Brevet FR2728044A1 — publié le 19960614

L'invention se rapporte à un robinet à tournant sphérique comportant un boitier et des alésages de raccordement, le boîtier présentant, perpendiculairement aux alésages de raccordement, une ouverture de mise en place menant à une cavité, un tournant de forme hémisphérique à palier pivotant mis en place dans la cavité par l'intermédiaire de l'ouverture de mise en place et actionnable par un arbre de commutation monté de façon étanche, un élément d'étanchéité entre tournant et boitier et un couvercle obturant l'ouverture de mise en place. Sur les robinets à tournant sphérique dits "TOP ENTRY", le boîtier accueillant le tournant est fermé par une bride ou un couvercle fileté afin de créer une ouverture de mise en place du tournant permettant de démonter le tournant et des joints même après avoir soudé un tel robinet à tournant sphérique à une conduite. DE-A-39 14 327 a fait connaître un robinet à tournant sphérique dans lequel un couvercle est placé sur le boîtier. Deux passages parallèles obturables, qui sont équipés d'un tournant hémisphérique logé dans le boîtier dans un palier rotatif, sont placés dans le boîtier. Avec le couvercle formé de manière à guider les organes d'actionnement du tournant, ce tournant assure une obturation étanche avec le boîtier. Les creux élargis des passages sont munis de bagues d'étanchéité coaxiales à ces creux et qui collent au tournant dans le périmètre direct des perforations. DE-U-94 08 156 a fait connaître un robinet à tournant sphérique sur lequel un corps d'étanchéité en une pièce s'appuie de façon à assurer l'étanchéité sur les parois de la cavité du boîtier; il présente également un creux hémisphérique adapté pour accueillir le tournant ainsi que des alésages coaxiaux munis d'alésages de raccordement coaxiaux. Le corps d'étanchéité est constitué d'un matériau adapté et recouvre entièrement la cavité du boîtier du clapet de manière à ce que l'agent y coulant ne puisse pas être retenu dans des fentes ou autres espaces morts. Ceci est encore amélioré par le fait que le corps d'étanchéité est, à l'aide du couvercle, fermement pressé dans la cavité par une précontrainte au niveau du tournant, d'o impossibilité pour le produit de pénétrer par exemple dans la cavité entre le couvercle et le tournant. Un robinet à tournant sphérique ainsi conçu fonctionne de façon satisfaisante. Toutefois, en cas de détérioration du joint, le revêtement entier qui est formé par le corps d'étanchéité doit être remplacé par un nouveau revêtement. Les coûts liés à ce remplacement ne sont pas négligeables, en particulier lorsque le corps d'étanchéité doit être formé en un matériau de haute qualité. De ce fait, cette invention s'est donnée pour objet la création d'un robinet à tournant sphérique à souder permettant la mise en place et le retrait du tournant et du joint d'étanchéité, ne présentant ni fentes ni espaces morts dans lesquels le produit risquerait de se bloquer et pouvant être fabriqué avec des coûts de fabrication et de matériau les plus bas possibles. Ce problème est résolu en prévoyant que le tournant présente des creuxcorrespondant au nombre d'alésages de raccordement et pouvant être orientés vers ceux-ci, la surface des creux étant dimensionnée et orientée de manière à ce que, en cas d'alignement, les alésages de raccordement soient recouverts et à ce que des éléments d'étanchéité minces dont le côté extérieur est adapté à la forme sphérique du tournant soient logés dans les creux. Suivant des modalités préférées - la surface périphérique des éléments d'étanchéité est circulaire ou polygonale. - les éléments d'étanchéité sont bombés dans leur partie inférieure. - un élément faisant ressort est placé entre l'élément d'étanchéité et le fond du creux. Dans ce cas, avantageusement, les éléments d'étanchéité présentent dans leur partie inférieure une rainure annulaire pouvant recevoir un joint torique. - l'arbre de commutation est entouré d'une bague d'étanchéité dont une des faces touche le tournant et que l'arbre de commutation peut être précontraint au moyen d'un écrou s'appuyant sur le boîtier. Dans ce cas, avantageusement, un ressort Belleville est placé entre l'écrou et le boîtier. - le tournant présente une section cylindrique qui est logée dans un creux cylindrique adapté du boîtier et est appuyée contre le couvercle. Dans ce cas, avantageusement une bague d'étanchéité est placée dans le couvercle. Avantageusement aussi une douille de guidage, de préférence constituée d'un matériau d'étanchéité, est coulissée sur la section cylindrique. Le robinet à tournant sphérique correspondant à l'invention présente des garnitures d'étanchéité placées de façon adaptée dans les creux du tournant. La face externe de ces garnitures a une surface convexe adaptée à la forme sphérique du tournant. En cas de perforation continue du tournant sphérique, les creux sont par exemple décalés de par rapport à celle-ci. Selon le type de robinet à tournant sphérique-- c'est-à-dire si le robinet à prévoir doit être à deux, trois, quatre ou cinq voies, les creux et les garnitures d'étanchéité doivent être disposés en conséquence. Cela signifie que la garniture d'étanchéité recouvre suffisamment un alésage de raccordement correspondant dans le boîtier pour assurer l'étanchéité souhaitée lorsque le tournant est tourné en conséquence. Les garnitures d'étanchéité ou les éléments d'étanchéité sont placés dans le tournant sphérique de manière à ce qu'il n'y ait pas formation de fentes. Cette invention permet de ce fait d'avoir un robinet à tournant sphérique exempt d'espaces morts. Le matériau constituant les garnitures d'étanchéité doit être choisi en fonction des exigences, par exemple en fonction de l'agressivité des agents ou des températures. Des garnitures d'étanchéité métalliques peuvent par exemple aussi être prévues pour les températures élevées. Les besoins en matériau pour les éléments d'Atanchéité sont relativement faibles, ce qui se fait en particulier sentir pour les matériaux coûteux. La fabrication des éléments d'étanchéité est également relativement simple. Le remplacement des pièces d'usure est également possible pour un robinet soudé côté raccord. La surface périphérique des éléments d'étanchéité est de préférence circulaire, mais elle peut également être polygonale. On prévoit de préférence un ajustage serré d'un élément d'étanchéité circulaire. A l'état détendu, la face externe de l'élément d'étanchéité peut être radialement en saillie par rapport aux contours du tournant afin d'avoir une pression et une étanchéité efficace en position fermée. Une autre modalité de l'invention prévoit des éléments d'étanchéité bombés dans leur partie inférieure. Cette forme bombée permet un enfoncement de l'élément d'étanchéité dans sa section externe radiale, l'élément d'étanchéité formant à son tour une sorte de ressort destiné à se presser contre l'alésage de raccordement du boitier et à l'étancher de façon efficace. L'autre possibilité consiste à placer un élément à ressort entre l'élément d'étanchéité et le fond du creux afin d'assurer la pression décrite. Pour cela, une autre modalité de l'invention prévoit de pourvoir le côté inférieur des éléments d'étanchéité d'une rainure accueillant un joint torique. Le joint torique joue le rôle d'un ressort. Il n'est pas nécessaire pour l'étanchéité. Une autre modalité de l'invention prévoit d'entourer l'arbre de commutation d'une bague d'étanchéité dont une des faces vient s'appuyer contre le tournant et de précontraindre cet arbre de commutation à l'aide d'un écrou s'appuyant sur le boîtier. De cette manière, le tournant hémisphérique et le joint de l'arbre de commutation peuvent être simultanément précontraints de l'extérieur. Le robinet à tournant sphérique peut par conséquent fonctionner sans entretien et s'ajuste automatiquement lorsqu'un ressort Belleville est disposé entre l'écrou et le boîtier. - Une autre modalité de l'invention prévoit d'avoir un tournant sphérique avec une section cylindrique se logeant dans une section cylindrique du palier du boitier adaptée et s'appuyant contre le couvercle. La section cylindrique obture le boitier par rapport au couvercle sans formation de creux et constitue simultanément un palier supplémentaire pour le tournant. La section cylindrique du tournant peut, conformément à une autre caractéristique de l'invention, être équipée d'une douille de guidage coulissée constituée de préférence d'un matériau étanchant. On a de cette manière également une étanchéité par rapport au couvercle qui peut également être équipé d'une bague d'étanchéité selon une modalité de l'invention. L'utilisation ici d'un matériau anti-adhérent tel que du Téflon ou un matériau semblable permet d'éviter de façon efficace qu'un produit soit entrainé lorsque le robinet est fermé et se colle entre les pièces métalliques lors de l'ouverture du tournant. L'invention est expliquée ci-après de façon plus détaillée à l'aide de dessins. La Figure 1 montre une coupe d'un robinet à tournant sphérique conforme à l'invention en position fermée. La Figure 2 montre le robinet à tournant sphérique de la Fig.l en position ouverte. La Figure 3 montre une vue de dessus du robinet à tournant sphérique de la Fig.i le long de la ligne 3-3. La Figure 4 montre un tournant avec une garniture d'étanchéité modifiée. La Fiqure 5 montre une coupe d'un robinet à tournant sphérique exécuté comme robinet à trois voies avec alésage et L du tournant. La Figure 6 montre une coupe similaire à la Fig.5, toutefois avec un alésage en T du tournant. Le robinet à tournant sphérique représenté sur les fiaures 1 à 3 est équipé d'un boitier en une pièce 12 dans lequel deux alésages de raccordement coaxiaux 14 et 16 sont prévus. Ils aboutissent à une cavité composée d'une cavité à section hémisphérique 18 et d'une cavité à section cylindrique 20. Un tournant hémisphérique avec un alésage traversant 24 se trouve dans la cavité du boîtier 12. Lorsque le robinet à tournant sphérique 10 est ouvert, l'alésage traversant 24 est aligné sur les alésages de raccordement 14 et 16 (Fig. 2). Lorsque le robinet à tournant sphérique 10 est fermé, l'alésage traversant 24 est décalé de 90 par rapport aux alésages de raccordement 14 et 16. Le tournant sphérique 22 a une section cylindrique 26 qui est logée dans la cavité cylindrique 20 adaptée. Sur cette section se trouve une douille 28 conçue en un matériau d'étanchéité adapté. Un couvercle 32 est vissé dans une ouverture de mise en place 30 du boîtier 12; le côté inférieur plat de la section cylindrique 26 du tournant sphérique 22 vient s'appuyer contre ce couvercle. Un joint torique 34 est placé dans une rainure correspondante dans le couvercle afin d'étancher le couvercle 32 par rapport au boîtier 12. Un arbre de commutation 36 est formé en une pièce avec le tournant hémisphérique 22. Cet arbre traverse un alésage du boîtier 12 et se prolonge à l'extérieur. Un premier joint annulaire 38, coopérant avec l'arbre de commutation 36 et la partie supérieure du tournant sphérique 22 et en conséquence adapté au contour sphérique du tournant 22, se trouve dans l'alésage du boitier dans un élargissement de cet alésage. Un autre joint annulaire 40 se trouve dans une section élargie de l'alésage du boîtier et est en saillie par rapport à celui-ci. A l'extérieur du boitier 12, l'arbre de commutation 36 est entouré par une bague de pression 42 sur laquelle se trouve un ressort Belleville 44. Le ressort Belleville soutient l'épaulement d'une section en forme de calotte 48 d'un levier d'actionnement 50 qui est fixé à l'arbre de commutation 36 à l'aide d'un écrou 52 vissé sur la section filetée supérieure de l'arbre de commutation. La section en forme de calotte 48 dispose d'épaulements vers le bas 54 et 56 qui se tiennent dans des creux correspondants en forme d'arc 58 et 60 du boitier 12. Ceci permet de limiter la rotation du tournant 22. Le tournant 22 présente sur les côtés diamétralement oppposés des creux 62 et 64 qui accueillent les éléments d'étanchéité 66 et/ou 68. Les axes de ces creux sont sur un rayon de l'hémisphère du tournant 22. Les contours extérieurs des éléments d'étanchéité 66 et 68 sont adaptés à ceux du tournant 22 et, en position de fermeture conformément à la Fig.l, les éléments d'étanchéité 66 et 68 sont collés de façon étanche aux extrémités des alésages de raccordement 14 et 16 et recouvrent ceux-ci. Le côté inférieur des éléments d'étanchéité 66 et 68 est bombé de manière à ce que les sections extérieures radiales puissent être pressées vers l'intérieur dans les creux 62 et 64. Les éléments d'étanchéité 66 et 68 constituent de ce fait également des ressorts assurant une précontrainte pour l'effet d'étanchéité décrit. L'écrou 52 permet de précontraindre l'arbre de commutation 36 et le tournant 22 afin d'obtenir une étanchéité efficace et sans espace mort du tournant 22 dans le boitier 12. Le tournant 22a représenté à la Fig.4 est semblable à celui des figures 1 et 2. Le côté inférieur des éléments d'étanchéité 66a et 68a est plat, comme le fond des creux 62a et 64a. Le côté inférieur des éléments d'étanchéité 66a et 68a est muni d'une rainure annulaire qui contient un joint torique. Sur la Fig.4, seul le joint torique 70 de l'élément d'étanchéité 68a peut être distingué. Le joint torique 70 sert de ressort afin de précontraindre l'élément d'étanchéité vers l'extérieur. Les éléments d'étanchéité 66 et 68 ou 66a et 68a peuvent être fabriqués en un matériau adapté - "Téflon", composé de "Téflon", graphite, céramique, métal ainsi que matériaux plastiques et élastiques - en fonction des exigences liées aux agents et aux températures. La Fig.5 montre une coupe d'un boitier 11 d'un robinet à tournant sphérique conforme à l'invention, avec un tournant sphérique 21 muni d'un alésage en L 25. Conformément à cela, le boitier 11 a, en plus des alésages de raccordement 13 et 17 alignés coaxialement l'un vers l'autre, un alésage de raccordement 15a à angle droit des précédents. Conformément à cela, deux éléments d'étanchéité et 67 décalés à angle droit se trouvent dans des creux correspondants du tournant 21 afin d'assurer une fonction de clapet à trois voies. Sur la forme représentée à la fiqure 6, on trouve, outre les alésages de raccordement 14b et 16b, un troisième alésage de raccordement prévu à angle droit des alésages de raccordement 14b et 16b. Le tournant 22b a un alésage en T 24b destiné également à la réalisation d'un robinet à trois voies. Un seul élément d'étanchéité 66b est placé dans un creux correspondant du tournant sphérique 22b. L'effet obtenu avec les robinets à tournant sphérique des figures 5 et 6 est pour le reste identique à celui obtenu avec le robinet à tournant sphérique décrit ci-avant. Ces robinets ne seront donc pas décrits plus en détail. En outre, le tournant sphérique est conçu de la même manière que celui de la forme décrite ci-avant et est logé conformément à cela dans le boîtier du robinet. REVENDICATIONS 1. Robinet à tournant sphérique comportant un boîtier et des alésages de raccordement, le boitier présentant, perpendiculairement aux alésages de raccordement, une ouverture de mise en place menant à une cavité, un tournant de forme hémisphérique à palier pivotant mis en place dans la cavité par l'intermédiaire de l'ouverture de mise en place et actionnable par un arbre de commutation monté de façon étanche, un élément d'étanchéité entre tournant et boitier et un couvercle obturant l'ouverture de mise en place, caractérisé par le fait que le tournant (22,22a) présente des creux (62,64,62a,64a) correspondant au nombre d'alésages de raccordement (14,16) et pouvant être orientés vers ceux-ci, la surface des creux étant dimensionnée et orientée de manière à ce que, en cas d'alignement, les alésages de raccordement (14,16) soient recouverts et à ce que des éléments d'étanchéité minces (66,68,66a,68a) dont le côté extérieur est adapté à la forme sphérique du tournant (22,22a) soient logés dans les creux (62,64,62a,64a). 2. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface périphérique des éléments d'étanchéité (66,68, 66a,68a) est circulaire ou polygonale. 3. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les éléments d'étanchéité (66,68) sont bombés dans leur partie inférieure. 4. Robinet à tournant sphérique selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un élément faisant ressort est placé entre l'élément d'étanchéité et le fond du creux. 5. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les éléments d'étanchéité (66a, 68a) présentent dans leur partie inférieure une rainure annulaire pouvant recevoir un joint torique (70). 6. Robinet à tournant sphérique selon une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'arbre de commutation (36) est entouré d'une bague d'étanchéité (38,42) dont une des faces touche le tournant (22) et que l'arbre de commutation (36) peut être précontraint au moyen d'un écrou (52) s'appuyant sur le boitier (12). 7. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un ressort Belleville (44) est placé entre l'écrou (52) et le boitier (12). 8. Robinet à tournant sphérique selon une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le tournant (22) présente une section cylindrique (26) qui est logée dans un creux cylindrique (20) adapté du boîtier (12) et est appuyée contre le couvercle (32). 9. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'une bague d'étanchéité (34) est placée dans le couvercle (32). 10. Robinet à tournant sphérique selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'une douille de guidage (28), de préférence constituée d'un matériau d'étanchéité, est coulissée sur la section cylindrique (26).