Brevet FR2663392A1 — publié le 19911220

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour un organe fixe, monté dans un logement et percé d'un orifice servant de siège à un organe mobile, et son application à un clapet anti-retour. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'étanchéité pour un organe fixe monté dans un logement, percé d'un orifice servant de siège à un organe mobile et comprenant une garniture d'étanchéité annulaire fixée à l'organe fixe. De tels dispositifs d'étanchéité sont connus, mais ces segments connus présentent des inconvénients. Les documents US-A-2 216 622, US-A-2 503 424, FR-A-2 234 500 et FR-A-2 367 236 décrivent chacun au moins un clapet de non retour pouvant servir de dispositif d'étanchéité. Les clapets décrits dans ces documents sont constitués de plusieurs pièces, un obturateur maintenu ou déplacé par la pression d'un ressort venant fermer l'ouverture d'un cylindre creux fixé par un filetage à un alésage cylindrique Les clapets réalisés selon l'un des documents US-A-2 216 622, US-A-2 503 424, FR-A-2 234 500 et FR-A-2 367 236 ne permettent pas l'utilisation comme garnitures de joints toriques, car il est impossible d'obtenir une bonne étanchéité en combinant un vissage et un joint torique. En conséquence, il est nécessaire de prévoir la fabrication d'un joint spécial adapté à la configuration particulière de ces clapets. De plus, le montage des différentes pièces est difficile, le vissage imposant un problème de vrillage. Pour remédier à ce problème, des lumières ont été percées à travers la paroi du cylindre, mais cela complique encore la fabrication par des opérations supplémentaires importantes par rapport à la dimension d'un de ces clapets ou de son coût. Le document JP-A-59 37 375 décrit un dispositif comprenant un organe fixe, permettant de réduire le débit d'un liquide par le déplacement d'un organe mobile. L'organe fixe est maintenu par encliquetage, ce qui implique un moulage avec contre-dépouille à force. Ce mode de fixation ne permet pas d'obtenir un emboîtement parfait et ne permet donc pas d'assurer une étanchéité. De plus, il n'est pas possible d'utiliser un joint pour essayer d'obtenir une étanchéité malgré les défauts de l'emboîtement. En effet, l'encliquetage serre les deux pièces l'une contre l'autre, le joint placé entre les deux pièces se retrouve trop comprimé ou ne tient pas. Il serait possible d'imaginer comme moyen d'assemblage de la colle à la place de l'encliquetage ou du vissage, mais il ne s'agit pas encore d'une solution permettant d'assurer une étanchéité pour les raisons suivantes La colle présente le défaut de présenter une mauvaise tenue à la vapeur et entraîne le risque de se répandre ailleurs que dans les endroits prévus, ce qui provoque beaucoup d'inconvénients. Le document FR-A-2 425 591 décrit un clapet constitué d'un corps venant en butée sur un organe de blocage maintenu par un rebord saillant. Ce dispositif, comme les dispositifs décrits dans les documents cités ci-dessus, ne permettent pas d'obtenir une étanchéité interne et externe. En effet, aucun de ces documents ne prévoit l'utilisation d'une garniture interne et d'une garniture externe. La garniture interne permettant d'assurer l'étanchéité entre l'organe fixe et l'organe mobile, la garniture externe permettant d'assurer l'étanchéité entre l'organe fixe et son logement. Il faut remarquer que tous ces clapets antérieurs à l'invention comprennent un organe fixe lié à une autre pièce fixe et un organe mobile lié, mais libre en translation ou en rotation à l'organe fixe et que l'étanchéité pour au moins une de ces deux liaisons, par clapet, n'est pas assurée. Il en résulte que pour n'importe lequel de ces clapets, l'étanchéité n'est pas assurée entre le clapet et son logement. La demande de brevet français nO 89-08078 (de la demanderesse) décrit un dispositif d'étanchéité pour un organe fixe, monté dans un logement et percé d'un orifice servant de siège à un organe mobile, une garniture d'étanchéité présentant à une face radiale interne des moyens d'étanchéité entre l'organe fixe et l'organe mobile et, à une face radiale externe des moyens d'étanchéité entre l'organe fixe et son logement. Ce dispositif, contrairement aux documents antérieurs, permet d'obtenir une étanchéité parfaite. Néanmoins, la fixation entre les pièces de l'organe fixe est obtenue au moyen de doigts verticaux ce qui oblige la fabrication de joints spéciaux. Aucun des documents ci-dessus ne précise les matériaux des différentes pièces des dispositifs d'étanchéité, car ils décrivent tous un assemblage complexe et donc compliquant la fabrication, ce qui entraîne de nombreuses opérations. La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité qui permet de s'affranchir de ces inconvénients et d'apporter divers avantages consistant essentiellement à obtenir une bonne endurance mécanique présentant une importante résistance à la corrosion et ne contaminant pas l'eau potable. Un autre but de l'invention est de rendre possible le soudage des pièces du dispositif par ultra-sons et de diminuer le nombre des opérations de montage lors de la fabrication. A cet effet, le dispositif d'étanchéité pour un organe fixe, monté dans un logement, percé d'un orifice servant de siège à un organe mobile et une garniture d'étanchéité annulaire fixée à l'organe fixe, se caractérise selon l'invention en ce que, l'organe fixe présente, à une face radiale interne, des moyens d'étanchéité entre l'organe fixe et l'organe mobile et, à une face radiale externe des moyens d'étanchéité entre l'organe fixe et son logement ; l'organe fixe et l'organe mobile sont fabriqués en matériau plastique. En effet, pour procéder à un soudage par ultra-sons, il est nécessaire que toutes les pièces soudées soient en matériau plastique. Dans le but de supporter la fatigue et les mouvements répétitifs provoqués par au moins quatre vingt mille cycles de pression et de contre-pression, les pièces composant le dispositif d'étanchéité selon l'invention, sont fabriquées en matériau plastique apte à supporter une pression de vapeur d'au moins 8,4 bars et une température d'au moins 1740C et une contre-pression statique d'eau de 16 bars à 200C. En vue d'éviter les pertes de charges sans effectuer une opération supplémentaire à la fabrication, telle qu'un perçage de lumières à travers la paroi d'un cylindre, l'organe fixe du dispositif d'étanchéité est monobloc. En outre, ledit organe fixe comprend une partie annulaire et, disposés cylindriquement, des montants parallèles liés à l'amont de l'organe mobile à une couronne présentant un épaulement à une extrémité. Afin de guider l'organe mobile par rapport à l'organe fixe, ce dernier est constitué de deux parties emboîtables l'une avec l'autre - une première partie constituée d'une pièce annulaire reliée par des montants à une couronne, laquelle présente à sa portion inférieure, une excroissance annulaire verticale prolongeant sa face radiale externe et un épaulement au niveau de sa face radiale interne. - un anneau sensiblement cylindrique présentant sur le pourtour de sa face radiale externe un épaulement supérieur destiné à recevoir l'excroissance annulaire verticale et une rainure circulaire sur sa face axiale supérieure. Afin de supprimer les problèmes d'orientation des pièces lors de l'assemblage entre elles et d'obtenir un emboîtement parfait en vue d'assurer une très bonne étanchéité, les différents organes du dispositif selon l'invention sont constitués de parties formées d'une pièce ou de plusieurs pièces soudées entre elles aux ultra-sons formant organes monoblocs. L'anneau présente un épaulement inférieur sur le pourtour de sa face radiale externe. Dans le but de faciliter l'approvisionnement et de simplifier la fabrication par l'utilisation de produit standard très facile à obtenir, le dispositif se caractérise en ce que l'étanchéité entre l'organe fixe et l'organe mobile est assurée au moyen d'un joint torique et en ce que l'étanchéité entre l'organe fixe et son logement est également assurée au moyen d'un joint torique. En vue de maintenir dans sa position la garniture disposée à l'intérieur de l'organe fixe pour éviter les risques de perte, la combinaison de l'épaulement de la couronne et de la rainure de l'anneau du dispositif, forme un logement pour le joint torique. Afin de simplifier le montage, le dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'un joint torique est logé dans l'épaulement de la face radiale externe de 1' anneau. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention - la Fig. 2 est une vue d'un exemple de réalisation d'un clapet anti-retour selon l'invention - la Fig. 3 représente une vue de dessus du clapet selon la Fig. 2 - la Fig. 4 est une vue en coupe partielle de la liaison n de l'organe fixe du dispositif selon l'invention - la Fig. 5 représente en coupe l'anneau de l'organe fixe du clapet selon la Fig. 2 - la Fig. 6 est une vue en élévation avec arrachement, de l'organe mobile du clapet selon la Fig. 2. Le dispositif comprend un organe fixe 1 de révolution, d'axe X-X' monté dans un logement 18, un organe mobile 2, coulissant à l'intérieur de l'organe fixe 1 et une garniture d'étanchéité 3. L'organe fixe 1, monobloc dans l'exemple de réalisation illustré Fig. 1, comporte une partie annulaire 4 située à l'aval de l'organe mobile 2 et des montants 5, parallèles, également répartis sur le pourtour de la partie annulaire 4. Chaque montant 5 est lié, à l'amont de l'organe mobile 2, à une couronne 10 qui présente sur sa face externe, à proximité de leur extrémité libre, un épaulement 6. Dans l'exemple de réalisation d'un clapet antiretour représenté Fig. 2, l'organe fixe 1 est constitué de deux parties soudées l'une à l'autre. La première partie 7, en aval de l'organe coulissant 2, comporte une partie annulaire 8 reliée par des montants 9 à une partie formant couronne 10 située à l'amont de l'organe coulissant 2. La couronne 10 présente une excroissance annulaire 11 prolongeant la face radiale externe de la couronne 10. La couronne 10 présente sur la circonférence de sa face radiale interne un épaulement dont le fond est en arc de cercle. La seconde partie est un anneau 14 sensiblement cylindrique dont la face interne se termine par un convergent 15 à bords arrondis. La partie supérieure de l'anneau 14, au regard de la partie 7, présente un épaulement 16. Ledit épaulement 16 coopère avec l'excroissance annulaire 11 dont est munie la première partie 7, pour former un emboîtement qui assure le positionnement entre l'anneau 14 et la partie 7. Sur sa face axiale supérieure en regard avec la partie 7, l'anneau 14 présente une rainure circulaire 17a débouchant vers le haut. Dans l'exemple de réalisation représenté, les montants 9 sont parallèles à l'axe X-X' et espacés d'un angle de 1200. Les surfaces intérieures des montants 9 sont contenues dans l'enveloppe d'un cylindre d'axe X-X' tandis que leurs surfaces extérieures délimitent l'enveloppe d'un autre cylindre d'axe X-X' de rayon supérieur à celui du premier cylindre. Les surfaces intérieures de l'anneau 14 délimitent l'enveloppe d'un cylindre de rayon inférieur à celui dont l'enveloppe est délimitée par les faces intérieures des montants 9 et la surface extérieure de l'anneau 14 appartient à l'enveloppe du cylindre délimitée par les surfaces extérieures des montants 9. L'organe mobile 2 est composé d'une tête 19 munie d'une tige coaxiale cylindrique 20. La tige coaxiale cylindrique 20 est entourée d'un ressort 21 travaillant à la compression dans l'exemple de réalisation représenté Fig. 2. Les garnitures d'étanchéité annulaires 3, d'axe X-X' présentent sur une face radiale interne des moyens d'étanchéité 23 entre l'organe fixe 1 et l'organe mobile 2 et, sur une face radiale externe, des moyens d'étanchéité 24 entre l'organe fixe 1 et son logement (non représenté). Dans les exemples de réalisation représentés Fig. 1 et 2, les moyens d'étanchéité 23 sont assurés à l'aide de joints toriques perpendiculaires par rapport à l'axe X-X' L'un des moyens d'étanchéité 23 de ces joints 3 est en contact avec l'organe mobile 2 lorsque celui-ci est en position de repos. Les moyens d'étanchéité 24 sont assurés à l'aide d'un joint torique travaillant à la compression La Fig. 3 représente vu de dessus le clapet selon l'invention représenté Fig. 2. La tige coaxiale cylindrique 20 traverse la partie annulaire 8 de la partie fixe 1. La partie annulaire 8 est maintenue par les montants 9 qui sont parallèles à l'axe X-X' et espacés d'un angle de 1200. Les montants 9 viennent faire trois bossages espacés d'un angle de 1200, sur la partie supérieure de la partie annulaire 8. La hauteur de ces bossages diminue en se rapprochant du méplat formant le sommet de la partie annulaire 8. il apparait clairement sur cette vue que la surface extérieure de la couronne 10 délimite la même enveloppe de cylindre que la surface extérieure des montants 9, la surface extérieure de la couronne 10 étant d'un rayon constant et faisant la circonférence du cylindre Dans l'exemple de réalisation représenté Fig. 4, l'anneau 14 est fixé à la couronne 10 par une soudure par ultra-sons , cette soudure étant rendue possible par le matériau plastique dont sont faits en totalité la couronne 10 et l'anneau 14. La soudure déplace de la matière entre la couronne 10 et l'anneau 14. La rainure 17a et l'épaulement 17 sont circulaires et parcourent toute la face respective des pièces où elles sont situées. La rainure 17a est fixée automatiquement par la géométrie de la couronne 10 et l'anneau 14 vis-à-vis de l'épaulement 17. La combinaison de la rainure 17a et de l'épaulement 17 forme un logement aux dimensions du joint torique 23 qui emprisonne ce dernier. Le joint torique 23 dépasse de son logement par une ouverture vers l'intérieur pour le laisser se décoller de son logement. La partie dépassant du joint torique 23 assure l'étanchéité interne par son contact avec la tête 19 de l'organe mobile. Le contact entre le joint 23 et la tête 19 forme un cercle. L'anneau 24 présente à sa partie extérieure inférieure un épaulement 6 d'une dimension permettant de loger un joint torique 24 de même dimension que le joint 23. Le joint 24, en butée sur chacune des deux faces de l'épaulement, assure l'étanchéité externe par la compression du logement (non représenté) du clapet selon 1' invention. L'anneau 14 représenté avant son montage sur le clapet à la Fig 5 présente un angle vif entre sa face supérieure et l'épaulement 16 car la matière plastique n'est pas encore déplacée par la soudure. La face extérieure 12 forme une protubérance radiale externe entre les épaulements 16 et 6. La face interne présente une portion supérieure et une portion inférieure délimitées par une arrête. La portion supérieure est inclinée de trente degrés vers l'intérieur en se déplaçant de la partie supérieure vers la partie inférieure par rapport à un cylindre d'axe X-X' et, la portion inférieure est inclinée de cinq degré vers l'extérieur lors du même déplacement et par rapport au même cylindre. La portion inférieure se termine par un convergent 1 5. La rainure 17a de la face supérieure présente en coupe la forme d'un arc de cercle, le centre de ce cercle étant situé à l'extérieur de l'anneau 14 dans une direction perpendiculaire à la face supérieure. La Fig. 6 illustre l'organe mobile 20 dans une vue en élévation partiellement arrachée. L'organe mobile est formé d'une tige coaxiale cylindrique 20 et d'une tête 19. L'extrémité centrale de la tête présente la forme d'une portion de sphère dont le centre se situe sur l'axe X-X' dans la tige 20. La portion de sphère 19 se prolonge par une partie 28 conique destinée à venir en butée sur la garniture d'étanchéité interne (non représentée). La partie 28 se prolonge par une partie cylindrique 27 parallèle à l'axe X-X' et servant de guide à l'organe mobile lors de son déplacement en translation. La tête 19 présente également une rainure interne 30 prolongeant la tige 20 et formant un logement l'extrémité d'un ressort entourant la tige 20. L'invention présente les avantages suivants - le dispositif appliqué à un clapet anti-retour permet la fabrication dlun clapet simple et présentant de grandes capacités de résistances mécaniques - le coût d'un clapet anti-retour muni du dispositif d'étanchéité selon l'invention est faible. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'étanchéité pour un organe fixe monté dans un logement, percé d'un orifice servant de siège à un organe mobile et au moins une garniture d'étanchéité annulaire fixée à l'organe fixe, caractérisé en ce que l'organe fixe (1) présentant à une face radiale interne des moyens d'étanchéité (23) entre l'organe fixe (1) et l'organe mobile (2) et, à une face radiale externe des moyens d'étanchéité (24) entre l'organe fixe (1) et son logement (18), l'organe fixe (1) et l'organe mobile (2) sont fabriquées en matériau plastique. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces composant le dispositif d'étanchéité sont fabriquées en matériau plastique apte à supporter une pression de vapeur d'au moins 8,4 bars et une température d'au moins 1740C. 3.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces fabriquées en matériau plastique sont aptes à supporter une contre-pression statique d'eau de 16 bars. 4.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe fixe (1) est monobloc et comporte une partie annulaire (4) et, disposés cylindriquement, des montants parallèles (5) liés à l'amont de l'organe mobile (2) à une couronne (10) présentant à une extrémité un épaulement (6). 5.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe fixe (1) est constitué de deux parties emboîtables l'une avec l'autre - une première partie (7) constituée d'une pièce annulaire (8) reliée par des montants (9) à une couronne (10), laquelle présente à sa portion inférieure, une excroissance annulaire verticale (11) prolongeant sa face radiale externe et un épaulement (17) au niveau de sa face radiale interne. - un anneau (14) sensiblement cylindrique présentant sur le pourtour de sa face radiale externe un épaulement supérieur (16) destinées à recevoir l'excroissance annulaire verticale (11) et une rainure circulaire (17a) sur sa face axiale supérieure. 6.- Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que les différents organes dudit dispositif sont constitués de parties formées d'une pièce ou de plusieurs pièces soudées entre elles aux ultrasons formant organes monoblocs 7.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'anneau (14) présente un épaulement inférieur (6) sur le pourtour de sa face radiale externe. 8.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité entre l'organe fixe (1) et l'organe mobile (2) est assurée au moyen d'un joint torique (23). 9.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité entre 1' organe fixe (1) et son logement (18) est assurée au moyen d'un joint torique (24). 10.- Dispositif selon les revendications 5 et 8 caractérisé en ce que la combinaison de l'épaulement (17) de la couronne (10) de l'organe fixe (1) et la rainure (17a) de l'anneau (14) de l'organe fixe (1) forme un logement pour le joint torique (23). 11.- Dispositif selon les revendications 5 et 9 caractérisé en ce que le joint torique (24) est logé dans l'épaulement (6) de l'anneau (14). 12.- Clapet anti-retour caractérisé en ce qu'il est muni du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.