Brevet FR2702026A1 — publié le 19940902

DISPOSfflF DE MAINTIEN D'UNE PIECE AVEC ADAPTATION D'EFFORT Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de maintien d'une pièce avec ajustement d'effort destiné notamment à maintenir avec un effort prédéfini un joint dans son logement. Art antérieur Dans les applications cryotechniques, il est impératif d'assurer une bonne étanchéité lors de la mise en froid du dispositif devant être mis en oeuvre et dans le cas de vannes cryotechniques de garder ensuite, en fonctionnement, un bon positionnement constant des joints d'étanchéité dans leur logement. Classiquement, dans une vanne à boisseau, par exemple, le joint d'étanchéité est maintenu dans son logement par un écrou qui vient comprimer ce joint dans le porte-joint. Toutefois, cette solution présente l'inconvénient de méconnaître l'effort effectivement transmis au joint lors du serrage de l'écrou, ce qui peut engendrer un fluage du joint lorsque cet effort est trop élevé. Après une certaine durée de fonctionnement, du fait de la faible restitution de l'écrou, il en résulte un délestage du joint, nuisible à l'étanchéité du système. En outre, un tel ensemble est particulièrement sensible à des augmentations de température, diminuant d'autant la tenue au fluage notamment lors de l'utilisation de joints en plastique.Enfin, de par la rigidité de la structure de l'art antérieur, la tenue aux vibrations est particulièrement mauvaise en cas de délestage du joint et la sensibilité aux contractions et dilatations différentielles élevée. Objet et description succincte de l'invention La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en mettant en oeuvre un dispositif de maintien de pièce, notamment de joint, qui s'affranchisse de l'incertitude existant dans les dispositifs de l'art antérieur notamment quant au couple de serrage de l'écrou ou à la déformation des composants, et permette au contraire un ajustement des efforts exercés sur cette pièce afin de garantir une étanchéité maximale, sans toutefois augmenter l'encombrement de l'ensemble pièce à maintenirfdispositif de maintien. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif fiable qui assure une durée de vie accrue au système dans lequel il est intégré. Ces buts sont atteints par un dispositif de maintien de pièce comportant une bague cylindrique munie à une extrémité d'une collerette annulaire élastique soit dirigée vers l'axe de cette bague soit dans la direction opposée et reposant sur la pièce à maintenir, les positions respectives de la face d'appui de cette collerette et d'une surface de référence ménagée sur celle-ci définissant, par une flèche de la collerette déterminée, un effort axial prédéterminé de maintien de la pièce. Par cette structure particulière, il est réalisé une dissociation de l'effort ou du couple de serrage nécessaire à la mise en place de la bague avec l'ajustement de l'effort sur la pièce dès la mise en butée de la surface de référence. Cet effort est insensible aux contractions et dilatations différentielles, donnant une excellente reproductibilité à l'ensemble ainsi réalisé. il n'existe plus, comme dans l'art antérieur, d'incertitude quant à la déformation des composants ou encore à l'écrasement de la pièce à maintenir. Dans un premier mode de réalisation, la surface de référence est constituée par un épaulement pratiqué à l'intérieur de la bague et destiné à venir en butée sur le logement de la pièce à maintenir. Dans une variante, l'épaulement est pratiqué à l'extérieur. Dans un second mode de réalisation, la surface de référence est constituée par une extrémité de la bague opposée à la collerette et sur laquelle vient s'appuyer un couvercle solidaire de la surface de repos de la pièce à maintenir. Pour chacun de ces modes de réalisation, la surface de référence est avantageusement réalisée perpendiculairement à l'axe de la bague et la collerette peut présenter une section variable ou comporter une ou des encoches réparties à sa périphérie. Ainsi, il est possible d'adapter simplement les efforts à appliquer sur la pièce à maintenir. Avantageusement, la bague comporte une seconde collerette s'étendant dans une direction perpendiculaire à l'axe de la bague et assurant un maintien radial de la pièce. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: -La figure 1 montre deux exemples de réalisation de l'invention mis en oeuvre au niveau d'une vanne à boisseau, -La figure 2 est une vue détaillée du dispositif selon l'invention du premier exemple de réalisation relatif au maintien de joint, -La figure 3 est une variante de réalisation du dispositif mis en oeuvre dans le second exemple de réalisation, - La figure 4 est une variante de réalisation du dispositif mis en oeuvre dans le premier mode de réalisation, -Les figures 5 à 7 montrent en vues éclatées des autres variantes de réalisation du dispositif selon l'invention, et - La figure 8 montre sous la forme de courbes d'isocontrainte, les efforts exercés au niveau des différents éléments constituant le dispositif selon l'invention. Description détaillée de modes particuliers de réalisation La figure 1 représente une partie d'une vanne à boisseau sphérique munie d'un ensemble de rétractation de joint. L'étanchéité au niveau du boisseau 10 est assurée par un joint 12 logé dans un porte-joint 14, solidaire d'un ensemble de rétractation 16, et maintenu dans celui-ci par le dispositif selon l'invention 20. La figure 2 montre plus présisément le dispositif selon l'invention qui se présente sous la forme d'une bague cylindrique munie d'un épaulement interne 22 formant butée et d'une collerette annulaire élastique 24 constituant la face d'appui du dispositif et s'étendant intérieurement (vers l'axe de la bague) depuis une extrémité 26 de la bague, un espace subsistant entre l'épaulement 22 et la base de la collerette 24 afin de permettre une déformation de celle-ci pour obtenir une flèche déterminée. La bague 20 peut être montée à force (par un ajustement serré) sur le porte-joint sans utilisation d'aucun dispositif supplémentaire de freinage. Toutefois, lorsque les efforts mis en jeu sont importants, il est préférable d'empêcher tout déplacement de la bague en freinant celle-ci par une goupille ou un jonc 18 par exemple.L'utilisation de colle, soudure ou le recours à un sertissage est également possible. Dans l'exemple des figures 1 et 2, la liaison de la bague avec le porte-joint est réalisée au moyen d'un filetage 28 réalisé sur la surface interne de la bague entre son autre extrémité et l'épaulement 22 réalisé avantageusement perpendiculairement à l'axe de la bague. La mise en place du dispositif se fait de la manière suivante: le joint 12 est tout d'abord placé dans le porte-joint 14 puis la bague est montée ou vissée sur ce portejoint, selon le mode de liaison adopté, jusqu'à ce que son épaulement interne 22 vienne en contact avec la face frontale du portejoint. A cet instant, la déformation de la collerette 24 résultant du contact préalable de sa face d'appui avec le joint 12 est parfaitement connue puisqu'elle ne dépend que de la géométrie initiale de la bague et des positions relatives de l'épaulement et de la face d'appui de la collerette sur le joint.L'ajustement de l'effort sur le joint dépendant de ces seules caractéristiques géométriques et du matériau à la température d'utilisation, il est alors aisé, pour une configuration donnée de la bague, de déterminer l'effort optimum pouvant être appliqué sur ce joint tout en maintenant un fonctionnement de la collerette dans son domaine élastique. En fonctionnement, lorsque la vanne est fermée, l'effort ainsi créé assure avec le concours d'une précharge exercée à l'arrière du porte-joint un effort de contact joint/porte-joint suffisant pour obtenir un niveau d'étanchéité prédéterminé. A l'inverse, lorsque la vanne est ouverte, l'effort créé empêche la vibration du joint dans le porte-joint lors de la rétractation de l'ensemble. De par la simplicité de sa structure, le dispositif selon l'invention est adapté à de nombreuses applications nécessitant le maintien d'une pièce dans un logement tout en ayant besoin d'un ajustement de l'effort exercé sur cette pièce. On se reportera à nouveau à la figure 1 qui montre un autre exemple d'application de l'invention dans lequel le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre pour maintenir un effort déterminé dans une ligne d'arbre. Afin de bien visualiser l'apport de l'invention, le dispositif selon l'invention et le dispositif de l'art antérieur ont été volontairement représentés conjointement de part et d'autre de l'axe 36 du boisseau 10 de la vanne. Dans ce nouvel exemple de réalisation, le dispositif selon l'invention est, comme dans l'exemple précédant, formé d'une bague 40 comportant une collerette annulaire élastique 44 dirigée vers l'axe de la bague et dont l'écrasement permet le maintien d'une pièce. Dans ce cas, la pièce à maintenir est une couronne extérieure 38 d'un roulement. Comrne précédemment, la déformation de la collerette est, pour un matériau donné, seulement défini par les positions relatives entre sa face d'appui et l'épaulement formé, en l'espèce, par la face avant 48 de cette bague. li peut être noté que dans ce cas particulier, cette bague constitue également le corps d'un roulement 60, par exemple à rouleau, supportant l'axe du boisseau. La figure 3 est une variante de ce second exemple de réalisation dans laquelle la collerette 44 est dirigée vers l'extérieur de la bague 40 (dans la direction opposée à l'axe). Le montage de la bague à l'extrémité de l'axe du boisseau 36 est réalisé comme pour un roulement ordinaire, la déformation de la collerette (sa compression) étant obtenue par la fermeture d'un couvercle 50 venant coiffer cette extrémité d'axe tout en exercant une force perpendiculaire sur l'extrémité opposée 48 de la bague 40. La figure 4 est une variante de réalisation de la bague 20 de maintien de joint dans laquelle l'extrémité 26 se prolonge perpendiculairement à l'axe de cette bague par une seconde collerette annulaire 27 assurant un maintien radial du joint 12. Contrairement à la collerette 24, cette seconde collerette ne possède aucune élasticité, facilitant simplement le contact du joint avec le boisseau. Bien évidemment, les autres constituants de la bague restent identiques. Les figures 5 à 7 représentent partiellement sous forme de vues éclatées d'autres variantes possibles du dispositif selon l'invention. Sur la figure 6, la collerette élastique 24; 44 présente une section croissante, au contraire de celles des figures 1 et 3 dont la section est constante, afin d'autoriser des efforts axiaux sensiblement plus importants. A l'inverse, sur la figure 5, cette collerette 24; 44 tout en présentant une section constante, est munie d'encoches 25 en nombre variable, afin de permettre, pour un même déplacement, I'exercice d'efforts plus faibles. La figure 7 montre, quant à elle, une bague munie d'une collerette élastique 24 qui s'étend non plus intérieurement, comme sur les figures 4 à 6, mais extérieurement, l'épaulement formant butée 22 étant également pratiqué sur la face externe de cette bague. n est clair que d'autres modifications dans la collerette pourraient être envisagées et que les illustrations données ne sont aucunement limitatives. ll peut en effet être noté que cette bague, réalisée simplement par usinage ou emboutissage par exemple, offre des possibilités multiples de configuration dans la mesure bien évidemment où les fonctions qu'elle assure restent conformes à l'invention. La configuration particulière de l'invention autorise une détermination précise de l'effort exercé sur le joint. Une première approche peut être faite à partir d'un calcul de résistance des matériaux en assimilant la collerette à un voile fin. L'ouvrage de messieurs R.J.ROARK et W.C.YOUNG intitulé "formulas for stress and strain" fournit les éléments nécessaires à un tel calcul. Toutefois le calcul le plus adapté à la structure de l'invention reste le calcul par éléments finis déterminé par des moyens numériques connus, par exemple informatiques. La figure 8 visualise le résultat obtenu par une telle méthode, sous la forme de courbes d'isocontrainte, en prenant en compte les éléments suivants: nature des matériaux en jeu, caractéristiques géométriques, flèche de la collerette élastique, températures et pressions de fonctionnement et effort de contact recherché entre le joint et le boisseau. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien d'une pièce, caractérisé en ce qu'il comporte une bague cylindrique (20, 40) munie à une extrémité (26, 46) d'une collerette annulaire élastique (24,44) dirigée vers l'axe de cette bague et reposant sur la pièce à maintenir (12,38), les positions respectives de la face d'appui de cette collerette et d'une surface de référence (22,48) ménagée sur celle-ci définissant par une flèche de la collerette déterminée un effort axial prédéterminé de maintien de ladite pièce. 2. Dispositif de maintien selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface de référence est constituée par un épaulement (22) pratiqué à l'intérieur de la bague et destiné à venir en butée sur le logement (14) de la pièce à maintenir (12). 3. Dispositif de maintien d'une pièce, caractérisé en ce que qu'il comporte une bague cylindrique (20, 40) munie à une extrémité (26, 46) d'une collerette annulaire élastique (24, 44) tournée dans une direction opposée à l'axe de la bague et reposant sur la pièce à maintenir (12,38), les positions respectives de la face d'appui de cette collerette et d'une surface de référence ménagée sur celle-ci définissant par une flèche de la collerette déterminée un effort axial prédéterminé de maintien de ladite pièce. 4. Dispositif de maintien selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface de référence est constituée par un épaulement (22) pratiqué à l'extérieur de la bague et destiné à venir en butée sur le logement (14) de la pièce à maintenir (12). 5. Dispositif de maintien selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface de référence est constituée par une extrémité (48) de la bague opposée à la collerette et sur laquelle vient s'appuyer un couvercle (50) solidaire de la surface de repos de la pièce à maintenir (38). 6. Dispositif de maintien selon les revendications 2,4 ou 5, caractérisé en ce que ladite surface de référence est réalisée perpendiculairement à l'axe de la bague (20, 40). 7. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite collerette présente une section variable. 8. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite collerette comporte une ou plusieurs encoches (25) réparties à sa périphérie. 9. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite bague comporte une seconde collerette (27) s'étendant dans une direction perpendiculaire à l'axe de la bague et assurant un maintien radial de la pièce (12).