Brevet FR2827021A1 — publié le 20030110

Etat de la technique La présente invention concerne une liaison d'arbre, notamment pour une vanne commandant le passage de liquide, liaison reliant un arbre d'entraînement et un arbre de sortie entraînant un organe d'étranglement de la vanne. De manière générale les liaisons d'arbre sont souvent réalisées avec des brides. Lors de la transmission d'un couple d'un actionneur (unité motrice ou unité d'entraînement) à un organe d'étranglement d'une vanne on rencontre le problème de l'accouplement de deux arbres. Il faut alors notamment veiller à ce que les arbres puissent se déplacer ou basculer l'un par rapport à l'autre dans certaines limites. Pour répondre à cette difficulté on a proposé des accouplements coulissants selon lesquels les deux extrémités d'arbre sont munies chaque fois de plateaux avec des rainures. Entre les extrémités d'arbre, on a une pièce de liaison munie de clavettes. Les clavettes sont en général croisées et pénètrent dans les rainures. On relie ainsi les deux arbres. Mais l'inconvénient de ce montage est de ne pouvoir transmettre que des couples faibles. Pour des couples plus importants, un tel accouplement coulissant doit être très grand ce qui se traduit par un encombrement important. De plus dans la liaison d'arbre connue, on a une courbe de couples irrégulière pendant la rotation. Lorsqu'on utilise de telles liaisons d'arbre il faut de plus veiller à ce que l'organe d'étranglement de la vanne soit rendu étanche pour que le fluide ne puisse sortir du corps de la vanne par la liaison d'arbre. Si l'arbre de sortie relié au corps d'étranglement se déplace latéralement par rapport à l'arbre d'entraînement, dans les liaisons d'arbre connues, l'effet d'étanchéité peut s'atténuer et dans le cas extrême même être totalement défaillant. On connaît une autre liaison d'arbre sous la dénomination d'accouplement élastique consistant à relier les extrémités d'arbre par un disque élastique. La fixation du disque élastique sur les extrémités d'arbre est réalisée par des liaisons rivetées. De tels accouplements élastiques ont toutefois l'inconvénient d'être d'un encombrement important, de subir une usure importante et de fonctionner relativement difficilement. Cela se remarque en particulier lorsque les couples à transmettre sont importants ou que les arbres sont basculés l'un par rapport à l'autre. Avantages de l'invention La présente invention concerne une liaison d'arbre du type défini ci-dessus notamment pour une vanne commandant le passage de liquide, cette liaison d'arbre étant caractérisée en ce que l'un des arbres comporte un orifice à section polygonale et l'autre arbre comporte à son extrémité un organe polygonal réalisé en fonction de l'orifice polygonal, les surfaces extérieures de l'organe polygonal étant réalisées comme surfaces sphériques. La liaison d'arbre selon l'invention présente une construction compacte et permet une liaison garantie entre deux arbres. On peut également transmettre des couples importants par la liaison d'arbre selon l'invention. Cela est notamment possible même si l'arbre d'entraînement s'incline ou se décale latéralement par rapport à l'arbre de sortie et crée un décalage angulaire entre les deux arbres. Cette construction permet d'absorber le décalage angulaire entre les deux arbres par les surfaces en forme de sphère de l'organe polygonal ; les points de contact entre l'organe polygonal et l'orifice à section polygonale pour des arbres inclinés l'un par rapport à l'autre suivant un angle se trouvent dans un plan incliné correspondant à l'angle. La liaison d'arbre selon l'invention peut être réalisée d'une manière relativement économique. De plus la réalisation de l'organe polygonal avec des surfaces de sphère ne présente qu'une faible usure et la liaison d'arbre fonctionne très facilement. Selon un développement préférentiel de l'invention, la liaison d'arbre comporte un joint pour assurer l'étanchéité de la zone de la liaison d'arbre du côté de la vanne. Le moyen d'étanchéité est de préférence appliqué contre la surface extérieure soit de l'extrémité d'arbre comportant l'orifice à section polygonale soit contre l'extrémité d'arbre avec l'organe polygonal. L'invention garantit ainsi que même un décalage angulaire éventuel des deux arbres l'un par rapport à l'autre n'influence pas l'étanchéité. Cela garantit l'étanchéité de la vanne. D'une manière particulièrement avantageuse, le moyen d'étanchéité au joint est placé dans un plan passant par le point de basculement autour duquel bascule l'arbre d'entraînement et l'arbre de sortie lorsqu'on a un décalage angulaire. On fixe ainsi le joint exactement à la liaison d'arbre et un décalage angulaire des deux arbres ne modifie pas la position du joint d'arbre. La liaison d'arbre selon l'invention permet d'absorber également des décalages angulaires importants entre les deux arbres grâce à la liaison d'arbre sans risquer de fuite au niveau de la liaison. De manière préférentielle, l'organe à section polygonale est un organe à six pans et l'orifice à section polygonale est un orifice à six pans de forme correspondant à l'organe polygonal. Cela permet de bien compenser un décalage angulaire entre les deux arbres dans des directions différentes. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, les surfaces de sphère de l'organe polygonal ont une zone centrale médiane plane. On obtient ainsi un appui particulièrement bon entre l'organe polygonal et l'orifice à section polygonale permettant de transmettre des couples importants. La largeur de la zone médiane plane dans la direction longitudinale de l'organe à section polygonale est relativement faible pour permettre de bien compenser un éventuel décalage angulaire. Pour avoir une liaison d'arbre fonctionnant particulièrement bien, l'orifice à section polygonale et l'organe à section polygonale ont de préférence une surface munie d'une faible rugosité. Cela peut se faire par un traitement de surface correspondant ou en utilisant un revêtement. On réalise ainsi une liaison d'arbre particulièrement peut sujette à l'usure. Selon un autre développement de l'invention, le centre de la sphère se place dans le plan de la lèvre d'étanchéité d'un joint d'étanchéité radial d'arbre, et l'arbre d'entraînement est fixé (cela est par exemple assuré par un moteur). Ainsi même pour un décalage d'angle on évite de détériorer l'effet d'étanchéité. Cela est le cas car l'accouplement fixe exactement l'arbre de sortie le cas échéant basculé au point décisif pour le joint. De manière préférentielle, l'organe d'étranglement de la vanne est en forme de bille ou de boule. Lorsqu'on utilise la liaison d'arbre selon l'invention dans le cas d'une vanne avec une boule comme organe d'étranglement, les avantages de la liaison d'arbre selon l'invention apparaissent tout particulièrement. Comme la boule peut se déplacer dans toutes les directions et que l'on peut ainsi avoir un décalage angulaire entre l'arbre d'entraînement et l'arbre de sortie dans toutes les directions, la réalisation de la liaison d'arbre sous la forme d'un organe à section polygonale et d'un orifice à section polygonale correspondante permet également une compensation dans toutes les directions. La compensation de la liaison d'arbre selon l'invention est d'autant meilleure que le nombre de surfaces polygonales de forme sphérique est grand. Toutefois, la limite supérieure des surfaces de section polygonale est celle qui permet de transmettre de manière correspondante un couple relativement important par la liaison d'arbre. De manière particulièrement avantageuse, la liaison d'arbre de la vanne à boules est appliquée à un circuit de refroidissement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe partielle schématique d'une vanne munie d'une liaison d'arbre selon un premier exemple de réalisation de la pré- sente invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique de la liaison d'arbre re- présentée à la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe schématique de la liaison d'arbre de la figure 1, les arbres reliés présentant un décalage angulaire, - la figure 4 est une vue de dessous schématique d'un organe à section polygonale correspondant à un premier exemple de réalisation de la présente invention, - la figure 5 est une vue en perspective de l'organe polygonal de la fi- gure 4, - la figure 6 est une vue de côté de l'organe polygonal des figures 4 et 5, - la figure 7 est une vue en coupe de l'organe polygonal coupé selon la ligne A-A à la figure 6, - la figure 8 est une vue de côté d'un organe polygonal correspondant à un second exemple de réalisation de la présente invention, - la figure 9 est une vue en coupe selon les lignes B-B de l'organe poly- gonal représenté à la figure 8. Description des exemples de réalisation On décrira ci-après en référence aux figures 1 à 7 une vanne 1 munie d'une liaison d'arbre correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. Comme le montre la figure 1, la vanne 1 comprend un arbre d'entraînement 2 et un arbre de sortie 3. L'arbre d'entraînement 2 est relié à un moyen d'entraînement 18. L'arbre de sortie 3 est relié à un organe d'étranglement 15 de la vanne. Cet organe d'étranglement est en forme de bille. La transmission du couple de l'arbre d'entraînement 2 à l'arbre de sortie 3 permet de tourner l'organe d'étranglement 15 autour de l'axe X-X et d'influencer l'effet d'étranglement. Comme le montre la figure 1, la liaison d'arbre 4 comporte un organe polygonal 5 tel qu'un orifice à section polygonale 11 réalisé dans la zone d'arbre 10 renforcée de l'arbre de sortie 3. Pour assurer l'étanchéité de la vanne 1, le côté extérieur de la zone d'arbre 10 renforcée comporte un joint 12 placé dans une cavité du corps de vanne 13. L'organe d'étranglement 15 de la vanne est en outre monté dans le corps 13 de la vanne par des joints d'étanchéité de palier 14 suspendus. Le corps de vanne 13 est relié solidairement au boîtier du moyen d'entraînement 18 par une liaison vissée 19. Les figures 4 à 7 montrent de manière plus détaillée l'organe polygonal 5 de la liaison d'arbre 4. Comme le montre les figures 4 à 7, l'organe polygonal 5 comporte une tête 6, une base 8 et une tige 7 reliant la base 8 à la tête 6. La tige 7 présente un diamètre plus petit que celui de la tête 6 ou de la base 8. La tête 6 est réalisée comme six pans et comporte six surfaces sphériques 9 séparées les unes des autres par des arêtes 21. Les arêtes 21 pénètrent dans les arêtes correspondantes de l'orifice polygonal 11 permettant de transmettre un couple par la liaison d'arbre 4. Comme le montre notamment la figure 7, il est prévu un per- çage de réception 16 pour recevoir l'arbre d'entraînement 2. L'arbre d'entraînement 2 est relié à l'organe polygonal 5 par exemple à l'aide de vis sans tête vissées dans les taraudages 17 et pinçant ainsi l'arbre 2. Le fonctionnement de la liaison d'arbre 4 a été représenté aux figures 2 et 3 pour un décalage angulaire entre les axes. Selon la figure 2, l'organe polygonal 5 et l'orifice à section polygonale 11 sont prévus de façon que le point de basculement S autour duquel les arbres 2,3 basculent se situe dans un plan E recevant le joint 12. Si dans ces conditions, comme le montre la figure 3, on a un décalage angulaire d'un angle oc entre l'arbre d'entraînement 2 et l'arbre de sortie 3, le point de basculement S reste dans le plan E dans lequel se trouve le joint 12. L'invention garantit ainsi que le joint 12 garantisse l'étanchéité de la vanne 1 même en cas d'éventuel décalage angulaire entre l'arbre d'entraînement et l'arbre de sortie. Un tel décalage angulaire peut par exemple résulter de l'usure de l'anneau d'étanchéité de palier 14 représenté à la figure 1 ou encore être lié aux tolérances de fabrication faisant basculer la boule 15. Cela peut également se compenser par la liaison d'arbre selon l'invention garantissant la transmission du couple de l'arbre d'entrée 2 à l'arbre de sortie 3 et ainsi l'étanchéité de la vanne. Comme le montre la figure 3, l'arbre de sortie 3, basculé est bloqué par l'arbre d'entraînement fixé par rapport au corps de vanne. On remarque que l'organe polygonal 5 pourrait également être prévu sur l'arbre de sortie 3 et l'orifice à section polygonale 11 dans l'arbre d'entraînement 2. Le joint 12 se trouverait alors contre l'arbre d'entraînement 2. Il est toutefois préférable que le joint 12 se trouve au niveau de l'arbre de sortie 3 comme le montrent les figures 1 à 3 pour que la vanne reste étanche lorsqu'on démonte le moyen d'entraînement. De plus il n'est pas nécessaire que l'organe polygonal 5 soit une pièce distincte ; elle peut faire corps avec l'extrémité de l'arbre. En référence aux figures 8 et 9 on décrira ci-après un second exemple de réalisation de l'invention. Dans cet exemple, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments fonctionnels que dans le premier exemple. Selon les figures 8 et 9, l'organe polygonal 5 correspond pour l'essentiel à l'organe polygonal du premier exemple de réalisation selon les figures 4 à 7. Le six pans représenté aux figures 8 et 9 comporte une tête 6 munie de surfaces polygonales 9 de forme sphérique avec une zone médiane plane 20. L'organe polygonal est ainsi légèrement aplati dans la zone médiane 20. On a dans ces conditions une transition continue entre la zone médiane 20 et les surfaces sphériques prévues des deux côtés dans la direction X-X. Cette réalisation de la zone médiane plane 20 permet à la liaison d'arbre 4 de transmettre des couples particulièrement importants dans le cas du second exemple de réalisation. Comme la zone médiane plane 20 a une largeur relativement faible, il n'y a pas d'effet négatif lors du basculement de l'arbre d'entraînement par rapport à l'arbre de sortie ; ainsi même avec des arbres moins basculés l'un par rapport à l'autre, on transmet le couple sans difficulté. Pour le reste, ce second exemple de réalisation correspond au premier exemple de réalisation et on se reportera pour cela à la description déjà faite. La présente invention concerne ainsi une liaison d'arbre 4 notamment pour une vanne 1 pour commander le passage de liquide, liaison reliant un arbre d'entraînement 2 et un arbre de sortie 3 pour entraîner l'organe d'étranglement 15 de la vanne. L'un des deux arbres 2,3 comporte un orifice polygonal 11, l'autre des deux arbres 2,3 comporte à son extrémité, un organe polygonal 5 de forme correspondante à celle de l'orifice polygonal. Les surfaces extérieures de l'organe polygonal sont constituées par des surfaces sphériques 9. La présente invention concerne en particulier un moyen d'accouplement pour relier des arbres qui ne sont pas alignés de manière précise. La liaison d'arbre selon l'invention peut également s'utiliser pour des vannes d'eau ou autres applications notamment en liaison avec un moyen d'étanchéité. REVENDICATIONS 1 ) Liaison d'arbre (4), notamment pour une vanne commandant le passage de liquide, liaison reliant un arbre d'entraînement (2) et un arbre de sortie (3), caractérisée en ce que l'un des arbres (2,3) comporte un orifice à section polygonale (11) et l'autre arbre (2,3) comporte à son extrémité un organe polygonal (5) réalisé en fonction de l'orifice polygonal (11), les surfaces extérieures (9) de l'organe polygonal (5) étant réalisées comme surfaces sphériques. 2 ) Liaison d'arbre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte un joint (12) pour assurer l'étanchéité notamment de la zone de la liaison d'arbre du côté de la vanne. 3 ) Liaison d'arbre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le joint (12) est prévu sur la surface extérieure de l'arbre munie de l'orifice à section polygonale (11). 4 ) Liaison d'arbre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le joint (12) est prévu sur la surface extérieure de l'arbre muni de l'organe polygonal (5). 5 ) Liaison d'arbre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le joint (12) se situe dans un plan (E) passant par le point de basculement (S) autour duquel l'arbre d'entraînement (2) et l'arbre de sortie (3) basculent l'un par rapport à l'autre lorsqu'il y a un décalage angulaire entre les deux arbres. 6 ) Liaison d'arbre selon la revendication 5, caractérisée en ce que le centre de basculement (S) est situé au centre de la sphère correspondant aux surfaces de sphères. 7 ) Liaison d'arbre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe polygonal (5) est réalisé comme six pans et l'orifice à section polygonale (11) est réalisé comme un orifice à six pans. 8 ) Liaison d'arbre selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque surface extérieure (9) en forme de partie de sphère de l'organe à pans multiples (5) présente une zone médiane (20), plane. 9 ) Liaison d'arbre selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'orifice à section polygonale (11) et l'organe polygonal (5) ont une surface à faible rugosité. 10 ) Liaison d'arbre selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que l'arbre d'entraînement (2) fixé par rapport au boîtier reçoit l'arbre de sortie (3). 11 ) Vanne pour commander des liquides avec une liaison d'arbre selon l'une des revendications 1 à 10, pour relier un arbre d'entraînement (2) à un arbre de sortie (3) et entraîner un organe d'étranglement (15) de la vanne. 12 ) Vanne selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (15) de la vanne est en forme de bille.