Brevet FR2930313A1 — publié le 20091023

DISPOSITIF DE RACCORDEMENT, SON PROCEDE D'ASSEMBLAGE E:T CIRCUIT DE CLIMATISATION OU DE DIRECTION ASSISTEE L'INCORPORANT. La présente invention concerne un dispositif de raccordement pour un circuit véhiculant un fluide sous pression, en particulier un circuit de climatisation ou de direction assistée pour véhicule automobile, un tel circuit et un procédé d'assemblage de ce dispositif de raccordement. D'une manière générale, il est connu dans les circuits de 1 o climatisation pour véhicules automobile de relier les tubes métalliques (typiquement en aluminium) à des organes de ces circuits via des raccords métalliques, par exemple également en aluminium ou en acier inoxydable. On a récemment choisi de remplacer certains de ces raccords métalliques par des raccords en matière plastique assemblés sur les tubes 15 métalliques correspondants, comme par exemple décrit clans le document WO-A1-97/47908. Ce document divulgue un dispositif de raccord rapide en particulier pour circuit de climatisation comportant un raccord métallique ou en matière plastique, qui est monté autour d'une zone de raccordement d'un tube métallique présentant un renflement circonférentiel à proximité immédiate 20 duquel un joint d'étanchéité annulaire est surmoulé sur la face interne de ce raccord. Le dispositif de raccord selon ce document présente une étanchéité et une tenue mécanique relativement satisfaisantes en fonctionnement. 25 Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de raccordement pour un circuit véhiculant un fluide sous pression, en particulier un circuit de climatisation ou de direction assistée pour véhicule automobile, ce dispositif comportant un raccord tubulaire polymérique qui est monté autour d'une zone de raccordement radialement externe d'un tube 30 métallique et qui est destiné à être connecté à un organe du circuit, cette zone présentant un renflement circonférentiel contre lequel est monté un joint d'étanchéité, dispositif qui présente notamment une étanchéité et une tenue mécaniques encore améliorées en comparaison de celles procurées par le raccord selon le document précité. A cet effet, un dispositif selon l'invention est tel que ce raccord est soudé par une partie axialement centrale de sa face radialement interne sur ladite zone de raccordement et en retrait du joint, deux parties d'extrémité du raccordement étant respectivement montées sur ce renflement et sur l'extrémité adjacente du tube, de sorte à assurer l'étanchéité du dispositif au fluide et à confiner l'interface de soudage radialement entre le raccord et le tube. 1 o On notera que l'utilisation de ce raccord polymérique permet d'éviter les problèmes de fissuration des raccords métalliques usuellement façonnés par formage, et également d'inclure éventuellement selon les besoins d'autres fonctionnalités dans le raccord (e.g. un capteur de pression). Avantageusement, ce raccord est soudé par friction circulaire 15 (i.e. par rotation) sur le tube. La Demanderesse a en effet vérifié que ce mode de soudage permet d'obtenir une soudure plus résistante du raccord sur le tube que les autres types de soudages communément employés, telles que le soudage par vibrations, par ultrasons ou � miroir �. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite partie d'extrémité de la face interne du raccord qui est montée sur ledit renflement peut avantageusement présenter un diamètre interne maximal pour ce raccord, lequel peut alors présenter un diamètre interne minimal en ladite partie d'extrémité montée sur ladite extrémité du tube. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite zone de raccordement du tube est avantageusement munie de nervures circonférentielles de retenue (i.e. d'accrochage) au raccord séparées entre elles par des gorges annulaires, lequel raccord peut alors présenter sur ladite partie axialement centrale de sa face interne au moins un renfoncement radial 3 o conçu pour coopérer avec ces nervures. De préférence, lesdites nervures sont sensiblement en forme de queue de sapin, et ladite partie axialement centrale peut présenter une pluralité de renfoncements radiaux, de telle sorte que lesdites gorges soient remplies par ladite interface de soudage. On notera que ces nervures présentes sur la zone de raccordement du tube associées aux renfoncements radiaux internes du raccord permettent de garantir la tenue mécanique du dispositif de raccordement selon l'invention, et que le remplissage des gorges ménagées entre ces nervures par la matière fondue à l'interface de soudage contribue à éviter toute bavure issue de ce soudage qui pourrait être gênante en fonctionnement ou bien nuire à l'esthétique du raccordement. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite partie d'extrémité du raccordement montée sur ladite extrémité du tube est formée d'un décrochement radial à paroi cylindrique qui forme une fente axiale annulaire avec ladite partie axialement centrale et qui s'étend partiellement le long de la face radialement interne de ladite extrémité du tube, de sorte à confiner l'interface de soudage radialement entre le raccord et le tube. Selon un second mode de réalisation de l'invention, ladite extrémité du tube est formée par une extension axiale à paroi cylindrique qui prolonge axialement lesdites nervures et qui s'étend partiellement par sa face radialement externe le long de la partie d'extrémité adjacente du raccordement, de sorte à confiner l'interface de soudage radialement entre le raccord et le tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, le raccord est avantageusement en matière plastique, de préférence en un polymère thermoplastique qui présente en particulier : - à l'état sec venu de moulage (� dry as molded � ou � DAM �) une contrainte et une élongation à la rupture, mesurées avec un déplacement de 5 mm/min. selon la norme ISO 527-1/-2, respectivement supérieures à 180 MPa et à 2 %, et - à un taux d'humidité relative de 50 %, une contrainte et une 3 o élongation à la rupture, également mesurées avec ce déplacement et selon la même norme ISO 527-1/-2, respectivement supérieures à 130 MPa et à 3 %. Encore plus préférentiellement, le raccord est à base d'un polyamide 6.6 chargé par des fibres de verre, et le tube est à base d'aluminium. Dans ce cas, ladite interface de soudage par friction circulaire 5 est alors à base d'un mélange de ladite matière plastique fondue et de poudre d'alumine. Un circuit de climatisation ou de direction assistée pour véhicule automobile selon l'invention, en particulier un circuit de climatisation véhiculant du R134a sous haute pression à titre de gaz frigorigène, est tel qu'il 1 o comporte au moins un dispositif de raccordement tel que défini précédemment. Un procédé d'assemblage selon l'invention du dispositif de raccordement étanche présenté ci-dessus comprend : a) le montage dudit joint d'étanchéité contre ledit renflement 15 du tube, b) le positionnement relatif de ladite zone de raccordement du tube axialement le long de ladite face radialement interne du raccord, de telle manière que cette zone de raccordement soit entourée par ladite partie axialerent centrale du raccord, et que lesdites parties d'extrémité du 20 raccordement soient respectivement montées sur ce renflement et sur ladite extrémité adjacente du tube, puis c) le soudage de cette partie centrale du raccord sur cette zone de raccordement du tube, ledit joint excepté, pour confiner l'interface de soudage radialement entre le raccord et le tube. 25 Avantageusement, l'on met en oeuvre l'étape c) via un soudage par friction circulaire, comprenant une rotation relative du raccord autour du tube sous une pression axiale de soudure de préférence voisine de 3,5 bars puis, lors d'un refroidissement faisant suite à cette rotation, l'exercice d'une pression axiale de maintien de préférence voisine de 4 bars. 30 Egalement avantageusement, l'on réalise ce soudage à une vitesse de rotation voisine de 4000 tours/min. et pendant une durée d'environ dix secondes, pour un enfoncement axial du raccord dans lie tube d'environ 3 mm, de préférence. D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif, ladite description étant réalisée en référence avec le dessin joint, dans lequel : la figure 1 est une vue schématique partielle en section axiale éclatée d'un dispositif de raccordement selon un premier mode de réalisation de l'invention, avant soudage du raccord polymérique sur le tube métallique, la figure 2 est une vue schématique partielle en section axiale assemblée du dispositif de raccordement de la figure 1 suite à ce soudage, la figure 3 est une vue schématique partielle en section axiale éclatée d'un dispositif de raccordement selon un second mode de réalisation de l'invention, avant soudage du raccord sur le tube, et 1s la figure 4 est une vue schématique partielle en section axiale assemblée du dispositif de raccordement de la figure 3 suite à ce soudage. Le dispositif de raccordement 1 des figures 1 et 2 comporte : - un tube métallique 10 (e.g. en aluminium) présentant une 20 zone de raccordement 11 radialement externe qui est délimitée axialement par un renflement circonférentiel 12 contre lequel est monté un joint d'étanchéité torique 13 et par l'extrémité 14 adjacente du tube 10, et sur laquelle sont formées des nervures circonférentielles 15 d'accrochage au raccord sensiblement en queue de sapin séparées entre elles par des gorges 25 annulaires 16; et - un raccord tubulaire 20 de préférence en matériau thermoplastique qui est monté autour de la zone de raccordement 11 du tube 10 en étant soudé par friction circulaire sur cette zone 11 (voir figure 2), et qui est destiné à être connecté à un organe du circuit correspondant (non illustré, 3o seule l'extrémité de connexion du raccord 20 avec le tube 10 étant visible sur ces figures). Plus précisément, le raccord 20 de l'invention présente dans l'exemple des figures 1 et 2 une face radialement externe 21 sensiblement plane, et une face radialement interne 22 comprenant essentiellement : - une partie axialement centrale 23 qui est soudée par friction circulaire sur la zone de raccordement 11 du tube 10 en retrait du joint 13 et qui présente des renfoncements radiaux 23a (de section par exemple en marches d'escalier) conçus pour coopérer avec les nervures 15 du tube 10 de sorte que ces nervures 15 assurent la tenue mécanique du tube 10 sur le raccord 20 et que les gorges 16 soient remplies par la matière fondue 17 de l'interface de soudage, - une partie d'extrémité radialement externe 24 du raccordement qui présente un diamètre interne maximal pour l'extrémité de connexion du raccord 20 et qui est destinée à être montée sur le renflement 12, et - une partie d'extrémité radialement interne 25 du raccordement de diamètre interne minimal pour l'extrémité de connexion du raccord 20, qui est destinée à être montée sur l'extrémité 14 du tube 10 et qui est formée d'un décrochement radial à paroi cylindrique formant une ferte axiale annulaire 26 avec la partie centrale 23 et s'étendant partiellement le long de la face interne 18 de l'extrémité 14 du tube 10, pour confiner la matière fondue 17 à l'interface de soudage entre le raccord 20 et le tube 10. En d'autres termes, le raccord 20 selon les figures 1 et 2 est conçu pour venir enserrer radialement les deux faces interne et externe de la zone de raccordement 11 du tube 10, via la partie centrale 23 et le décrochement 25 du raccord 20, la fente annulaire 26 étant destinée à recevoir lors de sa déformation inhérente au soudage la matière fondue 17, à l'instar de la partie centrale 23. Le dispositif de raccordement 1' des figures 3 et 4 se différencie uniquement de celui des figures 1 et 2, en ce que : - l'extrémité 14' du tube 10' concernée par ce raccordement est formée par une extension axiale 19 cylindrique qui prolonge axialement les nervures 15 de ce tube 10' et qui s'étend partiellement par sa face radialement externe 19a le long de la partie d'extrémité radialement interne 25' du raccordement, de sorte à confiner la matière fondue 17 de l'interface de soudage entre le raccord 20' et le tube 10' ; et en ce que - la partie d'extrémité radialement interne 25' du raccordement, de diamètre interne minimal pour l'extrémité de connexion du raccord 20' et destinée à être montée sur l'extrémité 14' du tube 10', n'est pas conçue pour venir s'étendre le long de la face interne de ce dernier mais au contact de la face externe 19a de l'extension 19. En d'autres termes, le raccord 20' selon les figures 3 et 4 n'est lo pas conçu pour venir enserrer radialement les deux faces interne et externe de la zone de raccordement 11' du tube 10', mais seulement pour être appliqué sur la face externe de ce dernier. Le matériau thermoplastique utilisé pour les raccords 20 et 20' selon les deux modes de réalisation précités est de préférence un polyamide 15 6.6 chargé à 35 % de fibres de verre, qui présente avantageusement les propriétés mécaniques suivantes : - à l'état sec venu de moulage (� dry as molded � ou � DAM �), une contrainte et une élongation à la rupture, mesurées avec un déplacement de 5 mm/min. selon la norme ISO 527-1/-2, respectivement de 20 195 MPa et 2,5 %, et - à un taux d'humidité relative de 50 %, une contrainte et une élongation à la rupture, également mesurées avec ce même déplacement et selon cette même norme ISO 527-1/-2, respectivement de 140 MPa et 4 %. L'interface de soudage 17 obtenue par friction circulaire entre 25 ce raccord 20, 20' en polyamide 6.6 chargé de fibres de verre et le tube '10, 10' en aluminium est à base d'un mélange de ce polyamide fondu et de poudre d'alumine. Comme visible aux figures 2 et 4, le dispositif de raccordement 1, 1' selon l'invention permet de confiner cette interface 17, radialement entre le raccord 20, 20' et la zone de raccordement 11, 11' du 30 tube 10, 10' et axialement entre le joint 13 et l'extrémité 14, 14' de ce tube, de sorte à éviter toute bavure issue de la soudure à l'intérieur ou à l'extérieur du raccord. Quant au joint d'étanchéité 13, il est prévu étanche au fluide circulant dans ce dispositif 1, 1' et compatible avec ce fluide (e.g. un gaz frigorigène tel que le R134a, dans le cas préférentiel d'un circuit de climatisation pour véhicule automobile) et qui est par exemple à base de caoutchouc nitrile hydrogéné (HNBR) ou d'un terpolymère éthylènepropylène-diène (EPDM). Le soudage par friction circulaire du raccord 20, 20' sur le tube 10, 10' est par exemple mis en oeuvre de la manière suivante, en référence aux deux modes de réalisation précités. 1 o La Demanderesse a réalisé des essais de soudage selon l'invention portant sur ces deux modes de réalisation avec les matériaux préférentiels précités, au moyen d'une machine de dénomination commerciale � MECASONIC � et de modèle � MCRI �, à une vitesse de rotation de 4000 tours/min. et pendant une durée d'environ dix secondes. Chaque opération de 15 soudage comprend une rotation du raccord 20, 20' autour du tube 10, 10' sous une pression axiale de soudure de 3,5 bars puis, lors d'un refroidissement faisant suite à cette rotation, l'exercice d'une pression axiale de maintien de 4 bars. Pour chaque soudage réalisé, on a réalisé un enfoncement programmé du raccord 20, 20' dans le tube 10, 10' de Ax = 20 3 mm dans la direction axiale, l'obtention de ce degré d'enfoncement Ax déterminant l'arrêt de la rotation de la machine. On a réalisé un test de contrôle de l'étanchéité obtenue pour chacun des deux dispositifs de raccordement 1, 1' des figures 2 et 4, en utilisant de l'hélium à titre de fluide parcourant la canalisation incluant ces 25 dispositifs 1 et 1', lesquels ont été testés initialement puis après un vieillissement thermique de 2 heures à 100° C. La pression interne de cette canalisation était de 25 bars, et la température du fluide et de la pièce était de 20° C. On a maintenu la canalisation en pression pendant 5 minutes, avant de mesurer les débits de fuite à l'aide d'un détecteur d'hélium de dénomination 3 0 commerciale � INFICON � et de modèle � Ecotec E3000 �. On a obtenu pour ces dispositifs 1 et 1' testés des débits de fuite d'hélium inférieurs ou égaux à 10"6 mbar.1/s, ce qui témoigne d'une étanchéité très satisfaisante des dispositifs de raccordement 1 et 1' selon l'invention, qui est notablement améliorée par rapport à celle des dispositifs de raccordement connus à raccords métalliques. On a en outre réalisé un test de tenue en pression des deux dispositifs de raccordement 1 et 1' en utilisant une canalisation incluant ces dispositifs qui est montée sur un banc de test et dans laquelle on fait circuler une huile. L'enceinte et l'huile étaient à 100° C, le gradient de pression était de 0,1MPa/s, et l'on a maintenu cette canalisation en pression à une pression de non-éclatement de 100 bars pendant 5 minutes, avant de relever la 1 o pression d'éclatement maximale. On a obtenu pour ces dispositifs de raccordement des pressions maximales d'éclatement de 160 bars, ce qui témoigne d'une tenue à la pression de fluide très satisfaisante de ces dispositifs 1 et 1' selon l'invention. 15 REVENDICATIONS, 1) Dispositif de raccordement (1, 1') pour un circuit véhiculant un fluide sous pression, en particulier un circuit de climatisation ou de direction assistée pour véhicule automobile, ce dispositif comportant un raccord tubulaire (20, 20') polymérique qui est monté autour d'une zone de raccordement (11, 11') radialement externe d'un tube métallique (10, 10') et qui est destiné à être connecté à un organe du circuit, cette zone présentant un renflement circonférentiel (12) contre lequel est monté un joint d'étanchéité (13), caractérisé en ce que le raccord est soudé par une partie axialement centrale (23) de sa face radialement interne (22) sur ladite zone de raccordement et en retrait dudit joint, deux parties d'extrémité (24 et 25, 25') du raccordement étant respectivement montées sur ledit renflement et sur l'extrémité adjacente (14, 14') du tube, de sorte à assurer l'étanchéité du dispositif au fluide et à confiner l'interface de soudage (17) radialement entre le raccord et le tube. 2) Dispositif de raccordement (1, 1') selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord (20, 20') est soudé par friction circulaire sur 20 le tube (10, 10'). 3) Dispositif de raccordement (1, 1') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie d'extrémité (24) de la face interne (22) du raccord (20, 20') qui est montée sur ledit renflement (12) présente un 25 diamètre interne maximal pour ce raccord, lequel présente un diamètre interne minimal en ladite partie d'extrémité (25, 25') montée sur laclite extrémité (14, 14') du tube (10, 10'). 4) Dispositif de raccordement (1, 1') selon une des 30 revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite zone de raccordement (11, 11') du tube (10, 10') est munie de nervures circonférentielles (15) de retenue au raccord (20, 20') séparées entre elles par 2930313 Il des gorges annulaires (16), lequel raccord présente sur ladite partie axialernent centrale (23) de sa face interne (22) au moins un renfoncement radial (23a) conçu pour coopérer avec ces nervures. 5 5) Dispositif de raccordement (1, 1') selon lla revendication 4, caractérisé en ce que lesdites nervures (15) sont sensiblement en forme de queue de sapin, et en ce que ladite partie axialement centrale (23) présente une plluralité de renfoncements radiaux (23a), de telle sorte que lesdites gorges (16) soient remplies par ladite interface de soudage (17). 10 6) Dispositif de raccordement (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite partie d'extrémité (25) du raccordement montée sur ladite extrémité (14) du tube (10) est formée d'un décrochement radial (25) à paroi cylindrique qui forme une fente axiale 15 annulaire (26) avec ladite partie axialement centrale (23) et qui s'étend partiellement le long de la face radialement interne (18) de ladite extrémité du tube, de sorte à confiner l'interface de soudage (17) radialement entre le raccord (20) et le tube. 7) Dispositif de raccordement (1') selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite extrémité (14') du tube (10') est formée par une extension axiale (19) à paroi cylindrique qui prolonge axialement lesdites nervures (15) et qui s'étend partiellement par sa face radialement externe (19a) le long de ladite partie d'extrémité (25') adjacente du raccordement, de sorte à confiner l'interface de soudage (17) radialement entre le raccord (20') et le tube. 8) Dispositif de raccordement (1, 1') selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord (20, 20') est en matière plastique, étant de préférence à base d'un polymère thermoplastique qui présente :- à l'état sec venu de moulage, une contrainte et une élongation à la rupture, mesurées avec un déplacement de 5 mm/min. selon la norme ISO 527-1/-2, respectivement supérieures à 180 MPa et à 2 %, et - à un taux d'humidité relative de 50 %, une contrainte et une élongation à la rupture, également mesurées avec ce déplacement et selon cette norme ISO 527-1/-2, respectivement supérieures à 130 MPa et à 3 %. 9) Dispositif de raccordement (1, 1') selon la revendication 8, caractérisé en ce que le raccord (20, 20') est à base d'un polyamide 6.6 1 o chargé par des fibres de verre, et en ce que le tube (10, 10') est à base d'aluminium. 10) Dispositif de raccordement (1, 1') selon les revendications 2 et 9, caractérisé en ce que ladite interface de soudage (17) est à base d'un 15 mélange de ladite matière plastique fondue et de poudre d'alumine. 11) Circuit de climatisation ou de direction assistée pour véhicule automobile, en particulier un circuit de climatisation véhiculant du R134a sous haute pression à titre de gaz frigorigène, caractérisé en ce qu'il 20 comporte au moins un dispositif de raccordement (1, 1') selon une des revendications précédentes. 12) Procédé d'assemblage d'un dispositif de raccordement étanche (1, 1') selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il 25 comprend : a) le montage dudit joint d'étanchéité (13) contre ledit renflement (12) du tube (10, 10'), b) le positionnement relatif de ladite zone de raccordement (11, 11') du tube axialement le long de ladite face radialement interne (22) du 30 raccord (20, 20'), de telle manière que cette zone de raccordement soit entourée par ladite partie axialement centrale (23) du raccord, et que lesdites parties d'extrémité (24 et 25, 25') du raccordement soient respectivementmontées sur ce renflement (12) et sur ladite extrémité adjacente (14, 14') du tube, puis c) le soudage de cette partie centrale du raccord sur cette zone de raccordement du tube, ledit joint excepté, pour confiner l'interface de 5 soudage (17) radialement entre le raccord et le tube. 13) Procédé d'assemblage selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre l'étape c) via un soudage par friction circulaire, comprenant une rotation relative du raccord (20, 20') autour du tube lo (10, 10') sous une pression axiale de soudure de préférence voisine de 3,5 bars puis, lors d'un refroidissement faisant suite à cette rotation, l'exercice d'une pression axiale de maintien de préférence voisine de 4 bars. 14) Procédé d'assemblage selon la revendication 13, 15 caractérisé en ce que l'on réalise ce soudage à une vitesse de rotation voisine de 4000 tours/min. et pendant une durée d'environ dix secondes, pour un enfoncement axial du raccord (20, 20') dans le tube (10, 10') d'environ 3 mm, de préférence.