Brevet FR2989143A1 — publié le 20131011

- 1 - ACTIONNEUR A PRESSION ET/OU DEPRESSION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des actionneurs dans lesquels une commande pneumatique permet, via une tige mobile en translation, de provoquer le déplacement d'un organe mécanique annexe. De tels actionneurs sont notamment couramment utilisés dans l'industrie automobile. Ils permettent notamment de modifier les paramètres de régulation d'un turbocompresseur ou encore de fermer et d'ouvrir une vanne pour modifier les paramètres de commande du recyclage des gaz d'échappement formé par un élément couramment désigné par l'appellation de vanne EGR. L'invention vise plus particulièrement un actionneur à pression et/ou dépression dont la conception est simplifiée et les opérations d'assemblage sont facilitées. ART ANTERIEUR De façon générale, on connaît les actionneurs à pression et/ou dépression dans lesquels les différents éléments le constituant sont assemblés les uns avec les autres par différents procédés d'emboutissage, de soudure ou encore de solidarisation par une liaison réversible telle qu'un vissage entre une portion filetée et une portion taraudée de deux éléments à solidariser. De tels assemblages entre les différents éléments constituant l'actionneur sont ainsi complexes à réaliser et nécessitent des temps de production importants. Ainsi, le but de l'invention est de simplifier les opérations d'assemblage entre les différents éléments constituant un actionneur. Un autre objectif est également de permettre de réaliser différentes pièces de l'actionneur dans des matériaux distincts présentant notamment des caractéristiques de résistance et de conductivité thermique différentes en fonction des pièces environnantes avec lesquelles elles coopèrent. - 2 - EXPOSE DE L'INVENTION L'invention concerne donc un actionneur à pression et/ou dépression comportant : un corps et un couvercle aptes à maintenir en position une bordure périphérique d'une membrane souple ; une tige solidarisée avec la membrane souple au niveau d'une première extrémité libre, la tige étant mobile en translation par rapport audit corps. Un tel actionneur se caractérise en ce qu'il comporte deux moyens de connexion distincts solidarisés chacun à un organe complémentaire, les deux moyens de connexion et leur organe complémentaire étant respectivement formés par, d'une part, un moyen de connexion pneumatique solidarisé au couvercle et, d'autre part, un moyen de connexion mécanique solidarisé à une seconde extrémité libre de la tige, l'un au moins des deux moyens de connexion étant solidarisé par encliquetage avec l'organe complémentaire. Autrement dit, le moyen de connexion pneumatique et/ou le moyen de connexion mécanique peut être solidarisé par encliquetage avec l'organe complémentaire avec lequel il coopère, formé par le couvercle dans le cas du moyen de connexion pneumatique et une seconde extrémité libre de la tige dans le cas du moyen de connexion mécanique. Ainsi, la mise en place, et le maintien en position de ces moyens de connexion distincts sont particulièrement simples à réaliser et ne nécessitent aucune opération de soudage et/ou d'emboutissage notamment. Un tel maintien en position est obtenu directement par encliquetage de l'un de ces éléments avec son organe complémentaire et consiste à effectuer un mouvement de translation relatif entre l'un des moyens de connexion et leur organe complémentaire. Avantageusement, l'un au moins des deux moyens de connexion peut être formé dans un matériau polymère. Un tel matériau polymère permet de réaliser un au moins de ces moyens de connexion par un procédé de moulage par injection du matériau polymère dans un moule. Un tel mode de fabrication de l'organe moyen de connexion est alors adapté pour réaliser une pluralité de formes complexes en une seule opération. - 3 - En pratique, le matériau polymère formant le moyen de connexion peut présenter un point de fusion supérieur à 200°C et une conductivité thermique à 23°C inférieure à 0.40 W.m1.K-1. De telles caractéristiques techniques du matériau polymère sont notamment adaptées à aux conditions thermiques régnant à l'intérieur d'un compartiment moteur de véhicule automobile. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau polymère formant le moyen de connexion peut être choisi parmi le groupe comportant les résines Polyamides (PA6, PA12, PA66, PA46), le Polysulfure de phénylène (PPS), Polyétheréthercétone (PEEK), le Polytétrafluoroéthylène (PTFE), le Perfluoroalkoxy (PFA), le Polybutylène téréphtalate (PBT), le polyetherimide (PEI). En effet, de tels matériaux polymère présentent de bonnes caractéristiques techniques, mais également une très bonne moulabilité, adaptée aux formes complexes des moyens de connexion réalisés par un procédé de moulage. Avantageusement, le matériau polymère formant le moyen de connexion peut être 20 renforcé avec des fibres formées dans un matériau choisi parmi le groupe comportant le verre et le carbone. De cette manière, le matériau polymère présente également de bonnes caractéristiques de résistance mécanique et permet également de conférer aux moyens de connexion une 25 bonne longévité, vis-à-vis de sollicitations cycliques en fatigue. De tels moyens de connexion sont en effet sollicités par les vibrations importantes de l'objet avec lequel ils coopèrent, tels des moteurs à combustion notamment. Lorsque le moyen de connexion pneumatique est solidarisé par encliquetage avec le 30 couvercle, chacun de ces deux éléments peut présenter des moyens permettant de réaliser une telle liaison encastrement. - 4 - Ainsi, le couvercle peut comporter un alésage dans lequel est agencée une portion déformable du moyen de connexion pneumatique. En d'autres termes, l'alésage du couvercle permet l'introduction d'une portion déformable du moyen de connexion permettant de mettre en communication l'intérieur de l'actionneur avec la pression régnant dans un autre organe annexe du moteur. Un tel alésage peut être formé directement par une opération de moulage ou encore usiné dans une portion épaisse de la paroi de l'actionneur. En pratique, l'alésage peut être agencé coaxialement avec une direction de translation de la tige. Autrement dit, la portion déformable du moyen de connexion pneumatique pénètre dans l'alésage en effectuant un mouvement de translation selon une direction rectiligne confondue avec la direction de déplacement de la tige de l'actionneur. Selon un mode de réalisation particulier, la portion déformable du moyen de connexion pneumatique peut être formée par deux ailes cylindriques dont les extrémités libres en regard sont aptes à se rapprocher l'une de l'autre lors de l'introduction de la portion déformable dans l'alésage du couvercle. Dans ce cas, les ailes cylindriques forment une surface complémentaire de l'alésage du couvercle et sont formées en réalisant un évidement transversal au niveau d'une extrémité libre du moyen de connexion pneumatique. Un tel évidement peut être réalisé de différentes manière et notamment directement lors du procédé de moulage de ce moyen de connexion pneumatique ou par une opération d'usinage ultérieure. Avantageusement, les extrémités libres des deux ailes cylindriques peuvent comporter chacune un ergot extérieur coopérant avec un épaulement de l'alésage et permettant d'éviter une désolidarisation entre le moyen de connexion pneumatique et le couvercle. En d'autres termes, l'épaulement de l'alésage présente un diamètre supérieur au diamètre de l'alésage et lorsque l'ergot de chaque aile cylindrique pénètre à l'intérieur de l'alésage, - 5 - il rapproche alors les extrémités libres de chaque aile cylindrique. Une fois l'ergot au fond de l'alésage, chaque aile cylindrique reprend sa position de repos en s'écartant l'une de l'autre et les ergots viennent au contact de l'épaulement de l'alésage. Les ergots et l'épaulement empêchent ainsi un mouvement relatif de translation en sens inverse par rapport au sens d'introduction. En pratique, le moyen de connexion pneumatique peut comporter au moins un bourrelet positionné à l'intérieur de l'alésage et dont le diamètre externe est supérieur à celui de l'alésage pour permettre de réaliser une étanchéité par un écrasement du bourrelet dans 1 ' alésage. De cette manière, la liaison entre le moyen de connexion pneumatique et le couvercle peut être étanche et ne nécessite aucun élément d'étanchéité annexe. Une telle étanchéité est obtenue directement par déformation du bourrelet une fois introduit à l'intérieur de l'alésage du couvercle. Selon un mode réalisation particulier, le moyen de connexion pneumatique et/ou le couvercle peut comporter un organe d'indexage angulaire permettant d'indexer l'orientation angulaire du moyen de connexion pneumatique par rapport au couvercle. En d'autres termes, le positionnement angulaire du moyen de connexion pneumatique par rapport au couvercle peut être indexé de façon à respecter une orientation angulaire particulière entre ces deux éléments. Un tel agencement est notamment avantageux lorsque le moyen de connexion pneumatique est coudé à 90°. Par ailleurs, dans le cas où le moyen de connexion mécanique est solidarisé par encliquetage avec l'extrémité libre de la tige, ces deux éléments sont solidarisés en effectuant un mouvement de translation de l'extrémité libre de la tige par rapport au moyen de connexion mécanique. Un tel moyen de connexion mécanique permet de transmettre le mouvement de translation de la tige à une pièce en mouvement d'un organe annexe, cette pièce en mouvement pouvant quant à elle décrire un mouvement de translation ou de rotation. - 6 - Avantageusement, le moyen de connexion mécanique peut comporter un logement prismatique dans lequel est agencée une portion déformable de la tige. Autrement dit, l'extrémité libre de la tige peut présenter une forme prismatique et notamment comporter une section en I, en H ou encore en croix ou X, permettant d'éviter tout mouvement relatif en rotation du moyen de connexion mécanique par rapport à la tige. En pratique, la portion déformable de la tige peut être formée par deux pates prismatiques dont les extrémités libres sont aptes à se rapprocher d'une zone centrale de la tige lors de l'introduction de la portion déformable de la tige dans le logement prismatique du moyen de connexion mécanique. Dans ce cas, lors de l'introduction de la tige à l'intérieur du moyen de connexion mécanique, les deux pattes prismatiques se rapprochent de la zone centrale restant, quant à elle, immobile. Selon un mode de réalisation particulier, le moyen de connexion mécanique peut comporter deux nervures parallèles agencées respectivement chacune au fond du logement prismatique et coopérant avec une fente séparant chaque pate prismatique et la zone centrale de la tige. De cette manière, les deux nervures parallèles permettent d'empêcher le déplacement relatif des deux pattes prismatiques par rapport à la zone centrale de la tige. De telles nervures parallèles pénètrent en effet dans les fentes ménagées au niveau de la seconde extrémité libre de la tige entre les pattes prismatiques et la zone centrale. Avantageusement, chaque patte prismatique peut comporter une rainure transversale agencée au niveau d'une face extérieure, une telle rainure transversale coopérant avec un ergot intérieur du logement prismatique et permettant d'éviter la désolidarisation entre le moyen de connexion mécanique et la tige. - 7 - En d'autres termes, lors de l'introduction de l'extrémité libre de la tige à l'intérieur des moyens de connexion mécanique, les deux ergots intérieurs du logement prismatique appuient sur la portion déformable de la tige et permettent de rapprocher les pattes prismatiques de la zone centrale. Une fois la tige positionnée au fond du logement prismatique, les ergots intérieurs sont positionnés en regard des rainures transversales, ce qui permet de faire revenir les pattes prismatiques dans une position de repos dans laquelle les pattes prismatiques sont séparées de la zone centrale par deux fentes parallèles. En pratique, le logement prismatique peut être formé par au moins trois languettes parallèles, les languettes contiguës étant alternativement agencées de part et d'autre de la tige. Autrement dit, chaque languette est alternativement agencée de part et d'autre de la tige et permet ainsi de former un logement prismatique à l'intérieur duquel seul un mouvement de translation de la tige est possible. De telles languettes parallèles peuvent avantageusement être réalisées par un procédé de moulage en une seule opération et sans nécessiter l'utilisation de tiroirs. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif, mais non limitatif, à l'appui des figures dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un actionneur conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue éclatée en coupe du moyen de connexion pneumatique et du couvercle d'un tel actionneur ; - la figure 3 est une vue éclatée en perspective illustrant un moyen de connexion mécanique et l'extrémité libre d'une tige d'un tel actionneur ; - la figure 4 est une vue en perspective selon une autre orientation de la tige ; - les figures 5 et 6 sont respectivement des vues de face et de côté d'un moyen de connexion mécanique d'un actionneur conforme à l'invention. - 8 - DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme déjà évoqué, l'invention concerne un actionneur à pression et/ou dépression permettant de déplacer selon un mouvement de translation et/ou de rotation une pièce mobile d'un organe annexe. Tel que représenté à la figure 1, l'actionneur 1 comporte un corps 2 sur lequel est rapporté un couvercle 3. Le corps 2 et le couvercle 3 permettent de coincer la périphérie d'une membrane souple 4 et de définir un volume étanche. Une telle membrane souple 4 est quant à elle solidarisée à une tige 5 au niveau d'une première extrémité. De plus, un moyen de connexion pneumatique 6 permet de mettre en communication le volume étanche contenu à l'intérieur de l'actionneur avec un organe annexe tel qu'une tubulure d'échappement ou d'admission d'un moteur à combustion. Ainsi il est possible de créer une pression et/ou dépression dans ce volume étanche ayant pour effet de former la membrane souple 4 et de déplacer en translation la tige 5. Par ailleurs, un moyen de connexion mécanique 7 est solidarisé au niveau d'une seconde extrémité libre 8 de la tige 5. Un tel moyen de connexion mécanique 7 permet quant à lui de transmettre le mouvement de translation de la tige 5 à un organe annexe du moteur tel une vanne EGR ou une commande de régulation d'un turbo-compresseur. Tel que représenté, un tel actionneur 1 peut être réalisé entièrement dans un matériau polymère selon un procédé de moulage. Les différentes pièces le constituant peuvent alors être réalisées dans un même matériau ou dans des matériaux différents lorsque ceux-ci nécessitent des caractéristiques techniques spécifiques de résistance à la chaleur ou permettant de réduire la conduction thermique. Enfin, tel que représenté, le corps 2 et le couvercle 3 peuvent être solidarisés par encliquetage au moyen de quatre pattes déformables régulièrement espacées les unes des autres. Selon une autre variante, un tel actionneur peut également comporter trois pattes déformables de façon à former une telle liaison par encliquetage entre le corps 2 et le couvercle 3. - 9 - Tel que représenté à la figure 2, le moyen de connexion pneumatique 6 est solidarisé avec le couvercle 3 par encliquetage en effectuant un mouvement de translation de l'un par rapport à l'autre. Une portion déformable 11 du moyen de connexion pneumatique 6 pénètre alors à l'intérieur d'un alésage 10 ménagé dans le couvercle 3. Lors de cette introduction, des ailes cylindriques 12, 13, formant la portion déformable 11, se rapprochent l'une de l'autre jusqu'à ce que le moyen de connexion pneumatique 6 soit positionné au fond de l'alésage 10. Pour ce faire, des ergots extérieurs 14 présentent un diamètre supérieur à celui de l'alésage 10 et, par conséquent, permettent de réaliser le rapprochement des ailes cylindriques 12, 13, l'une par rapport à l'autre, lors de leur introduction à l'intérieur de l'alésage 10. Une fois le moyen de connexion pneumatique 6 positionné au fond de l'alésage 10, les ergots extérieurs 14 coopèrent avec un épaulement 15 et la portion déformable 11 reprend alors sa forme initiale. De plus, des bourrelets 16 peuvent être agencés au niveau d'une zone cylindrique du moyen de connexion pneumatique 6 pénétrant à l'intérieur de l'alésage 10 du couvercle 3. De tels bourrelets comportent un diamètre supérieur à celui de l'alésage 10 de façon à réaliser une étanchéité par déformation élastique et/ou plastique des bourrelets 16 s'écrasant dans l'alésage 10. Enfin, tel que représenté, le moyen de connexion pneumatique 6 peut comporter un organe d'indexage angulaire 17 coopérant avec un organe d'indexage angulaire complémentaire 18 ménagé dans le couvercle 3. De tels organes d'indexage 17, 18 permettent ainsi de positionner précisément le moyen de connexion pneumatique 6 selon une orientation angulaire prédéterminée par rapport au couvercle 3. Un tel agencement peut en effet se révéler utile lorsque le moyen de connexion pneumatique 6 présente une forme particulière et notamment coudée. Tel que représenté à la figure 3, la seconde extrémité libre 8 de la tige 5 comporte une portion déformable 21 formée par deux pattes prismatiques 22, 23 aptes à se rapprocher - 10 - individuellement d'une zone centrale 24. Des fentes 26 sont ainsi ménagées entre chacune des deux pattes prismatiques 22, 23 et la portion centrale 24. Le moyen de connexion mécanique 7 présente quant à lui un logement prismatique 20 complémentaire de la seconde extrémité libre 8 de la tige 5. Par ailleurs, il comporte également des nervures parallèles 25 positionnées au fond du logement prismatique 20. De telles nervures 25 pénètrent dans les fentes 26 de façon à empêcher le rapprochement des deux pattes prismatiques 22, 23, une fois positionnées au 10 fond du logement prismatique 20. Tel que représenté, l'organe de connexion mécanique 7 est positionné sur la seconde extrémité libre 8 de la tige 5 en effectuant un mouvement de translation selon la direction de déplacement de la tige 5. 15 Tel que représenté à la figure 4, une telle tige 5 peut comporter une section en croix. De cette manière, les caractéristiques de résistance en flexion de la tige sont égales quelle que soit l'orientation de la flexion. 20 Par ailleurs, des rainures transversales 27 peuvent être ménagées au niveau de la face extérieure 28 de la tige 5 sur chacune des deux pattes prismatiques 22, 23. Tel que représenté à la figure 6, chaque rainure transversale 27 est destinée à coopérer avec un ergot intérieur 30 ménagé dans le logement prismatique 20. De cette manière, une 25 fois la seconde extrémité libre 8 de la tige 5 positionnée au fond du logement prismatique 20, il n'est plus possible de faire ressortir les ergots intérieurs 30 des deux rainures transversales 27. Tel que représenté à la figure 5, le logement prismatique 20 peut être formé par trois 30 languettes parallèles 32, 33, 34 positionnées alternativement de part et d'autre de la tige 5. Le logement prismatique 20 peut ainsi présenter une forme complémentaire à celle de la tige 5. Une telle forme prismatique du logement 20 permet en outre d'éviter tout mouvement de rotation relatif entre le moyen de connexion mécanique 7 et la tige 5. De plus, un perçage 31 permet de transmettre le déplacement en translation de la tige 5 à un organe annexe non représenté. Sans sortir du cadre de l'invention, un tel actionneur peut comporter un unique moyen de connexion solidarisé par encliquetage avec son organe complémentaire. L'autre moyen de connexion peut quant à lui être solidarisé avec son organe complémentaire par tout procédé d'assemblage, voire même être réalisé dans le même 10 matériau que son organe complémentaire, notamment par un procédé d'emboutissage ou d'usinage de façon à former un ensemble monolithique. Il ressort de ce qui précède qu'un actionneur à pression et/ou dépression conforme à l'invention présente de nombreux avantages, et notamment : 15 - il est très simple de conception ; - il ne nécessite aucune opération de solidarisation complexe à réaliser entre les différentes parties le constituant ; - il peut être formé dans différents matériaux présentant des caractéristiques techniques distinctes ; 20 - il présente des coûts de production modérés ; - il permet de proposer une solution modulable qui s'adapte au niveau de contraintes des applications. REVENDICATIONS1. Actionneur (1) à pression et/ou dépression comportant : - un corps (2) et un couvercle (3) aptes à maintenir en position une bordure périphérique d'une membrane souple (4) ; - une tige (5) solidarisée avec ladite membrane souple (4) au niveau d'une première extrémité libre, ladite tige étant mobile en translation par rapport audit corps (2); caractérisé en ce qu'il comporte deux moyens de connexion (6, 7) distincts solidarisés chacun à un organe complémentaire, lesdits deux moyens de connexion (6, 7) et leur 10 organe complémentaire étant respectivement formés par, d'une part, un moyen de connexion pneumatique (6) solidarisé audit couvercle (3) et, d'autre part, un moyen de connexion mécanique (7) solidarisé à une seconde extrémité libre (8) de la tige (5), l'un au moins desdits deux moyens de connexion (6, 7) étant solidarisé par encliquetage avec ledit organe complémentaire. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins desdits deux moyens de connexion (6, 7) est formé dans un matériau polymère. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau polymère 20 formant ledit moyen de connexion (6, 7) présente un point de fusion supérieur à 200°C et une conductivité thermique à 23°C inférieure à 0.40 W.m-1.K4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau polymère formant ledit moyen de connexion (6, 7) est choisi parmi le groupe comportant les résines 25 Polyamides (PA6, PA12, PA66, PA46), le Polysulfure de phénylène (PPS), Polyétheréthercétone (PEEK), le Polytétrafluoroéthylène (PTFE), le Perfluoroalkoxy (PFA) , le Polybutylène téréphtalate (PBT), le polyetherimide (PEI). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau polymère 30 formant ledit moyen de connexion (6, 7) est renforcé avec des fibres formées dans un matériau choisi parmi le groupe comportant le verre et le carbone.- 13 - 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couvercle (3) comporte un alésage (10) dans lequel est agencée une portion déformable (11) du moyen de connexion pneumatique (6). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alésage (10) est agencé coaxialement avec une direction de translation de la tige (5). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion déformable (11) du moyen de connexion pneumatique (6) est formée par deux ailes cylindriques (12, 13) dont les extrémités libres en regard sont aptes à se rapprocher l'une de l'autre lors de l'introduction de la portion déformable (11) dans l'alésage (10) du couvercle (3). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les extrémités libres des 15 deux ailes cylindriques (12, 13) comportent chacune un ergot extérieur (14) coopérant avec un épaulement (15) de l'alésage (10) et permettant d'éviter une désolidarisation entre le moyen de connexion pneumatique (6) et le couvercle (3). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de connexion 20 pneumatique (6) comporte au moins un bourrelet (16) positionné à l'intérieur de l'alésage (10) et dont le diamètre externe est supérieur à celui de l'alésage (10) pour permettre de réaliser une étanchéité par un écrasement du bourrelet (16) dans l'alésage (10). 25 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de connexion pneumatique (6) et/ou le couvercle (3) comporte un organe d'indexage angulaire (17, 18) permettant d'indexer l'orientation angulaire dudit moyen de connexion pneumatique (6) par rapport au couvercle (3). 30 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de connexion mécanique (7) comporte un logement prismatique (20) dans lequel est agencée une portion déformable (21) de la tige (5).- 14 - 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la portion déformable (21) de la tige (5) est formée par deux pates prismatiques (22, 23) dont les extrémités libres sont aptes à se rapprocher d'une zone centrale (24) de la tige (5) lors de l'introduction de la portion déformable (21) de la tige (5) dans le logement prismatique (20) du moyen de connexion mécanique (7). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen de connexion mécanique (7) comporte deux nervures parallèles (25) agencées respectivement chacune au fond du logement prismatique (20) et coopérant avec une fente (26) séparant chaque pate prismatique (22, 23) et la zone centrale (24) de la tige (5). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque pate prismatique (22, 23) comporte une rainure transversale (27) agencée au niveau d'une face extérieure (28), ladite rainure transversale (27) coopérant avec un ergot intérieur (30) du logement prismatique (20) et permettant d'éviter la désolidarisation entre le moyen de connexion mécanique (7) et la tige (5). 16. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le logement prismatique (20) est formé par au moins trois languettes parallèles (32, 33, 34), lesdites 20 languettes (32, 33, 34) contiguës étant alternativement agencées de part et d'autre de la tige (5).