Brevet FR2579068A1 — publié le 19860926

DISPOSITIF DESTINE A DIRIGER UN FLOT DE LIQUIDE VERS UNE SORTIE CHOISIE PARMI PLUSIEURS AUTRES ET APPLICATIONS D'UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif destiné à diriger un flot de liquide vers une sortie choisie parmi plusieurs autres Elle concerne également les applications d'un tel dispositif. Le problème se pose souvent à partir d'une arrivée unique de liquide, d'ouvrir ou de fermer à volonté l'une ou l'autre d'une pluralité de sorties Par exemple, lorsqu'à partir d'une seule source, on veut alimenter plusieurs points d'arrosage séquentiellement, on doit le plus souvent, dans l'état actuel de la technique, faire appel-à des organes tels que des électrovannes qui permettent effectivement le passage ou l'interruption du liquide Une telle commutation, vers une sortie à la fois, présente Vintéret de conserver la pression du fluide d'entrée (exception faite de la perte de charge en ligne) En arrosage, une meilleure pression permet d'étendre la surface arrosée. Mais les systèmes connus sont onéreux et difficiles à mettre en place.Le coût de l'ensemble augmente donc très vite avec le nombre de directions du fluide à commander. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et concerne un dispositif se présentant muni de moyens de commutations extrêmement simples, sous la forme d'un organe qui, recevant le fluide, le distribue en libérant ou obstruant à la demande, une sortie choisie d'avance par simple rotation d'un cylindre de commande coopérant avec un jeu de billes d'obturation. L'invention concerne également une application dudit dispositif se situant plus particulièrement dans le domaine de l'arrosage Elle concerne plus précisément un dispositif destiné à diriger un flot de liquide vers une sortie choisie parmi plusieurs autres, comportant un orifice d'entrée relié à la source d'alimentation en fluide et une pluralité de sorties, caractérisé en ce qu'à chaque sortie est associée la combinaison d'une bille d'obturation et d'au moins une cavité portée par un organe mobile de telle sorte qu'en fonction de la position de l'organe mobile, les billes se trouvent soit en position haute, plaquées contre les orifices de sortie, soit en position basse, en appui au fond de la cavité libérant alors la sortie concerne. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles - La figure 1 est un schéma explicatif. - Les figures 2 et 3 illustrent une première variante de réalisation du dispositif conforme à l'invention. - La figure 4 est une vue en coupe d'une seconde variante d'un dispositif conforme à l'invention. - Les figures 5 et 6 (référencées 5a et 5b) sont une illustration, vue en plan, de deux exemples de structure des deux parties essentielles d'un dispositif conforme à l'invention et coopérant entre elles. - La figure 7 illustre schématiquement une autre variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. - La figure 8 est un diagramme illustrant la mise en oeuvre d'un exemple d'application d'un dispositif conforme à l'invention. - La figure 9 représente un exemple d'un boitier de commande adapté à une application d'un dispositif conforme à l'invention. Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Un dispositif 1 conforme à Invention est destiné, comme le montre la figure 1, à orienter la sortie d'un fluide introduit dans une chambre (V) par une entrée E et relié à l'extérieur par une pluralité de sorties S1, S2, S3...Si...Sn. Il y a donc une entrée E et autant de directions possibles pour le fluide que de sorties Sl...Sn. Il s'agit en quelque sorte d'un "démultiplexeur" hydraulique. Un premier exemple de réalisation d'un dispositif 1, conforme à l'invention est illustré au moyen de la figure 2, complétée par la figure 3 qui est une illustration d'un détail agrandi de la figure précédente. Un tel dispositif 1 comporte un corps 2 constitué d'une embase 3 de deux parois latérales 4 et 5 et d'une plaque supérieure A. A l'intérieur de ce corps est emprisonné un organe mobile C qui, dans l'exemple ici décrit, est un cylindre dont l'axe xx' est porté par deux paliers 7 et 8, ce qui permet de lui imprimer un mouvement de rotation symbolisé par la fleche R dans un sens ou dans l'autre. Ce mouvement est obtenu soit manuellement, soit à l'aide d'un moteur, par exemple du type pas à pas. Selon une caractéristique importante de l'invention, la plaque supérieure A comporte autant d'orifices de sortie S1, S2, S3...Sn (dans l'exemple décrit n = 6) que l'exige l'application concernée, ainsi qu'un orifice d'entrée E destiné à mettre le dispositif en communication avec une source d'alimentation en fluide non représentée sur la figure. Le jeu de billes bl, b2...bn en nombre égal au nombre orifices de sortie Sl...Sn est emprisonné entre la plaque supérieure A et la surface externe du cylindre C.Ces billes sont positionnées face à chacun des orifices de sortie et, ce positionnement est garanti grâce à la présence d'une plaque intermédiaire B comportant autant de perforations (P1, P2...Pn) qu'il y a de billes, ces perforations présentant un diamètre très légèrement supérieur à celui des billes bl...bn. Selon une autre caractéristique de l'invention, cette surface externe du cylindre C comporte un jeu de cavités C1, C2, C3...Cn (n = 6 dans l'exemple choisi) en nombre égal à la fois à celui des sorties (Sl...Sn), à celui des lumières de positionnement (Pl...Pn) ménagées dans la plaque intermédiaire B, et, à celui des billes (bl...bn). Conformément à l'invention, ces cavités (Ci...Cn) sont situées aux intersections des plans verticaux passant par le centre des billes (bl...bn) et des méridiens décalés de 2n-/n. Il en résulte que, en fonction de la position relative du cylindre et de la plaque supérieure A, les billes occupent soit une position haute, comme c'est le cas dans les figures pour les billes bl, b2, b3, b5, b6, soit une position basse, c'est à dire en appui dans l'une des cavités -ce cas est illustré sur les deux figures au niveau de la bille b4 reposant au fond de la cavité C4. Selon une autre caractéristique de l'invention, une membrane 20 rendue solidaire de la plaque intermédiaire B ou faisant partie intégrante de celle-ci, recouvre les billes (bl à bn) et constitue une barrière étanche délimitant ainsi la chambre ou volume libre (V), dans laquelle se répartit le fluide introduit dans le dispositif à partir de l'orifice d'entrée E. L'étanchéité au niveau de la jonction des parois du corps 2 et de la plaque intermédiaire est réalisée de manière connue par tout moyen- approprié. Cette membrane 20 est réalisée en matériau élastique et peut comporter un soufflet 21. Elle a donc deux fonctions : premièrement contribuer à l'étanchéité au niveau des sorties obturées par une bille, deuxièmement empêcher le passage du fluide du volume libre vers la cavité (Ci...Cn) du cylindre C dans laquelle s'appuie une bille (bl...bn). Pour améliorer encore l'étanchéité au niveau de chaque bille obturant un orifice de sortie (Sl...Sn), le matériau et la configuration du profil constituant les lèvres 25 des orifices de sortie (S1 à Sn) sont réalisés de telle sorte qu'elles présentent une élasticité et une déformation telle que les billes (bl à bn) recouvertes de leur membrane 20 s'appliquent contre elle en créant une étanchélté maximale. Pour éviter les déformations sous l'effet de la pression, on peut noyer, au sein du matériau constituant cette plaque intermédiaire B, une couche 30 d'un matériau rigide. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, la plaque A présente une face plane située dans un plan parallèle à l'axe xx' du cylindre C. Selon une autre variante de réalisation d'un dispositif 1 conforme à l'invention, et comme le montre la figure 4, cette même plaque supérieure A présente une face plane mais, cette fois, dans un plan perpendiculaire à l'axe xx' de l'organe mobile C qui, dans ce cas, est une plaque circulaire parallèle à la précédente. Elles présentent donc dans ce cas toutes les deux une section circulaire. On retrouve sur cette figure 4, percés dans la plaque supérieure A, les orifices de sortie (Sl...Sn) ainsi que l'orifice d'entrée E qui peut être central, axé donc sur l'axe de rotation xx' de l'organe C dont c'est la face plane 40, perpendiculaire au dit axe xx' qui comporte une cavité (C1), visible sur cette figure 4. Cet organe C est maintenu en place au moyen d'une plaque support 41 et d'un palier 42. Un moteur d'entrainement 43 lui donne son mouvement de rotation symbolisé par la flèche R. Un câble d'alimentation 45, via un circuit de commande 46, assure l'alimentation du moteur 43. Il peut également alimenter une électrovanne 50 placée sur le circuit d'arrivée 51 du fluide F relié à l'orifice d'entrée E de la plaque supérieure A dont la fonction sera expliquée plus loin. Celle-ci peut être intégrée au dispositif, comme dans le cas de la figure, ou placée extérieurement à ces derniers, sur le circuit normal d'alimentation. Les figures 5a et 5b, 6a et 6b illustrent deux exemples de répartition des orifices de sortie des billes (bl à bn) et de la cavité (C1) ménagée dans l'organe mobile C, le rayon rl étant identique. Dans les deux cas, (n), choisi à titre d'exemple non limitatif pour le nombre de ces orifices et/ou de ces billes, est de 12 d'où la numérotation de 1 à 12 sur les figures 5 et 6. Cependant, dans le cas de la figure 6a, cette répartition est telle que la distance D2 entre une sortie et la suivante (par exemple S1 et S2) est supérieure à la distance correspondante D1 obtenue dans la configuration illustrée au moyen de la figure 5.Ceci conduit à une plus grande accessibilité et donc à une mise en place plus simple ultérieurement, de to@s raccords ou bouchons, etc. Dans ce cas, comme le montre la figure 6b, deux cavités sont prévues dans l'organe mobile C, sur un meme rayon mais, à une distance Fi pour la cavité Ci eC, r2 r2 pour la cavité C'î. Pour positionner les billes (b1-bn) situées sur deux cercles concentriques r1 et r2, on prévoit donc deux cavités C1 et C'1 décrivant, lors de la rotation de e l'organe mobile C, des cercles identiques à cen::: reliant les centres des billes La figure 7 est un autre exemple de réalisation d'un dispositif i conforme à l'invention. Il s'agit ici de deux cylindres concentriques, l'un constituant la plaque supérieure A qui reste fixe et l'autre, le cylindre interne C qui est mobile Ici encore, une plaque intermédiaire et une membrane 20 accomplissent la meme fonction que dans les versions précédemment décrites. Plusieurs paries du dispositif 1 peuvent être un matière à base caoutchoutée résistant bien aux liquides utilisés et facilement obtenue par une opération de matriçage et de vulcanisation à chaud. L'organe mobile C C peut être obtenu par moulage et usinage. Le fonctionnement d'un tel dispositif est résumé ci-après. On positionne le cylindre C (ou l'organe mobile, de façon générale) de telle sorte que la sortie étant choisie pour l'évacuation du liquide, la bille concernée se trouve au fond de la cavité, libérant ainsi la sortie correspondante. Les autres billes sont alors en position haute et obstruent les orifices correspondants du volume V. Le liquide entrant par l'orifice d'entrée E s'échappe donc du volume V par la sortie libre concernée. Pendant l'opération de commutation, c'est à birbe pendant la rotation de l'organe mobile C qui amène une bille dans une cavité, libérant une autre qui reprend sa position haute, il peut être intéressant de neutraliser l'arrivée du fluide, ceci pour libérer l'ensemble d'une pression trop élevée. Pour cela, on équipe, comme cela a déjà été décrit au moyen de la figure 4, le dispositif 1 d'une électrovanne 50. Un exemple de diagramme des temps correspondant à cette séquence est illustré au moyen de la figure 8. En (a) est représentée la durée de commande T pendant laquelle V électrovanne va neutraliser l'arrivée du fluide. C'est donc à l'intérieur tic ce temps T que l'on procèdera au mouvement de l'organe mobile C destiné à amener une cavité face à la bille qui lui est associée et qui donc, automatiquement, tombe dans ladite cavité, libérant ainsi la sortie concernée.Par exemple, si la sortie Sj est ouverte, le mouvement s'effectuera lorsque l'on désirera fermer cette sortie Sj en plaçant la bille correspondante bj (j étant une référence arbitraire correspondant à l'une des sorties S1 à Sn) en position haute et, en revanche, ouvrir une sortie (Sj + 1). Le temps T couvre donc l'ordre de commutation de la voie Sj à la voie Sj + 1. Au temps tO, on commande donc la fermeture de l'électrovanne ; celle-ci présente un temps de commutation tc qui varie notablement suivant les types d'électrovannes.Comme le montre le diagramme (ligne b), on maintient cette électrovanne fermée durant le temps T défini précédemment. Ensuite, comme cela est illustré en (c) sur le diagramme, on établit un temps de retard (tl - t0) supérieur à tc pour grartir la protection des membranes avant initier le mouvement de la ville associee à la sortie Sj qui, jusque là, était donc passante et dont le temps de réaction est égal à (t2 - tl). L'organe mobile poursuit sa course jusqu'au ten!ps t3 où la bille associée à la sortie Sj + 1 commence sa chute dans la cavité correspondante, chute qui va durer le temps correspondant à (t4 - t3).La urée totale de rotation de l'organe mobile est (t4 - tI). La sortie Sj + i es. alors ouverte et prêt à libérer le fluide que l'on introduira dans le volume V par ouverture de l'électrovanne au temps t5, le temps (t4 - tl) étant en tout état de cause compris dans le temps (t5 - to = T). On est sûr que l'électrovanne bloquera bien l'arrivée du fluide pendant le mouvement de l'organe mobile jouant la fonction d'une came et donc pendant le passage des billes concernées de la position haute vers la position basse et vice-versa. Un exemple d'application d'un dispositif conforme à l'invention est illustré au moyen de la figure 9 qui représente schématiquement la face avant d'un coffret de commande d'un arroseur séquentiel équipé d:un dispositif conforme à l'invention. Ce coffret permet de commander différents programmes d'arrosage. Sur la face avant de ce coffret apparaissent les différentes fonctions programmables. La face avant- de ce coffret 70 comporte trois poussoirs 71, 72, 73 correspondant respectivement aux heures (H), minutes (MN) et secondes (S) correspondant à l'heure courante apparaissant sur l'écran 75, par exemple, grâce à un affichage par diodes électroluminescentes (L.E.D.) ou par des cristaux liquides (L.C.D.). Deux types de fonctionnement sont prévus dans l'exemple choisi. Un premier mode de fonctionnement s'établit en automatique par action sur le poussoir 76 qui commande les blocs 77, 91 et 102, dit de début d'arrosage automatique. Les poussoirs 81 et 82 permettent d'afficher les heures (H) et les minutes (MN) sur l'écran 80 choisi pour le départ de l'opération qui se produira effectivement lorsqu'il y aura coincidence entre les coordonnées heures, minutes de l'écran 75 et celles qui sont programmées et affichées sur l'écran 80 du bloc 77. Un second type de fonctionnement régi par le poussoir 83 qui commande les blocs 91 et 102, autorisant un fonctionnement manuel. Le cycle d'arrosage est ainsi commandé à la demande, par l'opérateur quelque soit l'heure. Enfin, pour inhiber tout ceci, un troisième bouton de commande, dit d'initialisation - 83, permet, quand un cycle est amorcé, de l'arrêter et ceci sans qu'il y ait modification du choix automatique ou manuel déjà effectué. En cas de fonctionnement automatique demandé, le cycle débutera à nouveau à la nouvelle colncidence de l'heure courante avec l'heure de début d'arrosage affichée sur l'écran 80. On peut considérer qu'un cycle d'arrosage comprend l'alimentation successive de toutes les sorties (S1 à Sn) existantes. On - peut alors programmer, grâce au poussoir 90 commandant le bloc 91 qui régit le nombre de cycles affichés en (x), une commande de 1 à 9 cycles. Cette commande 90 est opérationnelle en fonctionnement automatique ou manuel. Ensuite, intervient la durée de l'arrosage. Il est possible de programmer un temps d'arrosage par sortie (S1, S2ooS12) entre zéro et 99 minutes. Sur la figure 9, le bloc de commande de la durée du temps d'ouverture de chacune des sorties de 1 à 12 est illustre au moyen d'exemple de temps pris tout à fait arbitrairement tel que 15 mn pour la sortie 1, 0 pour la sortie 3 et 23 mn pour la sortie 11, etc. un commutateur marche 100 et arrêt 101, commande le coffret 70. Un microprocesseur et des circuits intégrés seront mis en oeuvre pour permettre la réalisation de toutes les fonctions précédemment décrites: élaboration de l'heure, comptage, commande du moteur, etc. Le dispositif conforme à l'invention permet de s'affranchir de la nécessité de bloquer chaque sortie par une électrovanne indépendante, ce qui conduit, comnie cela a été précédemment dit, à des ensembles fort onéreux. Une simple came se présentant sous la forme d'un organe mobile muni de cavités et capable de positionner des billes en position haute ou en position basse remplit la même fonction. La commutation des sorties est assurée au moyen d'un moteur, par exemple du type pas à pas. Seule la présence éventuelle d'une électrovanne branchée sur l'arrivée générale du fluide, permet d'interrompre le flot de liquide à Ventrée afin de ne pas surcharger les membranes internes assurant Pétanchélte. Les applications d'un tel dispositif sont nombreuses et se situent notamment dans le domaine de l'arrosage. On les trouve également dans le domaine agro-alimentaire, la chimie. En associant un module fonctionnant en multiplexeur et un autre en démultiplexeur, on peut transférer des fluides différents dans des récipients déterminés ou, effectuer des mélanges (de nature ou de température différentes). Un tel dispositif, conforme à l'invention, peut également être appliqué dans le domaine de l'agriculture, notamment pour le remplissage des bacs d'eau pour animaux. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à diriger un flot de fluide vers une sortie choisie parmi plusieurs autres, comportant un orifice d'entrée (E) relié à la source d'alimentation en fluide extérieure au dispositif, et une pluralité de sorties (S1 à Sn), cette entrée (E) et ces sorties (S1 à Sn) étant caractérisées en ce que à chaque sortie (S1 à Sn) est associée une combinaison d'une bille (bl à bn) et d'une cavité (C1 à Cn) portées par un organe mobile (C) de telle sorte qu'en fonction de la position de cet organe mobile (C), une des billes (b1...bn) se trouve en coincidence avec la cavité (Cl...Cn) qui lui correspond et tombe alors en position basse au fond de cette cavité, libérant ainsi le passage du liquide au niveau de la sortie (Sl...Sn) associée; les autres billes restant en position haute, plaquées contre les sorties qui leur sont associées et empêchant ainsi, à ce niveau, la sortie du fluide contenu dans ladite chambre (V). 2) Dispositif 1 selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plaque supérieure A supportant les sorties (S1 à Sn) et l'entrée (E), d'une plaque intermédiaire (B) comportant autant d'ouvertures (P1 à Pn) qu'il y a de sorties et, positionnées face à elles, avec un diamètre très légèrement supérieur au diamètre des billes (b1 à bn), de moyens tels qu'un roulement (7, 8, 42) supportant l'axe (xx') de l'organe mobile (C) permettant la rotation de ce dernier par rapport à cet axe (xx'), les billes (bl à ba) se trouvant alors positionnées entre la plaque (A) et la surface externe de l'organe mobile (C), guidée à travers les ouvertures (P1 à Pn) et coiffées par une membrane d'étanchéité (20) qui délimite la chambre (V). 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque supérieure (A) est une surface plane située dans un plan parallèle à l'axe (xx') de l'organe mobile (C) qui, dans ce cas, est un cylindre emprisonné dans le corps (2) du dispositif. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque (A) est une surface plane de seetion circulaire positionnée dans un plan perpendiculaire à l'axe (xx') de l'organe mobile (C). 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque (A) est un cylindre fixe et l'organe mobile (C), un cylindre mobile concentrique du précédent. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une électrovanne est interposée entre l'entrée (E) et la source d'alimentation, et actionnée de telle sorte qu'elle se trouve en position bloquante interrompant donc le fluide à l'arrivée pendant toute la durée du mouvement de l'organe mobile (C). 7) Application d'au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle consiste à alimenter séquentiellement, selon une pluralité de direction, un système. 8) Application selon la revendication 7, caractérisée en ce que ce système est équipé d'un coffret de commande (70) capable de régler le fonctionnement en mode automatique et manuel avec une fonction complémentaire d'initialisation. 9) Application selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que des moyens (102) sont prévus pour régler la durée de passage de fluide au niveau de chaque sortie (1 à n), les mouvements de Organe mobile (C) étant alors asservi auxdits moyens (102). 10) Application selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que ledit système est un système d'arrosage.