Brevet FR2582378A1 — publié le 19861128

I "Perfectionnement aux coupleurs à clapets visant à faciliter le retour des billes de verrouillage en position de verrouillage" La présente invention concerne un perfectionnement aux cou- pleurs à clapets visant à faciliter le retour des billes de verrouillage en position de verrouillage. Cette invention concerne donc les coupleurs à clapets du type comportant un corps tubulaire externe équipé, à l'une de ses extrémités, de moyens de raccordement rigide à une source de fluide sous pression et logeant un élément tubulaire axialement mobile dans les deux sens et dont l'extrémité antérieure correspondant à l'extrémité libre du corps tubulaire, qui constitue l'embout femelle du coupleur, porte, dans une rangée annulaire de perforations leur servant de logements, des billes de verrouillage destinées à être engagées et maintenues dans une gorge annulaire externe prévue, à cet effet, au voisinage de l'extremité de l'embout mâle associé du coupleur, un ressort de rappel tendant à rame- ner cet élément tubulaire dans une position - intermédiaire stable dans laquelle la rangée annulaire de perforations logeant les billes de verrouil- lage coîncide axialement avec une nervure radiale interne à flancs coniques du corps tubulaire pour maintenir les billes en position de ver- rouillage, c'est-à-dire en saillie radialement à l'intérieur de l'alésage de l'élément tubulaire mobile et ce dernier portant, du côté de son extrémité postérieure, un clapet normalement maintenu fermé par un ressort et destiné à être reculé en position ouverte par le clapet de l'embout mâle, lorsque ce dernier est engagé dans l'embout femelle. On conçoit aisément que, dans ce type de coupleur, un déplace- ment axial de l'élément tubulaire interne dans un sens ou dans l'autre, depuis sa position intermédiaire stable, en éloignant les billes de la nervure interne du corps, permet leur déplacement radialement à l'exté- rieur jusqu'à la libération totale de son alésage. Cette disposition permet donc de verrouiller l'embout mâle dans l'embout femelle par simple engagement en force à l'encontre de la pression du ressort de rappel de l'élément tubulaire interne et de la pression du fluide d'alimentation qui agit sur le clapet de l'embout femelle. Inversement, une simple traction exercée à l'encontre de la seule force du ressort précité sur l'embout mâle permet aussi de le désaccoupler de l'embout femelle. Ce type de coupleur présente donc l'avantage d'être manoeuvra- ble d'une seule main. Dans les coupleurs connus de ce type, le maintien de l'élément tubulaire interne dans sa position intermédiaire stable est obtenu à l'aide d'un ressort de rappel entourant cet élément et normalement précom- primé entre deux épaulements extérieurs opposés de cet élément et deux épaulements internes, opposés et à même distance l'un de l'autre que les premiers, prévus dans l'alésage du corps, la position dans laquelle les deux paires d'épaulements intérieurs et extérieurs coïncident corres- pondant à la position de verrouillage des billes. - En pratique, et pour des raisons de possibilités de fabrication, au moins certains des épaulements précités sont constitués par des bagues vissées ou circlips rapportés qui renchérissent les coûts de fabrication et de montage de ces coupleurs. En outre, dans certaines conditions d'utilisation et notamment dans le cas de forte pression du fluide d'alimen- tation, l'accouplement est rendu très difficile voire impossible à réaliser manuellement, car la force exercée radialement vers l'intérieur sur les billes par la rampe postérieure de la nervure interne du corps exige un léger mouvement vers l'avant de l'élément tubulaire interne et par conséquent de retrait de l'embout mâle et risque donc d'intervenir trop tard, la gorge annulaire de l'embout mâle n'étant plus en correspondance de la rangée annulaire des billes. En outre, s'il existe dans la canalisation d'utilisation, c'est-à-dire en aval du clapet de l'embout mâle, une pression résiduelle, celle-ci a tendance, dès l'ouverture de ce clapet, à chasser les billes radialement vers l'extérieur et par conséqent à s'opposer à leur chute dans la gorge de l'embout mâle. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients. A cet effet, dans le coupleur qu'elle concerne et qui est du type précité, la partie de l'élément tubulaire mobile comprise entre la rangée annulaire de perforations logeant les billes de verrouillage et l'épaulement externe le plus proche de cet élément tubulaire, servant d'appui à l'extrémité antérieure de son ressort de rappel, est entourée par une douille cylindri- que présentant, à son extrémité la plus interne, une collerette annulaire interne normalement maintenue appliquée contre l'épaulement externe précité de l'élément tubulaire mobile, dont l'autre extrémité, normale- ment maintenue en appui contre le flanc conique interne de la nervure interne du corps, est biseautée intérieurement de façon divergente, la longueur de la jupe cylindrique de cette douille étant légèrement supérieure à la distance séparant l'épaulement considéré de la rangée annulaire de perforations logeant les billes. Ainsi, lorsque l'élément tubulaire mobile est repoussé à l'inté- rieur du corps par suite de l'engagement de l'embout mâle, l'action des billes repoussées radialement vers l'extérieur par l'embout mâle contre la facette biseautée de la douille provoque un recul et, par conse- quent, un effacement de cette dernière, à l'encontre de la force du ressort de rappel, permettant aux billes de libérer totalement l'alésage de l'élément tubulaire mobile. Par contre, lorsque la gorge de l'embout mâle se présente à l'intérieur de la rangée annulaire de perforations logeant les billes, ces dernières cessent leur action contre la facette biseautée de la douille et le ressort de rappel tend à ramener la douille dans sa position normale précitée de sorte que sa facette biseautée exerce alors sur les billes une action tendant à les repousser radialement à l'intérieur et par conséquent à les faire tomber dans la gorge de l'em- bout mâle, sans attendre le mouvement de retour de l'élément tubulaire mobile et l'action sur les billes du flanc conique interne de la nervure interne du corps. De. toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemple non limitatif, un coupleur muni de ce perfection- nement: Figure 1 en est une vue de côté en élévation avec demi-coupe axiale, montrant le corps de ce coupleur avec son embout femelle au repos, avant engagement de l'embout mâle; Figure 2 est une vue similaire à figure 1- montrant ce coupleur au début de l'engagement de l'embout mâle, l'embout femelle étant toujours en position normale de repos; Figure 3 est une vue similaire aux figures 1 et 2 montrant ce coupleur en fin d'engagement de l'embout mâle, juste avant son verrouillage effectif dans l'embout femelle; Figure 4 est une vue similaire aux figures 1 à 3 montrant l'em- bout mâle et l'embout femelle de ce coupleur verrouillés l'un dans l'autre. Comme le montre le dessin, le coupleur auquel s'applique le perfectionnement de l'invention est un coupleur à clapetsd'un type connu, comportant un corps tubulaire externe (2) muni, à son extrémité posté- rieure (2"), d'un embout fileté (3) équipé d'un joint torique (4) permettant son raccordement étanche à une source de fluide sous pression, non représentée sur le dessin. Dans l'exemple illustré sur le dessin, pour des raisons de possibi- lités de montage, le corps tubulaire (2) est en fait composé de deux éléments coaxiaux, l'un antérieur (2a), l'autre postérieur (2b), assemblés bout à bout à l'aide d'une bague intérieure filetée (5). Au voisinage de son extrémité antérieure (2'), le corps tubulaire (2) présente une nervure radiale interne (6) à flancs coniques, l'un interne (6a) et l'autre externe (6b), dont la fonction sera expliquée ultérieurement. A l'intérieur du corps (2) est monté, axialement mobile dans les deux sens, un élément tubulaire interne (7) dont l'extrémité antérieure (7') correspondant à l'extrémité antérieure (2') du corps (2) constitue l'embout femelle du coupleur et porte, dans une rangée annulaire de perforations (8) leur servant de logements, des billes de verrouillage (9) normalement maintenues en saillie radialement à l'intérieur de l'alé- sage de l'extrémité antérieure (7') de l'élément tubulaire (7) par la ner- vure (6) du corps (2), le diamètre des billes (9) étant supérieur à l'épais- seur de la paroi de l'élément tubulaire (7) dans la zone de la rangée annulaire de perforations (8). Il faut noter que chaque perforation (8) présente, à son extrémité radialement interne, un rétreint s'opposant au libre passage des billes (9). Ces billes sont destinées à verrouiller, de manière connue en soi, l'embout mâle (11) de ce coupleur, visible sur les figures 2 à 4, par engagement dans une gorge périphérique externe (12) prévue au voisinage de l'extrémité libre de l'embout mâle (11). A chacun des embouts mâle (11) et femelle (7') de ce coupleur est associé un clapet, respectivement (13) et (14), normalement maintenu en position de fermeture par un ressort de rappel. Sur le dessin, seul le ressort de rappel (15) du clapet (14) associé à l'embout femelle (7') est visible. Chacun de ces clapets (13) et (14) est destiné à prendre appui contre l'autre clapet lors de l'engagement de l'embout mâle (11) dans l'embout femelle (7') de manière à provoquer son ouverture et son maintien en position d'ouverture tant que l'embout mâle (11) reste verrouillé dans l'embout femelle (7'). Un ressort (16), entourant l'élément tubulaire mobile (7) et par conséquent logé dans un intervalle annulaire (17) séparant l'élément tubulaire (7) du corps (2), tend à maintenir ce dernier dans une position intermédiaire stable, illustrée sur les figures 1, 2 et 4, position dans laquelle les rangées annulaires de perforations (8) coïncident axialement avec la nervure -(6) et par conséquent dans laquelle les billes (9) sont maintenues par la nervure (6) en position radialement intérieure de ver- rouillage. A cet effet, le ressort (16) prend appui contre deux paires d'épaulements équidistants en regard l'un de l'autre, l'une de ces paires étant ménagée sur la face cylindrique externe de l'élément tubulaire mobile (7) tandis que l'autre paire est ménagée dans la face cylindrique interne du corps tubulaire (2). L'épaulement le plus intérieur, c'est-à-dire le plus proche du raccord fileté (3) du corps (2) de chacune de ces paires d'épaulements, est constitué, de façon connue en soi, par la face antérieure d'un circlips (21) porté par l'élément tubulaire (7) et par la face antérieure (Sa) de la bague (5) précitée, ces deux épaulements constituant les épaulements postérieurs d'appui du ressort de rappel (16). Pour assurer un appui régu- lier de ce ressort contre ces deux épaulements, une rondelle (22) est interposée entre eux et l'extrémité postérieure du ressort (16). A une distance déterminée du circlips (21) et en avant de ce dernier, l'élément tubulaire (7) présente un épaulement antérieur externe (23) en regard de l'épaulement postérieur constitué par le circlips (21). Selon le perfectionnement de l'invention, l'élément tubulaire (7) porte, sur sa partie comprise entre l'épaulement (23) et la rangée annulaire de perforations (8), une douille cylindrique (24) de longueur légèrement supérieure à la distance séparant l'épaulement (23) de la rangée annulaire de perforations (8). A son extrémité postérieure, la douille (24) porte une collerette interne (25) normalement maintenue en appui, par le ressort (16), contre l'épaulement (23) de l'élément tubu- laire (7). L'extrémité antérieure de la douille (24) est biseautée inté- rieurement de manière à présenter une facette tronconique divergente (26). Lorsque le coupleur est au repos, c'est-à-dire avant engagement de l'embout mâle (11), comme l'illustrent les figures I et 2, le ressort (16) maintient la collerette (25) de la douille (24) en appui contre l'épau- lement (23) de l'élément tubulaire (7) et l'extrémité antérieure biseautée de la douille (24) en appui contre le flanc interne (6a) de la nervure (6) qui joue, en combinaison avec la douille (24), le rôle du second épau- lement de la paire d'épaulements associés au corps tubulaire (2). Les figures 1 et 2 montrent donc l'élément tubulaire (7) axialement mobile dans les deux sens, dans sa position intermédiaire stable correspondant à la position de verrouillage des billes (9) Lors de l'engagement de l'embout mâle (11) dans l'embout femelle (7'), un épaulement (11') de même diamètre que l'alésage de l'embout femelle (7') provoque le recul, dans le sens de la flèche (18), de l'élément tubulaire mobile (7) en prenant appui contre les billes (9) qui ne peuvent pas s'effacer en raison de la présence de la nervure (6) du corps (2). Ce recul de l'élément tubulaire (7) à l'encontre de la force du ressort (16) qui se comprime a pour effet de décaler la rangée de perforations (8) à l'intérieur du corps (2) par rapport à la nervure (6), autorisant alors les billes (9) à s'effacer par rapport à l'alésage de l'embout femelle (7') en étant refoulées radialement à l'extérieur, comme illustré sur la figure 3. Cet effacement des billes (9) autorise l'engagement de l'embout mâle (11) à l'intérieur de l'embout femelle (7') jusqu'à ce que la gorge (12) de l'embout mâle (11) soit au-dessous de la rangée annulaire de billes (9). Comme on le voit nettement sur la figure 3, pour que le flanc conique (6a) de la rainure (6) puisse jouer son rôle de rampe de renvoi à l'égard des billes (9), il est nécessaire qu'après avoir dépassé la position axiale de la nervure (6), la gorge (12) soit reculée, ainsi que l'embout mâle (11) et l'élément tubulaire mobile (7). En conséquence, en l'absence de la douille (24), rien ne provo- querait la chute des billes (9) dans la gorge (12) avant un début de course de retour de l'élément tubulaire (7) autorisant l'entrée en contact des douilles (9) avec la rampe de renvoi que constitue le flanc interne (6a) de la nervure (6). Comme indiqué précédemment, cette opération risque d'être difficile voire impossible à exécuter, notamment s'il demeure dans le circuit d'alimentation une pression résiduelle importante. Le rôle de la douille (24) est d'imposer aux billes (9) un mouve- ment radial vers l'intérieur dès que la gorge (12) se présente en-dessous d'elles. Or, comme le montre la figure 3, lors du passage sous les billes (9) du grand diamètre entourant l'épaulement (11') de l'embout mâle (11), les billes sont refoulées, d'une part, radialement sur l'extérieur et, d'autre part, axialement, dans le sens de la flèche (18), avec l'élément tubulaire (7). Au cours de ces deux mouvements combinés, les billes (9) prennent appui contre la facette biseautée (26) de la douille (24), provoquant son refoulement à l'encontre de la pression du ressort (16) et par conséquent le décollement de la collerette (25) par rapport à l'épaulement (23) de l'élément tubulaire (7), comme illustré sur la figure 3. L'observation de cette figure 3 montre que la pression axiale exercée par le ressort (16) sur la douille (24) est transmise aux billes (9) par l'intermédiaire de la facette biseautée (26) de la douille (24), ce qui engendre sur les billes (9), qui ne peuvent pas reculer par rapport à l'élément tubulaire (7) puisque logées dans les perforations (8), un dépla- cement dirigé radialement vers l'intérieur les obligeant à tomber dans la gorge (12) de l'embout mâle (11) dès que celle-ci se présente au- dessous d'elles. Ce résultat est obtenu même avec un ressort (16) de faible force. Par exemple, avec une pression résiduelle à l'intérieur d'un circuit d'alimentation de l'ordre de 15 à 20 bars, un ressort (16) de 15 à 20 kg est largement suffisant. Pour désaccoupler l'embout mâle (11) de l'embout femelle (7'), il suffit d'exercer sur l'embout mâle (11), une traction dans le sens inverse de la flèche (18), ce qui a pour effet de déplacer l'élément tubulaire (7) dans le même sens et, par conséquent, d'amener la rangée annulaire de billes (9) en avant de la nervure interne (6) du corps (2) et de permettre ainsi l'effacement des billes (9) par rapport à l'alésage de l'embout femelle (7) par déplacement radialement à l'extérieur. Dans cette opération, la douille (24) ne joue aucun rôle. - REVENDICATION - Coupleur à clapets visant à faciliter le retour des billes de verrouillage en position de verrouillage, du type comportant un corps tubulaire externe (2) équipé, à l'une de ses extrémités (2"), de moyens (3) de raccordement rigide à une source de fluide sous pression et logeant un élément tubulaire (7) axialement mobile dans les deux sens et dont l'extrémité antérieure (7') correspondant à l'extrémité libre (2') du corps tubulaire (2), qui constitue l'embout femelle du coupleur, porte, dans une rangée annulaire de perforations (8) leur servant de logements, des billes de verrouillage (9) destinées à être engagées et maintenues dans une gorge annulaire externe (12) prévue, à cet effet, au voisinage de l'extremité de l'embout mâle (11) associé du coupleur, un ressort de rappel (16) tendant à ramener cet élément tubulaire (7) dans une position intermédiaire stable dans laquelle la rangée annulaire de perfo- rations (8) logeant les billes de verrouillage (9) coincide axialement avec une nervure radiale interne (6) à flancs coniques (6a,6b) du corps tubulaire (2) pour maintenir les billes (9) en position de verrouillage, c'est-à-dire en saillie radialement à l'intérieur de l'alésage de l'élément tubulaire mobile (7) et ce dernier portant, du côté de son extrémité postérieure, un clapet (14) normalement maintenu fermé par un ressort (15) et destiné à être reculé en position ouverte par le clapet (13) de l'embout mâle (11), lorsque ce dernier est engagé dans l'embout femelle (7'), et dans lequel, pour le maintien de l'élément tubulaire interne (7) dans sa position intermédiaire stable, son ressort de rappel (16) entoure cet élément et est normalement précomprimé entre deux épaulements extérieurs opposés (21) et (23) de cet élément (7) et deux épaulements internes, opposés et à même distance l'un de l'autre que les premiers, prévus dans l'alésage du corps tubulaire (2), la position dans laquelle les deux paires d'épaulements intérieurs et extérieurs coïncident corres- pondant à la position de verrouillage des billes (9), caractérisé en ce que la partie de l'élément tubulaire mobile (7) comprise entre la rangée annulaire de perforations (8) logeant les billes de verrouillage (9) et l'épaulement externe le plus proche (23) de cet élément tubulaire (7), servant d'appui à l'extrémité antérieure de son ressort de rappel (16), est entourée par une douille cylindrique (24) présentant, à son extrémité la plus interne, une collerette annulaire interne (25) normalement main- tenue appliquée contre l'épaulement externe (23) de l'élément tubulaire mobile (7), dont l'autre extrémité, normalement maintenue en appui contre le flanc conique interne (6a) de la nervure interne (6) du corps (2), est biseautée intérieurement de façon à présenter une facette diver- gente (26), la longueur de la jupe cylindrique de cette douille (24) étant légèrement supérieure à fa distance séparant l'épaulement considéré (23) de la rangée annulaire de perforations (8) logeant les billes (9).