Brevet FR2363044A1 — publié le 19780324

La présente invention concerne une soupape à bille destinee à être incorporée à un circuit de fluide sous pression, notamment à un circuit d'air comprimé, pour évacuer une partie du fluide lorsque la pression de celui-ci devient excessive. Les soupapes de sûreté classiques comprennent fréquemment un clapet à bille dont l'obturation est assurée par l'application de la bille sur un siège conique au moyen d'un ressort précontraint. L'ouverture du clapet se produit quand la pression du circuit devient assez forte pour surmonter l'effort du ressort. De grandes difficultés surgissent des lors qu'on veut fabriquer en grande série et à bas prix des soupapes à bille douées de bonnes caracteristiques. Il est en particulier souhaitable d'obtenir une bonne stabilité des pressions d'ouverture et de fermeture de la bille, une confirmation satisfaisante de l'ouverture et de la fermeture et une pression d'apparition de fuite très voisine de la pression d'ouverture. On désire d'autre part éviter le coincement de la bille tant au stockage qu'au cours du fonctionnement de la soupape sur le circuit de fluide. L'invention a notamment pour but de créer une soupape à bille qui soit fiable, fidèle et peu onéreuse et dans laquelle les risques de battement et de coincement soient largement éliminés. Elle a pour objet une soupape comportant un corps, une bille logée dans ce corps et repoussée par au moins un ressort au contact d'un siège annulaire defini à partir d'une surface conique intérieure du corps. Selon l'invention, l'angle d'ouverture du cône, défini par ladite surface conique, est voisin de -ou egal à- l'angle du cône de frottement sec de la surface de la bille avec la surface conique. A la faveur de cette conception, on évite le coincement de la bille dans son logement conique tant après un long stockage qu'au cours du fonctionnement de la soupape sur le circuit à fluide. De préférence, le siège annulaire de la bille est amélioré par une légère deformation superficielle du logement conique, au moyen d'une précharge assez importante exercée sous presse sur la bille et déterminée de manière à ne pas nuire à l'ouverture franche de la bille. Cette précharge notable, d'au moins 100 daN et par exemple de l'ordre de 200 à 300 daN pour une bille en acier sur un siège en laiton, permet d'effacer d'une maniere très simple des défauts de rugosité et de sphéncité voisins de 3 microns. La soupape à bille présente ainsi une pression d'apparition de fuite très proche de la pression d'ouverture. L'angle d'ouverture du cône defini par la surface conique intérieure du corps est de préférence détermine en fonction des materiaux superficiels du cone et de la bille et de façon à permettre un decoincement sous un très faible effort après la précharge. Une cuvette ou une rondelle peut être interposée entre la bille et son ressort et présenter une collerette qui, dans la position fermee de la bille, contribue à l'effet d'obturation en cachant un canal d'évacuation et qui, dans les positions d'ouverture de la bille, confirme l'ouverture de celle-ci par le dégagement du canal. La collerette de la rondelle peut être logée avec un faible jeu radial dans un évidement du corps afin de créer une perte de charge additionnelle et par là de confirmer et stabiliser l'ouverture. La description non limitative qui suit fera comprendre les caractéristiques, les avantages et les résultats de l'objet de l'invention. Elle se refère au dessin ci-joint dont la figure unique représente une soupape à bille conforme à l'invention.. Cette soupape à bille est destinée à être montée notamment sur un circuit pneumatique, soit en guise de soupape de sûreté, soit en guise de limiteur de pression. Dans les deux cas, elle vise à empêcher par son ouverture la pression de dépasser un maximum et à conserver par sa fermeture une pression minimale, tout en permettant un débit minimal. La soupape comprend un corps 1, un clapet à bille 2 coopérant avec un'siège annulaire 3 et un ressort précontraint 4 réglé par un bouchon filete 5. Le corps presente un evidement central 6 taraude à sa partie 6a pour recevoir le bouchon et rétréci à sa partie inférieure 6b pour former le conduit d'entrée. Entre les parties 6a, 6b, l'évidement central a une forme conique dans une partie 6c où le siege annulaire 3 est défini par recharge. Selon l'invention, l'angle d'ouverture du cône de la partie 6c est sensiblement égal à l'angle d'ouverture du cône de frottement sec entre les surfaces de la bille et de la partie conique. Des orifices latéraux 7 débouchent dans l'évidement 6 au-dessus de la bille 2 et communiquent avec I'atmosphère par l'évasement d'une jupe souple de protection 8. Le ressort 4 est logé dans l'évidement 6 et prend appui d'un coté sur le bouchon de réglage 5, de l'autre coté sur une rondelle 9. Perforée en son centre de manière à s'appliquer sur un cercle de la surface sphérique de la bille, la rondelle participe au centrage delta bille sur son siège. La precontrainte du ressort, ajustable au moyen du bouchon 5, permet à la bille d'écraser les petites aspérités superficielles du siège annulaire 3. Les defauts plus sensihles de rugosité et de sphéricité, par exemple de tordre de 3 microns, sont rattrapés à la fabrication par le passage de la soupape sous une presse capable d'exercer entre la bille et son siège un effort d'au moins 100 daN, par exemple de tordre de 200 à 300 daN, pour une soupape ordinaire faisant application d'une bille en acier et d'un siège conique en laiton; cet effort est bien sur prédéterminé en fonction de la nature et de la rugosite des surfaces de la bille et du siège et de façon à permettre un décoincement sous un très faible effort après la précharge. La rondelle d'appui 9 présente des passages radiaux 9a et elle est logée dans l'évidement 6 avec un jeu assez faible qui procure une perte de charge concourant à la stabilisation de la bille en phase d'échappement. La rondelle est placée de manière a effleurer au niveau des orifices 7, ce qui entraine une confirmation de l'ouverture de la bille des qu'elle s'est soulevée de son siege sous l'effet d'une surpression dans le conduit d'entrez 6b. Il va de soi que de diverses modifications peuvent entre apportées aux éléments de la soupape de suret sans sortir du cadre de l'invention. En particulier la rondelle 9 peut être pleine et présenter une partie centrale bombée, par exemple sphérique, afin de pouvoir legerement pivoter sur le sommet de la bille en vue de mieux centrer celle-ci L'effort de recharge que l'on doit appliquer sur la bille pour parfaire son siège est, selon les conditions de materiaux et de fabrication, au moins égal à 100 daN, de préférence supérieur à 200 daN. La précharge doit être assez élevée pour parvenir à réduire l'écart entre la pression d'apparition de fuite et la pression d'ouverture, mais doit rester au-dessous d'une certaine limite pour eviter de nuire ltouverture franche de la bille. Au lieu d'être en laiton, le siege annulaire de la bille peut être en zamak ou peut être constitué par un revêtement non déformable, comme une résine polymérisable, un dépôt électrolytique ou une garniture d'élastomère. Lorsque la coupelle-d'appui du ressort a un diamètre peu différent de celui du logement, deux chambres d'évacuation à l'atmosphère peuvent être déterminées de part et d'autre de la coupelle, en étant reliées à l'atmosphère par des orifices dont le diamètre est fixe pour assurer une stabilité convenable. Par ailleurs, le fluide à évacuer en cas de surpression peut être un fluide hydraulique ou gazeux quelconque. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au contenu de la description ci-dessus; elle est susceptible de nombreuses modifications et variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Soupape à bille pour circuit de fluide sous pression, comportant dans un corps une bille repoussée par au moins un ressort au contact d'un siège annulaire défini à partir d'une surface conique intérieure du corps, caractérisée parle fait que l'angle d'ouverture du cône défini par ladite surface conique est voisin de- -ou égal à- l'angle du cône de frottement entre la surface de la bille et la surface conique. 2.- Soupape à bille selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le siège annulaire de la bille est réalisé par une légère déformation superficielle du logement conique, au moyen d'une précharge assez importante exercée sous presse sur la bille ét déterminée de manière à ne pas nuire à l'ouverture franche de la bille en cas de surpression dans le circuit de fluide. 3.- Soupape à bille selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la précharge exercée sur la bille est supérieure à 100 dd et est par exemple comprise entre 200 et 300 daN. 4.- Soupape à bille selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisee par le fait qu'une rondelle est interposee entre la bille et son ressort d'application et présente une collerette qui, dans la position fermée de la bille, contribue à l'effet d'obturation et qui, dans les positions ouvertes de la bille, confirme l'effet d'ouverture de celle-ci par le dégagement du canal d'évacuation. 5.- Soupape à bille selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'une rondelle est interposée entre la bille et son ressort d'application et présente une collerette logée avec un faible jeu dans un évidement du corps de façon a créer une perte de charge additionnelle à l'échappement.