Brevet FR2512164A1 — publié le 19830304

La présente invention se rapporte à un régulateur de pression perfec- tionné dans le côté secondaire duquel la pression d'un fluide est maintenue à une valeur donnée préétablie indépendamment des variations de la pression de ce fluide dans le côté primaire, ce régulateur de pression perfectionné comportant, en outre, des moyens pour compenser automatiquement cette pression préétablie en fonction des variations de la température du fluide de façon à maintenir constant le débit d'un fluide visqueux (tel qu'une peinture) dé- livré par le régulateur. Quand, par exemple, une peinture liquide est fournie sous pression à un pistolet de pulvérisation pour une opération de peinture au pistolet, il est d'usage de mettre en place un régulateur de pression dans le conduit amenant la peinture sous pression Dans ce cas, étant donné que la viscosité de la peinture varie avec la température, ce qui se traduit par des variations de la résistance du conduit d'alimentation, le débit de la peinture délivrée par le régulateur n'est pas le même aux différentes températures, en supposant que la pression de la peinture est maintenue constante dans le côté secondaire. En conséquence, pour maintenir un débit constant de peinture par le régulateur, il est à l'heure actuelle nécessaire d'ajuster la valeur préétablie de la pres- sion du fluide du côté secondaire, chaque fois que la température de la peinture varie. Il existe des régulateurs conçus pour effectuer automatiquement cet ajustement au moyen d'un mécanisme de réglage influencé par les variations de volume d'un liquide ayant un grand coefficient de dilatation thermique, tel que l'alcool et l'éther, en fonction des variations de la température Toute- fois, ces régulateurs on un inconvénient qui réside dans le fait que les coef- ficients de dilatation de l'alcool, de l'éther et autres ne sont pas assez grands pour compenser de grandes fluctuations de températures et aussi que ces liquides sont incapables de fournir suffisamment d'énergie pour actionner le mécanisme de réglage De plus, l'utilisation de la dilatation d'un liquide oblige à utiliser un dispositif dans lequel le mécanisme de réglage est actionné par le mouvement d'une tige de piston mue par un piston qui, de son côté, est actionné par la variation de volume du liquide avec la température Ceci implique qu'il est nécessaire de mantenir constamment hermétique un cylindre rempli avec un liquide Or, après des utilisations répétées le liquide risque de fuir par les intervalles qui se développent autour de l'ouverture par laquelle la tige de piston passe et il est extrêmement difficile de réaliser une structure par- faitement étanche Cet agencement classique pose également des problèmes d'en- tretien car toutes les fuites qui risquent de se produire pourraient conduire à une explosion ou à un incendie. De plus, la plupart de ces régulateurs de pression connus utilisent une membrane sur laquelle une force est exercée par un moyen quelconque afin de régler la pression du fluide passant à travers le régulateur En conséquence, la sensibilité de cette membrane détermine la précision du régulateur tout entier et conditionne la capacité qu'a le régulateur de remplir ou non sa fonction de manière satisfaisante et sure Dans certains cas, selon l'application et le type du régulateur, les meilleurs résultats sont obtenus avec une membrane ayant une très petite surface Toutefois, du point de vue de la structure et de la fabrication, il est souvent impossible de réduire à un degré suffisant la surface de la membrane ou bien quand cette surface est réduite, on constate que la membrane soulève de nombreux problèmes en ce qui concerne sa sensibilité et sa durée de vie, de sorte qu'elle n'est pas utili- sable dans la pratique. Compte tenu de ce qui précède, le but principal de la présente invention est de fournir un régulateur de pression pourvu d'un dispositif de compensa- tion de température dont la structure est simple et qui est capable d'effec- tuer automatiquement et avec précision une régulation et une compensation de la pression en fonction des variations de la température. Plus précisément, le régulateur de pression qui fait l'objet de la présente invention est pourvu d'un ensemble de plaquettes bimétalliques qui s'incurvent quand elles sont exposées à des variations de température, la force collective et la course totale de ces plaquettes bimétalliques, qui résultent de cette courbure, étant appliquées à la tige de la valve du régulateur, ce qui fait que le degré de compression d'un ressort de réglage de pression est modifié, à partir d'une valeur prédéterminée correspondant à la pression préétablie du fluide du côté secondaire du régulateur De plus, ce régulateur est pourvu non seulement de la membrane de réglage de pression usuelle (qualifiée par la suite de "membrane principale"), mais également d'une mem- brane auxiliaire disposée sur la surface de base d'une enveloppe intérieure, de manière à faire face à ladite membrane principale et à recevoir la pression du fluide du c 8 té secondaire du régulateur suivant une direction opposée à celle suivant laquelle cette pression est reçue par la membrane principale. Ainsi,quandla résultante des forces des deux membranes est appliquée à la tige de la valve l'effet est pratiquement le même que celui qui aurait été obtenu avec une seule membrane de petite surface. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite sans aucun caractère limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en-coupe verticale d'un régulateur de pres- sion comportant un dispositif de compensation de température conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective représentant des plaquettes bimétalliques utilisées dans le dispositif de compensation de température représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe destinée à montrer la disposition des plaquettes bimétalliques dans l'empilage qu'elles forment; lesfigures 4 et 5 sont des vues schématiques illustrant la déformation de plaquettes bimétalliques plates ordinaires à l'intérieur de l'empilage 1 o qu'elles forment; la figure 6 est un graphique représentant la courbe du déplacement ou de la "course" d'un ensemble de plaquettes bimétalliques conforme à l'in- vention; les figures 7 et 8 sont des graphiques représentant les courbes de puissance d'ensembles de plaquettes bimétalliques conformes à l'invention la figure 9 est un graphique représentant le rapport entre la température et la pression dans un régulateur conforme à l'invention et dans un régulateur classique; et la figure 10 est un graphique représentant le rapport entre la température et le débit du fluide dans un régulateur conforme à l'invention respectivement dans le cas o le dispositif de compensation est en action et dans le cas o il est inopérent On se propose de décrire maintenant l'invention dans son application à un régulateur de pression comportant un dispositif de compensation de température, régulateur destiné à 8 tre intercalé dans le conduit d'alimentation sous pression d'un pistolet à peinture utilisé pour la pulvérisation d'une peinture sur un support. En considérant d'abord la figure 1, on voit que le régulateur conforme à ce mode de réalisation de l'invention comprend une enveloppe extérieure 1 qui constitue le corps principal du régulateur L'enveloppe 1 comporte une entrée 2 pour la peinture, un canal primaire A communiquant avec celle-ci, une ouverture de valve 4, un canal secondaire B faisant communiquer l'ouverture de valve 4 avec une sortie 3 pour le peinture Le canal primaire A comporte, à un emplacement approprié, un siège 21 sur lequel repose un obturateur de valve 5 en forme de bille Près de sa base, l'enveloppe extérieure 1 comporte une membrane principale 6 qui est sollicitée vers le haut par un ressort de réglage de pression 7 Au centre de la membrane 6 se dresse une tige 8 compor- tant, à sa partie intermédiaire, une plaquette de pression 10 placée de façon à s'appuyer sur l'obturateur 5 Au-dessus de la plaquette de pression 10 est 12164 disposée une enveloppe intérieure cylindrique 14 à laquelle une membrane auxiliaire 11 est fixée de manière à couvrir son extrémité inférieure ouverte. La plaquette de pression 10, une rondelle inférieure 13 et la membrane auxiliaire 11 sont montées de façon à se déplacer ensemble avec la tige 8 A la partie supérieure de la tige 8, qui est logée dans l'enveloppe intérieure 14 elle- meme montée dans l'enveloppe extérieure 1, est prévu un empilage 9 de plusieurs plaquettes bimétalliques Cet empilage de plaquettes bimétalliques 9, qui est conçu pour se dilater et se contracter sous l'action des variations de la température, est serré entre la rondelle inférieure 13 et une rondelle supérieure 12, et est pressé vers le bas par un ressort de réglage 15 L'enveloppe inté- rieure 14 est retenue dans l'enveloppe extérieure 1 par le couvercle supérieur de cette dernière, lequel ferme aussi l'extrémité supérieure de l'enveloppe intérieure 14 L'ouverture inférieure de l'enveloppe intérieure 14 est fermée par la membrane auxiliaire 11 et est parfaitement isolée du canal dans lesquel circule la peinture par un joint 16 placé au point o la tige 8 traverse la membrane auxiliaire 11 L'enveloppe intérieure 14 est formée d'une matière bonne conductrice de la chaleur et on a donné un contour ondulé à sa surface exté- rieure 17 afin de lui permettre de transmettre rapidement les variations de la température de la peinture à l'empilage de plaquettes bimétalliques 9 Le res- sort de réglage de pression 7 et le ressort de réglage 15 sont respectivement pourvus d'une vis de réglage 18 ou 19 au moyen de laquelle leur gré de compres- sion peut être ajusté De plus, l'enveloppe extérieure 1 est pourvue, à un emplacement approprié, d'une vis de purge 20 qui permet d'évacuer la peinture du régulateur ou de laver l'intérieur de l'enveloppe 1. La membrane principale 6 et la membrane auxiliaire 11 sont faites d'une matière élastique telle que le "Teflon" (marque déposée) qui permet de onner à leurs parties latérales la forme de soufflets. On va décrire maintenant, en regard des figures 2 et 3, la forme des plaquettes bimétalliques 9 et la manière dont elles sont montées Les pla- quettes bimétalliques logées dans l'enveloppe intérieure 14 sont empilées de manière que les surfaces des plaquettes adjacentes ayant les mgmes coeffi- cients de dilatation thermiques soient tournées l'une vei l'autre Autrement dit, la surface d'une plaquette donnée ayant le coefficient de dilatation thermique le plus bas fait face à la surface ayant le coefficient de dilatation le plus bas de la plaquette qui lui est adjacente sur un côté, tandis que sa surface ayant le coefficient de dilatation le plus élevé fait face à la surface ayant le coefficient de dilatation le plus élevé de la plaquette qui lui est adjacente de l'autre côté, de sorte que la direction selon laquelle les plaquet- tes sont orientées varie alternativement Du fait de cette disposition, les intervalles entre les plaquettes bimétalliques adjacentes augmentent quand les plaquettes se courbent sous l'action d'une élévation de la température, ce qui confère à l'empilage une course totale relativement longue Chacune des plaquettes a la forme d'une rondelle et est pré-bombée dans la direction dans laquelle elle se déforme quand la température s'élève, ce qui lui donne la forme d'une cuvette plate. En tournant la vis de réglage 19, la compression initiale de l'empilage de plaquettes bimétalliques 9 peut gtre ajustée par l'intermédiaire de la rondelle 12. On va expliquer maintenant le fonctionnement du mode de réalisation du régulateur selon l'invention qui vient d'Utre décrit ci-dessus Quand la pression du fluide augmente dans le canal primaire A et tend à provoquer une élévation de la pression dans le canal secondaire B, la pression régnant dans le canal B exerce une force orientée vers le bas sur la membrane 6, tendant à repousser celle-ci à l'encontre de l'action du ressort de réglage 7 Il en résulte un déplacement vers le bas de la tige 8 qui a pour conséquence que la plaquette de pression 10 exerce une pression vers le bas sur l'obturateur 5, ce qui se traduit par une réduction de la section de l'ouverture 4 de la valve et donc une diminution de la pression du fluide dans le canal secondaire Par contre, quand la pression diminue dans le canal secondaire B, le ressort de réglage 7 pousbe la membrane 6 et la tige 8 vers le haut, de sorte que la plaquette de pression 10, qui est reliée à la tige 8, appuie moins fort sur l'obturateur 5 Ceci a pour conséquence d'augmenter la section de l'ouverture 4 de la valve, et donc la pression du fluide dans le canal secondaire On voit donc qu'en agissant sur la section de l'ouverture 4 au moyen de l'obturateur 5, on peut contrôler la pression du fluide dans le canal secondaire B, de façon à la maintenir à une valeur préétablie déterminée par le ressort de réglage de pression 7, indépendamment des fluctuations de la pression dans le canal primaire A A cet égard, ce régulateur opère de la même manière qu'un régulateur traditionnel. En plus de la régulation de pression ordinaire qui vient d'être décrite, le régulateur de l'invention est en outre capable d'ajuster la pression du fluide dans le canal secondaire en fonction des variations de la température grâce à la course qui résulte de la dilatation (ou de la contraction) de l'empi- lage de plaquettes bimétalliques 9 Plus précisément, quand la température augmente, chacune des plaquettes bimétalliques 9 s'incurve davantage et la course totale produite par l'empilage des plaquettes 9 exerce une pression vers le bas sur la membrane auxiliaire 11 et sur la tige 8 et ainsi, par l'in- termédiaire de la tige 8, exerce une pression vers le bas et comprime le ressort de réglage de pression 7, ce qui revient à dire que la pression effective pré- établie du ressort 7 se trouve positivement modifiée En conséquence, la valeur préétablie de la pression du fluide dans le canal secondaire peut gtre automatiquement modifiée de façon à compenser les variations de la tempéra- ture sans qu'il soit nécessaire, pour autant, de modifier le réglage de la vis 18. En d'autres termes, dans le régulateur de pression qui fait l'objet de la présente invention, la pression préétablie au moyen du ressort de réglage 7 est automatiquement modifiée de façon à compenser les variations de la tem- pérature, la pression dans le canal secondaire du régulateur étant automatique- ment diminuée quand la température du fluide augmente et inversement Ainsi, quand un régulateur de pression conforme à l'invention est intercalé dans le conduit d'alimentation de peinture sous pression d'un appareil à peindre, la pression de sortie de la peinture peut être automatiquement modifiée afin de compenser les variations de la température de cette peinture, de sorte que le débit de la peinture délivrée (pulvérisée) peut être maintenu constant. Les plaquettes bimétalliques utilisées dans la présente invention ne sont pas de simples rondelles plates ordinaires, mais sont des rondelles bombées dans la direction dans laquelle elles se déforment quand la température augmente, ce qui leur donne alors la forme de petites cuvettes ou de petits godets sans fond L'utilisation de telles rondelles permet d'éviter les problèmes qui découlent de l'instabilité de la direction et de la longueur de la course et qui se seraient posés si l'on avait utilisé des disques plats à cause des différences temporaires de températures qui se développent à l'intérieur des plaquettes par suite du temps nécessaire pour que ces plaquettes atteignent de part en part une température uniforme et parce que chacune des plaquettes bimétalliques a ses propres caractéristiques de flexion, de sorte que les points de contact entre les plaquettes adjacentes pourraient être mal alignés comme le montre les figures 4 et 5. En donnant aux plaquettes la forme d'une cuvette ou d'un godet, il est possible de réduire à un minimum les irrégulatités de déformation causées par les différences de températures et par les particularités des plaquettes individuelles Par contre, en donnant à l'avance aux plaquettes la forme de cuvettes ou de godets, il est possible de maintenir les points de contact entre les plaquettes adjacentes au niveau des bords intérieurs et extérieurs de celles-ci, et d'éviter le décalage de ces points de contact pendant les dé- formations, comme c'est le cas avec les plaquettes plates représentées sur les figures 4 et 5, assurant ainsi que la dilatation (ou la course) de l'empilage des plaquettes reste stable tant en direction qu'en amplitude Ainsi donc, l'arrangement conforme à l'invention permet d'obtenir une course plus forte 12164 (force orientée vers le bas sur la tige 8) par suite de la déformation arquée des plaquettes bimétalliques, et ce avec un empilage plus court, comparative- ment au cas d'un empilage composé de plaquettes bimétalliques plates. On va expliquer maintenant le fonctionnement et l'action de la membrane auxiliaire 11 Bien que le dispositif de compensation de température à plaquettes bimétalliques conforme à l'invention soit capable de produire une force beaucoup plus grande et une plus grande amplitude que celles qu'il était possible d'obtenir avec les dispositifs traditionnels, son action est néanmoins limitée, en général, à une force comprise entre 5 et 20 kg, ce qui est encore insuffisant pour couvrir une gamme suffisamment large de compensa- tions des variations de pression dues aux variations de la température dans un régulateur ayant une membrane de grande surface Il semble évident de remédier à cette difficulté en réduisant simplement les dimensions de la membrane, mais à cela s'oppose le fait qu'il est généralement difficile, du point de vue de sa structure et de sa fabrication, de réduire effectivement l'aire de la membrane, à quoi s'ajoute que même si on procède à cette réduc- tion, il en résulte souvent des difficultés concernant la sensibilité et la durée de vie de cette membrane. C'est pourquoi la presente invention prévoit une membrane auxiliaire 11 couvrant l'ouverture du fond de l'enveloppe intérieure 14 et reliée mécani- quement à l'extrémité supérieure de la tige 8, de sorte que la pression du fluide agit sur la membrane auxiliaire 11 suivant une direction opposée à celle selon laquelle elle agit sur la membrane principale 6 Il en résulte que la pression agissant sur la membrane principale 6 est réduite d'une quantité correspondant à la pression s'exerçant sur la membrane auxiliaire 11, l'effet ainsi obtenu étant pratiquement le même que si l'on avait utilisé une seule membrane ayant une aire plus petite. Divers empilages de plaquettes bimétalliques construits conformément à la présente invention ont été testés pour la détermination de leur course et de leur force Les résultats obtenus sont représentés graphiquement sur les figures 6, 7 et 8. La figure 6 représente la variation de la course d'un empilage de plaquettes bimétalliques comprenant 12 plaquettes ayant chacune 3,5 cm de diamètre et une épaisseur de 15 mm La charge initiale sur l'empilage était de 8 kg et la longueur de cet empilage, à 6,50 C a été prise comme zéro La vitesse d'échauffement pendant l'essai était de 10 C par deux à trois minutes. La figure 7 représente les courbes caractéristiques de force déterminées au cours d'une série d'essais concernant différents empilages de plaquettes bimétalliques dans différentes conditions Les dimensions des plaquettes individuelles étaient les mêmes que dans le cas de la figure 6 et la vitesse de variation de la température était de 10 C par minute dans tous les cas Les résultats représentés par les points concernent un empilage de 20 plaquettes ayant une température initiale de 14,5 C et une charge initiale de 12,5 kg. Ceux représentés par des x encerlés se rapportent à un empilage de 12 plaquet- tes ayant une température initiale de 2,50 C et une charge initiale de 5 kg Ceux figurés par des x concernent un empilage de 12 plaquettes ayant une température initiale de 110 C et une charge initiale de 10 kg Ceux représentés par de simples cercles se rapportent à un empilage de 10 plaquettes ayant une tempéra- ture initiale de 1800 et une charge initiale de 4 kg. La figure 8 représente les courbes caractéristiques de force détermi- nées par une série d'essais conduits sous diverses conditions de charges avec des empilages de 20 plaquettes bimétalliques composés de plaquettes ayant les mêmes dimensions que celles de la figure 6 La température initiale était de 100 C et la vitesse de variation de la température de 10 C par minute dans tous les cas Les résultats représentés par les lignes A,B et C concernent res- pectivement des charges initiales de 15 kg, 10 kg et 5 kg. Il ressort clairement des résultats de ces essais que dans le régula- teur de pression de la présente invention, même si l'on maintient constante la pression préétablie du ressort de réglage 7, la pression dans le canal secondaire diminue automatiquement quand la température du fluide augmente et inversement En conséquence, quand on intercale un régulateur de pression conforme à l'invention dans le conduit d'arrivée de peinture sous pression d'un appareil de peinture, la pression de sortie du jet varie automatiquement de façon à compenser les variations de la température de la peinture, de sorte que le débit de la peinture délivrée (pulvérisée) peut être maintenu constant. Les effets du régulateur selon la présente invention ont été confirmés expérimentalement et sont représentés sur les figures 9 et 10. La figure 9 représente le rapport entre la température et la pression dans le régulateur de la présente invention (points) et dans un régulateur traditionnel (x) Il est à noter que dans le régulateur conforme à la présente invention, la pression diminue dans le canal secondaire quand la température augmente. La figure 10 montre le rapport entre la température de la peinture et le débit (Q) de peinture délivrée par le régulateur conforme à la présente invention dans le cas o le dispositif de compensation est en action (courbe A) et dans le cas o ce dispositif de compensation a été rendu inopérent (courbe B). Il est à noter que quand le dispositif de compensation est en marche, la pression diminue nettement quand la température s'élève, de manière à maintenir relative- 12164 ment constant le débit de la peinture délivrée, alors que quand on rend le dispositif de compensation inopérent, la pression reste relativement constante en dépit de l'élévation de la température, de sorte que le débit de la pein- ture délivrée augmente proportionnellement avec la température. La raison pour laquelle on donne aux côtés de la membrane principale 6 et de la membrane auxiliaire 11 la forme d'un soufflet fait d'une matière synthétique élastique telle que le "Téflon" est que l'on veut éviter les mouvements latéraux de la tige 8, en s'assurant ainsi que la plaquette de pression 10 exerce une pression verticale orientée vers le bas sur l'obturateur et pour éviter l'utilisation d'un tube de guidage qui, autrement, aurait été nécessaire pour la tige 8 On élimine ainsi l'hystérésis qui, autrement, risquerait de se développer entre le tube de guidage et la tige 8 pendant le glissement de cette dernière De cette manière, on améliore à la fois la précision de régulation et la durée de vie du régulateur. Avec le régulateur de pression de la présente invention, la pression du fluide peut être ajustée de manière à compenser les variations de la tempéra- ture de celui-ci, c'est-à-dire, ses variations de viscosité, de façon à main- tenir le débit de fluide délivré par le régulateur constant en permanence Du fait que cette compensation peut être réalisée avec une grande précision au moyen d'un mécanisme ayant une structure relativement simple, il est clair que ce régulateur est facile à entretenir et qu'il a une longue durée de vie. REVENDICATIONS 1 Régulateur de pression comportant une tige de valve ( 8) se dressant au centre d'une membrane ( 6) actionnée par les forces antagonistes de la pression régnant dans un canal à fluide sous pression du côté secondaire du corps principal ( 1) du régulateur et de la pression exercée par un ressort de réglage ( 7), la pression du fluide du c 8 té secondaire étant maintenue constante en réglant l'ouverture ( 4) d'une valve par l'action de la tige ( 8), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de compensation de température comprenant une enveloppe intérieure cylindrique ( 14) formée d'une matière bonne conductrice 1 o de la chaleur et pourvue vers l'extrémité supérieure de ladite tige de valve de moyens pour l'isoler des canaux dudit corps principal ( 1), et un empilage de plaquettes bimétalliques ( 9) disposées de manière que les côtés des plaquet- tes adjacentes ( 9) ayant les mêmes coefficients de dilatation thermiques soient en regard, cet empilage étant retenu dans ladite enveloppe intérieure ( 14) entre deux rondelles ( 12, 13), ladite tige de valve ( 8) étant reliée mécaniquement audit empilage de plaquettes bimétalliques ( 9) de manière qu'elle soit poussée vers le bas par sa course de dilatation quand lesdites plaquettes bimétalliques de dilatation s'incurvent en même temps que la température augmente, ladite tige de valve étant, en outre, reliée mécaniquement audit ressort de réglage de pression ( 7) afin de comprimer ce dernier quand elle est poussée vers le bas par ledit empilage de plaquettes bimétalliques ( 9). 2 Régulateur de pression comportant un dispositif de compensation de température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de l'envelop- pe intérieure ( 14) est formé par une membrane auxiliaire ( 11) reliée mécanique- ment à ladite tige de valve ( 8). 3 Régulateur de pression comportant un dispositif de compensation de température selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite mem- brane ( 6) ou en ce que ladite membrane ( 6) et ladite membrane auxiliaire ( 11) sont formées d'une résine synthétique élastique telle que le "Téflon" et en ce que leurs côtés forment des soufflets. 4 Régulateur de pression comportant un dispositif de compensation de température selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune desdites plaquettes bimétalliques ( 9) se présente sous la forme d'une rondelle incurvée dans la direction dans laquelle elle se cambre quand la température augmente, de façon à présenter la forme d'un godet ou d'une cuvette sans fond.