Vannes de contrôle directionnel - Leur fonctionnement

Les distributeurs sont utilisés dans les systèmes hydrauliques ou pneumatiques pour diriger ou arrêter le flux de média vers leurs appareils. Cet article se concentre sur les différentes électrovannes directionnelles pour les systèmes pneumatiques. Elles sont probablement les éléments les plus utilisés dans les systèmes pneumatiques et peuvent être utilisées, par exemple, pour actionner un vérin, une vanne industrielle plus grande 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 cependant n'explique pas la construction de la vanne. Il existe différentes manières d'actionner les distributeurs, y compris l'actionnement manuel et électromagnétique.

Table des matières

• Conception et principe de fonctionnement
• Mono-stable et bi-stable
• Types de vannes
  • 2/2 voies
  • 3/2 voies
  • 5/2 voies
  • 5/3 voies
• Norme Namur

Conception et principe de fonctionnement

Les électrovannes pneumatiques ont généralement une conception à tiroir. Ils sont constitués 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 une étanchéité 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. C'est ce qu'on appelle le bidirectionnel.

La force nécessaire pour déplacer la bobine peut être relativement faible ; la pression de l'air n'a qu'une influence limitée sur la force nécessaire. En outre, la force du ressort dans les soupapes mono stables est assez faible. Par conséquent, les solénoïdes consomment généralement peu d'énergie. Comme la plupart des vannes sont pilotées, la force requise du solénoïde est encore plus faible. L'opération pilote (opération indirecte) signifie que la valve utilise la pression de l'air pour actionner la valve, la pression de l'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, tandis que 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 passera pas à l'état suivant lorsque le solénoïde est actionné. Les vannes 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 tels que l'eau ou l'huile. La réponse courte est qu'il n'est pas recommandé de le faire. De nombreuses électrovannes pneumatiques sont pilotées de l'intérieur et évacuent une quantité minimale d'air nécessaire à l'actionnement de l'électrovanne. 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 fluides. De plus, les matériaux des valves sont optimisés pour une utilisation avec de l'air. En général, la vanne est composée de pièces en aluminium et de joints NBR ou HNBR. Des fluides 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.

Valves mono-stables et bi-stables

Une valve mono-stable est maintenue dans sa position initiale par un ressort (pneumatique ou hélicoïdal). Dès que la vanne est actionnée (par exemple par un solénoïde), elle passe à l'état excité. Lorsque l'alimentation (électrique) est coupée, la vanne revient à sa position initiale. Ces vannes sont également appelées électrovannes à simple effet.

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

Types de vannes

Les distributeurs sont désignés par deux numéros. Le premier chiffre indique le nombre d'orifices de 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). Un distributeur 5/2 possède cinq orifices et deux états. Les distributeurs ont généralement deux, trois ou cinq orifices. Dans les sections suivantes, les différents types sont expliqués plus en détail.

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

Vanne 2/2

La vanne la plus courante et la plus simple est la vanne 2/2. 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 mono-stables ou bi-stables. Les vannes 2/2 bi-stables ont généralement un solénoïde et sont actionnées par impulsion pour changer d'état. Ces vannes sont également appelées "latching". Les vannes 2/2 monostables 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 valves directionnelles, vous trouverez une explication claire dans l'article symboles des valves.

Vanne 3/2

Un distributeur 3/2 possède 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 après coup afin de réaliser une nouvelle course de travail. Par conséquent, une vanne à deux orifices ne serait pas suffisante. Un troisième orifice est nécessaire pour la ventilation. Les vannes 3/2 peuvent être mono-stables 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 mono-stable normalement fermé.

Vanne 5/2

Un distributeur 5/2 possède 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 robinet. Les vannes 5/2 peuvent être mono-stables ou bi-stables.

Vanne à 5/3 voies

Les vannes mentionnées ci-dessus ont toutes deux états. Il est également possible d'avoir un troisième état, par exemple une électrovanne 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 position centrale fermée, avec position centrale de mise à l'air libre et avec position centrale sous pression. La valve centrale fermée est représentée par le symbole ci-dessous.

Norme Namur

De nombreuses électrovannes pneumatiques sont dotées d'une 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 permettant de monter des 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 de 10-24. La vanne est équipée de deux joints toriques pour assurer l'étanchéité de la connexion 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 des actionneurs par rapport à la mise sous tension de la vanne de régulation.

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