Brevet FR2954446A1 — publié le 20110624

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une électrovanne comportant un boîtier d'électrovanne logeant au moins en partie un organe d'étanchéité muni d'un siège de soupape et d'un poussoir de soupape coulissant longitudinalement dans le boîtier d'électrovanne, coopérant avec le siège de soupape et un organe d'étanchéité qui ferme de manière étanche une extrémité du boîtier d'électrovanne. Etat de la technique On connaît des électrovannes pour séparer des circuits hydrauliques et pour commander et commuter un milieu passant dans les circuits hydrauliques. Ces électrovannes sont par exemple réalisées sous la forme d'électrovannes d'entrée, ouvertes en l'absence de courant, et comportant un boîtier de vanne (encore appelé insert de vanne) dans lequel un corps de soupape muni d'un siège d'étanchéité s'ouvre par un poussoir de soupape coulissant longitudinalement dans le boîtier de vanne, auquel est associé un induit électromagnétique et qui est maintenu en position ouverte par la force développée par un ressort hélicoïdal de compression, lorsqu'il est alimenté, l'induit de l'électroaimant coulisse longitudinalement et le poussoir de soupape ferme l'électrovanne. Un côté d'extrémité d'un tel boîtier d'électrovanne est fermé par un capuchon de fermeture qui le rend étanche en entourant le noyau polaire et lui-même entouré, pour le fonctionnement du dispositif de vanne, par un électroaimant pour induire les forces du champ électromagnétique. Sur le côté opposé, le boîtier de soupape est fermé de manière étanche par un organe d'étanchéité. On connaît des modes de réalisation dans lesquels l'arrivée du milieu à commuter dans le circuit hydraulique se fait axialement à travers les orifices d'alimentation réalisés dans l'organe d'étanchéité et la sortie de l'écoulement se fait radialement à travers les orifices de sortie réalisés dans le boîtier. Une telle électrovanne se place avec son extrémité opposée à celle du noyau polaire, notamment avec l'organe d'étanchéité dans un bloc hydraulique. Pour des raisons de simplification de la fabrication et des raisons de coût, l'organe d'étanchéité est réalisé comme pièce coulée en matière plastique ayant une lèvre d'étanchéité qui assure l'étanchéité de l'organe d'étanchéité vers l'extérieur, 2 notamment vis-à-vis du bloc hydraulique. L'organe d'étanchéité comporte un clapet anti-retour, par exemple sous la forme d'une soupape à bille qui, en cas de débordement de l'électrovanne dans le sens opposé au sens de fonctionnement prévu, protège contre des augmentations importantes de pression du circuit hydraulique à commuter au niveau de l'élément d'étanchéité en matière plastique et son guidage dans le boîtier de soupape ; du fait de la fermeture du clapet anti-retour, on ne pourra avoir de pression excessive dans ces zones. Les pointes de pression qui peuvent se produire lors de la commutation de l'électrovanne sont absorbées par le clapet anti-retour dans la zone d'écoulement, et au niveau du clapet anti-retour, il y a un perçage de décharge vers la zone d'alimentation. De telles électrovannes ne peuvent fonctionner que dans le sens de passage prévu et sont relativement coûteux, notamment à cause de la nécessité d'avoir le clapet anti-retour tel que décrit. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et a pour objet une électrovanne du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le boîtier comporte une nervure annulaire axiale qui pénètre axialement de manière étanche dans une rainure annulaire du corps d'étanchéité. Comme le raccordement de l'organe d'étanchéité est fait sur le boîtier d'électrovanne par la nervure annulaire axiale pénétrant dans la rainure annulaire, on assure une tenue en pression de la liaison entre l'organe d'étanchéité et le boîtier d'électrovanne au passage dans les deux directions. En particulier l'utilisation de l'électrovanne comme électrovanne de coupure, par exemple dans les applications de systèmes ESP, nécessite l'étanchéité dans les deux sens et le passage dans les deux sens. Contrairement à l'état de la technique, la réponse est donnée par le mode de réalisation développé ci-dessus. Dans ce mode de réalisation, la pression de l'intérieur au niveau du corps de soupape est reçue par la branche intérieure de la rainure annulaire qui s'appuie dans la direction radiale vers l'extérieur, contre le côté intérieur de la nervure annulaire axiale et, pour une pression agissant de l'extérieur, la 3 branche extérieure de la rainure annulaire axiale, s'appuie dans la direction radiale vers l'intérieur, extérieurement contre la nervure annulaire axiale. Globalement, dans la région de l'organe d'étanchéité, notamment dans la zone de la nervure annulaire axiale et de la rainure annulaire dans le bloc hydraulique, à savoir dans un perçage de réception du bloc hydraulique, on introduit l'électrovanne de sorte que l'on a dans ce cas un appui radial vers l'extérieur. Selon une autre forme de réalisation, on a un moyen d'étanchéité au fond de la rainure annulaire. Ce moyen d'étanchéité assure un montage ferme et sans tolérance du boîtier d'électrovanne dans l'organe d'étanchéité, notamment en position de fin de montage de l'électrovanne dans le perçage de réception dans le bloc hydraulique. En même temps, on a une bonne étanchéité axiale entre le boîtier d'électrovanne et l'organe d'étanchéité au niveau de la nervure annulaire axiale et de la rainure annulaire. De façon préférentielle, le moyen d'étanchéité est injecté sur l'organe d'étanchéité de préférence en matière plastique. Comme dans l'état de la technique, l'organe d'étanchéité est de préférence en matière plastique car de cette manière, en tant que pièce moulée en matière plastique, il est fabriqué d'une manière relativement économique et facile même pour des géométries complexes. En outre, par le choix de matières plastiques appropriées et de leurs spécifications respectives, on adopte les propriétés à l'organe d'étanchéité selon l'application envisagée pour l'électrovanne, par une adaptation très précise, par exemple une bonne stabilité thermique et/ou une bonne possibilité de mise en forme et/ou d'autres propriétés souhaitées. Le moyen d'étanchéité est injecté sur l'organe d'étanchéité réalisant une liaison solidaire avec un positionnement précis du moyen d'étanchéité sur l'organe d'étanchéité. De façon particulièrement préférentielle, le moyen d'étanchéité est un moyen d'étanchéité déformable élastiquement ou plastiquement. La déformabilité élastique a un effet d'auto étanchéité du fait de la reprise de forme après la déformation élastique alors que la déformation plastique, notamment en cours de montage, assure une excellente adaptation, permanente, entre le moyen d'étanchéité et le 4 boîtier de soupape. Dans le mode de réalisation comme moyen d'étanchéité à déformation plastique, on peut notamment réaliser le moyen d'étanchéité sous la forme de bosses qui assurent une légère déformation plastique de l'organe d'étanchéité en matière plastique, lors du montage de l'électrovanne et l'adapte ainsi par la déformation plastique produite par la force d'enfoncement/ force de montage au volume d'installation disponible dans le perçage de réception du bloc hydraulique, par l'adaptation de sa géométrie. De cette manière, on réalise une étanchéité particulièrement bonne et un siège pratiquement sans jeu dans le perçage de réception du bloc hydraulique. Pour éviter toute autre déformation non voulue des bossages pendant le fonctionnement de l'électrovanne, il faut veiller à ce que la force pour le montage soit significativement plus importante pour la déformation que la force hydraulique agissant pendant le fonctionnement sur l'organe d'étanchéité. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, la rainure annulaire de l'organe d'étanchéité est délimitée sur le côté extérieur par une lèvre d'étanchéité et sur le côté intérieur par une nervure annulaire d'étanchéité. La rainure annulaire de l'organe d'étanchéité est ainsi réalisée pour que les branches de la rainure, sur le côté extérieur soient sous la forme d'une lèvre d'étanchéité et du côté intérieur, sous la forme d'une nervure annulaire d'étanchéité. Il est important dans ces conditions que l'effet d'étanchéité réalisé par la lèvre d'étanchéité et par la nervure annulaire d'étanchéité soit produit, par exemple par les propriétés de la matière, c'est-à-dire la déformabilité élastique ou les caractéristiques de surface. En outre, la lèvre d'étanchéité chevauche la surface enveloppe extérieure du boîtier de l'électrovanne. Ce chevauchement réalise l'effet d'étanchéité entre la lèvre d'étanchéité et la surface enveloppe extérieure du boîtier d'électrovanne, notamment si le chevauchement dans la direction axiale se fait suivant un segment axial important dans la zone d'extrémité de la nervure annulaire radiale. En outre, la nervure annulaire d'étanchéité pénètre axialement dans le volume annulaire formé entre le boîtier d'électrovanne et le corps de soupape. Le volume annulaire entre le boîtier d'électrovanne et le corps de soupape est prévu pour la prise de la nervure annulaire d'étanchéité et le volume annulaire est de préférence réalisé pour être rempli pratiquement complètement en prise par la nervure annulaire d'étanchéité, de sorte qu'on aura un effet 5 d'étanchéité dans la direction radiale, à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur. La nervure annulaire d'étanchéité peut s'appuyer contre les parois latérales du volume annulaire dans les deux directions et fonctionne ainsi d'une manière particulièrement étanche en tenant la pression. Une contrainte en pression est assurée dans la direction radiale par l'appui de la nervure annulaire d'étanchéité contre la paroi du volume annulaire dans le sens de la pression, de sorte que l'étanchéité se fait toujours dans cette direction. Grâce à une caractéristique appropriée de la matière de la nervure annulaire d'étanchéité, on a même une augmentation de l'effet d'étanchéité en fonction de l'augmentation de la pression. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'organe d'étanchéité se compose d'un premier élément d'étanchéité, d'un second élément d'étanchéité, le premier élément d'étanchéité ayant la lèvre d'étanchéité et la nervure annulaire d'étanchéité et le second élément d'étanchéité étant emmanché axialement sur le premier élément d'étanchéité. Ainsi, l'organe d'étanchéité est en deux parties. Le premier élément d'étanchéité présente les éléments lèvre d'étanchéité et nervure d'étanchéité, déjà décrits et fonctionne de manière étanche contre le boîtier d'électrovanne. Le second élément d'étanchéité est engagé sur le premier élément d'étanchéité, dans la direction axiale, à savoir sur le côté du premier élément d'étanchéité, à l'opposé du boîtier. En outre, le premier élément d'étanchéité comporte une partie centrale en saillie chevauchée par la paroi annulaire du second élément d'étanchéité. Il s'agit principalement d'un assemblage par engagement, comme par exemple une structure à bouchon. La partie centrale en saillie du premier élément d'étanchéité pénètre ainsi dans le second élément d'étanchéité, dans la direction axiale et il est couvert ou chevauché axialement par la paroi annulaire du second élément d'étanchéité, de sorte que dans la direction radiale on a un contact de surface de paroi entre la partie centrale en saillie et la paroi annulaire, 6 et d'une part un effet d'étanchéité et d'autre part, le maintien des deux éléments d'étanchéité l'un par rapport à l'autre. Le second élément d'étanchéité a au niveau de son fond, au moins un orifice traversant pour le milieu ou fluide à commuter, selon le sens de fonctionnement de l'électrovanne comme orifice d'alimentation ou orifice de sortie. L'orifice de passage correspond à un prolongement de technique hydraulique, qui se trouve dans le premier élément d'étanchéité et le passage du premier élément d'étanchéité au second élément d'étanchéité, c'est-à-dire l'ensemble de l'organe d'étanchéité, arrive de manière prévue jusqu'au siège de soupape dans le corps de soupape. De manière préférentielle, le premier élément d'étanchéité est pressée avec le second élément d'étanchéité au niveau de la partie centrale en saillie et de la paroi annulaire, de préférence radialement et/ou est soudé à celui-ci. La tenue du premier élément d'étanchéité et du second élément d'étanchéité, en formant l'organe d'étanchéité se fait comme déjà indiqué par le contact par paroi dans la zone de la partie centrale en saillie et de la paroi annulaire. Pour garantir la liaison des deux éléments d'étanchéité, ceux-ci peuvent être serrés dans cette zone, notamment comprimés radialement et/ou se souder. Le soudage se fait d'une manière particulièrement préférentielle comme soudage aux ultrasons. Ainsi, dans les conditions d'utilisation prévue on aura une liaison solidaire des deux éléments d'étanchéité formant l'organe d'étanchéité. En particulier, la déformation de l'organe d'étanchéité déjà décrite ci-dessus lors du montage pour avoir un ajustage très adapté dans le perçage de réception du bloc hydraulique, assure une liaison garantie et intime entre le premier élément d'étanchéité et le second élément d'étanchéité, principalement pour éviter tout échappement accidentel au cours de la déformation plastique de l'organe d'étanchéité pendant le montage. De façon particulièrement préférentielle, le second élément d'étanchéité comporte un élément de filtre pour le milieu à commuter par l'électrovanne. Comme le second élément d'étanchéité est une pièce moulée en matière plastique, on peut compléter par des composants supplémentaires très simples comme par exemple l'élément de filtre pendant la fabrication du second élément d'étanchéité. En 7 particulier si l'on utilise l'électrovanne pour être traversée dans deux directions, alors, s'il n'y a pas d'orifice d'alimentation exclusif ou d'orifice de sortie exclusif, mais un orifice d'alimentation et un orifice de sortie, et inversement, il est intéressant d'utiliser un tel élément de filtre pour protéger l'électrovanne notamment le siège, dans les deux sens contre les corps étrangers qui peuvent se trouver dans le milieu que l'on commute. L'élément de filtre est particulièrement avantageux lorsqu'il est monté dans l'orifice de passage dans le second élément d'étanchéité, c'est-à-dire notamment du côté du fond du second élément d'étanchéité. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'une électrovanne et de son boîtier ainsi que de l'organe d'étanchéité selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail de l'organe d'étanchéité. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention La figure 1 montre une électrovanne 1 comportant un boîtier 2 dont le côté supérieur est fermé de manière étanche par un capuchon 3 et le côté inférieur par un organe d'étanchéité 4. Le boîtier 2 de l'électrovanne loge un poussoir 5 coulissant longitudinalement, coopérant avec un induit 6 relié axialement dans la direction du capuchon 3 et un ressort hélicoïdal 7 entourant le poussoir de soupape 5 ; le ressort hélicoïdal de compression 7 s'appuie d'un côté contre l'induit 6 et de l'autre contre un siège de soupape 8, voisin axialement du poussoir de soupape 5 pour fermer et ouvrir le corps de soupape 9 par le poussoir 5. Pour recevoir l'induit 6, le boîtier de l'électrovanne a une forme cylindrique pratiquement creuse, le poussoir 5 relié à celui-ci, le corps de soupape 9, adjacent avec son siège de soupape 8 ainsi qu'un noyau polaire 10, du côté opposé à celui de l'induit 6, noyau couvert par le capuchon 3 du boîtier de vanne 2. L'organe d'étanchéité 4 pénètre dans l'extrémité inférieure 11 du boîtier de vanne 2 et le ferme de manière étanche sur le côté inférieur, par sa forme cylindrique creuse. L'organe d'étanchéité 4 n'est représenté ici qu'à titre d'exemple. 8 La figure 2 montre en détail l'organe d'étanchéité 4 sur lequel est emmanché dans la direction axiale, l'extrémité inférieure 11 du boîtier de vanne 2. L'organe d'étanchéité 4 est en deux parties, à savoir un premier élément d'étanchéité 12 et second élément d'étanchéité 13 ; le second élément d'étanchéité 13 est emmanché axialement par le côté d'extrémité sur le premier élément d'étanchéité 12. Le premier élément d'étanchéité 12 présente à cet effet une partie centrale en saillie 14, sensiblement au milieu, et qui est entourée par la paroi annulaire 15 du second élément d'étanchéité 13. Le premier élément d'étanchéité 12 et le second élément d'étanchéité 13 sont pressés radialement l'un contre l'autre au niveau de la partie centrale en saillie 14 et de la paroi annulaire 15 et en plus soudés de préférence par une soudure par ultrasons. On obtient ainsi une zone de fixation 16 par laquelle le premier élément d'étanchéité 12 et le second élément d'étanchéité 13 sont reliés de manière imperdable l'un à l'autre pour former l'organe d'étanchéité 4. Du côté du fond, en regard de la partie centrale en saillie 14 du premier élément d'étanchéité 12, le second élément d'étanchéité 13 est muni d'un élément de filtre 17 servant à filtrer le milieu non représenté lorsque celui-ci arrive dans l'électrovanne 1 (voir figure 1) par l'élément de filtre 17 dans les canaux de passage 18 de l'organe d'étanchéité 4. L'électrovanne 1 s'installe tel que représenté en position de montage dans un boîtier de pompe 19 de sorte que l'organe d'étanchéité 4 et un segment du boîtier de vanne 2 sont entourés par le logement d'électrovanne 20 du boîtier de pompe 19. Le logement d'électrovanne 20 sollicite alors l'organe d'étanchéité 4 au niveau des parois extérieures 21 du premier élément d'étanchéité 12 et du second élément d'étanchéité 13 ainsi qu'au moins par segment, au niveau du fond du second élément d'étanchéité 13. Le premier élément d'étanchéité 12 présente une rainure annulaire axiale 22 en direction du boîtier de soupape 2 dans laquelle pénètre une nervure annulaire axiale 23 réalisée à l'extrémité du boîtier de vanne 2. La rainure annulaire 22 se compose d'un fond de rainure 24 ainsi que d'une lèvre d'étanchéité 25 délimitant le côté extérieur de la rainure annulaire 22 ; une nervure annulaire d'étanchéité 26 délimite le côté intérieur de la rainure annulaire 22, c'est-à-dire en direction du corps 9 de soupape 9. Le fond 24 de la rainure annulaire 22 est garni d'un moyen d'étanchéité 27, de préférence par projection. Le moyen d'étanchéité 27 est dans ce cas un moyen d'étanchéité déformable en matière plastique. Lors de l'assemblage axial du boîtier de vanne 2 et de l'organe d'étanchéité 4, c'est-à-dire lors de la mise en place de la nervure annulaire axiale 23 dans la rainure annulaire 22, ce moyen d'étanchéité 27 sera légèrement déformé plastiquement pour assurer ainsi un ajustage sans jeu du boîtier de vanne 2 sur le premier élément d'étanchéité 12. La lèvre d'étanchéité 25 assure l'étanchéité entre la surface enveloppe extérieure 28 du boîtier de vanne 2 couverte ici par la lèvre d'étanchéité 25 et le siège de soupape 8. La nervure annulaire d'étanchéité 26 réalise l'étanchéité entre le boîtier de vanne 2 et le corps de soupape 9 en formant entre eux un volume annulaire 29, dans lequel pénètre la nervure annulaire d'étanchéité 26 aussi complètement que possible c'est-à-dire en utilisant complètement le volume annulaire 29 disponible. La lèvre d'étanchéité 25 et la nervure annulaire d'étanchéité 26 sont toutes deux réalisées sur le premier élément d'étanchéité 12. De façon préférentielle, une lèvre d'étanchéité extérieure 30 est prévue sur le second élément d'étanchéité 13 avec la même orientation que la nervure annulaire axiale 23, c'est-à-dire en direction du côté inférieur du second élément d'étanchéité poussant le second élément d'étanchéité contre le logement d'électrovanne 20, de préférence avec une légère précontrainte pour réaliser l'étanchéité. L'organe d'étanchéité 4, à savoir à la fois le premier élément d'étanchéité 12 et le second élément d'étanchéité 13 sont fabriqués de préférence en matière plastique 31. De cette manière, la fabrication sera relativement économique même pour des géométries complexes. L'appui contre le corps de soupape 9, la nervure annulaire axiale 23 et le logement d'électrovanne 20, assure une tenue à la pression dans toutes les directions radiales à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur. La lèvre d'étanchéité 25 et la nervure annulaire d'étanchéité 26 réalisent ainsi l'étanchéité même pour des directions de passage et des directions de poussée variables dans l'électrovanne 1, notamment pour des écoulements dans des directions différentes dans 10 le canal d'écoulement 18. Vers l'extérieur c'est-à-dire vers le logement d'électrovanne 20, une autre étanchéité est réalisée par la lèvre d'étanchéité 25 et la lèvre d'étanchéité extérieure 30. Pour une poussée suffisamment importante, appropriée pour la fixation de l'électrovanne 1 dans le logement 20, le moyen d'étanchéité 27 est déformé par la force appliquée contre le fond 24 de la rainure annulaire 22, de sorte que le premier élément d'étanchéité 12 en matière plastique 31 et le second élément d'étanchéité 13 rempliront le logement d'électrovanne 20 aussi complètement que possible et s'appliqueront également complètement contre les parois. Cela garantit un montage étanche sans jeu.15 NOMENCLATURE 1 électrovanne 2 boîtier d'électrovanne 3 capuchon 4 organe d'étanchéité 5 poussoir de soupape 6 induit 7 ressort hélicoïdal de compression io 8 siège de soupape 9 corps de soupape noyau polaire 11 extrémité inférieure 12 premier élément d'étanchéité 13 second élément d'étanchéité 14 partie centrale en saillie 15 paroi annulaire 16 zone de fixation 17 élément de filtre 18 canaux d'écoulement 19 boîtier de pompe 20 logement de soupape 22 rainure annulaire axiale 23 nervure annulaire axiale 24 fond de rainure 25 lèvre d'étanchéité 26 corps de soupape 27 moyen d'étanchéité30 REVENDICATIONS1 °) Electrovanne (1) comportant un boîtier (2) logeant au moins en partie un corps de soupape (9) muni d'un siège de soupape (8) et d'un poussoir de soupape (5) coulissant longitudinalement dans le boîtier d'électrovanne (2), coopérant avec le siège de soupape (8) et un organe d'étanchéité (4) qui ferme de manière étanche une extrémité du boîtier d'électrovanne (2), électrovanne caractérisée en ce que le boîtier (2) comporte une nervure annulaire axiale (23) qui pénètre axialement de manière étanche dans une rainure annulaire (22) de l'organe d'étanchéité (4). 2°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' un moyen d'étanchéité (27) est placé dans le fond (24) de la rainure annulaire (22). 3°) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité (27) est surmoulé par injection sur l'organe d'étanchéité (4) de préférence en matière plastique. 4°) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité (27) est un moyen d'étanchéité déformable élastiquement ou plastiquement. 5°) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rainure annulaire (22) de l'organe d'étanchéité (4) est délimitée du côté extérieur par une lèvre d'étanchéité (25) et du côté intérieur, par une nervure annulaire d'étanchéité (26). 6°) Electrovanne selon la revendication 5, caractérisée en ce quela lèvre d'étanchéité (25) chevauche la surface enveloppe extérieure (28) du boîtier d'électrovanne (2). 7°) Electrovanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que la nervure annulaire d'étanchéité (26) pénètre axialement dans un volume annulaire (29) réalisé entre le boîtier d'électrovanne (2) et le corps de soupape (9). 8°) Electrovanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité (4) se compose d'un premier élément d'étanchéité (12) et d'un second élément d'étanchéité (13), le premier élément d'étanchéité (12) comportant la lèvre d'étanchéité (25) et la nervure annulaire d'étanchéité (26) et le second élément d'étanchéité (13) étant emmanché sur le premier élément d'étanchéité (12). 9°) Electrovanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier élément d'étanchéité (12) comporte un perçage central (14) chevauché axialement par la paroi annulaire (15) du second élément d'étanchéité (13). 10°) Electrovanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier élément d'étanchéité (12) est de préférence pressé radialement avec le second élément d'étanchéité (13) au niveau de la partie centrale en saillie (14) et de la paroi annulaire (15) et/ ou est soudé. 11°) Electrovanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que le second élément d'étanchéité (13) comporte un élément de filtre (17) 35 pour le milieu passant dans l'électrovanne (1).