception selon l'invention de l'utilisation d'un ressort formé permet une conception de la caractéristique de ressort adaptée à la demande et en particulier la géométrie des autres composants de l'électrovanne peut être très simple et d'une réalisation très économique. De manière préférentielle, lorsque l'électrovanne est coupée du courant, la zone de coupelle du ressort formé est en contact avec la surface d'extrémité du noyau polaire ou avec une face frontale de l'induit, tournée vers le noyau polaire.

3 D'une manière particulièrement préférentielle, le ressort formé a une caractéristique de ressort à deux parties. Ainsi, la caractéristique de ressort varie en fonction de la dimension de l'entrefer entre le noyau polaire et l'induit de sorte que la caractéristique de ressort pourra être conçue en fonction des exigences souhaitées selon la taille de l'entrefer. D'une manière particulièrement préférentielle, le ressort formé comporte une première partie bombée avec une première zone de coupelle et une seconde partie bombée avec une seconde zone de cou- ic) pelle et lorsque l'électrovanne est coupée du courant, seulement l'une des deux zones de coupelle est en contact avec l'induit ou avec le noyau polaire. L'autre zone de coupelle arrive en contact avec le noyau polaire ou l'induit seulement après réduction de l'entrefer, ce qui donne une caractéristique de ressort en deux parties. De manière préférentielle, les 15 deux parties bombées sont orientées dans des directions opposées. Selon un développement du ressort formé, la caractéristique de ressort varie selon l'amplitude de l'entrefer, ce qui permet de manière simple et grâce à une forme différente donnée au ressort formé, de réaliser des adaptations individuelles à différentes applications. 20 En variante, l'électrovanne comporte un second élément de ressort et lorsque l'électrovanne est coupée du courant, soit le second élément de ressort, soit le ressort formé est en contact avec l'induit ou avec le noyau polaire. Cela permet de réaliser la caractéristique de ressort en deux parties en utilisant deux éléments de ressort. D'une 25 manière particulièrement préférentielle, le second élément de ressort est un ressort hélicoïdal cylindrique. En variante, le second élément de ressort peut être un ressort formé. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, le ressort formé a une zone de fixation et l'induit comporte un dégage- 30 ment pour recevoir la zone de fixation. Cela permet une fixation simple du ressort formé dans l'induit. D'une manière particulièrement préférentielle, la zone de fixation du ressort formé est cylindrique. En va-riante, lorsqu'on utilise deux éléments de ressort, l'un des éléments de ressort peut être fixé à l'induit et l'autre élément de ressort peut être 35 fixé à un élément de ressort fixé à l'induit.

4 Pour garantir la déformabilité du ressort formé à l'état actif de l'électrovanne, le ressort formé comporte de préférence des dégagements pour permettre le passage du fluide qui se trouverait dans l'entrefer à travers le ressort formé. Les dégagements sont de préférence des fentes réalisées dans le ressort formé et qui débouchent à l'intérieur et/ou au bord extérieur du ressort formé ou encore des cavités fermées en forme de fentes réalisées dans le corps du ressort. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation préférentiels d'électrovannes selon l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une électrovanne selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique à échelle agrandie d'une partie de l'électrovanne, - la figure 3 est un diagramme représentant la force de ressort en fonction de la dimension de l'entrefer, - la figure 4 montre une vue en coupe à échelle agrandie du ressort formé du premier exemple de réalisation, - la figure 5 est une vue schématique d'une électrovanne correspondant à un second exemple de réalisation de l'invention, - la figure 6 montre un diagramme de la force d'un ressort en fonction de l'amplitude de l'entrefer du second exemple de réalisation, et - la figure 7 est une vue schématique d'un troisième exemple de réalisation d'une électrovanne selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre la structure de base d'une soupape électromagnétique selon l'invention. La soupape électromagnétique 1 comprend un noyau polaire 5 ainsi qu'un induit 6. Le côté de l'induit 6 non tourné vers le noyau polaire 5 comporte un élément d'obturation 15. L'élément d'obturation 15 ferme un passage 9 réalisé dans le corps de soupape 16 avec un siège de soupape 17 ou libère ce passage. La figure 1 montre la position fermée qui correspond à l'état de l'électrovanne coupée du courant. Lorsque l'électrovanne est alimentée, l'induit 6 est attiré contre le noyau polaire 5 et l'élément d'obturation 15 libère le passage 9. Le corps de soupape 16 comporte en outre des perçages de passage 18 par lesquels un fluide qui arrive à travers un filtre 19 (flèche A) peut atteindre à travers le passage 19 d'abord la chambre 5 de pression 10 puis être évacué à travers les perçages d'évacuation 18. Un entrefer ou intervalle de travail 13 est prévu entre le noyau polaire 5 et l'induit 6 ; à l'état hors courant, cet entrefer a une dimension H. L'entrefer 13 est relié par des canaux latéraux 6a de l'induit 6 à la chambre de pression 10.

Un ressort formé 2 (c'est-à-dire un ressort mis en forme) est prévu dans l'entrefer 13 entre le noyau polaire 4 et l'induit 6 ; ce ressort est représenté de manière détaillée à la figure 4. Le ressort formé 4 a une forme assimilable principalement à une rondelle. Comme le montre la figure 4, le ressort formé 2 a une zone de base 21 et une zone de fixation 22 radialement adjacente vers l'intérieur à la zone de base. La zone de fixation 22 sert à fixer l'élément de ressort 2 dans l'induit 6. Un dégagement 62 réalisé dans l'induit 6 peut être conçu pour per-mettre la fixation du ressort formé 2, par exemple par une liaison par la forme et/ou une liaison par la force. Le ressort formé 2 a également une première partie bombée 2a avec une première zone de coupelle 23, une première zone de flanc 24 et une seconde zone de flanc 25. La première zone de coupelle 23 se situe entre la première et la seconde zone de flanc 24, 25 ; la seconde zone de flanc 25 rejoint la zone de base 21 (voir figure 4).

Le ressort formé 2 comporte en outre une seconde partie bombée 2b ayant une seconde zone de coupelle 26 rejoignant la première zone de flanc 24 ainsi qu'une troisième zone de flanc 27 rejoignant la seconde zone de coupelle 26 (voir figure 4). La troisième zone de flanc 27 est plus plate et plus courte que la première et la seconde zone de flanc 24, 25. La première zone de coupelle 23 est définie de façon que lorsqu'on applique une tangente Tl, celle-ci est parallèle à la surface d'extrémité 50 du noyau polaire 5. La seconde zone de coupelle 26 est définie de façon que lorsqu'on applique une tangente T2, cette tangente T2 est parallèle à la surface frontale 61 de l'induit 6.

6 L'élément de ressort 2 du premier exemple de réalisation est construit de façon que la première zone de coupelle 23 et la seconde zone de coupelle 26, en liaison avec les zones de flanc adjacentes, définissent la caractéristique du ressort formé 2. Comme le montre la figure 2, lorsque l'électrovanne est coupée du courant, la première zone de coupelle 23 est en contact avec la surface d'extrémité 50 mais la seconde zone de coupelle 26 est encore à la distance H 1 de la face frontale 61 de l'induit 6, ce qui donne une caractéristique de ressort à deux parties. La caractéristique du ressort formé 2 du premier exemple de réalisation est donnée à la figure 3 ; celle-ci représente la force de ressort F en fonction de la course H de l'induit 6. La course H correspond à la dimension de l'entrefer 13 lorsque l'électrovanne est coupée du courant comme le montrent les figures 1 et 2. Ainsi, selon la figure 3, au début de la traction de l'induit 15 6 en direction du noyau polaire 5, on a tout d'abord la caractéristique de ressort représentée dans la zone Hl de la figure 3. Dès que la seconde zone de coupelle 26 arrive en contact avec la face frontale 61 de l'induit 6, la courbe caractéristique de ressort a une inflexion et la caractéristique correspond alors à celle de la zone H2 de la figure 3. Lors- 20 que l'électrovanne est coupée du courant, le ressort formé 2 remet l'induit dans la position de repos représentée à la figure 1 et ferme le passage 9. Ainsi, le ressort formé selon l'invention a deux parties de caractéristique de ressort, distinctes, pour la première et la seconde 25 zone de coupelle 23, 26 ; la zone de contact entre le ressort formé 2 et le noyau polaire 5 se déplace ainsi radialement vers l'extérieur pendant la phase de compression. Les deux zones de ressort ou parties de caractéristique de ressort sont le résultat des deux zones bombées 2a, 2b dirigées dans des directions opposées. Ainsi la géométrie des parties 30 bombées des zones de coupelle 23 et 26 ainsi que la distance Hl entre la seconde zone de coupelle 26 et la face frontale 61 ou la distance H2 entre la première zone de coupelle 23 et la seconde zone de coupelle 26 définissent les caractéristiques de ressort de l'électrovanne dans la di-rection axiale X-X. Dans cet exemple de réalisation, les caractéristiques

7 de ressort sont données par deux caractéristiques de ressort de forme linéaire et de pentes différentes. Un autre avantage particulier du ressort formé selon l'invention est que le ressort peut s'utiliser entre une surface d'extrémité plane 50 du noyau polaire et une surface d'extrémité plane 61 de l'induit 6. Cela se traduit par d'importants avantages de coût de fabrication des noyaux polaires 5 et des induits 6. Le ressort formé selon l'invention est plus insensible vis-à-vis d'un décalage axial radial, lié au montage ou au fonctionnement des composants car le ressort formé 2 selon l'invention s'applique contre les surfaces d'extrémité planes du noyau polaire et de l'induit et ne nécessite pas de point d'appui géométriquement précis. De plus, le ressort formé 2 a l'avantage qu'aucun bord d'arête vive du ressort formé ne touche les surfaces d'appui de l'induit et du noyau polaire de sorte que le noyau polaire et l'induit pourront être réalisés en des matériaux non traités et n'auront pas d'influence négative ou ne présenteront pas des faits d'usure pendant toute la durée de vie du ressort formé. En outre, la forme spéciale, et en particulier celle de la troisième zone de flanc 27 qui est très plate, réa-lise une surface de contact croissante entre le ressort formé 2 et l'induit 6 lorsque le ressort formé 2 se déforme en s'ouvrant ; on a ainsi des effets de réduction de charge (pression de Hertz) avec une surface d'appui agrandie. Ainsi, selon l'invention, on réalise une électrovanne 1 de construction très simple et économique et permettant un meilleur tra- vail d'actionnement. En référence aux figures 5 et 6, on décrira ci-après un second exemple de réalisation d'une électrovanne selon l'invention en utilisant les mêmes références qu'au premier exemple de réalisation pour désigner des éléments de même fonction ou fonctionnellement identiques. Selon la figure 5, le second exemple de réalisation de l'électrovanne comporte en outre un second élément de ressort 3. Le second élément de ressort 3 est un ressort hélicoïdal, symétrique, installé dans la zone de fixation 22 du ressort formé 2. Selon la figure 5, le second élément de ressort 3 est en contact avec la surface d'extrémité

8 50 du noyau polaire 5 et le premier élément de ressort 2 est à une dis-tance G1 de la surface d'extrémité 50. A la différence du premier exemple de réalisation, le second exemple de réalisation du ressort formé 2 a uniquement, précisément, une partie bombée avec une zone de coupelle 23. La caractéristique de ressort présentée à la figure 6 est de ce fait analogue à celle du premier exemple de réalisation sachant que dans ce second exemple de réalisation, cette caractéristique est obtenue par deux éléments de ressort distincts, à savoir le ressort formé 2 et le second élément de ressort 3. Selon la figure 6 prise en liaison avec la figure 5, lorsque l'induit 6 est attiré en direction du noyau polaire 5, on parcourt tout d'abord le trajet G1 sur lequel seul le second élément de ressort 3 est en action. A la fin du trajet G1, la zone de coupelle 23 du ressort formé 2 arrive en contact avec la surface d'extrémité 50 du noyau polaire 5 de sorte que la caractéristique de ressort change car les deux ressorts sont alors activés. Cela correspond à la zone G2 de la figure 6. Dans cet exemple de réalisation, le ressort formé 2 a une structure particulièrement simple. Comme second élément de ressort, on peut utiliser un simple ressort hélicoïdal cylindrique.

La figure 7 montre un troisième exemple de réalisation d'une électrovanne selon l'invention ; cet exemple est analogue au second exemple de réalisation et là encore les composants identiques ou de même fonction portent les mêmes références. Dans le troisième exemple de réalisation, le ressort formé 2 est fixé au second élément de ressort 3. Le second élément de ressort 3 est également un ressort hélicoïdal cylindrique et une zone de fixation 22 du ressort formé 2 est introduite et fixée à l'intérieur du ressort hélicoïdal. La zone de base 21 du ressort formé 2 est en contact avec la sur-face d'extrémité 50 du noyau polaire 5. Le ressort formé 2 comporte également précisément une partie bombée avec une zone de coupelle 23 à la distance K1 de la face frontale 61 de l'induit 6. La caractéristique de ressort de cet exemple de réalisation est là encore à deux parties car tout d'abord le second élément de ressort 3 est comprimé puis ce n'est qu'au contact de la zone de coupelle 23 avec la face frontale 61 qu'il y aura ensuite compression du ressort formé 2.

9 Selon les exemples décrits ci-dessus, l'invention permet de réaliser une électrovanne de construction simple grâce à un ressort formé 2 et en particulier on aura une caractéristique de ressort optimisée pour chaque application grâce à la conception du ressort formé et de l'utilisation d'un second élément de ressort 3. Dans le cas de deux ressorts, ceux-ci seront actionnés de préférence l'un après l'autre. Il est à remarquer qu'il est également possible, grâce à une forme appropriée donnée au ressort formé 2, d'avoir une déformation simultanée lors-qu'on utilise deux ressorts de sorte que la forme donnée au ressort 2 pour une variation correspondante, de la grandeur H de l'entrefer 13 entre le noyau polaire 5 et l'induit 6 donne une caractéristique de ressort variable en fonction de la course.15

10 NOMENCLATURE

1 Electrovanne 2 Ressort formé 2a Première partie bombée 2b Seconde partie bombée 5 Noyau polaire 6 Induit 6a Canal latéral de l'induit 6 61 Surface frontale 62 Dégagement 9 Passage 10 Chambre de pression 13 Entrefer / intervalle de travail 15 Elément d'obturation 16 Organe de soupape 17 Siège de soupape 18 Perçage de sortie 19 Filtre 21 Zone de base 22 Zone de fixation 23 Zone de coupelle 24 Première zone de flanc Seconde zone de flanc 25 26 Zone de coupelle 27 Troisième zone de flanc 50 Surface d'extrémité G1, G2 Course de ressort H Dimension de l'entrefer 13 H1, H2 Course de ressort K1 Distance entre la zone de coupelle 23 et la face frontale 61 de l'induit 6 Tl Tangente T2 Tangente X-X Direction axiale

Claims

REVENDICATIONS1°) Electrovanne pour commander des fluides comprenant : - un noyau polaire (5), - un induit (6) relié à un élément d'obturation (15), et - un élément de ressort installé dans l'entrefer (13) entre le noyau polaire (5) et l'induit (6), caractérisée en ce que - l'élément de ressort est un ressort formé (2) ayant pratiquement une forme de disque, et - le ressort formé (2) a une partie bombée (2a) avec une zone de flanc (24) et une zone de coupelle (23), la tangente (Ti) à la zone de cou-pelle (23) étant parallèle à la surface d'extrémité (50) du noyau polaire (5). 2°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lorsque l'électrovanne est coupée du courant, la zone de coupelle (23) du ressort formé (2) touche la surface d'extrémité (50) du noyau polaire (5) ou la surface frontale (61) de l'induit (6). 3°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de ressort a une caractéristique de ressort en deux parties. 4°) Electrovanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ressort formé (2) a une première partie bombée (2a) avec une première zone de coupelle (23) et une seconde partie bombée (2b) avec une seconde zone de coupelle (26), et lorsque l'électrovanne est coupée du courant, uniquement l'une des deux zones de coupelle (23, 26) est en contact avec l'induit (6) ou le noyau polaire (5). 5°) Electrovanne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu' 512 elle comporte en outre un second élément de ressort (3) et lorsque l'électrovanne est coupée du courant, le second élément de ressort (3) ou le ressort formé (2) est en contact avec l'induit (6) ou avec le noyau polaire (5). 6°) Electrovanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le second élément de ressort (3) est un ressort hélicoïdal cylindrique. 10 7°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort formé (2) comporte une zone de fixation (22) et l'induit (6) comporte un dégagement (62) pour recevoir la zone de fixation (22). 15 8°) Electrovanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la zone de fixation (22) est engagée par une liaison par la forme et/ou par la force dans le dégagement (62). 20 9°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort formé (2) comporte des dégagements traversants pour per-mettre le passage d'un fluide qui se trouverait dans l'intervalle de travail (13). 25 10°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée par une zone de flanc (27) complètement à l'extérieur du ressort formé (2) qui est aussi plate que possible. 30