Brevet FR2786847A1 — publié le 20000609

La présente invention concerne un coupleur à billes utilisable notamment dans les circuits de transport de fluide sous pression pour le raccord rapide de deux éléments du circuit tels qu'une conduite et un organe émetteur ou receveur de fluide ou deux conduites. On connaît des coupleurs à billes qui comprennent un embout tubulaire mâle présentant un redan annulaire externe et un embout tubulaire femelle pour recevoir l'embout tubulaire mâle, les embouts étant destinés à être associés chacun à un élément du circuit. Le maintien de l'embout mâle dans l'embout femelle est assuré par l'inter- médiaire des billes appliquées en butée derrière le redan annulaire par des moyens de verrouillage. Les moyens de verrouillage comprennent générale- ment une cage de maintien des billes montée par une extré- mité sur l'embout femelle pour se prolonger au-delà de celui-ci et une douille montée sur la cage de maintien pour être mobile axialement entre des première et seconde posi- tions. La douille comprend des surfaces internes de came décalées axialement les unes par rapport aux autres et agencées de telle façon que, lorsque la douille est dans sa première position, les billes sont maintenues en saillie à l'intérieur de la cage de maintien pour retenir le redan annulaire de l'embout mâle et, lorsque la douille est dans sa seconde position, les billes sont libérées radialement et peuvent être amenées dans une position escamotée par rapport à leur position en saillie en coopérant avec le redan annulaire pour permettre le retrait de celui-ci. De tels coupleurs à billes sont largement utili- sés dans l'industrie en raison de la rapidité de raccorde- ment qu'ils permettent. De plus, la connexion est simple et peut être réalisée par une main d'oeuvre non spécialisée. Cependant, lorsqu'un effort de traction est appliqué sur un des éléments raccordés, il existe un risque que la douille vienne en butée sur un élément s'étendant à proximité du coupleur et soit déplacée axialement par rapport à la cage de maintien. Ce déplacement peut conduire, si le circuit est sous pression, à une déconnexion brutale de la conduite ce qui équivaut à une rupture et, en outre, avec un effet "coup de fouet" d'autant plus important que la pression du fluide dans le circuit est élevée. Il existe donc un besoin non résolu de manière commode à ce jour d'un coupleur à billes limitant le risque d'une déconnexion accidentelle des conduites raccordées. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un coupleur à billes ayant un axe longitudinal et comprenant un embout tubulaire mâle pourvu d'un redan annulaire externe, un embout tubulaire femelle sur lequel est fixé coaxialement par une extrémité un manchon tubulaire se prolongeant audelà de l'embout femelle et présentant des lumières pour former une cage de maintien de billes et une douille coaxiale au manchon et montée sur celui-ci par l'intermédiaire de moyens de guidage de la douille en rotation autour de l'axe longitudinal du coupleur permet- tant un débattement angulaire de la douille par rapport au manchon entre des première et seconde positions, la douille comprenant des moyens internes de logement des billes présentant pour chaque bille un premier chambrage s'éten- dant en regard de la lumière correspondante pour la première position de la douille pour former une butée de maintien de la bille concernée dans une position en saillie à l'intérieur du manchon pour délimiter un passage de section inférieure à celle du redan annulaire externe et un deuxième chambrage relié au premier chambrage par une paroi inclinée et décalé par rapport au premier chambrage d'un angle correspondant au débattement angulaire pour recevoir la bille concernée dans une position escamotée par rapport à sa position en saillie pour délimiter un passage de section au moins égal à celle du redan annulaire externe pour la seconde position de la douille. Ainsi, le déverrouillage du raccordement est réalisé en faisant pivoter la douille par rapport au manchon. Le risque qu'un tel mouvement soit d'origine accidentelle est limité. La probabilité d'un déverrouillage intempestif du coupleur est donc réduite. Selon un mode de réalisation particulier, les lumières sont allongées et s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal du coupleur, chaque premier chambrage s'éten- dant en regard d'une partie de la lumière adjacente à l'extrémité libre du manchon, et les moyens de logement comprennent, de préférence, un troisième chambrage annu- laire relié par une paroi inclinée aux premiers chambrages pour s'étendre en regard des parties des lumières s'éten- dant de façon adjacente à l'extrémité fixée du manchon afin de recevoir les billes en position escamotée, une bague étant montée dans le troisième chambrage pour coulisser entre une position de dégagement du troisième chambrage et une position d'obturation du troisième chambrage dans laquelle elle est rappelée élastiquement et pousse les billes dans les premiers chambrages. Ainsi, le raccordement de l'embout mâle est effectué simplement insérant celui-ci dans le manchon jusqu'à ce que les billes poussées par le redan annulaire s'escamotent dans le troisième chambrage annulaire et reviennent dans le premier chambrage en position en saillie après le passage du redan annulaire sous l'effet du rappel élastique de la bague en position d'obturation. L'opération de connexion est alors rapide et particulièrement simple. Avantageusement alors, le coupleur comprend un ressort hélicoidal intercalé entre la bague et le manchon pour assurer le rappel élastique de la bague dans sa position d'obturation et, de préférence, le ressort a une extrémité fixée à la bague et une extrémité fixée au manchon pour former un organe de rappel élastique de la douille dans sa première position. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du coupleur à billes selon l'invention, - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 du coupleur à billes au moment de l'introduction de l'embout mâle, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 du coupleur à billes, l'embout mâle étant verrouillé en position raccordée, - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe transversale du coupleur à billes, respectivement selon les lignes IV-IV, V-V, VI-VI de la figure 3, - la figure 7 est une vue analogue à la figure 1 du coupleur à billes lors du retrait de l'embout mâle, - la figure 8 est une vue en coupe transversale du coupleur à billes selon la ligne VIII-VIII de la figure 7. Le coupleur à billes selon l'invention est destiné au raccordement rapide de deux éléments d'un circuit de fluide sous pression. En référence aux figures, le coupleur à billes selon l'invention, d'axe longitudinal 1, comprend un embout tubulaire mâle généralement désigné en 2 et un embout tubulaire femelle généralement désigné en 3. L'embout tubulaire mâle comprend un redan annulaire externe 4 ayant des parois latérales 4.1, 4.2 convergentes. L'embout mâle 2 est destiné à être monté sur une conduite et à être inséré dans l'embout femelle 3. L'embout femelle 3 comprend un joint torique 5 destiné à assurer l'étanchéité de son raccordement avec l'embout mâle 2. L'embout femelle 3 est destiné à être monté sur un organe à alimenter en fluide sous pression ou sur une autre conduite. Le coupleur à billes comprend en outre un man- chon, généralement désigné en 6, monté par une de ses extrémités 7 sur l'embout femelle 3 pour s'étendre coaxia- lement à celui-ci. Le manchon 6 comprend une partie 8 de section interne circulaire S, à la section s' supérieure du redan annulaire 4 s'étendant au-delà de l'embout femelle 3 et une extrémité libre 9 opposée à l'extrémité 7. La partie 8 du manchon 6 présente des lumières 10 allongées s'éten- dant parallèlement à l'axe longitudinal 1 à 90 les unes par rapport aux autres. Les lumières 10 sont délimitées par des bords 11 qui convergent l'un vers l'autre en direction de l'intérieur du manchon. Des billes 12 sont reçues dans les lumières 10 et ont un diamètre supérieur à la dimension transversale de la plus petite ouverture délimitée par les bords 11 de manière que les billes 12 ne peuvent pénétrer à l'intérieur du manchon 6. Le manchon 6 forme ainsi une cage de maintien des billes 12 dans le coupleur. Une douille 13 est montée pour pivoter sur le manchon 6 par l'intermédiaire de deux portions de couronne 14 s'étendant en saillie à l'intérieur de la douille 13 pour être reçues dans deux portions de gorge 15 ménagées extérieurement sur le manchon 6. Les dimensions respectives des portions de couronne 14 et des portions de gorge 15 sont déterminées de manière à permettre un débattement angulaire a de la douille 13 par rapport au manchon 6 égal ici à environ 35 . Il est ainsi défini une première et une seconde position angulaire extrêmes de la douille 13 par rapport au manchon 6. On pourrait bien entendu prévoir une cage de maintien comprenant un nombre de lumières différent de quatre pour recevoir un nombre correspondant de billes. Le débattement angulaire a devra en outre être modifié pour correspondre au décalage angulaire des lumières les unes par rapport aux autres. La douille 13 comprend des moyens internes de logement des billes 12. Ces moyens comprennent des premiers chambrages 16 s'étendant chacun en regard d'une partie d'une lumière 10 adjacente à l'extrémité libre 9 du manchon 6 lorsque la douille 13 est dans sa première position. Les premiers chambrages 16 ont une profondeur déterminée de manière que les billes 12 reçues dans les premiers chambrages 16 délimitent un passage ayant une section s inférieure à la section s' du redan annulaire 4. Des deuxièmes chambrages 17, décalés angulaire- ment d'un angle égal à l'angle a par rapport aux premiers chambrages 16 sont ménagés dans la douille 13 et sont reliés aux premiers chambrages 16 par une paroi inclinée 18. On comprend que du fait du décalage angulaire existant entre chaque premier chambrage 16 et chaque deuxième chambrage 17, chaque deuxième chambrage 17 s'étend en regard d'une lumière 10 lorsque la douille 13 est dans sa deuxième position. La profondeur des deuxièmes chambrages 17 est déterminée de manière que lorsque les billes 12 sont reçues dans les deuxièmes chambrages 17, elles délimitent un passage de section au moins égal à la section s' du redan annulaire 4. Les moyens de logement des billes 12 comprennent également un troisième chambrage 19. Le troisième chambrage 19 est annulaire et est décalé axialement par rapport au premier chambrage 16 de manière à s'étendre en regard des parties des lumières 10 qui s'étendent de façon adjacente à l'extrémité 7 du manchon 6. Le troisième chambrage 19 est relié aux premiers chambrages 16 par une paroi conique 20. Le diamètre du troisième chambrage 19 est déterminé de manière que les billes reçues dans ledit troisième cham- brage 19 délimitent un passage de section au moins égale à la section s' du redan annulaire 4. Une bague 21 est montée pour coulisser dans le troisième chambrage 19. La bague 21 comprend deux languet- tes longitudinales 22 reçues dans des rainures longitudina- les 23 du troisième chambre 19 empêchant toute rotation de la bague 21 par rapport à la douille 13. La bague 21 est montée coulissante entre une position de dégagement du troisième chambrage 19 dans laquelle la bague 21 libère un espace suffisant dans le troisième chambrage 19 pour recevoir les billes 12 et une position d'obturation du troisième chambrage 19 dans laquelle la bague 21 est rappelée élastiquement par un ressort 24 et pousse les billes 12 dans les premiers chambrages 16. Le ressort 24 est un ressort hélicoïdal intercalé entre le manchon 6 et la bague 21. Le ressort 24 a une extrémité 24.1 solidaire du manchon 6 et une extrémité opposée 24.2 solidaire de la bague 21. On comprend que le ressort 24 travaille ainsi en compression pour ramener la bague 21 dans sa position d'obturation et en torsion pour ramener la douille 13 dans sa première position. En référence aux figures 1 et 2, la douille 13 étant dans sa première position et les billes 12 étant revues dans les premiers chanmbrages 16, le raccordement de l'embout mâle 2 à l'embout femelle 3 est réalisé en introduisant l'embout mâle 2 dans le manchon 6. La surface 4.1 du redan annulaire, du fait de son inclinaison, pousse les billes 12 dans le troisième chambrage 19 dans leur position escamotée, les billes 12 entraînant la bague 21 dans sa position de dégagement. Le redan annulaire 4 peut alors être inséré au- delà des billes pour venir en butée d'un épaulement conique du manchon 6 s'étendant à l'entrée de l'embout femelle 3. Au fur et à mesure de cette insertion, les billes 12, amenées sur la paroi 4.2 et contre la paroi inclinée 20 sous l'effet de l'effort exercé par le ressort 24 sur la bague 21 revenant dans sa position d'obturation, reviennent dans leur position en saillie dans les premiers chambrages 16. Une fois la bague 21 dans sa position d'obturation, les billes 12 sont dans les premiers chambrages 16 dont le fond maintient les billes dans leur position en saillie (figures 3, 4, 5 et 6). En référence aux figures 7 et 8, la déconnexion est effectuée en faisant pivoter la douille 13 de l'angle a dans le sens anti-horaire pour l'amener dans sa deuxième position en s'opposant à l'action du ressort 24. Les deuxièmes chambrages 17 s'étendent alors en regard des lumières 10. L'embout mâle 2 est alors tiré vers l'arrière de sorte que la paroi conique 4.2 constitue une rampe amenant les billes 12 dans leur position escamotée dans les deuxièmes chambrages 17. Une fois le redan annulaire 4 passé, l'opérateur relâche la douille 13 qui, sous l'effet du ressort 24, revient dans sa première position. Les billes reviennent alors dans les premiers chambrages 16 par l'intermédiaire des parois inclinées 18 et se retrouvent dans leur position en saillie dans laquelle elles sont maintenues par le fond des premiers chambrages 16. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven- tion tel que défini par les revendications. REVENDICATIONS 1. Coupleur à billes ayant un axe longitudinal (1) et comprenant un embout tubulaire mâle (2) pourvu d'un redan annulaire externe (4), un embout tubulaire femelle (3) sur lequel est fixé coaxialement par une extrémité (7) un manchon tubulaire (6) se prolongeant au-delà de l'embout femelle et présentant des lumières (10) pour former une cage de maintien de billes (12) et une douille (13) coaxiale au manchon (6) et montée sur celui-ci pour être mobile entre des première et seconde positions, la douille comprenant des moyens internes de logement des billes (12) tels que les billes sont dans une position en saillie à l'intérieur du manchon (6) pour délimiter un passage de section (s) inférieure à celle (s') du redan annulaire externe (4) lorsque la douille est dans sa première position et tels que les billes sont dans une position escamotée par rapport à leur position en saillie pour délimiter un passage de section au moins égal à celle du redan annulaire externe lorsque la douille est dans sa deuxième position, caractérisé en ce que la douille (13) est montée sur le manchon (6) par l'intermédiaire de moyens de guidage (15) de la douille en rotation autour de l'axe longitudinal du coupleur permettant un débattement angu- laire (a) de la douille par rapport au manchon, et en ce que les moyens de logement comprennent pour chaque bille un premier chambrage (16) s'étendant en regard de la lumière correspondante pour la première position de la douille pour former une butée de maintien de la bille concernée dans sa position en saillie et un deuxième chambrage (17) relié au premier chambrage par une paroi inclinée (18) et décalé par rapport au premier chambrage d'un angle (a) correspondant au débattement angulaire pour recevoir la bille concernée dans sa position escamotée pour la seconde position de la douille. 2. Coupleur à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lumières (10) sont allongées et s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal (1) du coupleur, et en ce que chaque premier chambrage (16) s'étend en regard d'une partie de la lumière (10) adjacente à l'extrémité libre (9) du manchon. 3. Coupleur à billes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de logement comprennent un troisième chambrage annulaire (19) relié par une paroi inclinée (20) aux premiers chambrages (16) pour s'étendre en regard des parties des lumières (10) s'étendant de façon adjacente à l'extrémité fixée (7) du manchon (6) afin de recevoir les billes (12) en position escamotée, et en ce qu'une bague (21) est montée dans le troisième chambrage (19) pour coulisser entre une position de dégagement du troisième chambrage et une position d'obturation du troisième chambrage dans laquelle elle est rappelée élastiquement et pousse les billes (12) dans les premiers chambrages (16). 4. Coupleur à billes selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort hélicoïdal (24) intercalé entre la bague (21) et le manchon (6) pour assurer le rappel élastique de la bague dans sa position d'obturation. 5. Coupleur à billes selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort (24) a une extrémité (24.1) fixée à la bague (21), laquelle est couplée en rotation avec la douille et une extrémité (24.1) fixée au manchon (6) pour former un organe de rappel élastique de la douille (13) dans sa première position. 6. Coupleur à billes selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le manchon (6) comprend quatre lumières (10) à 90 les unes par rapport aux autres, et en ce que le débattement angulaire (a) est de l'ordre de 35 .