Brevet FR2142865A1 — publié le 19730202

I/ Vann@ à membrane gonflabl@. 2/ La présente invention concerne tous les appareils destinés è arrtter, réguler ou piloter un circuit pneumatique ou hydraulique tels que vannes, robinets, tiroirs etc.0. 3/ Les différentes techniques de robinets et vannes actuelles font appel des systèmes mécaniques relativement compliqués, ayant une relation mécani- que avec l'extérieur pour la commande. Cette commande se fait généralement par l'intermédiaire dtun axe tournant ou co@lissant dans un# presse étoupe. Quels que soient les artifices technologiques employas pour parfaire l'étan- chéité de ce système, il @'en reste pas moins qu'il y a usure puisqu'il y a mouvement. La fiabilité d'un tel système est liée a l'entretion, et le risque de fuit. est toujours à envisager. b/ Les divers systèmes d'obstruction d'un circuit, tals que soupapes, vannes, tournants, pistons, papillons, sphère etc... nécessitent des surfaces de contact possédant une bonne qualité de surface, ainsi qu'une bonne géomé- trie afin de réaliser l'étanchéité. C@ci implique un coût de fabrication élavé, et ri@qu@ de fuite lorsqu'il y a dégradation d'une surface de contact. c/ Certains de Ces appareils livrent un passage total à la veine fluide lorsque l'ouverture est complète, par exemple robinet 3 sphère tournants. Par contre, aucun ne découvre des l'ouverture une section qui soit homothéti- que de celle de la tuyauterie, détruisant de ce fait toute possibilité d'é- coulaient laminaire dès l'ouverture. Exemple: Un tiroir (Robinet 3 piston) destiné à arrêter ou réguler un circuit hydraulique nécessite des pièces mécaniques de précision, de. usinages de gorges de joint, d'où coût él@vé. Il ne permet pas un écoulement laminaire de fluide,et nécessite une tige de commande extérieure passant dans un presse étoupe d'où risque de fuite. d/ La télécommande ou l'asservissement de cas types de robinet nécessite des cerveaux-moteurs ou des systèmes mécaniques, agissant sur l'organe de commande extérieur. La chaine cinématique est allongée, ce qui influe sur la précision de commande et le temps de réponse de l'appareil. 4/ Le principe de la présente invention élimine tous ces défauts. ai La liaison avec l'extérieur est statique d'ou excellente étanchéité et risques de fuite pratiquement nuls dans le temps. b/ La surface de contact doit titre lisse, mais les défauts géomètri- que. importent peu, ce qui laisse envisager une fabrication économique, la précision des cotes n'étant pas un élément déterminant de l'étanchéité. ci Le passage découvert lors de l'ouverture intaressa la totalité de de l'enveloppe de la conduite du fluide à réguler, et de ce fait évite les tourbillons et turbulences en amont de la vanne. di La variation de section de l'orifice d'écoulement étant directement fonction d'un simple déplacement ou admission du fluide de command, cela permet une commanda d'une grande précision et d'une grande simplicité. La régulation de débit d'une conduite est extremement directe et d'un temps de réponse immédiat, n'ayant pas à passer par l'intermédiaire de sys tèmes alongeant la chaise cinématique. De ce fait les logiques de pilotage et de régulation d'un circuit sont simplifiées. La partie principale objet de l'invention concerne la membrane elastique gonflable. Celle-ci peut êtr@ torique conne dans le schémas I ou cylindrique comme dans le schémas II. If Fonctionnement de la membrane torique (schéma) Lorsque la membrane A est gonflée, celle-ci vivent enserrer un cylindre placé dans l'axe de l'écoulement. La surface C de cel,hn,-ci doit ttre lisse, mais, sauf défauts importants, la régularité géométrique n'est pas indispensable, la membrane A qui est élastique par définition épousent parfaitement le cylindra. La membrane A prendra contact avec le cylindre C par l'intermédiair@ de stries annulaires formant ainsi labyrinthe et augmentant la pression de contact, il sera prévu cbté amont une lèvre souple qui augmentera la fiabilité de l'étanchéité. Le cylindre C possède une forme permettant l'écoulement laminaire du fluide. 2/, Fonctionnement de la membrane cylindrique (schémas II) Identique à celui de la membrane torique, la différence réside dans le fait que la surface de contact C est l'intérieur d'un cylindre. Les dispositifs d'étanchéité sont identiques, (nervures annulaires et lèvre souple). La support de membrane et la membrane elle-mSme ont une forme permettant l'écoulement laminaire du fluide. 3/ Commande an circuit fermé (schémas I) Un gaz ou un liquide B est contenu dans l'ensemble fermé que cons- titue deux membranes A et A' communiquant entre elles par l'intermédiaire de canaux (I). Une membrane étant extérieure à la conduite, autre è l'intérieur Lorsque l'on comprime la membrane extèrieure A' par un moyen quelconque, le fluide de commande B remplit la membrane intérieure A qui augmente de volume jusqu'au contact avec la surface C. Si la volume intérieur total des deux membranes est V, et v le volume nécessaire pour obturer le conduit, an partant de l'état de repos de la memZ brane intérieure A, le volume du liquids sera V-v. La membrane extérieure A' ayant une épaisseur plus forte que la membrane intérieure A, elle reprendra sa forme de repos lorsque tout effort exercé sur elle sera supprimé. La système étant fermé, le gaz ou le liquide B ira dans la membrane extérieure A' et contractera la membrane intérieure A qui laissera libre passage au fluide 3 réguler. Ca système permet de faire varier la section d'écoulement par une action mécanique extérieure dans le cas où l'on ne dispose pas d'un circuit de fluide de commande sous pression. En utilisant le nSme principe , il est possible de commander la mem brane intérieure A à distance, en la reliant à la membrane extérieure A1 par un canal de liaison suffisament long. REMARQUE Dans le schéma I la membrane extérieure A' a été concue torique, dans cette approche de solution concrète, mais la forme de celle-ci peut titre évidemment différente, surtout si A et A' sont éloignées l'une de l'autre. D'autre part cette solution peut évidement s'appliquer a une membrane intérieure cylindrique (schéma II) 4/ Commande en circuit ouvert. Dans le cas d'un circuit ouvert, c'est-à-dire lorsque le fluide de commande B fait parti@ d'un autre circuit de fluide, celui-ci devra autre sous pression et sera admis ou évacué de la membrane intérieure A pour faire varier la section de passage ou arrêter le fluide fi. Ce principe appliqué aux dispositifs cités ci-avant permet de fixer ou contrôler un débit de fluide gazeux ou liquide (air com@rimé, huile, @a@ etc...) an tant que vanne ou étrangleur P section variable, et s'applique aux circuits pneumatiques ou hydrauliques, de machines outils, engins de travaux publics, automobile, aviation etc... A/ L@ circuit formé permet de commander directement, at à distance uns section de passage, en exercant une pression ou décompression sur la membran@ extérieur@. a/ cette application paut trouver son emploi, dans le cas d'une vanne d'air comprimé commandé@ à la main, au pied ou mécaniquement. Cett@ application est envisageable pour une vanne de machine outil ou la commande d'admission d'air d'un carburateur. Dans ce dernier cas, l'écoulement laminaire autour de. la membrane remplacera avantageusement la régulation anachronique d'un p@pillo@ créant des tourbillons nuisibles au rendement d'aspiration du moteur. b/ Il est possible d'envisager la régulation de débit d'une conduite an fonction de l'effet produit par la masse de fluide écoulé. Par ex- empl@ arrêt automatique d'un débit lorsque la pression de la colonne de li quide dépasse la pression d'admission, créant ainsi une relation Pression d'admission / Densité de liquide. Dans ce cas la membrane extérieure A' est placée au fond du récipient. c/ Pilotage de circuits indépendants, de facon très directe. Exemple: Relation tours moteur/ pression échappement d'un compresseur pour pression constante. Q * I P4 f or6rt ) tKPtS d/ L'action mécanique sur la membrane extérieure A' peut être commandée par piston, la système f@rmé A et A' éliminant les risques de fuite dans cette partis de la coanande. Par exemple: autoétanchéité par la pression du fluide à arrSter par piston diffarentiel. Pisisai af/eàth4 , Plsr kw B/ Le circuit ouvert permet une commande directe de circuit fluide par l'in- termédiaire d'un autre circuit indépendant, et dont la nature du fluide peut entre différente Notamment lorsque le fluide d piloter passe dans une veine dont la section implique une variation importante du volume de la membrane. Cette membrane peut etre alimentée en circuit ouvert par un fluide de commande qui sera piloté Le schéma cidessus permettant la cerveau commande dtun piston de puissance utilise les 2 solutions. Les vannes(I)et(2) sont en circuit ouvert. Les autres en circuit fermé T - I -7~A 9F Ci VIWIE P&num;EUYI1TIUP I Pat,,k i .--- ------ ffi ~~~~ SVL e v dg I nt+ V * REVENDICATIONS I - Systkma permettant da fermer, ouvrir ou modifier la section d'écou- lement d'un@ veine fluide, constituée par une membrane gonflable placés dans la conduite et qui augments ou diminue de volume sous une action extérieure. Caractérisé par la fait que cette membrane peut être cylindrique ou to@ique. II - Dispositif selon la revendication I. Caractérisé par la fait qui les surfaces de contact peuvent être l'extérieur ou l'intérieur d'un cylindra. III - Dispositif selon la revendication I. Caractérisé par la fait que l'étanchéité est réalisée par les stries anulaires et la lèvre souple qui équipent la membrane et dont le contact avec les sur fac@s d'appuis augmente la pression de contact, f@rment labyrinthe et contribuent efficacement à l'étanchéité. IV - Dispositif selon la revendication I. Caractérisé par le fait que la variation de volume peut se faire de l'exté- rieur an circuit fermé par compression ou décompression d'une membrane reliés la membrane intérieure par un canal ou des canaux de longueur variable. V - Dispositif selon la revendication IV. Caractérisé par la fait que la contraction de la membrane intérieure peut se faire par la reprisa da forma b l'état de repos de la membrane extérieure dont l'épaisseur des parois est plus forts que celle de la membrane intérieure ce qui favorise l'ouvertur@ lorsque la pression du fluide b réguler est faible. VI - Dispositif selon la revendication I. Caractérisé par le fait que la variation de volute peut se faire di l'exté- rieur en circuit ouvert par admission ou extraction d'un fluide de commande prélevé sur un circuit indépendant du fluide à riguler.