Brevet FR3081202A1 — publié le 20191122

Description Titre de l'invention : Article tubulaire pour le transport de fluide Domaine technique [0001] La présente invention concerne un article tubulaire. L'invention s'applique au domaine du transfert de fluide, notamment le domaine de l'interconnexion entre eux de plusieurs circuits de transfert de fluide. [0002] Elle s'applique plus particulièrement mais non exclusivement au transfert de fluide dans un circuit carburant, un circuit d'air ou de vide, un circuit vapeur ou bien un circuit de refroidissement d'un moteur, d'une batterie pour un véhicule électrique ou hybride, d'électronique de puissance ou autres, par exemple au moyen d'un échangeur thermique. [0003] Certaines architectures de réseaux de transfert de fluide peuvent nécessiter des cana- lisations ou tubes de petites dimensions, par exemple inférieures à deux cent millimètres de longueur, pour relier des éléments très proches les uns des autres. L'espace dans un compartiment moteur d'un véhicule automobile est de plus en plus contraint par l'encombrement de divers dispositifs permettant par exemple d'augmenter le rendement ou de réduire la pollution. L'utilisation de tubes de petites dimensions se révèle dans ce cas particulièrement avantageux. [0004] Dans un échangeur thermique dans lequel peuvent s'écouler différents fluides (liquide de refroidissement, carburant, air), il est souvent pertinent de maximiser le nombre de canaux d'écoulement du fluide dans un minimum d'espace afin d'améliorer les échanges de chaleur. Il peut être alors nécessaire de connecter entre eux une pluralité de canaux par exemple disposés parallèlement entre eux et espacés par un entraxe de relativement petite dimension, via des éléments de raccord désignés par « ponts de liaison » de longueurs très réduites. Ce type d'architecture peut par exemple être utilisé pour réguler la température du pack-batterie d'un véhicule électrique ou hybride. [0005] Il est ainsi nécessaire de prévoir des articles tubulaires de raccords faisant office de « ponts de liaison » pour raccorder ces canaux entre eux. Ces articles tubulaires doivent tolérer d'une part un entraxe très court entre les canaux et d'autre part une légère variabilité d'un entraxe à l'autre du fait de différents facteurs : le procédé de fabrication des pièces à raccorder entre elles, le procédé de fabrication de l'article tubulaire lui-même, l'application d'une contrainte mécanique exercée sur les pièces à raccorder ou l'article tubulaire lui-même, par exemple due à une vibration, un débattement, etc, les déformations géométriques liées aux dilatations/contractions sous l'effet des fluctuations de température, et notamment les variations différentielles entre les éléments à 2 raccorder et l'article tubulaire lui-même. Technique antérieure [0006] Il est connu de l'art antérieur de réaliser un tube de forme curviligne afin de respecter un trajet prédéfini pour le raccordement au réseau fluidique. Ces tubes sont généralement réalisés au moyen d'une machine d'extrusion à la sortie de laquelle ils se présentent sous une forme rectiligne avant d'être coudés et formés à chaud. En outre, ces tubes, qui peuvent être monocouches principalement en polyamide, sont généralement formés avec de fines épaisseurs (typiquement de l'ordre du millimètre). De tels tubes sont en revanche parfois trop rigides pour absorber des dispersions mécaniques liées non seulement aux positionnements des pièces auxquels ils sont destinés à être raccordés mais également liées à leurs propres dispersions géométriques à l'issue des procédés d'extrusion, de thermoformage, à la précision de leur coupe, etc. En outre, ils subissent avant montage sur le véhicule ou sur un autre organe ainsi que pendant leur fonctionnement des variations géométriques liées aux effets de dilatation/ contraction notamment du fait des variations de température. [0007] De plus, ces tubes sont mis en forme par des procédés de thermoformage divers (four, circulation interne d'air chaud ou de vapeur, ...) après avoir été introduits dans un gabarit de forme. Au moment de la mise en forme du tube dans le gabarit, des contraintes importantes vont être exercées sur la matière, contraintes qui ne seront que partiellement effacées par le procédé de thermoformage. Ces dernières vont donc continuer à se relaxer lors de la vie du produit, et notamment de son exposition à des fluctuations de température, ce qui va engendrer des variations géométriques et des contraintes supplémentaires. [0008] Ces variations, en cas de rigidité trop importante du tube, peuvent rendre leur montage difficile et/ou peuvent générer des contraintes importantes sur les liaisons en fonctionnement. [0009] Afin de pallier à cet inconvénient, il est connu de rallonger le parcours des tubes ther- moplastiques en créant des boucles ou en modifiant leur direction d'extrémité pour permettre d'absorber ces dispersions. De tels parcours de tubes sont complexes et volumineux et ne peuvent donc pas être intégrés dans les environnements les plus restreints. [0010] En outre, les parcours de ces tubes sont soumis à des règles de conception précises, où le rayon et l'angle de courbure qu'il va être possible de donner aux tubes vont être intimement liés à son diamètre et son épaisseur. [0011] Concernant les tubes réalisés en caoutchouc, ces derniers peuvent fournir une flexibilité leur permettant d'absorber les variations d'entraxes mais sont particu- lièrement encombrants car nécessitant généralement un collier de fixation et une 3 épaisseur supérieure à celles des tubes en thermoplastiques. On comprend bien dès lors que, pour la réalisation de tubes courts avec des contraintes géométriques importantes, cette dernière solution n'est pas adaptée. [0012] Un but de la présente invention est de proposer un article tubulaire qui présente de meilleures propriétés mécaniques, notamment une relative flexibilité pour absorber les dispersions de positionnement aussi bien lorsque l'article est à l'état neuf et après au cours de sa vie en utilisation tout en offrant une multiplicité de formes possibles à un coût raisonnable. Résumé de l'invention [0013] A cet effet, l'invention a pour objet un article tubulaire comprenant au moins une portion d'extrémité configurée pour être emmanchée par déformation élastique sur un embout tubulaire mâle, caractérisé en ce que l'article est moulé par injection réalisé dans un matériau polymère thermoplastique et en ce que ledit matériau thermoplastique présente les propriétés mécaniques suivantes : un allongement à la rupture longitudinale supérieur à 50 % (conformément à la norme DIN EN ISO 527), mesuré sur éprouvette conditionnée, un module d'élasticité inférieur ou égal à 500 MPa (conformément à la norme DIN EN ISO 527), mesuré sur éprouvette conditionnée. [0014] D'une part, le module d'élasticité est relativement faible, inférieur à 500 MPa, ce qui confère au produit une flexibilité apte à compenser des jeux de tolérances de positionnement et ce qui rend possible un montage en force sur l'embout mâle sans effort excessif grâce à une relative déformation élastique de la portion d'extrémité. Ceci permet d'éviter des fragilisations mécaniques de la portion d'extrémité du type croquage, fissure, etc. [0015] D'autre part, l'allongement à la rupture longitudinale est choisi supérieur à 50%. Cette propriété du matériau thermoplastique est indispensable pour garantir que l'article tubulaire ne se déchire pas sous l'effet d'un allongement excessif lors de son emmanchement sur l'embout mâle. Par exemple, dans le type d'embout mâle configuré en cran sapin, l'allongement recherché pour la portion d'extrémité est typiquement compris entre 25 % et 50 %. [0016] Ces deux propriétés diffèrent de celles des grades habituellement transformés pour réaliser des pièces injectées pour les circuits visés, qui sont généralement plus rigides, et disposent de modules plus élevés et d'allongements plus faibles, les rendant inappropriés pour une application selon l'invention. Au contraire, l'invention en ayant recours à ce type de matériaux permet de disposer d'un produit souple capable de récupérer des variations de positionnement au montage et en fonctionnement, et qui puisse être monté par un emmanchement en force sur des embouts par exemple type 4 cran-sapin. [0017] Grâce à un choix judicieux d'un grade de matériau thermoplastique sélectionné pour ses propriétés d'allongement à la rupture et de module d'élasticité spécifiques, l'article tubulaire obtenu par moulage par injection et non par extrusion offre de nombreux avantages qui vont être exposés dans ce qui suit. [0018] Tout d'abord, la technologie d'injection permet de réaliser des coudes avec des rayons de courbure très faibles, voire nuls, permettant de gagner en compacité. En effet, les technologies habituelles de tubes extrudés thermoformés requièrent des rayons de courbure minimum dépendant du diamètre, de l'épaisseur et de la matière du tube. [0019] De plus, la technologie d'injection permet d'atteindre une précision géométrique su- périeure à celle atteinte avec des technologies classiquement utilisées d'extrusion de tubes mis en forme par thermoformage. De plus, comparativement au thermoformage de canalisations extrudées, l'injection induit très peu de contraintes dans la matière, ce qui est gage d'une meilleure stabilité géométrique dans le temps, et donc de plus faibles contraintes générées au niveau des connexions. [0020] La conformation de cet article tubulaire présente des formes spécifiques au niveau de la portion d'extrémité (diamètre, épaisseur, rugosité et longueur) en adéquation avec la matière définie ci-dessus afin de permettre la réalisation d'une étanchéité notamment par emmanchement sur des crans « sapin » mâle standard. Le reste de la pièce a une épaisseur plus fine que l'épaisseur de la portion d'extrémité afin d'optimiser la flexibilité ou la conduction thermique ou d'autres fonctions décrites ci-après. [0021] La possibilité de disposer sur le conduit d'épaisseurs variables selon l'invention est offerte par le procédé d'injection retenu au contraire des conduits classiquement réalisés selon des procédés d'extrusion. [0022] Un article tubulaire selon l'invention peut comprendre l'une ou l'autre des caracté- ristiques optionnelles suivantes. [0023] Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau thermoplastique présente un allongement à la rupture transversale supérieur ou égal à 50 (%) (conformément à la norme DIN EN 53504), de préférence supérieur à 100 (%). Ceci permet d'éviter des fragilisations mécaniques de la portion d'extrémité de l'élément tubulaire, portion montée sur l'embout par exemple de type cran-sapin, pouvant conduire à un croquage, une fissuration, etc. [0024] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la portion d'extrémité présente une épaisseur comprise entre un millimètre et trois millimètres. [0025] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'article tubulaire comprend une portion médiane qui s'étend de façon adjacente à la portion d'extrémité, dans lequel l'épaisseur de la portion médiane est comprise entre 0,7 millimètre et 2 mil- limètres. Cette portion est ainsi en général choisie plus fine que la portion d'extrémité afin de disposer de plus de souplesse et donc de pouvoir absorber plus de dispersion de positionnement sans imprimer trop de contraintes latérales sur la connectique et de conserver donc des connexions robustes et fiables. [0026] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'article tubulaire comporte au moins un coude. [0027] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'article tubulaire comprend au moins une pluralité d'ailettes au niveau du coude. [0028] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le coude délimitant un creux intérieur, l'article comprend au moins une nervure ménagée dans le creux intérieur du coude. [0029] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'article est pourvu d'un marquage réalisé par une technique de marquage par moulage en creux ou en relief, par micropercussion, par rayage, par gravure laser, par impression ou par tampographie. [0030] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'article présente une géométrie destinée à améliorer le transfert thermique entre le fluide et l'environnement extérieur et/ou les éléments en contact et/ou à proximité. [0031] Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau thermoplastique est choisi parmi du PA612, du PA12, du PAll, une polyoléfine (PE, PP), un thermoplastique élastomère (PP/EPDM, SEBS, NBR/PVC, TPU) ou du caoutchouc (EPDM, FKM, Silicone) ou un mélange de ces composants entre eux. Brève description des dessins [0032] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexes dans lesquels : Fig.! [0033] [fig.1] est une vue en perspective d'une partie d'un réseau fluidique comprenant un article tubulaire selon l'invention. Fig.2 [0034] [fig.21 est une vue en perspective en coupe de l'élément tubulaire. Fig.3 [0035] [fig.31 est une vue en perspective de l'article tubulaire de la figure 1. Fig.4 [0036] [fig.41 est une vue en perspective d'un article tubulaire selon une première variante de l'invention. Fig.5 [0037] [fig.51 est une vue en perspective d'un article tubulaire selon une deuxième variante de 6 réalisation de l'invention. Fig.6 [0038] [fig.61 est une vue en perspective d'un article tubulaire selon une troisième variante de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation [0039] On a représenté de façon schématique sur la figure 1 une partie d'un réseau fluidique comprenant au moins un article tubulaire selon l'invention. Le réseau fluidique est désigné par la référence générale 10 et l'article tubulaire par la référence générale 100. [0040] Conformément à l'invention, l'article tubulaire 100 est formé par moulage par injection d'un matériau thermoplastique. [0041] L'article tubulaire 100 comprend un corps de forme générale tubulaire creux et pourvu de deux extrémités libres. Dans l'exemple illustré par les figures 1 à 3, l'articule tubulaire 100 comprend deux portions d'extrémités 102 et 104 munies respectivement de deux extrémités libres 112 et 114. L'article tubulaire 100 comprend en outre une portion centrale ou intermédiaire 106 reliant les deux portions d'extrémités 102 et 104 entre elles. Cette portion intermédiaire 106 est coudée dans l'exemple illustré. [0042] Dans l'exemple décrit, les portions d'extrémités 102 et 104 ont une épaisseur su- périeure à l'épaisseur de la portion intermédiaire coudée 106. Par exemple, l'épaisseur peut varier progressivement ou au contraire brutalement entre les portions d'extrémités 102 et 104 et la portion intermédiaire 106 en formant un épaulement 108 de la paroi externe de l'article 10 ou éventuellement un raccordement en pente progressive. L'épaulement 108 peut notamment permettre un appui pour appliquer l'effort nécessaire au montage de l'article tubulaire 100 sur un embout. Il convient de noter que le procédé d'injection offre une grande latitude de positionnement et de géométrie pour cet épaulement. [0043] De préférence, chaque portion d'extrémité 102 ou 104 présente une épaisseur su- périeure ou égale à un millimètre. Par exemple, l'article 100 comprend une portion médiane 106 qui s'étend de façon adjacente à la portion d'extrémité 104 ou 102, dans lequel l'épaisseur de la portion médiane 106 est comprise entre 0,7 millimètre et 2 millimètres. [0044] Conformément à l'invention, l'article 100 est moulé par injection réalisé dans un matériau polymère thermoplastique. Le matériau thermoplastique présente les propriétés mécaniques suivantes : un allongement à la rupture longitudinale supérieur à 50 % (conformément à la norme DIN EN ISO 527), mesuré sur éprouvette conditionnée, un module d'élasticité inférieur ou égal à 500 MPa (conformément à la norme DIN 7 EN ISO 527), mesuré sur éprouvette conditionnée. [0045] De préférence, le matériau thermoplastique est choisi parmi du PA612, du PA12, du PAll, de la polyoléfine (PE, PP), un thermoplastique élastomère (PP/EPDM, SEBS, NBR/PVC, TPU) ou du caoutchouc (EPDM, FKM, Silicone) ou un mélange de ces composants. [0046] La norme internationale ISO 527 est utilisée pour déterminer les propriétés en traction des films et feuilles plastiques sur une éprouvette réalisée en matière plastique mesurant moins de un millimètre d'épaisseur. Les propriétés en traction comprennent la résistance à la traction, la limite d'élasticité, l'allongement à la limite d'élasticité, l'allongement à la rupture et dans certains cas le module de Young. [0047] Par exemple, pour mesurer l'allongement à la rupture longitudinale, on applique sur l'éprouvette conditionnée une vitesse de traction de 50 millimètres par minute. [0048] Par exemple, pour mesurer l'allongement à la rupture transversale, on applique sur l'éprouvette conditionnée une vitesse d'allongement de 25 millimètres par minute. H Exemple 1. L'article tubulaire 100 est réalisé par moulage par injection d'un matériau thermoplastique composé d'un polyamide connu sous la nomenclature des produits selon la norme ISO 1874 : PA612-HIP, E, 22-005. Ce matériau connu sous le nom commercial Grilamid® présente les propriétés mécaniques suivantes : module d'élasticité (en anglais « tensile modulus »), à sec (en anglais « dry »)/sur éprouvette conditionnée (en anglais, abréviation, « cond. ») : 550/380 MPa ; contrainte au seuil d'écoulement (en anglais « yield stress »), à sec/sur éprouvette conditionnée : 30/25 MPa ; Allongement à la rupture (en anglais « strain at break »), à sec/sur éprouvette conditionnée : >50%/>50 %. H Exemple 2. L'article tubulaire 100 est réalisé par moulage par injection d'un matériau thermoplastique composé d'un polyamide connu sous la nomenclature des produits selon la norme ISO 1874 : PA12-HIP, EHLW, 22-004. Ce matériau connu sous le nom commercial Grilamid® présente les propriétés mécaniques suivantes : module d'élasticité, à sec/sur éprouvette conditionnée : 370/360 MPa ; contrainte au seuil d'écoulement, à sec/sur éprouvette conditionnée : 25/25 MPa ; allongement à la rupture, à sec/sur éprouvette conditionnée : >50%/>50 %. [0049] Les matières thermoplastiques des exemples 1 et 2 décrites précédemment sont à l'origine destinées à des procédés de transformation classiques par extrusion et ont une relativement forte viscosité pour permettre une transformation aisée par extrusion. En outre, les formes décrites ci-dessus nécessitent de diminuer les épaisseurs parois au strict minimum, ces deux contraintes réunies nécessitent l'utilisation d'une machine 8 développant des pressions importantes dans des moules adaptés (par exemple, moule régulé en température, point d'injection spécial « bloc chaud ou nappe ou point d'injection multiple »). [0050] En outre, de préférence, le matériau thermoplastique présente un allongement à la rupture transversale supérieur à 50 (%) (Conformément à la norme DIN EN 53504), de préférence supérieur à 100 (%). [0051] Conformément à l'invention, l'article 100 comprend au moins une portion d'extrémité 102 ou 104 configurée pour être emmanchée par déformation élastique sur un embout tubulaire mâle. [0052] De préférence, l'article 100 comprend au moins une portion coudée 106 par exemple la portion médiane. Par exemple, la portion coudée 106 présentant un intrados 106b et un extrados 106a, la portion coudée 106 présente au moins sur l'intrados 106b et/ou sur l'extrados 106a un angle vif de coudage, notamment dans le but de réduire au maximum l'encombrement de la canalisation, permettant ainsi par exemple de relier entre eux des canaux très proches. [0053] Dans une première variante de l'invention illustrée sur la figure 4, la portion coudée 106 présente une pluralité d'ailettes. [0054] Dans une deuxième variante de l'invention illustrée sur la figure 5, la portion coudée présente un intrados 106b et un extrados 106a et l'article 100 comprend au moins une nervure 120 ménagée dans l'intrados 106b afin de limiter la flexion de la portion coudée 106. Sur la figure 5, la portion coudée ne comporte pas seulement une nervure mais aussi un orifice de fixation. Bien entendu, cet orifice de fixation est optionnel comme cela est illustré sur la figure 6. Dans cette troisième variante, la nervure 120 ne comporte aucun orifice de fixation. [0055] Bien entendu, bien que non illustrés sur les figures, l'article tubulaire 100 peut être pourvu d'autres moyens de fixation : trou circulaire ou oblong, queue d'aronde, clip, diverses formes de calage permettant le maintien de la pièce dans son environnement final et pouvant également servir au détrompage de sa position, de son orientation, divers marquages pouvant être réalisés directement dans le moule en injection, ou sur des formes aménagées sur la pièce, via des procédés de marquages classiques : micro-percussion, rayage, laser, impression, tampographie, etc. [0056] Bien que l'article tubulaire ait été décrit pour une application d'emmanchement sur un embout type cran-sapin, un article tubulaire selon l'invention est également compatible avec d'autres modes de réalisation de l'assemblage de l'article tubulaire et d'un embout, notamment par soudure (rotation, laser, ...). Dans ce cas, la technologie d'injection conserve ses avantages de précision de maîtrise dimensionnelle, favorable à des soudures de bonne qualité. [0057] L'invention offre également la possibilité de former dans l'article tubulaire une ou 9 plusieurs gorges pour y loger un joint torique qui fera l'étanchéité sur les parois d'un alésage « femelle ». Elle peut aussi comporter un ou plusieurs clips qui va venir se verrouiller dans un orifice de la partie femelle ou une autre gorge dans laquelle va venir se loger une agrafe d'arrêt. [0058] Il est également possible d'aménager en extrémité de cet article tubulaire une surface d'appui relativement importante (collerette), permettant par exemple d'assurer une étanchéité sur un joint plat. [0059] La matière utilisée pour réaliser l'articule tubulaire est souple pour permettre une dé- formation suffisante au montage ou en fonctionnement. En revanche, si localement, par exemple au niveau de l'extrémité, dans une connexion telle qu'envisagée juste précédemment, il est nécessaire de disposer d'une rigidité supérieure, par exemple pour assurer une étanchéité ou assurer une fixation par clipsage, agrafage, il est dans ce cas possible de surmouler l'élément tubulaire sur un insert métallique. [0060] Il est aussi possible de surmouler certaines parties, dont ces extrémités, avec des grades de matières plus dures, chargées ou pas de renfort, et préférentiellement compatibles avec l'autre matière de l'élément tubulaire pour garantir une liaison chimique et une forte cohésion. [0061] Il faut également mentionner la possibilité, quand cette partie tubulaire doit contribuer à l'échange thermique, d'aménager sur sa surface extérieure des éléments (ailettes) qui peuvent augmenter de manière très importante les surfaces d'échanges et augmenter considérablement le transfert thermique. Ces ailettes pouvant être disposées longitudinalement ou transversalement. [0062] Ces formes, notamment dans leurs configurations longitudinales, peuvent également être disposées à l'intérieur de l'article tubulaire, sous réserve bien entendu d'être com- patibles avec les limites du procédé d'injection et du mode de connexion retenu. [0063] Afin d'optimiser encore les transferts, il est possible d'opter pour un grade plastique chargé de particules conductrices thermiquement (céramiques, métalliques, ...) [0064] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits. D'autres modes de réalisation à la portée de l'homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81 [Revendication 91