Brevet FR2895058A1 — publié le 20070622

La presente invention concerne un coupleur rigide pour conduites de fluide sous pression, permettant la connexion de ces conduites alors que du fluide sous pression subsiste dans rune d'elles. Ce coupleur comprend, de maniere connue en soi, un element male et un element femelle dont les extremites a connecter sont fermees par des soupapes. L'element male, retie a un outil actionne par le fluide, contient du fluide sous pression, tandis que ('element femelle relie a la source de fluide n'est pas sous pression. Le brevet EP 0 847 511, au nom du Demandeur, decrit un tel coupleur dans lequel ('element femelle possede un manchon exterieur fixe presentant une extremite de raccordement a une conduite d'alimentation en fluide hydraulique, et un corps interieur mobile en coulissement contenant la soupape de ('element femelle, un ressort de rappel etant interpose entre le manchon exterieur et le corps interieur mobile. Chaque soupape comprend un clapet obturateur venant appuyer contre le clapet obturateur de I'autre soupape lors de la connexion, un ressort de rappel pressant ce clapet contre un siege et une butee limitant la course d'ouverture du clapet. La butee de ('element male contenant du fluide sous pression est fixe, tandis que la butee de ('element femelle est montee coulissante dans I'element femelle, de maniere a pouvoir occuper une position fixe avancee, dans laquelle le clapet est en appui contre la butee lorsque les elements male et femelle sont connectes, et a pouvoir reculer dans ('element femelle, afin d'autoriser un recul du clapet qui lui est associe au-dela de la course d'ouverture precitee, la distance de recul correspondant sensiblement a la course d'ouverture du clapet de l'element male. Le coupleur comprend egalement des moyens de verrouillage et de rappel de la butee coulissante en position avancee, ces moyens autorisant le mouvement de recul de la butee coulissante lors de la connexion des elements male et femelle, et verrouillant la butee coulissante en position avancee une fois cette connexion realisee. Dans un tel coupleur, it faut permettre les mouvements entrants et sortants du corps interieur mobile par rapport au manchon exterieur fixe. A cet effet, it est d'usage "d'equilibrer hydrauliquement" le corps interieur mobile a ('interieur du manchon exterieur fixe, c'est-a-dire d'employer des relations entre pressions et surfaces de sorte que la somme des forces engendrees par les effets de pression s'annulent. Le ressort de rappel du corps interieur mobile permet de compenser la faible difference potentielle des efforts pouvant etre due aux tolerances de fabrication exprimees en termes de diametres et frottements. Ici, la technique utilisee est dite "d'equilibrage differentiel". La veine fluide centrale est continue. Trois organes d'etancheite sont employes, dont deux de diametre identique D1 et un troisieme d'un diametre superieur D2 avec D2/D1 = I2. Cette relation permet a la section d'etancheite de petit diametre D1 d'etre identique a la section de la couronne formee entre les petits diametres D1 et le grand diametre D2. L'alimentation en fluide sous pression sur la couronne entre grand et petit diametres se fait par le biais d'un orifice de transfert traversant le corps interieur mobile. Les forces exercees sur les deux organes d'etancheite de petit diametre et sur la couronne entre grand et petit diametre sont de meme intensite mais de sens opposes, ce qui equilibre la position du corps interieur mobile dans le manchon externe fixe a un endroit predefini par les butees du ressort de rappel du corps interieur. Cette technique est economiquement avantageuse quant a la realisation des pieces mecaniques et presente de bonnes caracteristiques hydrodynamiques mais la relation mecanique entre le corps interieur mobile portant notamment le clapet femelle et le manchon externe fixe est complexe a mettre en oeuvre. Pour assurer cette relation mecanique, les moyens de verrouillage et de rappel de la butee coulissante en position avancee comprennent le plus souvent des douilles mobiles internes et externes au corps interieur mobile de ('element femelle, et mises en relation par des billes ou pions traversant le corps interieur mobile. Ces elements permettent a la fois d'equilibrer (au sens hydraulique) les positions des clapets des elements male et femelle dans une position de circuit passant pour le fluide hydraulique, et d'autoriser une surcourse du clapet a ('interieur de ('element femelle pour assurer le verrouillage mecanique des elements male et femelle malgre la proeminence d'environ 3 a 4 mm du clapet de ('element male, due au fluide sous pression quill contient. Les elements male et femelle etant mecaniquement connectes, verrouilles, I'ouverture du circuit hydraulique, donc I'equilibrage des clapets des elements male et femelle, se fait par mise sous pression de la ligne hydraulique dans ['element femelle jusqu'a ce que la pression y soit suffisante pour contrer la pression existante dans ('element male et ouvrir la soupape de ce dernier. Cette disposition fait appel a un grand nombre de composants, et necessite ainsi une grande precision dans la realisation et ('assemblage de ces composants, ce qui greve le coOt global du produit. La presente invention vise a eviter ces inconvenients en fournissant un coupleur rigide pour conduites de fluide sous pression, comportant un nombre reduit de composants, en particulier pour assurer le verrouillage selectif et le rappel de la butee coulissante en position avancee. A cet effet, ('invention a pour objet un coupleur rigide pour conduites de fluide sous pression, tel que decrit en preambule, et dans lequel le clapet de ('element femelle est prolongs posterieurement par un organe a butee escamotable de forme generale sensiblement tubulaire en matiere elastiquement deformable, presentant au moins une saillie radiate vers I'exterieur formant butee contre une saillie radiate vers I'interieur correspondante du corps interieur, ainsi qu'une extremite ouverte en regard de I'embouchure de la cavite cylindrique de I'extremite de raccordement, le recul simultane du corps interieur dans le manchon exterieur et du clapet dans le corps interieur ayant pour effet de retreindre cette extremite ouverte en I'introduisant de force dans ladite cavite cylindrique de I'extremite de raccordement, de maniere a effacer ladite butee. Ainsi, I'idee inventive consiste a associer le clapet de l'element femelle a un unique organe portant la butee du clapet et apte a se deformer elastiquement lors de la connexion des elements male et femelle, de maniere a effacer la butee et permettre la surcourse du clapet. Cet organe elastique permet d'eviter que le clapet de ('element femelle s'enfonce a ('interieur de ('element femelle du fait d'un effort axial du aux forces hydrodynamiques du flux "male vers femelle", et provoque une fermeture accidentelle du circuit. La production de ce coupleur est peu onereuse car it ne comporte qu'un seul organe elastique de butee. De maniere avantageuse, ('embouchure de la cavite cylindrique de I'extremite de raccordement est chanfreinee de maniere a former une rampe annulaire, et I'extremite ouverte de ('organe a butee escamotable est de forme tronconique pour glisser contre cette rampe annulaire, se retreindre et s'introduire dans la cavite. Dans une forme de realisation preferee, I'organe a butee escamotable presente au moins deux fentes longitudinales creant des pattes longitudinales dont le maintien en position normale est assure par l'elasticite de I'organe de butee. L'organe a butee escamotable comporte par exemple une partie anterieure de fixation au clapet et un corps principal en forme de tige pourvue d'au moins deux ailettes de guidage, en saillie radiale vers I'exterieur, qui ne perturbent pas I'scoulement de fluide et assurent un positionnement et un guidage de I'organe a butee en coulissement dans le corps interieur. Pour sa bonne comprehension, ('invention est a nouveau decrite cidessous en reference au dessin schematique annexe representant, a titre d'exemple non limitatif, une forme de realisation du coupleur rigide en question. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale de ('element femelle du coupleur selon ('invention. La figure 2 est une vue en perspective d'un composant de ('element femelle dudit coupleur. Les figures 3 a 6 sont des vues en coupe longitudinales, dans trois positions successives de connexion des elements male et femelle du coupleur. La figure 7 est une vue similaire a la figure 3 bisque ('element male ne contient pas de fluide sous pression. Le coupleur selon ('invention represents sur les figures comprend un element male 2 et un element femelle 3 dont les extremites a connecter 25 sont fermees par des soupapes. Sur la figure 1, ('element femelle 3 comprend trois pieces assemblees 25, 26 et 27 qui forment un manchon exterieur fixe 28 et une extremite 29, dite "adapteur", de raccordement a la conduite, et deux pieces assemblees 20 et 21 formant un corps interieur 22 contenant la soupape de 30 ('element femelle 3. Le corps interieur 22 est mobile en coulissement par rapport au manchon exterieur 28, un ressort 30 etant interpose entre eux. Le ressort 30 maintient normalement le corps interieur 22 et le manchon exterieur 28 dans la position relative montree en figure 1. La soupape de ('element femelle 3 comprend un siege forme par une saillie annulaire 31, un clapet obturateur 45 prolonge anterieurement par un teton cylindrique 46. Le clapet 45 est prolonge posterieurement par un organe a butee escamotable 32 de forme generate sensiblement tubulaire en une matiere thermoplastique de haute technicite, avec un diametre correspondant au jeu pres au diametre interne de la piece 21 du corps interieur 22, de maniere a coulisser dans le corps 22. Comme indique plus particulierement sur la figure 2, ('organe a butee escamotable 32 comporte une partie anterieure de fixation au clapet 45 et un corps principal en forme de tige pourvue de quatre ailettes de guidage 47, en saillie radiate vers I'exterieur. Ces ailettes 47 assurent aussi un positionnement et un guidage de I'organe 32 dans le corps interieur 22, et ne perturbent pas I'ecoulement du fluide et permettent egalement d'amenager une section de passage de fluide suffisante pour assurer de bonnes performances hydrodynamiques de ('ensemble, c'est a dire une surface projetee d'environ 100 mm2. La partie posterieure de ('organe a butee escamotable 32 est ouverte en regard de ('embouchure de la cavite cylindrique de I'extremite 29 de raccordement, et presente deux fentes longitudinales qui creent des pattes longitudinales 33 en vis-a-vis et diametralement opposees dont le maintien en position normale est assure par I'elasticite de I'organe 32. Les deux pattes 33 sont elastiquement deformables en direction radiale vers ('interieur de maniere a former une sorte de pince, et elles debouchent hors du corps interieur 22 a proximite de I'extremite 29 de raccordement a la conduite. La piece 20 en arriere de la piece 21 presente consecutivement, de ('avant vers I'arriere, un premier diametre interne correspondant sensiblement au diametre interne de la piece 21, puis un deuxieme diametre interne inferieur au premier, et enfin un troisieme diametre interne encore inferieur, correspondant sensiblement au diametre interne de I'extremite 29 de raccordement a la conduite d'alimentation en fluide (non representee). La paroi posterieure des ailettes 47 de I'organe 32 est en appui contre un ressort 41, Iequel prend appui contre un epaulement qui delimite Iesdits premier et deuxieme diametres internes de la piece 20 du corps interieur 22. Les pattes 33 sont entourees par les spires du ressort 41. A cet effet, les deux pattes 33 sont essentiellement inscrites dans un volume cylindrique de diametre correspondant au jeu pres au troisieme diametre interne de la piece 20 formant partie du corps interieur 22. Toutefois, les pattes 33 presentent chacune une saillie radiale 34 vers I'exterieur dont le diametre exterieur correspond au jeu pres au deuxieme diametre interne de la piece 20 du corps 22. La saillie 34 forme une butee contre un epaulement annulaire 40 qui delimite lesdits deuxieme et troisieme diametres internes de la piece 20 du corps interieur 22. En outre, les extremites des pattes 33 qui debouchent hors de la piece 20 du corps interieur 22, a proximite de I'extremite 29 de raccordement a Ia conduite, forment chacune egalement un epaulement 35 radial vers I'exterieur inscrit dans un volume en tronc de cone, de forme complementaire a une rampe annulaire amenagee a ('embouchure de I'adapteur 29 et inclinee vers la conduite. Les pattes 33 sont aptes a s'introduire a ('interieur de I'adapteur 29 en se deformant radialement vers I'interieur sous la poussee de ladite rampe annulaire a ('embouchure de I'adapteur 29 contre les rampes correspondantes formees par les epaulements 35 aux extremites des pattes 33. En outre, la piece 21 du corps interieur 22 comprend, au niveau de sa cavite destinee a recevoir ('element male 2, des billes 51 engagees dans des alesages radiaux amenages au travers de la paroi de la piece 21 du corps 22. Ces billes 51 sont mobiles radialement dans ces alesages, entre une position interieure, representee aux figures 1, 4, 5, et une position exterieure, representee aux figures 3, 6, 7. Le manchon exterieur 28 comprend, quant a lui, a hauteur de ces billes 51, une saillie annulaire interieure 55 a pans lateraux inclines, delimitant deux gorges 56 et 57. La figure 3 illustre la premiere etape de connexion du coupleur 30 objet de ('invention, lorsque ('element male 2 est engage dans la cavite de ('element femelle 3. De maniere connue en soi, la soupape de ('element male comprend un siege 5, un clapet 6 prolonge cote interieur par une tige de guidage 7, un ressort de rappel 8 pressant cet clapet 6 contre le siege 5 et une butee fixe 9 35 recevant la tige 7 en coulissement et contre laquelle s'appuie le ressort 8. La butee 9 limite la course d'ouverture du clapet 6. Du cote exterieur, le clapet 6 comprend un teton cylindrique 15 venant s'appuyer contre le teton cylindrique 46 du clapet 45 de ('element femelle tors de la connexion des elements male et femelle. En outre, ('element male 2 comprend une saillie annulaire 5 exterieure 16 a pans lateraux inclines, delimitant deux gorges 17 et 18. L'element male 2, relie a I'outil actionne par le fluide, contient du fluide sous pression, tandis que ('element femelle 3 relie a la source de fluide n'est pas sous pression. Au cours de I'engagement de ('element male 2, la saillie 16 vient 10 rencontrer les billes 51, qui sont maintenues dans une position interieure maximale par la saillie 55, situse en face d'elle. Simultanement, le teton 15 du clapet 6 vient au contact du teton correspondant 46 du clapet 45. La poursuite de I'engagement de ('element male 2 provoque un deplacement, vers la droite de la figure, du corps interieur 22 par rapport au 15 manchon exterieur 28. Ce deplacement entraine une compression des ressorts 30 et 41, ainsi que I'engagement des pattes 33 a I'interieur de I'adapteur 29 par deformation radiale vers I'interieur (retreinte) sous la contre-poussee de la rampe annulaire a I'embouchure de I'adapteur 29 contre les rampes 20 correspondantes formees par les epaulements 35 aux extremitss des pattes 33. Ce deplacement se poursuit jusqu'a ce que les billes 51 se trouvent en face de la gorge 57, et soient poussees dans celle-ci par le pan lateral incline de la saillie 16. 25 Ici, le recul a I'encontre du ressort 41, et donc la deformation radiale, des pattes 33 sont suffisamment importants pour que les saillies 34 des pattes 33 s'engagent "sous" I'epaulement annulaire 40 de la piece 20 du corps interieur 22 de sorte que la butee de limitation de course du clapet 45 est ainsi escamotee. 30 L'element male 2 etant completement engage dans la cavite de ('element femelle 3, la gorge 17 vient en face des billes 51, et ces billes 51 sont chassees dans cette gorge 17, ce qui realise le verrouillage des elements male 2 et femelle 3. Suite au relachement de I'effort axial d'engagement de ('element 35 male 2 dans ('element femelle 3, represents sur la figure 4, le ressort 30 est libers et ramene le corps interne 22 et le manchon exterieur 28 a leur position relative d'origine, les extremites des pattes 33 etant toujours "retreintes" a I'interieur de I'adapteur 29. Lorsque la pression est etablie dans ('element femelle 3, le fluide deplace I'organe 32 et le clapet 45 vers la gauche des figures jusqu'a leur 5 position representee a la figure 5. Grace au ressort 41, les deux soupapes sont alors ouvertes, avec les deux clapets 6 et 45 immobilises en position, le clapet 6 etant en butee contre la butee fixe 9, et le clapet 45 et son organe support 32 en appui contre le ressort 41. 10 Les pattes 33 sont Iiberees de leur position a I'interieur de I'adapteur 29 et restent en position "ouverte", non retreinte, de par leur elasticite naturelle. Elles viennent alors en butee par leurs saillies 34 contre I'epaulement annulaire 40 (de butee de limitation de course) de la piece 20 du corps 22, de sorte que la butee de limitation de course du clapet 45 est 15 retablie. La deconnexion (voir figure 6) des elements male 2 et femelle 3 est realisee en operant une traction sur ('element male, ce qui deplace le corps interieur 22 vers la gauche jusqu'a ce que les billes 51 passent dans la gorge 56. La soupape de ('element femelle 3 est alors fermee de fawn 20 etanche. L'ecoulement du fluide au travers de I'organe 32 n'est pas perturbe, et les ailettes de guidage 47 permettent d'optimiser cet ecoulement. En outre, le clapet 45 fait partie integrante de I'organe 32 et est parfaitement guide dans le corps 22, ce qui assure une bonne resistance de la 25 soupape a des pressions elevees. Le ressort 9 est moins raide que le ressort 41, de sorte qu'en cas d'absence de pression dans ('element male 2, la soupape de ('element male 2 s'ouvre (voir figure 7) du fait de la seule force de rappel du ressort 41 superieure, selon la norme ISO7241-A en 1/2", a 45 N. 30 L'organe 32 est ici realise en une matiere thermoplastique de haute technicite mais pourrait titre egalement realise en laiton, en acier inoxydable ou en tout materiau permettant de repondre aux contraintes suivantes: - un module d'elasticite longitudinal eleve pour supporter les efforts de compression dus a la composante axiale des efforts hydrodynamiques; - un module d'elasticite transversal eleve pour developper un effort suffisant au retour des pattes 33 de ('organe 32 en position ouverte (non retreinte) et donc en butee contre I'epaulement 40; - un coefficient d'allongement A% eleve pour supporter une fleche 5 importante des pattes 33 sans deformation remanente; - une tenue des caracteristiques minimales a des temperatures superieures a 110 C. Comme ii va de soi, ('invention ne se limite pas a Ia seule forme de realisation decrite ci-dessus a titre d'exemple indicatif; elle en embrasse, au 10 contraire, toutes les variantes de realisation et d'application respectant le meme principe. C'est ainsi notamment que I'on ne s'eloignerait pas du cadre de ('invention en realisant le clapet 45 ou ('organe 32 en plusieurs elements assembles de meme materiau ou de materiaux differents. II serait egalement possible de concevoir un mecanisme similaire 15 avec un organe egalement en forme de pince dentee mais solidaire de I'adapteur 29. Durant la phase de connexion, tors du mouvement de recul, cet organe est actionne en fermeture par le piston (piece 20), s'effagant ainsi lors du recul en double course du clapet 45 de ('element femelle. A I'equilibrage, 20 grace a son elasticite, la "pince" se redeploie en position ouverte et assure une butee positive au clapet 45 revenu en position de circuit ouvert. Cette alternative, qui n'entre pas dans le cadre de la presente invention, presente un interet dans le choix des materiaux qui peuvent titre plus classiques que dans la presente invention, car les caracteristiques techniques 25 et dimensionnelles peuvent titre reparties sur deux pieces au lieu d'une seule. En revanche, les caracteristiques de cette version sont limitees en terme de debit de retour maximal autorise. Cette limitation est directement liee aux caracteristiques de force du ressort 30 de rappel du corps interieur mobile 22. 30 En effet, ('ensemble des clapets des elements male 2 et femelle 3 est soumis a des efforts hydrodynamiques, dans un debit de ('element male 2 vers ('element femelle 3, qui vont pousser sur la "pince" de I'adapteur 29, soit un element du manchon exterieur fixe 28. D'autre part, la force de reaction a ces efforts hydrodynamiques est assuree par le mecanisme de verrouillage de 35 ('element male 2 qui est solidarise au corps interieur mobile 22 de ('element femelle 3 et qui a donc tendance a sortir du manchon exterieur fixe 28. Seul le ressort 30 compense ce phenomene entre les deux referentiels fixe et mobile et quand I'effort du aux forces hydrodynamiques devient plus important que I'effort du ressort 30, ('element male 2 se desaccouple de fawn inopinee et provoque une fermeture brutale du circuit hydraulique. II faut raccoupler ('element male 2 pour remettre le systeme hydraulique en fonction. Les limites constatees sur banc d'essais montrent ('apparition d'une deconnexion accidentelle aux alentours de 150 I/mn pour un ressort 30 tare a 220 N et un coupleur hydraulique de 1/2" de taille et presentant des sections de passage relativement continues d'environ 100 mm2.10 REVENDICATIONS 1. Coupleur rigide pour conduites de fluide sous pression, permettant la connexion de ces conduites alors que du fluide sous pression subsiste dans rune d'elles, du type comprenant un element male (2) et un element femelle (3) dont les extremites a connecter sont fermees par des soupapes, ('element male (2) etant relie a la conduite dans laquelle subsiste le fluide sous pression, ('element femelle (3) possedant un manchon exterieur fixe (28) comportant une extremite (29) de raccordement a I'autre conduite, et un corps interieur (22) qui contient la soupape de I'element femelle (3) et qui est mobile en coulissement dans le manchon exterieur (28), chaque soupape comprenant un clapet obturateur (6, 45) venant appuyer contre le clapet obturateur (45, 6) de I'autre soupape tors de la connexion, un ressort de rappel (8, 41) pressant ce clapet (6, 45) contre un siege (31, 5) et une butee (9, 34) limitant la course d'ouverture du clapet (6, 45), la butee (6) de ('element male (2) etant fixe, tandis que I'autre butee (34) est montee coulissante dans I'element femelle (3) de maniere a pouvoir occuper une position fixe avancee dans laquelle le clapet (45) qui lui est associe est en appui contre la butee (34) lorsque les elements male (2) et femelle (3) sont connectes, et a pouvoir reculer dans ('element femelle (3) afin d'autoriser un recul de son clapet (45) au-dela de la course d'ouverture precitee, la distance de recul correspondant sensiblement a la course d'ouverture du clapet (6) de ('element male (2), des moyens (33) de verrouillage et de rappel de la butee coulissante (34) en position avancee etant prevus et aptes a autoriser le mouvement de recul de la butee coulissante (34) tors de la connexion des elements male (2) et femelle (3), et verrouiller la butee coulissante (34) en position avancee une fois cette connexion realisee, caracterise en ce que le clapet (45) de ('element femelle (3) est prolonge posterieurement par un organe a butee escamotable (32) de forme generale sensiblement tubulaire en matiere elastiquement deformable, presentant au moins une saillie radiate (34) vers I'exterieur formant butee contre une saillie radiale (40) vers ('interieur correspondante du corps interieur (22), ainsi qu'une extremite ouverte (35) en regard de ('embouchure de la cavite cylindrique de I'extremite (29) de raccordement, le recul simultane du corps interieur (22) dans le manchon exterieur (28) et du clapet (45) dans le corps interieur (22) ayant pour effet de retreindre cette extremite ouverte (35)en I'introduisant de force dans ladite cavite cylindrique de I'extremite (29) de raccordement, de maniere a effacer ladite butee (34). 2. Coupleur rigide selon la revendication 1, caracterise en ce que I'embouchure de la cavite cylindrique de I'extremite (29) de raccordement est chanfreinee de maniere a former une rampe annulaire, et en ce que I'extremite ouverte (35) de I'organe a butee escamotable (32) est de forme tronconique pour glisser contre cette rampe annulaire, se retreindre et s'introduire dans la cavite. 3. Coupleur rigide selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que I'organe a butee escamotable (32) presente au moins deux fentes longitudinales creant des pattes longitudinales (33) dont le maintien en position normale est assure par I'elasticite de I'organe (32). 4. Coupleur rigide selon rune quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce que I'organe a butee escamotable (32) comporte une partie anterieure de fixation au clapet (45) et un corps principal en forme de tige pourvue d'au moins deux ailettes de guidage (47), en saillie radiale vers I'exterieur.