Brevet FR2420124A1 — publié le 19791012

L'invention est relative aux éléments thermostatiques, en particulier pour robinets thermostatiques de radiateurs de chauffage central, constitués par une membrane plate qui est sertie à sa périphérie entre le bord libre d'une coupelle et l'une des extrémités d'un guide tubulaire, par une matière dilatable à base de cire qui est logée dans la chambre limitée par la coupelle et la membrane, et par un piston qui est monté partiellement à l'intérieur du guide tubulaire et qui est agencé de façon à être maintenu, par une charge extérieure, au contact de la membrane avec interposition d'une rondelle anti-extrusion. Comme on le sait, les variations de température du milieu entourant la coupelle font se dilater plus ou moins la cire qui, par l'intermédiaire de la membrane et de la rondelle anti-extrusion, fait saillir le piston d'une hauteur plus ou moins grande par rapport à son guide. La qualité de ces éléments thermostatiques est liée notamment à leur hystérésis", c'est-à-dire à la différence de comportement à l1échauffement et au refroidissement. On peut évaluer cette hystérésis par l'écart entre les températures pour lesquelles le piston présente à l'échauffement et au refroidissement la même hauteur de saillie par rapport à son guide. Tels qu'on les trouve actuellement sur le marché, ces éléments présentent une hystérésis supérieure à 1 C. Or dans certaines applications, il y a intérêt à disposer d'un élément thermos- tatique ayant une hystérésis aussi faible que possible. C'est ainsi que l'abaissement de cette hystérésis diminue les pertes de chaleur et contribue par conséquent à l'économie des produits pétroliers ou autres combustibles lorsque l'élément thermostatique est incorporé à un robinet de radiateur de chauffage central de façon à être sensible à la température de la pièce à chauffer. L'invention a donc pour but de réduire l'hystérésis des éléments thermostatiques, du genre défini en préambule, à une valeur inférieure à 1 C. A cet effet, l'élément thermostatique conforme à l'invention est essentiellement caractérise en ce que la course utile C du piston est au plus égale à 1,1 d, d étant le diamètre du piston, le guide étant intérieurement cylindrique sur la majeure partie de sa hauteur. On constate que le respect de cette condition permet bien d'atteindre le but que l'on s'était fixé. Selon des perfectionnements de l'invention qui seront décrits en détail ci-aprbs en référence aux dessins annexés, d'autres dimensions des éléments thermostatiques sont liées nuiériquenent au diamètre d du piston. Les figures 1 et 2 de ces dessins montrent, en coupe axiale, un élément thermostatique conforme à un premier mode de réalisation de l'i,etion1 en des positions correspondant respectivement aux températures minimale et maximale d'utilisation. La figure 3 représente, par une vue analogue à celle de la figure 1, un élément thermostatique conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente le graphique de la course (en mm) du piston de l'élément en fonction de la température (en "C). La figure 5 montre en coupe la membrane à l'état naturel ou de repos. Les figures 6 à 9 sont des figures comparatives montrant cotent la membrane de la figure 5 se déforme suivant les conditions de son sertissage. L'élément thermostatique 1 qui est représenté aux figures 1 et 2 est constitué : -par une membrane plate 2 qui est sertie à sa périphérie entre le bord libre 3 d'une coupelle 4 et l'une des extrémités d'un guide tubulaire S - par une matière dilatable 6, à base de cire microcristalline, qui est logée dans la chambre limitée par la coupelle 4 et la membrane 2 ; et - par un piston ou plongeur 7 qui est monté partiellement à l'intérieur du guide tubulaire 5 et qui est agencé de façon à autre maintenu, par une charge extérieure schématisée par une flèche F, au contact de la membrane 2, avec interposition d'une rondelle anti-extrusion X*E coupelle 4 et le guide 5 ont, en gros, la forme de cylindres coaxiaux. La rondelle 8, qui a pour rôle d'empêcher l'extrusion du caoutchouc de la membrane 2 dans le jeu existant entre la surface intérieure du guide et la surface extérieure du piston 7, est réalisée en une matière semi-solide telle que le PTFE ("Teflon") et a, au repos, un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre du guide 5. Selon l'invention, la course utile C du piston 7 (entre les températures minimale et maximale de fonctionnement) est au plus égale à 1,1 d, d étant le diamètre du piston 7. Le diamètre libre D1 de la membrane 2 après sertissage doit être au moins égal à 2,2 d, sous réserve que le contenant de la matière dilatable 6 ne se déforme pratiquement pas sous l'effet de la pression interne. Ceci implique que le rapport D2/H (D2 étant le diametre de la coupelle 4 et H sa hauteur intérieure) soit compris entre 1/2 et 2, de préférence voisin de 1, et que l'épaisseur e1 de la coupelle 4, en laiton ou en cuivre, soit comprise entre 0,08 D2 et o D2. En particulier, la valeur de l'épaisseur e1 doit être choisie suffisamment grande pour que la coupelle 4 résiste bien aux efforts de la pression interne mais suffisamment petite pour que sa paroi transmette rapidement à la matière dilatable 6 les variations de tempéra- ture du milieu ambiant. Quant à la membrane 2, fabriquée avec les mélanges de caoutchouc habituellement utilisés (BUNA X, par exemple), son épaisseur e2 est avantageusement comprise entre 0,15 d et 0,25 d, à condition que la charge maximale exercée sur le piston 7 (flèche F) et exprimée en kg soit au plus égale à 0,08 d3, d étant lui-même exprimé en . L'invention peut s'appliquer aussi bien sans (corme l'élément thermostatique 1 montré aux figures 1 et 2) qu'avec un tampon de caoutchouc 9 (comme l'élément thermostatique la montré à la figure 3) placé entre la rondelle 8 et la membrane 2 de façon à parfaire l'étanchéité de la coupelle 4 tant vers l'extérieur que vers l'intérieur. Si l'élément la comprend un tel tampon 9 (figure 3), la hauteur h de ce dernier doit être au plus égale à d/3, l'ensemble étant tel que le tampon 9 se déplace dans la partie intérieurement cylindrique du guide 5. Le piston 7 et le guide 5 peuvent être en différentes matières, en particulier en laiton ou en une matière plastique ayant un coefficient de dilatation voisin de celui du laiton. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les divers paramètres de l'élément thermostatique I ou la ont les valeurs numériques suivantes, avec une coupelle 4.en cuivre et une membrane 2 en BUNA N d = 6,65 mm el 8 1,1 mm C = 5 m e2 = 1,2 D1 = 15 sm h = 2 x D2 = 13,6 m charge maximale = 15 kg. H = 15 mm On obtient ainsi un élément thermostatique 1 ou la dont la courbe de fonctionnement (courbe des valeurs moyennes mesurées sur plusieurs éléments différents) a été représentée à la figure 4. Ainsi que l'indiquent les deux flèches portées sur les deux portions de courbe, la portion inférieure de courbe correspond à la montée en température de l'élément 1 ou la et la portion supérieure à la descente en température. On constate que l ' hys- térésis, c'est-à-dire l'écart horizontal entre les deux portions de courbe, est bien inférieure à 4 C, ce qui prouve que le but que l'on s'était fixé est bien atteint. On peut tenter d'expliquar ce résultat de la manière suivante. Plus le diamètre d du piston 7 est grand, plus la pression interne due à une charge F donnée sur ce piston 7 est faible. Plus cette pression est faible, plus la variation de volume imposée par cette charge à la matière dilatable 6 est faible, donc plus la rigidité de l'élément 1 ou la est grande (la rigidité étant évaluée par l'enfoncement du piston 7 à tem pérature constante sous l'effet dune charge unitaire, de 10 Newtons par exemple). Or l'hystérésis décroît linéairement avec la rigidité. En définitive, l'hystdrdsis est d'autant plus faible que le diamètre d du piston 7 est plus grand.En spécifiant que la course utile C du piston 7 était inférieure ou égale à une valeur proportionnelle au diamètre d, l'invention tend ainsi à augmenter ce diamètre, toutes choses égales d'ailleurs, et par conséquent à diminuer lthystErésis. Certes l'élément 1 ou la conforme à l'invention est rendu ainsi unpeu plus encombrant en largeur que les éléments usuels mais le contenant de la matière dilatable 6 ne nécessite pas plus de matière que celui des éléments actuels. La quantité de matière dilatable 6 nécessaire est certes supérieure mais son influence sur l prix est négligeable et en tout cas compen sée par une diminution du prix de la coupelle 4 et du guide 5 qui sont plus commodes à réaliser. De plus, il n'y a pas dtaug- mentation du temps de réponse car, si le diamètre de la masse dilatable 6 est augmenté, la pression interne est diminuée, ce qui compense l'influence de ce diamètre sur le temps de réponse. Les conditions dans lesquelles se fait le sertissage de la membrane 2 influent également sur la qualité de l'élément thermostatique conforme à l'invention, ainsi que l'illustrent les figures 5 à 9. La figure 5 montre en coupe la membrane 2 au repos. Celleci est alors plane et d'épaisseur uniforme. Lorsque cette membrane 2 est sertie ainsi que le montre la figure 6 entre le bord libre 3 de la coupelle 4 et un anneau cylindrique 19, sa périphérie se trouve amincie par la pression de sertissage et le caoutchouc qui la- constitue flue vers le centre de la membrane 2. Celle-ci est donc obligée de prendre la forme d'une calotte sphérique en se bombant soit vers le haut (comme représenté en trait plein), soit vers le bas (comme représenté en trait interrompu). Bien que la membrane 2 soit représentée en coupe sur les figures 1 à 3 et 5 à 9, on a omis les traits de coupe aux figures 1 A 3,6 et 9, pour rendre le dessin plus clair. Dans les constructions classiques telles que celle de la figure 7, le guide tubulaire 5 se termine par une bride de sertissage plate 10 qui provoque sur la membrane 2 des contraintes, lesquelles se traduisent par des pliures 11 néfastes à un bon fonctionnement. En effet, la membrane 2 est empêchée, d'une part, par le piston 7 ou par la rondelle anti-extrusion 8 de prendre la forme bombée montrée en trait plein à la figure 6 et, d'autre part, par la matière dilatable 6 contenue dans la coupelle 4 de prendre la forme bombée montrée en trait interrompu à la figure 6. La figure 8 montre comment les pliures Il de la figure 6 pourraient être éliminées. A cet effet, le guide S comprend une bride de sertissage 10a dont la surface 12 tournée vers la coupelle 4 épouse exactement la forme en calotte sphérique de la membrane 2 lorsque celle-ci s'est bombée sous l'effet du sertissage, en s'écartant de la coupelle 4. Pour éviter la coupure de la membrane 2 au moment de l'extension de l'élément thermostatique, on est tenu de raccorder la surface 12 à la surface cylindrique intérieure du guide 5 par un congé 13. Mais, dans ce cas, la membrane 2 risque d'être pincée entre ce congé 13 et la rondelle anti-extrusion 8. La figure 9 illustre la façon dont tous les inconvé- nients usuels du sertissage sont éliminés conformément à l'in Invention A cet effet, la surface 12a de la bride 10a du guide 5 a une forme telle qu'en position de départ (température mini male de fonctionnement), la membrane 2 ait une surface égale à sa surface libre sans extension et que la rondelle antiextrusion 8 soit au-delà de la naissance du congé 13. A la figure 9, on a fait apparaître en trait interrompu la surface 12 conforme à la figure 8 de façon à montrer que la surface 12a conforme à l'invention est en retrait par rapport à celle-ci, ce qui permet à la membrane 2 de pénétrer dans le guide 5, audelà du congé 13. Selon la solution de l'invention qui est illus trée à la figure 9, il est clair que les pliures 11 (figure 7) habituellement constatées sont supprimées. Pour faire occuper à la membrane 2 la position de la figure 9, il suffit, en imprimant localement à la coupelle 4 une empreinte permanente, de refouler la matière déformable 6 de façon qu'elle repousse la membrane 2 contre la surface 12a, le congé 13, le début de la surface intérieure cylindrique du guide 5 et la surface transversale de la rondelle anti-extrusion 8. REVENDICATIONS I - Elément thermostatique, en particulier pour robinets thermostatiques de radiateurs de chauffage central, constitué par une membrane plate qui est sertie à sa périphérie entre le bord libre d'une coupelle-et l'une des extrémités d'un guide tubulaire, par une matière dilatable à base de cire qui est logée dans la chambre limité par la coupelle et la membrane, et par un piston qui est monté partiellement à l'intérieur du guide tubulaire et qui est agencé de façon à être maintenu, par une charge extérieure, au contact de la membrane avec interposition d'une rondelle anti-extrusion, caractérise en ce que la course utile C du piston est au plus égaie à 1,1 d, d étant le diamètre du piston, le guide étant intérieurement cylindrique sur la majeure partie de sa hauteur. 2 - Elément thermostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre D1 de la membrane 2), après sertissage, est au moins égal à 2,2 d ; en ce que le rapport D2/H entre le diamètre D2 de la coupelle (4) et sa hauteur inté rieure H est compris entre 1/2 et 2 ; et en ce que l'épaisseur e1 de la coupelle (4) est comprise entre 0,08 D2 et 0,12 D2. 3 - Elément thermostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur e2 de la membrane (2) est comprise entre 0,15 d et 0,25 d, la charge maximale exercée sur le piston t7) étant au plus égale à 0,08 d3, cette charge étant exprimée en kg et d en mi. 4 - Elément thermostatique selon lune quelconque des revendications 1 à 3, comportant un tampon entre la rondelle anti-extrusion et la membrane, caractérisé en ce que la hauteur h du tampon (9) est au plus égale à d/3, l'ensemble étant tel que ce tampon 5 - Elément thermostatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le guide '5) est muni d'une bride de sertissage (ion) dont la surface (12a) tourne vers la membrane (2) est raccordée par un congé (13) à la surface intérieurement cylindrique du guide (5) et a une forme telle qu'en position de départ, 'a membrane (2) fait une surface égale à sa surface libre sans extension, la rondelle anti-extrusion (8) étant située au-delà de Ba naissance du congé (13) pour cette position de départ.