Brevet FR2443630A1 — publié le 19800704

L'invention concerne une soupape thermostatique, notamment destinée à être utilisée dans le domaine sanitaire, du type comportant un boitier dans lequel sont situées une admission d'eau froide, une admission d'eau chaude et une sortie d'eau mitigée, un organe de réglage sensible à la température, un piston de réglage pouvant être déplacé axialement par l'organe de réglage et qui limite, sur l'un de ses côtés, la fente de réglage pour l'eau froide et pour l'eau chaude, et une garniture d'étanchéité qui réalise une étanchéité entre le piston de réglage et le boîtier. Dans les soupapes thermostatiques connues de ce type, la garniture d'étanchéité située entre le piston de réglage et le boîtier est constituée par un joint torique. Entre le joint torique et le piston de réglage ou le boîtier existe un déplacement relatif lors du déplacement axial de réglage du piston de réglage. Les forces de frottement, qui y sont liées, aboutissent à une usure de la garniture d'étanchéité à joint torique, qui doit être changée au bout d'une certaine durée de fonctionnement. On peut en outre,dans le cas de cette construction,auenter lew forces de réglage, qui sont nécessaires pour déplacer le piston de réglages La présente invention a pour but de réaliser une soupape thermostatique du type indiqué plus haut de telle manière que l'usure de la garniture d'étanchéité agissant entre le piston de réglage et le boîtier est réduite dans une large mesure et que la force de réglage, devant être exercée sur le piston de réglage, se trouve réduite Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que la garniture d'etancheite est une membrane annulaire élastique, qui est fixée,,sursan pourtour intérieur,au piston de réglage et,.sur an pourtour extérieur, au boîtier. De cette manière il existe un déplacement relatif entre la garniture d'étanchéité et le piston de réglage, qui est aussi faible qu'entre la garniture d'étanchéité et le boîtier. I1 n'apparaît aucune force de frottement ni aucune perte d'effort, impliquée par ces dernières, ni aucune usure. Un autre avantage du type de construction décrit est celui obtenu lorsque la soupape thermostatique est équipée simul tanément d'un système de réglage du débit. Un tel réglage du débit intervient habituellement par suite du fait que la somme des largeurs des fentes de réglage pour l'eau froide et pour l'eau chaude est modifiée, lors du déplacement axial d'une surface de siège de soupape. Dans le cas des soupapes thermostatiques connues, qui sont équipées d'un tel système de réglage du débit, les surfaces coagissantes des sièges de soupape sont réalisées en métal. De cette manière, dans la position de fermeture complète, on n'obtient qu'une étanchéité insuffisante.Si, comme le prévoit l'invention, on utilise une membrane élastique en tant que garniture d'étanchéité entre le piston de réglage et le boîtier, cette garniture peut être utilisée simultanément en tant que surface de siège de soupape. Lors de la rencontre de cette surface avec la surface associée opposée de siège de soupape, la fente de réglage correspondante est obturée complètement d'une façon étanche à l'eau. De façon appropriée la membrane indiquée est constituée par du caoutchouc. Elle peut être fixée sur son pourtour intérieur,par une pièce cylindrique creuse filetée , sur le piston de réglage. Avantageusement la membrane est en outre fixée par serrage sur son pourtour extérieur au moyen d'une pièce cylindrique creuse chargée axialement, contre un épaulement du boîtier. I1 est particulièrement avantageux que la membrane forme, avec un bord libre d'une pièce fixée au boitier, la fente de réglage pour l'eau froide ou pour l'eau chaude. La pièce fixée au boîtier peut être un insert en forme de pot vissé dans le boîtier. S'il s'agit d'une soupape thermostatique dans laquelle le débit de l'eau mitigée sortant peut être modifié par déplacement axial d'une surface de siège de soupape, cette surface dépla çable de siège de soupape peut être constituée par une autre membrane annulaire qui est fixée sur son pourtour extérieur, au boîtier et qui peut être 'fléchie axialement sur son pourtour intérieur. Dans la partie pouvant être fléchie de la membrane se trouve disposée, de façon appropriée, une bague de pression qui peut être déplacée axialement depuis l'extérieur du boîtier. Une possibilité à ce sujet consiste dans le fait que la bague de pression est chargée par plusieurs tiges de poussée réparties sur son pourtour et qui peuvent ressortir du boîtier avee un déplacement axial et avec étanchéité. Les tiges de poussée peuvent se terminer par une partie qui est montée, avec possibilité de déplacement axial, sur le col d'une pièce fixée au boîtier. La pièce fixée au boîtier est avantageusement un insert qui est vissé dans le boîtier. Dans ce cas la seconde membrane munie de l'insert peut être bloquée contre un épaulement du boîtier. La partie, qui est déplaçable axialement sur le col de la pièce fixée au boîtier, est avantageusement équipée d'une surface spiralée de roulement à billes, sur laquelle des billes de palier peuvent circuler et qu'il est prévu une surface opposée de roulement, également spiralée, sur une poignée rotative qui est montée de façon à pouvoir tourner, mais sans possibilité de déplacement axial, au-dessus de la partie comportant la surface du roulement à billes. Cette constitution garantit que, lors du réglage du débit, il n'est nécessaire de mettre en oeuvre qu'une très faible force. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure représente une vue en coupe d'une soupape thermostatique conforme à l'invention. La soupape thermostatique représentée comporte un boîtier 1, qui possède une ouverture a'admission 2 pour l'eau chaude, une ouverture d'admission 3 pour l'eau froide et une ouverture de sortie 4 pour l'eau mitigée. Dans le boîtier 1, à partir du bas sur le dessin, se trouve vissé un premier insert 5 qui ferme le boitier 1 à sa partie inférieure. Il s'étend sous la forme d'un pot à l'intérieur du boîtier et possède, à cet endroit, un bord libre 6. A proximité de l'orifice 3 d'admission de l'eau froide, l'insert 5 possède un diamètre réduit, ce qui dégage un espace annulaire 7 entre lui-même et le boitier 1. De façon correspondante, le diamètre de l'insert 5 est réduit au niveau de l'orifice 4 de sortie de l'eau mitigée, de sorte qu'il subsiste ici un espace annulaire 8 entre l'insert 5 et le boiter 1. L'espace annulaire 8 est en liaison avec l'intérieur de l'insert 5, par l'intermédiaire d'orifices de passage 9. En outre il est fermé de façon étanche des deux côtés à l'aide de joints toriques 10, 11 appliqués contre le boîtier 1. L'insert 5 comporte un embout cylindrique 12 faisant saillie à l'extérieur et dans lequel peut être vissée axialement une poignée 13 permettant de sélectionner la température. Sur la poignée 13 de sélection de la température prend appui une tige de poussée 14 d'un organe usuel de dilatation 15, qui circule de façon étanche à travers un perçage axial 16 de l'insert 15. Dans le boîtier 1 se trouve vissé un second insert 17, à partir du haut sur la figure. Entre le bord inférieur de l'insert 17 et l'épaulement 18 du boîtier 1 se trouve bloquée par serrage une membrane annulaire 19. Sur cette membrane 19 prend appui une pièce cylindrique creuse 20 qui repousse une seconde membrane 21 contre un autre épementr 22 da bofir 1.Au voisinage de l'orifice 2 d'admission de l'eau chaude et entre la pièce 20 et le boîtier 1 se trouve formé un espace annulaire 23 qui communique par l'intermédiaire d'orifices de passage 24 avec l'intérieur de la pièce 20. L'insert 17 possède un col cylindrique 25 dirigé vers le haut sur le dessin et sur la face frontale supérieure duquel est monté un anneau de blocage 26 formant rebord. A partir de la face frontale supérieure du col 25 s'étend, vers l'intérieur, un insert cylindrique 27 qui possède un perçage guide 28 destiné à recevoir l'extrémité libre de la broche de commande 29 de l'organe de dilatation 15. Le pourtour intérieur de la membrane 21 est bloqué par serrage au moyen d'une pièce annulaire filetée 30 contre un piston de réglage 31 qui, d'une manière qui sera décrite plus loin, peut être déplacé axialement par l'organe de dilatation 15, par l'intermédiaire de la broche de commande 29. Le piston de réglage 31 possède un espace intérieur 32 en forme de pot qui est accessible par l'intermédiaire de la pièce filetée 30. Cet espace intérieur communique par l'intermédiaire d'orifices de passage 33 dirigés obliquement vers l'extérieur et vers le haut, avec un espace annulaire 34 qui s'étend à partir du haut dans le corps par ailleurs sensiblement cylindrique du piston de réglage 31. De cette manière le piston de réglage 31 présente un bord libre 35 qui coagit avec la membrane 19 d'une façon qui reste à décrire, sous la forme d'un siège pour l'eau chaude. La broche de commande 29 de l'organe de dilatation 15 s'étend coaxialement à travers la pièce filetée 30, l'espace intérieur 32 en forme de pot du piston de réglage 31 et un per çage axial 566,dans le perçage cylindrique 37 d'une partie en forme de col 38 du piston de réglage 31. La broche de commande 29 comporte, à son entrée dans le perçage cylindrique 37 du col 38, un épaulement contre lequel est appliquée une première coupelle de ressort 39. Sur cette coupelle de ressort 39 prend appui un ressort à boudin de sécurité 40 qui est placé sous tension contre une seconde coupelle de ressort 41 enchâssée dans le col 38. Le ressort de sécurité 40 est relativement raide de sorte que, dans des conditions normales, le déplacement de la broche de commande 29 est transmis au piston de réglage 31.Si pendant le déplacement le piston de réglage 31 suivant une direction axiale est bloqué pour une raison quelconque, le ressort de sécurité 40 encaisse le déplacement de la broche de commande. De cette manière se trouve empêché l'endommagement de parties de la soupape thermostatique dans le cas d'un blocage du piston de réglage 31. Une coupelle de ressort 42 est appliquée contre un épaulement du col 38 du piston de réglage 31. Entre cette coupelle et la face frontale intérieure du haut de l'insert 17 est maintenu un ressort à boudin 43 qui est moins raide que le ressort de sécurité 40. I1 maintient la liaison de forces entre la broche de commande 29 et le piston de réglage 31. Au-dessus de la membrane 19 est disposée une bague de pression 44 contre laquelle s'appuient plusieurs tiges de poussée 45 réparties sur le pourtour de l'appareil. Seule l'une de ces tiges de poussée 45 est visible sur le dessin. Comme les autres, elle traverse d'une façon étanche l'insert 17 et se termine dans une pièce annulaire en forme de came 46. Cette dernière peut se déplacer axialement sur la surface enveloppe cylindrique extérieure du col 25 de l'insert 17. Dans la pièce en forme de came 46 est ménagée une surface hélicoidale 47 tournée vers le haut et sur laquelle circulent des billes 48. La surface de roulement opposée 49, également de forme hélicoidale, pour le roulement des billes 48 est ménagée sur une poignée rotative 50 qui sert, d'une façon qui sera décrite ci-après, à régler le débit de l'eau mitigée sortant. La poignée rotative 50 peut être entraînée en rotation par l'intermédiaire de la pièce en forme de came 46, cependant elle ne peut pas avoir de déplacement axial. Dans une direction, ce deplace- ment axial est empêché par la bague de blocage 26 ; dans l'autre direction, le déplacement axial est interdit par exemple par le fait que le bord inférieur 51 de la poignée rotative 50 glisse le long d'une pièce fixe. La soupape thermostatique décrite plus haut fonctionne de la manière indiquée ci-après. L'eau chaude pénètre par l'orifice d'admission 2 dans l'espace annulaire 23. A partir de la l'eau parvient par les orifices d'admission 24 dans la pièce cylindrique creuse 20 jusqu'à une fente de réglage qui est formée d'une part par le bord libre 35 du piston de réglage 31 et d'autre part par la membrane 19. L'eau chaude continue à circuler dans l'espace annulaire 34 au niveau du piston annulaire 31, à travers les orifices de passage 33, l'espace intérieur 32 en forme de pot et la pièce filetée 30 pour parvenir dans l'espace intérieur en forme de pot de l'insert 5 situé à la partie inférieure du dessin. Là, l'eau chaude se mélange à l'eau froide. Celle-ci parvient à cet endroit à partir de l'orifice d'admission 3 par l'intermédiaire de l'espace annulaire 7 ainsi que de la fente de réglage,qui est limitée par sa part par le bord libre 6 de l'insert 5 et d'autre part par la membrane 21. L'eau mitigée passe devant l'organe de dilatation 15, charge ce dernier et sort au niveau de l'orifice de sortie 4. Le taux de mélange et par conséquent la température de l'eau mitigée sont déterminés en premier lieu par le rapport des largeurs des deux fentes de réglage. Ce rapport peut être modifié en faisant pivoter la poignée 13 de sélection de la température. I1 s'ensuit en effet que l'ensemble de l'unité de réglage, qui entoure l'organe de dilatation 15 et le piston de réglage 31, est déplacé axialement. Un déplacement du piston de réglage 31 vers le haut sur le dessin rétrécit la fente de réglage, située sur le trajet d'écoulement d'eau chaude, au niveau de la membrane 19 et élargit la fente de réglage, située sur le trajet d'écoulement de l'eau-froide, au niveau de la membrane 21 l'eau mitigée sortante devient plus froide sans que le débit ne soit changé. Lors du déplacement du piston de réglage 31 vers le bas sur le dessin, l'eau mitigée sortante devient de plus en plus chaude conformément à des phénomènes correspondants au niveau des fentes de réglage. Le débit de l'eau mitigée sortante est détermine en premier lieu par la somme des largeurs des deux fentes de réglage. Cette somme des largeurs dépend de la distance qui sépare la face inférieure de la membrane 19 du bord libre 6 de l'insert 5. Cette distance peut être modifiée par rotation de la poignée 50. En raison de la présence des surfaces de roulement hélicordales 47 et 49, la rotation de la poignée 50 provoque un déplacement axial de la pièce formant came 46. Ce déplacement se transmet par l'intermédiaire des tiges de poussée 45 à la bague de pression 44 qui pour sa part provoque une flexion axiale de la membrane 19, d'une valeur correspondante. De ce fait tout d'abord seule la largeur de la fente de réglage de l'eau chaude est directement influencée. La modification de brève durée qui intervient, de la température de l'eau mitigée est cependant compensée immédiatement par l'organe de dilatation 15, par suite du déplacement du piston de réglage 31, de sorte que le rapport des largeurs de fentes de réglage est, dans le cas idéal, indépendant de la position en rotation de la poignée 50. Avec la poignée 50 on peut également arrêter totalement la sortie de l'eau mitigée. Alors la membrane 19 est appliquée contre le bord libre 35 du piston de réglage 31 (comme sur le dessin) et la membrane 21 est appliquée sur le bord libre 6 de l'insert 5. L'utilisation de la membrane 21 à la place de joints d'étanchéité usuels présente l'avantage extraordinairement important selon lequel, lors du déplacement du piston de réglage 31, il n'apparait pratiquement aucune force de frottement. Etant donné que la membrane élastique 21 constitue simultanément une partie du siège de soupape pour l'eau froide, c'est-à-dire limite d'un coté la fente de réglage de l'eau froide, le trajet de circulation de l'eau froide peut être bloqué sans formation de gouttes. Le même avantage est obtenu grace à l'utilisation de la membrane 19 au niveau de la fente de réglage de l'eau chaude. Les paliers, qui agissent pratiquement à la façon de paliers à billes entre la poignée rotative 50 et la pièce formant came 46,réduisent les efforts nécessaires pour le réglage du débit de l'eau mitigée. REVENDICATIONS 1. Soupape thermostatique, notamment destinée à être utilise dans le domaine sanitaire, du type comportant un bottier dans lequel sont situées une admission d'eau froide, une admission d'eau chaude et une sortie d'eau mitigée, un organe de réglage sensible à la température, un piston de réglage pouvant être déplacé axialement par l'organe de réglage et qui limite, sur l'un de ses côtés, la fente de réglage pour l'eau froide et pour l'eau chaude, et une garniture d'étanchéité qui réalise une étanchéité entre le piston de réglage et le bottier, caractérisée par le fait que la garniture d1étanchéité est une membrane élastique (21) en forme d'anneau, , qui est fixée, au niveau de son pourtour intérieur, sur le piston de réglage (31) et, au niveau de son pourtour extérieur, sur le bottier (1). 2. Soupape thermostatique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la membrane (21) est en caoutchouc. 3. Soupape thermostatique suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la membrane (21) est bloquée par serrage, au niveau de son pourtour intérieur, par une pièce filetée cylindrique creuse (30),sur le piston de réglage (31). 4. Soupape thermostatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la membrane (21) est bloquée par serrage, au niveau de son pourtour extérieur au moyen d'une pièce cylindrique creuse (20), chargée axialement, contre un épaulement (22) du bottier (1). 5. Soupape thermostatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la membrane (21) délimite, avec un bord libre (6) d'une pièce (5) fixée dans le boîtier, la fente de réglage pour l'eau froide. 6. Soupape thermostatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la membrane (21) délimite, avec un bord libre d'une pièce fixée au bottier, la ferrite de réglage pour l'eau chaude. 7.. Soupape thermostatique suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que la pièce fixée dans le bottier est un insert (5) en forme de pot, vissé dans le bottier (1). 8. Soupape thermostatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le débit de l'eau mitigée sortante peut être modifié par déplacement axial d'une surface de siège de soupape, caractérisée par le fait que la surface de siège de soupape est constituée par une autre membrane annulaire (19), qui est fixée, au niveau de son pourtour extérieur, sur le boîtier (1) et qui peut être fléchie axialement, au niveau de son pourtour intérieur. 9. Soupape thermostatique suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que sur la région pouvant être fléchie de la membrane (19) est appliquée une bague de pression (44) qui est déplaçable axialement depuis l'extérieur du boîtier (1). 10. Soupape thermostatique suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que la bague de pression (44) est chargée par plusieurs tiges de poussée (45) réparties sur le pourtour et qui ressortent du boîtier (1, 17) en pouvant être déplacées axialement, et ce de façon étanche. 11. Soupape thermostatique suivant la revendication 10, caractérisée par le fait que les tiges de poussée (45) se terminent dans une pièce (46) qui est déplaçable axialement sur le col (25) d'une pièce (17) fixée dans le boîtier. 12. Soupape thermostatique suivant la revendication 10, caractérisée par le fait que la pièce (17) fixée dans le boltier est un insert (17) vissé dans le boîtier (1). 13. Soupape thermostatique suivant la revendication 12, caractérisée par le fait que la seconde membrane (19) munie de l'insert (17) est bloquée contre un épaulement (18) du boîtier (1). 14. Soupape thermostatique suivant la revendication 11, caractérisée par le fait que la pièce (46) est munie d'une surface hélicoîdale (47) de roulement à billes, sur laquelle peuvent circuler des billes (48), la surface composée de roulements (49) également hélicoidale étant ménagée sur une poignée rotative (50) qui est montée de façon à pouvoir être entraînée en rotation, mais sans déplacement axial, par l'intermédiaire de la pièce (46) comportant la surface (47) de roulement à billes.