Brevet FR2654174A1 — publié le 19910510

La présente invention concerne une cartouche pour un robinet de mélange comportant une poignée de commande se déplaçant autour d'un point de pivotement dans lequel la force d'étanchéité entre les conduites d'eau de la cartouche et les conduits d'eau correspondants provenant du corps du robinet est obtenue par des éléments tubulaires qui comportent un élément à ressort élastique. Dans les robinets classiques à une poignée qui comportent des cartouches logées dans la cavité du corps, les passages de fourniture d'eau froide et d'eau chaude ménagés dans la base métallique du robinet forment un contre-alésage allongé pour le passage de l'eau dans la direction de la cavité renfermant la cartouche Un élément tubulaire d'étanchéité en élastomère et un ressort de sollicitation sont insérés dans le contrealésage Cet élément peut être allongé et ressembler à un tube Le tube exerce une force radiale sur les parois du contre-alésage le renfermant, et est sollicité par le ressort pour être en saillie sur le contrealésage au-dessus de la surface de la paroi de base de la cavité ménagée dans le corps Avec cette construction, lorsque la cartouche contenant le mécanisme à clapet pour la commande du débit est insérée dans la cavité du corps du robinet, les tubes en élastomère en saillie sur les contrealésages respectifs dans la base du corps sont maintenus en place par une surface en aboutement avant de la base de la cartouche autour des entrées de cette même cartouche La valeur du déplacement permis pour les tubes en caoutchouc sollicités par le ressort est suffisante pour compenser les variations prédites de la distance entre la base de la cartouche et la base du corps du robinet par suite soit des tolérances de fabrication soit de changements dans les dimensions des pièces dus à la dilatation thermique. Les robinets de mélange de construction classique présentent certains inconvénients Tout d'abord, le robinet nécessite une formation précise des contre- alésages créés dans la base du corps pour recevoir les tubes en caoutchouc pour le placement de la cartouche. 2 2654174 Alors que la formation du contour de cette base n'est pas difficile, les parois cylindriques des contre-alésages doivent subir une opération de finition faite avec précision pour assurer l'étanchéité radiale des tubes en caoutchouc Cette opération de finition peut être difficile sur le plan technique et être chère En second lieu, l'assemblage des tubes en caoutchouc et des ressorts dans les contre-alésages est une opération délicate et difficile, car les contre-alésages se trouvent à la base de la cavité du corps du robinet et par conséquent, il y a une mauvaise accessibilité pour procéder à une mise en place facile des ressorts et des tubes en caoutchouc La réparation et le remplacement ultérieurs des tubes en caoutchouc sont également des opérations difficiles. On a donc besoin d'un robinet de mélange ayant une cartouche et éliminant le recours à des travaux difficiles et coûteux, toutes les difficultés d'assemblage, de démontage et d'inspection des éléments d'étanchéité des robinets classiques de mélange à cartouche. Selon la présente invention, un passage d'eau ménagé dans la base de la cartouche comporte un contre- alésage qui débouche vers la surface extérieure de la base de la cartouche Un élément tubulaire d'étanchéité en élastomère est placé dans le contre-alésage de la cartouche et maintenu en place de façon à être en saillie sur le fond de la cartouche pour buter contre ladite extrémité de la cavité ménagée dans le corps du robinet. La base de la cavité formée par le corps métallique du robinet pour loger la cartouche nécessite seulement une opération d'usinage lisse qu'on peut facilement éxécuter L'élément tubulaire d'étanchéité contenu dans le contre-alésage de la base de la cartouche bute à l'avant contre la surface lisse de la base du corps du robinet alors que la cartouche est insérée dans la cavité pré-formée dans le corps du robinet Le travail effectué sur les contre-alésages pour les tubes placés dans la base de la cartouche ne présente aucune difficulté à cause de l'accessibilité immédiate à ces derniers De plus, 3 2654174 une étape supplémentaire n'est même pas nécessaire de façon générale car la cartouche est constituée d'un matériau plastique et peut être moulée en une pièce avec les contre- alésages Les contre-alésages sont facilement accessibles à l'extrémité de la cartouche lorsqu'elle est sortie de la cavité, ce qui rend extrêmement facile toute opération ultérieure d'insertion ou de démontage des éléments tubulaires d'étanchéité en élastomère De plus, chaque fois qu'on enlève la cartouche du corps du robinet, les éléments tubulaires sont en saillie sur les contre-alésages et peuvent être facilement inspectés même si on ne les enlève pas des contre-alésages. Dans l'application de la présente invention, on peut utiliser des éléments tubulaires d'étanchéité en élastomère qu'on emploie généralement dans les robinets de mélange Les éléments d'étanchéité en élastomère ont un corps tubulaire avec une extrémité limitée qui définit un épaulement pour venir en aboutement avec l'extrémité d'un ressort hélicoïdal inséré dans le corps tubulaire Il est également possible d'employer un corps tubulaire en élastomère qui fournisse sa propre force de sollicitation d'une intensité suffisante pour assurer l'élasticité grâce à laquelle la compression est assurée Dans ce cas, le ressort qui charge les joints est constitué des joints eux- mêmes En outre, il est possible de conférer aux éléments d'étanchéité en élastomère une forme telle que la pression de l'eau les traversant ait tendance à les déformer et à provoquer leur sollicitation contre le corps du robinet avec une force suffisante pour créer un joint efficace. En variante, on peut constituer un élément tubulaire d'étanchéité avec un matériau suffisamment rigide et lui ajouter des joints toriques déformables tendant à rendre radialement étanches les contre-alésages dans la cartouche et à être en aboutement avant avec la base de la cavité du corps du robinet L'élément élastique pour solliciter l'élément d'étanchéité peut être un ressort hélicoïdal ou être constitué d'un coupleur élastique en élastomère Dans ce dernier cas, le coupleur peut être 4 2654174 réalisé de façon que la pression de l'eau régnant dans son intérieur ait tendance à le déformer, augmentant avantageusement la pression de sollicitation qui est appliquée à l'élément d'étanchéité et fournit la force de compression frontale d'étanchéité agissant contre l'extrémité de la cavité. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue segmentée d'un corps de robinet renfermant une cartouche selon un mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une élévation de côté d'un joint en élastomère représenté en figure 1; La figure 3 est une vue en plan de dessus de la plaque fixe représentée en figure 1; La figure 4 est une vue partielle et segmentée de la partie inférieure du corps du robinet, représentant un second mode de réalisation de l'invention; La figure 5 est une vue partielle et segmentée de la partie inférieure du corps du robinet, représentant un troisième mode de réalisation de l'invention; La figure 6 est une vue partielle et segmentée de la partie inférieure du corps du robinet, représentant un quatrième mode de réalisation de l'invention; et La figure 7 est une vue partielle et segmentée de la partie inférieure du corps du robinet, représentant un cinquième mode de réalisation de l'invention. Comme représenté en figure 1, le robinet comporte un corps métallique 1, dans l'intérieur duquel est ménagée une cavité ou chambre 2 pour renfermer une cartouche Des passages 4 et 5 pour l'alimentation en eau chaude et en eau froide sont pratiqués dans le corps 1 et présentent des extrémités dans la base 3 de la chambre 2 Une chambre annulaire 6 est placée de manière à recevoir l'eau mélangée en provenance de la cartouche et à la guider jusqu'à un bec (non représenté) comme cela est classique. Le corps 1 est fermé par un chapeau à vis 8 qui bute contre 2654174 lui et le rend étanche au moyen d'un joint torique élastique 7. La cartouche comprend un logement en tête 9 avec une base 10 et des passages 11 et 12 pour l'entrée d'eau chaude et d'eau froide Un passage 13 sert de sortie pour l'eau mélangée provenant du logement 9 de la cartouche et allant à la chambre annulaire 6 Une plaque fixe 16 en matériau dur tel qu'en plastique rigide ou en céramique est montée dans l'intérieur de la base 10 de la cartouche et est fixée par une vis 21 Un joint 22 est placé au-dessous de la plaque 16 en compression La plaque fixe 16 a ses passages inférieurs 17 et 19 pour l'entrée d'eau froide et d'eau chaude en alignement avec les passages 11 et 12 de la base l O A leur niveau supérieur, les passages 17 et 19 conduisent à des cavités 18 et 20, respectivement, pour la distribution de l'eau en coopération avec une plaque mobile 23 en matériau dur La plaque 23 se trouve au-dessus de la plaque fixe 16 et peut être déplacée par translation et rotation au moyen d'un guide 24 dans une bague rotative d'entraînement 25 entre certaines limites définies par le logement 9 Un demi-palier inférieur 26 relié au logement 9 est supporté contre le chapeau 8 du corps 1 et forme un demi-siège pour une bille de pivotement 27 A partir de la bille 27 s'étendent un bras intérieur 28 qui travaille contre le guide 24 et un bras extérieur 29 qui est relié à une poignée de commande 30 Le siège pour la bille 27 est complété par un demi-palier supérieur 31 monté dans le chapeau 8 du corps du robinet qui exerce une force de compression au moyen d'un joint 32 rendant étanches le demi-palier 26 et la bille 27. La poignée de commande bidirectionnelle 30 permet le déplacement du guide 24 qui provoque le mouvement de translation et de rotation de la plaque mobile 23, d'o l'ouverture sélective des cavités 18 et 20 de la plaque fixe 16 dans des proportions différentes et la possibilité de passage de quantités diverses et de certaines proportions d'eau froide et d'eau chaude, le mélange sortant alors du robinet De cette façon, on obtient la 6 2654174 commande du débit de l'eau mélangée et de la proportion du mélange entre l'eau froide et l'eau chaude. La structure du robinet et de la cartouche qu'on décrit et illustre ici ne doivent être considérées qu'en termes d'explication de la possibilité d'application de l'invention, laquelle n'est en aucune manière limitée à la forme du robinet ou de la cartouche ainsi décrite Au contraire, l'invention peut s'appliquer en général à toute cartouche pour robinet de mélange du type dans lequel la force de compression pour l'étanchéité entre le passage des conduits d'eau dans la cartouche et les conduits correspondants dans le corps du robinet est assurée par des éléments d'étanchéité et un moyen de sollicitation à ressort. Dans l'application de la présente invention, des contre-alésages 14 et 15 sont situés dans la base 10 du logement 9 de la cartouche qui correspondent aux passages d'entrée 11 et 12 pour l'eau chaude et l'eau froide lorsque la cartouche est insérée dans la cavité 2 au-dessus des passages d'alimentation 4 et 5 du corps 1 Dans les contre- alésages 14 et 15, un élément d'étanchéité 33 est accouplé à un ressort métallique en spirale 36 L'élément 33 est en matériau élastomère et a une forme tubulaire qui est limitée à l'extrémité inférieure, formant un épaulement 34. Le ressort 36 est comprimé entre l'épaulement 34 de l'élément 33 et la base supérieure des contre-alésages 14 et 15 et par conséquent sollicite l'élément 33 vers la surface 3 de la cavité Les contre-alésages 14 et 15, le ressort 36 et l'élément 33 sont dimensionnés de façon que, au repos, l'épaulement inférieur 34 de l'élément d'étanchéité 33 soit axialement en saillie sur la base 10 de la cartouche Comme représenté en figure 2, l'élément 33 comporte une nervure en anneau 35 qui dans son état de montage représenté en figure 1 devient imperceptible car il comprimé contre la paroi du contre-alésage 10, 11 La nervure 35 bute par friction contre les parois latérales des contre-alésages 14 et 15 et crée un joint avec elles. 7 2654174 Lorsque la cartouche 9-26 est insérée dans la cavité 2 du corps 1 du robinet, l'élément 33 a son extrémité inférieure 34 en butée étanche avec la surface 3 de l'extrémité inférieure de la cavité 2 qui est alignée autour des passages 4 et 5 et sollicitée par les ressorts respectifs 36 De cette manière, le passage 4 du corps 1 est relié fluidiquement au passage 11 de la base 10 de la cartouche,et le passage 5 du corps 1 est relié fluidiquement au passage 12 de la base 10 de la cartouche, les éléments d'étanchéité 33 empêchant les fuites latéralement vers l'extérieur des passages 4, 5 et 10, ll.En même temps, la force du ressort 36, en plus de la pression hydraulique agissant dans la base 10 des contre- alésages 14 et 15, sollicite l'ensemble de la cartouche contre le couvercle 8, maintenant une pression de compression sur ses composants dont la plaque fixe 16 et la plaque mobile 23. On remarquera qu'il n'est pas nécessaire que le ressort 36 exerce une force élevée, mais qu'il doit simplement assurer une force de compression convenable des éléments d'étanchéité 33 en l'absence de pression agissant contre la surface inférieure 3 de la cavité 2 Lorsqu'il y a fourniture de la pression d'eau, celle-ci agit en partie sur les éléments d'étanchéité 33 sur précisément une surface égale à la différence entre la surface maximum en coupe transversale de l'élément d'étanchéité et la surface de l'ouverture de l'épaulement 34 La force résultante s'ajoute à la force de sollicitation du ressort d'une façon telle que la force de compression augmente sur l'extrémité 3 de la cavité 2 sur une base égale avec l'augmentation de la pression et cela a pour effet que la force totale nette est convenable à tout instant. On remarquera immédiatement en observant la figure 1 que la construction de la présente invention satisfait les problèmes soulevés par la technique antérieure De fait, l'extrémité 3 de la chambre 2 du corps 1 du robinet ne nécessite rien de plus qu'une simple opération d'usinage lisse Les contre-alésages 14 et 15 sont 8 2654174 formés facilement et sont immédiatement accessibles lorsque la cartouche n'est pas insérée dans la cavité du robinet. Le montage et le démontage des éléments d'étanchéité 33 et des ressorts 34 dans les contre-alésages 14 et 15 de la base 10 de la cartouche sont extrêmement faciles lorsque celle-ci est enlevée du corps 1 du robinet En outre, les sections 34 à épaulement des éléments 33 peuvent être inspectées lorsque la cartouche est extraite de la cavité 2 et peuvent être facilement remplacées, si nécessaire, dans les contre-alésages 14 et 15 respectifs. La figure 4 décrit un élément d'étanchéité 37 qui est construit dans le but d'éliminer le ressort 36 représenté en figure 1 qui est associé à l'élément 33. L'élément 37 est en matériau élastique et s'étend jusqu'à l'extrémité du contre-alésage respectif située dans la base 10 de la cartouche Il présente une élasticité suffisante pour produire la force de sollicitation nécessaire pour la compression frontale contre l'extrémité 3 de la cavité 2 renfermant la cartouche L'élément 37 s'étend jusqu'à l'extrémité du contre-alésage ménagé dans la base de la cartouche, et lorsqu'il est soumis à une compression, assure un joint non seulement à l'avant contre la base du contre-alésage mais également dans le sens radial contre les parois cylindriques de celui-ci. La figure 4 montre comment il est possible d'avoir un élément d'étanchéité 37 qui pénètre les cavités présentées par la base 3 de la chambre 2 afin d'éviter une rotation accidentelle de la cartouche Le contre-alésage dans l'extrémité 3 de la base n'entraîne pas un coût supplémentaire important car ce contre-alésage recevant l'élément 37 ne nécessite aucune précision dans son diamètre ou dans ses interfaces, ni ne requiert une précision de ses parois périphériques, mais doit simplement présenter une base frontale lisse Dans le cas o la rigidité du matériau élastique de l'élément n'est pas suffisante pour empêcher la rotation de la cartouche, il est possible de former une extension de la cartouche à partir des collerettes entourant les éléments 37 pour les 9 2654174 recevoir en partie dans les contre-alésages de la base 3 de la cavité 2. Selon la figure 5, des éléments élastiques 38 agissent, en principe, comme ceux de la figure 4, avec la caractéristique supplémentaire que leurs parois sont incurvées dans la direction de leur intérieur La pression hydraulique qui se stabilise dans l'élément 38 provoque une flexion radiale des parties en arc de ses parois, produisant une force qui a tendance à allonger sa distance entre la base 10 de la cartouche et la base 3 de la cavité 2 De cette façon, la force élastique est avantageusement augmentée pour stabiliser la force de compression frontale entre les éléments 37, la base 10 et l'extrémité 3 du corps 1. La figure 6 montre comment les éléments élastiques 33 de la figure 1 peuvent être remplacés par des tubes 43 en matériau sensiblement rigide comportant des joints toriques en élastomère élastique Un joint torique 44 est placé frontalement de manière à stabiliser la tension avec la base 3 de la chambre 2 renfermant la cartouche, et un joint torique 45 est placé périphériquement de manière à créer un joint par rapport aux parois cylindriques des contre-alésages 14 ou 15 La force de sollicitation chargeant le tube 43 est assurée par un ressort métallique en spirale 36, comme celui de la figure 1. Les cas tels que ceux qu'on décrit ici, dans lesquels les éléments tubulaires d'étanchéité sont constitués de matériaux sensiblement rigides conviennent plus particulièrement pour éviter une rotation accidentelle de la cartouche,pénétrant dans le contre- alésage de l'extrémité 3 de la chambre 2 comme représenté en figure 4. Le ressort hélicoïdal métallique 36 de la figure 6 peut être remplacé par un tube en élastomère élastique qui travaille, au point de vue de son élasticité, d'une façon analogue à l'élément 37 de la figure 4 Le tube peut avoir ses parois incurvées vers l'intérieur, comme 2654174 illustré en 46 de la figure 7, et la pression hydraulique agissant sur l'intérieur des tubes 46 fait fléchir la partie en forme d'arc vers l'intérieur de ces parois dans la direction radiale de l'extérieur, d'o la production d'une force qui a tendance à solliciter la base 10 de la cartouche pour l'éloigner de la base 3 de la cavité 2 De cette façon, la force élastique est accrue avantageusement, qui assure la force de compression frontale du tube pour solliciter la cartouche et assurer une étanchéité convenable. On a indiqué que la pression hydraulique, appliquée au dispositif de la présente invention, exerce une poussée utile sur la cartouche pour maintenir ses parties internes en contact sous une pression convenable. Contrairement aux modes de réalisation précédents qui incorporent ce principe, la présente invention obtient cet effet sans nécessiter les travaux coûteux nécessaires de finition de la cavité dans le corps. Si les modes de réalisation illustrés n'ont prévu que deux passages pour l'entrée de l'eau froide et de l'eau chaude dans la base 10 de la cartouche et l'extrémité 3 du corps du robinet, alors que l'eau du mélange quitte le robinet sans revenir à la base 10 et à l'extrémité 3, on doit reconnaître que la présente invention s'applique également au cas o il y a aussi dans la base un ou plusieurs passages de retour pour la sortie du mélange d'eau En outre, dans les cas o les éléments tubulaires d'étanchéité sont prédisposés de façon à exercer une force de sollicitation frontale que ce soit sur le corps du robinet ou sur la cartouche (comme cela est le cas des figures 4 et 5), les contre-alésages ménagés dans la base de la cartouche peuvent s'étendre à travers la plaque fixe, et les éléments d'étanchéité pourraient alors être réalisés de façon à appuyer directement contre la surface inférieure de la plaque fixe, évitant d'avoir à insérer un joint entre la plaque fixe et la base de la cartouche. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle il 2654174 est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 12 2654174 REVENDICATIONS 1 Cartouche ( 9-26) pour robinet de mélange ayant une poignée de commande se déplaçant autour d'un point de pivotement, dans lequel les passages ( 11, 12) de l'eau à l'intérieur de la cartouche et les passages correspondants ( 4, 5) pour l'eau à l'intérieur du corps ( 1) du robinet sont en alignement et rendus étanches les uns par rapport aux autres, respectivement, par des éléments tubulaires de liaison qui sont sollicités par des moyens élastiques, caractérisée en ce que: les passages d'eau à l'intérieur de la base de la cartouche comprennent un contre-alésage ( 14; 15) qui débouche sur la surface extérieure de la base de la cartouche, et en ce que les contre-alésages contiennent un élément tubulaire de connexion ( 33) renforcé par un moyen élastique ( 36) de façon à être quelque peu en saillie par rapport à la cartouche et pouvoir être en butée frontale contre une surface du corps. 2 Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que l'élément tubulaire est constitué d'un élastomère élastique et définit un corps tubulaire avec une extrémité limitée ( 34) définissant un épaulement pour venir en aboutement de support avec un ressort hélicoïdal ( 36) inséré dans l'intérieur du corps tubulaire et constituant le moyen élastique qui charge l'élément tubulaire contre la surface du corps. 3 Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que l'élément tubulaire en élastomère élastique ( 33) s'étend jusqu'à la base des contre-alésages respectifs ( 14, 15) et présente de lui-même une élasticité suffisante pour assurer une sollicitation élastique grâce à laquelle une force de compression est obtenue, constituant de cette manière un moyen élastique pour charger l'élément tubulaire. 4 Cartouche selon la revendication 3, caractérisée en outre en ce que l'élément tubulaire élastique ( 38) est constitué de parois en forme d'arc dirigé vers l'intérieur et vers elle-mêmes d'une façon 13 2654174 telle que la pression de l'eau les traversant fait fléchir les parois radialement vers l'extérieur et augmente la force élastique entre la cartouche et le corps du robinet de mélange. 5 Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que l'élément tubulaire ( 43; 46) est constitué d'un matériau sensiblement rigide avec un anneau en élastomère ( 45) interposé radialement entre lui et le contre-alésage et un second anneau en élastomère ( 44) à l'extrémité en saillie du tube, et est monté de façon à être en aboutement étanche avec la surface du corps. 6 Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que l'élément tubulaire est constitué d'un matériau sensiblement rigide avec un anneau en élastomère interposé radialement entre lui et le contre- alésage et un second anneau en élastomère est placé à l'extrémité en saillie du tube et monté de manière à être en aboutement étanche avec la surface du corps. 7 Cartouche selon la revendication 6, caractérisée en outre en ce que le moyen élastique comporte un manchon en matériau élastomère, interposé axialement entre l'extrémité intérieure du tube et l'extrémité intérieure du contre-alésage.