Brevet FR2739431A1 — publié le 19970404

VANNE PNEUMATIQUE A MEMBRANE La présente invention a pour objet une vanne à passage direct et à commande pneumatique dans laquelle une membrane cylindrique se déforme radialement par application d'une pression pneumatique pour ouvrir ou fermer le passage d'un fluide, destinée en particulier, mais non exclusivement à l'industrie laitière. Dans cette industrie, des récipients ou pots doivent être remplis à grande vitesse, le cycle de remplissage étant inférieur à moins de deux secondes. La dose de remplissage doit être parfaitement exacte et à cet effet, on utilise actuellement des doseurs volumétriques ou débimétriques. Le produit provenant d'une trémie est transféré dans chaque récipient à travers un doseur suivi d'une vanne, la vanne étant fermée sur instruction du doseur dès que celui-ci a mesuré la quantité désirée. Mais la nécessité de travailler à des vitesses élevées se traduit par des éclaboussures ce qui entraîne des pertes de produits. Par ailleurs, si les quantités dosées sont parfaitement constantes, le comportement de la vanne peut varier. Or la quantité de matière introduite dans le récipient doit être constante. Pour que la quantité versée soit constante, il est nécessaire que les temps intermédiaires d'ouverture et de fermeture de la vanne soient constants. En effet, le circuit électronique de commande n'est pas capable de corriger les variations aléatoires d'ouverture et de fermeture de la vanne à chaque cycle. Les vannes électromagnétiques connues font appel à des ressorts métalliques et se sont révélées inaptes à assurer un usage continu sur une longue période de temps. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de proposer une vanne dont les caractéristiques de fonctionnement restent constantes pendant plusieurs millions de cycle. Selon l'invention, la vanne à commande pneumatique à passage direct dans laquelle le conduit de passage est obturé par déformation radiale d'une membrane cylindrique élastique sur la paroi extérieure de laquelle est appliquée une pression pneumatique est caractérisée en ce qu'à l'intérieur de la membrane est monté un noyau multilobé. On sait que sous l'action d'une pression extérieure, une membrane cylindrique se déforme radialement en formant des lobes de sorte que les sommets desdits lobes viennent en contact au centre du conduit sensiblement à mi-hauteur du cylindre pour obturer celui-ci. Cette déformation se fait naturellement sous forme de trois lobes. La présente invention a pour objet, en introduisant un noyau à l'intérieur de la membrane, de faciliter la fermeture et l'ouverture de ladite membrane qui se déforme comme un sphincter. Pratiquement, la fermeture de la vanne par application d'une pression résulte de l'action du doseur qui agit sur une première électrovanne classique reliée à une source de fluide sous pression qui applique ou supprime la pression sur la membrane. Selon une autre caractéristique de l'invention, et de préférence, le noyau comprend trois ou quatre lobes ce qui facilite une ouverture/fermeture quasi instantanée par une déformation limitée de la membrane à l'intérieur des goujures existantes entre lesdits lobes, les temps d'ouverture (et de fermeture) de la vanne restant ainsi constants. Toutefois, et selon autre caractéristique de l'invention, on obtient un fonctionnement sans éclaboussure en montant en série deux étages tels que ci-dessus, l'un des deux étages pouvant prendre une position à grand débit et une position à petit débit. Ainsi, lorsque les deux vannes sont ouvertes, le débit est maximal et lorsque la vanne à deux positions est en position de petit débit, le débit de l'ensemble est minimal. Le risque d'éclaboussures se produit, en effet, soit lorsque le récipient est vide, soit lorsque le récipient est presque plein, les parois de celui-ci n'assurant plus leur fonction de protection vers l'extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des figures qui représentent - la figure 1, une vue en coupe d'une vanne pneumatique selon l'invention - la figure 2, une coupe transversale du noyau,la membrane étant en position de fermeture - la figure 3, un autre mode de réalisation du noyau également en coupe transversale,la membrane étant en position d'ouverture - la figure 4, une vue en coupe d'une vanne à deux étages selon l'invention - la figure 5, une vue en perspective de la vanne de la figure 4. Sur la figure 1, on voit qu'une vanne à un étage comprend un corps 1 creux, de forme générale cylindrique, fermé par un chapeau 2. A l'intérieur du corps creux 1 est montée une membrane élastique 3, par exemple en silicone, ladite membrane ayant la forme générale d'une bobine. La partie externe de la membrane 3 est entourée d'une armature 6 permettant à ladite membrane de résister aux surpressions internes éventuelles. A l'intérieur du corps 1 est percé un trou fileté 5 permettant le montage d'un ajutage (non représenté) communiquant avec une source de fluide sous pression, le conduit débouchant dans une chambre cylindrique 5a entourant la membrane et communiquant avec celle-ci par des trous 6a de l'armature 6. Lorsqu'une pression est appliquée par le conduit 5, elle ressere la membrane 3 jusqu'à ce que celle-ci soit complètement fermée (voir figure 2).Le chapeau de la vanne comprend une bride 11 de raccordement au doseur (non représenté) et, à la partie inférieure du corps 1 peut être prévu en filetage 8 pour le montage d'une bague de maintien d'un support 9 de grille 10 si nécessaire. Ce filetage permet éventuellement le raccordement à une autre canalisation. Bien entendu, des joints (non référencés) permettent d'assurer l'étanchéité nécessaire. Conformément à l'invention, on introduit à l'intérieur de la membrane un noyau 4 multilobé. Ce noyau apparaît en section transversale sur la figure 2 et en vue par-dessus sur la figure 3. Il présente un certain nombre de lobes respectivement quatre sur la figure 2 et trois sur la figure 3 séparés par des goujures 41. Bien entendu, le liquide circulant dans le conduit 7 est séparé en quatre ou trois filets dont les dimensions sont calculées pour que le débit des filets soit égal au débit normal désiré. Comme cela apparaît sur la figure 2, la pression pneumatique applique la membrane 3 à l'intérieur des goujures 41 du noyau 4. La déformation de la membrane est ainsi limitée et l'on obtient une fermeture beaucoup plus rapide et constante qu'en l'absence de ce noyau. Dès que la pression est relâchée, par élasticité, la membrane retrouve sa section circulaire d'origine (voir figure 3), et le produit peut circuler dans les goujures 41. I1 s'est avéré que cette déformation limitée permettait d'obtenir un nombre de plusieurs millions de cycles sans modification notable des caractéristiques de fonctionnement. Le noyau 4 est maintenu à l'intérieur du conduit 7 par un petit épaulement (non représenté). Bien entendu, lorsque le nombre de lobes est égal à trois, le fonctionnement est exactement le même. En fonction de vitesse d'application de la pression, le fonctionnement de telles vannes peut être progressif. Toutefois, étant donné que les risques d'éclaboussures se produisent au début et à la fin du remplissage, il est souhaitable d'obtenir un fonctionnement en trois temps : un premier temps dans lequel le débit est minimum puis un second temps dans lequel le débit est maximum et un troisième temps dans lequel le débit est à nouveau minimum. Pour obtenir ce résultat, on utilise une vanne à deux étages du type représenté sur la figure 4. A l'intérieur d'un corps 1, sont montées l'une au-dessous de l'autre deux membranes 3A, 3B chacune d'elle étant en correspondance avec un ajutage 5 (voir figure 5). L'étage 3B de la partie inférieure est identique à celui qui est représenté sur la figure 1. Il en va de même de l'étage supérieur 3A à l'exception du noyau 14. Ce noyau est, de préférence, trilobé comme représenté sur la figure 3 et il présente un alésage central 43. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Lorsque la matière devant remplir un récipient se trouvant audessous de la vanne a été dosée, elle est introduite dans le conduit 7. Dans un premier temps, l'étage 3A est fermé et l'étage 3B est ouvert. En effet, l'impact brutal d'un fort débit de produit se traduit par une réflexion du produit sur le fond rigide et par l'éjection d'éclaboussures par-dessus les parois du récipient. C'est pourquoi, au début de remplissage le débit doit être faible. Lorsque le fond est tapissé par le produit, les éclaboussures sont moins importantes et peuvent être contenues par la paroi latéral du récipient. L'étage 3A est alors ouvert et le débit devient maximum, les deux étages étant ouverts. I1 en résulte que le produit liquide ou pâteux peut circuler librement autour du noyau respectivement 14 puis 4.Lorsque le récipient est proche du remplissage complet, une impulsion de pression ferme la vanne 3A en empêchant la circulation du produit autour du noyau. Par contre, le produit continue de s'écouler par l'alésage 43 ce qui réduit considérablement son débit. Après passage en 43, il descend à travers l'étage 3B qui lui est resté ouvert et le débit continue à un taux très inférieur à celui du débit d'origine à travers l'étage 3B qui est resté ouvert. A la fin du cycle de remplissage, 3B se ferme ce qui interdit tout passage du produit. Comme il a été indiqué précédemment, cette réduction du débit permet d'éviter les éclaboussures ce qui assure un remplissage constant du récipient. Après amenée d'un récipient vide au-dessous de la tête de remplissage, l'étage 3B est à nouveau ouvert et un nouveau cycle de remplissage est effectué. I1 va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Vanne à passage direct et à commande pneumatique comprenant dans un corps (1) une membrane (3) élastique, cylindrique, déformable radialement sous l'action d'une pression pneumatique , caractérisée en ce qu'un noyau (4, 14) est disposé axialement à l'intérieur de la membrane (3), ledit noyau (4, 14) étant multilobé et présentant des goujures (41) contre lesquelles vient se coller la membrane (3) lorsqu'une une pression pneumatique est appliquée. 20 Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le noyau (4, 14) comprend trois ou quatre lobes. 30 Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée la membrane 3 est maintenue extérieurement par une armature (6). 40 Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend deux étages montés en série (3A, 3B), le noyau (14) de l'étage (3A) comprenant un alésage axial (43). 50 Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pression pneumatique peut être appliquée indépendamment sur l'un et/ou l'autre des ajutages (5), l'ouverture de la vanne étant dans un premier temps minimum, puis maximum et à nouveau minimum.