Brevet FR3052217A1 — publié le 20171208

SOUPAPE DE SURPRESSION COMPORTANT UNE TIGE L'invention concerne une soupape de surpression pour une vanne dans un circuit de distribution de fluide, notamment pour véhicule 5 automobile, et une vanne de circulation de liquide comprenant une telle soupape. L'invention trouve une application notamment pour les vannes de distribution de liquide de refroidissement pour véhicule automobile, en particulier les vannes à boisseau, comprenant un dispositif de limitation de la 10 pression au sein de la vanne, tel qu'une soupape de surpression. Une telle soupape est montée emmanchée dans un logement débouchant dans la chambre de boisseau de la vanne, à proximité d'une surface latérale de la chambre coopérant avec le boisseau. Selon une solution antérieure, il a été développé par la titulaire 15 une soupape de surpression formée d'un ensemble de pièces qui est fourni pré-monté, cet ensemble comportant généralement : - Une tige de soupape, comportant une tête de soupape, - Un moyen de guidage de la tige, comportant un logement à l'intérieur duquel la tige peut coulisser, 20 - Un moyen de rappel tel qu'un ressort, tendant à écarter la tête de soupape du moyen de guidage pour la plaquer sur une siège de soupape situé sur un corps de la vanne. Pour que cet ensemble ne se désolidarise pas, avant montage sur la vanne, la tige comporte en outre des dispositifs de retenue propres à maintenir 25 la tige à l'intérieur du moyen de guidage en dépit de l'action du moyen de rappel. On peut donc distinguer trois grandes phases dans le cycle de vie d'un tel ensemble : - Une phase d'assemblage de cet ensemble, pouvant être prolongée par des phases de conditionnement, transport... et 30 finalement de livraison sur le site de montage, 3052217 2 - Une phase de mise en place dans le corps de vanne, - Une phase d'utilisation. Comme il a été vu plus haut, une fois l'ensemble assemblé, il est sous tension. La soupape initialement développée fait état de difficultés dans la 5 phase d'assemblage et dans la tenue de l'ensemble sous tension, avant mise en place dans le corps de vanne. En particulier, la tige comporte des ergots qui prennent appui sur un rebord du guide de façon à la bloquer à l'intérieur du guide. Ces ergots sont soumis à de fortes contraintes du fait de la tension exercée par le ressort et ont tendance à se déformer ou à casser, ce qui provoque la 10 désolidarisation de l'ensemble. Il a en particulier été mis en évidence par la titulaire que l'une des causes de cette fragilité est l'existence d'un contact linéique entre les ergots et le guide, provoquant des effets de bras de levier et une concentration des contraintes. L'invention vise à résoudre ces problèmes. A cet effet, elle 15 propose une soupape de surpression notamment pour une vanne de circulation de fluide, comportant une tige et un moyen de guidage de ladite tige, ladite tige étant prévue pour coulisser à l'intérieur du moyen de guidage, ladite tige comprenant au moins un dispositif de retenue mâle qui s'étend à partir de sa surface de coulissement et prévus pour maintenir la tige en appui sur une surface 20 de butée du moyen de guidage, le ou les dispositifs de retenue mâle comportant une première face d'appui coopérant de façon surfacique avec au moins une partie de ladite surface de butée. Grâce à l'appui surfacique procuré par l'invention, les contraintes sont mieux réparties au sein du ou des dispositifs de retenue mâle, par 25 exemple des ergots, qui sont alors moins fragiles. Selon des caractéristiques de l'invention qui peuvent être prises seules ou en combinaison : 3052217 3 - ladite surface d'extrémité présente une configuration évasée et ladite première face d'appui est angulairement décalée par rapport à un axe longitudinal de la tige, - ladite tige comporte en outre une tête de soupape et chaque première face d'appui peut être angulairement décalée en direction opposée à la tête de soupape, - un angle de décalage entre une première face d'appui et l'axe longitudinal de la tige peut être compris entre 30° et 60°, de préférence voisin de 45°, - chaque première face d'appui (121a) peut être plane, - chaque première face d'appui (121a) peut être convexe. Des modes de réalisation et des variantes seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : Les figures 1A, 1B et 1C représentent schématiquement une vue générale de la soupape, respectivement en élévation et en coupe longitudinale suivant deux positions de la tige, La figure 2 représente une tige de soupape en perspective, Les figures 3A et 3B représentent en vue agrandie des coupes d'une extrémité de la tige avec un ergot, respectivement selon la solution antérieure et selon l'invention, Les figures 4A, 4B et 4C représentent respectivement un moyen de guidage en perspective, une section transversale du moyen de guidage et une vue développée de l'ouverture distale du moyen de guidage, Les figures 5A à 5C représentent respectivement une vue développée des moyens de guidage au niveau de la surface de butée dans différents modes de réalisation, La figure 6 représente en perspective un autre mode de réalisation d'un moyen de guidage, 3052217 -4 La figure 7 représente en perspective une tige et un moyen de guidage comportant des moyens d'indexation. La soupape de surpression 1 conforme à l'invention illustrée en 5 figures 1A, 1B et 1C est un ensemble comportant trois éléments assemblés : - Une tige 100, comportant à une première extrémité une tête de soupape 110 munie d'un joint torique 113 à sa périphérie, et à une seconde extrémité des dispositifs de retenue mâles 120 destinés à retenir la tige à l'intérieur d'un moyen de 10 guidage 200, - Le moyen de guidage ou guide 200 à l'intérieur duquel la tige 100 peut coulisser ; le guide 200 comprend une surface de butée, munie ici de dispositifs de retenue internes destinés à coopérer avec les dispositifs de retenue mâles 120 pour 15 retenir la tige à l'intérieur du moyen de guidage, - Un ressort 300 tendant à écarter la tête de soupape et le moyen de guidage ; le ressort 300 est omis des figures 1B et 1C. Initialement, ces trois éléments sont fabriqués séparément. Ils 20 sont assemblés de la façon suivante : - Glisser le ressort 300 sur le guide 200, - Introduire la tige 100 à l'intérieur du ressort 300 et du guide 200 de façon que la tête de soupape 110 vienne comprimer le ressort 300, 25 - Donner un angle de rotation à la tige de façon que les dispositifs de retenue mâles 120 viennent en prise avec la surface de butée, en particulier avec les dispositifs de retenue internes à l'intérieur du guide, - Relâcher la tige 100. 3052217 5 Telle que représentée en figure 1A, dans la soupape assemblée le ressort 300 est sous tension, visant à écarter la tête de soupape 110 et le guide 200. Par convention, et quelle que soit la position de la soupape une 5 fois montée dans la vanne, on l'orientera en appelant partie inférieure la partie comportant la tête de soupape 110 et partie supérieure la partie comportant les dispositifs de retenue. Ces éléments vont maintenant être décrits plus en détail. 10 La figure 2 illustre plus particulièrement la tige 100. La tige 100 comporte un corps de tige 101 cylindrique qui s'étend le long d'un axe longitudinal X-X' dont la direction correspond à la direction de coulissement de la tige 100 dans le guide 200. Le corps de tige 101 présente un diamètre extérieur d1 et comporte une surface de guidage. Ladite tige 100 comporte à une première 15 extrémité, dite inférieure, la tête de soupape 110 et à une seconde extrémité, dite supérieure, les dispositifs de retenue mâles 120 sous la forme de quatre ergots 120a, 120b, 120c, 120d (120d non visible) qui s'étendent de façon radiale et/ou coplanaire à partir de la surface du corps de tige 101. Les ergots 120a - 120d sont répartis à la périphérie du corps de tige 101de façon à délimiter des angles égaux 20 entre eux, c'est-à-dire avec un angle de 90° entre ergots dans le cas de quatre ergots comme illustré en figure 2. Ces ergots sont prévus pour coopérer avec une surface de butée 215 des guides 200 et plus particulièrement ici une partie angulaire spécifique de 25 ladite surface de butée 216 formant des encoches 216 ménagées sur la face interne du guide 200 de façon à maintenir la tige 100 à l'intérieur du guide 200 ; ces encoches seront décrites plus loin. Cependant, selon la présente invention, ladite surface de butée n'est pas nécessairement muni d'encoches. La figure 3A illustre un ergot 120a selon la solution antérieure 30 dans laquelle ledit ergot coopérait avec une surface de butée de forme conique. 3052217 6 Cet ergot est formé de deux faces planes parallèles 122a, 122b (122b non visible) qui s'étendent à partir du corps de tige 101 à son extrémité supérieure et parallèlement à son axe X-X', d'une face plane 121, dite première face d'appui, qui s'étend à partir de la surface du corps de tige 101 orthogonalement à son axe 5 X-X' et d'une face courbe 123 qui joint l'extrémité de la tige et la première face d'appui 121. La première face d'appui 121 est plus particulièrement destinée à coopérer avec une seconde surface d'appui des encoches susmentionnées du guide 200. Les jonctions entre les faces des ergots d'une part et entre les faces des ergots et la surface de la tige d'autre part forment de préférence des arrondis. 10 Cet solution antérieure présente le défaut suivant : la disposition de la première face d'appui 121, orthogonale à l'axe X-X' et donc au corps de tige 101, est à l'origine de contraintes importantes à la jonction de la première face d'appui 121 avec le corps de la tige d'une part et avec la face courbe 123 d'autre part lorsque le ressort 300 est comprimé et sous tension. En conséquence 15 cet ergot de la solution antérieure est fragile. La figure 3B illustre un ergot 120a selon l'invention : il diffère de la solution antérieure en ce que la première face d'appui 121a est inclinée par rapport à l'axe X-X' en direction de la seconde extrémité de la tige 100 d'un angle a compris entre 30° et 60°, de préférence voisin de 45°. Combinée à une 20 surface de butée évasée et plus précisément ici conique, cette disposition procure à l'ergot un appui surfacique et non plus linéique et ainsi répartit mieux les contraintes au sein de l'ergot 120a qui est alors moins fragile. Dans d'autres modes de réalisation : - Les ergots sont à un nombre différent de quatre, et leur 25 répartition sur le corps de tige peut ne pas être équiangulaire, - les faces 122a, 122b et 121a peuvent ne pas être planes, elles peuvent être bombées ; en particulier la première face d'appui 121a peut être bombée convexe de façon à encore mieux répartir les contraintes, la surface de butée présentant 30 alors au moins localement, par exemple au niveau de la 3052217 -7 seconde surface d'appui des encoches 216, une forme correspondante pour permettre un contact surfacique, - les ergots peuvent avoir des dimensions différentes et ne pas être coplanaires, 5 - la tige 100 peut se prolonger au-delà des ergots 120a - 120d, qui ne sont plus alors situés à l'extrémité de la tige 100. Comme illustré en figure 2, la tête de soupape 110 est formée d'un corps de révolution aplati, comportant un plateau 111 au-dessous duquel se 10 trouve une gorge 112 pour le joint torique 113. En direction opposée à cette gorge, le plateau 111 est relié au corps de tige 101 par l'intermédiaire d'un croisillon 102 comportant quatre branches, les faces 102a de ces branches qui sont distantes du corps de tige 101 étant parallèles à l'axe X-X' de la tige. Lors du montage de la soupape, la base du ressort 300 vient en appui sur la tête de 15 soupape en étant guidée par ces faces distantes 102a. La figure 4A illustre le moyen de guidage 200 de la soupape 1. Ce moyen de guidage s'étend le long d'un axe longitudinal Y-Y' qui en utilisation sera parallèle ou confondu avec l'axe X-X' de la tige 100. Il comporte 20 un premier segment 210 et un second segment 220, la tige 100 étant guidée à l'intérieur du premier segment. Cette disposition permet de procurer un meilleur guidage de la tige 100 comparativement à la solution antérieure qui était dépourvue d'un tel segment car : - il s'exerce sur une plus grande longueur de guidage de la tige, 25 par exemple supérieure à trois diamètres du corps de tige 101, - il s'exerce uniquement entre la tige et le guide, à l'exclusion d'un autre élément tel que le ressort. 3052217 8 On obtient ainsi une meilleure maîtrise de l'ouverture et de la fermeture de la soupape. En particulier, la tolérance radiale de la pose de la tête de soupape sur son siège est diminuée. Le second segment 220 a pour fonction, en utilisation, de 5 maintenir la soupape 1 à l'intérieur d'un logement prévu à cet effet dans le corps de vanne. Sa longueur est supérieure ou égale à la levée maximale de la soupape. Elle est par exemple équivalente à environ un diamètre de corps de tige. Au niveau de la jonction entre le premier et le second segment s'étend radialement une collerette 230. Des languettes 240 s'étendent 10 radialement et longitudinalement sur la face extérieure du premier segment 210. Ces languettes 240, ainsi qu'il est visible en figure 1A, ont pour fonction de guider ou maintenir le ressort 300. Lors de la fabrication de la soupape 1, la tige 100 doit être introduite dans le guide 200, plus précisément dans son premier segment 210. A 15 cet effet, le premier segment 210 du guide comporte un canal axial 212 débouchant sur une ouverture 211 dont la forme correspond à celle du corps de tige 101. Pour les besoins du guidage, le diamètre d2 de ce canal est sensiblement égal au diamètre extérieur dl du corps de tige 101, voire légèrement supérieur. Or la tige comporte à sa seconde extrémité les dispositifs de retenue mâles 120 qui, 20 comme déjà dit, forment des ergots saillants sur la surface du corps de tige. Afin de permettre le franchissement de ces ergots saillants à l'intérieur du guide 200, comme illustré en figure 4B, la surface interne du guide comporte des rainures 213 prévues pour permettre le passage des ergots, c'est-à-dire que leur nombre, leur forme, leur dimension et leur position relative correspondent à ceux des 25 ergots. La figure 4B illustre un mode de réalisation comportant trois languettes 240 de maintien du ressort et quatre rainures 213 de passage des ergots, mais bien entendu ces nombres pourraient être différents, par exemple trois languettes et trois rainures, les rainures étant alors disposées radialement dans le prolongement des languettes, comme illustré en figure 6. 3052217 9 Comme illustré en figure 4C, la surface interne du canal 212 est divisée longitudinalement en portions longitudinales de coulissement 214a 214d ; elle comporte autant de rainures 213 et de portions de coulissement qu'il y a d'ergots, la tige 100 glissant sur ces portions de coulissement pour son guidage 5 au sein du guide 200. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation du moyen de guidage 200. Celui-ci comporte des évidements 250 dans la paroi du premier segment 210, qui s'étendent longitudinalement à partir la collerette 230 jusqu'à proximité de l'ouverture 211 du canal 212. Chaque évidement est situé entre 10 deux languettes 240 et les rainures 213 sont situées radialement dans le prolongement des languettes. Le guidage de la tige 100 dans le moyen de guidage 200 s'exerce donc à partir de deux parties distinctes et éloignées 210a, 210b du moyen de guidage 200, une première partie 210a située au voisinage de l'ouverture 211 du canal 212, une seconde partie 210b située au voisinage de la 15 collerette 230, plus courtes que le premier segment. L'avantage par rapport à un premier segment de guidage 210 entièrement cylindrique tel que représenté en figure 4A est qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un angle de dépouille pour le canal 112, sans perdre pour autant en qualité de guidage de la tige 100. Lors du moulage du moyen de guidage, des broches différentes pouvant être utilisées 20 pour obtenir les évidements 250. Les figures 5A à 5C illustrent des moyens de retenue internes du guide 200. Sur ces figures est représenté le sens d'introduction I de la tige 100. Le canal 212 du guide 200 comporte un rétrécissement, situé de 25 préférence au niveau de la collerette 230, afin de fournir un moyen de prise aux dispositifs de retenue mâles 120 de la tige 100 par l'intermédiaire de la surface de butée 215 qui forme ici un épaulement à l'intérieur dudit canal. La figure 5A illustre un premier exemple de réalisation. Le rétrécissement prend la forme d'un rebord radial plan, sur lequel débouchent les rainures 213. Lorsque la tige 100 30 est introduite dans le guide 200, les dispositifs de retenue mâles 120 coulissent 305 2 2 1 7 - 10- dans les rainures, dépassent le rebord 215, puis l'opérateur donne un angle de rotation à la tige et la relâche, de façon que les dispositifs de retenue mâles 120 viennent en appui sur le rebord 215 et ainsi verrouillent la tige à l'intérieur du guide. Un inconvénient de cet exemple de réalisation est que l'opérateur n'a 5 aucun moyen de vérifier si les dispositifs de retenue mâles reposent correctement sur le rebord 215, c'est-à-dire à distance du débouché d'une rainure 213. Il peut arriver que les dispositifs de retenue 120 soient en prise de façon instable sur le rebord 215, et que la soupape 1 se désolidarise par exemple sous l'effet de vibrations lors du transport ou à l'occasion de sa mise en place dans le corps de 10 vanne. Dans la soupape de modes de réalisation plus avantageux, tel qu'illustré en figure 5B, le rebord 215 comporte une encoche 216 entre deux débouchés de rainure 213. De cette façon, lorsque l'opérateur met en place la tige 100 dans le guide 200, il peut percevoir à la main, par un effet de crantage, le 15 moment où les ergots 120a - 120b pénètrent dans les encoches 216. Chaque encoche comporte deux parois axiales et parallèles, un fond et la seconde face d'appui 216a, destinée à recevoir une première face d'appui 121, 121a d'un ergot 120a - 120d. Dans ce mode de réalisation, la seconde face d'appui 216a des encoches est plane et s'étend selon un rayon. 20 La figure 5C illustre un autre mode de réalisation des dispositifs de retenue internes. Dans ce mode de réalisation, le rebord radial 215 n'est pas plan mais comporte des ondulations dans le sens axial, de façon à présenter en développé, mesurés dans le sens d'introduction I, des extrema, notamment des maximums ou « bosses » 215a et des minimums 215b ou « creux ». Par 25 maximum 215a on entend que cette portion du rebord est la plus éloignées de l'ouverture 211 du guide 200 ; par minimum 215b on entend que cette portion du rebord est la plus proche de l'ouverture 211. La trace du rebord radial sur la face interne du moyen de guidage est donc une courbe fermée qui comporte des minimums et des maximum mesurés dans le sens d'introduction de la tige. 305 2 2 1 7 Dans la figure 5C, cette trace prend l'aspect d'une sinusoïde, mais d'autres formes sont couvertes par l'invention comme des dents de scie par exemple. La face interne du moyen de guidage comporte toujours les 5 rainures 213, prévues pour le passage des ergots 120a - 120b lors de l'introduction de la tige dans le guide 200. Ces rainures débouchent sur le rebord 215 au niveau d'une « bosse » 215a. De cette façon, l'opérateur n'a plus à donner un angle de rotation à la tige 100 une fois introduite dans le guide 200, les ergots sont dirigés vers un « creux » 215b en suivant la pente du rebord 215, ceci 10 d'autant plus que la tige est rappelée par le ressort 300. Dans ce mode de réalisation du rebord 215, une encoche n'est pas nécessaire pour obtenir l'effet de crantage recherché, les ergots sont dans une position stable au fond d'un « creux ». Si pour plus de sécurité des encoches 216 sont prévues, elles sont avantageusement situées dans un « creux » respectif. 15 Comme illustré en figure 5C, la seconde face d'appui 216b des encoches 216 est inclinée pour coopérer avec la première face d'appui inclinée 121a d'un ergot 120a - 120d de la figure 3B. Cette seconde face d'appui 216b est angulairement décalées par rapport à l'axe Y-Y' du guide 200 en direction de l'ouverture 211 du premier segment 210 du guide 200. 20 Chaque seconde face d'appui 216b peut être plane pour coopérer avec une première face d'appui 121a plane, ou concave si la première face d'appui 121a est convexe. Par ailleurs la soupape comporte des moyens propres à faciliter son montage. En effet, au repos le ressort 300 est relativement long, de sorte que 25 la seconde extrémité de la tige 100 se trouve hors du moyen de guidage, ce qui ne permet pas un pré-centrage de la tige dans le guide avant la compression du ressort. Ainsi, afin de faciliter l'introduction de la tige 100 dans le canal 212, chaque rainure 213 comporte, au niveau de l'ouverture 211 du canal 212, 30 une entrée 213a évasée, comme il est visible en figure 4C dans laquelle I 3052217 - 12 - représente le sens d'insertion de la tige. Les surfaces 213b de ces évasements peuvent prendre une forme courbe, comme illustré en figure 4C, ou être planes ou comporter des facettes (non représenté). Cette disposition permet de rattraper un défaut d'indexation angulaire, par exemple jusqu'à 15°. 5 D'autres moyens d'indexation sont prévus, utilisables par l'outillage d'assemblage de la soupape, qui vont être maintenant décrits. Tel qu'illustré en figure 7, la tête de soupape 110 présente deux languettes d'indexation 131 ayant des composantes radiale et longitudinale, disposées sur la face de la tête de soupape opposée au corps de tige 101. Dans 10 l'exemple illustré, ces languettes d'indexation sont disposées symétriquement par rapport à l'axe X-X' de la tige et en regard l'une de l'autre, dans une cavité 132 ménagée dans cette face de la tête de soupape. Alternativement ou cumulativement, la collerette 230, située de préférence à la jonction du premier 210 et du second 220 segment de guide 15 comporte un ou plusieurs encoches 231, à sa périphérie, ici deux disposées dans une symétrie axiale. L'invention n'est pas limitée par la description qui précède : - les premiers moyens d'indexation tels que les languettes 131 pourraient être disposés à la périphérie de la tête de soupape, 20 - ils pourraient prendre la forme d'une empreinte en creux au lieu de languettes, - ils pourraient ne pas être disposés dans une cavité, - les seconds moyens d'indexation tel que les encoches pourraient prendre la forme d'ergots ou de languettes, 25 - ils pourraient être disposés sur le premier segment (210) ou le second segment (220) du guide, - les premiers et les seconds moyens d'indexation pourraient être présents dans un nombre différent de deux. L'invention concerne également une vanne équipé d'une telle 30 soupape. 3052217 - 13 - Ladite vanne, non illustrée, pourra comprendre un corps cylindrique définissant un logement accueillant un boisseau mobile en rotation selon un axe longitudinal dudit logement. Ledit corps présente des orifices d'entrée/sortie communiquant avec ledit logement, par exemple ou orifice 5 d'entée axial et une pluralité d'orifices latéraux, notamment radiaux, situés sur une paroi latérale du corps. A titre d'exemple, un premier orifice de sortie est destiné à communiquer avec un voie de refroidissement d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, un second orifice de sortie est destiné à communiquer avec une voie de chauffage de l'habitacle du 10 véhicule et un troisième orifice de sortie est destiné à communiquer avec une voie de court-circuit. La vanne est configurée pour que la position angulaire du boisseau détermine l'ouverture/fermeture des orifices de sortie. La soupape pourra être montée emmanchée dans un lumière communiquant avec le logement défini par le corps de vanne, au niveau de sa 15 paroi latérale, de manière à mettre en communication ledit logement avec l'une de voies citée plus haut, y compris quand l'orifice de sortie correspondant est fermé par le boisseau.. REVENDICATIONS1. Soupape de surpression (1) notamment pour une vanne de 5 circulation de fluide, comportant une tige (100) et un moyen de guidage (200) de ladite tige, ladite tige étant prévue pour coulisser à l'intérieur du moyen de guidage, ladite tige comprenant au moins un dispositif de retenue mâle (120) qui s'étend à partir de sa surface de coulissement et prévus pour maintenir la tige en appui sur une surface de butée du moyen de guidage, le ou les dispositifs de 10 retenue mâle comportant une première face d'appui (121a) coopérant de façon surfacique avec au moins une partie de ladite surface de butée. 2. Soupape de surpression selon la revendication 1 dans laquelle ladite surface de butée présente une configuration évasée et ladite 15 première face d'appui (121a) est angulairement décalée par rapport à un axe longitudinal (X-X') de la tige. 3. Soupape de surpression selon la revendication 2 dans laquelle la tige (100) comporte en outre une tête de soupape (110) et chaque 20 première face d'appui (121a) est angulairement décalée en direction opposée à la tête de soupape. 4. Soupape de surpression selon la revendication 3, dans laquelle un angle de décalage (a) entre une première face d'appui (121a) et l'axe 25 longitudinal (X-X') de la tige est compris entre 30° et 60°, de préférence voisin de 45°. 5. Soupape de surpression selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque première face d'appui (121a) est plane. 30 3052217 - 15 - 6. Soupape de surpression selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque première face d'appui (121a) est convexe.