Brevet FR2925183A1 — publié le 20090619

ELEMENT THERMOSTATIQUE AINSI QUE CARTOUCHE ET ROBINET EQUIPES D'UN TEL ELEMENT La présente invention concerne un élément thermostatique, ainsi qu'une cartouche thermostatique et un robinet thermostatique équipés d'un tel élément. L'invention s'intéresse aux éléments thermostatiques du type comportant une coupelle externe métallique qui contient une matière notablement dilatable et contractile en fonction du sens de variation de sa température, et un piston mobile par rapport à la coupelle et couplé à la matière thermodilatable pour se déplacer en des sens opposés selon que la matière se dilate ou se contracte. Le piston est guidé en translation par un fourreau qui est solidarisé à une extrémité longitudinale de la coupelle, conformée en une collerette sertie autour d'une embase d'extrémité du fourreau. Pour retenir la matière thermodilatable dans la coupelle, on utilise un diaphragme souple dont la périphérie extérieure est interposée de manière pressée entre l'embase et un épaulement de la coupelle reliant la collerette au reste de la coupelle. Ce type d'élément thermostatique est utilisé notamment dans le domaine du réglage de la température d'un fluide issu du mélange de deux courants de fluide à des températures différentes, le mouvement relatif du piston et de la coupelle étant mis en oeuvre pour modifier la proportion du mélange des deux courants de fluide. C'est notamment le cas dans les cartouches de robinet mitigeur et dans les robinets mitigeurs, en particulier pour bain ou douche. En pratique, le sertissage de la collerette de la coupelle autour de l'embase du fourreau de guidage impose de fortes contraintes en termes de dimensions et de fabrication. En effet, lorsqu'on souhaite disposer d'un élément thermostatique dont le diamètre extérieur de la collerette est relativement petit, typiquement de 11,5 mm, une solution connue consiste à utiliser un diaphragme dont le diamètre extérieur est ajusté au diamètre intérieur de la collerette, si bien que la périphérie extérieure du diaphragme est interposée entre la totalité des surfaces en regard de l'embase et de l'épaulement. Autrement dit, l'embase ne s'appuie directement en aucun point contre l'épaulement. Le sertissage de la collerette est alors mal maîtrisé, de sorte que la solidarisation entre la coupelle et le fourreau présente une tenue mécanique faible, responsable de défaillances de l'élément thermostatique. Pour remédier à cet inconvénient, une solution connue consiste à prévoir qu'une saillie de la face de l'embase, tournée vers l'épaulement, s'appuie directement contre cet épaulement lors du sertissage de la collerette. La qualité de ce sertissage est améliorée dans le sens où la tenue mécanique de la solidarisation entre la coupelle et le fourreau est notablement renforcée. Eu égard à la présence du diaphragme, cette saillie est agencée à la périphérie extérieure de la face d'appui de l'embase contre l'épaulement : cela permet de loger le bord périphérique extérieur du diaphragme dans une rainure de la face d'appui, bordée sur sa périphérie extérieure par la saillie, mais cela impose de prévoir pour cette saillie une épaisseur radiale significative, faute de quoi la saillie risque de se déformer de manière non contrôlée, notamment de se cintrer, lors du sertissage de la collerette. Si on raisonne à diamètre extérieur de coupelle constant, cela implique de restreindre le dimensionnement du diamètre extérieur du diaphragme, ce qui diminue de manière correspondante la capacité d'allongement de la partie centrale du diaphragme lors de la dilatation de la matière thermodilatable. Par voie de conséquence, la course maximale du piston s'en trouve limitée. Le but de la présente invention est d'améliorer les performances de course d'un élément thermostatique à collerette sertie de petit diamètre extérieur, tout en maintenant une bonne qualité de sertissage de cette collerette sur le fourreau de guidage de l'élément. A cet effet, l'invention a pour objet un élément thermostatique comportant : - une coupelle métallique, qui comprend un corps principal tubulaire contenant une matière thermodilatable et muni, à l'une de ses extrémités longitudinales, d'un épaulement périphérique extérieur qui est prolongé, à l'opposé du corps, par une collerette ; - un piston mobile par rapport à la coupelle sous l'action de la matière lorsque cette dernière se dilate et se contracte ; - un fourreau de guidage du piston, qui comprend une embase d'extrémité délimitant, en direction du corps, une face d'appui contre l'épaulement et, en direction opposée, une face sertie par la collerette, le fourreau étant ainsi solidarisé fixement à la coupelle ; et - un diaphragme souple de retenue de la matière thermodilatable dans la coupelle, qui comprend une partie périphérique extérieure interposée de manière pressée entre l'épaulement et l'embase et incluant un bord d'extrémité reçu dans un logement complémentaire délimité par la face d'appui de l'embase, caractérisé en ce que la face d'appui de l'embase délimite, à sa périphérie extérieure, une surface épaulée en creux par rapport au logement, qui est appuyée contre une butée saillante délimitée par la coupelle dans la zone de liaison entre l'épaulement et la collerette. L'idée à la base de l'invention est de conserver un appui direct entre la face de l'embase, tournée vers le corps de la coupelle, et l'épaulement de cette coupelle, tout en cherchant à libérer autant de place que possible pour le diaphragme, en particulier pour que la partie centrale de ce diaphragme puisse fortement s'allonger sous l'action de la matière thermodilatable en cours de dilatation, ce qui détermine directement la course du piston par rapport à la coupelle. A cette fin, plutôt que de réaliser cet appui direct par une saillie périphérique de la face d'appui de l'embase, l'invention prévoit d'épauler en creux la périphérie extérieure de cette face d'appui, tandis que, dans la zone de liaison entre l'épaulement et la collerette de la coupelle, la butée saillante est dimensionnée pour coopérer par complémentarité de formes avec la zone épaulée en creux de l'embase. Cette structure d'appui entre l'épaulement et l'embase est particulièrement robuste, dans le sens où la dimension radiale de la surface épaulée en creux peut être prévue relativement petite, tout en supportant des contraintes de sertissage élevées. Ainsi, cette structure d'appui entre l'épaulement et l'embase permet de réduire autant que possible la dimension radiale de la zone d'appui direct entre l'embase et l'épaulement, ce qui permet d'augmenter de manière correspondante le diamètre extérieur du diaphragme et donc la course du piston. Suivant des caractéristiques avantageuses de cet élément thermostatique, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le diamètre extérieur maximal de la collerette est inférieur à 12 mm et le diamètre extérieur maximal du diaphragme est supérieur à 9 mm ; - la zone de liaison entre le corps et l'épaulement présente une surface intérieure évasée en direction opposée au corps, le diamètre extérieur maximal de cette surface étant supérieur à 7,5 mm ; - le logement est fermé suivant sa périphérie extérieure par la surface intérieure de la butée ; - la face d'appui de l'embase délimite une surface de liaison entre le logement et la surface épaulée, cette surface de liaison étant sensiblement ajustée à la surface intérieure de la butée. L'invention a également pour objets une cartouche thermostatique et un robinet thermostatique, munis d'un élément thermostatique tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un élément thermostatique conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail cerclé II à la figure 1. Sur les figures 1 et 2 est représenté un élément thermostatique comportant une coupelle externe métallique 1 présentant une bonne conductivité thermique. La coupelle comprend un corps principal tubulaire 11 présentant une forme générale cylindrique à base circulaire et d'axe longitudinal central X-X. Le corps 11 est fermé à l'une de ses extrémités longitudinales par une paroi de fond 12 tandis que l'extrémité opposée du corps est conformée en un épaulement 13, qui s'étend globalement dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X, en s'éloignant de cet axe depuis le corps 11, et qui court sur toute la périphérie extérieure de ce corps. A son extrémité opposée au corps 11, l'épaulement 13 se prolonge par une collerette tubulaire 14 sensiblement centrée sur l'axe X-X. Par commodité, la suite de la description est orientée de manière que les termes � inférieur � et � bas � correspondent à une direction à la fois sensiblement parallèle à l'axe X-X et tournée vers le corps 11 de la coupelle 1, tandis que les termes � supérieur � et � haut � correspondent à une direction de sens opposé. De plus, les termes � extérieur � et � intérieur � s'entendent ici par rapport à l'axe X-X, en désignant des directions tournées respectivement à l'opposé et vers cet axe. Le corps 11 de la coupelle 1 est rempli d'une matière thermodilatable 2, généralement une cire éventuellement chargée en des particules métalliques. Cette matière est très dilatable et contractile en fonction des variations de sa température, notamment autour d'une température fonctionnelle prédéterminée. La matière thermodilatable 2 est retenue à l'intérieur du corps 11 de la coupelle 1 par un diaphragme plat 3 souple qui présente une forme globale de disque centré sur l'axe X-X, en obturant l'extrémité supérieure du corps 11. Le diaphragme 3 comprend une partie périphérique extérieure 31, permettant la fixation du diaphragme à la coupelle, et une partie centrale 32 apte à être déformée élastiquement par allongement suivant la direction de l'axe X-X. L'élément thermostatique comporte un fourreau tubulaire 4 centré sur l'axe X-X, délimitant ainsi un alésage central 41. A son extrémité inférieure, cet alésage 41 débouche sur la partie centrale 32 du diaphragme 3. Dans la partie haute de l'alésage 41 est logé un piston rigide 5, typiquement métallique. Ce piston est assujetti aux mouvements de la partie centrale 32 du diaphragme 3 par l'intermédiaire, à la fois, d'un tampon 6 en élastomère déformable, en contact contre la face supérieure de la partie 32, et d'une rondelle 7 en polymère, tel que du PTFE, insérée entre le tampon et le piston et ajustée dans l'alésage 41 pour éviter l'extrusion de l'élastomère du tampon 6 autour du piston. L'extrémité supérieure du piston 5 est plus ou moins en saillie du fourreau 4 en fonction du volume occupé par la matière thermodilatable 2, donc de la température de cette dernière. L'extrémité inférieure du fourreau 4 est conformée en une embase 42 qui s'étend en saillie vers l'extérieur depuis le corps principal tubulaire du fourreau et qui court sur toute la périphérie extérieure de ce corps. Lorsque cette température varie, le piston 5 se translate donc suivant l'axe X-X, en étant guidé en translation par le fourreau 4. Comme représenté plus en détail sur la figure 2, l'embase 42 présente une face inférieure 43, qui correspond à la face d'extrémité inférieure du fourreau 4, une face supérieure 44 et une face latérale cylindrique 45 qui relie les faces inférieure 43 et supérieure 44. La partie intérieure de la face 43 est constituée d'une surface 43A essentiellement plane, qui s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X, tandis que sa partie extérieure présente deux gradins en creux successifs. Ainsi, la surface 43A débouche, à son extrémité extérieure, dans un logement 43B en creux par rapport à la surface 43A. Ce logement 43B est adapté pour recevoir de manière sensiblement complémentaire l'extrémité périphérique extérieure de la partie 31 du diaphragme 3, conformée en un bord 33 saillant vers le haut par rapport au reste du diaphragme. Le logement 43B débouche, à son extrémité extérieure, sur une zone épaulée 43C en creux par rapport au logement. Cette zone 43C est délimitée par, d'une part, une surface épaulée 4301 essentiellement plane, qui s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X, et, d'autre part, une surface cylindrique 43C2 sensiblement centrée sur l'axe X-X. A son extrémité extérieure, la surface épaulée 4301 débouche sur la face latérale 45 de l'embase 42. La zone épaulée 43C est adaptée pour recevoir et s'appuyer fermement contre une butée 15 de la coupelle 1 lorsque la collerette 14 est sertie contre la face supérieure 44 de l'embase 42, en particulier lorsque l'extrémité libre périphérique 14A de cette collerette est rabattue vers l'intérieur et ainsi plaquée contre la partie extérieure de la face 44, comme représenté sur les figures. La butée 15 est agencée en saillie dans la zone de liaison entre l'épaulement 13 et la collerette 14. Plus précisément, l'épaulement 13 délimite une surface supérieure 13A sensiblement plane, qui s'étend dans un plan essentiellement perpendiculaire à l'axe X-X et depuis l'extrémité extérieure de laquelle s'étend vers le haut la surface intérieure cylindrique 15A de la butée 15. L'extrémité supérieure de cette surface 15A est reliée à une surface intérieure cylindrique 14B de la collerette par la surface supérieure sensiblement plane 15B de la butée 15, qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X. La surface 15A de la butée 15 présente un diamètre ajusté à celui de la surface 4302. De cette façon, lors de l'assemblage de l'élément thermostatique, l'embase 42 peut être rapportée à l'intérieur de la collerette 14 de manière précise, par coopération des surfaces 15A et 4302, et ce même en présence d'un jeu radial entre la surface 14B et la face 45, nécessaire au sertissage ultérieur de la collerette. Puis, lors du sertissage de la collerette 14 autour de l'embase 42, c'est-à-dire par rabat de l'extrémité 14A de cette collerette contre la face supérieure 44 de l'embase, la surface 4301 est appuyée fermement contre la surface 15B. L'appui direct l'une contre l'autre des surfaces planes 4301 et 15B permet d'obtenir un sertissage de la collerette autour de l'embase, présentant une forte tenue mécanique. Lors de l'opération de sertissage, la partie extérieure 31 du diaphragme 3 se trouve interposée de manière pressée entre la surface 13A de l'épaulement 13 et la partie de la face 43 en regard de cette surface 13A. Dans la mesure où le logement 43B est fermé suivant sa périphérie extérieure par la surface intérieure 15A de la butée 15, le bord d'extrémité 33 du diaphragme 3 est immobilisé efficacement lors de la mise en contrainte de la partie de diaphragme 31, due au sertissage de la collerette 14. Avantageusement, la zone de liaison entre le corps 11 et l'épaulement 13 de la coupelle 1 présente un évasement progressif vers le haut, en délimitant notamment une surface tronconique 11A centrée sur l'axe X-X et convergente vers le bas. Ainsi, cette surface tronconique 11A débouche, à son extrémité supérieure, sur la surface 13A de l'épaulement 13, de sorte que la partie du diaphragme 3, non pressée contre la surface 13A, c'est-à-dire sa partie centrale 32, présente un diamètre extérieur correspondant au diamètre extérieur maximal de la surface 11A, noté DI sur la figure 1. A titre d'exemple de réalisation préféré, le diamètre extérieur maximal de la coupelle 14, noté D2 sur la figure 1, est choisi inférieur à 12 mm. Dans ce cas, un sertissage de bonne qualité de la collerette 14 autour de l'embase 42 peut être obtenu même en présence d'un diaphragme 3 dont le diamètre extérieur maximal, noté D3, est relativement grand, c'est-à-dire supérieur à 9 mm. Le diamètre DI peut alors être avantageusement supérieur à 7,5 mm, ce qui permet à la partie de diaphragme 32 de pouvoir s'allonger dans de grandes proportions sous l'action de la matière thermodilatable 2 lors de sa dilatation. En particulier, avec le dimensionnement considéré ici, cette partie de diaphragme 32 peut s'allonger suffisamment pour que le piston 5 présente une course de déploiement maximale identique à celle d'un piston d'un élément thermostatique préexistant à coupelle sertie de diamètre extérieur strictement supérieur à la valeur de D2 considérée ci-dessus. Autrement dit, l'élément thermostatique conforme à l'invention permet d'avoir une course de piston importante comparativement au diamètre extérieur restreint de sa coupelle 14. Cette disposition permet de libérer de l'espace à l'intérieur d'une cartouche ou d'un robinet thermostatique, équipé intérieurement de l'élément thermostatique, ce qui autorise cette cartouche ou ce robinet à réguler de manière efficace des débits de fluide importants. Divers aménagements et variantes à l'élément thermostatique décrit ci- dessus sont bien entendu envisageables. A titre d'exemple, on peut prévoir notamment des formes de réalisation présentant des dimensions différentes, appropriées à l'application spécifique de l'élément thermostatique. Par ailleurs, les indications dimensionnelles données plus haut n'ont qu'une valeur illustrative. En particulier, les rapports dimensionnels avantageux concernant DI, D2 et D3 peuvent être envisagés de manière homothétique, notamment pour des éléments thermostatiques de plus grand diamètre extérieur maximal. REVENDICATIONS 1. Elément thermostatique, comportant : - une coupelle métallique (1), qui comprend un corps principal tubulaire (11) contenant une matière thermodilatable (2) et muni, à l'une de ses extrémités longitudinales, d'un épaulement périphérique extérieur (13) qui est prolongé, à l'opposé du corps, par une collerette (14) ; - un piston (5) mobile par rapport à la coupelle (1) sous l'action de la matière (2) lorsque cette dernière se dilate et se contracte ; - un fourreau (4) de guidage du piston (5), qui comprend une embase d'extrémité (42) délimitant, en direction du corps (11), une face (43) d'appui contre l'épaulement (13) et, en direction opposée, une face (44) sertie par la collerette (14), le fourreau étant ainsi solidarisé fixement à la coupelle (1) ; et - un diaphragme souple (3) de retenue de la matière thermodilatable (2) dans la coupelle (1), qui comprend une partie périphérique extérieure (32) interposée de manière pressée entre l'épaulement (13) et l'embase (42) et incluant un bord d'extrémité (33) reçu dans un logement complémentaire (43B) délimité par la face d'appui (43) de l'embase, caractérisé en ce que la face d'appui (43) de l'embase (42) délimite, à sa périphérie extérieure, une surface épaulée (43C1) en creux par rapport au logement (43B), qui est appuyée contre une butée saillante (15) délimitée par la coupelle (1) dans la zone de liaison entre l'épaulement (13) et la collerette (14). 2. Elément thermostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur maximal (D2) de la collerette (14) est inférieur à 12 mm et le diamètre extérieur maximal (D3) du diaphragme (3) est supérieur à 9 mm. 3. Elément thermostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone de liaison entre le corps (11) et l'épaulement (13) présente une surface intérieure (11A) évasée en direction opposée au corps, le diamètre extérieur maximal (DI) de cette surface étant supérieur à 7,5 mm. 4. Elément thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement (43B) est fermé suivant sa périphérie extérieure par la surface intérieure (15B) de la butée (15). 5. Elément thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face d'appui (43) de l'embase (42) délimite une surface (4302) de liaison entre le logement (43B) et la surface épaulée (4301), cette surface de liaison étant sensiblement ajustée à la surface intérieure (15A) de la butée (15). 6. Cartouche thermostatique ou robinet thermostatique, munis d'un élément thermostatique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.