Brevet FR2801658A1 — publié le 20010601

La présente invention concerne une vanne pour le contrôle du passage de liquides destinée à réguler le débit de passage de courants de liquides soumis à des pressions et des températures moyennes et basses. Une vanne conforme à la présente invention trouve son application de préférence dans l'automobile, surtout pour le contrôle de l'eau de refroidissement aussi bien dans le circuit principal de refroidissement du moteur que dans d'autres applications, dans lesquelles la dérivation d'un courant d'eau chaude est souhaitée, par exemple, pour son utilisation dans un dispositif de chauffage ou dans d'autres applications similaires. Actuellement, on connaît différents types de vannes ayant cette finalité, mais dans tous les cas il s'agit de vannes aux dimensions et aux coûts relativement importants et dont la fiabilité et/ou la durée de vie sont peu satisfaisantes. La vanne objet de la présente invention apporte des caractéristiques nouvelles et originales qui permettent de réussir une construction simple, relativement économique et d'une grande efficacité fonctionnelle. La vanne objet de la présente invention correspond à celles appelees de type guillotine ou à plaque glissante, constituées par un corps aplani de fermeture, glissant entre deux corps fixes disposés en opposition par rapport à l'autre, qui déterminent des faces de contact avec l'élément de vanne glissant, lesdits éléments étant porteurs d'orifices de communication avec le circuit du liquide à contrôler. Le corps de fermeture glissant est porteur de même d'un orifice susceptible de coïncider avec un degré de chevauchement variable avec les orifices desdits corps opposés. S'il n'existe aucune coïncidence, passage du liquide reste fermé, alors que lorsque l'orifice du corps glissant coïncide avec ceux des corps fixes, ladite coïncidence peut avoir lieu à partir valeurs très réduites, provoquant ainsi des débits liquide également réduits, jusqu'à la coïncidence totale, avec laquelle il n'existe plus aucune obstruction au passage du liquide, ce qui entraîne le flux maximal de liquide à travers la vanne. L'un problèmes les plus importants que présente ce type vannes est celui de l'étanchéité, étant donné que les interstices entre l'élément glissant de contrôle et les corps fixes porteurs des orifices de passage du liquide sont difficilement contrôlables et, en outre, augmentent de manière sensible tout au long de la vie utile de la vanne. Le présent inventeur a mené à bien des recherches et essais exhaustifs pour résoudre ledit problème, ce qui a débouché sur la présente invention. Selon l'inventeur, on peut obtenir une réduction au minimum des interstices entre l'élément mobile et les faces fixes de la vanne entre lesquelles glisse ledit élément mobile et en même temps on peut faire en sorte que lesdits interstices aient pas une variation appréciable tout au long de la vie utile de la vanne, en constituant le corps aplani mobile, sous la forme d'un secteur glissant tournant autour d'un point excentrique de ce dernier et constitué en un matériau ceramique, glissant en contact avec chacun un anneau également en matériau céramique qui sont insérés dans les corps de la vanne, opposés l'un à l'autre porteurs des orifices de passage du liquide et en disposition environnante desdits orifices, donnant lieu, en conséquence, ' un contact glissant entre l'élément déplaçable et lesdits anneaux en matériau céramique, ce qui permet de limiter les interstices à des valeurs extrêmement reduites et permet ainsi de réduire l'usure à des valeurs appréciables dans le fonctionnement de la vanne. L'inventeur a également découvert que, pour le fonctionnement efficace de la vanne le fini superficiel est très important pour les éléments vis-à-vis, c'est-à-dire corps aplani ou secteur mobile et les anneaux qui entourent les orifices passage d'eau et certainement d'une forme spécifique : desdits éléments en contact, de préférence le secteur mobile, doit avoir finition très fine sur les deux faces de contact, c'est-à-dire, une finition effectuée, par exemple, par rodage, qui correspond à ce qui est également désigne comme finition spéculaire, alors que les anneaux ont une finition légèrement rugueuse, ayant été observé expérimentalement que ladite disposition est très importante pour éviter l'adhérence ou "collage" du corps mobile entre les corps fixes, permettant, ainsi, un déplacement doux de la vanne, sans frottement excessif ni obstructions, surtout après un certain temps en position de repos. Pour réduire au minimum le poids de la vanne, on a fait recours à la fabrication des éléments formant le corps de ladite vanne en matériau synthétique, par exemple un plastique technique, en effectuant son raccord de préférence par crampage. Afin de réduire simultanément la possible augmentation des jeux due aux dilatations, on a fait recours dans la présente vanne à la disposition de quelques anneaux précontraints en un matériau synthétique élastique situés entre les anneaux en céramique et les éléments du corps de la vanne, de telle sorte que ladite précontrainte soit suffisante pour éviter les jeux y compris dans le cas d'une dilatation maximale, puisque lesdits joints, toriques ou d'autre forme, compensent par leur expansion élastique les effets d'augmentation ou de diminution de température dans le chauffage ou le refroidissement de la vanne. Le matériau à utiliser de préférence dans la fabrication desdits joints est l'élastomère, bien que, comme cela est évident, beaucoup d'autres types de matériaux synthétiques, en particulier polyamides et des superpolyamides, sont possibles. La constitution de la vanne selon la présente invention comprend preférence un corps mobile aplani et tournant autour d'un axe excentrique activation de ce dernier, c'est-à-dire une structure à disque basculant autour axe de rotation. L'activation est possible au moyen de tout dispositif approprié, qui doit respecter la condition selon laquelle, de maniere automatique, il provoque le passage de la vanne à la position ouverte en d'une quelconque défaillance du système d'activation. La présente invention peut être appliquée à différents types de vannes utilisées dans l'automobile ou dans d'autres applications, son utilisation étant preférée dans les vannes à deux ou trois voies. Ci-après se trouve un exemple de réalisation préférée de la présente invention sur la base des dessins joints, sur lesquels La figure 1 représente une vue schématique, en élévation de face, d'une vanne à deux voies réalisée selon la présente invention. La figure 2 représente une vue en perspective de la vanne de la figure 1. La figure 3 représente une vue en perspective schématique d'une vanne à trois voies. La figure 4 représente une vue en coupe d'une vanne à deux voies réalisée selon la présente invention. La figure 5 représente une vue en perspective d'un secteur de la vanne et des anneaux en céramique et anneaux élastiques selon la présente invention. La figure 6 représente une vue en perspective de l'ensemble élements formant une vanne à deux voies selon la présente invention. La figure 7 représente une vue de face de l'un des éléments du corps la vanne. figures 8 et 9 représentent deux vues schématiques de différents positionnements du secteur glissant mobile de la vanne objet de la présente invention. figure 10 représente une vue en plan d'une réalisation de vanne avec son moteur d'activation. La figure 11 représente une section de l'exécution de vanne la figure 10. Les figures 12 et 13 représentent chacune une section respectivement circulaire et de forme ovalisée des anneaux céramiques. Les figures 14 et 15 correspondent aux anneaux céramiques circulaire et ovalisée avec des sections non circulaires. Les figures 16 et 17 représentent chacune une vue en plan secteurs de contrôle de vannes électromagnétiques selon la présente invention. vanne objet de la présente invention comprend, selon l'exemple de réalisation de vanne à deux voies représenté sur les figures 1 et un corps central indiqué de manière générale par le nombre 1, formé par deux parties emboîtées l'une dans l'autre parfaitement par crampage ou encliquetage, comme montré par les nombres 2 et 3 sur la figure 4, présentant les embouchures tubulaires respectives 4 et 5 destinées à se connecter autres éléments tubulaires, par exemple, les cambrages 6 et 7, pour donner lieu à une partie du circuit d'eau qu'on veut contrôler. L'élément glissant destiné à contrôler passage du liquide est constitué par un corps aplani forme de secteur circulaire ou similaire 8 actionné par un dispositif moteur externe, indique schématiquement par le nombre 9 sur la figure 2, qui provoque la rotation l'axe 10 qui entraîne l'entraînement tournant du corps 8. Ledit axe 10 reste monté dans chaque expansion 11 et 12 des éléments 2 et 3 formant le corps la vanne, présentant à l'intérieur des éléments d'étanchéité tels que ceux représentés schématiquement par les joints d'étanchéité 13 et 14. Le dispositif d'activation 9 admet différentes solutions techniques dépendant de la vanne spécifique et du cycle de fonctionnement choisi. Cependant, dans tous les cas, ledit dispositif d'activation doit disposer de moyens pour que, en cas de défaillance, la vanne reste en position ouverte. Une caractéristique essentielle de la présente invention est que l'élément de fermeture, c'est-à-dire le corps aplani 8, est réalisé en un matériau céramique, présentant une ouverture 15 pour permettre le passage du liquide et glissant entre deux corps fixes, spécialement des anneaux, 16 et 17 également en matériau céramique, qui sont logés respectivement dans les deux parties 2 et 3 formant le corps de la vanne. Lesdits anneaux présentent ouvertures respectives 18 et 19 susceptibles de coïncider avec plus ou moins de chevauchement avec l'ouverture 15, déterminant différentes situations d'ouverture et de fermeture telles que présentées dans les cas extrêmes des figures 8 et 9, sur la première desquelles on remarque le corps aplani 8 en position d'ouverture complète, alors que sur la figure position dudit corps 8 correspond à la fermeture du passage de liquide, puisque l'orifice se trouve complètement déplacé par rapport aux orifices anneaux en céramique 16 et 17. Bien qu'elles ne soient pas représentées, comprend que des positions intermédiaires sont possibles, dans lesquelles passage partiel de liquide a lieu par l'ensemble des ouvertures partiellement alignées 1 18et19. Etant données les caractéristiques du matériau céramique du corps aplani 8 et des anneaux 16 et 17, il est possible de maintenir des interstices tres réduits entre lesdits éléments, qui permettent d'obtenir une étanchéité élevée, en évitant les fuites. Selon la découverte de l'inventeur, il est très pratique de prévoir une finition superficielle différente du corps 8 et des anneaux 16 et pour éviter l'effet de collage. De préférence, cette question doit être résolue réalisant superfinition par rodage des faces latérales du corps 8, associée à une finition très rugueuse des faces en vis-à-vis des anneaux 16 et 1 La structure du corps 8 est de préférence en secteur de cercle tournant un axe excentrique et perpendiculaire au secteur. La disposition des éléments prévue dans la présente invention permet en outre un effet autonettoyant de grande efficacité, car les possibles particules saleté qui peuvent s'introduire dans les interstices existant entre corps de fermeture et les anneaux en céramique sont expulsées par le déplacement du corps aplani de fermeture 8. Ceci tend à améliorer sensiblement la propreté de zone d'articulation du corps mobile en empêchant que de la saleté en excès n'arrive à la zone d'articulation de l'axe 10. Les éléments 2 et 3 du corps de la vanne sont réalisés de préférence en un matériau synthétique qui permet d'obtenir une légèreté élevée de l'ensemble, même si, comme on le comprend, il est possible d'utiliser d'autres matériaux, par exemple des alliages métalliques légers pour sa fabrication. Pour compenser les dilatations desdits corps 2 et 3, dans la vanne objet de la présente invention on dispose des joints précontraints 20 et 21 entre les anneaux en céramique 16 et 17 et les logements récepteurs de ces derniers dans les éléments de corps 2 et 3. Lesdits joints précontraints sont réalises en un matériau synthétique résistant aux températures de travail et aux agents chimiques, exemple un élastomère ou un matériau similaire, possédant des caractéristiques élastiques telles qu'une fois monté avec une certaine précontrainte, c'est cette dernière qui compense les dilatations du corps de la pompe en réussissant à tout moment une fermeture appropriée. Lesdits joints 20 et 21, bien qu'ils soient représentés sous la forme de joints plats sur les dessins, peuvent également être des anneaux toriques ou peuvent adopter une autre structure appropriée, par exemple avec une section transversale en V ou d'un autre type. Comme susmentionné, la vanne objet de la présente invention présente comme caractéristique essentielle la constitution du corps aplani de fermeture et des anneaux, sur lesquels il glisse, en un matériau céramique et elle peut être appliquée, en conséquence, à toute version de vanne de type connu. Par exemple, on présenté la version de vanne à deux voies sur les figures, bien qu'il soit également possible d'adopter la structure d'une vanne à trois voies ou autre. Sur la figure 3, on a représenté schématiquement une vanne a trois voies avec corps de vanne 22 et des passages de liquide 23, 24 25. Le système d'activation est indiqué de manière schématique avec le nombre 26 et comprend moteur ou les moteurs nécessaires pour son activation le mécanisme sécurité susmentionné qui dispose le corps aplani de fermeture en position d'ouverture en cas d'avarie de l'ensemble d'activation. Sur figures 10 et 11, on a montré une variante de vanne réalisée selon la présente invention. Le corps de vanne 27, destiné à contenir disque mobile interne 28, présente les embouchures 29 et 30 qui intérieurement comprennent des chanfreins d'entrée et chacune un écrou tubulaire 31 32, vissés à l'intérieur desdites embouchures 29 et 30 et qui présentent des collerettes inférieures respectives 33 et 34 destinées à exercer une pression sur les anneaux en matériau élastomère 35 et 36 qui agissent sur les anneaux céramiques de même type que ceux décrits sur les précédentes figures 4 et 6. Par cette disposition, et de préférence avec l'aide de petites incisions internes 37 et 38 réalisées dans lesdits écrous tubulaires 31 et 32, il est possible de réaliser le serrage variable desdits écrous, pour ajuster la précontrainte des anneaux en élastomère 35 et 36. Egalement dans le cas représenté sur les figures 10 et 11, disque 28 actionné par la rotation de l'axe qui le traverse 39 qui est actionné par le moteur 40. La présente invention prévoit la réalisation anneaux ceramiques et des corps aplanis sous la forme de disque pour le contrôle de la vanne selon certaines variantes présentées sur les figures 12 a 17. Sur la figure 12, on a représenté un anneau circulaire 41 qui présente une ouverture egalement circulaire 42, cette version correspondant à celles représentées sur figures précédemment expliquées. La figure 13 montre un élément céramique fixe 43 qui adopte une forme genérale réniforme avec une zone circulaire 44 et une zone 45 qui est la prolongation de l'anneau 44 et qui présente une forme allongée et courbe, constituant ensemble la forme réniforme susmentionnée, avec un rebord 46 un plus élevé et une zone intermédiaire limitée par ledit rebord 46 et qui est indiqué avec le nombre 47 qui a une grosseur moindre que celle de l'anneau formant, en conséquence, une zone abaissée sur chaque face l'élément ceramique fixe 43 pour améliorer l'étanchéité de la fermeture. Sur les figures 14 et 15, on a représenté une version 48 l'élément ceramique fixe de forme circulaire avec un orifice 49 dont la forme ne correspond pas à un cercle complet, bien qu'il présente des zones intermédiaires telles que celles représentées avec les nombres 50 et 51 qui ont une structure générale entrant dans l'orifice 49 depuis les bords l'anneau 48, sa forme étant variable afin d'obtenir une loi de variation determinée du debit de la vanne selon le déplacement angulaire de l'élément céramique mobile. Sur la figure 15, on a représenté un autre élément céramique fixe 52 ayant une structure similaire à celle de l'élément céramique de figure 13, dans lequel la zone de l'anneau circulaire 53 présente également zones 54 55 similaires à celles représentées sur la figure 14 avec les nombres 50 et 51. Comme indiqué, la forme et l'extension précise des expansions qui se prolongent depuis les parois internes de l'orifice circulaire éléments céramiques fixes, sont grandement variables en fonction de la loi du débit que veut obtenir dans la vanne. Sur les figures 16 et 17, on a représenté des versions du secteur mobile contrôle de la vanne telles qu'indiquées avec le nombre 56 sur la figure 16 et sur la figure 17. Lesdites exécutions du corps mobile de contrôle la vanne prévoient la réalisation dans l'un des cas, d'un simple orifice circulaire 58 et dans l'autre, d'un orifice 59 qui a une forme complexe, en principe conjuguée formes complexes représentées sur les figures 14 et 15, pour correspondre avec elles. D'autre part, il convient de considérer que la vanne objet de la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation montrés et expliques ci- dessus, mais qu'elle peut adopter plusieurs variations dans le cadre des revendications jointes. REVENDICATIONS 1. - Vanne pour le contrôle du passage de liquides, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (1, 27) enveloppant dans lequel est placé, avec une capacité de glissement, un corps aplani (8, 28) de fermeture réalisé en un matériau céramique, ce corps de fermeture (8, 28) étant doté d'une ou de plusieurs ouvertures (15) de contrôle du passage du liquide et étant susceptible de glisser entre deux corps céramiques fixes (16, 17) opposés à l'autre, deux corps céramiques fixes (16, 17) étant dotés des ouvertures (18, 19) de passage du liquide susceptibles de coïncider avec l'ouverture de passage (15) du corps de fermeture (8, 28) en plus ou moins grande proportion pour permettre la variation du passage du liquide entre une position de fermeture et une position d'ouverture maximale. 2. Vanne pour le contrôle du passage de liquides selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps aplani glissant (8, 28) de contrôle du passage du liquide adopte une structure sensiblement en secteur circulaire activable en rotation sur un axe excentrique et perpendiculaire au secteur, portant une ouverture (15) pour le contrôle du passage du liquide. 3. Vanne pour le contrôle du passage de liquides selon la revendication 1, caractérisée en ce que les corps céramiques fixes (16, 17) porteurs des ouvertures (18, 19) de passage du liquide adoptent chacun une structure en anneau en matériau céramique, et sont situés en opposition l'un par rapport à l'autre dans les deux éléments formant le corps de la pompe. 4. Vanne pour le contrôle du passage de liquides selon la revendication 1, caractérisée par la disposition de d'éléments élastomère précomprimés (20, 21 35, 36) entre les faces d'assise des anneaux céramiques fixes (16, 17) et les éléments du corps de pompe sur lequel ils sont incorporés, avec la capacité de compenser par leur élasticité et précompression les dilatations thermiques qui pourraient affecter la fermeture entre le corps central glissant (8, 28) et les anneaux céramiques fixes (16, 17). 5. - Vanne pour le contrôle du passage de liquides selon la revendication 1, caractérisée en ce que la finition superficielle du corps céramique glissant (8, 28) et des corps céramiques fixes (16, 17) entre lesquels glisse ce dernier, est distincte, associant une finition très fine sur le corps glissant 28) à une finition très grossière sur les corps fixes (16, 17). 6. Vanne pour le contrôle du passage de liquides selon précédentes revendications, caractérisée par la disposition d'écrous (31, 32) réglage de tension des anneaux en matériau élastomère (35, 36) superposés aux anneaux en matériau céramique fixes, permettant d'effectuer la tension de réglage desdits anneaux en élastomère (35, 36). 7. Vanne pour le contrôle du passage de liquides, selon la revendication 6, caractérisée en ce que les écrous (31, 32) de réglage de tension des anneaux en élastomère (35, 36) adoptent une forme tubulaire, et son vissés à l'intérieur des embouchures d'entrée et de sortie (29, 30) de la vanne et présentant des collerettes (33, 34) sur leur partie inférieure qui coïncident avec les anneaux respectifs en matériau élastomère (35, 36). 8. - Vanne pour le contrôle du passage de liquides, selon les revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les écrous tubulaires (31, 32) vissés à l'intérieur des embouchures (29, 30) de la vanne présentent des chanfreins d'entrée pour réduire la perte de charge et des évidements pour le logement d'outils pour leur activation. 9. - Vanne pour le contrôle du passage de liquides, selon les précédentes revendications, caractérisée en ce que les anneaux céramiques fixes (43) presentent une forme sensiblement réniforme avec une partie circulaire (44) porteuse de l'orifice de passage du liquide et une partie (45) qui est la prolongation latérale qui permet le meilleur guidage du corps aplani de contrôle la vanne. 10. - Vanne pour le contrôle du passage de liquides, selon les précédentes revendications, caractérisée en ce que les orifices de passage du liquide dans la pièce aplanie mobile (8, 28) pour le contrôle du passage du liquide et dans les disques céramiques (16, 17), fixes présentent des expansions qui partant des parois intérieures de l'orifice de passage du liquide se prolongent jusqu'à l'intérieur de ce dernier pour permettre la régulation de la loi du débit de liquide à travers la vanne.