FR3093552A1 - Membrane d’étanchéité, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige d’une vanne à clapet et vanne à clapet comprenant une telle membrane - Google Patents

Abstract

Membrane d’étanchéité, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige d’une vanne à clapet et vanne à clapet comprenant une telle membrane Cette membrane d’étanchéité (20), spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige (6) d’une vanne à clapet (2), est principalement fabriquée en élastomère. Une vanne à clapet (2), comprenant un corps de vanne (4) et une tige (6) qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur (8), comprend une telle membrane (20). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Membrane d’étanchéité, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige d’une vanne à clapet et vanne à clapet comprenant une telle membrane

La présente invention concerne une membrane d’étanchéité, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige d’une vanne à clapet.

Les vannes à clapet, ou à soupape, sont connues depuis longtemps pour couper sélectivement le passage de fluide entre deux conduits. Une vanne à clapet comprend classiquement un corps de vanne et une tige qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur. Lorsque la vanne est fermée, l’organe obturateur est reçu en contact étanche à l’intérieur d’un siège, ce qui a pour effet d’empêcher le fluide de passer entre les deux conduits. Pour ouvrir la vanne, il faut reculer la tige de façon à décoller l’organe obturateur du siège et ainsi libérer le passage entre les deux conduits. Le mouvement de la tige peut être commandé de façon manuelle ou automatique.

Dans le domaine d’application de l’invention, qui est celui de la pulvérisation de peinture, les vannes utilisées sont le plus souvent automatisées, c’est-à-dire à commande électrique, pneumatique, thermique, hydraulique, etc.

Plus particulièrement, les vannes concernées par l’invention sont de taille réduite afin d’être utilisées dans les circuits de peinture de carrosseries automobiles. Ce sont par exemple des vannes connues sous les dénominations « micro-vanne », « nano-vanne » ou « Upside-vanne ».

La difficulté avec ce type de vanne est d’assurer l’étanchéité entre la tige et le corps de vanne, pour éviter notamment des remontées de peinture à travers le corps de vanne. La tige doit effectivement pouvoir coulisser à travers le corps de vanne, ce qui implique de prévoir un jeu radial entre la tige et les corps qui, sans une étanchéité parfaite, peut être à l’origine de fuites.

La solution de base consiste à utiliser des joints statiques que l’on vient interposer entre la tige et le corps de vanne. Toutefois, on a constaté des risques de blocage dans le cas d'une utilisation en peinture bi-composant et lorsque le produit se durcit.

Une solution un peu plus perfectionnée consiste à remplacer les joints statiques par une sorte de soufflet en matière thermoplastique, notamment en PTFE (pour polytétrafluoroéthylène) que l’on vient emmancher à une extrémité de la tige. Ce soufflet comprend une membrane qui est pincée entre le corps de vanne et la paroi du bâti à l’intérieur duquel est reçue la vanne et une ou plusieurs ondulations (« corrugation » en anglais) conférant au soufflet une certaine élasticité dans le sens du mouvement de la tige. Ces ondulations permettent au soufflet de se déformer de manière répétée lors des séquences d’ouverture et de fermeture de la vanne.

Cependant, un autre problème apparait, qui est celui de la rupture par fatigue du thermoplastique. Pour pallier ce problème, on augmente le nombre de ondulations du soufflet. Cependant, l'inconvénient est que des gouttes de peintures sont emprisonnées dans les reliefs du soufflet qui sont des zones difficiles à rincer. Or, dans le domaine de la peinture automobile, il est fréquent qu'on change de couleur à chaque voiture sur une ligne de production. On peut donc avoir des résidus de peinture à chaque changement, ce qui est évidemment problématique.

Un autre problème des soufflets en PTFE est que ce matériau se marque vite, et donc un sillon circulaire se crée avec le temps au contact du siège en métal par l'action répétée de "poinçonnage" inhérente au fonctionnement de la vanne. Il n’est alors pas possible d’utiliser la vanne sur un autre siège.

C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention, en proposant une nouvelle membrane d’étanchéité, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige d’une vanne à clapet et caractérisée en ce qu’elle est principalement fabriquée en élastomère.

L’élastomère est un matériau plus élastique que les polymères thermoplastiques du type PTFE. Grâce à l’invention, on supprime donc le besoin de prévoir des ondulations pour pallier les problèmes de rupture de fatigue. En plus de cela, l’élastomère permet d’assurer une excellente étanchéité et présente une faible Déformation Rémanente à la Compression (DRC).

Selon des aspects avantageux, mais non obligatoires de l’invention, la membrane comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible :

• Le matériau constitutif de la membrane comprend de la matière thermoplastique, notamment du PTFE.
• La membrane comprend en outre au moins un bourrelet annulaire d’étanchéité.
• La membrane forme la paroi d’un embout creux configuré pour être emmanché autour d’une extrémité de la tige.
• La surface extérieure de la membrane est sans creux.
• La surface intérieure de la membrane est cannelée.

La membrane forme l’organe obturateur de la vanne.

L’invention concerne également une vanne à clapet, comprenant un corps de vanne et une tige qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur, caractérisée en ce que la vanne comprend une membrane telle que définie précédemment.

Avantageusement, la membrane est fixée par pincement entre deux segments de tige solidarisés l’un à l’autre.

En outre, on peut prévoir que la membrane forme un embout qui est emmanché autour d’une extrémité de la tige.

L’invention et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d’une membrane, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

: La figure 1 est un schéma en coupe d’une vanne à clapet comportant une membrane selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

: La figure 2 est un schéma similaire à celui de la figure 1, mais dans lequel la vanne comprend une membrane selon un second mode de réalisation de l’invention ; et

: La figure 3 est une coupe de la membrane seule.

Sur la figure 1 est représentée une vanne à clapet 2, comprenant un corps de vanne 4 et une tige 6 qui est mobile en translation à travers le corps de vanne 4 et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur 8.

La tige 6 s’étend selon un axe longitudinal X6 qui forme également son axe de déplacement en translation.

Le corps de vanne 4 présente une géométrie de révolution autour de l’axe 6 et délimite un alésage à l’intérieur duquel la tige 6 peut coulisser dans le sens de son axe, vers l’avant pour fermer la vanne ou vers l’arrière pour ouvrir la vanne, étant entendu que la direction avant est orientée du côté opposé au corps de vanne 4.

La vanne à clapet 2 est en particulier conçue pour être intégrée à un circuit de pulvérisation de peinture, par exemple pour la peinture de carrosseries automobiles. Typiquement, on utilise souvent une vanne de ce type pour chaque teinte.

L’organe obturateur 8 peut être fixé à l’extrémité de la tige par tout moyen (collage, vissage, soudage, etc.). Toutefois, dans l’exemple, on préfèrera une fixation par emmanchement en force, à la façon d’un raccord « sapin » ou « cannelé ». Cela signifie que lorsque l’organe obturateur est emmanché autour de la tige 6, on retrouve des déformations plastiques localisées qui empêchent le retrait de l’organe 8.

La vanne 2 est disposée à l’intérieur d’un logement défini à l’intérieur d’un bâti 10. Le bâti 10 ne fait pas partie de la vanne 2.

Deux conduits 12 et 14 cheminent à travers le bâti 10. Le sens de passage du fluide à l’intérieur des conduits 12 et 14 importe peu : Le fluide peut arriver par le conduit 12 et sortir par le conduit 14, ou inversement.

Le fluide est dans l’exemple de la peinture liquide, mais on pourrait imaginer d’autres applications où le fluide serait d’une autre nature : vernis, lubrifiant, apprêt, encre, etc.

Lorsque la vanne 2 est fermée, l’organe obturateur 8 est reçu en contact étanche à l’intérieur d’un siège 16, de préférence en métal, ce qui a pour effet d’empêcher le fluide de passer entre les deux conduits 12 et 14. Pour ouvrir la vanne, il faut reculer la tige 6 dans le sens de la flèche F1, de façon à décoller l’organe obturateur 8 du siège 16 et ainsi libérer le passage entre les deux conduits 12 et 14.

Ici, le siège 16 est une pièce rapportée. Toutefois, en variante, on pourrait imaginer que le siège d’un seul tenant avec le bâti 10.

Dans l’exemple, le mouvement de la tige 6 est commandé automatiquement, notamment de façon électrique. Il est toutefois évident que d’autres modes de commande pourront être imaginés en variante (pneumatique, magnétique, hydraulique, etc.). Les moyens de commande du déplacement de la tige 6 ne sont pas représentés sur les figures, car cela relève des connaissances générales.

Afin que la tige 6 puisse coulisser à l’intérieur de l’alésage délimité par le corps de vanne 4, un jeu radial J est prévu entre la tige 6 et les corps 4. Une membrane d’étanchéité 20, spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige 6, est utilisée pour assurer l’étanchéité entre la tige 6 et le corps de vanne 4 et donc pour empêcher des remontées de peinture à travers le corps de vanne 4.

Dans l’exemple de la figure 1, la membrane d’étanchéité 20 est pincée au niveau de son bord périphérique, entre le corps de vanne 4 et une portion du bâti 10. Toutefois, en variante, on pourrait imaginer que le bord périphérique de la membrane 20 soit fixé au corps de vanne 4, suivant toute technique appropriée (collage, soudage, etc.).

La membrane 20 peut être de forme circulaire, rectangulaire, polygonale, etc., la forme important peu. Ce qui importe, en revanche, c’est que l’étanchéité (c’est-à-dire le contact étanche) soit assurée sur tout le contour de la membrane, c’est-à-dire sur tout le bord périphérique pincé entre le corps de vanne 4 et le bâti 10.

Avantageusement, la membrane 20 comprend au moins un bourrelet annulaire d’étanchéité (non visible sur les figures) qui est écrasé au contact du corps de vanne 4 ou de la portion de bâti 10 contre laquelle repose la membrane 20 et qui sert donc de joint d’étanchéité.

De manière encore plus avantageuse, on pourra prévoir plusieurs bourrelets concentriques.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, la membrane 20 est fixée par pincement entre deux segments de tige 6A et 6B solidarisés l’un à l’autre. Par exemple, et comme représenté à la figure 1, les deux segments de tige 6A et 6B peuvent être fixés ensemble par des brides vissées l’une à l’autre, mais ce n’est évidemment pas la seule façon de faire.

Lors des séquences d’ouverture et de fermeture de la vanne 2, la membrane 20 se déforme élastiquement, en flexion, pour accompagner le mouvement de la tige 6, sans jamais atteindre le domaine plastique signifiant une déformation irréversible.

Pour ce faire, la membrane 20 est principalement fabriquée en élastomère. Par l’expression « principalement », on entend que la membrane est constituée majoritairement (à au moins 50%) d’élastomère.

Avantageusement, le matériau élastomère utilisé est le FFKM (ou FFPM selon la norme ISO) qui fait partie de la famille des perfluoroélastomères. Ce matériau spécifique possède de bonnes propriétés d’étanchéité et une faible Déformation Rémanente à la Compression (DRC), ce qui le rend particulièrement adapté au cas d’espèce.

D’autres propriétés intéressantes sont que le FFKM est résistant aux produits chimiques et aux températures élevées.

En option, le matériau constitutif de la membrane 20 comprend de la matière thermoplastique, notamment du PTFE, qui possède des propriétés de non-adhérence.

Comme visible à la figure 1, les surfaces de la membrane 20 sont avantageusement sans creux, c’est-à-dire lisses, de sorte qu’il n’y a pas de zones de rétention de peinture. Ainsi, le rinçage est facilité et il n’y a pas de résidus de peinture lors d’un changement de teinte.

La figure 2 montre un autre mode de réalisation, dans lequel la membrane 20 forme la paroi d’un embout creux, représenté seul et dans un état non-déformé à la figure 3. Dans ce qui suit, seules les différences par rapport au premier mode de réalisation sont mentionnées par souci de concision.

Ledit embout est configuré pour être emmanché autour d’une extrémité de la tige 6. Dans ce mode de réalisation, la membrane 20 remplit donc également le rôle d’obturateur.

L’embout, dont la paroi est formée par la membrane 20, est creux : Il définit donc une surface intérieure S20i et une surface extérieure S20e.

La surface intérieure S20i est au moins en partie au contact de la surface de la tige 6 et la surface extérieure S20e est au moins en partie en contact, ou au moins exposée à un contact, avec le fluide lorsque la vanne 2 est ouverte.

Dans l’exemple décrit, l’embout présente une géométrie de révolution autour d’un axe X20, qui est confondu avec l’axe X6 lorsque l’embout est emmanché à l’extrémité de la tige 6.

Aussi, l’embout comprend une partie allongée 26 qui se prolonge en arrière par un épaulement extérieur 28 (qui élargit l’embout radialement) définissant une partie annulaire 30. Le bourrelet d’étanchéité 22 est défini sur la surface de cette partie 30. Aussi, et comme visible à la figure 2, la partie 30 est pincée entre le corps de vanne 4 et le bâti 10, de façon à assurer l’étanchéité du volume entre la tige 6 et le corps de vanne 4.

Avantageusement, la surface extérieure S20e est sans creux, ou lisse. Contrairement aux soufflets ondulés de l’art antérieur qui comportent de nombreuses ondulations, l’embout formé avec la membrane 20 selon l’invention ne présente pas de zones de rétentions de peinture, ce qui rend le rinçage aisé lors des changements de teinte.

De préférence, la surface intérieure S20i de l’embout (et donc de la membrane 20) est cannelée, à la façon d’un raccord cannelé (ou « sapin »), et comprend donc des crans d’accroche 24. L’extrémité de la tige 6 est pourvue de cannelures complémentaires, de façon que l’embout est simplement fixé à la tige 6 par emmanchement autour de cette dernière.

Dans ce mode de réalisation, l’embout comprend aussi un bourrelet d’étanchéité 22 (Voir figure 3). Ici, ce bourrelet 22 est orienté de façon à venir en contact de la portion de bâti 10 sur laquelle repose la vanne 2. Ce bourrelet 22 n’est pas visible à la figure 2, car écrasé contre la portion de bâti 10.

Lorsque la vanne 2 est ouverte, l’embout se trouve à l’état non déformé de la figure 3. En revanche, lorsqu’on ferme la vanne 2, l’embout se déforme élastiquement du fait du mouvement de la tige. Autrement dit, la course de la tige 6 est définie de façon à rester dans le domaine de déformation élastique. Précisément, l’embout s’étire dans le sens du déplacement de la tige 6, c’est-à-dire selon l’axe X6.

Les caractéristiques des modes de réalisation décrits et des variantes non représentées peuvent être combinées entre elles de façon à générer de nouveaux modes de réalisation.

Claims (10)

1. Membrane d’étanchéité (20), spécifiquement configurée pour être positionnée autour de la tige (6) d’une vanne à clapet (2) et caractérisée en ce qu’elle est principalement fabriquée en élastomère.
2. Membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constitutif de la membrane (20) comprend de la matière thermoplastique, notamment du PTFE.
3. Membrane selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre au moins un bourrelet annulaire d’étanchéité.
4. Membrane selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la membrane forme la paroi d’un embout creux configuré pour être emmanché autour d’une extrémité de la tige.
5. Membrane selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface extérieure (S20e) de la membrane (20) est sans creux.
6. Membrane selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la surface intérieure (S20i) de la membrane est cannelée.
7. Vanne à clapet (2), comprenant un corps de vanne (4) et une tige (6) qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur (8), caractérisée en ce que la vanne comprend une membrane (20) selon l’une des revendications précédentes.
8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la membrane forme un embout qui est emmanché autour d’une extrémité de la tige.
9. Vanne à clapet, comprenant un corps de vanne (4) et une tige (6) qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur (8), caractérisée en ce que la vanne comprend une membrane (20) selon l’une des revendications 4 à 6, et en ce que la membrane forme l’organe obturateur de la vanne.
10. Vanne à clapet, comprenant un corps de vanne (4) et une tige (6) qui est mobile en translation à travers le corps de vanne et qui comprend à l’une de ses extrémités un organe obturateur (8), caractérisée en ce que la vanne comprend une membrane (20) selon l’une des revendications 1 à 3, et en ce que la membrane est fixée par pincement entre deux segments (6A, 6B) de tige (6) solidarisés l’un à l’autre.