Vanne de Contrôle Directionnel - Comment Elles Fonctionnent

Les vannes de contrôle directionnel dirigent le flux d'air comprimé ou d'huile vers divers dispositifs dans les systèmes pneumatiques. Elles sont utilisées dans diverses applications, comme l'actionnement de cylindres, de grandes vannes industrielles ou d'outils pneumatiques. Ces vannes possèdent plusieurs ports et remplissent différentes fonctions au sein d'un circuit. Les vannes de contrôle directionnel peuvent être actionnées de diverses manières, comme manuellement ou à l'aide d'un solénoïde. Cet article explore les différents types de vannes de contrôle directionnel actionnées par solénoïde utilisées dans les systèmes pneumatiques.

Table des matières

• Comment fonctionne une vanne de contrôle directionnel
• Consommation d'énergie et mécanisme d'opération
• Considérations d'application
• Vannes mono-stables et bi-stables
• Types de vannes de contrôle directionnel pneumatiques
  • Vanne 2/2 voies
  • Vanne 3/2 voies
  • Vanne 5/2 voies
  • Vanne 5/3 voies
• Norme Namur

Comment fonctionne une vanne de contrôle directionnel

Les vannes solénoïdes pneumatiques ont généralement une conception à tiroir. Elles se composent d'un corps en aluminium avec un trou cylindrique. Les différents ports de la vanne se connectent au cylindre. Un tiroir coulissant dans le cylindre possède plusieurs joints le long de sa longueur. En faisant coulisser le tiroir d'avant en arrière à travers le cylindre, différents ports peuvent être connectés ou fermés. Il est difficile de créer un scellement sans aucune fuite avec la conception à tiroir. Par conséquent, les vannes solénoïdes pneumatiques ont toujours une très petite fuite interne (mais acceptable). De plus, ces vannes sont bidirectionnelles.

Consommation d'énergie et mécanisme d'opération

Les vannes solénoïdes pneumatiques ont une faible consommation d'énergie. Cela est principalement dû à la force relativement faible nécessaire pour déplacer le tiroir à l'intérieur du corps de la vanne. La pression de l'air exercée sur le tiroir a un impact limité sur cette force, rendant l'opération de ces vannes moins énergivore. De plus, la force exercée par le ressort dans les vannes mono-stables (vannes qui retournent à une position par défaut lorsqu'elles ne sont pas actionnées) est minimale, réduisant encore l'énergie requise pour l'opération.

Mécanisme d'opération

L'opération des vannes solénoïdes pneumatiques est souvent facilitée par un mécanisme d'opération pilote, qui peut être direct ou indirect (piloté) :

• Vannes pilotées : Dans cette conception, le solénoïde n'actionne pas directement la vanne. Au lieu de cela, il contrôle la pression de l'air qui actionne la vanne. Cette méthode indirecte réduit considérablement la force requise du solénoïde, car la majeure partie de la force d'actionnement provient de la pression de l'air elle-même. Ce système permet l'utilisation de solénoïdes plus petits et plus économes en énergie, contribuant à l'efficacité énergétique globale de la vanne.
• Internes vs externes pilotées : Les vannes solénoïdes pneumatiques peuvent être pilotées internement ou externement.
  • Les vannes pilotées internement utilisent la pression de l'air entrant dans la vanne pour l'actionnement, nécessitant une pression différentielle entre 0,1 et 1,5 bar pour fonctionner correctement, les rendant inadaptées pour les applications à basse pression ou sous vide en raison d'un échec potentiel dans le changement d'état si la pression d'entrée est trop basse.
  • Les vannes pilotées externement dépendent d'une source de pression d'air séparée pour l'actionnement, les différenciant des vannes pilotées internement qui utilisent la pression d'air entrante.

Considérations d'application

Il n'est pas recommandé d'utiliser des vannes solénoïdes pneumatiques pour d'autres médias tels que l'eau ou l'huile. De nombreuses vannes solénoïdes pneumatiques sont pilotées internement et évacuent une quantité minimale d'air nécessaire pour actionner la vanne. Une petite perte d'air dans l'environnement est acceptable dans la plupart des applications, mais pas dans le cas de l'eau, de l'huile ou d'autres types de médias. De plus, les matériaux des vannes sont optimisés pour une utilisation avec l'air. Habituellement, la vanne est faite de pièces en aluminium et de joints en NBR ou HNBR. D'autres médias que l'air pourraient causer de la corrosion ou d'autres réactions chimiques, ce qui peut avoir un impact négatif sur la durée de vie de la vanne. Lisez notre guide de résistance chimique pour plus d'informations sur les matériaux des vannes et leur compatibilité avec divers médias.

Vannes mono-stables et bi-stables

• Une vanne mono-stable reste dans sa position d'origine avec un ressort (qui peut être alimenté par air ou électricité). Lorsque la vanne est activée (comme en allumant un solénoïde), elle passe à son état actif. Une fois l'alimentation coupée, la vanne retourne à sa position de départ. Ces vannes sont également appelées vannes solénoïdes à action simple.
• Une vanne bi-stable change de position avec une action rapide et y reste. Elle ne revient pas à son état antérieur une fois que vous l'avez activée, même après l'arrêt de l'action. Une vanne solénoïde bi-stable a typiquement un solénoïde à chaque extrémité, chacun contrôlant une position différente. Elles sont connues sous le nom de vannes solénoïdes à double action.

Types de vannes de contrôle directionnel pneumatiques

Les vannes de contrôle directionnel d'air sont représentées par deux nombres. Le premier nombre indique combien de ports la vanne possède, et le deuxième nombre est le nombre d'états. Par exemple, une vanne 2/2 voies a deux ports (entrée/sortie) et deux états (ouvert/fermé). Une vanne 5/2 voies a cinq ports et deux états. Les vannes directionnelles ont généralement deux, trois ou cinq ports. Les sections suivantes expliquent les différents types en détail. Lisez notre article sur les symboles des vannes pour plus de détails sur les symboles des vannes directionnelles.

Vanne 2/2 voies

Le type de vanne le plus simple et le plus courant est la vanne 2/2 voies. Elle dispose de deux ports et deux positions (ouvert et fermé), c'est pourquoi elle est souvent appelée vanne d'arrêt. Principalement, ces vannes fonctionnent comme des interrupteurs marche/arrêt de base dans les systèmes pneumatiques, contrôlant le flux d'air en permettant soit son passage, soit en le bloquant entièrement. Leur rôle dans les systèmes pneumatiques est plus axé sur des tâches de contrôle marche/arrêt simples plutôt que sur un contrôle directionnel complexe, les rendant moins courantes par rapport à d'autres types de vannes conçues pour des opérations pneumatiques plus spécifiques.

Vanne 3/2 voies

Une vanne de contrôle d'air 3/2 voies, caractérisée par ses trois ports et deux positions, joue un rôle crucial dans les systèmes pneumatiques, en particulier dans le fonctionnement des cylindres à action simple. Ce type de vanne est conçu pour contrôler le flux d'air de manière à permettre à un cylindre de s'étendre ou de se rétracter puis de retourner à sa position d'origine, prêt pour le prochain cycle. L'inclusion d'un troisième port la distingue des vannes 2/2 voies plus simples, fournissant la fonctionnalité essentielle pour la ventilation du cylindre après chaque action. Les applications spécifiques des vannes 3/2 voies sont :

• Contrôle de cylindre à action simple: Les cylindres à action simple nécessitent de l'air pour se déplacer dans une direction pour s'étendre, puis doivent être ventilés pour se rétracter. La vanne 3/2 voies gère efficacement ce processus en fournissant de l'air pour étendre le cylindre puis en changeant de position pour ventiler le cylindre, lui permettant de se rétracter.
• Systèmes de contrôle pneumatique : Dans les systèmes où un contrôle précis sur une seule action est nécessaire, comme dans les lignes d'assemblage automatisées, les machines d'emballage ou les systèmes de manutention de matériaux, les vannes 3/2 voies offrent le contrôle et la fiabilité nécessaires.
• Actionnement d'outils pneumatiques : De nombreux outils pneumatiques nécessitent une rafale d'air pour fonctionner puis doivent être réinitialisés. Les vannes 3/2 voies sont idéales pour ces applications, fournissant l'approvisionnement en air à la demande et la ventilation subséquente.

De manière similaire aux vannes 2/2 voies, les vannes 3/2 voies peuvent être mono-stables ou bi-stables. Les vannes 3/2 voies mono-stables peuvent être conçues pour être normalement fermées ou normalement ouvertes, selon les besoins de l'application.

Vanne 5/2 voies

Une vanne 5/2 voies possède cinq ports et deux états. Les vannes solénoïdes pneumatiques 5/2 voies sont des composants polyvalents utilisés dans divers systèmes pneumatiques pour contrôler la direction du flux d'air, gérant ainsi le mouvement des actionneurs, tels que les cylindres ou les pistons, dans deux directions (extension et rétraction, par exemple). Les vannes 5/2 voies peuvent être mono-stables ou bi-stables.

Vanne 5/3 voies

Les vannes solénoïdes pneumatiques 5/3 voies sont des composants avancés dans les systèmes pneumatiques, offrant un contrôle précis sur les cylindres à double action. Contrairement aux vannes plus simples, celles-ci ont une troisième position qui permet d'arrêter un cylindre à mi-chemin, utile pour des ajustements précis ou des pauses dans le mouvement. Ces vannes retournent automatiquement à la position médiane lorsqu'elles ne sont pas alimentées, assurant la sécurité en passant à un état neutre en cas de panne de courant. Deux solénoïdes contrôlent le mouvement pour étendre ou rétracter l'actionneur. Les principaux types de vannes 5/3 voies sont :

• Centre fermé : Bloque tous les ports en position médiane, économisant de l'énergie et maintenant la position de l'actionneur stable sans consommation d'air.
• Centre de ventilation : Connecte les ports à l'échappement, permettant un mouvement manuel de l'actionneur. Cela est utile pour les ajustements manuels.
• Centre pressurisé : Maintient l'actionneur sous pression en position médiane, prêt pour une action rapide. C'est le meilleur choix pour les systèmes nécessitant des réponses rapides.

Les vannes 5/3 voies sont essentielles dans l'automatisation, la manutention de matériaux, l'emballage et les lignes d'assemblage où le contrôle de la position de l'actionneur est critique. Leur capacité à gérer précisément le mouvement de l'actionneur améliore à la fois l'efficacité et la sécurité dans diverses applications industrielles.

Norme Namur

De nombreuses vannes solénoïdes pneumatiques présentent une conception de bride normalisée, permettant un montage direct sur des dispositifs tels que les actionneurs pneumatiques. Une norme largement reconnue à cet effet est la norme NAMUR (VDI/VDE 3845). Originaire d'Europe, cette norme spécifie une interface uniforme pour attacher directement les vannes de contrôle directionnel sur les actionneurs rotatifs, et elle a gagné une acceptation mondiale. Les aspects clés de la norme NAMUR sont :

• Adoption mondiale : Malgré ses origines européennes, la norme NAMUR est utilisée dans le monde entier, assurant la compatibilité et la facilité d'intégration dans diverses industries.
• Mécanisme de montage : Les vannes sont généralement sécurisées à l'actionneur à l'aide de vis M5. Cependant, aux États-Unis, les actionneurs sont souvent conçus avec des motifs de filetage #10-24 pour s'adapter aux préférences locales.
• Étanchéité : Pour prévenir les fuites et assurer une connexion sécurisée entre la vanne et l'actionneur, deux joints toriques sont utilisés. Ce mécanisme d'étanchéité est crucial pour maintenir l'efficacité et la fiabilité du système.
• Positions de montage polyvalentes : La conception de l'interface permet de monter la vanne dans deux positions différentes en la tournant simplement de 180 degrés. Cette flexibilité peut modifier la direction de rotation de l'actionneur en fonction de la manière dont la vanne de contrôle est alimentée, offrant un contrôle supplémentaire et une adaptabilité dans la conception du système.

Cette approche standardisée simplifie l'intégration des vannes solénoïdes dans les systèmes pneumatiques, améliorant la compatibilité et facilitant l'installation dans une large gamme d'applications. En adhérant à la norme NAMUR, les fabricants assurent que leurs produits peuvent être facilement intégrés dans des systèmes à l'échelle mondiale, favorisant l'efficacité et la fiabilité dans les opérations pneumatiques. La figure 7 montre les dimensions pour une vanne avec des ports G1/4" et G1/2".

Tableau 1 : Détails dimensionnels de la bride standard NAMUR

T	A	B	M
G1/4"	32	24	M5
G1/2"	45	40	M6