FR2640018A1 - Separateur souple composite pour reservoir de pression, son procede de realisation, et reservoir de pression comportant un tel separateur souple - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un réservoir de pression dont le séparateur souple 12 comporte trois couches, à savoir une couche externe 21A, une couche interne 21B, et une couche intermédiaire 23 imperméable aux gaz. Suivant l'invention, la couche intermédiaire 23 comporte une feuille métallique 24. Application, notamment, aux réservoirs de pression destinés à l'équipement de circuits de freinage.

Description

"Séparateur souple composite pour réservoir de pression,
son procédé de réalisation, et réservoir de pression
comportant un tel séparateur souple"
La présente invention concerne d'une manière générale les réservoirs de pression, du type de ceux utilisés par exemple comme accumulateurs ou transmetteurs de pression.

Elle vise plus particulièrement le cas où un tel réservoir de pression comporte, dans un corps rigide, un séparateur souple en forme de membrane, qui, pour une partition entre deux fluides différents, sépare en deux chambres distinctes le volume intérieur de ce corps, ce séparateur souple étant en prise, par son débouché, avec un organe de support, qui, solidaire dudit corps, en maintient ledit débouché plaqué contre la surface interne de celui-ci.

S'agissant, par exemple, d'un accumulateur de pression à implanter en dérivation sur un quelconque circuit hydraulique, l'une des deux chambres est une chambre de gaz, c'est-a-dire une chambre confinant de manière étanche une charge déterminée de gaz sous pressionr tandis que l'autre est une chambre de liquider cette autre chambre étant destinée à être mise en communication avec le circuit hydraulique concerné.

L'un des problèmes à résoudre dans la réalisation des réservoirs de pression de ce type tient à ce que son séparateur souple doit répondre à un certain nombre de caractéristiques qui, sans autre, sont difficilement compatibles.

I1 doit en effet, à la fois, présenter une certaine capacité de déformation élastique, et, donc, pour ce faire, être réalisé en matériau déformable, être capabie de résister a la température, être capable de résister à l'agressivité des fluides au contact desquels il se trouve, et, plus particulièrement, du liquide présent dans la chambre de liquide, notamment lorsqu'il s'agit d'un liquide de frein, comme cela peut être le cas dans les circuits de freinage du type communément dit RABS", et, conjointement, s'opposer à toute diffusion sensible, dans ce liquide, du gaz présent sous charge dans la chambre de gaz associée.

A défaut, une telle diffusion de gaz dans ce liquide pourrait conduire à une perturbation dangereuse du circuit hydraulique desservi.

Or, les matériaux déformables présentant des performances d'imperméabilité aux gaz satisfaisantes sont généralement incompatibles avec certains fluides, tels les liquides de frein, et/ou ne conviennent pas pour certaines conditions d'utilisation, telles celles où intervient la température.

Par exemple, pour rendre un élastomère de type Butyl plus étanche aux gaz, il faut lui additionner une charge, qui, conjointement, le rend alors sensible aux liquides de frein.

Pour surmonter les difficultés de ce type, il a été proposé, de longue date, de réaliser de manière composite le séparateur souple, pour une dissociation des fonctions qu'il a à assumer.

C'est le cas, notamment, dans le brevet français No 1.272.420, dans lequel le séparateur souple est en pratique constitué par deux cloisons distinctes, la cloison la plus externe, en matériau élastique, étant destinée à assurer la compatibilité de l'ensemble avec le liquide à prendre en considération, tandis que la cloison la plus interne, réalisée, elle, en matériau non élastique, est choisie pour être imperméable aux gaz.

C'est le cas aussi dans le brevet français qui, déposé le 7 Décembre 1979 sous le No 79 30152, a été publié sous le No 2.443.622.

Suivant une disposition du même genre, il est connu, également, de réaliser le séparateur souple en trois couches adjacentes en matériau déformable, à savoir, deux couches élastiques, l'une externe, l'autre interne, et une couche intermédiaire à faible perméabilité aux gaz, qui présente l'inconvénient qu'une certaine quantité de gaz peut néanmoins migrer dans le liquide au bout d'une durée d'utilisation prolongée.

Il est fait état d'une disposition de ce type dans la demande de brevet français qui, déposée le 21 Août 1987 sous le No 87 11815, a été publiée sous le No 2.603.075.

Dans cette demande de brevet français No 87 11815, le parti est pris, cependant, de mettre en oeuvre une couche intermédiaire perméable aux gaz, cette couche intermédiaire constituant alors une sorte de drain, qui, captant le gaz diffusant à travers la couche interne, évacue ensuite ce gaz à l'extérieur du corps rigide concerné.

Du fait de la perte de gaz systématique dont il est l'objet, un réservoir de pression de ce type n'a necessairement qu'une durée de vie limitée.

Il est de ce fait propre à certaines applications, et notamment à l'équipement des circuits de freinage de type "ABS" ici plus particulièrement visés, ceux-ci devant avoir, sans révision préalable, une durée de vie égale à celle des véhicules concernés.

Lorsque le parti est pris de mettre en oeuvre une couche intermédiaire réellement imperméable aux gaz, la difficulté réside dans la réalisation de cette couche intermédiaire, tant en ce qui concerne son matériau constitutif qu'en ce qui concerne sa géométrie.

Dans le brevet français No 1.272.420, cette couche imperméable aux gaz, qui forme alors une cloison distincte, est en polyuréthane, et elle se présente sous la forme d'une sorte de soufflet qui se déploie plus ou moins en fonction de la charge de gaz.

Mais, outre qu'une telle cloison est de réalisation relativement malaisée, le polyuréthane ne donne pas totalement satisfaction lorsque l'imperméabilité aux gaz recherchée est particulièrement poussée, et, dans le cas de cycles de travail répétitifs rapides et nombreux, comme cela est le cas dans les circuits de freinage de type "ABS", la résistance mécanique d'une couche intermédiaire ainsi réalisée risque de s'avérer insuffisante.

La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition apportant au contraire une solution particulièrement satisfaisante et sûre au problème de la réalisation d'un séparateur souple à la fois compatible avec un liquide agressif et présentant malgré tout une imperméabilité aux gaz très poussée, supérieure a celle de l'art connu à ce jour.

De manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet un séparateur souple composite pour réservoir de pression du genre comportant trois couches adjacentes en matériau déformable, à savoir une couche externe, une chouche interne, et une couche intermédiaire imperméable aux gaz, ce séparateur souple étant d'une manière générale caractérisé en ce que la couche intermédiaire comporte une feuille métallique ; elle a encore pour objet un réservoir de pression comportant un tel séparateur souple.

L'imperméabilité aux gaz des feuilles métalliques est bien connue ; elle tient à la structure moléculaire de leur constituant métallique.

Mais, s'étendant exclusivement dans deux directions, une feuille métallique, qu'elle soit prise isolément ou qu'elle soit prise en sandwich entre deux feuilles de protection en adhérant à celles-ci, ne se prête normalement pas à une quelconque conformation en membrane de séparateur souple, et on doit normalement en attendre une faible résistance mécanique aux cycles répétitifs de déformation du type de ceux dont est l-'objet un tel séparateur souple dans un réservoir de pression.

La mise en oeuvre d'une feuille métallique pour laconstitution d'un tel séparateur souple est donc normalement totalement étrangère å l'homme de métier.

La présente invention est fondée sur la découverte, a priori surprenante, qu'il est au contraire possible de conformer en membrane de séparateur souple une feuille métallique, et que, moyennant certaines précautions, celle-ci conserve toute son intégrité même lorsqu'elle est soumise à des cycles de déformation répétitifs.

Sur le premier point,-la découverte porte sur le fait que, ainsi que l'expérience le confirme, il est parfaitement possible de conformer en membrane de séparateur souple, par la technique d'hydro-formage connue par elle-même, un flan initialement plat, même lorsqu'il s'agit d'un flan comportant une feuille métallique ou formé d'un telle feuille métallique.

De ce point de vue, la présente invention a encore pour objet un procédé pour la réalisation d'un séparateur souple du genre concerné, ce procédé étant d'une manière générale caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer isolément chacune des couches qui consituent ce séparateur souple, et à les emboiter successivement les unes dans les autres, et en ce que, s'agissant de la fabrication de la couche intermédiaire, on met en forme, par hydro-formage, un flan initialement plat.

Sur le deuxième point, la découverte a porté sur le fait que, pour conserver l'intégrité de la feuille métallique de la couche intermédiaire ainsi réalisée, et les essais à la fatigue le confirment, il est nécessaire que la couche interne, formant à cet égard couche de protection, soit propre à maintenir cette couche intermédiaire dans la zone de la fibre neutre de l'ensemble.

La couche interne du séparateur souple suivant l'invention est établie en conséquence.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un séparateur souple suivant l'invention
les figures 2, 3 reprennent, chacune respectivement, à échelle supérieure, les détails de la figure 1 repérés par des encarts IIr III sur celle-ci
la figure 4 est une vue en coupe axiale éclatée, qui, analogue à celle de la figure 1, représente individuellement chacune des couches constitutives du séparateur souple suivant l'invention
la figure 5 reprend, à échelle supérieure, le détail de la figure 4 repéré par un encart V sur cette figure 4
la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5, pour une variante de réalisation de la couche concernée
la figure 7 est, à l'échelle de la figure 1, une vue en coupe axiale d'un réservoir de pression équipé d'un séparateur souple suivant l'invention.

Tel qu'illustré sur ces figures, et, plus particulièrement, sur la figure 7, il s'agit de l'équipement d'un réservoir de pression 10 comportant un corps rigide 11, et, dans ce corps rigide 11, un séparateur souple 12, en forme de membrane, et, plus précisément, en forme de poche ou de vessie, qui sépare en deux chambres distinctes 13A, 13B le volume intérieur de ce corps rigide 11, ledit séparateur souple 12 étant en prise, par son débouché 14, avec un organe de support 15, qui, solidaire du corps rigide 11, en maintient ledit débouché 14 plaqué contre la surface interne de celui-ci.

Dans la forme de réalisation représentée, le corps rigide 11 est constitué de deux coquilles 16A, 16B, dûment aboutées l'une à l'autre et convenablement solidarisées l'une à l'autre, en pratique par soudage, à savoir, une coquille inférieure, 16A, formant fond, et une coquille supérieure 16B, formant couvercle.

Conjointement, dans cette forme de réalisation, l'organe de support 15 est un organe annulaire comportant, d'une part, une partie cylindrique 17, par laquelle il est appliqué à la surface interne de la coquille inférieure 16A du corps rigide 11, en étant convenablement solidarisé, en pratique par soudage, à celle-ci, et, d'autre part, une partie 18, qui est conformée en crochet, et par laquelle il agrippe, à son débouché 14, le séparateur souple 12, en plaquant ce débouché 14 contre ladite surface interne de cette coquille inférieure 16A.

Les coquilles 16A, 16B, et l'organe de support 15, peuvent par exemple être métalliques.

Tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 7, l'ensemble se complète, d'une part, du côté de la chambre 13B, qui est en pratique une chambre de gaz, par une valve 18B propre à la mise en charge de cette chambre de gaz 13B, et, d'autre part, du côté de la chambre 13A, qui est en pratique une chambre de liquide, et qui, sur la figure 7, se trouve réduite à rien, par un conduit 18A propre au raccordement de cette chambre de liquide 13A au circuit hydraulique à desservir ce conduit 18A définissant, à cet effet, sous le contrôle d'un clapet, constitué, en l'espèce, par un bouton 20 porté à sa base par le séparateur souple 12, un orifice de passage de liquide non détaillé sur cette figure 7.

Ces dispositions étant bien connues par elles-mêmes, et ne faisant pas l'objet, en propre, de la présente invention, elles ne seront pas décrites plus en détail ici.

De manière également connue en soi, le séparateur souple est un séparateur composite comportant trois couches adjacentes, à savoir une couche en matière déformable externe 21A r une couche interne 21B, et une couche intermédiaire 23 imperméable aux gaz.

Suivant l'invention, la couche intermédiaire 23 comporte une feuille métallique 24.

Par exemple, figure 5, elle se réduit à une telle feuille métallique 24.

En variante, figure 6, elle est formée d'une feuille métallique 24 prise en sandwich entre deux feuilles de protection en matière synthétique 21A, 21B, l'une externe l'autre interne, et adhérant à celles-ci, å la manière, par exemple, des feuilles composites vendues sous la désignation commerciale "VALERON".

Quoi qu'il en soit, la feuille métallique 24 mise en oeuvre est par exemple une feuille d'aluminium.

Son épaisseur est extrêmement faible, de l'ordre par exemple de 0,01 à 0,1 mm.

Par exemple, lorsque la feuille métallique 24 est mise en oeuvre isolément, son épaisseur peut être de l'ordre de 0,075 mm.

Lorsqu'elle est mise en oeuvre prise en sandwich entre deux feuilles de protection 21A, 21B, son épaisseur peut être de l'ordre de 0,02 mm, les deux feuilles de protection 21A, 21B ayant alors elles-mêmes une épaisseur de l'ordre de 0,03 mm.

Bien entendu, les valeurs numériques indiquées ci-dessus ne sont données qu'a titre d'exemple et ne doivent en rien être considérées comme limitatives de l'invention.

La couche externe 21A et la couche interne 21B, quant à elles, sont, de préférence, en matériau élastiquement déformable.

En pratique, elles sont en élastomère, et, par exemple, en élastomère de type Butyl.

Pour la constitution, conjointement, d'un bourrelet 25 propre à coopérer en arrimage avec la partie en forme de crochet 18 de l'organe de support 15, elles comportent, l'une et l'autre, à leur débouché, un bourrelet, respectivement 26A, 26B, qui fait saillie radialement vers l'extérieur pour la couche externe 21A, et qui fait saillie radialement vers l'intérieur pour la couche interne 21B.

L'épaisseur des couches externe 21A et interne 21B est par exemple de l'ordre de 1,2 à 1,6 mm, et, par exemple, de l'ordre de 1,4 mm.

Mais, comme précédemment, ces valeurs numériques ne sont données qu'à titre indicatif, sans être en quoi que ce soit limitatives de l'invention.

En pratique, la couche externe 21A étant destinée à être au contact du fluide présent dans la chambre de liquide 13A, elle est établie de manière à être inerte à l'égard de ce fluide.

De ce fait, l'élastomère qui la constitue est, en pratique, un élastomère pur, c4est-à-dire un élastomère dépourvu de toute charge spécifique à l'imperméabilité aux gaz.

Par mesure de simplicité, et pour faciliter la fabrication de l'ensemble, il en est de même pour la couche interne 21B.

Conjointement, cette couche interne 21B est choisie de manière à être propre à maintenir la couche intermédiaire 23 dans la zone de la fibre neutre de l'ensemble.

Autrement -dit, elle présente des caractéristiques mécaniques et d'épaisseur propres à lui permettre de maintenir ainsi cette couche intermédiaire 23 dans la zone de cette fibre neutre.

Elle contrôle alors avantageusement le rayon de courbure de cette couche intermédiaire 23.

Par exemple, et nonobstant ce qui précède, la matière constituant cette couche interne 21B est moins souple que celle constituant la couche externe 21A, et celle-ci est plus épaisse que la couche interne 21B.

En variante, la matière constituant la couche interne 21B est plus souple que celle constituant la couche externe 21A, et celle-ci est moins épaisse que la couche interne 2tub.

Mais r suivant une forme de réalisation avec laquelle de très bons résultats ont été obtenus, les matières constituant les couches interne 21B et externe 21A présentent le même degré de souplesse, et cette couche interne 21B et cette couche externe 21A ont sensiblement même épaisseur.

De préférence, et tel que représenté, les diverses couches 21A, 23, 21B ainsi constitutives du séparateur souple 12 suivant l'invention sont adjacentes les unes aux autres.

De préférence, également, elles sont dépourvues de toute solidarisation entre elles, pour pouvoir jouer en service les unes par rapport aux autres, ce qui est favorable a une limitation des contraintes en leur sein.

Cependant, si désiré, il peut être procédé à leur solidarisation, par exemple par collage.

De préférence, également, et tel que représenté, le bouton 20 que porte le séparateur souple 12 suivant l'invention n'est en prise qu'avec la seule couche externe 21A, ledit bouton 20 comportant, en saillie, un ergot 27 par lequel il est encliqueté à ladite couche externe 21A, à la faveur d'un perçage axial 28 de celle-ci.

Conjointement, la couche intermédiaire 23 et la couche interne 21B comportent, chacune, en correspondance, une déformation locale en forme de dôme, respectivement 30r 31B, par laquelle elles contournent cet ergot 27.

Pour la réalisation du séparateur souple 12 suivant l'invention, les diverses couches 2IA, 23, 21B qui le constituent sont fabriquées isolément, et, tel que schématisé à la figure 4, elles sont ensuite emboitées successivement les unes dans les autres, par exemple sous vide, pour éviter la formation d'une quelconque poche d'air entre elles.

S'agissant des couches externe 21A et interne 21B, il est procédé, de manière usuelle, par moulage.

S'agissant de la couche intermédiaire 23, et tel que schématisé par un trait interrompu sur la figure 4, il est procédé par hydro-formage, en partant d'un flan 23' initialement plat.

La technique d'hydro-formage étant bien connue par elle-même, les dispositions correspondantes ne seront pas décrites ici.

Quoi qu'il en oit, les diverses couches 21A, 23 et 21B sont réalisées de manière à présenter, au repos, une configuration complémentaire de celle de la coquille inférieure 16A du corps rigide 11.

Dans la forme de réalisation représentée, cette configuration correspond à celle d'une hémisphère surmontée d'une couronne cylindrique.

Une fois ces couches 21A, 23 et 21B réalisées et emboitées, le séparateur souple 12 qu'elles constituent conjointement est disposé à l'intérieur de la coquille inférieure 16A du corps rigide 11, en prise avec l'organe de support 15 correspondant.

Celui-ci est alors soudé à cette coquille inférieure 16A, et l'ensemble est refermé par la coquille supérieure 16B.

Les dispositions correspondantes étant bien connues par elles-mêmes, elle ne seront pas décrites ici.

Au repos, le séparateur souple 12 porte sous tension contre la surface interne de la coquille inférieure 16A du corps rigide 11.

En service, il se déforme plus ou moins, en dégageant, entre lui et la surface interne de la coquille inférieure 16A du corps rigide 11 r une chambre de liquide 13A plus ou moins grande.

Sur la figure 7, a été représenté en traits interrompus sa déformation maximale.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Séparateur souple composite pour réservoir de pression, du genre comportant trois couches adjacentes en matériau déformable, à savoir une couche externe (21A), une couche interne (21B), et une couche intermédiaire (23) imperméable aux gaz, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (23) comporte une feuille métallique (24).

2. Séparateur souple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (23) se réduit à une feuille métallique (24).

3. Séparateur souple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (23) est formée d'une feuille métallique (24) prise en sandwich entre deux feuilles de protection en matière synthétique (21 A, 21B) et adhérant à celles-ci.

4. Séparateur souple suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille métallique (24) est une feuille d'aluminium.

5. Séparateur souple suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une et l'autre des couches externe (21A) et interne (21B) sont en matériau élastiquement déformable, par exemple en élastomère.

6. Séparateur souple suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, destinée à être au contact d'un quelconque fluide donné, la couche externe (21B), au moins, est inerte à l'égard d'un tel fuide.

7. Séparateur souple suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche interne (2il) présente des caractéristiques mécaniques et d'épaisseur propres à lui permettre de maintenir la couche intermédiaire (23) dans la zone de la fibre neutre de l'ensemble.

8. Séparateur souple suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la matière constituant la couche interne (2 lu) est moins souple que celle constituant la couche externe (21A), et celle-ci est plus épaisse que la

9. Séparateur souple suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la matière constituant la couche interne (21B) est plus souple que celle constituant la couche externe (21A), et celle-ci est moins épaisse que la couche interne (21B).

10. Séparateur souple suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les matières constituant les couches interne (21B) et externe (21A) présentent le même degré de souplesse, et cette couche interne (21B) et cette couche externe (2 lA) ont sensiblement même épaisseur.

il. Séparateur souple suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 r caractérisé en ce que les diverses couches (21A, 23, 21B) qui le constituent sont dépourvues de solidarisation entre elles.

12. Séparateur souple suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, portant un bouton (20), ledit bouton (20) n'est en prise qu'avec sa seule couche externe (21A), ledit bouton (20) comportant un ergot (27) par lequel il est encliqueté à ladite couche externe (21A) à la faveur d'un perçage (28) de celle-ci, et la couche intermédiaire (23) et la couche interne (21B) comportant chacune en correspondance une déformation locale en forme de dôme (30, 31B) par laquelle elles contournent ledit ergot (27).

13. Procédé pour la réalisation d'un séparateur souple conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer isolément chacune des couches (21A, 23, 21B) qui le constituent, et à les emboîter successivement les unes dans les autres.

14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que, pour la fabrication de la couche interiedìaire (23), on part d'un flan initialement plat (23'), et on le met en forme par hydro-formage.

15. Réservoir de pression du genre comportant un corps rigide (11), et, dans ce corps rigide (11), un séparateur souple (12) en forme de membrane qui en sépare le volume intérieur en deux chambres (13A, 13B) distinctes, ledit séparateur souple (12) étant en prise, par son débouché (14), avec un organe de support (15), qui, solidaire dudit corps rigide (11), en maintient ledit débouché (14) plaqué contre la surface interne de celui-ci, caractérisé en ce que ledit séparateur souple (12) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12.

16. Réservoir de pression suivant la revendication 15, caractérisé en ce que, au repos, le séparateur souple porte sous tension contre la surface interne du corps rigide (11).