Brevet FR2663394A1 — publié le 19911220

DISPOSITIF OBTURATEUR A BILLE LIBRE A JEUX REGLES DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne tout dispositif mécanique o un orifice cylindrique doit être obturé par une bille maintenue généralement contre cette canalisation avec une force déterminée Des poussoirs ou des pistons peuvent ainsi être équipés d'un tel dispositif, notamment en technologie hydraulique, en technologie pneumatique ou mécanique. ART ANTERIEUR Dans tous les dispositifs mécaniques, tels que les poussoirs, pistons, clapets, soupapes, o un contact quasi-permanent ou intermittent, mais complet, doit avoir lieu à l'extrémité d'un orifice cylindrique, l'étanchéité complète doit être réalisée. Pour obtenir celle-ci, les pièces mises en jeu subissent des usinages très précis, ces derniers entraînant tout de même une marge d'incertitude concernant les cotes et étant très onéreux Une autre solution consiste à accorder à la pièce utilisée pour réaliser l'obturation de l'orifice un ou plusieurs degré(s) de liberté supplémentaire(s) Ceci permet à cette pièce de s'adapter à une autre pièce correspondante, en l'occurrence l'extrémité de l'orifice à obturer, de manière à assurer le contact permanent et étanche à obtenir En effet, si la pièce obturatrice est positionnée grossièrement en face de l'orifice à boucher, l'application de la pièce obturatrice contre cet orifice ne s'effectuera pas forcément de manière centrée si la pièce obturatrice ne bénéficie pas d'au moins un degré de liberté par rapport à L'axe de L'orifice IL peut s'ensuivre une dissymétrie de L'effort d'application de La pièce obturatrice et un manque d'homogénéité de L'étanchéité de L'obturation. Le but de L'invention est de réa Liser un dispositif obturateur dont La bi L Le obturatrice bénéficie de deux degrés de Liberté et dont on peut maîtriser entièrement Les deux jeux de fonctionnement se Lon ces deux degrés de Liberté. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, L'invention consiste en un dispositif obturateur à bi L Le comprenant: une bi L Le d'obturation d'un premier diamètre déterminé, à placer en regard d'un orifice à obturer, d'extrémité cylindrique et ayant un deuxième diamètre inférieur au diamètre de La bille; un corps pour maintenir dans un volume interne La bil Le afin de Lui permettre de prendre une position dite d'obturation, dans Laque L Le e L Le est p Lacée contre L'orifice à obturer, Le volume interne comportant à son extrémité une ouverture à travers Laquel Le la bil Le vient s'appuyer contre L'orifice. Selon l'invention, Le dispositif comprend deux moyens indépendants d'obtention de deux jeux de fonctionnement indépendants L'un de L'autre, un premier jeu radial et un deuxième jeu axial, de manière à ce que La bil Le puisse se centrer e L Le-même sans contrainte sur L'orifice. La réalisation préférentielle du dispositif selon L'invention prévoit que Le moyen d'obtention du jeu radia L se fait par Le corps, dont Le diamètre intérieur du volume interne est obtenu par ajustage par rapport au diamètre de la bille, en vue de Laisser un jeu de fonctionnement radia L Dans ce cas, les extrémités constituant l'ouverture du volume interne du corps sont serties pour que la bille soit b Loquée en translation axiale, de manière à permettre le réglagle ultérieur du jeu axial. Les moyens utilisés pour obtenir ce dernier comportent de préférence un poussoir opposé à l'ouverture du volume interne sur une première extrémité duquel la bille prend appui axialement par une première surface de contact, et dont la deuxième extrémité est logée dans un trou du corps au fond duquel La deuxième extrémité du poussoir prend appui sur une pièce d'écrasement par une deuxième surface de contact très réduite par rapport à la première surface de contact De la sorte, une pression exercée sur la bille par l'ouverture du corps, provoque une déformation axiale permanente dans la pièce de déformation, créant ainsi le jeu de fonctionnement axial à obtenir. La réalisation préférentielle de ces moyens d'obtention du jeu axial prévoit que la pièce de déformation est le fond du corps sur lequel prend appui une bille de déformation, cette dernière étant en contact avec la deuxième extrémité du poussoir. Un évidement axial au fond du trou permet l'obtention d'une deuxième surface de contact très réduite. LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit, accompagnée de plusieurs figures, représentant respectivement: figure 1, une coupe du dispositif selon l'invention avant le réglage du jeu axial, et placé en regard de l'orifice à obturer; figure 2, une coupe agrandie et partielle de la réalisation principale des moyens d'obtention du jeu axial, dans le dispositif selon l'invention; figure 3, une coupe partielle du dispositif selon l'invention après le réglage du jeu axial. DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le dispositif se Lon l'invention est repéré I et est placé dans un dispositif support repéré 4 Ce dernier peut être n'importe quel appareil de positionnement, sa principale fonction utilisée ici étant le positionnement du dispositif selon l'invention par rapport à un trou pratiqué dans un organe hydraulique ou pneumatique 6, à savoir un orifice 8. L'organe d'obturation est une bille d'obturation 10 de diamètre déterminé D 10 qui, en position de fonctionnement, est appliquée contre l'extrémité 9 de l'orifice 8, pour en assurer l'obturation complète, étanche et, dans la plupart des cas, permanente ou intermittente L'extrémité 9 de l'orifice 8 a un diamètre déterminé D 9 inférieur au diamètre D 10 de la bille d'obturation 10 Le positionnement de la bille d'obturation 10 est obtenu principalement au moyen d'un corps 2 qui maintient la bille en regard de l'orifice 8 à obturer A cet effet, la bille d'obturation 10 est placée dans un volume interne 12 du corps 2 Celui-ci est, de façon préférentielle, réalisé sous la forme d'un a Lésage terminé par des extrémités 14 resserrées, de manière à empêcher la bille d'obturation 10 de s'échapper de ce volume interne 12 Le resserrement des extrémités 14 est tel qu'il laisse toutefois la bille d'obturation 10 dépasser axialement ces extrémités 14, de manière à ce qu'elle puisse venir s'appuyer sur l'extrémité 9 de l'orifice 8 à obturer. Pour éventuellement maintenir la bille d'obturation 10 en contact avec l'extrémité 9 de l'orifice 8 à obturer, un effort symbolisé par une flèche repérée K sur la figure 1 peut être appliqué au corps 2 Ce dernier étant monté coulissant dans le support 4, cet effort est communiqué à la bille d'obturation 10 qui se trouve appliquée sur l'orifice 8. Il est nécessaire pour le bon fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire l'obturation complète et étanche de l'extrémité 9 de l'orifice 8 à obturer, que la bille d'obturation 10 puisse bénéficier d'au moins un jeu de fonctionnement En effet, en supposant que le corps 2 positionné par le support 4 place la bille d'obturation 10 dans une position désaxée par rapport à l'axe de l'orifice 8, la bille d'obturation ne pourrait pas assurer symétriquement le bouchage de l'orifice 8 Dans ce cas, la bille d'obturation 10 viendrait s'appuyer sur une partie seulement de la circonférence de l'extrémité 9 de l'orifice 8 Il s'ensuivrait une dissymétrie de l'effort d'application de cette bille d'obturation 10 sur l'orifice 8 et des usures prématurées et non symétriques L'expérience a donc montré qu'un jeu radial entre la bille d'obturation 10 et les pièces qui assurent son guidage est nécessaire, pour qu'en cas d'un désaxage du corps 2 par rapport à l'orifice 8, La bille d'obturation 10 puisse se centrer d'e Lle-même sur l'orifice 8. Le maintien de La bille d'obturation au moyen d'extrémités serties 14, légèrement resserrées, et l'utilisation d'un jeu radial imposent la présence d'un jeu axial. Selon l'invention, ce jeu axial est obtenu indépendamment du jeu radial, pour pouvoir régler chacun de ces deux jeux, indépendamment l'un de l'autre, en fonction des conditions futures de fonctionnement du dispositif obturateur Les moyens d'obtention de ce jeu axial sont de préférence constitués d'un poussoir 16, placé dans le corps 2, au fond du volume interne 12, par exemple de façon coaxiale à l'alésage du volume interne 12 Ce poussoir doit avoir une première surface de contact 51 non négligeable avec la bille d'obturation 10, qui se trouve en butée contre le poussoir 16. La deuxième extrémité 22 du poussoir 16 doit prendre appui sur une pièce d'écrasement par une deuxième surface de contact 52 très réduite par rapport à la premi ère surface de contact 51 De ce fait, une pression P, appliquée à la bille d'obturation 10 selon le sens de la flèche P figurant sur le dessin, communiquera un effort F au poussoir 16 proportionnel au rapport P/51 Cet effort F sera alors transmis à la pièce de déformation par une pression P 2 = F/52. On comprend alors que l'effort transmis à la pièce d'écrasement sera d'autant plus important que le rapport 51/52 sera grand. Sous l'action de l'effort F, la pièce d'écrasement peut subir des déformations permanentes provoquées par une pression sur la bi L Le d'obturation Ces déformations permanentes peuvent être maîtrisées et prédéterminées, de manière à connaître L'enfoncement du poussoir 16 dans La pièce de déformation Ceci permet alors l'obtention de manière déterminée du jeu axia L JA de La bille d'obturation dans le volume interne 12. Dans la réalisation représentée sur La figure 1, le poussoir 16 n'agit pas directement sur La pièce d'écrasement, constituée en L'occurrence du corps 2 Une bille d'écrasement intermédiaire est placée en butée contre la deuxième extrémité 22 du poussoir 16 D'autre part, cette bille d'écrasement 20 est en contact avec le corps 2 par l'intermédiaire de la deuxième surface de contact S 2 - Ce montage est montré de manière très précise par la figure 2 Pour obtenir une deuxième surface de contact 52 de petite taille, un évidement coaxial 24 est prévu au fond du corps 2 La deuxième surface de contact 52 est alors constituée d'une couronne sur laquelle la bille d'écrasement 20 prend appui. Sur cette figure 2, la bille de déformation a été représentée en trait fort dans sa position après déformation Ainsi, la deuxième surface 52 a une forme de couronne sphérique dans la matière du corps 2 Dans ce cas, L'enfoncement ou l'écrasement E de la bille de déformation 20 dans le corps 2 sera fonction de L'effort P transmis par Le poussoir 16. Le jeu axial JA est proportionnel à cet écrasement E, en fonction de L'angle d'écartement de la deuxième surface de contact 52 par rapport à l'axe 25 sur lequel est positionnée la bille d'écrasement 20 et qui est l'axe du trou 26 dans lequel se trouve le poussoir 16 et la bille de déformation 20. En référence à la figure 3, le jeu axial JA est figuré au niveau de la première surface de contact 51 Ce jeu axial JA a donc été obtenu par poussée sur la bille d'obturation 10 après que celle-ci ait été mise en place dans le volume interne 12, une fois que le jeu radial JR ait été réglé. En effet, il est nécessaire de procéder d'abord au réglage du jeu radial JR Les moyens mis en oeuvre pour réaliser le jeu radial JR se résument à l'alésage du volume interne 12 réalisé à un diamètre D 12 du volume interne 12, légèrement supérieur au diamètre D 10 de la bille d'obturation 10 Le jeu radial JR est égal à la différence de ces deux diamètres: JR = D 12 D 10- Une fois la bille logée dans le volume interne 12, l'extrémité 14 du corps 2 est légèrement resserrée de manière à créer une ouverture de diamètre Do inférieure au diamètre D 10 de la bille d'obturation , afin que celle-ci ne sorte pas du volume interne 12 Cette dernière se trouve alors dans la position représentée en traits mixtes sur la figure 3. Le réglage du jeu axial JA peut alors être effectué de la manière indiquée précédemment, c'est-à-dire en appliquant une pression déterminée sur la bille d'obturation 10. La valeur du jeu axial JA dépend donc des paramètres suivants: la pression P appliquée à la bille d'obturation ; la première surface de contact 51; la deuxième surface de contact 52; l'excentration de cette deuxième surface de contact 52; les duretés respectives des pièces transmettant la pression P, c'est-à-dire la bille d'obturation , le poussoir 16, la bille de déformation 20, le corps 2. On comprend que l'obtention indépendante des deux jeux radial JR et axial JA permet d'adapter le dispositif obturateur selon l'invention à différents fonctionnements possibles nécessitant des valeurs très diverses de ces deux jeux de fonctionnement. Le contact de la bille d'obturation 10 sur l'extrémité 9 de l'orifice 8 à obturer est donc optimal; les efforts latéraux, au niveau de l'appui sont nuls. REVENDICATIONS 1 Dispositif obturateur à bille comprenant: une bille d'obturation ( 10) d'un premier diamètre déterminé (D 10), à placer en regard d'un orifice ( 8) d'extrémité cylindrique ( 9) à obturer et ayant un deuxième diamètre déterminé (D 9) inférieur au premier diamètre (D 10) de La bille d'obturation ( 10); un corps ( 2) pour maintenir dans un volume interne ( 12) la bille d'obturation ( 10), afin de lui permettre de prendre une position d'obturation dans laquelle elle est placée contre l'orifice à obturer ( 8) , grâce à une ouverture du volume interne ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens indépendants d'obtention de deux jeux de fonctionnement indépendants l'un de l'autre pour obtenir un jeu radial (JR) et un jeu axial (JA) de la bille d'obturation ( 10) par rapport au volume interne ( 12), de manière à ce que la bille d'obturation ( 10) puisse se centrer d'elle-même, sans contrainte sur l'orifice à obturer ( 8). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'obtention du jeu radial (JR) sont constitués de l'alésage du volume interne ( 12) à un troisième diamètre (D 12) légèrement supérieur au diamètre (D 10) de la bille d'obturation ( 10) pour définir le jeu radial (JR) égal à la différence de ces deux diamètres (D 12, D 10). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'obtention du jeu axial (JA) sont constitués d'un poussoir ( 16) opposé à l'ouverture du volume interne ( 12), sur une première 1 1 extrémité ( 21) duquel la bille d'obturation ( 10) prend appui axialement par une première surface de contact ( 51) et dont la deuxième extrémité ( 22) est logée dans un trou ( 25) du corps ( 2), au fond duquel la deuxième extrémité ( 22) prend appui sur une pièce d'écrasement par une deuxième surface de contact ( 52) très réduite par rapport à la première surface de contact ( 51), de manière à ce qu'une pression (P) exercée sur la bille d'obturation ( 10) provoque une déformation axiale permanente dans la pièce de déformation pour créer le jeu de fonctionnement axial (JA)- 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de déformation est constituée par le fond du corps ( 2) sur lequel prend appui une bille de déformation ( 20), logée au fond du trou ( 25) et en contact avec la deuxième extrémité ( 22) du poussoir ( 16). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième surface de contact ( 52) est constituée d'une couronne obtenue par l'usinage d'un évidement ( 24), au fond du trou ( 26).