Brevet FR2735553A1 — publié le 19961220

La présente invention concerne un robinet à tournant cylindrique. De façon connue, un tel robinet comprend: - un corps pourvu d'un passage interne aboutis- sant à deux orifices, généralement opposés, équipés de moyens de raccordement du corps à une canalisation, - un organe d'obturation du passage réalisé sous forme d'une pièce cylindrique montée à rotation dans un logement cylindrique du corps qui coupe le passage, cette pièce possédant un conduit interne qui, dans une première position de la pièce, assure la continuité du passage dans le corps entre les deux orifices et, dans une seconde position, interrompt cette continuité, - des moyens d'étanchéité placés entre le corps et l'organe d'obturation, destinés d'une part à isoler le passage et le conduit de l'extérieur et d'autre part à isoler les orifices l'un de l'autre lorsque le passage est fermé par l'organe d'obturation. Le passage du tournant de l'une à l'autre de ses positions est réalisé par pivotement autour de son axe. La manoeuvre en rotation de l'obturateur est permise par une excroissance axiale du tournant hors du corps à laquelle est associé un moyen d'entraînement manuel (poignée) ou mécanisé. Généralement les moyens assurant l'étanchéité des conduits internes du corps à l'égard de l'extérieur sont constitués par un ou deux joints toriques disposés entre le tournant et le logement qui le reçoit, dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement du tournant. Les moyens pour isoler de manière étanche un orifice par rapport à l'autre sont disposés, lorsque le robinet est fermé, autour du débouché, dans le logement du tournant, de l'orifice qui est situé en aval par rapport au sens d'écoulement du fluide lorsque le robinet est ouvert. Il s'agit ici aussi, dans la plupart des cas, de joints toriques qui sont logés dans des gorges ménagées soit dans la surface cylindrique du logement bordant ce débouché, soit dans la surface cylindrique du tournant qui est placée en regard des bords de ce débouché lorsque bien entendu le robinet est fermé. Dans le cas de robinets bi-direction- nels, deux joints opposés sont installés soit autour du débouché des deux orifices dans le logement soit sur la paroi extérieure du tournant. La qualité de ces robinets est dépendante en grande partie de la tenue des joints assurant l'étanchéité décrite en second ci-dessus, qui travaillent dans des conditions difficiles. En effet, portés par le tournant, lors du pivotement de ce dernier ils glissent sur les arêtes du débouché de l'orifice correspondant ou, fixes autour de ces débouchés, ils glissent sur les arêtes du débouché correspondant du conduit interne au tournant sur la surface cylindrique extérieure de ce dernier. Avec l'effet de la pression du fluide et la circulation de ce dernier, il existe une tendance importante à déloger ces joints de leur gorge dans leur partie découverte pouvant conduire à un pincement bloquant le tournant ou, pour le moins, une détérioration rapide du joint à cet endroit. Ainsi l'étanchéité disparaît rapidement et le robinet "fuit" dans son état fermé. En outre le montage notamment automatisé de ces joints n'est pas aisé car il convient de les contraindre à garder une forme "cylindrique" puisque les gorges qui les accueillent sont ménagées dans de telles surfaces cylindri- ques avant l'introduction du boisseau dans son logement. Par la présente invention, il est proposé une solution à ce problème d'étanchéité interne grâce à laquelle le montage du robinet est facilité et sa longévité augmentée. A cet effet l'invention a donc pour objet un robinet à tournant cylindrique comprenant: - un corps pourvu d'un passage interne débouchant hors du corps par deux orifices externes et d'un logement cylindrique coupant le passage interne et dans lequel ce passage débouche par deux orifices internes, - un organe d'obturation présentant une surface extérieure cylindrique logé à faible jeu dans le logement cylindrique et présentant un conduit interne terminé par deux débouchés à la surface extérieure cylindrique, l'organe d'obturation étant mobile en pivotement autour de l'axe de la surface cylindrique entre une position o les débouchés sont en face des ouvertures internes du corps et une position o ces débouchés sont décalés angulairement par rapport à ces ouvertures, - des moyens d'étanchéité prévus entre la surface cylindrique du tournant et la surface cylindrique du logement. Selon une caractéristique principale de l'inven- tion, ces moyens d'étanchéité comprennent un joint d'étan- chéité en forme d'anneau logé dans une gorge de l'une des surfaces cylindriques dont le tracé est fermé autour de l'axe de la surface et tel que dans la position de ferme- ture de l'organe d'obturation, l'un des orifices interne du passage et les deux débouchés du conduit sont situés d'un côté du joint tandis que l'autre orifice interne est situé de l'autre côté. Le premier intérêt de cette disposition de joint conforme à l'invention réside dans le fait que ce joint entoure le tournant si bien que sa forme annulaire natu- relle est à peu près respectée. Il est donc beaucoup plus simple de le maintenir dans un état déformé le long d'une surface cylindrique qu'il entoure plutôt que de le mainte- nir déformé contre une surface cylindrique qu'il ne recouvre que partiellement, comme c'est le cas dans l'art antérieur. Il s'ensuit que la mise en place et le montage automatique de ce joint dans un robinet à tournant cylin- drique sont facilités. Il existe deux variantes de réalisation de ce robinet selon que la gorge est ménagée à la surface cylindrique du logement ou qu'elle est ménagée à la surface cylindrique de l'organe d'obturation. Afin de rendre parfaitement automatique la mise en place du joint, dans les deux réalisation, la section de la gorge est en U dont l'une des ailes est formée par un épaulement de l'un des éléments logement ou obturateur et dont l'autre aile est formée par la surface terminale de tracé conjugué à celui de l'épaulement d'une chemise rapportée sur cet élément. On comprend que cette chemise qui est un manchon tubulaire dont une extrémité est en forme joue un rôle semblable à celui d'un poinçon à l'égard d'une matrice qui serait l'épaulement ménagé soit sur le tournant soit dans le logement du tournant pour maintenir déformé contre cet épaulement le joint qui néanmoins entoure complètement l'axe de la surface cylindrique. Lorsque la gorge est ménagée dans la surface du logement, la chemise est rapportée dans ce logement avant insertion du tournant sur le joint placé sur l'épaulement du logement. En revanche lorsque la gorge est ménagée dans la surface du tournant, la chemise peut être placée dans le logement avant la mise en place du joint et l'insertion du tournant ou être rapportée sur le tournant avant sa mise en place dans le logement. D'autres caractéristiques et avantages ressorti- ront de la description donnée ci-après de plusieurs variantes de réalisation d'un robinet selon l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier robinet selon l'invention, - la figure 2 est une vue extérieure de la chemise mise en oeuvre dans la figure 1, - la figure 3 est un schéma illustrant la dispo- sition du joint dans un robinet du type de celui de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe d'un second robinet selon l'invention, - la figure 5 est une vue extérieure de la chemise mise en oeuvre dans le robinet de la figure 4, - la figure 6 est un schéma illustrant la dispo- sition du joint d'un robinet du type de celui de la figure 4. Aux figures 1 et 4, on a représenté un robinet tournant cylindrique qui comporte un corps 1 pourvu d'un passage interne 2, débouchant à l'extérieur du corps 1 par deux orifices externes opposés 3 et 4. Le corps 1 est également pourvu d'un logement central cylindrique 5 dont l'axe 6 est dans le cas de ces figures perpendiculaire à l'axe 7 de ce passage 2. Le logement 5 est donc sécant de ce passage qui débouche dans le logement par deux orifices internes 8 et 9. Dans le logement cylindrique 5, le robinet comporte un tournant cylindrique 10 qui comporte un conduit interne 11 dont on a référencé 12 et 13 les débouchés à la surface cylindrique externe de ce tournant. En outre ce tournant cylindrique 10 possède une excroissance axiale à laquelle, dans le cas des deux figures est attelée une poignée 14 de manoeuvre de son pivotement à l'intérieur du corps 1. Dans le cas de la figure 1, l'étanchéité du montage du tournant 10 dans le corps 1 est assurée par deux joints toriques 15 et 16, le logement cylindrique qui accommode ce tournant dans le corps étant dans cette réalisation étagé et traversant totalement le corps. L'immobilisation axiale du tournant par rapport au corps est assurée par les moyens de liaison de la poignée 14 au tournant 10, de manière connue. Pour ce qui concerne la figure 4, l'étanchéité entre le tournant et le corps à l'égard de l'extérieur du robinet est assurée par un seul joint torique 17, l'alésage qui accommode le tournant étant borgne à l'opposé de la poignée 14. Le robinet selon l'invention comporte également des moyens d'étanchéité qui permettent d'isoler de manière sûre l'orifice 3 de l'orifice 4 lorsque le robinet est fermé. La figure 1 en association avec les schémas des figures 2 et 3 illustre une première variante de ces moyens d'étanchéité tandis que la figure 4 rapprochée des figures et 6 illustre une seconde variante de ces moyens. Aux figures 1, 2 et 3 les moyens d'étanchéité sont constitués par un joint 18 qui, à l'état libre est annulaire et de section circulaire. Ce joint est logé dans une rainure ménagée en creux dans la surface cylindrique du logement 5 cette rainure portant la référence 19 et étant de section en forme de U. Cette rainure est continue dans la paroi du logement cylindrique 5 et ménagée de manière à entourer complètement l'axe 6 de ce logement. Pour illustrer la forme de la rainure et donc du joint lorsqu'il y est logé, on se référera à la figure 3 o le cylindre supérieur symbolise la surface cylindrique du logement 5 du corps 1 dans lequel débouche par les ouvertures internes 8 et 9 le passage 2. La rainure, donc le joint 18, divise la surface du logement cylindrique 5 en deux parties, l'ouverture 8 appartenant à une partie, par exemple celle située sous le joint, tandis que l'ouverture 9 appartient à la partie située au-dessus du joint. A cette figure 3 on a également représenté en- dessous du logement cylindrique 5 le tournant 10 avec son conduit intérieur 11 et les débouchés 12 et 13 de ces conduits à la surface cylindrique du tournant 10. Ce tournant est représenté à l'extérieur du logement 5 mais on comprend que, lorsqu'il est logé dans ce logement, les débouchés 12 et 13 du conduit 11 peuvent être situés respectivement en regard des orifices 9 et 8 ou décalés, par exemple de 90 , par rapport à ces orifices. Lorsqu'ils sont en regard des orifices le robinet est ouvert et lorsqu'ils sont décalés à 90 le robinet est fermé. C'est dans ce dernier état que l'étanchéité entre l'orifice 8 et l'orifice 9 doit être assurée. Pour que cette étanchéité existe il faut non seulement que, comme dit plus haut, les orifices 8 et 9 soient situés de part et d'autre du joint 18, mais également que les débouchés 12 et 13, alors que le conduit 11 est orthogonal au passage 2, soient dans une zone unique de la surface 5. En effet, dans le cas contrai- re, le passage 11 constituerait un pont entre les deux zones supérieure et inférieure de la surface du logement 5, et une occasion pour le fluide de passer entre les orifices 8 et 9. C'est pourquoi le joint 18 affecte une forme qui contourne les débouchés 12 et 13 du conduit 11 lorsque ce dernier est perpendiculaire au passage 2 de manière que les débouchés 12 et 13 et l'orifice interne 9 appartiennent à la même zone (supérieure) de la surface du logement 5. Le maintien du joint 18 dans la gorge ou rainure 19, ainsi que sa mise en place dans cette gorge, est facilité si cette gorge 19 est en fait formée entre un épaulement 20 porté par le corps 1 du logement 5 et l'extrémité 21 d'une chemise 22 dont la surface intérieure forme la partie inférieure de la surface du logement 5 telle qu'elle a été définie plus haut en relation avec la forme du joint 18. Cette chemise porte à sa base une collerette 23 qui constitue un appui de la chemise sur le corps 1 par l'intermédiaire d'un épaulement 24 maintenant sa surface d'extrémité 21 à une distance constante de l'épaulement 20. La rainure 19 en forme de U a donc ses deux ailes constituées d'une part par l'épaulement 20 et d'autre part par la surface terminale 21 de la chemise 22. Pour faciliter le montage et l'emprisonnement du joint entre ces deux surfaces 20 et 21, on aura pu prévoir entre le corps 1 et la chemise 22 à l'endroit par exemple de la collerette 23 des moyens d'indexation angulaire de la chemise 22 par rapport au corps 1 (par exemple un ergot 23a). Cette indexation a également pour effet de lier en rotation la chemise et le corps de sorte que le frottement engendré par la rotation du boisseau cylindrique ne puisse pas déplacer la chemise par rapport au corps et contraindre le joint de manière déséquilibrée. On aura noté que la chemise 22 possède un orifice qui se place dans le passage 2 et dont le débouché sur sa surface interne constitue en fait l'orifice interne 8 du passage 2. Dans ce mode de réalisation, la section de la gorge est en U. Il n'est pas impossible de prévoir une gorge de section trapézoidale ou plus généralement adaptée à la section du joint qu'elle doit accommoder. Ce joint peut d'ailleurs être de toute section appropriée (carrée, rectangulaire, trapézoidale...) à la qualité de l'étan- chéité requise. On comprend, au vu de la figure 1, que l'assem- blage des différents constituants du robinet est extrême- ment simple. Il suffit en effet, de placer dans le corps 1 sur l'épaulement 20 le joint 18 puis d'introduire la chemise 22 qui viendra contraindre sans comprimer le joint entre la surface 20 et la surface 21 de cette chemise puis d'introduire le tournant 10 pourvu de son joint torique 15, le joint torique 16 ayant pu être préalablement mis en place dans le corps 1, et enfin d'atteler la poignée 14 au tournant pour maintenir le tout assemblé. Ce montage peut être très facilement automatisé. La variante de réalisation représentée aux figures 4, 5 et 6 est une variante dans laquelle le joint 18 est monté dans une gorge 25 ménagée à la surface cylindrique du tournant. La forme de cette gorge est sensiblement identique à la forme de celle 19 précédemment décrite et est telle que, dans l'état fermé du robinet, le joint 18 isole l'un des orifices internes 8, 9 de l'autre 9, 8 et des débouchés 12, 13 du conduit interne 11 du tournant. Pour que cette condition soit assurée, il faut que la gorge divise la surface extérieure du tournant 10 en deux zones, l'une par exemple supérieure dans laquelle sont situés les débouchés 12, 13 du conduit 11 et l'autre inférieure qui, dans la position fermée du robinet, se placent en regard de l'un des orifices 8, 9. La figure 6 est un schéma dans laquelle le logement 5 est représenté en partie inférieure avec le passage 2 tandis que le tournant est représenté à l'extérieur du logement 5 avec le joint 18. Le tournant est orienté de manière que le conduit 11 soit orthogonal au conduit 2 si bien que lorsque le tournant est dans le logement dans la même orientation, le conduit 11 est perpendiculaire au conduit 2 et l'orifice 8 débouche seul en regard de la zone supérieure de la surface cylindrique du tournant à laquelle appartiennent les débouchés 12 et 13, tandis que l'orifice 9 débouche seul en regard de la zone inférieure de cette surface cylindrique. Par une rotation d'un quart de tour, on place les débouchés 13 et 12 en regard des orifices 8 et 9, ce qui constitue l'état d'ouverture du robinet, une fuite pouvant d'ailleurs exister autour du tournant entre le logement et sa surface extérieure car les orifices 8, 9 sont en regard de la même zone, ici supérieure, de cette surface cylindrique exté- rieure du tournant. Comme le robinet est ouvert, cette fuite n'a aucune importance. De manière similaire à celle décrite en regard des figures 1, 2, 3, la gorge 25 ménagée sur le tournant est en fait réalisée entre un épaulement 26 de celui-ci et la surface terminale 27 d'une chemise 28 dont la surface extérieure 29 est en prolongement de la surface extérieure du tournant 10 située au-dessus de l'épaulement 26. On peut également prévoir sur cette chemise un épaulement permet- tant de limiter son enfoncement axial autour du tournant de manière à définir précisément la largeur de la gorge 25 qui doit être adaptée à la réception du joint 18 sans pour autant l'écraser. On peut également prévoir un moyen de maintien en place de cette chemise 28 sur le tournant 10 pour que cette chemise en soit solidaire et qu'on puisse manipuler le tournant 10 équipé de son joint et de sa chemise sans risque de perdre l'un et/ou l'autre. On comprend que dans ce cas également, le montage du robinet est effectué de manière simple en commençant par équiper le tournant de ses joints 17, 18 puis enfiler sur ce tournant la bague 28 au besoin en l'y fixant, et enfin d'introduire le tournant dans le logement 5 jusqu'à une position dans laquelle il encliqueté dans le corps 1. On remarquera pour terminer que la chemise 28 ne présente pas d'orifice comme celle 22 de la variante précédente. La présente invention permet de rationaliser la fabrication des robinets à boisseau cylindrique en ayant décomposé les différents organes d'un tel robinet en des pièces simples, d'usinage ou de moulage facile et de montage aisé. En outre, le joint travaille dans des conditions beaucoup moins difficiles que le joint d'un robinet à tournant cylindrique connu, le joint étant sollicité comme un joint torique connu dont on connaît parfaitement les capacités et les performances. On aura noté que le boisseau de la figure 1 se monte à l'inverse du boisseau de la figure 4 dans le corps. Le montage de la figure 1 permet de diminuer la dimension du corps mesurée le long de l'axe du boisseau tournant et convient à la réalisation de vannes ou robinets de faible encombrement. REVENDICATIONS 1. Robinet à tournant (10) cylindrique compre- nant: - un corps (1) pourvu d'un passage interne (2) débouchant hors du corps par deux orifices (3, 4) externes et d'un logement cylindrique (5) coupant le passage interne (2) et dans lequel ce passage débouche par deux orifices internes (7,8), - un organe d'obturation (10) présentant une surface extérieure cylindrique, logé à faible jeu dans le logement cylindrique (5) et présentant un conduit interne (11) terminé par deux débouchés (12, 13) à la surface extérieure cylindrique, l'organe d'obturation (10) étant mobile en pivotement autour de l'axe (6) de la surface cylindrique entre une position o les débouchés (12, 13) sont en face des ouvertures internes (8, 9) du corps (1) et une position o ces débouchés (12, 13) sont décalés angulairement par rapport à ces ouvertures (8, 9), - des moyens d'étanchéité prévus entre la surface cylindrique du tournant (10) et la surface cylindrique du logement (5), caractérisé en ce que ces moyens d'étanchéité comprennent un joint d'étanchéité (18) en forme d'anneau logé dans une gorge (19, 25) de l'une des surfaces cylin- driques, dont le tracé fermé autour de l'axe (6) de la surface est tel que dans la position de fermeture de l'organe d'obturation (10), l'un des orifices (8, 9) internes du passage et les deux débouchés (12, 13) du conduit (11) sont situés d'un côté du joint (18) tandis que l'autre orifice interne (9,8) est situé de l'autre côté. 2. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge (19) est ménagée à la surface cylindri- que du logement (5). 3. Robinet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge (25) est ménagée à la surface cylindri- que de l'organe d'obturation (10). 4. Robinet selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la section de la gorge (19, 24) est en U dont l'une des ailes (20, 26) est formée par un épaulement de l'un des éléments logement (5)/obturateur (10) et dont l'autre aile (21, 27) est formée par la surface terminale de tracé conjugué à celui de l'épaulement d'une chemise (22, 28) rapportée sur cet élément.