Brevet FR2353005A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne les coupleurs et en particulier, mais non exclusivement, les coupleurs pour tubes et tuyaux. Un #èjet ze 7'irv ion; darre l'application au domaine du couplage des tubes, est de proposer un coupleur qui peut être fabriqué facilement et à bon marché dans un large domaine de métaux et d'alliages métalliques permettant la compatibilité avec le matériau des tubes, en particulier en vue d'éviter la corrosion dans les systèmes de tubes véhiculant de l'eau.Un autre objet dans ce domaine est de proposer un coupleur qui peut être réalisé pour s'accommoder d'une grande tolérance dans les diamètres de tubes, permettant ainsi d'utiliser des tubes de dimensions moins précises ainsi que des tubes non standards et permettant de coupler des tubes de diamètres nominaux légèrement différents, Le coupleur selon l'invention comporte une partie tubulaire prévue pour y emmancher par glissement un organe à coupler, la partie tubulaire comportant une rainure périphérique sur sa surface tubulaire opposée à la surface de l'organe à la hauteur de cet organe à coupler, de telle manière qu'en exerçant une compression axiale sur cette partie, sa paroi va s'écraser en direction de l'organe à coupler dans la région de la rainure avec une déformation permanente ce qui a pour effet de serrer ledit organe, la largeur de la rainure étant inférieure à une longueur d'onde et supérieure à une demi-longueur d'onde du profil ondulé sensiblement sinusoïdal résultant de l'écrasement avec flambage. Pour le couplage des tubes droits, le coupleur peut avoir une forme tubulaire simple avec une pluralité de rainures périphériques qui s'écrasent toutes radialement sur l'un ou l'autre des tubes couplés, lorsque l'on applique au coupleur une force axiale de compression suffisante. Le coupleur peut comporter un alésage cylindrique simple et quatre rainures espacées à sa périphérie, disposées symétriquement de sorte qu'une région munie de deux rainures est associée à chaque tube. Les deux rainures extérieures peuvent avoir une profondeur inférieu- re à celle des deux rainures intérieures. Dans Une étude mathématique permettant d'établir des paramètres de structure, la région rainurée qui se gondole pour serrer l'organe à coupler peut entre considérée comme une entretoise mince à laquelle on peut appliquer la formule de Rankine. En supposant qu'une section très mince dans la région de la rainure, ou cille la fibre neutre dans cette région se déplace avec la paroi écrasée lorsque la section droite s'épaissit pendant le mouvement d'écrasement, on peut calculer l'écrasement radial maximum pour un matériau et une disposition donnés. Dans la conception d'un coupleur de tubes, l'approche inverse peut être faite, le degré d'écrasement radial nécessaire étant choisi et ceci à son tour déterminant le choix de largeur de rainure pour le matériau utilisé.Pour s'assurer que l'instabilité associée à une entretoise mince provoquera le fléchissement de la partie tubulaire en direction requise, la section droite de la rainure aura de préférence une base arrondie concave, de préférence avec un profil de base à section droite sensiblement semi-circulaire. Â l'écrasement, une entretoise mince se gondole pour former un profil sensiblement sinusordal. Un exemple de largeur de rainure est -environ 3/4 de longueur d'onde Pour l'emploi au couplage de tube, le coupleur selon l'invention aura normalement un alésage cylindrique, et le degré d'écrasement peut entre choisi pour s'adapter au tube concerné et aussi pour s'accommoder des tolérances désirées sur le diamètre du tube.La tolérance peut titre telle qu'un bube standard peut Qtre couplé à un tube non standard, et un avantage particulier du coupleur selon la présente invention est que des tubes à cotes anglo-saxones peuvent être couplés aux tubes ~ de dimension à cote métrique la plus proche. Il est souhaitable que la matière du coupleur soit plus dure que celle du tube ou ait un coefficient de durcissement par écrouissage plus élevé. Pour réaliser des courbes, des joints en T, des pattes d'oie et des croix, on peut utiliser des pièces de couplage auxiliaires, jointes aux tubes respectifs à l'aide de coupleurs séparés conformément à l'invention. Ceci permet d'utiliser de simples coupleurs tubulaires, mais il est possible d'avoir des coupleurs complexes ayant une pluralité de parties tubulaires de connexion individuelle à des tubes et agencées pour permettre au coupleur de recevoir des compressions axiales séparées. L'alésage de la partie tubulaire n'est pas nécessairement circulaire et il peut par exemple être rectangulaire pour coupler ensemble des guides d'ondes, En fait, il peut avoir toute section droite polygonale régulière et le coupleur peut être utilisé comme connexion structurale pour des organes tubulaires. Deux formes de réalisation de l'invention constituées par des coupleurs rectilignes vont maintenant être décrites à titre d'exemples, en se référant aux dessins ci-joints sur lesquels La figure 1 est une vue en élévation d'un manchon de couplage joignant deux tubes, La figure 2 est une vue axiale du coupleur représenté sur la figure 1, les figures 3, 4 et 5 sont des schémas représentant la façon de déformer la paroi d'un coupleur conformément à l'invention, la figure 6 est un schéma de paroi déformable de coupleur avant compression axiale, la figure 7 est un schéma correspondant à la figure 6 après compression axiale, et la figure 8 est une vue en section droite d'une variante de réalisation de coupleur de tubes. En se référant aux dessins, chaque manchon de couplage comprend un simple manchon tubulaire 1 avec un alésage cylindrique 2 le traversant de part en part, dans lequel les tubes 3 à connecter sont introduits par glissement avec jeu. Le manchon comporte quatre rainures périphériques externes 6,7,8,9 toutes de la méme largeur. Le fond des quatre rainures a un profil semi-circulaire avec un rayon d'environ I Mm, les deux rainures extérieures 6 et 9 étant identiques et moins profondes que les deux rainures intérieures 7 et 8 qui sont aussi identiques. Les rainures sont disposées symétriquement, chacune des rainures extérieures 6 et 9 étant à distance égale des extrémités correspondantes. Sur le coupleur des figures 1 et 2, le fond de chaque rainure 6,9 est moins profond que ceux des rainures extérieures 7,8. Les coupleurs sont fabriqués en alliage d'alumtntums permettant la jonction non corrosive de tubes d'aluminium pour un système de chauS centmil par exeLQlz. De préférence, on utilise un alliage durcissable en condition durcie, ou en variante, un alliage durcissable peut être utilisé en condition vieillie, ce aui donne pendant la déformation au matériau de la rainure une dureté supérieure qui surpasse celle du matériau du tube. Pour la mise en oeuvre, un coupleur 1 de dimension appropriée est disposé autour des deux tubes 3 à joindre, les extrémités de ces derniers étant disposées l'une contre l'autre au centre du coupleur. Une compression axiale est appliquée au coupleur au moyen d'un outillage approprié qui peut etre mécanique ou hydraulique et la force de compression est augmentée jusqu'à la valeur à laquelle se produit l'écrasement, avec un raccourcissement maximum du manchon. Pour garantir une jonction sûre, la force de compression peut être choisie audessus de cette valeur sans indentation supplémentaire des tubes, et lors de l'écrasement des régions rainurées, le mouvement relatif de la surface interne du manchon et des surfaces externes des tubes provoque le contact métal sur métal.Ceci entraîne la rupture des films d'oxyde superficiel et réalise un lien, ou joint, sflr, étanche aux liquides tout en serrant fermement les tubes. Pendant l'opération de couplage, les parties situées sous les rainures 7 et 8 les plus profondes s'écrasent d'abord, au moins suffisamment pour serrer fermement les tubes 3, et les régions situées sous les rainures 6 et 9 moins profondes s'écrasent ensuite pour serrer les tubes. il en résulte que le mouvement axial relatif des surfaces en contact est moindre que ce ne serait le cas si toutes les régions rainurées s'écrasaient simultanément. On peut utiliser un couplage tubulaire simple, fermé à une extrémité, comme bouchon ou arrêt pour obturer l'extrémité ouverte d'un tube. On va maintenant se référer brièvement plus en détail aux considérations structurales, en regard des figures 3 à 7. Le manchon est un organe à soumettre à une force de compression axiale pour lui imprimer une déformation permanente. il comporte un étranglement, c'est-à-dire une zone de section droite réduite sur des parties de sa longueur, mais il a sur le reste une section droite permettant de transmettre aux parties étranglées la force de compression nécessaire à la déformation de flambage. L'épaisseur de la paroi des parties non étranglées est 3 h. Une partie de la paroi du manchon au droit d'une région étranglée, est représentée sur la figure 3, la surface extérieure étant enlevée sur une longueur L pour former une rainure, de sorte que L soit la largeur de la rainure. La section de manchon sur la longueur L peut être considérée comme une entretoise mince et sa forme est telle que cette entretoise mince est fixée aux extrémités afin qu'elle flambe en se pliant suivant une courbe sensiblement sinusoidale pour former un arc simple comme représenté sur la figure 4. En se recourbant, la fibre neutre NÂ de longueur L est recourbée, sans changer sensiblement de longueur, avec un déplacement latéral fl approximativement égal à 1/3, comme représenté sur les figures 4 et 5. La surface interne du manchon subit le même déplacement 1), de sorte que la profondeur de l'indentation, lors de la fermeture partielle telle que représentée sur la figure 4, est aussi approximativement égale à L/3. La longueur L suivant l'axe du manchon est réduite à L1 (demi-longueur d'onde du profil ondulé) égale à 2 D ou 21/3 et la réduction de longueur du manchon est L-2L/3, ceci étant la force nécessaire à l'outil de compression. En d'autres termes, le matériau placé sous la nervure est déplacé radialement vers la surface au contact de l'organe 3 et est simultanément comprimé. Si la rainure a initialement une largeur L et une profondeur 2h comme représenté sur la figure 6, et-si L est compris entre 1,6h et 2,0h, à la fermeture complète de la rainure, l'accroissement radial du pliage est compris entre 1/2 h et h. La longueur axiale de la région bombe est déterminée par le matériau constitutif du coupleur et est de préférence de 11 ordre de 3h à 4h. La distorsion représentée sur la figure 7 a une hauteur radiale de h et une longueur axiale de 4h. Afin de s'assurer que le flambage se produit vers l'intérieur, on donne aux rainures une section droite arrondie comme représenté sur les figures 6 et 7, plutôt que la section rectangulaire représentée sur les figures 3 et 4, et considérée pour l'analyse initiale, de façon à obtenir une surface convexe radialement vers l'intérieur. Bien que le coupleur I soit représenté sur la figure 1 avec un alésage cylindrique lisse, il peut être intéressant dans certains exemples de prévoir un moyen de positionnement approximativement au centre du manchon, celui-ci recevant un suralésage à partir de chaque extrémité. En outre, la figure 1 représente un coupleur qui a des rainures de profondeurs différentes. Cependant pour certaines applications, par exemple pour coupler ensemble des longueurs de tubes plastiques, il peut entre préférable que toutes les rainures aient la meme profondeur. La figure 8 représente un manchon de couplage male Il semblable au manchon de couplage femelle 1 de la figure 1 le coupleur est emmanché avec jeu dans les tubes 13 pour les connecter et comportent quatre rainures périphériques internes 16, 17, 18, 19 semblables aux rainures externes 6, 7, 8, 9 de la figure 1. Le coupleur de la figure 8 fonctionne de façon analogue à celui décrit en regard des figures 3 à 7. Bien que le coupleur Il soit représenté sur la figure 8 avec une surface extérieure-cylipdrique lisse, un bossage de positionnement central peut etre prévu approximativement au milieu entre les extrémités des tubes 13 De mbeme les rainures peuvent avoir toutes la même profondeur si on le désire. les configurations des rainures peuvent varier en fonction du matériau avec lequel le coupleur est réalisé et en fonction de l'usage projeté. Ainsi, bien que des rainures en forme de U comme représenté sur les dessins aient les plus larges applications, il peut y avoir des exemples dans lesquels on désire utiliser des rainures à section en V ou misme en W. REVENDICBICIOPTS 1. Coupleur ayant une partie tubulaire prévue pour y emmancher par glissement un organe à connecter, la partie tu bulaime ayant inie rainure oériohérique sur sa surface tubulaire opposée à la surface en regard de l'organe à connecter de façon à ce qu en exerçant une compression axiale sur cette partie, sa paroi va s'écraser vers l'organe à connecter dans la région de la rainure, avec une déformation permanente qui a pour effet de serrer l'organe, caractérisé en ce que la largeur de la rainure est inférieure à une longueur d'onde et supérieure à une demi-longueur d'onde du profil ondulé sensiblement sinusoidal résultant de l'écrasement par flambage de la paroi dans la région de la rainure. 2. Coupleur selon la revendication 1, pour coupler deux organes l'un à l'autre caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de rainures périphériques prévues pour s'écraser radialement sur l'un ou l'autre des organes à coupler, lorsque l'on applique une force de compression axiale suffisante au coupleur. 3. Coupleur selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte une surface cylindrique lisse au regard des organe s à coupler et quatre rainures périphériques espacées disposées symétriquement en deux régions rainurées associées chacune à un organe à coupler. 4. Coupleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux rainures extérieures ont une profondeur inférieure à celle des rainures intérieures. 5. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la rainure ou chaque rainure a un fond arrondi. 6. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un organe femelle adapté à recevoir un organe mâle par emmanchement à glissement. 7. Coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il constitue un organe mâle adapté à recevoir un organe femelle par emmanchement à glissement. 8. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes ,caractérisé en ce qu'il est constitué par un matériau de dureté supérieure à celle de l'organe à coupler ou à un coefficient de durcissement par écrouissage supérieur. 9. Procédé pour fixer deux organes l'un à l'autre, l'un des organes étant prévu pour être emmanché par glissement dans l'autre organe qui est tubulaire, comprenant les étapes de formation dans l'organe tubulaire d'un affaiblissement local par une rainure périphérique dans sa surface, opposé à la surface en regard de l'autre organe, caractérisé en ce que la rainure a une largeur inférieure à une longueur d1 onde et supérieure à une demi-longueur d'onde du profilé ondulé sensiblement sinusoïdal résultant de l'écrasement par flambage de la paroi dans la région de la rainure, produisant ainsi un arc interne contre l'autre organe. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe tubulaire est affaibli localement par deux rainures de profondeurs différentes.