Brevet FR2596133A1 — publié le 19870925

L ' i n v'en t i on - 1 -' L'ini:-ntion =est rela.tive aux circuits de fluide de toute instal] Et.c.i-J coimcr,.rt.ant de_. c:aralisations souples qui r ce--ii.tent des raccordement=., des; dri vatiorns ou des dispositifs de purge et, er, particulietr, EtU.' circuits d'échange thermique montés sur des véhicules automobiles ou routiers. Lesdits circuits de fluide sont destinés à la liaison de différents mat. riels - ou orqanes de moteur dans le cas des véhicules - et doivent présenter, simultanément, des caractéristiques de longévité., - malgré l'environnement hostile d;i à la temperature, 10 à la pression, et la présence de graisses ou d'huile -, de résistance chimique auX fluides véhiculés et d'étanchéité. La liaison entre les mattriels ou organes. diiffrents implique que les canalisations souples cormportent un certain nombre de raccordementes, le p:lus souvent sur des embouts rigides, généra15 lement,métal liques, ainsi que des dérivations dont les diamètres peuvent 'Etre -gaux & celui de la canalisation principale ou diff érents. Alors que les canalisations souples présentent une grande fiabilité grace L la nature du (ou des) matériau(x) élastomr)0 rrique(s) constitutif (s) qui comporte(nt), généralement des êléments de renforcement, continus ou discontinus, constitués de mattériaux textiles ou métalliques, les zones de raccordement aux matériels ou organes et celles de raccordement des dérivations ou des dispositifs de purge sur la tubulure principale représen25 tent des points faibles o peuvent se produire des fuites ou m'me des déconne;ions provoquées par l'arrachement, sous l'effet de la pression et de la température ou simplement par le fluage des mélanQes à base d'élastomères dans ces conditions hostiles. Pour pallier à ces risques, des solutions diverses ont été pro3.]) posées. Certaines, purement mécaniques, telles que celles décrites dans le brevet EF 88571 concernent l'insertion, dans la canalisation souple, d'une tubulure rigide, généralement métallique, à embase évasée, fixée par un moyen quelconque. D'autres solutions s'efforcent de prévenir les risques de fuites Z5 ou de déconnexicon éventuels par un surmoulage. à base de caoutchouc ou de rétsine synthétique, conomme proposé dans les brevets FR 2 ou FR 2 5i62 886. Les solutions existantes prée-sentent un grand rombre d' rncorivênient-: elles affaiblissent la résistance intrinstque de la canalisation souple principale. en nécessitant un perçage de la paroi qui réduit la section des matériaux qui seront soumis à des sollicitations mécaniques ou détruit, localement, le renforcement de ladite paroi; de plus, ce pergage induit, sur les arÈtes du trou ainsi pratiqué, des amorces de déchirure dans une zone qui, en service, sera très fortement sollicitéez - elles sont de fabrication difficile car elles nécessitent l'introduction, dans la canalisation souple principale, soit de piètes métalliques d'ancrage dans le cas des solutions mécaniques, soit, pour les solutions de surmroulage, de noy-aux internes dans la zone de branchement, afin d'assurer la contrepression 15 indispensable lors de l'opération de surmoulage, puis leur extraction une fois l'opération terminée. Pour faciliter ces manipulations, les noyaux internes sont souvent enduits d'un agent lubrifiant, anti-collant du caoutchouc, qui peut contaminer la zone de surmoulage et nuire, ainsi, à la qualité de la liaison 20 intime nécessaire entre le surmoulage et la surface extérieure de la canalisation souple. Par ailleurs, les opérations d'introduction et d'extraction des noyaux internes risquent de provoquer, sur la face interne des canalisations souples principale et secondaire, des blessures qui, m'me superficielles, créent 25 des amorces de contraintes accélérant la déchéance desdites canalisations; - elles sont coGteuses à mettre en oeuvre, tant par la pose des inserts métalliques à l'intérieur de la canalisation souple dans le cas des solutions mécaniques, que par la nécessité de deux opérations successives, - l'injection du matériau de surmoulage sur la canalisation souple, puis sa vulcanisation sous pression, dans le moule, qui présente une durée de plusieurs minutes et mobilise, par conséquent, les outillages, dans le deuxième type de solutions; - elles interdisent la pose de dérivation(s) de mfrme diamètre que celui de la canalisation souple principale, en raison de la dimension nécessaire au passage de l'insert métallique ou du no>'au interne; elles interdisent également, pour des raisons de difficulté d'accès la pose de dérivations dans des zones éloi40 qgnées de le;'trmité de la canalisation souple principale; d- a - r,.],; -:;c,-_- _:.rm. a-nE' ea - g]. l e- r accourci s3ent], a dur é e d E -e. de l, canali a...o.... prinipale enrnceitant Ln traitement th,-r. OLtu- supp] ment.ilre de la zone de branchement qui conduit à une survulcani=ation du mélange à base de caoutchouc, donc à un affaiblissemrient des caractéristiques mécaniques et à une moindre réista-nce au vie: li-ssement, dans les zones considérées enrin, el les nécessitent un état de propreté parfait des zones à ass--mbler -t exiqent donc l'emploi de solvants pour les ravivert, ce qui nuit à la salubrité du poste de travail et crée des riFqueE d"'incendie ou cld'explosion dans l'atelier. L'analyse de l'art antérieur montre à l'évidence qu'un dispositif permettant de réaliser des raccordements, des branchements de d.ri vation ou de purCes sur une canalisation souple, qui présente]os caract.ristiques de fiabilité nécessaire tout en étant 15 é.conomie surle plan de la fabrication n'est pas connu. Il faut, de plus, remarquer que l'évolution des technologies industrielles - celle de l'automobile, en -particulier, - accrcit, de manière considérable les contraintes de service dans les domaines de la températu(re et de la pression, plus particu2:i liêrehens t. L'invention a donc pour objectif la réalisation, - par des moyens de production moins coCiteux et de meilleure salubrité d'un dis positif de raccordement entre une canalisation souple et soit un embout rigide, soit une (ou plusieurs) dérivation(s), soit un s-vstème de purge, qui offre une garantie de fiabilité et de durabilité sous les sollicitations mécaniques, l'agressivité dc-s fluides vhicuilés et l'effet de l'environnement hostile. en évitant tout risque de fuite ou de déconnexion L'invention concerne, à la fois le procédé de réalisation et le 0 dispositif de raccordement obtenu par ledit procédé. En ce qui concerne le mode de réalisation, l'invention est caractérisee par l'obtention d'un effet de frettage des e>.trémités des par ois de canalisations souples, dans la zone de raccordement., entre une tubulure rigide interne, soit droite soit en.-. =forme de tê, de Y ou dce croix, et un élément d'enveloppage xter!ce, 1 -dit frettae éL'ant obtenu par le traitement thermi que, sous pressiorn, d'un mat.riau polymérique présentant une contractic.n au. n,-s d.. ref -oCdj s.ement au moins éqale à 1 de son dij amètrW cl r;:i ti L: i 2 5-9 6 1 33 - 4 Pou r simplifier t "e:,posé de- l"irnvention, ledit mratériau polv mirique sera dénommé, par la suite. prolymnre rêtractable. Le procédé de r.éalisation du dispositif de raccordement comprend principalement, les étapes suivantes: - les canalisations souples à raccorder sont montées sur les extrémités d'une tubulure interne présentant une forme appropri ée, - les extrémités des canalisations souples ainsi montées sont positionnées dans un moule, à température ambiante, que l'on 10 clst, - le polymère rétractable est alors injecte dans le moule, par une machine d'usage courant dans l'industrie de transformation des polymères qui fonctionne à haute température et sous pression élevée, - en pénétrant dans le moule, le polymère rêtractable vient prendre la forme de l'empreinte du moule, - en se refroidissant, le moulaQe ainsi obtenu diminue en diamètre, grace aux propriéttés thermiques du polymère rétractable, et vient fretter les parois des e;'trémités des canalisations sou20 ples sur la tubulure interne rigide. Les trois dernières phases de l'opération durent, environ, 20 à secondes. - l'ensemble constitué des canalisations souples et du dispositif de raccordement est démoulé, la contraction se poursuivant 25 lentement avec l'abaissement de la temperature pour se stabiliser définitivement au bout de 24 heures, à peu près. En ce qui concerne le produit ainsi fabriqué, l'invention est caractérisée par le fait que ledit dispositif est composé d'un tubulure interne, rigide, résistant à la pressions et à la tem30 pératures mises en jeu dans le procédé et d'un élément d'enveloppaqe externe. constitu. d'une matière polymérique rétractable qui assure un frettage de la paroi des canalisations souples stur ladite tubulure interne. Les caractéristiques et variantes de l'invention seront mieux 35 comprises à l.a lecture de la description accompagnant les dessins, dans lesquels: - la figure 1 schématise, sur un qraphique. l'évolution de la température et cle la contraction du polymère rétractablec 2 - 9596133 - la Z-iure 2 repl-'séente des variantes de réalisation de la tubulul--re interne du dispositif de raccrdemEntn - la fiz4ure 3 '.u.=t;e difftrentes applications du dispositif de raccordement. Sur la ficLure 1, dornt le but est d'expliciter l.e procédé de réa- lisation l'abcisse OX repriésente le temps, en secondes, sur une échelle locqarithmique, l'ordonnée OY réprésente la température de la matière et 1 axe OZ représente la contraction relative du mat éri au. 1 0 La courbe Tr fiqure donc les variations de la température du poly mire rêtractable en fonction du temps. A titre d'exemple non limitatif, l'applicat.ion du procédé sera décrit pour l'injection d'un polyamide technique ce qui permet de préciser quelques ordres de grandeur, mais il est évident pour le pol, mériste que d'autres matériaux présentant une possibilité de rétr-actiocn thlerrmique supérieure à 1 % pourraient E;tre utilisés. Dans le cas du polvamide technique, la temperature au point A, moment de l'injection est de 270 OC, mais, commre la masse fondue 20 pénitre dans le moule froid, la température de la matière s'abaisse rapidemsnt jusqu'à environ 120 OC, au point B, soit environ 30') secondes plus tard et vers 100 OC, au point C, 45 à 60 secondes après le début de l'injection. Dans le mtme temps, comme le montre la courbe R, la contraction 25 du polvmère rétractable qui se solidifie passe de Ci à 1 ou 2 % entre le point 0 et le point C o ladite courbe R tend vers une assymptote. l'évolution entre cette valeur C et la contraction stabilisée, au bout de 24 heures, étant très faible. Sur le plan de la simplicité et de l'économie du procédé, la durée de l'opération entre la fermeture du moule - contenant les extré,mités des canalisations souples avec le dispositif de raccordement - et le démoulaqe de.l'ensemble est inférieure à 1 minute. Cette durée sera avantageusement comparée au procédé de surmoulaqe de caoutchouc, dans lequel la durée des opé rations 35 d'injection et de vulcanisation est de 3 à 6 minutes. L'économie;'énerrio et le gain sur l'immobilisation (donc le nombre) des outillages est consi dérable. De plus, les opérations de perçage de la canalisation souple - 6 principa.l,-, d' irtroduLctiJ on et d'extraction des rnovaux internes primaire (dans la canalisation souple principale) et secondaire (dans l'élémEnt raccordé) sort éliminées comme le sont, d'ailleurs, les optraEtions de nettovage et de ravivaqe par des sol5 vants. La fiQure 2 represente, à titre d'exemples non limitatifs, quelques variantes de réalisation de la tubulure interne (1) qui peut 'tre constituée de n'importe quel matériau rigide - métallique, composite ou en matière plastique - capable de supporter, 10 sans déformation, la pression et la température mises en jeu dans le procédé. La vue 2a montre une tubulure interne (1), droite, pour le raccordement, en ligne, de deuX canalisations souples (ici de m@m-es diamètres), constituées de mérdlanges à base de caoutchouc de for15 mulations identiiues ou différentes. Ladite tubulure interne (1) cormporte une collerette (2) servant de butée aux extrm-iitÉs des canalisations -ouples qui y seront montées et permettant ainsi de s'assurer CIu' elles sont bien engagées sur la longueur désirée. La vue 2b repré-sente une tubulure interne (1), droite, comportant un dispositif de purge (3) qui permet le raccordement en ligne de deux canalisations souples (ici de mé'mes diamètres) constituées de mélanges à base de caoutchouc de formulations identiques ou différentes. Ladite tubulure interne (1), droite, 25 avec dispositif de purge (3) est munie, dans sa partie centrale d'une collerette (2) de butée des extrémités des canalisations souples du m''me type que celle de la vue 2a. La vue 2c concrétise la réalisation d'une dérivation simple qui utilise une tubulure (1), en té, permettant le raccordement d'une canalisation souple (ici prévue d'un diamètre inférieur à celui de la canalisation principale), sur une canalisation principale. Ladite tubulure interne (1), en té. est munie de cannelures circonférentielles (4) qui favorisent l'accrochage mécanique des canalisations principales ou de la dérivation sur ladite 5. 5 tubulure interne (1). Le nombre, la forme, la profondeur et la disposition desdites cannelures (4) sont bien évidemment adaptable_ --n fonction des modules des mélanges à base de caoutchouc, renforc.s ou nin, qui constituent les canalisations souIples raccordé-es, pour assurer la meilleure liaison mécanique. 259 6 133 Lc. t'ubul ure:S inte.rnes rigi des (1) peuvent prendre des- formes plus. cmp]e:J.e-,.non rcprêsente-es) - telles quL-e Y pour réaliser kune dér ivaEtioGn simple non perpendiculaire à la canalisation sou2le princ.palie Cu X pour réaliser des dérivations multiples - et pLpeuvent 'tre munies ou non des cannelures (4) et de la collerette (2). Pour améliorer encore lafiabilité du raccordement, iI est possible d'utiliser une liaison adhésive entre la tubulure interne (1) et les etrd-mits des canalisations souples principales ou 10 de dérivation qui v sont montées. La vue 3 illustre différentes applications du dispositif de raccordement objet de l'invention. La vue Za montre l'utilisation à un simple dispositif de purge. Les canalisations souples (ici de m-me diamrtre) (5) sont moniS5 tées èau' e.:tr-.mitês de Ia tubu].ure droite:1) comportanit le dispositif de pul-rgs (3)., jusqu'à venir buter sur la collerette (2). Apr es mise en place, par le procédé d' injection du polymère rétractable précédemment décl-it, de li'élment d'enveloppage externe (6), la contraction dudit polymère rttrcctable vient assurer le fretta-4e de la paroi des canalisations souples (5) dans les zones FF', en comprimant ladite paroi entre la tubulure interne riqide (1) et l'élément d'enveloppage externe (6). La vue 3b montre l'application du dispositif de raccordement à la réalisation d'une dérivation simple. Les canalisations sou25 ples principales et de dérivation (5) sont montées sur les branches correspondantes de la tubulure interne rigide (1), en té, jusqu'à venir buter sur les collerettes (2). L'élément d'enveloppage externe (à) est alors moulé dans les conditions décrites précédemment pour venir fretter les parois Z0 des extrémités des canalisations souples (5) contre la tubulure interne rigide (1). Dans la réalisation illustrée, ladite tubulure interne (1), en té, comporte des cannelures (4) améliorant la liaison mêcanique avec les extrémités des canalisations souples (5) principales et de dérivation. La vue Zc montre l'application du dispositif de raccordement à une dérivation multiple. Les extrémités des canalisations souples principales ct de dérivation (5) sont montées jusqu'à la collerette (2) des clifférentes branches de la tubulure interne riQide- 1), er, fci-rme de X qui ctomporte des cannelures (4) de liaison m'-can i ue. Comnoe dans lEs vues précédentes, 1' él émert d'enveloppaqe externe (6) vient alors fretter les parois des extrtémités des canalisations souples (5) contre la tubulure in5 terne riqide (1). Dans la variante illustrée. il a été ajouté un adhésif (7) entre la tubulure interne rigide (1). en X, et le rev'tement interne des extrémités des canalisations souples (5). ainsi qu'un adhésif (7) entre l'élément d'enveloppage externe (6) et le revete10 ment extdérieur des extrémités des canalisations souples (5), ledit adhésif pouvant 'tre identique en composition ou différent, selon la nature des mélanges à base de caoutchouc qui constituent les canalisations souples. La vue 3d illustre, de la mime maniere. l'application du dispo15 sitif de raccordement au montage. dans la m'me zone, d'une dérivation et d'un dispositif de purge (3). La vue 3e reprcsente un dispositif de raccordement d'une canalisation souple (5) sur l'embout (8), qénéralement métallique, d'un appareil ou d'un organe de moteur, ledit embout (8) devant, 20 évidemment 'tre démontable pour etre inséré dans le moule avec l'extrémité de Ia canalisation souple (5). car il tient le rSle de tubulure interne. I1 est évident, pour l'homme de l'art, que les différentes variantes précédemment décrites telles que la présence des canne25 lures (4), de la collerette (2), l'utilisation d'adhésif (7) entre le rev'tement interne des extrémités des canalisations souples (5) et la tubulure interne (1) et/ou entre le rev'êtement externe des e;,trémités desdites canalisations souples (5) et l'élément e:x:térieur d'enveloppage (6) peuvent 'tre utilisées de 30 manière isolée ou en combinaison sur les différentes formes de raccordement et de branchement simples ou multiples. En conclusion, le procédé de réalisation du dispositif de raccordement et/ou de branchement de canalisations souples objet de l'invertion présente les avantages suivants: - il n'a-ffecte pas la résistance intrinsèque de la canalisation souple principale, puisqu'il n'exige aucun perçage, - il est facile à mettre en oeuvre et ne requiert pas de matéiEl particulier puL;isquL(il uLtilie des machines de transformation classiques de l'industrie des polymères, - 9 _2596133 -- il eL.-t t rconome En termps en énerqi e et n immrobilisation d 'outi:I c.,ci:, puisque s-.a dLure est très courte par- rappor-t A celle ci uri sur'mculaqc de caEaoutchouc, - qr'ïce cu frettaqe, il s'adapte aux tolérances de fabrication d-es canalisations souples elles-m,'mes, puiscQu'une différence d'épaisseur de la paroi peut 'tre compensée par 1'injection du volume correspondant du polymère retractable, - il assure la sécurité du personnel et du poste de travail, er, évitant la manipulation de solvants dangereux, 1) - enfin, il réduit considérablement la nécessité et le nombre des crontr8les nécessaires sur les canalisations souples à branchement, apportant une économie de temps et de personnel En effot, pour que puisse se produire le frettage de la paroi des canalisations souples, il est nécessaire que le remplissage du 15 moule s'opre sans manque de matière. Cette qualité du remplissagte peut 't.rte. verifiée par un simple contrSle visuel, un mauvais remplissaQe se traduisant, immanquablement, par des défauts. do surface ou de forme. Cet élément de réduction des co.its de contrSle devient important lorsque l'on sait que, pour les con20 duits de fluides des véhicules, par exemple, les cahiers des charges imposent des essais de plusieurs milliers de cycles en pression et sans pression sur l.es canalisations souples à dërivations. Quant au dispositif de branchement et/ou de raccordement, il 25 offre les avantages suivants: - il autorise la réalisation de dérivations ou la pose de systèmes de purge dans des zones m'me éloignées de leextrémité de la canalisation souple, - il permet le branchement de dérivations meme si les diamètres 30 sont égaux à ceux des canalisations souples principales, - il permet de placer le système de purge dans la zone m'me de la ddrivation, il offre la possibilité de raccorder des canalisations souples, principales ou de dérivation, réalisées dans des matériaux 35 de natures différentes, par exemple pour résister à des environnemenrits d'agressivités différentes tels que chaleur et huile ou graisses, par exemple. il est évident pour le formulateur de mélanges à base de caoutchouc qu'un optimum technico-économique - 1.: ne peut 'tre attci nt par l'empl.i d'un mele ne unique devant satisfaire, dans des zo-nes voisines, au.: contraintes thermiiqLtues, d'-nami ues et chimiques. Mais le polvymrriste sait aussi que tous l'es matériaux: ne sont pas compatibles entre eux et qu'il est S parfois impossible d'assurer une liaison adhésive fiable entre de u: mélanQes:. L'utilisation du dispositif de raccordement objet de l'invention apporte alors une solution à ce problème,. - il aqit comme un ensemble de colliers de serrage multiples des parois de canalisations souples sur une tubulure rigide, mais 10 sans possibilité de glissement et contribue, de ce fait, à la sécurité des branchements sur les mrachines ou les organes du moteur, - il apporte, par la quElitê du matériau et du fini de surface un.élément d'esthétique que n'offre pas l'aspect de consolida15 tion, plus ou moins efficace, des dispositifs antérieurs, - enfin, et surtout, il présente un caractère de fiabilité non atteint jusque là, meme sans interposition d' adhésif entre les canalisations souples et, d'une part la tubulure interne et/ou, d'autre part, l'.ulément d'enveloppage externe. En effet, des essais ont permis de mettre en évidence qu'une force d'arrachement de plus de 80 daN était nécessaire, à tempeérature ambiante, pour séparer une canalisation d'un diamètre de 20 millimètres, non adhêrisée, du dispositif de raccordement. L'hommfrie de l'art peut, bien entendu, apporter au procédé et au 25 dispositif décrits précédemment ainsi qu'à leurs applications illustrées à titre d'exemples non limitatifs, diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. - 1t 1OREVEND I CAT IONSJ 1i') FProcédé de r-,alisati.on d'un dispositif de raccordement et/ou de branchement de canai].isations scouples de circuits de fluides, par *des moYens connus tels que le moulage à injection de matériaux po].ymériques, caractérisé en ce qu'il assure un frettage des parois des extrémités des canalisations souples (5) entre une tubulure interne rigide (1) et un élément d'enveloppage externe (6), r'ce à l'emploi d'un polymère dont la contraction au cours du refroidissement de la matière après traitement thermique est au moins égal à i %, ledit polymère venant se contracter 10 sur la zone de branchement et/ou de raccordement. 2 ) Dispositif de raccordement et/ou de branchement de canalisations souples de circuits des fluides caractérisé en ce qu'il compr-end une tubulure interne rigide (1) et un él ément d'enveloppaqe externe (6) entre lesquels sont frettées les extrémités 15 de canalisations souples (5) et qu'il est réalisé selon un procédé conforme à la revendication 1. 3O) Disoositif de raccordement et/ou de branchement de-canalisations souples, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tubulure riqide interne (1) est munie de cannelures (4) des20 tinées à accr'itre le frettage des parois des extrémités de canalisations souples (5) par un accrochage mécanique. 4-) Dispositif de raccordement et/ou de branchement de canalisations soup] es, selon l'une des revendications 2 ou 3, caractêrisé en ce que le frettage des parois des extrémités de canalisa25 tions souples (5) entre la tubulure interne rigide (1) et l'élément d'enveloppage e,.terne (6) est renforcé par l'emploi d'un adhésif (7) disposé entre le rev'tement intérieur des extrémités des canalisations souples (5) et ladite tubulure interne (1). ) Dispositif de raccordement et/ou de branchement de canalisa30 tions souples, selon l'une des revendications 2 à 4, caractérise en ce que le frettaqe des parois des extrémités de canalisations souples (5) entre l7a tubulure interne riqide f1) et l'élément d'enveloppaqe externe (6) est renforcé par l'emploi d'un adhésif 7) disposé entre le rev'tement extérieur des extrémités des Z5 canalisations souples S5) et ledit élément denveloppage externe -5). 2 5 9 6 1 3 3 - 12 6c i Di -.oi tif de racc:ordenment et/ cu de bra chement dce caial isatior,- zouplcú. s elron] 'une des r-evendications 2 à 5, car-act risé en ce que le matériau polm-rtique constituti fr de l'tl ment d'enveloppaQe externe, susceptible de se contrater de plus- de 1 % de 5 son 4paissEur irnitiale au cours du refroidissement, est un polyami de- 6- 6. ) Dispositif de raccordement et/ou de branchement de canaliIsations souples, selon l'une des revendications 2 à 6, caractéris5 on ce 4que la tubulzure interne (1) est rcaliste dans un matériau 1 cormposite résistant a la pression à des températures supêrieures 2(:2 0:' C. 8 Di-sosz itif de raccordement et/ou dei branchement de canilisationr osop]es, selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu-u la tubuiure interne (1) est rna.lise en pclyamiide 6-6 15 renforcée de fibres de verre courtes.