Brevet FR2763580A1 — publié le 19981127

La présente invention conceme un dispositif de vanne doseuse automatisable permettant de délivrer des quantités très précises de liquides. Pour un grand nombre d'activités, dans lesquelles on peut citer, sans que la liste soit limitative: la parfumerie, les arômes, la cosmétique, la chimie fine, la pharmacie, les colorants, I'agro-alimentaire, les vins et spiritueux, etc..., il est nécessaire de fabriquer des "compositions", tant en laboratoire, pour les essais ou l'échantillonage, qu'en production. Ces compositions sont des mélanges de matières premières liquides ou solides,suivant une formule en dosage précis. La réalisation manuelle traditionnelle de ces compositions est longue et peut donner lieu à de multiples erreurs de fabrication. On connait, par la demande de brevet français n" 96111004, au nom du demandeur, un dispositif de vanne doseuse (A) comprennant un corps entourant le tube (généralement en TEFLON (marque déposée)) amenant le liquide à doser, et percé de deux orifices latéraux: le premier donne passage à une pièce permettant, par vissage/ dévissage le réglage du débit du liquide dans le tube, par l'écrasement plus ou moins important de ce tube; le deuxième donne passage à une autre pièce permettant de transmettre au tube des impulsions calibrées qui provoquent l'expulsion, à la sortie du tube, de micro-quantités de liquide et assurent ainsi la précision du prélèvement. Par cette même demande de brevet français n" 96/li 004, au nom du demandeur, on connait également un dispositif (B) regroupant autour d'une enceinte cylindrique plusieurs de ces vannes doseuses (A). Un ensemble toumant autour de l'axe vertical de cette enceinte, à 'intérieur de celle-ci, permet de positionner un moteur de type pas à pas d'axe horizontal en face de la vis de réglage du débit de la vanne correspondant au liquide que l'on veut prélever; un vérin pneumatique est positionné, en même temps au niveau du deuxième orifice de la même vanne. L'accouplement de ce moteur à ladite vis, puis le pilotage de ses mouvements, ainsi que des impulsions du vérin pneumatique par un système informatique, permet la réalisation automatique du prélèvement. La vanne doseuse (A) objet de la demande de brevet français n" 96111004, a l'avantage d'une très grande simplicité de fabrication, mais elle présente toutefois quelques inconvénients: - la restriction rémanente de la section du tube au niveau de la vis de serrage entraîne une limitation du débit qui peut être gênante, en particulier dans le cas d'applications dédiées au dosage de quantités importantes. - pour la raison ci-dessus, et pour des questions de fabrication, ce principe est plus difficilement utilisable avec des tuyaux de gros diamètre. - le dispositif permettant l'expulsion de très petites quantités de liquide, en fin de prélèvement nécessite un actionneur (généralement pneumatique) indépendant du système de contrôle de la vanne elle-même par la vis de serrage du tube. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. La description du dispositif objet de la présente invention se rapporte aux dessins annexés (Fig.1, Fig.2, et Fig.3). Le dispositif de vanne doseuse selon l'invention est représenté en coupe sur les figures 1 et 2. Il se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend: - un corps (1), qui pourra être réalisé en TEFLON (marque déposée), en acier inoxydable, ou en tout autre matériau adéquat compatible avec les caractéristiques chimiques des liquides à doser. Ce corps est percé: - dans l'axe horizontal (2), de part en part. Le diamètre de ce perçage est légèrement réduit en son milieu, avec un raccordement conique (8) d'un côté, et un épaulement (9) de l'autre. - dans l'axe vertical (3), situé dans le même plan que l'axe (2): ce perçage est effectué au dessus du corps (1), et débouche dans le perçage d'axe (2). - dans l'axe vertical (4), situé dans le même plan que l'axe (2): ce perçage est effectué au dessous du corps (1), et débouche dans le perçage d'axe (2), dans sa partie de diamètre réduit. - un tube (5), fixé au corps (1) dans le perçage d'axe (3), et relié au récipient contenant le liquide à doser. Selon les modes particuliers de réalisation, ce tube sera en TEFLON (marque déposée), ou en tout autre matériau adéquat, compatible avec les caractéristiques chimiques du liquide à doser. - un tube (6), fixé au corps (1) dans le perçage d'axe (4), et terminé par une buse de sortie (20), de diamètre réduit, permettant l'écoulement du liquide à doser vers le récipient (23) devant le recevoir. Selon les modes particuliers de réalisation, ce tube sera en TEFLON (marque déposée), ou en tout autre matériau adéquat, compatible avec les caractéristiques chimiques du liquide à doser. - une sphère (10), placée dans la partie cylindrique (11) du perçage d'axe (2), et de diamètre très légèrement inférieur à celui du cylindre (11). Cette sphère sera réalisée en TEFLON (marque déposée) ou en acier inoxydable et pourra, en s'appuyant sur la portée conique (8), assurer la fermeture étanche du cylindre (11). - un ressort (13) [représenté sur le dessin par ses deux extrémitésl, mettant en appui la sphère (10) sur sa portée (8). - un bouchon vissant (12) d'axe (2) assurant la fermeture étanche du cylindre (11). L'ouverture de ce bouchon permet d'accéder à la shère (10) et au ressort (13). - une tige (14) d'axe (2), coulissant dans la partie cylindrique (18) du perçage d'axe (2). Cette tige comporte un doigt de petit diamètre du côté de la sphère (10), et une partie (14), traversant le bouchon (19), qui débouche à l'extérieur de la vanne et est accessible pour son pilotage. Elle comporte également une partie conique (16) qui, par son appui sur un cône identique du bouchon (19) quand la tige est en position complètement sortie, favorise l'étanchéité de l'ensemble. Cette pièce sera généralement réalisée en acier inoxydable. - un ressort (17) [représenté sur le dessin par ses deux extrémités], mettant en appui la tige (14) sur la portée (16) du bouchon (19). Ce ressort s'appuie par ailleurs sur l'épaulement (9) du corps (1). - un bouchon (19) d'axe (2), traversé par la tige (14) qui peut y coulisser de manière étanche. Le pilotage de la vanne se fait par des translations contrôlées de la tige (14) sur l'axe (2), entre les deux positions extrêmes représentées sur la figure 1 (position fermée) et la figure 2 (position ouverte) des dessins annexés. Le liquide à doser est, soit placé dans un récipient de stockage à un niveau plus élevé que la vanne (alimentation gravitaire), soit mis en légère surpression (au moyen d'air, ou d'azote, si on veut, en même temps le protéger contre les risques d'oxydation). En position "vanne fermée" (Fige1), la sphère (70), mise en appui par le ressort (13) sur la portée (8), assure la fermeture de la vanne. La tige (14) est alors sortie au maximum vers l'extérieur de la vanne, le ressort (17) la mettant en appui sur la portée (16). Ainsi la vanne selon l'invention est, au repos, normalement fermée. Par une translation progressive de la tige (14) en direction du centre de la vanne, le ressort (17) est comprimé et le doigt (15) va venir en contact avec la sphère (10), puis la pousser en direction du bouchon (12), en comprimant le ressort (13). En butée, le passage de la vanne est complètement ouvert (Fig.2), et le liquide peut s'écouler depuis le tube d'entrée (5) vers le tube de sortie (6) avec un débit maximum. Grâce à l'infinité de positions intermédiaires le débit peut varier de manière progressive, depuis un goutte à goutte très lent jusqu'au débit maximum, qui dépend de la taille de la vanne, de la section des tubes, de la viscosité du liquide, et de la surpression d'alimentation du liquide (ou de la hauteur du récipient de stockage, en cas d'alimentation gravitaire). Quand la quantité recherchée pour le dosage est atteinte à une ou quelques gouttes près, la tige (14) peut être relâchée (sous la pression du ressort (17)), afin que, successivement: - la sphère (10) reprenne la position fermée sur la portée (8): I'écoulement du liquide est alors arrêté. - la tige (14) revienne en appui sur la portée (16): dans cette phase de recul de la tige (14), le volume du cylindre (18) (alors rempli de liquide) croît, et cette augmentation provoque la remontée du liquide, dans le tube de sortie (6): ainsi, il ne reste pas de goutte attachée à la buse de sortie (20). II est alors possible, par des impulsions brèves et calibrées exercées sur la tige (14) d'expulser des petites fractions du liquide à doser restant dans le cylindre (18) et le tube (6). Ces fractions ainsi délivrées peuvent être largement inférieures à la taille d'une goutte. Les mouvements horizontaux de la tige (14) peuvent être actionnés manuellement ou automatiquement. Dans ce dernier cas, le déplacement peut être contrôlé avec précision par un moteur de type pas à pas ou équivalent, grâce à un accouplement qui pourra, par exemple, consister en un système adéquat de came (26). Ce moteur doit être capable d'exécuter des mouvements très petits avec une grande accélération, en particulier pour la phase finale des prélèvements, au cours de laquelle de très petites quantités de liquide sont expulsées. Ce moteur est piloté par un système électronique et/ou informatique qui doit prendre en compte les différents paramètres de la vanne et du liquide à doser par un un étalonnage préalable, eVou par un ajustement des mouvements en fonction des informations reçues de la balance (22) mesurant la quantité de liquide prélevée. Si on se réfère au dispositif (B) de la demande de brevet n" 98111004, le dispositif de vanne doseuse selon la présente invention peut également y être utilisé, de manière similaire à la vanne doseuse (A) décrite dans cette demande de brevet n" 96111004. La figure 3 des dessins annexés montre, en coupe, un mode de réalisation particulier d'un dispositif similaire au dispositif (B) décrit dans la demande de brevet n" 96111004, dans lequel: - Les vannes (24) selon la présente invention, sont disposées à la périphérie de l'enceinte cylindrique (28). Seules les tiges (14) pénètrent à l'intérieur de l'enceinte. - Le système toumant (27), permet de positionner le moteur de type pas à pas ou équivalent (25) en face de la vanne (24) correspondant au liquide à prélever. - L'accouplement du moteur (25) sur la tige (14) de la vanne (24) est fait au moyen d'une came (26) qui transforme le mouvement de rotation du moteur en une translation de la tige (14). - Le système tournant (27) est solidaire, dans sa rotation, d'un plateau (29) supportant la balance (22) et le récipient devant recevoir le liquide dosé (23), ainsi qu'un plateau de protection (31) percé d'un seul trou (32). Cette disposition permet d'avoir automatiquement le récipient (23) et la balance (22) alignés verticalement sous la buse (20) du liquide à prélever, celui-ci s'écoulant au travers du trou (32). Les avantages de ce mode de réalisation sont les suivants: - Tous les tubes (6) de sortie des vannes positionnées autour de l'enceinte (28) sont strictement droits, verticaux et d'égale longueur. Cette caractéristique permet d'améliorer la répétabilité des résultats des dosages. - Le plateau (31) élimine tous les risques de contamination de la composition réalisée par un liquide non prévu. - La hauteur nécessaire au récipient (23) peut etre aisément réglé par le réglage d'une molette (30) sur l'axe vertical (33). La vanne de dosage selon l'invention peut être utilisée dans un grand nombre d'applications allant du micro-dosage de laboratoire au dosage de très grosses quantités de liquides. Pour des applications de production, la taille des tuyaux d'alimentation et de sortie des liquides pourra sans difficulté atteindre des diamètres de 50 mm, voire plus. La taille de la vanne sera naturellement proportionnelle à la taille des tuyaux. D'autres dispositifs de composition automatique, basés sur la même invention, peuvent être réalisés. Par exemple, les vannes doseuses selon l'invention peuvent également être positionnées en ligne. Dans ce cas, le "système tournant" est remplacé par un chariot mobile se déplaçant parallèlement à la ligne des vannes selon l'invention, et qui peut emporter la balance et le pot recevant la composition. Alors, le déplacement de ce chariot peut être actionné par un deuxième moteur spécifique à cette fonction. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour délivrer des quantités précises de liquide caractérisé en ce que le liquide à doser, stocké dans un récipient placé à un niveau supérieur ou pressurisé, est amené dans le corps de vanne (1) par un perçage vertical supérieur d'arrivée (3), sort du corps de vanne par un perçage vertical inférieur de sortie (4), le passage et le débit étant contrôlés par le positionnement, dans un perçage horizontal d'axe (2) coplanaire avec ceux des précédents, d'une sphère (10) qui, en position de repos "fermée" est mise en appui sur une portée conique (8) par un ressort (13), et qui peut être déplacée, progressivement et jusqu'à la pleine ouverture, par le doigt (15) d'une tige (14), mobile en translation le long de l'axe (2) et débouchant à l'extérieur du corps de vanne pour son pilotage. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tige (14) est, en position de repos "fermée", reculée et maintenue en appui sur une portée conique (16) par un ressort (17), le doigt (15) étant éloigné de la sphère (10), ce recul permettant, après une phase de prélèvement du liquide, de remonter par aspiration la partie du liquide proche de la buse de sortie (20), alors qu'après le recul de la tige (14), des petites translations impulsionnelles de la tige (14) entraînent l'expulsion de micro-quantités du liquide contenu dans le tube de sortie (6) et la chambre cylindrique (18), et permettent d'ajuster avec grande précision la quantité de liquide prélevée. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des quantités précises de liquide peuvent être délivrées automatiquement, la tige (14) étant accouplée à l'arbre d'un moteur au moyen d'une came (26) transformant les mouvements de rotation du moteur en une translation de la tige (14), ce moteur étant lui-même piloté par un système électronique et/ou informatique travaillant selon un étalonnage préalable, et/ou en fonction des informations reçues de la balance (22) mesurant le poids de liquide prélevé. 4) Dispositif pour délivrer successivement de façon automatique des quantités précises de plusieurs liquides, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs selon les revendications 1, 2 et 3 sont disposés en couronne autour d'une enceinte cylindrique (28), percée pour permettre l'accouplement, par un système de came (26), de leurs tiges (14) avec un moteur (25) solidaire de l'ensemble tournant (27), ce moteur étant capable de piloter successivement les vannes correspondant aux liquides requis,l'ensemble étant piloté par un système électronique et/ou informatique travaillant selon un étalonnage préalable, et/ou en fonction des informations reçues de la balance (22) mesurant le poids de liquide prélevé. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système tournant (27) qui permet de sélectionner les vannes correspondant aux liquides à doser est solidaire d'un plateau (29) de hauteur réglable, transportant en même temps le récipient (23) recevant les liquides dosés, la balance (22), et un plateau anti-goutte (31) ne permettant que l'écoulement du liquide en cours de dosage. 6) Dispositif pour délivrer successivement de façon automatique des quantités précises de plusieurs liquides, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs selon les revendications 1, 2 et 3 sont disposés en ligne et sont accouplés successivement à un ensemble mobile embarquant le moteur de pilotage, ainsi que le récipient recevant les liquides dosés et la balance mesurant les poids prélevés.