Brevet FR2732742A1 — publié le 19961011

La présente invention concerne un ensemble de clapet d'admission que l'on peut intégrer dans un dispositif de distribution de produit fluide ou pâteux. En général, ce genre d'ensemble de clapet est inséré dans un corps de pompe, dans la partie basse de ce dernier pour remplir la fonction de clapet d'admission dans le but d'isoler la chambre de pompe du réservoir contenant le produit à distribuer lors de la phase de distribution. Un type très répandu d'ensemble de clapet d'admission utilise une bille métallique en tant qu'organe dynamique du clapet qui vient en contact étanche, sous l'effet de la pression exercée sur le produit fluide dans la chambre de pompe, avec un siège de clapet qui fait généralement partie intégrante du corps de pompe. La bille est maintenue dans un espace restreint par un porte-clapet qui est en général inséré à force dans le fond du corps de pompe. Le porte-clapet est formé avec un passage qui fait communiquer l'espace restreint précité avec la chambre de pompe proprement dite. La bille est libre de se déplacer dans cet espace restreint sans pouvoir obstruer le passage de communication. Ce n'est que pendant les phases de distribution, c'est-à-dire de mise sous pression du produit fluide, que la bille est plaquée sur son siège. Bien qu'étant amplement utilisé dans toutes sortes de dispositifs de distribution, même autre qu'une pompe, la bille présente cependant certains inconvénients. Sur le plan physique, la bille est réalisée dans un matériau ayant une haute densité, en l'occurrence l'acier. Le poids de la bille est donc relativement important. Dans son comportement dynamique, lorsque le dispositif de distribution est utilisé à l'envers, c'està-dire le siège de clapet en haut, la bille ne répond pas immédiatement sous l'effet de la pression et met un certain temps pour gagner sa place sur son siège de clapet. En effet, la pression doit être suffisante pour surmonter le poids de la bille. La difficulté que rencontre la bille à se déplacer vers le haut sur son siège est d'autant plus augmentée par le fait que la bille présente une géométrie avantageuse sur le plan hydraulique. La qualité de surface de la bille métallique et sa forme n'offrent que très peu de résistance au fluide. D'autre part, sur le plan écologique, la bille constitue un élément métallique qui interdit le recyclage du dispositif de distribution qui l'intègre, à moins d'un démontage préalable. Une tendance actuelle va vers l'élimination des éléments métalliques dans les produits majoritairement en plastique comme c'est le cas pour une pompe. En outre, les billes lors de leur transport ou de leur montage, s'entrechoquent, ce qui a pour effet d'endommager leur surface et ainsi créer des défauts d'étanchéité. Sur un plan économique, la bille est une pièce coûteuse, car elle est réalisé en acier et doit présenter une sphéricité parfaite. On a, d'autre part, remarqué que beaucoup de billes étaient perdues lors de leur transport ou de leur manipulation, en raison de leur forme sphérique insaisissable. Il existe d'autre types de clapet d'admission n'utilisant pas de bille en tant qu'organe dynamique. Par exemple, certains dispositifs de distribution incorporent un clapet sous la forme d'une rondelle d'élastomère qui est prisonnière dans un espace restreint. Lorsque la pression augmente dans la chambre de distribution du dispositif, la rondelle se plaque de manière étanche sur l'orifice d'admission. Le contact étanche provient de la simple application axiale de la rondelle sur l'orifice d'admission. Ainsi, pour obtenir une bonne étanchéité, il est nécessaire que la pression exercée sur la rondelle soit suffisamment importante. Dans la plupart des clapets d'admission de l'art antérieur, un organe de clapet (bille, rondelle, etc.) est confiné dans un volume restreint par un porte-clapet. Dans tous les cas, L'organe de clapet n'est lié à aucune pièce et peut flotter dans le volume qui lui est associé. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur précité en définissant un ensemble de clapet d'admission capable de réaliser un contact d'étanchéité rapidement et de très bonne qualité. L'organe de clapet doit répondre immédiatement en obturant l'orifice d'admission dès le début de la phase de distribution. L'organe de clapet doit en outre pouvoir regagner son siège de clapet dans tous les cas de figure, c'est-à-dire aussi bien lorsque l'on tient le dispositif à l'endroit, à l'envers, ou couché. Un autre but de l'invention est de pouvoir utiliser un porte-clapet classique normalement adapté à recevoir une bille. Cet élément étant produit en série à faible coût, le prix de l'ensemble sera ainsi plus bas. L'organe de clapet qui remplace la bille doit également pouvoir être fabriqué à un coût inférieur à celui d'une bille, tout en procurant une étanchéité améliorée. Pour ce faire, la présente invention a pour objet un ensemble de clapet d'admission intégré dans un dispositif de distribution de produit fluide contenu dans un réservoir pour isoler ledit réservoir au moins lors d'une phase de distribution dudit produit, ledit ensemble de clapet comprenant un porte-clapet et un organe de clapet présentant une zone de contact adaptée à venir en contact étanche avec un siège de clapet qui présente une forme sensiblement tronconique, ledit porte-clapet définissant avec le siège de clapet une chambre de clapet dans laquelle l'organe de clapet peut se déplacer entre une position de fermeture et une position d'aspiration, ledit porte-clapet présentant un passage qui fait communiquer la chambre de clapet avec une chambre de distribution du dispositif de distribution, caractérisé en ce que la zone de contact de l'organe de clapet fait partie d'une surface de forme sensiblement tronconique. Avantageusement, le tronc de cône défini par la surface tronconique de l'organe de clapet présente un angle solide supérieur à celui défini par le siège de clapet, de sorte que la zone de contact est au moins d'abord définie par un cercle en début de phase de distribution Le siège de clapet de l'invention est typiquement celui d'un clapet à bille. Il est formé par l'embouchure du canal d'admission qui fait partie intégrante du corps de pompe. Quant au porte-clapet, il s'agit d'un porteclapet classique normalement adapté à recevoir une bille. L'organe de clapet, quant à lui, est très différent d'une bille. Du fait que les troncs de cône définis par le siège et l'organe de clapet sont différents, il se crée un contact annulaire.Au repos, lorsque le dispositif est maintenu droit avec le siège en bas, ce contact annulaire existe. Il est cependant très différent de celui d'une bille. En effet, le contact avec une bille est du type cercletangente, alors que le contact avec l'organe de clapet selon l'invention crée un volume tronconique en pointe entre le siège et la surface tronconique. L'écart séparant le siège de la surface tronconique est si faible que du fluide peut s'y accumuler par capillarité sur une distance assez grande. Ce fluide accumulé favorise le maintien de l'organe de clapet sur son siège en augmentant leur cohésion. Ce n'est pas le cas pour une bille où seulement une très faible quantité de liquide peut être accumulée par capillarité.L'augmentation de la tension superficielle obtenue avec l'organe de clapet selon l'invention provient directement de la différence d'angle solide entre la surface tronconique et le siège de clapet. Cette tension superficielle accrue permet d'augmenter significativement la qualité de l'étanchéité, surtout au repos, où le fluide retenu par capillarité joue le rôle de bouchon fluide. Selon une forme de réalisation préférée, la surface tronconique est formée par une paroi tronconique sensiblement flexible, de sorte que la zone de contact est définie par un tronc de cône lors de la phase de distribution. Dans ce cas, le contact annulaire d'étanchéité qui existe lorsque le dispositif est au repos se transforme en contact tronconique pendant la phase de distribution. En effet, lorsque la pression augmente dans la chambre de distribution du dispositif, une force est exercée sur la paroi flexible qui a pour effet de la déformer en la plaquant sur le siège de clapet. Plus la pression est forte, plus la zone de contact est grande. L'étanchéité augmente donc avec la pression. De plus, du fait de la différence d'angle solide et de la capacité de déformation, le contact au niveau de la zone de contact annulaire d'origine se fait de manière plus appuyée. L'élasticité de la paroi augmente l'étanchéité en exerçant une force non plus axiale, mais radiale. L'élasticité permet ainsi de transformer une pression exercée axialement en une force de réaction qui agit radialement. Avantageusement, L'organe de clapet comprend une corolle s'étendant vers l'extérieur de manière tronconique dont une paroi extérieure tronconique définit ladite surface tronconique. Ainsi, la pression qui est exercée sur la corolle tend à la déformer vers l'extérieur et appuie encore davantage la surface tronconique contre le siège de clapet, particulièrement au niveau de son plus grand diamètre correspondant à la zone de contact annulaire d'origine. L'élasticité de la corolle associée à la pression qui la sollicite radialement vers l'extérieur permettent d'améliorer avec synergie l'étanchéité du clapet. Selon une caractéristique, L'organe de clapet comprend une tige présentant une extrémité inférieure, la corolle étant formée à ladite extrémité inférieure. L'organe de clapet se présente sous la forme d'un champignon ou d'un parapluie retourné. La forme annulaire concave définie par l'extérieur de la corolle présente une bonne caractéristique de prise au fluide, de sorte que l'organe de clapet répond de manière instantanée au flux de fluide qui est créé en début de phase de distribution. De plus, comme l'organe de clapet est réalisé en matière plastique, il n'offre qu'une très faible résistance inertielle. Avantageusement, I'extrémité supérieure de la tige est engagée dans le passage de communication du porte-clapet. Cela permet de garder l'organe de clapet toujours sensiblement dans l'axe, car la tige ne peut pas se désengager du passage. D'autre part, la corolle comprend une partie cylindrique d'extrémité dans le prolongement de la paroi tronconique. Cette partie cylindrique remplit un double rôle. Premièrement, elle permet de protéger la surface tronconique, et plus particulièrement la zone de plus grand diamètre qui correspond à la zone de contact annulaire d'origine. Deuxièmement, cette partie cylindrique peut servir comme patin de glissement avec sa surface supérieure en sortie de bol de distribution pour obtenir une orientation de l'organe de clapet. Avantageusement, la tige comprend deux sections cylindriques de diamètres différents reliées par une surface de transition. La surface de transition sert de butée pour l'organe de clapet en position d'aspiration. De préférence, le porte-clapet définit des moyens de butée pour l'organe de clapet en position d'aspiration par contact simultané avec une arête d'extrémité extérieure de la partie cylindrique d'extrémité et la surface de transition, de manière à maintenir l'organe de clapet dans l'axe en position d'aspiration. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux dessins joints, donnant à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation de la présente invention. Sur les dessins - la figure 1 est une vue en coupe d'un ensemble de clapet d'admission selon l'invention, intégré dans un corps de pompe, L'organe de clapet étant dans une position de repos; - la figure 2 est une vue en coupe de l'ensemble de clapet de la figure l avec l'organe de clapet en position de fermeture, - la figure 3 est une vue en coupe de l'ensemble de clapet des figures 1 et 2 avec l'organe de clapet en position d'aspiration. En se référant indifféremment aux figures 1 à 3, la structure de l'ensemble de clapet d'admission va être expliquée ci-dessous. L'ensemble de clapet est intégré dans un corps de pompe l au niveau de son fond. Le corps de pompe n a été représenté que partiellement sur les figures. Le corps de pompe au niveau de l'ensemble de clapet d'admission comprend un corps cylindrique supérieur et un manchon inférieur 11 dans lequel un tube plongeur peut être emmanché à force. Au niveau de la jonction du manchon 11 et du corps cylindrique 12, le corps de pompe présente un canal d'admission 15. Le canal d'admission 15 se prolonge vers le haut par une partie tronconique 16 qui forme un siège de clapet. Le siège de clapet 16 forme un évidement tronconique dans le fond du corps cylindrique 12.En se référant à la figure 1, on voit que le corps cylindrique 12 présente une partie inférieure de diamètre plus petit relié à la partie supérieure du corps cylindrique 12 par un chanfrein tronconique 13. Ce rétrécissement de la section intérieure du corps cylindrique 12 sert à l'emmanchement à force d'un porteclapet désigné dans son l'ensemble par 3. Le fond du corps cylindrique 12 est également pourvu d'une rainure annulaire 14 qui s'étend concentriquement au siège de clapet 16. Cette rainure 14 sert à minimiser le phénomène de retassure de matière après refroidissement, car le corps de pompe est réalisé de manière classique en matériau plastique. Le corps de pompe qui vient d'être décrit est un corps de pompe classique qui peut être utilisé dans n'importe quel dispositif de distribution telle qu'une pompe. Le siège de clapet 16 est particulièrement bien adapté pour recevoir un organe de clapet sous la forme d'une bille. La bille en position de fermeture vient s'appliquer de manière étanche sur le siège de clapet tronconique 16. De même, I'augmentation de l'épaisseur de la paroi de la partie cylindrique 12 qui engendre un rétrécissement de son diamètre intérieur est de manière classique adaptée à recevoir un porte-clapet qui définit une chambre de clapet dans lequel l'organe de clapet est piégé. Bien entendu, un autre corps de pompe peut être utilisé avec la présente invention sans pour autant sortir de son cadre.Dans le corps de pompe utilisé, le siège de clapet fait partie intégrante du corps de pompe, mais il peut également être envisagé de former un siège de clapet dans une partie rapportée dans le corps de pompe. Le porte-clapet 3 utilisé dans la forme de réalisation décrite est un porte-clapet classique adapté à recevoir une bille. Le porte-clapet comprend une couronne 31 dont la périphérie extérieure est en prise étroite avec la paroi intérieure du corps de pompe dans sa partie de diamètre inférieur. La couronne 31 se prolonge vers le haut par une partie transitoire tronconique 32 qui se termine par une bague 33. La bague 33 présente un passage ou trou central 34 qui fait communiquer la chambre de clapet 26 avec la chambre de distribution du dispositif. Intérieurement, la couronne 31 et la partie tronconique 32 sont pourvues de plusieurs lamelles 35 qui s'étendent à partir du fond du corps cylindrique 12 jusqu'au trou central 34. Dans la forme de réalisation représentée, ces lamelles 34 sont au nombre de 4.Comme on pourra le voir ci-après, ces lamelles servent au passage du fluide lorsque l'organe de clapet est dans sa positon d'aspiration. Selon l'invention, l'organe de clapet désigné dans son ensemble par 2 n'est pas une bille, mais se présente sous la forme d'un organe allongé terminé à son extrémité inférieure par une corolle tronconique 21. La corolle 21 est fixée à l'extrémité inférieure d'une tige présentant deux sections différentes 23 et 24 reliées par une surface de transition tronconique 25. Dans n'importe quelle situation, la section 24 est engagée dans le trou central 34 du porte-clapet 3. Comme on le peut sur les figures 1 à 3, L'organe de clapet 2 est déplaçable entre une position basse de fermeture (fig. 2) et une position haute d'aspiration (fig. 3). Au repos, l'organe de clapet est dans l'état représenté sur la figure 1. La surface extérieure de la corolle tronconique 21 définit une surface de contact 210 adaptée à venir en contact étanche avec le siège de clapet 13. Une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention réside dans le fait que l'angle solide que définit la paroi extérieure de la corolle tronconique 21 est supérieur à celui que définit le siège de clapet tronconique 16. Ainsi, en position de repos (fig. 1), la zone de contact de la surface extérieure de la corolle 21 avec le siège de clapet 16 est définie par un cercle qui se situe dans la partie d'extrémité supérieure du siège de clapet. Il existe ainsi un écart en forme de pointe à partir de la zone de contact circulaire vers le bas du siège de clapet. Cet écart est très faible, car la différence d'angle entre la corolle et le siège se situe entre 1 et 4 degrés.De ce fait, du liquide peut s'accumuler par capillarité dans cet espace tronconique en forme de pointe. Le liquide accumulé sert à l'étanchéité de la chambre de distribution en position de repos. Une étanchéité améliorée est ainsi réalisée grâce à l'utilisation d'un organe de clapet selon l'invention. Avec une bille classique de l'art antérieur, I'accumulation de liquide par capillarité ne se fait que sur une très faible longueur. Avec la présente invention, cette longueur s'étend à partir de la zone de contact annulaire jusqu'en bas de la corolle. La tension superficielle générée par cette accumulation de liquide améliore le contact avec l'organe de clapet sur son siège. Selon l'invention, l'organe de clapet est réalisé dans un matériau non rigide tel que du polyéthylène, du polypropylène ou du thermoplastique élastomère. L'organe de clapet est donc doté d'une certaine résilience. Du fait de cette résilience, la corolle 21 peut être soumise à des contraintes de déformation par compression et/ou allongement. En position de repos (fig. 1), l'organe de clapet n'est soumis à aucune contrainte. En revanche, dès que la pression augmente dans la chambre de distribution du dispositif, du fait que cette dernière communique avec la chambre de clapet par le passage 34, L'organe de clapet 2 est soumis à la pression qui règne dans le corps de pompe. Cette pression a pour effet d'appliquer fortement la corolle 21 sur le siège de clapet 16.En raison de sa résilience, L'organe de clapet subit une légère déformation qui a pour effet d'augmenter la zone de contact de la corolle avec le siège de clapet. Comme visible sur la figure 2, cette zone de contact nest plus définie par un cercle mais par une surface tronconique. La surface de contact est ainsi largement augmentée. Cela est rendu possible, car la corolle forme avec la tige une sorte de champignon ou parapluie renversé. La pression qui règne dans la chambre de distribution exerce une force sur la paroi intérieure de la corolle ce qui repousse la corolle vers la tige et engendre sa déformation. Du fait que l'angle entre la corolle et le siège de clapet est très faible, la déformation nécessaire est très faible.En raison de la forme et de l'élasticité de la corolle, la zone de contact initiale annulaire s'est transformée en zone de contact tronconique. De plus, la contrainte qu'exerce la corolle au niveau de la zone de contact circulaire initiale est largement augmentée. La résilience et la pression augmentent encore davantage la qualité du contact avec le siège de clapet. Tant que la chambre de distribution du dispositif reste sous pression, l'organe de clapet reste dans la position de fermeture représentée sur la figure 2. Dès que la pression retombe dans la chambre de distribution, le contact se rompt entre la corolle et le siège de clapet. L'étape suivante consiste au remplissage de la chambre de distribution par aspiration de produit au travers du canal d'admission 1. Cela a pour effet d'entraîner l'organe de clapet vers le haut dans sa position d'aspiration. Selon l'invention, des moyens sont prévus pour maintenir l'organe de clapet dans l'axe dans cette position. Pour ce faire, la corolle 21 de l'organe de clapet se prolonge à son extrémité libre par une partie circulaire 22. Cette partie circulaire 22 remplit une double fonction. Tout d'abord, elle peut servir avec sa surface supérieure comme patin de glissement en sortie de bol de distribution pour obtenir une orientation de l'organe de clapet. Ensuite, la partie cylindrique définit avec son arête périphérique extérieure en combinaison avec la surface de transition 25 un tronc de cône fictif qui présente un angle solide identique à celui des lamelles 35 dans la partie transitoire tronconique 32 du porteclapet 3. Ainsi, en position d'aspiration, l'organe de clapet présente un double contact annulaire avec les lamelles 35.Ce double contact annulaire permet de maintenir l'organe de clapet dans l'axe en butée dans sa position d'aspiration. Bien que l'organe de clapet soit libre de se déplacer dans sa chambre de clapet, il est contraint de se positionner parfaitement dans l'axe aussi bien en position de fermeture sur son siège de clapet 16 qu'en position d'aspiration par double contact avec les lamelles 35. Du fait que l'organe de clapet selon l'invention est réalisé en un matériau plastique et non en acier, son inertie est moindre et par conséquent sa réponse au passage de fluide est plus rapide. Il est également à noter que la forme particulière de la corolle en champignon ou parapluie renversé favorise son entraînement par le fluide en position de fermeture. En effet, le fluide sous pression peut s'engouffrer dans le volume concave défini entre la corolle et la partie de tige 23. En début de mise sous pression de la chambre de distribution, une petite quantité de fluide s'écoule en retour vers le réservoir. Cette petite quantité de fluide entraîne l'organe de clapet sur son siège. Grâce à l'invention, cette petite quantité de fluide est encore réduite en raison de la rapidité avec laquelle l'organe de clapet se déplace vers sa position de fermeture. Non seulement l'étanchéité est améliorée en raison de la zone de contact tronconique, mais encore l'étanchéité est obtenue plus rapidement. De plus, la matière première utilisée pour réaliser l'organe de clapet, en l'occurrence de la matière plastique, est beaucoup moins coûteuse que l'acier utilisé pour réaliser des billes. En utilisant un corps de pompe classique et un porte-clapet classique, uniquement en changeant l'organe de clapet, on obtient de meilleures caractéristiqués d'étanchéité. Revendications 1.- Ensemble de clapet d'admission intégré dans un dispositif de distribution de produit fluide contenu dans un réservoir pour isoler ledit réservoir au moins lors d'une phase de distribution dudit produit, ledit ensemble de clapet comprenant un porte-clapet (3) et un organe de clapet (2) présentant une zone de contact adaptée à venir en contact étanche avec un siège de clapet (16) qui présente une forme sensiblement tronconique, ledit porte-clapet (3) définissant avec le siège de clapet (16) une chambre de clapet (26) dans laquelle l'organe de clapet (2) peut se déplacer entre une position de fermeture et une position d'aspiration, ledit porte-clapet (3) présentant un passage (34) qui fait communiquer la chambre de clapet (26) avec une chambre de distribution du dispositif de distribution, caractérisé en ce que la zone de contact de l'organe de clapet (2) fait partie d'une surface (210) de forme sensiblement tronconique. 2.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 1, dans lequel le tronc de cône défini par la surface tronconique (210) de l'organe de clapet (2) présente un angle solide supérieur à celui défini par le siège de clapet (16), de sorte que la zone de contact est au moins d'abord définie par un cercle en début de phase de distribution. 3.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 2, dans lequel la surface tronconique (210) est formée par une paroi tronconique sensiblement flexible, de sorte que la zone de contact est définie par un tronc de cône lors de la phase de distribution. 4.- Ensemble de clapet d'admission selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe de clapet (2) comprend une corolle (21) s'étendant vers l'extérieur de manière tronconique dont une paroi extérieure tronconique définit ladite surface tronconique (210). 5.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 4, dans lequel l'organe de clapet (2) comprend une tige (23, 24) présentant une extrémité inférieure, la corolle (21) étant formée à ladite extrémité inférieure. 6.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 5, dans lequel l'extrémité supérieure de la tige (23) est engagée dans le passage de communication (34) du porteclapet (3). 7.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 4, dans lequel la corolle comprend une partie cylindrique d'extrémité (22) dans le prolongement de la paroi tronconique (210). 8.- Ensemble de clapet d'admission selon la revendication 4, dans lequel la tige comprend deux sections cylindriques (23, 24) de diamètres différents reliées par une surface de transition (25). 9.- Ensemble de clapet d'admission selon les revendications 7 et 8, dans lequel le porte-clapet (3) définit des moyens de butée (35) pour l'organe de clapet (3) en position d'aspiration par contact simultané avec une arête d'extrémité extérieure de la partie cylindrique d'extrémité (22) et la surface de transition (25), de manière à maintenir l'organe de clapet dans l'axe en position d'aspiration. 10.- Ensemble de clapet d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le porte-clapet utilisé est un porte-clapet classique normalement adapté à recevoir une bille. 11.- Ensemble de clapet d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de clapet est réalisé en matière plastique.