Vannes de contrôle directionnel - Leur fonctionnement

Vanne de contrôle directionnel - Comment elles fonctionnent

exemple de valves de contrôle directionnel pour le pneumatique

Exemples de valves de contrôle directionnel pneumatique sur un collecteur.

Les distributeurs sont utilisés dans les systèmes pneumatiques pour diriger ou arrêter le flux d'air comprimé ou d'huile vers leurs appareils. Ils sont probablement les éléments les plus utilisés dans les systèmes pneumatiques et peuvent servir, par exemple, à actionner un cylindre, une vanne industrielle plus importante ou des outils pneumatiques. Les vannes peuvent avoir deux ou plusieurs orifices et remplir diverses fonctions de circuit. La fonction et le comportement de la vanne peuvent être indiqués par un symbole. Le symbole n'explique cependant pas la construction de la valve. Les vannes de contrôle directionnelles peuvent être actionnées par différents moyens, tels que l'actionnement manuel ou l'actionnement par solénoïde. Cet article porte sur les différentes électrovannes directionnelles pour les systèmes pneumatiques.

Table des matières

Conception et principe de fonctionnement

Les électrovannes pneumatiques ont généralement une conception à tiroir. Ils se composent d'un corps en aluminium avec un trou cylindrique. Les différents orifices de la valve sont reliés au cylindre. Une bobine coulissante dans le cylindre comporte plusieurs joints sur sa longueur. En faisant glisser la bobine d'avant en arrière dans le cylindre, différents ports peuvent être connectés ou fermés. Il est très difficile de créer un joint sans aucune fuite avec la conception de la bobine. Par conséquent, les électrovannes pneumatiques présentent toujours une fuite interne très faible (mais acceptable). Avec ces types de vannes, l'air peut circuler dans les deux sens à travers la vanne. On parle alors de bidirectionnalité.

La force nécessaire pour déplacer la bobine peut être relativement faible ; la pression de l'air a une influence limitée sur la force nécessaire. De plus, la force du ressort dans les valves mono stables est assez faible. Par conséquent, les solénoïdes consomment généralement une faible quantité d'énergie. Comme la plupart des vannes sont pilotées, la force requise par le solénoïde est encore plus faible. Le fonctionnement pilote (fonctionnement indirect) signifie que la vanne utilise la pression d'air pour actionner la vanne, la pression d'air est contrôlée par le solénoïde. Avec cette conception, le solénoïde doit fournir une force beaucoup plus faible que la force fournie par la pression de l'air. La vanne peut être pilotée de l'intérieur ou de l'extérieur. Les vannes à pilotage interne utilisent la pression d'entrée pour actionner la vanne, les vannes à pilotage externe utilisent un canal séparé pour le fonctionnement du pilote. Les vannes à pilotage interne nécessitent une certaine pression différentielle, généralement comprise entre 0,1 et 1,5 bar, pour fonctionner. Si la pression est trop faible, la vanne ne pourra pas changer d'état lorsque le solénoïde sera actionné. Les valves à pilotage interne ne conviennent pas aux systèmes à basse pression ou aux applications sous vide.

Les ingénieurs demandent parfois si une électrovanne pneumatique peut être utilisée pour d'autres fluides comme l'eau ou l'huile. La réponse courte est que ce n'est pas recommandé. De nombreuses électrovannes pneumatiques sont pilotées en interne 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 valves sont optimisés pour une utilisation avec de l'air. Habituellement, la vanne est constituée de pièces en aluminium et de joints en NBR ou HNBR. Des milieux autres que l'air peuvent provoquer de la corrosion ou d'autres réactions chimiques, ce qui peut avoir un impact négatif sur la durée de vie de la vanne.

vue en coupe d'une électrovanne à 3/2 voies avec un tiroir coulissant

Vue en coupe d'une électrovanne à 5/2 voies. Dans le corps de la valve se trouve un tiroir mobile avec des joints d'étanchéité. En faisant glisser le tiroir de gauche à droite, les différents orifices des deux côtés du corps de la valve sont connectés ou fermés.

Valves monostables et bi-stables

Une vanne monostable est maintenue par un ressort (pneumatique ou hélicoïdal) dans sa position de repos. Dès que la vanne est actionnée (par exemple par un solénoïde), elle passe à l'état alimenté. Lorsque l'alimentation (électrique) est relâchée, la vanne revient à sa position initiale. Ces vannes sont également appelées électrovannes "simple effet".

Une vanne bi-stable peut être commutée par une opération momentanée et restera en position. Ainsi, lorsque l'opération est arrêtée, la vanne ne revient pas à la situation initiale avant l'opération. Une électrovanne bi-stable possède généralement un solénoïde aux deux extrémités de la vanne. Chaque solénoïde est responsable de la commutation vers un seul état. Ces vannes sont appelées électrovannes "double effet".

Types de soupapes

Les distributeurs sont désignés par deux numéros. Le premier chiffre indique le nombre d'orifices dont dispose la vanne, et le second le nombre d'états. Par exemple, une vanne 2/2 a deux orifices (entrée/sortie) et deux états (ouvert/fermé). Une vanne à 5/2 voies a cinq orifices et deux états. Les vannes directionnelles ont généralement deux, trois ou cinq orifices. Dans les sections suivantes, les différents types seront expliqués plus en détail.

  • Vanne à 2/2 voies
  • Vanne à 3/2 voies
  • Vanne à 5/2 voies
  • Vanne à 5/3 voies

Vanne à 2/2 voies

La vanne la plus courante et la plus simple est la vanne à 2/2 voies. Elle possède deux orifices et deux états (ouvert et fermé) et est donc également appelée vanne d'arrêt. Ils sont utilisés dans les applications pneumatiques où l'alimentation en air doit être périodiquement fermée. Les vannes 2/2 peuvent être monostables ou bi-stables. Les vannes bistables à 2/2 voies ont généralement un solénoïde et sont actionnées par impulsion pour changer d'état. Ces vannes sont également appelées "à verrouillage". Les vannes monostables à 2/2 voies peuvent être normalement fermées (s'ouvrent lorsqu'elles sont actionnées) ou normalement ouvertes (se ferment lorsqu'elles sont actionnées). La majorité des électrovannes 2/2 sont monostables et normalement fermées. L'image ci-dessous montre le symbole d'une vanne normalement fermée. Si vous souhaitez en savoir plus sur les symboles des distributeurs, vous trouverez une explication claire dans l'article sur les symboles des distributeurs.

Fonctionnement du circuit d'une vanne 2/2 voies normalement fermée

Fonctionnement du circuit d'une électrovanne à 2/2 voies normalement fermée

Vanne à 3/2 voies

Une vanne à 3/2 voies a trois orifices et deux états. Ils sont utilisés par exemple pour commander un vérin à simple effet. La valve est utilisée pour remplir le cylindre, mais aussi pour le purger ensuite afin de réaliser une nouvelle course de travail. Par conséquent, une vanne à deux orifices ne serait pas suffisante. Un troisième port est nécessaire pour la ventilation. Les vannes 3/2 peuvent être monostables ou bi-stables. Tout comme les vannes 2/2, les vannes 3/2 monostables peuvent être normalement fermées ou normalement ouvertes. Le symbole ci-dessous représente un 3/2 monostable qui est normalement fermé.

Fonctionnement du circuit d'une vanne 3/2 voies normalement fermée

Fonctionnement du circuit d'une électrovanne 3/2 voies NC

Vanne à 5/2 voies

Une vanne à 5/2 voies a cinq orifices et deux états. Ces vannes sont utilisées par exemple pour commander des vérins à double effet. Un vérin à double effet nécessite deux orifices de sortie du distributeur. Les vannes 5/2 peuvent être monostables ou bi-stables.

Fonctionnement du circuit d'une vanne 5/2 voies

Fonctionnement du circuit d'une électrovanne à 5/2 voies

Vanne à 5/3 voies

Les valves mentionnées ci-dessus ont toutes deux états. Il est également possible d'avoir un troisième état, par exemple, une électrovanne à 5/3 voies. Le troisième état est utilisé pour arrêter un vérin à double effet dans une position intermédiaire. Ces vannes sont mono stables et reviennent en position centrale lorsque les solénoïdes ne sont pas alimentés. Deux solénoïdes sont utilisés pour faire passer la vanne dans les deux autres états. Les vannes 5/3 sont disponibles en trois variantes : avec une position centrale fermée, avec une position centrale de purge et avec une position centrale pressurisée. La vanne à centre fermé est représentée par le symbole ci-dessous.

Fonctionnement du circuit d'une vanne 5/3 voies à centre fermé

Fonctionnement du circuit d'une électrovanne 5/3 voies à fermeture centrale

Norme namuroise

De nombreuses électrovannes pneumatiques ont une conception de bride standardisée permettant de les monter directement sur des appareils tels qu'un actionneur pneumatique. La norme la plus courante est la norme NAMUR (VDI/VDE 3845), une norme européenne qui définit une interface standard pour monter les vannes de contrôle directionnel directement sur l'actionneur rotatif. Cette norme est adoptée dans le monde entier. Les vannes sont montées sur l'actionneur avec des vis M5. Les actionneurs produits aux États-Unis ont généralement un filetage #10-24. La vanne est équipée de deux joints toriques pour assurer l'étanchéité du raccordement entre la vanne et l'actionneur. La conception de l'interface permet deux positions de montage de la vanne en la faisant pivoter de 180 degrés. Cela modifie la rotation de l'actionneur par rapport à la mise sous tension de la vanne de contrôle.

La figure ci-dessous montre les dimensions d'une vanne avec des orifices G1/4" et G1/2".

Dessin schématique de la bride Namur avec ses dimensions
T A B M
G1/4" 32 24 M5
G1/2" 45 40 M6

Plan d'encombrement de la bride standard NAMUR.