Brevet FR2422086A1 — publié le 19791102

La présente invention concerne un dispositif à membrane comprenant une membrane mobile, pourvue sur sa périphérie d'une zone de serrage destinée à etre serrée dans un bottier, renforcée dans sa partie centrale et comprenant entre les deux une zone de va-et-vient, et pourvue par ailleurs d'un élément mécanique mobile tel qu'un arbre ou un ressort fixé sur sa partie centrale. Dans les cas d'utilisation où la membrane se déplace tres rapidement, est soumise à de fortes pressions ou à des températures continues dépassant 1300C, comme c'est le cas des pompes à essence, des régulateurs de pression, etc., on sait comment renforcer le centre de la membrane qui est serrée sur sa périphérie en disposant sur ses deux côtés des plaques métalliques (disques à membrane). L'ensemble constitué par les membranes et les plaques de renfort est maintenu au moyen d'un prolongement de l'arbre constituant un rivet. Mais on peut également utiliser un arbre fileté et un écrou. La membrane est constituée par des élastomères renforcés d'un tissu, les élastomères étant par exemple à base d'acrylonitrile (NBR), de chloroprène (CR) ou de fluor (FSI). Ces membranes ont la même épaisseur sur toute leur surface. Mais il existe également des membranes d'épaisseur variable. Dans ce cas, le tissu de renfort nécessaire est disposé sur un côté et vulcanisé sur la couche d'élastomere. La fabrication des membranes traditionnelles est coûteuse. Il faut tout d'abord fabriquer un tissu de haute qualité et de grande résistance au moyen d'un procédé coûteux ; il faut ensuite découper la membrane ou bien la former quand elle comprend des zones de va-et-vient spéciales. Par ailleurs, les deux plaques de renfort (disques de membrane) doivent être fabriqué à part. Finalement, l'ensemble doit être rassemblé à l'aide d'un dispositif à rivet, L'objet de l'invention est un dispositif à membrane du type mentionné ci-dessus et susceptible d'être fabriqué de façon parti culièrement simple. Selon l'invention, ce problème est résolu du fait que la membrane est obtenue par moulage par injection d'une matière synthétique qui n'est pas élastomérique, son épaisseur étant plus faible dans la zone de va-et-vient pour permettre sa déformation, et son épaisseur étant par contre nettement plus importante dans sa partie centrale. Dans une membrane de ce type, l'élasticité nécessaire n'est pas obtenue par l'utilisation d'un matériau élastique en caoutchouc mais en utilisant une matière synthétique moulable par injection telle qu'une matière thermoplastique, en consituant une zone de vaet-vient de fine épaisseur alors que la rigidité nécessaire est obtenue par une épaisseur appropriée dans la zone centrale de la membrane. Une membrane de ce type peut être réalisée par moulage par injection au cours d'une étape de travail. On évite ainsi les difficultés provoquées par la vulcanisation ou le formage à chaud. Ceci simplifie et facilite nettement la fabrication. On évite également sans problèmes les défauts d'étanchéité provoqués par le montage ou par une diffusion transversale. Il est particulièrement avantageux d'incorporer dans la matière synthtique une plaque de renfort dans la partie centrale d'épaisseur plus importante et de la recouvrir, sur ses deux faces, par une couche de matière synthétique. En raison de la plus grande rigidité de la plaque de renfort1 une épaisseur limitée suffit dans la partie centrale de la membrane. Les couches de matière synthétique externes peuvent correspondre en épaisseur à celle de la zone de va-et-vient. Ceci permet de mettre en oeuvre un procédé de moulage par injection que l'on peut bien maîtriser au cours duquel toutes les parties sont refroidies rapidement et régulièrement. La plaque de renfort est en outre protégée par les couches de matière synthétique et ne peut donc pas être attaquée même quand des milieux agressifs sont en contact avec la membrane. Il est avantageux que la plaque de renfort soit pourvue de plusieurs passages qui sont remplis par la matière synthétique. De cette manière, la plaque de renfort est fermement ancrée dans le matériau de la membrane. En outre, la plaque de renfort peut être réalisée d'une seule pièce avec l'arbre ou le raccord de l'arbre. Ainsi, on obtient une membrane renforce et pourtant parfritement étanche sans avoir recours à des opérations additionnelles quelconques. Une autre possibilité consiste dans le fait que la plaque de renfort est pourvue d'un trou central qui est traversé par un prolongement de l'arbre servant au rivetage qui passe également dans des trous correspondants ménagés dans les deux couches de matière synthétique sur les deux côtés. Comme le prolongement destiné au rivetage s'applique, par une collerette, sur l'une des couches externes de matière synthétique et sur la tête du rivet sur la couche opposée de matière synthétique, on réalise ainsi également l'étanchéité. Ce type de construction présente l'avantage de permettre l'utilisation d'éléments de construction traditionnels pour l'arbre. En outre, la partie centrale d'épaisseur plus importante peut être renforcée par au moins une nervure obtenue par injection. Les nervures peuvent être disposées à la manière d'une grille. On peut également prévoir une nervure annulaire dans laquelle on dispose aussi le ressort. Ainsi , la partie centrale peut être pourvue d'une rigidité importante sans qutil soit nécessaire d'avoir recours à un élément de renfort, et on ne consomme que relativement peu de matière synthétique. Il est également possible que l'élément mécaniquement mobile soit constitué en matière synthétique et soit fixé par injection sur la partie centrale. L'élément mécaniquement mobile peut être constitué en particulier par un levier en matière synthétique appliqué par injection sur une articulation en matière synthétique. Tout ceci simplifie encore plus la fabrication du dispositif à membrane. La zone de va-et-vient est attachée à la partie centrale de plus grande épaisseur en fonction des données de la construction et de la direction de la pression. Il est particulièrement avantageux que cette zone de va-et-vient soit constituée de manière à avoir une forme courbe et soit rattachée à la partie centrale dans la zone de transition entre la surface latérale et la surface frontale1 par exemple sur le rebord situé entre la surface frontale et la surface latérale ou sur la surface latérale à proximité d'une surface frontale. Ceci permet d'une part d'obtenir une transition avantageuse avec la partie de plus forte épaisseur et, d'autre part, une adaptation meilleure de la zone de va-et-vient à un type de construction donné tout en permettant en outre une disposition relaivement compacte de la membrane dans la zone de va-et-vient. Comme la partie centrale est plus épaisse, il est possible d'y rattacher deux zones de va-et-vient situées à une certaine distance l'une de l'autre. Ceci est avantageux dans des utilisations particulières quand par exemple, en dépit des zones de va-et-vient peu épaisses, il y a de fortes différences de pression appliquées sur les deux côtés de la membrane. Lors de la réalisation par moulage par injection de la membrane, il faut que la zone de serrage externe soit plus épaisse que la zone de va-et-vient. On évite ainsi que la membrane soit affaiblie par son serrage et qu'il en résulte une partie affaiblie dans la zone de transition entre la surface mobile et la surface immobile de la membrane. Comme le procédé d'injection permet de réaliser la forme que l'on désire, la zone de serrage peut également être profilée en forme de rainure ou de languette. Ce profilage coopère avec un profilage correspondant du boîtier et permet un positionnement sur. Il est particulièrement avantageux que le boîtier soit pourvu d'une surface d'appui approximativement conique, qui va en se rétrécissant vers le côté convexe de la zone de va-et-vient courbe, à partir de la zone de serrage. Cette surface d'appui permet un mouvement de déroulement de la zone de va-et-vient tout en assurant en même temps un appui. Même quand les différences de pression sont élevées, on ne constate pas de ce fait de déformations inadmissibles. Ces dispositions peuvent également être mises en oeuvre avec une membrane à deux zones de va-et-vient quand le boîtier comprend une bague disposée entre les zones de serrage des deux zones de vaet-vient avec au moins une surface d'appui approximativement coni que. Une autre forme de réalisation de l'invention prévoit que les zones de va-et-vient comprennent une surface conique à l'endroit de leur raccordement avec la zone de serrage. Cette surface conique permet une déformation particulièrement avantageuse de la zone de va-et-vient. En particulier, cette surface conique de la zone de va-et-vient peut correspondre à la surface d'appui conique du boîtier. Ceci signifie qu'en position de~repos, la surface conique présente la même inclinaison que la surface d'appui conique. Ainsi, on peut mettre en oeuvre des diSterences de pression relativement importantes. Avantageusement la surface d'appui conique est disposée sur le côté de la membrane qui est soumis à la pression la plus faible. En ce qui concerne la matière synthétique utilisée, il est recommandé d'avoir recours aux nombreuses matières thermoplastiques et en particulier à une matière plastique à base de polyester qui unit, à une forte résistance à la traction, une stabilité à la température, une élasticité et une résistance aux efforts alternés suffisantes. Une matière synthétique convenant particulièrement à la fabrication de membranes destinées à des pompes à essence et à des pompes à vide est constituée par le produit fournit sous l'appellation de "Hytrel" par la Société E.I. Du Pont de Nemours and Company Inc., Wilmington, Delaware 19898, Etats-Unis d'Amérique. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'une membrane selon l'invention, en position de fixation dans un boîtier la figure 2 est une vue en coupe selon un autre mode de réalisation, avant sa mise en place les figures 3 à 5 sont des vues en coupe d'autres formes de réalisation, la partie de gauche représentant la position avant la mise en place et la partie de droite la position en place dans un boîtier la figure 6 est une vue en coupe partielle d'une membrane à deux zones de va-et-vient la figure 7 représente un mode de réalisation différent de celui de la figure 6 la figure 8 est une vue en coupe d'un réservoir de pression construit selon l'invention la figure 9 est une vue en coupe d'une membrane à disque convenant à un compteur à gaz; et la figure 10 est une vue en plan par dessus de la membrane de la figure 9. La membrane 1 représentée sur la figure 1 est pourvue, sur sa périphérie, d'une zone de serrage 2 qui peut être serrée entre les parties 3 et 4 du boîtier. Au centre est une partie 5 d'épaisseur plus importante à laquelle est raccordé un arbre d'entraînement 6. Entre la zone de serrage 2 et la partie centrale 5 est prévue une zone de va-et-vient 7 qui est suffisamment mince pour que la membrane puisse être déformée dans cette zone quand l'arbre 6 se déplace, bien que la matière synthétique formant la membrane ne soit pas constituée par un élastomère. La membrane 1 est nettement plus épaisse dans sa partie centrale 5 que dans la zone de va-et-vient 7. Elle est pourvue, dans cette partie centrale, d'une plaque de renfort 8 traversée par des trous 9. La plaque est recouverte sur ses deux faces d'une couche de matière synthétique 10 ou 11. Les couches sont reliées l'une à l'autre par de la matière synthétique 12 qui remplit les trous 9. La plaque de renfort 8 est pourvue en outre d'un trou central 13 qui colncide avec les trous correspondants formés dans les couches de matière synthétique 10 et ll. Ce trou est traversé par le prolongement 14 de rivetage de l'arbre 6 et il en résulte que la partie centrale 5 est serrée entre un épaulement 15 et une tête de rivet 16. L'arbre 6 est donc fixé à la membrane 1. Simultanément, les couches de matière synthétique 10 et il rendent le trou central 13 étanche. Quand on fabrique la membrane, on dispose la plaque de renfort 8 dans un moule à injection. La matière synthétique de la membrane est alors injectée au cours d'une unique phase de travail. Le refroidissement est relativement rapide car le matériau est mince et la plaque de renfort 8 peut absorber une partie de la chaleur. La plaque de renfort 8 est ancre fermement a l'intérieur de la membrane l du fait que la matière synthétique 12 pénètre dans les trous 9. La zone de va-et-vient 7 a une forme courbe et se raccorde à la zone de transition 17 où la surface latérale de la partie centrale 5 se prolonge par le côté convexe de la surface frontale qui lui fait suite. Selon un mode de réalisation, la zone de va-et-vient est constituée par une membrane de polyester d'épaisseur de 0,3 mm, la zone de serrage 2 à l'état non serré a une épaisseur de 0,5 mm et la partie centrale une épaisseur de 2 mm, la matière synthétique ne représentant que 1 mm. La membrane 1 a une forme au repos qui correspond à la position du point mort inférieur. Dans cette position, la zone de va-et-vient présente une surface conique qui s'applique sur une surface d'appui conique 18 du boîtier 4. La surface d'appui va en se rétrécissant vers le côté convexe de la zone de va-etvient 7 à partir de la zone de serrage 2. Par contraste avec ce qui précède, la figure 2 représente une membrane avant sa mise en place et dont la forme correspond à celle de la position du point mort supérieur. Les mêmes pièces sont désignées par les mêmes références que sur la figure 1 et celles. qui sont correspondantes sont augmentées de 20. Dans cette forme de réalisation, une plaque de renfort 28 est prévue dans la membrane 21 et forme une seule pièce avec l'arbre 26. Cette forme de réalisation présente l'avantage que la couche de matière synthétique 30 est continue dans la partie centrale 5 et il en résulte une étanchéité absolue qui ne dépend pas d'opérations ultérieures. Dans le mode de réalisation de la figure 3, qui représente sur la gauche la membrane à l'état libre et sur la droite la membrane fixée dans le boîtier, les mêmes références utilisées sur la figure 2 sont reprises pour désigner les mêmes pièces. Cette membrane et constituée pour que sa position de montage soit sa position moyenne. Une membrane moulée de cette manière est avantageuse du fait que pour une course totale comparable, la distance de la déformation est divisée en deux. L'angle d'ouverture formé par les deux branches de la zone de va-et-vient 37 est de l'ordre de 80' dans l'exemple de réalisation en cause ; pour des raisons techniques de fonctionnement et de moulage par injection, il ne devrait pas être sensiblement inférieur à 45 . La zone de serrage 32 présente un profil 38 en forme de languette pénétrant dans une rainure 39 correspondante de la partie 4 du boîtier. La forme de réalisation de la figure 4 correspond en grande partie à celle de la figure 1. C'est pourquoi les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes pièces. Sur la gauche, la membrane est représentée avant sa mise en place et sur la droite après sa mise en place. A la différence de la figure 1, la zone de va-et-vient 47 se raccorde à la zone de transition 46 située entre la surface latérale et la surface frontale de la partie centrale 5 tournée vers le côté convexe. Ce type de construction est avantageux quand la pression appliquée sur le côté supérieur de la membrane est plus forte que la pression appliquée sur son côté inférieur. Dans la forme de réalisation de la figure 5 où la membrane est représentée à nouveau sur son côté gauche à l'état libre et sur son côté droit après sa mise en place, les mêms références que celles de la figure 2 sont utilisées pour désigner les mêmes pièces. La membrane se présente à nouveau avec-une forme correspondant à la position du point mort supérieur. La zone de va-etvient 57 se rattache à la zone de transition 56 située entre la surface latérale et la surface frontale de la partie centrale 25 tournée vers le côté convexe de la zone de va-et-vient. Ce type de construction est recommandé quand la pression s'appliquant sur le côté supérieur de la membrane est plus faible que la pression s'appliquant sur son côté inférieur. Dans le mode de réalisatiojde la figure 6, on peut voir une membrane 61 pourvue de deux zones de va-et-vient 67a et 67b, pourvues chacune d'une zone de serrage 62a et 62b. La fixation est réalisée au moyen de l'interposition d'une bague 63 pourvue pour les surfaces coniques des deux zones de va-et-vient d'une surface d'appui conique 68a et 68b. Pour ce type, on part du fait que la pression entre les zones de va-et-vient est plus faible que la pression s'appliquant au-dessus et au-dessous de la membrane 61 pour cette raison, les zones de va-et-vient sont recourbées en sens inverse. Pour que l'épaisseur de la partie centrale 65 soit suffisamment importante, la plaque de renfort reliée à l'arbre 26 est pourvue sur son pourtour d'une nervure 64. La forme de réalisation de la figure 7 se différencie de celle de la figure 6 seulement du fait que la membrane 71 comprend deux zones de va-et-vient 77a et 77b qui sont toutes les deux courbées dans le même sens, la pression s'appliquant au-dessus de la membrane étant supérieure à la pression entre les zones de vaet-vient et celle-ci étant à son tour plus importante que la pression appliquée en-dessous de la membrane. Les deux zones de serrage 72a et 72b sont séparées par une bague 73 pourvue d'une surface d'appui conique 78. Dans le réservoir de pression de la figure 8, une membrane 81 est pourvue d'une partie centrale 85 de plus forte épaisseur et comprenant sur sa périphérie une nervure annulaire 88. Celle-ci sert simultanément au maintien d'un ressort' -86 appliqué sur la membrane. La zone de va-et-vient 87 est disposée comme dans l'exemple de réalisation précédent. La zone de serrage 82 est serrée entre une partie supérieure 83 et une partie inférieure 84 du boîtier. La partie supérieure du boîtier est pourvue d'une enceinte à pression 89 qui peut servir de réservoir de pression. Dans cette forme de réalisation, la membrane est totalement réalisée par moulage par injection de matière synthétique et il en résulte qu'on peut réunir les fonctions exercées par la membrane, le disque de membrane et le disque du ressort dans une unique pièce moulée par injection. Naturellement, on peut utiliser ici aussi des renforts métalliques. Dans le mode de réalisation des figures 9 et i0, la membrane 91 est pourvue d'une zone de serrage 92 renforcée, d'une zone de va-et-vient 97 approximativement conique et d'une partie centrale 95 d'épaisseur plus forte. Cette dernière forme un plateau constitué par une plaque plus épaisse 98 et des nervures en forme de grille 99. Un levier 101 est moulé par injection sur une articulation en matière synthétique 100. Une pièce moulée de ce type dans laquelle l'élément mécanique mobile est également moulé d'une seule pièce en matière synthétique convient particulièrement à un compteur à gaz par exemple. L'articulation 100 peut être par exemple moulée au milieu de la partie centrale 95. Dans 1'ensemble, on obtient ainsi une membrane complète pourvue dans sa zone de va-et-vient de l'épaisseur optimale de matériau, c'est-a-dire aussi mince que possible et aussi résistante que nécessaire, pour obtenir une durée de vie élevée en fonction des dimensions déterminées de la zone de va-et-vient, les surfaces de serrage étant en outre renforcées pour éviter des degats mécaniques lors du serrage et rendre possible une transition non affaiblie et exempte de tension entre les surfaces mobiles et non mobiles de la membrane, et selon laquelle en outre la partie centrale est renforcée mécaniquement sans avoir recours à des opérations additionnelles, et selon laquelle enfin les transitions entre les sections les plus minces et les sections les plus épaisses s'effectuent graduellement pour éviter des sollicitations mécaniques excessives. REVENDICATIONS 1.- Dispositif à membrane comprenant une membrane mobile pourvue d'une zone de serrage destinée à sa mise en place dans un boîtier, renforcée dans sa partie centrale et compenant entre les deux une zone de va-et-vient, comprenant en outre un élément mécanique mobile fixé sur sa partie centrale tel qu'un arbre ou un ressort, caractérisé en ce que la membrane (1, 21, 31, 41,51,61, 71, 81t 91) est formée par moulage par injection d'une matière synthétique non élastomérique, et en ce que la zone de va-et-vient (7, 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 97) a une épaisseur réduite permettant une déformation et est pourvue par contre d'une épaisseur nettement plus importante dans sa partie centrale (5, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95). 2.- Dispositif à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque de renfort (8, 28) est insérée lors du moulage de la matière synthétique dans la partie centrale (5, 25, 35, 45, 55, 65, 75) de plus forte épaisseur et est recouverte, sur ses deux faces, par une couche de matière synthétique (10, 11, 30). 3.- Dispositif à membrane selon la revendicaton 2, caractérisé en ce que la plaque de renfort (8,28) comprend plusieurs passages (9) qui sont remplis par la matière synthétique (12). 4. - Dispositif à membrane selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque de, renfort (28) est formée en une seule pièce avec l'arbre (26). 5.- Dispositif à membrane selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque de renfort (8) comprend un trou central (13) qui est traversé, ainsi que des trous correspondants pratiqués dans la couche de matière synthétique (10,11) situées sur ses deux faces, par un prolongement en forme de rivet (14) de l'arbre (6). 6.- Dispositif à membrane selon la revendication 1,caractérisé en ce que la partie centrale(85, 95) de plus forte épaisseur est renforcée par au moins une nervure moulée (88,99). 7.- Dispositif à membrane selon la revendication 6, caractérisé en ce que les nervures (99) sont disposées en forme de grille. 8.- Dispositif à membrane selon la revendication 6, caractérisé en ce que la nervure qu'il comprend est une nervure annulaire (88) qui, en outre, assure la tenue d'un ressort (86). 9.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications i à 3 ou 6 à 8, caractérisé en ce que l'élément mécanique mobile (lois est constitué en matière synthétique et est moulé sur la partie centrale (95). 10.- Dispositif à membrane selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément mécanique mobile (101) est constitué par un levier en matière synthétique formé par moulage sur une articulation en matière synthétique (100). 11.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la zone de va-et-vient (7,27,37,47,57,67,77) est de forme courbe et est raccordée à la partie centrale (5,25,35,45,55,65,75) de plus forte épaisseur dans la zone de transition (17,46,56) entre la surface latérale et la surface frontale. 12.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à il, caractérisé en ce que deux zones à va-etvient (67a, 67b, 77a, 77b) sont raccordées à une certaine distance l'une de l'autre à la partie centrale (65, 75) de plus forte épaisseur. 13.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la zone de serrage (2,-32, 62a,62b,72a,72b,82,92)a une épaisseur plus forte que celle de la zone de va-et-vient 14.- Dispositif à membrane selon la revendication 13, caractérisé en ce que la zone dè serrage (23) est profilée à la manière d'une rainure ou d'une languette 15.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications i à 14, caractérisé en ce que la matière synthétique est constituée par du polyester. 16.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le boîtier est pourvu d'une surface d'appui approximativement conique (18, 68a, 68b, 78) qui va en se rétrécissant vers le côté convexe de la zone de vaet-vient courbe à partir de la zone de serrage. 17.- Dispositif à membrane selon l'ensemble des revendications 12 et 16, caractérisé en ce que le boîtier comprend entre la zone de serrage des deux zones de va-et-vient une bague (63,73) pourvue au moins d'une surface d'appui (68a, 68b,78) approximativement conique. 18.- Dispositif à membrane selon l'une quelconque des revendications i à 17, caractérisé en ce que la zone de va-et-vient (7, 27, 37, 47, 57, 67a, 67b, 77a, 77b, 87) forme dans sa position de repos une surface conique au niveau du raccordement avec la zone de serrage (2, 32, 62a, 62b, 72a, 72b). 19.- Dispositif à membrane selon la revendication 16 ou la revendication 17, et la revendication 18, caractérisé en ce que la surface conique de la zone de va-et-vient (7, 27, 37. 47, 57. 67a/ 77a, 77b, 87) est adaptée à la surface d'appui conique (18, 68a, 68b, 78) du boîtier.