Brevet FR2545572A1 — publié le 19841109

Régulateur pneumatique de pression La présente invention est relative à un régulateur pneumatique de pression. Un tel régulateur est destiné notamment à être interposé sur la canalisation pneumatique reliant une source d'air comprimé à un récepteur tel qu'un vérin et à régler la mesure de la pression en aval de l'appareil, donc à l'entrée du récepteur, à une valeur donnée. Un tel appareil est en général associé à un filtre à air et à lubrificateur, pour constituer un ensemble de traitement de l'air comprimé. On connatt des régulateurs du type précité comprenant un corps creux muni d'un orifice d'entrée relié à une canalisation amont (côté source) et un orifice de sortie relié à une canalisation aval (oôté récepteur). A l'intérieur du corps est disposé un clapet pouvant obturer le passage de l'amont vers l'aval. Ce clapet est solidaire d'un ressort déplaçant un piston (ou une membrane), dont la face opposée au ressort est à la pression aval. Le ressort est muni d'un moyen de réglage de sa force ; celle-ci est réglée de telle sorte que la pression aval sur le piston équilibre la force du ressort maintenant le clapet fermé. Si la pression aval vient à baisser le ressort pousse le piston ce qui produit l'ouverture du clapet. Si la pression aval augmente, le piston maintient le ressort fermé. De tels régulateurs présentent plusieurs inconvénients - d'une part l'absence de linéarité de la relation entre la pression aval et la force du ressort, conduit à une absence de linéarité de la courbe caractéristique pression/débit du régulateur - d'autre part, la force à exercer, pour régler la force du ressort à sa valeur de consigne, est importante, ce qui rend l'appareil peu maniable. On a proposé de modifier l'appareil du type précité en supprimant le ressort et en le remplaçant par une action pneumatique exercée sur la face correspondante du piston (ou de la membrane). Cette action est couramment appelée pression de pilotage. Un exemple d'un tel régulateur est représenté dans la figure 1. Po désigne la pression amont, Ps la pression aval, Pp la pression de pilotage. Le générateur comprend un clapet C1 solidaire d'une tige 1 qui prend appui sur un clapet C3 et un piston double P1. La face inférieure du piston n'est pas soumise à l'action d'un ressort de réglage, mais d'une pression de pilotage qui présente l'avantage dd'être constante, quelle que soit la levée du clapet. Le régulateur comporte un régulateur pilote chargé de délivrer cette pression de pilotage. Ce régulateur pilote comprend un clapet C2, un piston P2 et un ressort P1. Le fonctionnement est le suivant POSITION REPOS (clapet principal fermé, bouton de réglage Br tout dévissé, Ps = O). - la pression amont Po arrive par l'orifice d'entrée A. Le clapet principal C1 est formé par son ressort R2. La pression Po pénètre dans la chambre E qui est une chambre d'équilibrage de la section d'étanchéité du clapet C1. Elle pénètre également dans la tige solidaire du clapet Ci, jusqu'au niveau du clapet de pilotage C2. MONTEE EN PRESSION Ps. - la montée en pression Ps s'obtient en tournant le bouton de réglage Br qui, par son système vis-écrou, comprime le ressort R1. Le ressort R1 repousse le piston P2 qui, par l'extrémité de sa tige tubulaire lève le clapet C2. La pression amont alimente alors la chambre située en-dessous du piston Pi. La pression s'élève et agit simultanément : - sur la face supérieure du piston P2, jusqu'au moment où la pression équilibre la force du ressort ni et le clapet C2 se referme. - sur la face inférieure du piston Pi qui se trouve repoussé vers le haut. Il entratne dans sa course la tige du clapet C1 qui stouvre. La pression Ps monte alors et s'exerce sur la face supérieure du piston P1, jusqu'au moment où elle équilibre la pression Pp sur la face opposée de P1 et le clapet C1 est refermé. Pour assurer une meilleure constance de la pression Pp, le piston P1 est percé d'un très petit trou qui provoque une fuite à l'atmosphère de Pp. Le système régulateur-pilote est ainsi toujours en léger débit. FONCTIONNEMENT EN DEBIT Lors d'un appel de débit dans l'orifice B, la pression Ps tend à baisser. La force sur la face supérieure du piston P1 diminuant, celui-ci tend à monter en ouvrant davantage le clapet C1. SUPPRESSION DANS LA CANALISATION AVAL En cas de surpression accidentelle dans la canalisation B, la force agissant sur la face supérieure du piston P1 augmente. Le piston P1 descend, le clapet Ci se ferme, le piston P1 continue à descendre et le clapet d'échappement C3 s'ouvre. La surpression s'évacue à l'atmosphère par les passages ménagés entre les deux faces du piston P1 et dans le corps du régulateur. L'augmentation de pression provoquée dans la chambre Pp par la descente du piston P1, s'exerce sur la face supérieure du piston P2. Celui-oi descend. Le clapet C2 se referme. Le piston P2 continuant à descendre, l'extrémité de sa tige tubulaire se démasque. La surpression s'évacue à l'atmosphère par cette tige et par les orifices ménagés dans le corps du régulateur et le bouton de réglage. Un tel distributeur pneumatique est très amélioré par rapport à la réalisation qui ne comprend qu'un ressort et un piston. Cependant l'appareil comporte un grand nombre de pièces ce qui le rend difficile et coûteux à fabriquer avec la précision nécessaire en raison des tolérances faibles que chacune des pièces doit avoir pour obtenir une fois ces pièces assemblées un appareil aux cotes souhaitées. Par ailleurs, le réglage de la pression de pilotage nécessite un grand couple sur le bouton de réglage, ce qui peut constituer une gêne dans la manipulation lorsque l'accès au bouton est difficile. Un autre inconvénient est que l'appareil qui vivent d'être décrit se preste mal à une miniaturisation -de plus en plus recherchée par les utilisateurs-. Un but de la présente invention est de réaliser un régulateur pneumatique de pression comportant un nombre réduit de pièces, donc d'une fabrication moins coûteuse à précision égale, de dimensions globales réduites et d'un réglage ne nécessitant qu'un effort minime. La présente invention a pour objet un régulateur pneumatique de pression comprenant un corps pouvant être relié d'une part à une source de pression amont d'autre part à une utilisation en aval, comprenant un clapet pouvant obturer ou ouvrir un passage entre l'amont et l'aval, le clapet étant appliqué sur son siège par un ressort et déplaçable par action d'une tige solidaire d'une membrane disposée dans une chambre intérieure audit corps et séparant ladite chambre en un premier et un second compartiment, le premier compartiment étant en communication avec la pression aval, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour établir dans le second compartiment une pression de valeur réglable. L'invention est maintenant précisée par la description détaillée d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en regard du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un régulateur de pression pneumatique selon l'art connu, - les figures 2 à 4 représentent une vue en coupe axiale d'un régulateur de pression pneumatique selon l'invention, dans trois phases de son fonctionnement, - la figure 5 est une vue éclatée du régulateur de pression décrit en regard des figures 2 à 5. Dans les figures, les références 10 et 30 désignent deux pièces moulées en plastique constituant, avec le couvercle 50 également en plastique moulé, l'ossature du dispositif de l'invention. La pièce 30 et le couvercle 50 sont assemblés par des vis telles que 31D et 51 et côté couvercle par l'intermédiaire Joint d'étanchéité 52. La pièce 10 comporte un orifice 11 relié à la pression amont et d'un orifice 12 relié à la pression aval. Ces orifices sont munis de brides de raccordement 13 et 14, associés à des joints intérieurs 15 et 16 et extérieurs 17 et 18. Les brides en alliage d'aluminium, sont munies d'un filetage (13A, 14A). Ces brides font l'objet d'une demande de brevet déposée le même jour que la présente demande et ayant pour titre : "Bride de raccordement pour appareil pneumatique". Le couvercle porte un clapet mettant en communication lorsqu'il est ouvert, les côtés amont et aval de l'appareil. Ce clapet comprend un piston 53 coulissant de manière étanche grâce à un joint 54 dans un cylindre 55 venu de moulage dans le couvercle. Un ressort 56 applique l'extrémité 53A du piston sur son siège constitué par l'extrémité 19A d'un cylindre 19 venu de moulage avec la pièce 10 et s'étendant axialement d'une face à l'autre de cette pièce. Un petit orifice 57 est pratiqué dans la partie 53A du clapet. Entre la partie 10 et la partie 30 est disposée une membrane 31 rendue solidaire, par deux plaques circulaires 32 et 33 et un clips 34 d'une tige creuse 35 s'étendant de part et d'autre de la membrane. Cette tige s'étend au-dessus de la membrane jusqu'au contact du clapet 53A. La tige coulisse de manière étanche dans un trou cylindrique de la pièce 1Q, grâce à une rondelle 37 et un joint 38. La membrane délimite de part et d'autre deux compartiments, le premier 31A en communication avec la pression aval par un conduit 20, le second 31B. Au-dessous de la membrane, la tige coulisse dans une cavité cylindrique 36, de manière étanche grâce à une rondelle 37' et un joint 38'. La cavité 36 est en communication avec l'extérieur par un conduit 39, venu de moulage, perependiculaire à l'axe de l'appareil. La pièce 30 comporte à sa partie inférieure une cavité cylindrique 40 débouchant vers le bas, dont l'intérieur est lisse à la partie supérieure et fileté à la partie inférieure 40A. Dans la partie intérieurement lisse s'engage un manchon 41 à paroi extérieure lisse présentant un conduit axial 42 le traversant d'une extrémité à l'autre. La partie inférieure du conduit 42 présente un redant servant de siège à un clapet comprenant un obturateur 43 muni d'un ressort 44 qui s'appuie contre le fond de la cavité 40. La partie supérieure du conduit est évasée de manière à permettre de créer une petite chambre 45 délimitée par un joint d'étanchéité oblong 46. Cette chambre communique avec la partie amont 11 de la pièce 10 par deux conduits 20A et 30A, venus de moulage dans les pièces 10 et 30 respectivement et se rejoignant au niveau d'un trou 31C de la membrane 31. Dans la partie filetée de la cavité 40 est vissé un manchon 60 présentant une cavité axiale 61 ayant trois parties de diamètre croissant de bas en haut 61A, 61B et 61C. Un joint d'étanchéité 60A est placé entre les pièces 60 et 41. La cavité est en liaison pneumatique avec le compartiment 31B par des conduits 41A du manchon, qui a, en section une structure en roue à rayons. Dans la partie 61C de la cavité, s'engage un piston 63, comprenant une tête 63A et une tige 63B, creuse et filetée inférieurement. Un orifice 64 de la tige 633 fait communiquer l'intérieur de la tige avec la cavité 61. Un joint 63C est disposé entre le manchon 60 et la tete 63A. Dans la partie 61B de la cavité est enfilé un puissant ressort 65 qui s'appuie d'une part sur le fond de la partie 61B de la cavité et d'autre part contre le piston 63. Dans la partie 61A de la cavité 61 s'engage un bouton de réglage 70 présentant une section intérieure carrée. Dans cette section est disposée une tige métallique 71 9 cette tige présente - une partie 71A à section carrée, coopérant avec le bouton 70 pour son entratnement en rotation - une partie -713, pouvant se visser dans la partie filetée de la tige 63B du piston 63 - une portion 71C, creuse, dont la partie supérieure peut venir en contact avec l'obturateur 43. Cette portion creuse est muni d'un perçage transversal 72 au-dessus de sa partie filetée. L'étanchéite entre la tige et le piston est assurée par un joint 73 associé à une rondelle 74. Un ressort 75 est placé dans le bouton 7Q et coopère avec un manchon de blocage 76 pour maintenir la tige 71 dans une position angulaire fixe, par enfoncement du bouton. Des crans 76A du manchon de blocage coopérent pour cela avec des crans 30B de la pièce 30. Des plaques latérales telle que 80 complètent le dispositif. L'une peut comprendre un insert métallique 81 auquel on branche un appareil de mesure de pression 82. Le fonctionnement est le suivant - au repos, sans aucune pression amont le clapet 53A est sur son siège le ressort 65 est détendu au maximum, mais la tige 71 est dévissée, de telle sorte que l'obturateur 43 reste sur son siège, - lorsqu'on établit la pression amont P1 (figure 2), elle s'établit au-dessus de ltobturateur, le gaz passant par les canalisations 20A et 30A. - la pression de référence est alors amenée dans la chambre sous la membrane (figure 3). Pour cela, on tourne d'un angle donné le bouton 70, de manière à visser la tige 71 dans le manchon 63. L'obturateur 43 se soulève de son siège. La pression s'établit au-dessous de la membrane, le gaz passant le long de la tige 71C. Lorsque la pression équilibre la force du ressort, l'obturateur 43 retombe sur son siège. La pression de pilotage règne sous la membrane. On observe d'une part que la pression de pilotage est une fonction directe de l'angle de rotation du bouton qui peut donc ainsi être étalonné. Par ailleurs, comme la pression au-dessus du piston 63 équilibre la force du ressort, l'ajustement de la pression de pilotage par rotation du bouton se fait sans nécessiter un couple élevé. Les orifices 64D, 72, et le fait que la tige soit creuse permettent d'équilibrer la pression sous le piston 63 à la valeur de la pression atmosphérique. La pression pilote étant établie sous la membrane, la régulation pneumatique se fait simplement et la manière suivante. En cas d'appel de pression en aval, la pression de pilotage sous la membrane dépassant la pression aval, la membrane se déplace vers le haut, entrarnant la tige 35 qui soulève le clapet 53A, etablissant la communication entre 11 amont et -l'aval. Lorsque la pression aval atteint la valeur pilote, le clapet se referme. En cas de surpression aval accidentelle (figure 4), la membrane descend, entrainant la tige 35 qui se sépare du clapet 53A. La surpression aval est évacuée immédiatement par l'intérieur de la tige et par le conduit 39. Le régulateur selon l'invention comporte un nombre limité de pièces, ce qui permet une construction peu coûteuse, presque toutes les pièces étant en plastique moulé. Le montage par simple empilage est aisé. Le nombre limité des pièces permet d'obtenir après montage, des cotes globales respectées, sans nécessiter, pour chacune des pièces, des niveaux de tolérance trop élevés. L'utilisation d'une pression de référence sous la membrane, au lieu et place d'un ressort, permet d'équilibrer la membrane, de diminuer sa fragilité et d'en augmenter la sensibilité. REVENDICATIONS 1/ Régulateur pneumatique de pression comprenant un corps (10, 30) pouvant être relié d'une part à une source de pression amont (11) d'autre part à une utilisation en aval (12), comprenant un clapet (53A) pouvant obturer ou ouvrir un passage entre l'amont et l'aval, le clapet étant appliqué sur son siège par un ressort (56) et déplaçable par action d'une tige (35) solidaire d'une membrane (31) disposée dans une chambre intérieure audit corps et séparant ladite chambre en un premier (31A) et un second (31B) compartiment, le premier compartiment (31A) étant en communication avec la pression aval, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (43, 63, 65) pour établir dans le second compartiment (31B) une pression de valeur réglable. 2/ Régulateur selon la revendication 1, caractérise en ce que lesdits moyens comprennent un obturateur (43) appliqué sur son siège par un ressort (44), ledit obturateur et son ressort étant disposés dans une cavité reliée pneumatiquement à la pression amont, l'obturateur étant déplaçable par une tige (71) solidaire d'un piston (63) se déplaçant dans une chambre, la partie de la chambre au-dessus du piston étant en liaison pneumatique avec le second compartiment (31B), un ressort (65) étant disposé dans la partie de la chambre au-dessous du piston, le mouvement de translation de la tige étant obtenu par une partie filetée (71B) de la tige coopérant avec une partie (63B) taraudée du piston. 3/ Régulateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps est formé de deux parties moulées (10, 30) enserrant la membrane (31) et assemblées par vissage. 4/ Régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison pneumatique entre la cavité au-dessus de l'obturateur et la pression amont est réalisée par deux conduits (20A, 30A) pratiqués respectivement à l'intérieur de la première et de la seconde partie du corps et convergeant vers un trou périphérique (31C) de la membrane. 5/ Régulateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige (353 solidaire de la membrane (31) est creuse et coulisse à sa partie située sous la membrane dans une cavité cylindrique (36) reliée à l'extérieur du corps par un conduit (39).