Brevet FR2904994A1 — publié le 20080222

RACCORD ETANCHE ENTRE UN TUBE METALLIQUE ET UN TUYAU FLEXIBLE, ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL RACCORD La présente invention concerne un raccord étanche entre un tube métallique rigide et un embout de tuyau flexible ou semi rigide en élastomère muni d'une âme en acier ondulé à filets parallèles et d'une tresse métallique cylindrique de renfort. Elle concerne également un tuyau flexible muni de chaque côté d'un tel raccord étanche avec un tube métallique correspondant ainsi qu'un procédé de fabrication de ce type de raccord étanche. L'invention trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive, dans le domaine des raccords étanches pour circuits de gaz réfrigérants, par exemple utilisés dans les circuits de conditionnement d'air pour véhicules automobiles, ou encore dans le domaine des systèmes pour direction assistée de véhicule automobile. On connaît déjà des raccords étanches entre un embout de tube rigide et un tuyau souple muni d'une âme centrale métallique dite convolutée, c'est à dire ondulée à filets parallèles. L'embout de tube rigide peut tout d'abord être 25 emmanché à force à l'intérieur de l'âme métallique interne avant sertissage. Un tel type de raccord présente cependant et notamment l'inconvénient de diminuer le diamètre interne de passage du fluide, créant ainsi une perte 30 de charge supplémentaire. On connaît également un raccord dans lequel, après élimination de l'âme à l'extrémité du tuyau flexible en extrémité, on met celle-ci en contact avec 2904994 2 l'embout en insérant en force ledit embout dans la partie du tuyau évidée de son âme, puis on sertit. Un tel système présente cependant des problèmes d'étanchéité. 5 On connaît également (EP 1 298 376) une structure et une méthode de fabrication d'un raccord entre tuyau flexible en élastomère muni d'une âme en acier ondulé à filets parallèles préalablement dénudée à son extrémité, comprenant un manchon de fixation avec 10 le tube par vissage, muni de ce fait d'une portion interne agencée pour être vissée sur la partie dénudée de l'âme. Une telle structure, comme c'est d'ailleurs le cas général avec les dispositifs connus mentionnés ciavant, présente cependant toujours l'inconvénient de ne pas garantir une étanchéité suffisante notamment lors de l'utilisation de certains fluides frigorigènes comme par exemple avec du liquide connu sous la référence 134A+huile PAG et ce compte tenu 20 des exigences des constructeurs automobiles qui ne cessent de croître. Il est en effet aujourd'hui nécessaire de démontrer aux constructeurs de véhicule la conservation d'une étanchéité suffisante pendant des essais d'endurance comportant plus de 150.000 cycles de fonctionnement à des températures variant entre -35 C et +150 C. La présente invention vise ainsi à fournir un raccord étanche, un tuyau flexible avec deux raccords étanches à chaque bout et un procédé de fabrication d'un tel raccord étanche répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet d'obtenir une meilleur 2904994 3 étanchéité avec une excellente tenue aux vibrations et ce pour un coût optimisé, grâce à une fabrication rapide et simple, garantissant un écrasement optimum du tuyau en matière souple sans l'endommager. 5 Avec l'invention il va être possible de s'affranchir des variables de sertissage, tout en évitant l'utilisation d'un insert métallique à l'intérieur du tube en acier convoluté générateur de perte de charge. 10 Pour ce faire l'invention, part du principe de réaliser sans soudure, une étanchéité métal contre métal, et ce même entre métaux hétérogènes. Dans ce but, la présente invention propose notamment un raccord étanche entre un tube rigide 15 métallique et un embout de tuyau flexible en élastomère muni d'une âme en acier ondulé à filets parallèles préalablement dénudée à son extrémité et d'une tresse métallique cylindrique de renfort, caractérisé en ce qu'il comporte un embout 20 cylindrique en acier de même diamètre externe que l'âme sur l'extrémité de laquelle il est soudé, un insert en forme de manchon dont l'alésage interne coopère avec ledit embout et comportant d'un coté une partie d'extrémité de fixation sur, ou formant, le 25 tube rigide et de l'autre coté une partie d'extrémité se terminant en biseau, insérée en force entre la partie supérieure de l'âme en acier et la tresse métallique, et une bague de sertissage sur l'embout de tuyau de ladite partie d'extrémité se terminant en 30 biseau. Le contact métal contre métal, entre l'embout cylindrique en acier de même diamètre interne que l'âme, ce qui évite donc toute perte de charge 2904994 4 supplémentaire, et l'alésage interne de l'insert en forme de manchon, permet d'obtenir un raccord sûr et étanche, sans risquer d'endommager le tuyau lui-même lors du sertissage. 5 Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes . - La partie d'extrémité de l'insert se terminant en biseau comporte une collerette de butée de 10 l'embout de tuyau en élastomère servant également de dent d'accrochage de la bague ; - la partie d'extrémité de l'insert se terminant en biseau comporte de plus un cran s'étendant radialement en saillie vers l'extérieur de l'insert, 15 d'accrochage supplémentaire à l'intérieur du tuyau lors du sertissage ; - l'embout cylindrique en acier comporte une portion d'extrémité tubulaire, de guidage, insérée à frottement dans l'âme rigide ; 20 - l'insert étant en acier, il est soudé en transparence à l'embout en acier ; - l'insert étant en aluminium, l'embout en acier comporte des dents formant des butées de blocage longitudinal réparties dans le sens axial. 25 Un tel dispositif permet, lors du sertissage, à l'aluminium de l'insert, plus ductile, de pénétrer partiellement, du fait de la compression, à l'intérieur des dents en acier plus dures, pour améliorer encore l'étanchéité ; 30 - l'embout est muni de moyens d'étanchéité avec l'alésage interne de l'insert par joint torique ; - la bague comporte des nervures circulaires internes d'accrochage. 2904994 5 L'invention propose également un tuyau en élastomère caractérisé en ce qu'il comporte de part et d'autre un raccord avec un tube rigide du type décrit ci-avant. 5 L'invention propose également un procédé de fabrication d'un raccord étanche entre un tube métallique et un embout de tuyau flexible en élastomère tel que décrit ci-dessus. Elle propose également un procédé de fabrication 10 de raccord étanche entre un tube métallique rigide et un embout de tuyau flexible en élastomère muni d'une âme en acier ondulé à filets parallèles et d'une tresse métallique cylindrique de tenue structurelle ou de renfort, caractérisé en ce qu'on met à nu le 15 bout de l'âme rigide du tuyau sur une longueur comprise entre 5 mm et 20 mm avantageusement comprise entre 8 et 15 mm, on fixe par soudage un embout métallique de même diamètre externe sur ledit bout, on insère en force par rotation et poussée, un insert 20 en forme de manchon dont l'alésage interne coopère à frottement avec ledit embout et comportant d'un coté une partie d'extrémité de fixation sur, ou formant, le tube métallique rigide et de l'autre coté une partie d'extrémité se terminant en biseau dont 25 l'arête coupante agit comme un poinçon, entre la tresse et l'âme du tuyau de sorte que l'extrémité du tube vienne en butée sur une collerette de l'insert, puis on sertit une bague ou douille de façon à venir pincer la tresse entre les nervures internes de la 30 douille et l'insert, pour obtenir une étanchéité métal contre métal entre embout et insert. 2904994 6 Avantageusement l'insert étant en acier, on soude de plus par transparence l'insert avec l'embout métallique. Dans un autre mode de réalisation avantageux, 5 l'insert étant en aluminium, on réalise l'étanchéité entre insert et embout par joint torique et/ou écrasement ductile de l'insert sur les dents de l'embout en acier, ce dernier en étant alors muni. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs. L'invention se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : La figure 1 montre en coupe un premier mode de 15 réalisation d'un raccord étanche selon l'invention avant sertissage. La figure 2 donne en vue agrandie, un deuxième mode de réalisation d'un raccord étanche selon l'invention, montrant deux demi coupes, sertie et non 20 sertie. La figure 3 montre un tuyau flexible avec raccords étanches respectivement à chacune de ses extrémités selon l'invention. La figure 1 montre un raccord étanche 1 entre un 25 tube métallique 2 rigide et un embout 3 de tuyau 4 flexible en élastomère muni d'une âme cylindrique 5 en acier inoxydable à filets parallèles 6 et d'une tresse métallique cylindrique 7 de tenue structurelle du tuyau. 30 Le matériau en élastomère est donc constitué dans cet exemple de deux couches en élastomère séparées l'une de l'autre par la tresse métallique, à savoir, une première couche ou robe externe 8 et une deuxième 2904994 7 couche interne 9, pénétrant dans les sillons formés à l'extérieur de l'âme par les filets parallèles 6, cette deuxième couche étant donc située entre la tresse métallique et l'âme en acier ondulé interne. 5 Le tuyau flexible comporte une partie d'âme dénudée 10 à son extrémité par exemple sur 8 à 15 mm. Le dénudement s'effectue par exemple par jets d'eau à très haute pression. La tresse 7 du tuyau pourra également être mise à 10 nue ou être laissée recouverte par la robe externe 8. Selon l'invention il est prévu un embout cylindrique 11 en acier, par exemple en acier inoxydable, de même diamètre interne que l'âme, ou sensiblement de même diamètre interne, ainsi que de 15 même diamètre externe que les filets parallèles, 6, et par exemple de 8 à 15 mm de hauteur. L'embout 11 est fixé sur la périphérie externe 12 de l'âme 5 par soudure bord à bord, du type TIG ou soudure au laser. 20 Le raccord 1 comporte également un insert métallique 13 en forme de manchon dont l'alésage cylindrique interne 14 coopère avec la face externe 15 de l'embout 11. L'insert 13 comporte d'un côté une partie 25 d'extrémité 16 cylindrique de fixation sur le tube rigide 2, par exemple par soudage 17 et de l'autre côté une partie d'extrémité 18 se terminant en biseau 19 insérée en force entre la partie supérieure de l'âme métallique 5 et la tresse métallique 7. 30 Une bague ou douille de sertissage 20 préalablement glissée sur le tuyau dans le sens convenable pour l'accrochage est par ailleurs prévue. 2904994 8 La partie d'extrémité 18 de l'insert se terminant en biseau 19 comporte de plus une collerette de butée 21 de l'extrémité 22 du tuyau en élastomère, servant également de dent d'accrochage de la bague 20 (cf 5 figure 2). La partie d'extrémité 18 comporte également un cran 23 s'étendant radialement en saillie vers l'extérieur de l'insert, d'accrochage supplémentaire à l'intérieur du tuyau lors du sertissage. 10 Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, l'embout comporte une petite portion d'extrémité de guidage 24, par exemple cylindrique, de très faible épaisseur, par exemple 1/10e de mm et de hauteur inférieure ou égale à 1 ou 2 mm, insérée 15 par frottement dans l'âme rigide, ce qui permet un excellent positionnement de l'embout sur l'extrémité de l'âme avant soudage. La très faible épaisseur de cette partie qui ne sert qu'au guidage et au positionnement n'est donc 20 pas gênante au niveau perte de charge. L'insert par exemple usiné par décolletage, comporte par ailleurs un bord en collerette 25 de butée de l'extrémité de la douille de sertissage. Dans le mode de réalisation de la figure 1, 25 l'insert 3 est fixé dans sa partie d'extrémité 16 sur la partie cylindrique externe de l'embout 11 par soudure 26, par piquage ou par transparence. L'extrémité en biseau 19 est quant à elle, après centrage et positionnement face à l'âme métallique 30 convolutée 5, introduite en force par mouvement de poussée 27 et de rotation 28 simultanée, entre la tresse et ladite âme jusqu'à ce que l'extrémité 22 du 2904994 9 tuyau flexible vienne en butée sur la collerette 21 de l'insert. Ainsi, sous la double action de la mise en rotation de l'insert dont l'extrémité présente une 5 arête coupante et de l'effet de poussée sur le tuyau, lui-même étant immobilisé dans des moyens de serrage, le corps de l'insert agit comme un poinçon et vient découper la couche interne 9 intermédiaire entre l'âme métallique et la tresse, entre lesquelles elle lo s'insère. La tresse 7 de renfort est quant à elle fabriquée en film métallique de façon connue, le tuyau étant par exemple en élastomère EPDM (initiales anglo-saxonnes pour Ethylene Propylene Diene Monomer) ou 15 HNBR (initiales anglo-saxonnes pour Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber). Dans la suite de la description on utilisera les mêmes numéros de référence pour désigner les mêmes éléments. 20 La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un raccord 29 selon l'invention, en mode sertie (demi coupe supérieure) et non sertie (demi coupe inférieure). L'insert 30 est en aluminium, le tube 31 sur 25 lequel il est raccordé par cordon 32 de soudage ou brasage, étant également en aluminium. Dans ce cas là, l'embout 33 en acier inox ou en acier zingué, soudé en 34 à l'âme 5 en acier (inox ou zingué) comporte sur sa partie externe 35 dirigée du 30 côté du tube 31, des sillons ou dents 36 usinés par exemple à 60 . Les arêtes externes 37 de ces sillons formant des dents dont le nombre est par exemple compris entre 2904994 10 cinq et dix, sont dimensionnées pour être en contact à frottement avec la paroi interne de l'alésage de l'insert 31 avant sertissage. Dans un mode de réalisation avantageux un joint 5 torique 38, en matériau adapté, est prévu et inséré dans une gorge 39 ménagée à cet effet entre les dents 36 de l'embout. L'ensemble formé du tuyau 4 à âme convolutée 5 et de l'embout 33 à sillon est alors introduit dans lo l'insert 30 en aluminium, comme décrit ci-avant. Le sertissage est réalisé par des moyens conventionnels sur la zone sertie, de manière à faire pénétrer le matériau ductile en aluminium de l'insert dans les sillons de l'embout. 15 L'épaisseur de la paroi en aluminium est alors calculée de façon connue en elle même, pour permettre de maintenir une contrainte élastique permanente, et ce de façon à garantir l'étanchéité métal contre métal, entre les deux composants, tout en réalisant 20 une bonne tenue aux contraintes mécaniques et à la pression. La figure 3 montre un tuyau flexible 40 comprenant respectivement à chacune de ses extrémités 41 et 42, des raccords 43, 44 sertis aux tubes rigides 45, 46, 25 selon l'invention. Les tubes sont eux-mêmes connectables à des autres parties de tuyauteries de façon connue en elle-même par vis six pans 47 par exemple. On va maintenant décrire en référence à la figure 30 2 le procédé de fabrication d'un raccord selon l'invention avec insert en aluminium. Le corps métallique de l'insert en aluminium est tout d'abord usiné par décolletage et son extrémité 2904994 11 est dimensionnée en fonction du tuyau flexible concerné préalablement fixé sur un poste de travail. L'extrémité du tuyau est quant-à-elle dénudée de ses deux enveloppes en élastomère 8 et 9 sur une 5 longueur de 10 mm et de la tresse métallique qui les sépare. On vient ensuite fixer sur l'extrémité de la partie d'âme dénudée 10, par soudage, l'embout 11 de façon connue, l'extrémité 24 introduite dans l'âme 10 permettant un centrage et un positionnement exact par rapport à celle-ci avant soudage. Après centrage de l'insert par rapport au tuyau 4 et à l'embout 11, sur lequel a été enfilé le joint torique 38, on vient par mouvement de poussée 27 et 15 de rotation 28 simultanée s'insérer entre la tresse 7 et l'âme convolutée 5 jusqu'à ce que l'extrémité du flexible 22 vienne en butée sur la collerette 21 de l'insert, laissant l'embout 33 au droit de la partie d'extrémité cylindrique de l'insert 13. 20 Dans le cas où l'insert et l'embout sont de même métal, on réalise ici un soudage par transparence par exemple TIG. Sinon, dans le cas d'un insert en aluminium comme plus particulièrement décrit ici, et après cette 25 opération d'insertion de l'insert dans le tuyau entre la tresse et l'âme métallique, on amène la douille 20 en position sur le raccord de telle sorte que l'extrémité de la douille vienne en butée sur la collerette 25 du corps de l'insert 13. 30 On réalise ensuite le sertissage et l'assemblage final. Pour ce faire des moyens conventionnels de sertissage permettent de configurer la bague ou 2904994 12 douille 20 ainsi sertie pour diminuer le diamètre de façon à venir pincer la tresse 7 de renforcement entre les dents 50 internes de la douille et l'insert dans la zone 51. 5 La dent 23 de l'insert sert également pour compléter l'accrochage. Lors de l'écrouissage, l'aluminium de l'insert vient pénétrer les dents de l'embout dans la zone 52 réalisant ainsi l'étanchéité métal contre métal. 10 Tout l'effort axial engendré par la mise sous pression du produit en service est quant à lui directement contenu par la tresse 7 accrochée sur la dent de l'insert, métal contre métal, et indépendamment de l'épaisseur du caoutchouc. 15 Par ailleurs le tube inox convoluté de faible épaisseur, par exemple de 0,25 mm, est protégé et ne risque pas de déformation lors du sertissage. Dans des modes de réalisation différents, le tube métallique rigide est formé d'une pièce avec son 20 embout ce qui évite ainsi une soudure d'extrémité. Dans ce cas une bague adaptée sera directement sertie sur le tube par ancrage de la bague dans le tube après avoir, comme précédemment, introduit l'insert entre la tresse et l'âme convolutée. 25 Les bagues peuvent quant à elles être de différents types, à savoir des bagues longues, comprenant un point de compression derrière l'insert de façon à contenir directement le tuyau à l'intérieur de l'insert, ce qui entraîne moins de 30 fatigue pour la tresse ou des bagues courtes, utilisables avec des contraintes moins sévères. 13 2904994 Celles-ci assurent alors seulement un sertissage au droit de l'insert en épousant au mieux le profil de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Raccord étanche (1) entre un tube rigide métallique (2) et un embout (3) de tuyau (4) flexible en élastomère muni d'une âme (5) en acier ondulé à filets parallèles (6) préalablement dénudée à son extrémité et d'une tresse métallique cylindrique (7) de renfort, caractérisé en ce qu'il comporte un embout cylindrique (11) en acier de même diamètre externe que l'âme sur l'extrémité (12) de laquelle il est soudé, un insert (13) en forme de manchon dont l'alésage interne (14) coopère avec ledit embout (11) et comportant d'un coté une partie d'extrémité (16) de fixation sur, ou formant, le tube rigide (2) et de l'autre côté une partie d'extrémité (13) se terminant en biseau (19) insérée en force entre la partie supérieure de l'âme en acier (5) et la tresse métallique (7) et une bague (20) de sertissage sur l'embout de tuyau de ladite partie d'extrémité se terminant en biseau. 2. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'extrémité (18) de l'insert se terminant en biseau comporte une collerette de butée (21) de l'embout de tuyau en élastomère servant également de dent d'accrochage de la bague (20). 3. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie d'extrémité de l'insert se terminant en biseau comporte de plus un cran (23) s'étendant radialement en saillie vers l'extérieur de l'insert, d'accrochage supplémentaire de la bague lors du sertissage. 4. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 2904994 15 l'embout cylindrique comporte une portion d'extrémité (24) insérée à frottement dans l'âme rigide. 5. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 5 l'insert étant en acier, il est soudé en transparence à l'embout cylindrique. 6. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, caractérisé en ce que, l'insert étant en aluminium, l'embout en acier 10 comporte des dents (36) formant des butées de blocage longitudinal réparties dans le sens axial. 7. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embout est muni de moyens (38) d'étanchéité avec 15 l'alésage interne de l'insert par joint torique. 8. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague (20) comporte des nervures circulaires internes d'accrochage. 20 9. Tuyau en élastomère, caractérisé en ce qu'il comporte de part et d'autre un raccord avec un tube rigide selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé de fabrication d'un raccord étanche 25 (1) entre un tube métallique rigide (2) et un embout de tuyau flexible en élastomère (4) muni d'une âme (5) en acier ondulé à filets parallèles (6) et d'une tresse métallique cylindrique (7) de tenue structurelle, caractérisé en ce qu'on met à nu le 30 bout de l'âme rigide du tuyau sur une longueur comprise entre 5 mm et 20 mm, on fixe par soudage un embout cylindrique (11) en acier de même diamètre externe sur ledit bout, on insert en force par 16 2904994 rotation (28) et poussée (27), un insert (13) en forme de manchon dont l'alésage interne coopère à frottement avec ledit embout et comportant d'un coté une partie d'extrémité (16) de fixation sur, ou 5 formant, le tube rigide (2) et de l'autre côté une partie d'extrémité (18) se terminant en biseau (19) dont l'arête coupante agît comme un poinçon, entre la tresse (7) et l'âme (5) du tuyau, de sorte que l'extrémité du tube vienne en butée sur une 10 collerette (21) de l'insert, puis on sertit une bague (20) de façon à venir pincer la tresse entre les nervures internes de la douille et l'insert, pour obtenir une étanchéité métal contre métal entre embout et insert. 15 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, l'insert étant en acier, on soude de plus par transparence l'insert avec l'embout en acier. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, l'insert étant en aluminium, on réalise 20 l'étanchéité entre insert et embout par écrasement ductile de l'insert sur des dents de l'embout en acier. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que, on 25 complète l'étanchéité par joint torique (38) enfilé sur l'embout.