Brevet FR2518245A1 — publié le 19830617

Aff 217 Bouchon pour circuit d'échangeur de chaleur. L'invention concerne un bouchon pour circuit d'échangeur de chaleur, notamment pour un radiateur ou un vase d'expansion faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne et, plus particulièrement, un bouchon du type dit "à balonnette". On sait que ces bouchons sont en général pourvus d'un ensem- ble de clapets tarés de surpression et de dépression permet- tant de maintenir,lorsque le bouchon est monté sur un radia- teur, la pression interne du radiateur entre une valeur mini- male et une valeur maximale La valeur maximale de pression, ou valeur de surpression, pour laquelle est taré le clapet de surpression du bouchon, est supérieure à la pression atmosphérique Pour cette raison, il se produit parfois, quand on retire le bouchon du radiateur d'un moteur, un jet de vapeur s'échappant à l'extérieur par l'orifice ainsi ou- vert, d'o des risques de brûlures. Cet inconvénient peut être évité si le bouchon de fermeture du radiateur est du type à fixation par vissage sur l'embout limitant cet orifice du radiateur En effet, le dévissage du bouchon sur un tour ou plus se traduit par l'établissement progressif d'un passage de communication entre la surface interne du bouchon et l'embout, de sorte que la vapeur en surpression dans le radiateur peut s'échapper à l'extérieur avant Dévissage complet du bouchon En outre, des canaux 2- peuvent être formés dans la jupe ou le rebord fileté du bouchon pour orienter ou guider cet échappement de vapeur dans une direction déterminée, en général vers le bas, pour réduire encore les risques de brûlures. Dans les bouchons du type "à baïonnette" connus permettant, lors de leur démontage, un échappement progressif de la vapeur en surpression, l'ensemble de clapets porté par le bouchon est en appui sur un siège présenté par la boîte à eau dont dépend l'embout sur lequel est monté le bouchon. Les tolérances de fabrication des boîtes à eau et leurs dé- formations en cours de fonctionnement empêchent un tarage précis et reproductible des clapets, d'o des risques de mau- vais fonctionnement du radiateur En outre, l'échappement progressif de la vapeur pendant l'ouverture du bouchon se fait par l'intermédiaire du clapet de surpression et dépend donc de l'état de celui-ci. L'invention a pour objet un bouchon du type à baïonnette, en particulier pour un radiateur de moteur à combustion in- terne, qui ne présente pas ces inconvénients. L'invention a également pour objet un tel bouchon dont la structure est simple, le montage aisé,et le prix de revient du même ordre que les bouchons à baïonnette de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un bouchon qui comprend un corps logeant un ensemble de clapets tarés de surpression et de dépression et une jupe cylindrique présentant des moyens, par exemple des pattes transversales, pour le montage à baïonnette du bouchon sur l'extrémité d'un embout, et qui est caractérisé en ce que l'ensemble de clapets est porté par une plaque retenue à l'intérieur du bouchon et agencée de façon à établir ou permettre une communication directe indépendante de l'ensemble de clapets, entre l'intérieur et l'extérieur de l'échangeur lorsque le bouchon est dans une condition intermédiaire entre ses conditions de fermeture et d'ouverture de l'embout, et à interdire cette communication directe lorsque le bouchon est dans sa condition de ferme- ture. Ainsi, selon l'invention, la plaque supportant l'ensemble de clapets du bouchon permet une communication directe entre l'intérieur de l'embout et l'extérieur du bouchon qui est indépendante des clapets et de leur état, lorsque le bouchon passe de sa condition de fermeture dans sa condition d'ouverture De préférence, on prévoit une condition inter- médiaire du bouchon dans laquelle le bouchon est encore retenu sur l'embout et ne peut être projeté violemment, tout en permettant aux gaz en surpression dans le radiateur de s'échapper à l'extérieur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, ladite pla- que forme le siège du clapet de surpression, et la communi- cation directe précitée est formée en dérivation sur l'en- semble de clapets, dans la condition intermédiaire du bou- chon, par un espace libre entre l'extrémité de l'embout, d'une part, et ladite plaque et la jupe cylindrique du bou- chon, d'autre part, cette communication étant fermée, dans la condition de fermeture du bouchon, par appui étanche de ladite plaque sur l'extrémité de l'embout. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite pla- que est montée fixe à l'intérieur du bouchon et est éloignée de l'extrémité de l'embout quand le bouchon passe de sa con- dition de fermeture dans sa condition d'ouverture ou sa condition intermédiaire. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ladite plaque est mobile en translation à l'intérieur du bouchon en- tre deux positions extrêmes qui sont définies par des butées internes du bouchon, et la distance de translation axiale de la plaque entre ces deux positions extrêmes est inférieure à la distance de déplacement axial du bouchon entre sa condi- tion de fermeture de l'embout et sa condition intermédiaire. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe, selon la ligne I-I de la figure 2, d'un bouchon selon l'invention en condi- tion de fermeture d'un embout tubulaire; la figure 2 est une vue en coupe du bouchon selon la ligne II-II de-la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus de l'extrémité supérieure de l'embout représenté en figure 1; et la figure 4 est une vue schématique développée de la face inférieure du rebord de l'embout de la figure 3. Le bouchon représenté aux dessins est un bouchon de radia- teur de moteur de véhicule automobile, et est destiné à fer- mer de façon étanche un orifice de remplissage du radiateur, cet orifice étant limité par un embout tubulaire 10 à orien- tation sensiblement verticale, présenté par la partie supé- rieure d'une des boites à eau du radiateur. Le bouchon selon l'invention peut également être utilisé pour la fermeture d'un orifice de remplissage de vase d'expansion. Le bouchon 11 selon l'invention comprend un fond circulaire 12 relié par une partie tronconique 13 à un rebord 14 dont dépend une jupe sensiblement cylindrique 15 à surface exté- rieure 16 ondulée et à surface intérieure 17 cylindrique d'axe 19, la surface 16 ondulée facilitant la prise en main du bouchon Le bord inférieur de la jupe 15 comprend deux pattes transversales 20, diamétralement opposées, qui s'éten- dent radialement en direction l'une de l'autre. A l'intérieur du bouchon 11 est logé un ensemble de clapets de surpression et de dépression, qui est porté par une pla- que 21 de forme sensiblement circulaire, s'étendant transver- salement à l'intérieur du bouchon de façon à limiter à l'intérieur de celui-ci une chambre 22 dans laquelle est logé l'ensemble de clapets. Dans l'exemple représenté, la plaque 21 est déplaçable par translation parallèlement à l'axe 19 du bouchon entre deux positions extrêmes supérieure et inférieure respectivement, définies par des butées 23 dépendant de la face inférieure de la partie 14 du bouchon et par les pattes transversales 20 de la jupe La périphérie de la plaque 21 présente un rebord sensiblement cylindrique 24 orienté vers le bas et propre à venir en appui sur les pattes 20 de la jupe 15. La partie centrale de la plaque 21 présente des trous 25 et sa face supérieure porte une rondelle de caoutchouc ou de matière élastomère 26, entourant les trous 25 et sur laquelle s'appuie la périphérie d'une plaquette 27 en forme de cuvette retournée percée dans sa partie centrale Un ressort 28, gui- dé autour d'un manchon tubulaire 29 dépendant du fond 12 du bouchon, prend appui sur ce fond et sollicite constamment la périphérie annulaire de la plaquette 27 en appui étanche sur la rondelle de caoutchouc 26 portée par la plaque 21. La plaque 21 est elle-même sollicitée constamment par le ressort 28 vers sa position extrême inférieure définie par appui du rebord 24 sur les pattes 20 de la jupe 15. L'orifice central de la plaquette 27 est traversé avec jeu par la tige cylindrique 30 d'un clapet dont la partie supé- rieure ou tête 31 se trouve au-dessus de la plaquette 27 et forme appui de l'extrémité d'un ressort 32 dont l'autre extrémité repose sur la plaquette 27, et dont la partie infé- rieure est solidaire d'une autre plaquette 33 s'étendant sous la plaquette 27 Une rondelle de caoutchouc ou d'élastomère 34, traversée à étanchéité par la tige cylindrique 30 du clapet, est interposée entre les plaquettes 27 et 33-qui, avantageusement, présentent sur leurs faces tournées vers cette rondelle intermédiaire 34 des nervures annulaires ou circulaires de façon à pouvoir être appliquées de façon étan- che sur ladite rondelle 34. La plaque 21 comprend, à sa périphérie, deux découpes 36 diamétralement opposées, ayant une forme conjuguée de celle des pattes 20, et le diamètre du rebord cylindrique 24 de la plaque 21 est légèrement inférieur au diamètre de la paroi interne 17 de la jupe 15 du bouchon Ainsi, la plaque 21 peut être montée dans le bouchon en la positionnant sous la jupe 16 de celui-ci de telle sorte que les découpes 36 soient en regard des pattes 20 Une translation de la plaque 21, parallèlement à l'axe 19 du bouchon, permet d'amener cette plaque à l'intérieur du bouchon, au-delà des pattes de la jupe Une rotation de la plaque 21 autour de l'axe 19, sur environ 30 , interdit alors à la plaque de ressortir du bouchon, le rebord 24 venant buter sur les pattes 20. La plaque 21 peut être immobilisée en rotation autour de l'axe 19, dans le corps du bouchon, de la façon suivante le rebord 24 de cette plaque est découpé de façon à former deux pattes diamétralement opposées 37 qui sont pliées en oblique pour s'écarter légèrement vers l'extérieur du reste du rebord cylindrique 24 Ces pattes 37 sont destinées à pénétrer dans des cavités 38 de la face interne de la jupe , grâce à des interruptions de la paroi cylindrique 17. Les cavités 38 forment des canaux établissant une communica- tion permanente entre la chambre 22 et l'extérieur du bouchon. Quand on introduit la plaque 21 par translation à l'inté- rieur du bouchon, les pattes obliques 37 sont appuyées élas- tiquement sur la paroi cylindrique 17 de la jupe 15 On fait ensuite tourner la plaque 21 de l'axe 19 d'un angle suffi- sant pour que les p-attes 37 arrivent en regard des cavités 38, dans lesquelles elles s'engagent par élasticité L'enga- gement des pattes dans ces cavités interdit sensiblement de faire tourner la plaque 21 autour de l'axe 19. L'embout 10 sur lequel doit être monté le bouchon 11 comprend, de façon classique, un rebord annulaire transversal 40 (figu- res 3 et 4) interrompu en deux endroits 41 diamétralement opposés, pour permettre le passage des pattes 20 du bouchon. La surface supérieure de ce rebord est sensiblement plane, ou bien comporte une nervure annulaire 42 et est destinée à recevoir un joint annulaire plat d'étanchéité 43 porté par la face inférieure de la plaque 21, au voisinage du rebord 24 (figure 1). La face inférieure du rebord 40, propre à coopérer avec les pattes 20 de la jupe 15 du bouchon, forme deux rampes incli- nées diamétralement opposées qui ont été représentées de profil en vue développée en figure 4, pour plus de clarté. Chaque rampe inclinée 44 comprend tout d'abord, à partir d'une découpe 41 du rebord 40, un cran de s Creté 45 à profil triangulaire orienté vers le bas, puis une partie horizontale 46, une rampe inclinée 47 et une autre partie horizontale 48 se terminant par une butée 49. Le fonctionnement de ce bouchon est le suivant Lorsqu'il est en condition de fermeture de l'embout 10 comme représenté en figure 1, les pattes 20 de la jupe 15 du bou- chon sont engagées sous les parties 48 des rampes inclinées 44 formées par le rebord 40 de l'embout Dans cette condi- tion, les saillies internes 23 du bouchon 11 appliquent la périphérie de la plaque 21, par l'intermédiaire de la garni- ture d'étanchéité 43, en appui étanche sur la face supérieure du rebord 40 de l'embout. Si la pression dans le radiateur est comprise entre les va- leurs de tarage des clapets de surpression et de dépression, l'ensemble de clapets occupe la position présentée en figu- re 1, c'est-à-dire que la plaquette 27 est appuyée de façon étanche à sa périphérie par le ressort 28 sur la rondelle 26 de caoutchouc portée par la plaque 21, et la plaquette 33 applique de façon étanche sur la plaquette 27 la rondelle de caoutchouc 34 en raison de l'action du ressort 32 sur la tête 31 du clapet 30 Dans ces conditions, il n'y a aucune communication entre l'espace interne supérieur 22 du b 6 uchon et le volume interne de l'embout 10 ou du radiateur. Si la pression dans le radiateur augmente, elle exerce sur l'ensemble mobile 27 33 une force dirigée vers le haut. Lorsque cette force est supérieure à la force exercée par le ressort 28 sur la plaquette 27, l'ensemble 27-33 se soulève et la périphérie de la plaquette 27 s'écarte de la rondelle de caoutchouc 26 Une communication entre l'intérieur du radiateur et l'extérieur du bouchon est alors établie par les trous 25 de la plaque 21, l'espace libéré entre la péri- phérie de la plaquette 27 et la rondelle de caoutchouc 26, l'espace interne 22 du bouchon et les cavités 38 La sur- pression peut donc s'échapper librement à l'extérieur jusqu'à ce que la force exercée sur l'ensemble 27-33 devienne infé- rieure à la force du ressort 28. Lorsque la pression dans le radiateur est inférieure à la pression atmosphérique ou pression extérieure, une force. dirigée vers le bas est exercée sur la rondelle de caout- chouc 34 et tend à la déplacer vers le bas avec la plaquette 33 et le clapet 30, à l'encontre de l'action du ressort 32 exercée sur le clapet 30 Lorsque la force exercée sur la rondelle 34 est supérieure à la force du ressort 32, la ron- delle 34 descend vers le bas en entraînant la plaquette 33 et le clapet 30 et s'écarte donc de la plaquette 27 Une communication est ainsi ouverte entre l'espace interne 22 du bouchon communiquant avec l'atmosphère extérieure et l'in- térieur du radiateur, par l'intermédiaire du trou central de la plaquette 27, l'espace libre entre la rondelle 34 et la plaquette 27 et les trous 25 de la plaque 21. Lorsqu'on désire démonter le bouchon 11 du radiateur, il suffit de faire tourner celui-ci dans le sens voulu sur envi- ron un quart de tour à partir de la position de fermeture du bouchon qui est représentée en figure 1 Au cours de cette rotation, les pattes 20 de la jupe 15 du bouchon passent de la partie horizontale 48 du rebord 40 de l'embout à la rampe oblique 47, ce qui se traduit par un déplacement axial vers le haut du bouchon sur une distance D qui est égale à la distance entre les parties 48 et 46 des rampes inclinées 44. Quand le bouchon passe de sa condition de fermeture dans la condition intermédiaire o les pattes 20 de sa jupe 15 sont appliquées sur les parties planes 46 des rampes inclinées, la plaque 21 qui est constamment sollicitée vers le bas par le ressort 28, s'écarte progressivement des butées in- ternes 23 et reste appliquée, de façon étanche grâce au joint annulaire plat 43, sur le rebord 40 de l'embout 10. Dans ces conditions, aucune communication n'est établie en- tre l'intérieur du radiateur et l'extérieur si la pression régnant dans le radiateur reste comprise entre les valeurs de tarage des clapets de surpression et de dépression Si la distance D est supérieure à la distance d entre le bord inférieur du rebord périphérique 24 de la plaque 21 et les pattes 20 du bouchon lorsque la plaque 21 est en appui sur les butées internes 23 du bouchon, le rebord périphérique 24 va venir buter sur les pattes 20 lorsque le bouchon passe de sa condition de fermeture dans sa condition intermédiaire o les pattes 20 sont appliquées sur la partie 46 des rampes inclinées La butée du rebord périphérique 24 de la plaque 21 sur les pattes 20 se traduit par la formation d'un espace libre entre la plaque 21 et le rebord supérieur 40 de l'em- bout 10, le joint annulaire plat 43 s'écartant du rebord 40 quand le bouchon continue à se déplacer axialement vers le haut jusqu'à ce que les pattes 20 arrivent sur les parties 46 des rampes inclinées Une communication directe est alors établie entre l'intérieur du radiateur et l'extérieur par l'espace libre entré le joint plat 43 et le rebord 40 de l'em- bout par les cavités 38 La pression interne du radiateur devient égale à la pression extérieure alors que le bouchon 11 est encore retenu sur l'embout 10 par ses pattes 22 qui sont engagées sur les parties 46 des rampes inclinées et sont appliquées à pression sur lesdites parties de rampe 46 sous l'action du ressort 28 Pour démonter complètement le bouchon, il faut que les pattes 20 du bouchon passent le cran de sûreté 45, ce que l'on obtient par une compression- du ressort 28 et éventuellement une très faible compression du joint plat 43. Selon une variante de réalisation de l'invention, non représentée sur les dessins annexés,-la plaque 21 peut être montée fixement à l'intérieur du bouchon ll,par exemple par clipsage ou encliquetage élastique En cas de surpression dans le radiateur, lorsque l'on fait passer le bouchon de sa condition de fermeture dans sa condition intermédiaire, la plaque 21 s'écarte progressivement du rebord 40 de-l'em- bout 10 sous l'effet de la surpression, au fur et à mesure que les pattes 20 du bouchon parcourent les parties obliques 47 des rampes inclinées 44 Toutefois, quand les pattes 20 arrivent en regard des parties de rampe 46, la surpression a déjà baissé à l'intérieur du radiateur et n'exerce plus sur le bouchon une force verticale orientée vers le haut La plaque 21 est alors à nouveau appliquée de façon sensible- ment étanche sur le rebord supérieur de l'embout Dans ces conditions, le cran de sûreté 45 des rampes inclinées est pratiquement sans effet La baisse de pression dans le radia- teur peut, dans certains cas,provoquer l'ébullition du liquide qu'il contient, d'o la nécessité de prendre des précautions lors du démontage du bouchon. 18245 Revendications. 1 Bouchon pour un circuit d'échangeur de chaleur, en parti- culier pour un radiateur de moteur à combustion interne ou pour un vase d'expansion associé, comprenant un corps lo- geant un ensemble de clapets tarés de surpression et de dépression et une jupe cylindrique présentant des moyens pour le montage à balonnette du bouchon sur l'extrémité d'un embout de l'échangeur, caractérisé en ce que l'ensemble de clapets ( 2733) est porté par une plaque ( 21) retenue à l'intérieur du bouchon ( 11) et agencée de façon à établir ou permettre une co Twmunication directe, indépendante de l'ensemble de clapets,entre l'intérieur et l'extérieur de l'échangeur lorsque le bouchon ( 11) est dans une condition intermédiaire entre ses conditions de fermeture et d'ouver- ture de l'embout ( 10), et à interdire cette communication directe lorsque le bouchon ( 11) est dans sa condition de fermeture. 2 Bouchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque ( 21) forme le siège du clapet de surpression ( 27). 3 Bouchon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite communication directe est formée en dérivation sur l'ensemble des clapets ( 27-33), dans la condition inter- médiaire du bouchon ( 11), par un espace libre entre l'extré- mité ( 40) de l'embout ( 10), d'une part, et ladite plaque ( 21) et la jupe cylindrique ( 15) du bouchon, d'autre part, et est fermée, dans la condition de fermeture du bouchon ( 11), par appui étanche de ladite plaque ( 21) sur l'extrémité ( 40) de l'embout. 4 Bouchon selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que ladite plaque est montée fixe à l'intérieur du bouchon et est éloignée de l'extrémité de l'embout quand le bouchon passe de sa condition de fermeture dans sa condi- tion d'ouverture. Bouchon selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plaque ( 21) est montée mobile en transla- tion à l'intérieur du bouchon ( 11) entre deux positions ex- trêmes définies par des butées internes ( 23, 20) du bouchon. 6 Bouchon selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des butées est formée par des pattes transversales ( 20) de la jupe ( 15) du bouchon. 7 Bouchon selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite plaque ( 21) est sollicitée constamment par un. ressort ( 28) en direction de la-position extrême qu'elle occupe dans la condition d'ouverture du bouchon. 8 Bouchon selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce ressort est celui qui est associé au clapet de surpres- sion ( 27). 9 Bouchon selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plaque ( 21) est de forme circu- laire ou annulaire et présente à sa périphérie des découpes ( 36) pour le passage des pattes transversales ( 20) de la jupe ( 15) du bouchon lors du montage de la plaque ( 21) dans le bouchon. Bouchon selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite plaque ( 21) est montée dans le bouchon par translation parallèlement à l'axe longitudinal ( 19) du bouchon, puis par rotation autour de cet axe et immobilisation au moins en rotation. 11 Bouchon selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation de la plaque ( 21) comprennent des pattes ( 37) élastiquement déformables présentées par ladite plaque ( 21) et propres à pénétrer dans des cavités ( 38) de la surface interne du bouchon au cours de ladite rotation de la plaque ( 21) autour de l'axe ( 19) du bouchon. 12 Bouchon selon l'une des revendications 9 à il, carac- térisé en ce que ladite plaque ( 21) comporte, à sa périphé- rie, un rebord cylindrique ( 24). 13 Bouchon selon l'une des revendications 5 à 12, caracté- risé en ce que la distance d de translation axiale de ladite plaque ( 21) entre ses positions extrêmes à l'intérieur du bouchon est inférieure à la distance D de déplacement axial du bouchon entre sa condition de fermeture de l'embout et sa condition intermédiaire.