Brevet FR2677424A1 — publié le 19921211

EMBASE POUR VANNE DONT L'OBTURATEUR EST CONSTITUE PAR UNE MEMBRANE METALLIQUE La présente invention a pour objet une embase pour vanne dont l'obturateur est constitué par une membrane métallique. De façon connue, une telle vanne comprend un corps dans lequel sont ménagés des conduits d'amenée et d'évacuation du fluide, le conduit d'amenée débouchant dans une face en regard de laquelle est montée la membrane qui est susceptible d'isoler les conduits d'amenée et d'évacuation de fluide, en obturant ou non l'extrémité du conduit d'amenée du fluide qui forme un siège pour la membrane. L'invention vise plus spécialement une vanne qui est destinée à permettre ou non le passage de fluides, notamment utlisés en microélectronique, qui sont souvent des fluides agressifs, mais ne devant pas être pollués, et nécessitant une vanne possèdant une parfaite étanchéité. Afin de fournir une bonne étanchéité, certaines vannes connues comportent, soit au centre de la membrane, soit au niveau du siège, une zone de matériau plastique. Cette technique fournit plusieurs inconvénients elle procure tout d'abord des zones d'interstices, qui sont incompatibles avec l'utilisation de fluides purs. En effet, il existe des cavités, même de très faible volume où les particules peuvent s'accumuler, et d'où elles peuvent se détacher à tout moment, provoquant une pollution dommageable pour l'utilisation finale. En outre, dans ces zones d'interstices peuvent demeurer des quantités même faibles de fluides résiduelles, qui ne peuvent être éliminées par rinçage. Dans la mesure où les fluides possèdent des propriétés chimiques agressives, ces zones de rétention augmentent les risques de corrosion.Enfin, l'insertion de matières synthétiques, même nobles, risque de se traduire par la génération de micro-particules susceptibles de polluer le fluide devant traverser la vanne. Or, une membrane métallique présente, par rapport à un soufflet, une limitation dans la génération des particules. En effet, les ondulations d'un soufflet générent, lors des actions d'ouverture et de fermeture, des particules susceptibles d'être dommageables et de polluer le fluide traversant la vanne. Le but de l'invention est de fournir une embase pour vanne dont ltobturateur est constitué par une membrane métallique, qui possède une excellente étanchéité, et notamment qui puisse subir un test d'étanchéité à l'hélium de 2.10 9 cm3/seconde, qui possède un coefficient de débit au moins aussi important qu'une vanne de même type utilisant un soufflet, qui possède une haute résistance à la corrosion envers des fluides agressifs du type de ceux utilisés en micro-électronique, dont la durée de vie soit importante, dont le volume mort soit aussi réduit que possible, dont la rugosité du circuit de fluide soit faible, voisin ou inférieur à 0,10 microns, et qui possède une excellente sécurité mécanique à la pression. Un autre but de l'invention est de fournir une embase de vanne réagissant à une pression de fermeture faible pour un encombrement minimum, dans laquelle les zones d'interstices soient réduites au maximum, permettant un montage de membrane par serrage, en vue d'une éventuelle interchangeabilité, ou par soudure intégrale, permettant une interchangeabilité des actionneurs de la membrane, ceux-ci pouvant être manuels, pneumatiques ou hydrauliques, et enfin se présentant sous un encombrement réduit. A cet effet, l'embase pour vanne qu'elle concerne, du type comportant un corps dans lequel sont ménagés des conduits d'amenée et d'évacuation du fluide, le conduit d'amenée débouchant dans une face en regard de laquelle est montée la membrane qui est susceptible d'isoler les conduits d'amenée et d'évacuation de fluide en obturant l'extrémité du conduit d'amenée de fluide qui forme un siège pour la membrane, est caractérisée en ce que la face de l'embase en regard de laquelle est montée la membrane comprend en combinaison - une surface extérieure en forme de couronne plane destinée à l'appui et à la fixation de la partie extérieure de la membrane, qui possède pour sa part une forme générale de disque, - un évidement de forme générale conique s'étendant depuis la couronne plane vers l'intérieur de celle-ci, et au centre duquel débouche le conduit d'amenée de fluide, et - un siège pour la membrane, constitué par une nervure entourant l'extrémité du conduit d'amenée de fluide, et faisant saillie du fond de l'évidement conique. La couronne plane permet une fixation étanche de la membrane par sa partie périphérique en forme de couronne. I1 est ainsi possible d'obtenir un contact métal sur métal avec une étanchéité qui répond parfaitement aux critères évoqués précédemment. La forme conique qui descend sous le siège permet de parfaitement dégager ledit siège, de favoriser le coefficient de débit, lorsque la membrane est en position d'ouverture de la vanne, et de réduire au maximum le volume mort compte tenu de la forme que prend la membrane en position de fermeture. Du fait que le siège comporte une nervure, il est obtenu une excellente étanchéité lors de la fermeture par appui de la membrane contre cette nervure. Avantageusement, la nervure formant siège pour la membrane possède un profil arrondi, présentant une section sensiblement semi-circulaire. Cette forme de la nervure a la particularité de réduire au maximum l'effet d"'emporte-pièce" vis-à-vis de la membrane. Elle permet au contraire, grâce au profil arrondi laissé sur la partie en contact, de supporter une certaine déformation de la membrane sous l'effet de la pression du dispositif d'actionnement de celle-ci. I1 est possible de considérer que le siège se comporte comme une partie de rotule face à une cupule, dont le plan de joint est mobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la nervure est inférieure à la profondeur de l'évidement conique. Avantageusement, le tronçon du conduit d'évacuation de fluide débouchant dans l'évidement conique forme un angle avec l'axe de la vanne, l'axe de ce tronçon de conduit étant incliné de l'intérieur vers l'extérieur et depuis l'évidement conique vers le fond de l'embase. Cette disposition oblique du conduit d'évacuation favorise le coefficient de débit, facilite l'usinage, et réduit le volume mort au niveau de ce conduit. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la partie en forme de couronne plane servant à l'appui de la membrane est entourée par un rebord périphérique tubulaire. Le rebord périphérique assure un auto-centrage de la membrane lors de la mise en place de celle-ci. En outre, dans la mesure où la membrane est soudée sur l'embase, par une soudure orbitale, ce rebord périphérique protège la membrane tout en permettant sa soudure, en évitant le phénomène connu sous le terme de pointe de feu. Selon une autre caractéristique de llinvention, particulièrement avantageuse dans le cas où la membrane est fixée sur l'embase par soudage, la partie en forme de couronne plane est décalée axialement vers l'extérieur, vis-à-vis du bord périphérique de l'évidement conique. Dans ce cas, il n'existe pas de zones mortes susceptibles de former des zones de rétention du fluide, puisque le soudage de la membrane est réalisé sur la totalité de la largeur de la partie en forme de couronne, et que celle-ci est située sensiblement au-dessus du bord délimitant l'évidement conique. Avantageusement, la face au contact de laquelle est montée la membrane est disposée en bout d'une partie cylindrique filetée extérieurement et servant au vissage d'une bague comportant un retour annulaire au-dessus de la membrane. Selon une possibilité, la bague comporte un filetage extérieur servant au montage du dispositif d'actionnement de la membrane. Dans la mesure où la membrane est fixée par soudage, cette bague sert seulement au montage du dispositif d'actionnement de la membrane. Au contraire, lorsque la membrane est fixée mécaniquement sur l'embase, entre la membrane et le retour annulaire de la bague, est interposée une rondelle comportant un épaulement annulaire destinée à venir plaquer le bord de la membrane contre la partie de l'embase en forme de couronne plane. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs formes d'exécution de cette vanne Figure 1 en est une vue en coupe longitudinale, le bouton de commande étant vu de l'extérieur Figure 2 est une vue en perspective de l'embase Figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une embase dans laquelle la fixation de la membrane est réalisée par serrage Figure 4 est une vue en demi-coupe longitudinale d'une embase dans laquelle la fixation de la membrane est réalisée par soudage. Figure 5 est une vue de dessus d'une variante d'exécution de cette embase. La vanne représentée au dessin comprend une embase 2, surmontée par un bouton de manoeuvre 3. Cette embase 2 comprend un corps 4 dans lequel sont ménagés des conduits 5 et 6, respectivement d'amenée et d'évacuation du fluide. Les tronçons 5a et 6a des conduits 5 et 6 débouchent dans une même face de l'embase, en regard de laquelle est montée une membrane métallique 7 qui est susceptible d'isoler les conduits 5 et 6, en obturant ou non l'extrémité du conduit 5a d'amenée de fluide qui forme un siège. La face de l'embase 2 en regard de laquelle est montée la membrane comprend une surface extérieure 8 en forme de couronne plane, destinée à l'appui et à la fixation de la partie extérieure 9 également en forme de couronne, de la membrane 7. Cette face de l'embase comprend également, à l'intérieur de la couronne 8, un évidement de forme générale conique 10, s 'étendant depuis la couronne 8, jusqu'au centre de l'embase, où débouche le tronçon 5a du conduit 5 d'amenée du fluide. L'extrémité de ce tronçon 5a forme un siège pour la membrane, qui est constitué par une nervure 12 faisant saillie du fond de l'évidement conique 10. Cette nervure possède un profil arrondi présentant une section sensiblement semi-circulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la nervure 12 est inférieure à la profondeur de l'évidement conique 10. Toutefois, la nervure 12 est suffisamment proéminente par rapport au fond de l'évidement conique pour former un siège pour la membrane 7, lorsque celle-ci est déformée sous 'action d'un piston 13, actionnable par le bouton de manoeuvre 3. I1 est à noter que la forme arrondie de la nervure, tout en permettant une excellente étanchéité, évite tout effet de cisaillement de la membrane qui pourrait être dommageable notamment quant à la durée de vie de celle-ci. Comme montré notamment aux figures 1 et 3, le tronçon 6a du conduit d'évacuation 6, débouchant dans l'évidement conique 10 est oblique, l'opération d'usinage de ce tronçon étant facilitée compte tenu de la conicité de l'évidement 10. Cet agencement améliore le coefficient de débit du fluide, en position ouverte de la vanne, et réduit le volume mort de fluide tant au niveau de la chambre délimitée par la membrane, qu'à l'intérieur du tronçon 6a du conduit de sortie. La partie 8 de l'embase en forme de couronne plane servant à l'appui de la membrane 9, est entourée par un rebord tubulaire 14. Ce rebord assure un auto-centrage de la membrane 7, ainsi qu'un auto-centrage d'une rondelle 15 destinée à assurer le serrage mécanique de la membrane. A cet effet, cette rondelle 15 présente un épaulement annulaire 16 destiné à venir prendre appui contre la partie 9 en forme de couronne de la membrane 7. L'ouverture centrale de la rondelle 15 laisse passage au piston 13 d'actionnement de la membrane. La face de l'embase au contact de laquelle est montée la membrane est disposée en bout d'une partie cylindrique 17 comportant un filetage extérieur 18 servant à la fixation par vissage d'une bague 19 comportant un retour annulaire 20 au-dessus de la membrane et au-dessus de la rondelle 15, tout en ménageant un passage central pour le piston 13. Le retour annulaire 20 de la bague 19 prend appui sur la rondelle 15 pour assurer un serrage de la membrane sur l'embase. La bague 19 comporte également un filetage extérieur 22 servant au montage du corps de l'actionneur 23 qui intègre, comme indiqué précédemment, un bouton de manoeuvre 3 et un piston 13. I1 est avantageux de noter que, en mettant en oeuvre la même structure, embase et bague, il est possible de réaliser le montage de la membrane 7 soit par un serrage mécanique, comme décrit en référence à la figure 3, soit par soudage. Dans la mesure où l'on réalise le soudage, le rebord 14 est avantageux car évitant, lors de l'attaque du soudage, tous risques de détérioration de la zone de contact entre la membrane 9 et la couronne plane 8 appartenant à l'embase. Selon une forme avantageuse de réalisation, dans le cas où la membrane est fixée par soudage, la partie 8a en forme de couronne plane destinée à servir à l'appui de la membrane 7 est décalée axialement vers l'extérieur, comme montré à la figure 4, vis-à-vis du bord 24 de l'évidement conique 10. Dans ces conditions, la fixation par soudage orbital est réalisée sur toute la surface de contact entre la couronne 8a et la partie de la membrane en appui contre celle-ci, de telle sorte qu'il ne subsiste pas de zone d'interstice étroite dans laquelle risquerait de s'accumuler du fluide, de façon dommageable, notamment si ce fluide est corrosif. En effet, comme montré à la figure 4, le bord de la membrane 7 est largement dégagé du bord 24 délimitant l'évidement conique 10. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5, l'extrémité du conduit 6a d'évacuation du fluide possède une forme oblonge incurvée selon une ligne circulaire centrée sur l'axe de l'embase. Depuis cette extrémité oblongue, le conduit 6a change progressivement de forme pour prendre une forme circulaire, tout en conservant sensiblement la même section de passage. Cette forme oblongue permet de réduire le diamètre extérieur de l'embase tout en conservant le même coefficient de débit. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant une vanne dont l'obturateur est constitué par une membrane métallique, dont l'embase est conformée pour assurer une excellente étanchéité à la fermeture, pour fournir un coefficient de débit élevé, tout en limitant les volumes morts et les zones d'interstices susceptibles d'assurer une rétention dommageable du fluide transporté, se présentant sous un encombrement réduit, et permettant, avec la même embase, soit un montage de la membrane par serrage mécanique, soit un montage de la membrane par soudure orbitale intégrale. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette vanne décrites ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi, notamment, que la commande du piston 13 pourrait être réalisée non pas par des moyens mécaniques mais par des moyens pneumatiques, ou encore que la disposition et le nombre des conduits d'amenée de fluide et de sortie de fluide pourraient être différents sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Embase pour vanne dont l'obturateur est constitué par une membrane métallique, du type comportant un corps (4) dans lequel sont ménagés des conduits (5, 6) d'amenée et d'évacuation du fluide, le conduit d'amenée débouchant dans une face en regard de laquelle est montée la membrane (7) qui est susceptible d'isoler les conduits d'amenée et d'évacuation de fluide en obturant l'extrémité du conduit d'amenée de fluide qui forme un siège pour la membrane, caractérisée en ce que la face de l'embase (2) en regard de laquelle est montée la membrane (7) comprend en combinaison - une surface extérieure en forme de couronne plane (8) destinée à l'appui et à la fixation de la partie extérieure (9) de la membrane (7) qui possède pour sa part une forme générale de disque, - un évidement (10) de forme générale conique s'étendant depuis la couronne plane (8) vers l'intérieur de celle-ci, et au centre duquel débouche le conduit d'amenée de fluide, et - un siège pour la membrane (7), constitué par une nervure (12) entourant l'extrémité du conduit d'amenée de fluide (5a), et faisant saillie du fond de l'évidement conique (10). 2.- Embase pour vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nervure (12) formant siège pour la membrane possède un profil arrondi, présentant une section sensiblement semi-circulaire. 3.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la nervure (12) est inférieure à la profondeur de l'évidement conique (10). 4.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le tronçon (6a) du conduit d'évacuation de fluide débouchant dans l'évidement conique (10) forme un angle avec l'axe de la vanne, l'axe de ce tronçon de conduit (6a) étant incliné de l'intérieur vers l'extérieur et depuis l'évidement conique (10) vers le fond de l'embase. 5.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la partie (8) en forme de couronne plane servant à l'appui de la membrane est entourée par un rebord périphérique tubulaire (14). 6.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la partie (8a) en forme de couronne plane est décalée axialement vers l'extérieur, vis-à-vis du bord périphérique (24) de l'évidement conique (10). 7.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la face au contact de laquelle est montée la membrane est disposée en bout d'une partie cylindrique (17) filetée extérieurement et servant au vissage d'une bague (19) comportant un retour annulaire (20) au-dessus de la membrane (7). 8.- Embase pour vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la bague (19) comporte un filetage extérieur (22) servant au montage du dispositif (23) d'actionnement de la membrane. 9.- Embase pour vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'entre la membrane (7) et le retour annulaire (20) de la bague, est interposée une rondelle (15) comportant un épaulement annulaire (16) destiné à venir plaquer le bord (9) de la membrane contre la partie de l'embase en forme de couronne plane (8). 10.- Embase pour vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'extrémité du conduit (6a) d'évacuation de fluide débouchant dans une face du siège possède une forme oblongue et arrondie, se modifiant de façon continue à l'intérieur de l'embase jusqu'à présenter une forme circulaire de section sensiblement identique.