Brevet FR2827358A1 — publié le 20030117

Vanne de commande à étanchéité améliorée et son procédé de fabrication L'invention se rapporte à une vanne de commande destinée à un circuit de circulation de fluide, en particulier à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une vanne de commande du type comprenant un corps de forme générale cylindrique, muni d'une entrée de fluide débouchant axialement et d'au moins deux sorties de fluide débouchant dans une paroi latérale cylindrique, le corps délimitant un logement cylindrique pour un organe de réglage réalisé sous la forme d'un cylindre creux propre à tourner autour d'un axe de rotation et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers des sorties grâce à des ouvertures de passage ménagées dans ledit cylindre. Dans une vanne de commande de ce type, le fluide pénètre axialement dans le corps de la vanne par l'entrée de fluide et est ensuite distribué au travers des sorties, en fonction de la position angulaire donnée à l'organe de réglage. Une vanne de commande de ce type comprend le plus souvent deux ou trois sorties de fluide qui sont décalées dans la direction axiale et qui sont contrôlées chacune par une portion cylindrique de l'organe de réglage, dans laquelle est formée une ou plusieurs ouvertures de passage. La réalisation de telles vannes pose des problèmes particuliers pour assurer l'étanchéité entre l'organe de réglage et la paroi latérale du corps de vanne. Cette étanchéité doit pouvoir absorber les différences de dilatation entre le corps de la vanne et l'organe de réglage, et tenir compte aussi des tolérances de fabrication et d'éventuels défauts de surface présentés par la paroi latérale et/ou l'organe de réglage. Les vannes de ce type comprennent généralement plusieurs joints qui sont montés sur le corps de vanne. Pour cela, il faut pouvoir, au moyen d'un artifice de moulage, réaliser le logement du joint à chaque sortie, ce qui s'avère généralement impossible dans le cas de vannes à trois ou quatre voies. Il faut alors prévoir le montage du joint par l'extérieur du corps de la vanne, ce qui implique de rapporter les sorties de fluide ou encore de réaliser l'organe de réglage en deux parties. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle vise en particulier à procurer une vanne de commande du type défini précédemment, qui comporte un joint d'étanchéité perfectionné permettant d'assurer l'étanchéité entre les différentes voies de la vanne, et cela quel que soit le nombre de voies. Elle vise encore à procurer une vanne de commande du type précité, dont la fabrication et le montage du joint d'étanchéité sont grandement simplifiés par rapport aux vannes de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet une vanne de commande du type défini précédemment, laquelle comprend un joint d'étanchéité réalisé monobloc et ayant des branches circulaires espacées, propres à former étanchéité entre la paroi latérale du corps et l'organe tournant, et des branches transversales reliant entre elles les branches circulaires. On procure ainsi un joint d'étanchéité de structure monobloc formé par un ensemble de branches circulaires espacées les unes des autres et maintenues entre elles par des branches transversales. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le joint d'étanchéité est maintenu fixe à l'intérieur de la paroi latérale du corps. Dans cette forme de réalisation préférée de l'invention, les branches transversales du joint d'étanchéité sont réalisées sous la forme de nervures profilées s'étendant parallèlement entre elles et formées en saillie vers l'extérieur des branches circulaires et propres à s'engager respectivement dans des rainures longitudinales formées dans la paroi latérale du corps. Avantageusement, chaque nervure profilée comprend une queue propre à s'engager dans une rainure longitudinale de la paroi latérale du corps et deux lèvres propres à venir en contact étanche avec l'organe de réglage. Les branches circulaires du joint d'étanchéité sont situées de part et d'autre de régions cylindriques de l'organe de réglage dans lesquelles sont formées les ouvertures de passage. Elles sont avantageusement réalisées sous la forme de nervures profilées propres à s'engager sans frottement, respectivement dans des gorges circulaires formées à la périphérie de l'organe de réglage. Avantageusement, chaque nervure profilée comprend une queue propre à s'engager sans frottement dans une gorge circulaire de l'organe de réglage et deux lèvres recourbées propres à venir en contact étanche avec l'organe de réglage, de part et d'autre de la gorge circulaire. Le joint d'étanchéité est, de préférence, formé par enroulement d'une pièce moulée généralement plane. Il est avantageusement formé en une matière élastomère ou thermoplastique. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le corps est réalisé sous la forme d'un boîtier ouvert destiné à être fermé par un couvercle qui comporte l'entrée de fluide. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une vanne de commande du type défini précédemment, lequel comprend les opérations suivantes : a) former le joint d'étanchéité à plat par moulage, de manière à offrir deux extrémités opposées ; b) enrouler le joint d'étanchéité en une position choisie autour de l'organe de réglage ; c) réunir les deux extrémités du joint ; et d) introduire l'organe de réglage ainsi équipé du joint d'étanchéité dans le corps. Dans l'opération a), le joint est avantageusement réalisé par moulage d'une matière élastomère ou thermoplastique, tandis que, dans l'opération c), les deux extrémités sont avantageusement réunies par soudage, collage, agrafage, ou maintien mécanique pendant l'opération d). Ces deux extrémités constituent, de préférence, respectivement les deux moitiés d'une branche transversale qui sont réunies lors de l'opération c). Selon une autre caractéristique avantageuse, le corps est réalisé sous la forme d'un boîtier ouvert destiné à être fermé par un couvercle, et le procédé comprend une opération supplémentaire e) consistant à assembler le couvercle sur le corps pour enfermer l'organe de réglage et le joint d'étanchéité. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une vanne de commande équipée d'un joint d'étanchéité selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en perspective du joint d'étanchéité ; - la Figure 3 est une vue en perspective du corps de vanne, avec arrachement partiel, logeant l'organe de réglage et le joint d'étanchéité ; - la Figure 4 est une vue en perspective du joint d'étanchéité moulé à plat ; - la Figure 5 montre la mise en place du joint d'étanchéité autour de l'organe de réglage ; - la Figure 6 est une vue en perspective de l'organe de réglage équipé du joint d'étanchéité ; - la Figure 7 est une vue en coupe longitudinale de l'organe de réglage équipé du joint d'étanchéité ; - la Figure 8 est une vue en coupe transversale de l'organe de réglage équipé du joint d'étanchéité ; - la Figure 9 est un détail à échelle agrandie montrant une branche transversale du joint formée par la réunion des deux extrémités du joint d'étanchéité ; - la Figure 10 est une vue en coupe à échelle agrandie montrant une autre branche transversale du joint d'étanchéité ; et - la Figure 11 est une vue en coupe à échelle agrandie montrant une branche circulaire coopérant avec une gorge circulaire de l'organe de réglage. La vanne de commande 10 représentée à la Figure 1 comprend un corps 12 de forme générale cylindrique, limité par une paroi de fond 14 et une paroi latérale cylindrique 16 d'axe XX. Dans la paroi latérale cylindrique 16, débouchent trois tubulures de sortie de fluide 18,20 et 22. Ces trois tubulures de sortie débouchent à des hauteurs axiales et en des positions angulaires choisies par rapport à l'axe XX. Dans l'exemple, les tubulures 18,20 et 22 débouchent radialement dans la paroi 16 et elles ont des diamètres différents. Le corps de vanne 12 comporte une face ouverte circulaire 24 destinée à être fermée par un couvercle 26 qui est muni d'une tubulure 28 d'entrée de fluide, dirigée dans la direction de l'axe XX. La paroi latérale 16 du corps de vanne présente une surface cylindrique interne 30 délimitant un logement 32 pour un organe de réglage 34. Cet organe de réglage 34 définit une cavité intérieure 36 propre à être alimentée en fluide par la tubulure d'entrée 28 de la vanne. L'organe de réglage 34 est réalisé sous la forme d'un cylindre creux propre à tourner autour de l'axe de rotation XX. Il présente une surface cylindrique intermédiaire 38 munie de deux ouvertures de passage 40 et encadrée par deux autres surfaces cylindriques 42 et 44 situées en extrémité. La surface cylindrique 42 est munie de trois ouvertures de passage 46, tandis que la surface cylindrique 44 est munie d'une ouverture de passage 48. L'organe de réglage 34 est propre à prendre différentes positions angulaires choisies, sous l'action d'un organe de commande (non représenté), pour contrôler la distribution du fluide au travers des sorties 18,20 et 22. L'étanchéité entre l'organe de réglage 34 et la surface intérieure 30 de la paroi latérale 16 est assurée par un joint d'étanchéité 50 qui sera décrit en détail plus loin. Le couvercle 26 est muni de trois pattes 52 destinées à être traversées par des vis (non représentées) coopérant avec des bossages correspondants 54 que présente le corps de vanne. Un joint d'étanchéité 56 de forme annulaire est disposé entre la face ouverte 24 du corps 12 et le couvercle 26. Par ailleurs, l'organe de réglage 34 se termine par un embout 58 entouré par un joint d'étanchéité 60 et propre à traverser une ouverture (non visible sur la Figure 1) que comporte le fond 14 du corps 12. De la sorte, l'organe de réglage 34 peut être entraîné en rotation par un organe de commande approprié situé à l'extérieur. Le joint d'étanchéité 50, que l'on voit aussi sur les Figures 2 et 3, est un joint monobloc compartimenté permettant d'assurer l'étanchéité entre les différentes voies (l'entrée de fluide 28 et les trois sorties de fluide 18,20 et 22) de la vanne 10. Ce joint comporte, dans l'exemple, quatre branches circulaires espacées 621 à 624 propres à former étanchéité entre la paroi latérale 16 du corps et l'organe de réglage 34. Ces branches circulaires sont réunies entre elles, dans l'exemple, par sept branches transversales 641 à 647 qui s'étendent parallèlement entre elles et parallèlement à l'axe XX. Outre leur fonction d'espacement, les branches transversales 641 à 647 servent au maintien du joint d'étanchéité, en position fixe, à l'intérieur de la paroi latérale 16. Les branches circulaires 621 à 624 sont espacées de telle manière qu'elles viennent se situer de part et d'autre des régions cylindriques 38,42 et 44 de l'organe de réglage 34. Ainsi, les branches 621 et 622 encadrent la surface cylindrique d'extrémité 44, les branches 622 et 623 encadrent la surface cylindrique intermédiaire 38 et les branches 623 et 624 encadrent la surface cylindrique d'extrémité 42. Le joint d'étanchéité 50 est avantageusement formé à partir d'une pièce moulée à plat, comme montré à la Figure 4. Cette pièce moulée, avantageusement en une matière du type élastomère, comprend des branches longitudinales 621 à 624 destinées à former ultérieurement, après enroulement, les branches circulaires correspondantes. Ces branches longitudinales sont réunies entre elles par les branches transversales 641 à 647, qui s'étendent parallèlement entre elles. L'organe de réglage 34 comporte à sa périphérie des gorges circulaires 661 à 664 (Figure 5) destinées à recevoir respectivement, les branches 621 à 624. L'extrémité de la branche transversale 647 est appliquée contre une des génératrices de l'organe de réglage, puis l'ensemble du joint est enroulé autour de celui-ci, en sorte que les branches 621 à 624 viennent s'engager respectivement dans les gorges 661 à 664, ce qui permet d'obtenir un joint enroulé comme montré à la Figure 6. Les extrémités du joint, constituées par les branches transversales 641 et 647, sont réunies entre elles par un procédé approprié, tel que soudage, collage, agrafage ou maintien mécanique. Comme on le voit sur les Figures 7 à 11, les branches circulaires 62 et les branches transversales 64 sont réalisées sous la forme de nervures profilées de forme appropriée. Les branches transversales 642 à 646 ont la structure représentée aux Figures 8 et 10. Elles s'étendent parallèlement entre elles et sont formées en saillie vers l'extérieur des branches circulaires. Chaque nervure profilée comprend une queue 68 propre à s'engager dans une rainure longitudinale 70 de la paroi latérale du corps de vanne (Figure 1) et deux lèvres 72 (Figure 10) propres à venir en contact étanche avec l'organe de réglage. Les branches d'extrémité 641 et 647 constituent les deux moitiés d'une nervure du type précité (Figure 9). Après assemblage entre elles, elles forment un profil complet analogue à celui d'une nervure 64 telle que représentée à la Figure 10. Les branches circulaires 621 à 624 du joint sont réalisées sous la forme de nervures profilées propres à s'engager sans frottement, respectivement dans les gorges 661 à 664 précitées. Chacune des nervures comprend une queue 74 propre à s'engager sans frottement dans une gorge 66 correspondante (Figure 1). Pour cela, la queue 74 possède une largeur inférieure à celle de la gorge 66 correspondante. Cette queue 74 se raccorde à deux lèvres 76 qui sont recourbées de manière à venir en contact étanche avec l'organe de réglage 34, de part et d'autre de la gorge circulaire 66 (Figure 11). Ainsi, pour fabriquer la vanne de commande, on forme d'abord le joint d'étanchéité à plat par moulage, de manière à présenter deux extrémités opposées (branches 641 et 647) comme montré à la Figure 4. Ensuite, on enroule le joint d'étanchéité en une position choisie autour de l'organe de réglage 34, en sorte que les branches 621 à 624 viennent s'engager, respectivement, dans les gorges 661 à 664 (Figure 5). Après enroulement complet, on réunit les deux branches d'extrémité 641 et 647, ce qui permet d'obtenir un organe de réglage pré-équipé du joint (Figure 6). Ensuite, on introduit axialement l'ensemble à l'intérieur du logement 32 du corps 12, de sorte que les branches 641 à 647 viennent s'engager dans les rainures 70 du corps de vanne. Il suffit ensuite de fermer le corps de vanne par mise en place du couvercle 26. On obtient ainsi une vanne qui permet de contrôler de façon précise la distribution du fluide entre les sorties 18,20 et 22, tout en assurant une parfaite étanchéité entre le corps de vanne et l'organe de réglage. Compte tenu de la structure particulière de ce joint, il est possible de compenser les variations dimensionnelles dues à des différences de dilatation et à des tolérances de fabrication. La vanne de commande de l'invention peut être utilisée dans différents circuits de circulation de fluide. Elle trouve une utilisation particulière dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, qui est parcouru par un fluide de refroidissement sous l'action d'une pompe de circulation. L'entrée de fluide 28 de la vanne est alors avantageusement reliée à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur. Les trois sorties de fluide 18,20 et 22 sont alors reliées respectivement à une première branche du circuit qui contient un radiateur de refroidissement, à une deuxième branche du circuit qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et à une troisième branche du circuit qui contient un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. En particulier, elle n'est pas limitée à une vanne à trois sorties de fluide et peut être utilisée pour des vannes à deux, voire quatre sorties de fluide. De même, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un joint d'étanchéité réalisé par enroulement, il est envisageable de réaliser un joint monobloc en forme qui est ensuite enfilé en force autour de l'organe de réglage, avant mise en place de l'ensemble à l'intérieur du corps de vanne. Revendications 1. Vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, comprenant un corps (12) de forme générale cylindrique, muni d'une entrée de fluide (28) débouchant axialement et d'au moins deux sorties de fluide (18,20, 22) débouchant dans une paroi latérale cylindrique (16), le corps délimitant un logement cylindrique (32) pour un organe de réglage (34) réalisé sous la forme d'un cylindre creux propre à tourner autour d'un axe de rotation (XX) et à prendre différentes positions angulaires pour contrôler la distribution du fluide au travers des sorties grâce à des ouvertures de passage (40,46, 48) ménagées dans ledit cylindre, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité (50) réalisé monobloc et ayant des branches circulaires (62) espacées propres à former étanchéité entre la paroi latérale (16) du corps (12) et l'organe de réglage (34), et des branches transversales (64) reliant entre elles les branches circulaires (62). 2. Vanne de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (50) est maintenu fixe à l'intérieur de la paroi latérale (14) du corps (12). 3. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les branches transversales (64) du joint d'étanchéité (50) sont réalisées sous la forme de nervures profilées s'étendant parallèlement entre elles et formées en saillie vers l'extérieur des branches circulaires et propres à s'engager respectivement dans des rainures longitudinales (70) formées dans la paroi latérale (16) du corps (12). 4. Vanne de commande selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque nervure profilée (64) comprend une queue (68) propre à s'engager dans une rainure longitudinale (70) de la paroi latérale du corps et deux lèvres (72) propres à venir en contact étanche avec l'organe de réglage (34). 5. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les branches circulaires (62) du joint d'étanchéité (50) sont situées de part et d'autre de régions cylindriques (38,42, 44) de l'organe de réglage, dans lesquelles sont formées les ouvertures de passage (40,46, 48). 6. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les branches circulaires (62) du joint d'étanchéité (50) sont réalisées sous la forme de nervures profilées propres à s'engager sans frottement respectivement dans des gorges circulaires (66) formées à la périphérie de l'organe de réglage (34). 7. Vanne de commande selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque nervure profilée (62) comprend une queue (74) propre à s'engager sans frottement dans une gorge circulaire (66) de l'organe de réglage et deux lèvres recourbées (76) propres à venir en contact étanche avec l'organe de réglage (34) de part et d'autre de la gorge circulaire (66). 8. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (50) est formé par enroulement d'une pièce moulée généralement plane. 9. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (50) est formé en une matière élastomère ou thermoplastique. 10. Vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le corps (12) est réalisé sous la forme d'un boîtier ouvert destiné à être fermé par un couvercle (26) qui comporte l'entrée de fluide (28). 11. Procédé de fabrication d'une vanne de commande selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : a) former le joint d'étanchéité (50) à plat par moulage, de manière à offrir deux extrémités opposées (641,647) ; b) enrouler le joint d'étanchéité (50) en une position choisie autour de l'organe de réglage (34) ; c) réunir les deux extrémités du joint ; et d) introduire l'organe de réglage (34) ainsi équipé du joint d'étanchéité (50) dans le corps (12). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, dans l'opération a), le joint est réalisé par moulage d'une matière élastomère ou thermoplastique et que, dans l'opération c), les deux extrémités du joint sont réunies par soudage, collage, agrafage ou maintien mécanique pendant l'opération d). 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les deux extrémités du joint constituent respectivement les deux moitiés (641, 647) d'une branche transversale qui sont réunies lors de l'opération c). 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le corps (12) est réalisé sous la forme d'un boîtier ouvert destiné à être fermé par un couvercle (26), et en ce qu'il est prévu une opération supplémentaire e) consistant à assembler le couvercle sur le corps pour enfermer l'organe de réglage (34) et le joint d'étanchéité (50).