FR3103021A1 - Dispositif thermostatique de régulation de la circulation d’un fluide, ainsi que vanne thermostatique correspondante et procédé de fabrication d’un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Dispositif thermostatique de régulation de la circulation d’un fluide, ainsi que vanne thermostatique correspondante et procédé de fabrication d’un tel dispositif
Ce dispositif (1) comprend un élément thermostatique (10), avec un piston (12) et un corps (11) déplaçables selon un axe (X-X) l’un par rapport à l’autre sous l’effet de la dilatation d’une matière thermodilatable, et un obturateur (20), déplacé axialement par le corps par rapport à un siège fixe (5.1) de manière à ouvrir et fermer un passage de circulation de fluide. L’obturateur comprend un joint (21) souple, s’appuyant de manière étanche contre le siège fixe pour fermer le passage, et une armature (22) rigide, supportant fixement le joint. L’armature inclut une partie centrale (22.1), montée autour du corps pour être entraînée par le corps, et une partie périphérique (22.2), rabattue vers l’axe en écrasant partiellement le joint. Afin de proposer un dispositif à faibles contraintes dimensionnelles et matérielles, tout en étant économique à fabriquer, le joint est maintenu en place sur l’armature en étant appuyé, radialement à l’axe, directement contre le corps.
Figure pour l'abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne un dispositif thermostatique, ainsi qu’une vanne thermostatique comprenant un tel dispositif. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel dispositif.
L’invention s’intéresse en particulier aux dispositifs et vannes thermostatiques qui sont utilisés dans les circuits de refroidissement de moteurs thermiques, notamment ceux des véhicules automobiles, des poids-lourds, des deux-roues et des moteurs stationnaires. Ceci étant, ce domaine d’application n’est pas limitatif de l’invention, dans le sens où le dispositif et la vanne conformes à l’invention sont utilisables dans divers autres circuits de fluide, par exemple les circuits de refroidissement de boîtes de vitesses, les circuits d’eau, les circuits d’huile, etc…
Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement de moteurs thermiques, des vannes thermostatiques sont utilisées pour réguler la circulation d’un fluide, c’est-à-dire répartir ce fluide dans différentes voies de circulation, en fonction de la température de ce fluide. Ces vannes sont dites thermostatiques, dans le sens où le déplacement de leur obturateur interne par rapport au boîtier de la vanne est commandé par un élément thermostatique, c’est-à-dire un élément qui comprend un corps, contenant une matière thermodilatable, et un piston, plongé dans cette matière thermodilatable. Le corps et le piston sont déplaçables l’un par rapport à l’autre en translation selon l’axe longitudinal du piston, avec déploiement du piston par rapport au corps lors de la dilatation de la matière thermodilatable. En liant fixement le piston au boîtier de la vanne, le déploiement du corps de l’élément thermostatique permet d’entraîner l’obturateur par rapport au boîtier et, par-là, d’ouvrir et de fermer un passage de circulation du fluide au travers du boîtier.
Pour étancher le contact entre l’obturateur et un siège fixe du boîtier, il est connu d’intégrer un joint à l’obturateur. Ce joint, typiquement constitué d’une matière souple telle que du caoutchouc ou un élastomère, est porté par une armature rigide de l’obturateur, cette armature étant, en service, liée au corps de l’élément thermostatique aux fins de son entraînement par l’élément thermostatique. En pratique, le joint est maintenu en place sur cette armature par surmoulage, par sertissage ou par complémentarité de formes.
Ainsi, FR 2 732 088 propose par exemple de sertir le joint dans une gorge annulaire de l’armature, en écrasant localement le joint sur toute sa périphérie par une paroi de la gorge, rabattue vers l’intérieur. De son côté, FR 2 819 035 propose lui aussi de loger le joint dans une gorge de l’armature, mais en rabattant vers l’intérieur une paroi de la gorge contre le joint de manière ajustée sans serrage. Ces solutions connues, basées sur un pliage d’une partie périphérique de l’armature, nécessitent de placer le joint dans une gorge dédiée de l’armature, dans laquelle le joint est maintenu en place une fois que la partie périphérique de l’armature est rabattue. L’encombrement transversal de l’armature est donc conséquent, du fait de la présence de cette gorge autour du corps de l’élément thermostatique. Le diamètre extérieur de l’obturateur reste ainsi assez grand.
Pour contourner cette problématique dimensionnelle et proposer des obturateurs ayant un diamètre plus petit, on a actuellement recours aux solutions basées sur un surmoulage de l’armature. Toutefois, cela implique que la matière souple, rapportée par surmoulage pour constituer le joint, ne peut être choisie que dans certaines nuances, compatibles avec l’opération de surmoulage. De plus, l’opération de surmoulage peut induire un surcoût du fait de problèmes de propreté liés à des bavures de la matière souple, à la présence de restes de colle, etc.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif thermostatique à obturateur amélioré, qui, tout en restant économique à fabriquer, induit moins de contraintes dimensionnelles et matérielles.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif thermostatique de régulation de la circulation d’un fluide. Le dispositif thermostatique comprend un élément thermostatique, qui définit un axe et qui comprend un piston, s’étendant en longueur suivant l’axe et destiné à être lié fixement à un boîtier de canalisation du fluide, et un corps, sensiblement centré sur l’axe et contenant une matière thermodilatable, le corps étant déplaçable selon l’axe par rapport au piston de manière à déployer le piston vis-à-vis du corps sous l’effet d’une dilatation de la matière thermodilatable. Le dispositif thermostatique comprend également un obturateur, qui est déplaçable selon l’axe par rapport à un siège fixe du boîtier de manière à ouvrir et fermer un passage de circulation du fluide et qui est lié au corps de l’élément thermostatique de sorte que, lors de la dilatation de la matière thermodilatable, le corps de l’élément thermostatique entraîne axialement l’obturateur par rapport au siège fixe. L’obturateur comprend à la fois un joint souple, qui est adapté pour être appuyé de manière étanche contre le siège fixe pour fermer le passage de circulation du fluide, et une armature rigide, qui supporte fixement le joint. L’armature inclut une partie centrale, qui est montée autour du corps de l’élément thermostatique de manière à être entraînée par le corps de l’élément thermostatique lors de la dilatation de la matière thermodilatable, et une partie périphérique, qui est rabattue vers l’axe en écrasant partiellement le joint. Selon l’invention, le joint est maintenu en place sur l’armature en étant appuyé, radialement à l’axe, directement contre le corps de l’élément thermostatique.
L’invention a également pour objet une vanne thermostatique, comportant un boîtier de canalisation d’un fluide et un dispositif thermostatique, qui est tel que défini ci-dessus et dont le piston de l’élément thermostatique est lié fixement au boîtier tandis que le joint de l’obturateur est entraîné conjointement avec le corps de l’élément thermostatique et l’armature de l’obturateur par rapport au boîtier de manière que le joint soit déplacé vis-à-vis d’un siège fixe du boîtier pour ouvrir et fermer un passage de circulation du fluide.
L’invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif thermostatique de régulation de la circulation d’un fluide, ce procédé comportant :
- une première étape d’assemblage, dans laquelle sont assemblés l’un à l’autre une armature rigide d’un obturateur et un élément thermostatique qui définit un axe et qui comprend un piston, s’étendant en longueur suivant l’axe, et un corps, sensiblement centré sur l’axe et contenant une matière thermodilatable, le corps étant déplaçable selon l’axe par rapport au piston de manière à déployer le piston vis-à-vis du corps sous l’effet d’une dilation de la matière thermodilatable, et dans laquelle une partie centrale de l’armature est montée autour du corps de l’élément thermostatique de manière à être entraînée par le corps de l’élément thermostatique lors de la dilatation de la matière thermodilatable,
- une seconde étape d’assemblage, dans laquelle un joint souple est rapporté sur l’armature, autour du corps de l’élément thermostatique, en étant en contact radial direct contre le corps de l’élément thermostatique, et
- une étape de sertissage, dans laquelle une partie périphérique de l’armature est rabattue par sertissage vers l’axe de manière que le joint soit à la fois partiellement écrasé par la partie périphérique de l’armature et appuyé, radialement à l’axe, directement contre le corps de l’élément thermostatique.
Une des idées à la base de l’invention est d’utiliser directement le corps de l’élément thermostatique pour maintenir le joint en place sur l’armature, évitant ainsi que cette dernière ait à intégrer une gorge dédiée ou d’autres aménagements similaires, qui augmenteraient la dimension transversale de l’obturateur. Selon l’invention, le joint est monté directement autour du corps de l’élément thermostatique et s’appuie radialement contre ce corps sous l’effet d’écrasement du joint par la partie périphérique de l’armature, rabattue vers l’axe central de l’élément thermostatique. La butée d’appui radial, que forme le corps de l’élément thermostatique vis-à-vis du joint, est effective aussi bien pendant la déformation du joint résultant de l’écrasement de ce dernier par la paroi périphérique progressivement rabattue, qu’une fois terminée la fabrication du dispositif conforme à l’invention. La dimension transversale du dispositif, au niveau axial où est situé le joint, se limite au cumul du diamètre du corps de l’élément thermostatique et de l’épaisseur radiale du joint, puisqu’aucune partie de l’armature n’est radialement interposée entre le corps de l’élément thermostatique et le joint. Le dispositif selon l’invention peut donc être prévu avec un petit diamètre extérieur. Par ailleurs, comme l’invention ne nécessite aucune opération de surmoulage, le coût de fabrication et les contraintes relatives à la matière du joint sont limités. D’autres aspects avantageux du dispositif et du procédé conformes à l’invention seront évoqués plus loin.
Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du dispositif et/ou du procédé conformes à l’invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- Le corps de l’élément thermostatique inclut un fût, qui est agencé axialement à l’opposé du piston et dans lequel la matière thermodilatable est stockée, une collerette, qui borde une extrémité du fût, tournée axialement vers le piston, et un épaulement qui relie la collerette à ladite extrémité du fût, la partie centrale de l’armature étant montée autour du fût et étant agencée en interférence mécanique avec l’épaulement suivant l’axe, et le joint étant monté autour et appuyé, radialement à l’axe, contre la collerette.
- Le joint est, par déformation, partiellement logé entre l’épaulement et l’armature.
- L’armature inclut en outre une partie intermédiaire, qui relie l’une à l’autre la partie centrale et la partie périphérique de l’armature et qui, sur son côté tourné axialement vers le joint, présente une surface d’appui axial pour une région du joint écrasée par la partie périphérique de l’armature.
- La partie intermédiaire de l’armature présente, sur son côté tourné axialement vers le joint, un creux de réception d’une région renflée du joint.
- La partie intermédiaire de l’armature présente, sur son côté tourné axialement à l’opposé du joint, un relief de centrage pour un ressort de rappel prévu pour, lors d’une contraction de la matière thermodilatable, escamoter le piston dans le corps de l’élément thermostatique et entraîner axialement l’obturateur par rapport au siège fixe.
- Avant d’être rapporté sur l’armature, le joint présente un plan de symétrie qui, lors de la seconde étape d’assemblage, s’étend perpendiculairement à l’axe.
- Lors de la seconde étape d’assemblage, le joint est emmanché serré autour du corps de l’élément thermostatique.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
Sur les figures 1 à 4 est représenté un dispositif thermostatique 1 permettant de réguler la circulation d’un fluide. Le dispositif thermostatique 1 est représenté seul sur les figures 1 à 3 tandis que, sur la figure 4, ce dispositif thermostatique 1 est représenté au sein d’une vanne thermostatique 2. Le fluide régulé par le dispositif thermostatique 1 est par exemple un fluide de refroidissement, la vanne 2 appartenant notamment à un circuit de refroidissement de moteur thermique, notamment de moteur de véhicule automobile, cet exemple n’étant cependant pas limitatif, comme évoqué dans la partie introductive du présent document.
Comme représenté sur la figure 4, la vanne thermostatique 2 comporte un boîtier 3 incluant des parties 4, 5 et 6 dans lesquelles le dispositif thermostatique 1 est agencé. Les parties 4, 5 et 6 du boîtier 3 sont fixes l’une par rapport à l’autre, en étant par exemple venues de matière et/ou solidarisées fixement lorsque la vanne thermostatique 2 est en service comme sur la figure 4. En pratique, sur la figure 4, les parties 4, 5 et 6 du boîtier 3 ne sont représentées que de manière partielle et schématique, leur forme de réalisation n’étant pas limitative de l’invention. Dans tous les cas, lorsque la vanne thermostatique 2 est en configuration de service, le boîtier 3 canalise le fluide, en définissant des voies 2A et 2B de circulation du fluide : l’une de ces voies constitue une entrée de fluide tandis que l’autre voie constitue une sortie de fluide. A titre d’exemple, lorsque la vanne thermostatique 2 appartient à un circuit de refroidissement d’un moteur, la voie 2A constitue une entrée de fluide de refroidissement, provenant du moteur à refroidir, tandis que la voie 1B constitue une sortie de ce fluide de refroidissement, envoyant par exemple ce dernier à un échangeur de chaleur, tel qu’un radiateur, conçu pour abaisser la température du fluide le traversant, avant que ce fluide ne soit renvoyé au moteur à refroidir.
Le dispositif thermostatique 1 comporte un élément thermostatique 10 qui est centré sur un axe géométrique X-X. L’élément thermostatique 10 inclut un corps 11, centré sur l’axe X-X et contenant une matière thermodilatable telle qu’une cire. L’élément thermostatique 10 comprend également un piston 12 qui s’étend en longueur suivant l’axe X-X, en étant avantageusement centré sur cet axe. Une partie axiale terminale du piston 12 est plongée dans la matière thermodilatable contenue dans le corps 11.
Par commodité, la suite de la description est orientée par rapport à l’axe X-X, de sorte que les termes « supérieur », « haut » et similaires qualifient un élément qui, dans la direction de l’axe X-X, est tourné vers le haut sur les figures 1 à 4, tandis que les termes « inférieur », « bas » et similaires qualifient un élément tourné en sens opposé. Ainsi, dans l’exemple considéré ici, le piston 12 est agencé au-dessus du corps 11, sa partie terminale, plongée dans le corps 11, étant sa partie terminale inférieure, tandis que sa partie terminale émergeant du corps 11 est sa partie terminale supérieure.
Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, le corps 11 inclut un fût inférieur 11.1, qui est agencé axialement à l’opposé du piston 12 et dans laquelle la matière thermodilatable est stockée. De plus, le corps 11 inclut une collerette supérieure 11.2 qui est agencée radialement en saillie du fût 11.1 en bordant une extrémité supérieure de ce fût, c’est-à-dire une extrémité du fût tournée axialement vers le piston 12. A la jonction entre le fût 11.1 et la collerette 11.2, le corps 11 forme un épaulement 15 reliant l’un à l’autre le fût et la collerette. Pour des raisons qui apparaîtront plus loin, l’épaulement 11.3 est chanfreiné à sa jonction avec la collerette 11.2, comme bien visible sur la figure 3.
Le corps 11 et le piston 12 de l’élément thermostatique 10 sont mobiles l’un par rapport à l’autre selon l’axe X-X, typiquement en translation selon cet axe : sous l’effet d’une dilatation de la matière thermodilatable, le piston 12 se déploie hors du corps 11 tandis que, lors d’une contraction de la matière thermodilatable, le piston 12 s’escamote dans le corps 11 sous l’effet d’un ressort de rappel 7 décrit plus loin.
Au sein de la vanne thermostatique 2 lorsque celle-ci est en service, le piston 12 de l’élément thermostatique 10 est lié fixement au boîtier 3. Plus précisément, de manière connue en soi, la partie terminale supérieure de ce piston 12 est liée fixement à la partie 4 du boîtier 3, agencée en travers de l’axe X-X. En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables en ce qui concerne la liaison fixe de la partie terminale supérieure du piston 12 à la partie 4 du boîtier 3 : cette liaison fixe peut être réalisée soit uniquement par appui axial, comme dans l’exemple illustré à la figure 4, soit par fixation amovible, de type clipsage ou emmanchement glissant, soit encore par solidarisation à demeure de type emmanchement en force, surmoulage ou ajout d’un système mécanique de maintien. Dans tous les cas, on comprend que lorsque la matière thermodilatable contenue dans le corps 11 se dilate ou se contracte, le piston 12 est maintenu immobile par rapport au boîtier 3, du fait de la liaison fixe de sa partie terminale supérieure à la partie 4 de ce boîtier.
Le dispositif thermostatique 1 comprend également un obturateur 20 qui est déplaçable selon l’axe X-X par rapport à un siège fixe 5.1 de la partie 5 du boîtier 3, de manière à ouvrir et fermer un passage de circulation de fluide, défini entre ce siège et l’obturateur : au sein de la vanne thermostatique 2 en service, lorsque l’obturateur 20 est appuyé contre le siège 5.1 comme dans la configuration de fonctionnement représentée sur la figure 4, cet obturateur ferme le passage précité et interdit donc la circulation du fluide entre les voies 2A et 2B, tandis que, lorsque l’obturateur 20 est écarté du siège 5.1, l’obturateur 20 ouvre le passage précité et autorise donc l’écoulement du fluide entre les voies 2A et 2B.
Pour commander en déplacement l’obturateur 20, ce dernier est lié au corps 11 de l’élément thermostatique de manière que, au sein de la vanne thermostatique 2 lorsqu’elle est en service, le déplacement axial du corps 11 par rapport au boîtier 3, résultant de la dilatation de la matière thermodilatable, provoque un déplacement correspondant de l’obturateur 20 de manière à ouvrir le passage précité, par écartement axial de cet obturateur vis-à-vis du siège fixe 5.1.
Pour commander la fermeture du passage précité, l’obturateur 20 est entraîné vis-à-vis du siège 5A par le ressort 7 mentionné plus haut. Au sein de la vanne thermostatique 2, ce ressort 7 est interposé et comprimé, suivant l’axe X-X, entre l’obturateur 20 et la partie 6 du boîtier 3, une spire d’extrémité supérieure 7.1 du ressort 7 étant appuyée axialement vers le haut contre la face inférieure de l’obturateur 20, tandis qu’une spire d’extrémité inférieure 7.2 est appuyée axialement vers le bas contre la partie 6 du boîtier 3.
Comme bien visible sur les figures 1 à 3, l’obturateur 20 comprend un joint 21 et une armature 22. Dans l’exemple de réalisation considéré ici, le joint 21 et l’armature 22 constituent à eux seuls l’obturateur 20.
Le joint 21 est réalisé en élastomère ou en caoutchouc ou, plus généralement, en une matière souple, notamment comparativement à l’armature 22, de sorte que le joint 21 est conçu, lorsque l’obturateur 20 ferme le passage de circulation de fluide précité, pour être appuyé de manière souple, voire élastique, contre le siège 5.1 de la partie 5 du boîtier 3 et ainsi étancher le contact entre ce siège et l’obturateur. Ainsi, le joint 21 peut être qualifié de joint d’étanchéité pour l’obturateur 20, étant entendu que le joint 21 s’étend tout autour de l’axe X-X, comme bien visible sur la figure 1. La région du joint 21, ainsi prévue pour coopérer par appui avec le siège 5.1 du boîtier 3 est référencée 21.1 : à la différence des figures 1 et 2 sur lesquelles la région 21.1 du joint 21 est représentée en traits pleins, cette région 21.1 du joint 21 est représentée en pointillés sur la figure 4 afin d’illustrer schématiquement que, dans la configuration de fonctionnement illustrée par la figure 4, la région 21.1 du joint 21 interfère mécaniquement avec le siège 5.1 du boîtier 3, en se retrouvant au moins partiellement écrasée et en induisant alors une déformation locale du joint 21.
L’armature 22 est réalisée en une matière métallique ou, plus généralement, en une matière rigide, notamment comparée au joint 21. L’armature 22 est conçue pour supporter fixement le joint 21, comme expliqué plus en détail ci-après, de sorte que, à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1 au sein de la vanne thermostatique 2, le joint 21 est entraîné conjointement avec l’armature 22 et le corps 11 de l’élément thermostatique 10 par rapport au boîtier 3 aux fins du déplacement du joint vis-à-vis du siège 5.1 du boîtier 3.
L’armature 22 est agencée coaxialement et autour du corps 11 de l’élément thermostatique 10, en assurant la liaison entre l’obturateur 20 et ce corps 11. Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, l’armature 22 présente globalement une forme annulaire qui, à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1, est centrée sur l’axe X-X et entoure le corps 11 de l’élément thermostatique 10 sur une hauteur axiale limitée de ce corps 11. Ainsi, l’obturateur 20 s’apparente ici à un clapet.
Comme bien visible sur les figures 2 à 4, l’armature 22 comprend une partie centrale 22.1, tournée vers l’axe X-X, et une partie périphérique 22.2, tournée à l’opposé de cet axe X-X. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, la partie centrale 22.1 et la partie périphérique 22.2 sont reliées l’une à l’autre par une partie intermédiaire 22.3 de l’armature 22. Ces différentes parties 22.1, 22.2 et 22.3 de l’armature 22 s’étendent tout autour de l’axe X-X.
La partie centrale 22.1 de l’armature 22 est montée autour du corps 11 de l’élément thermostatique 10, de manière à assurer la liaison entre l’obturateur 20 et ce corps 11, en particulier de manière que cette partie centrale 22.1 et, par-là, l’armature 22 soient entraînées par le corps 11 de l’élément thermostatique 10 lors de la dilatation de la matière thermodilatable de l’élément thermostatique. A cet effet, dans l’exemple de réalisation considéré ici, la partie centrale 22.1 est constituée d’une couronne à section en forme de L inversé, incluant une paroi inférieure tubulaire, ceinturant le fût 11.1 du corps 11, et une paroi supérieure transversale, en appui axial contre l’épaulement 11.3 du corps 11. Bien entendu, d’autres formes de réalisation sont envisageables pour la partie centrale 22.1, en particulier des formes de réalisation qui, comme pour la couronne précitée, prévoient que la partie centrale 22.1 est montée autour du fût 11.1 et est agencée en interférence mécanique avec l’épaulement 11.3 suivant l’axe X-X. Par ailleurs, suivant une possibilité de réalisation pratique et efficace, la liaison entre le corps 11 de l’élément thermostatique 10 et l’armature 22 est prévue fixe, c’est-à-dire sans possibilité de débattement relatif entre eux : dans ce cas, la partie centrale 22.1 est avantageusement emmanchée serrée autour du corps 11, en particulier de son fût 11.1.
La partie périphérique 22.2 de l’armature 22 est façonnée de manière à pincer le joint 21. Plus précisément, comme bien visible sur les figures 1 et 2, la partie périphérique 22.2 est rabattue vers l’axe X-X en écrasant partiellement le joint 21, la région écrasée correspondante du joint 21 étant référencée 21.2 sur les figures. Dans l’exemple de réalisation considéré ici, la partie périphérique 22.2 est constituée d’une paroi inclinée ayant une forme tronconique, centrée sur l’axe X-X et convergente vers le haut. Quelle que soit sa forme de réalisation, la partie périphérique 22.2 pince la région 21.2 du joint 21, en écrasant cette région 21.2 vers l’axe X-X moyennant la déformation locale de la matière souple constituant le joint 21. La région écrasée 21.2 est située axialement au-dessous de la région 21.1 du joint 21, cette région 21.1 n’étant pas recouverte par la partie périphérique 22.2 de l’armature 22.
Le joint 21, ainsi contraint par écrasement par la partie périphérique 22.2 de l’armature 22, est maintenu en place sur cette armature 22 en étant appuyé, radialement à l’axe X-X, directement contre le corps 11 de l’élément thermostatique 10. Le joint 21 est ainsi enchâssé, radialement à l’axe X-X, entre la partie périphérique 22.2 et le corps 11 de l’élément thermostatique 10. Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, le joint 21 est ainsi monté autour et appuyé, radialement à l’axe X-X, contre la collerette 11.2 du corps 11. Dans tous les cas, l’appui radial du joint 21 contre le corps 11 de l’élément thermostatique étanche l’interface de contact entre eux, notamment vis-à-vis du fluide précité.
Suivant l’axe X-X, le joint 21 est retenu axialement par rapport à l’armature 22 par, vers le haut, la partie périphérique 22.2 de l’armature 22 et par, vers le bas, le reste de l’armature 22, en particulier par la partie intermédiaire 22.3. La partie intermédiaire 22.3 présente ainsi avantageusement, sur son côté supérieur, une surface d’appui axial 22.3A pour la région 21.2 du joint 21, comme bien visible sur la figure 2.
Suivant une disposition optionnelle avantageuse, plus particulièrement visible sur la figure 3, le joint 21 est, par déformation, partiellement logé axialement entre l’épaulement 11.3 du corps 11 de l’élément thermostatique 10 et l’armature 22, la région correspondante du joint 21 étant référencée 21.3. La formation de cette région 21.3 du joint 21 résulte de la déformation du joint 21 à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1 et elle est avantageusement facilitée par le chanfrein de l’épaulement 11.3 à la jonction avec la collerette 11.2 et/ou par un arrondi à la jonction entre la partie centrale 22.1 et la partie intermédiaire 22.3 de l’armature 22. Dans tous les cas, la région 21.3 du joint 21 assure, pour le joint 21, un ancrage axial vers le haut par rapport au corps 11 de l’élément thermostatique.
Suivant une autre disposition optionnelle avantageuse, qui est plus particulièrement visible à la figure 3, la partie intermédiaire 22.3 présente, sur son côté supérieur, un creux 22.3B situé, radialement à l’axe X-X, entre la partie centrale 22.1 et la surface d’appui axial 22.3A. Ce creux 22.3B de la partie intermédiaire 22.3 est prévu pour accommoder la déformation du joint 21 à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1, en recevant une région renflée 21.4 du joint 21, résultant de l’écrasement du joint 21 à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1. En prévoyant que le creux 22.3B soit étranglé vers le bas, la région renflée 21.4 du joint 21 tend à se coincer dans le creux 22.3B, renforçant ainsi la retenue axiale du joint 21 vis-à-vis de l’armature 22.
Suivant encore une autre disposition optionnelle avantageuse, cumulable avec ce qui précède, la partie intermédiaire 22.3 de l’armature 22 présente, sur son côté inférieur, un relief 22.3C. Ce relief 22.3C est conçu pour centrer, sur l’axe X-X, la spire d’extrémité supérieure 7.1 du ressort de rappel 7, appuyée axialement vers le haut contre la face inférieure de l’armature 22. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, le relief 22.3C coopère à cet effet par complémentarité de formes avec la spire 7.1, en étant logé de manière sensiblement ajustée à l’intérieur de cette spire 7.1.
Les figures 5 et 6 illustrent un exemple d’un procédé de fabrication du dispositif thermostatique 1.
Sur la figure 5, l’élément thermostatique 10 et l’armature 22 sont représentés déjà assemblés l’un à l’autre. Cet assemblage entre l’armature 22 et le corps 11 est réalisé en montant la partie centrale 22.1 de l’armature 22 autour du corps 11 de manière à les lier comme évoqué plus haut. L’armature 22 est, avant son assemblage au corps 11, réalisée par exemple par pliage et/ou emboutissage d’une tôle.
Lors de l’étape d’assemblage illustré à la figure 5, le joint 21 est rapporté sur l’armature 22, autour du corps 11 de l’élément thermostatique 10, en étant amené en contact radial direct contre ce corps 11. En pratique, comme indiqué par les flèches F1 sur la figure 5, le joint 21 est enfilé axialement autour du corps 11 depuis l’extrémité supérieure de ce dernier, jusqu’à atteindre l’armature 22, en se retrouvant alors autour de la collerette 11.2. Suivant un mode opératoire préférentiel, le joint 21 est ainsi enfilé autour du corps 11 de manière à être emmanché serré autour de ce corps 11 : à cet effet, comme illustré à la figure 5, le diamètre intérieur du joint 21 est prévu plus petit que le diamètre extérieur de la collerette 11.2 et/ou le profil du joint 21, tourné vers l’axe X-X, est bombé vers cet axe. Un tel emmanchement serré du joint 21 autour du corps 11 améliore la tenue mécanique et l’étanchéité de l’interface entre le joint 21 et le corps 11 à l’état assemblé du dispositif thermostatique 1.
Par ailleurs, suivant une disposition optionnelle particulièrement avantageuse, qui est mise en œuvre dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, le joint 21 présente, avant son assemblage au reste du dispositif thermostatique 1, un plan de symétrie P qui, lors de l’assemblage du joint 21 au reste du dispositif thermostatique 1, s’étend perpendiculairement à l’axe X-X. Ainsi, comme bien visible à la figure 5, le côté axial du joint 21, tourné vers l’armature 22 lors de la mise en place du joint 21 sur cette armature, est indifférent, ce qui facilite le procédé de fabrication.
Une fois que le joint 21 est en place sur l’armature 22, une étape de sertissage est mise en œuvre, comme illustré à la figure 6. La partie périphérique 22.2 de l’armature 22 est progressivement rabattue par sertissage vers l’axe X-X, comme indiqué par les flèches F2 sur la figure 6. Le joint 21 se retrouve alors, à la fois, partiellement écrasé par la partie périphérique 22.2 et appuyé, radialement à l’axe X-X, directement contre le corps 11 de l’élément thermostatique 10. Moyennant la déformation du joint 21, la formation de la région 21.2 du joint, écrasée par la partie périphérique 22.2, induit la formation des régions 21.3 et 21.4 détaillée plus haut.
Sur la figure 7 est représentée une variante du dispositif thermostatique 1 dont l’élément thermostatique et l’armature sont identiques à ceux des figures précédentes et portent donc les mêmes références, respectivement 10 et 22. La variante de la figure 7 se distingue du mode de réalisation des figures précédentes par son joint, qui est référencé 21’ et qui diffère du joint 21 essentiellement par sa région 21.1’ prévue pour coopérer avec le siège 5.1 du boîtier 3 de la vanne thermostatique 2. En effet, plutôt que de présenter un profil arrondi comme pour la région 21.1 du joint 21, la région 21.1’ du joint 21’ est biseautée, en formant une surface tronconique, centrée sur l’axe X-X et convergente vers le haut.
La variante de la figure 7 illustre la multitude de formes que peut prendre le joint 21, en particulier au niveau de sa région destinée à coopérer avec le siège 5.1 du boîtier 3.
Divers aménagements et variantes au dispositif thermostatique 1 et à son procédé de fabrication, ainsi qu’à la vanne thermostatique 2, décrits jusqu’ici, sont par ailleurs envisageables. A titre d’exemples :
- plutôt que d’être lié de manière fixe au corps 11 de l’élément thermostatique 10, l’obturateur 20 peut être monté sur ce corps 11 avec une liberté de mouvement suivant l’axe X-X, sous réserve d’être associé à un ressort de rappel dédié ; l’obturateur 20 intègre alors une fonction de délestage en cas de surpression dans la voie 2A ; à cet égard, le lecteur pourra se reporter à WO 2015/104325 ;
- la forme de réalisation de l’élément thermostatique 10 n’est pas limitative, dans le sens où cet élément peut, en option, être piloté, c’est-à-dire intégrer une résistance électrique chauffante, ou bien présenter divers diamètres, etc. ; et/ou
- le corps 11 de l’élément thermostatique 10 peut, à son extrémité inférieure, être pourvu d’un prolongement vers le bas, qui porte de manière mobile un autre obturateur que l’obturateur 20, notamment en vue de commander la circulation du fluide dans une autre voie de la vanne thermostatique 2 pour réguler une fonction de by-pass par exemple au sein d’un circuit de refroidissement d’un moteur.
Claims (10)
- Dispositif thermostatique (1) de régulation de la circulation d’un fluide, comprenant :
- un élément thermostatique (10), qui définit un axe (X-X) et qui comprend un piston (12), s’étendant en longueur suivant l’axe et destiné à être lié fixement à un boîtier (3) de canalisation du fluide, et un corps (11), sensiblement centré sur l’axe (X-X) et contenant une matière thermodilatable, le corps étant déplaçable selon l’axe par rapport au piston de manière à déployer le piston vis-à-vis du corps sous l’effet d’une dilatation de la matière thermodilatable, et
- un obturateur (20), qui est déplaçable selon l’axe (X-X) par rapport à un siège fixe (5.1) du boîtier (3) de manière à ouvrir et fermer un passage de circulation du fluide et qui est lié au corps (11) de l’élément thermostatique (10) de sorte que, lors de la dilatation de la matière thermodilatable, le corps de l’élément thermostatique entraîne axialement l’obturateur par rapport au siège fixe,
lequel obturateur (20) comprend à la fois un joint (21 ; 21’) souple, qui est adapté pour être appuyé de manière étanche contre le siège fixe (5.1) pour fermer le passage de circulation du fluide, et une armature (22) rigide, qui supporte fixement le joint,
laquelle armature (22) inclut une partie centrale (22.1), qui est montée autour du corps (11) de l’élément thermostatique (10) de manière à être entraînée par le corps de l’élément thermostatique lors de la dilatation de la matière thermodilatable, et une partie périphérique (22.2), qui est rabattue vers l’axe (X-X) en écrasant partiellement le joint (21 ; 21’),
caractérisé en ce que le joint (21 ; 21’) est maintenu en place sur l’armature (22) en étant appuyé, radialement à l’axe (X-X), directement contre le corps (11) de l’élément thermostatique (10). - Dispositif thermostatique suivant la revendication 1, dans lequel le corps (11) de l’élément thermostatique (10) inclut :
- un fût (11.1), qui est agencé axialement à l’opposé du piston (12) et dans lequel la matière thermodilatable est stockée,
- une collerette (11.2), qui borde une extrémité du fût, tournée axialement vers le piston, et
- un épaulement (11.3) qui relie la collerette à ladite extrémité du fût,
dans lequel la partie centrale (22.1) de l’armature (22) est montée autour du fût (11.1) et est agencée en interférence mécanique avec l’épaulement (11.3) suivant l’axe (X-X), et
dans lequel le joint (21 ; 21’) est monté autour et appuyé, radialement à l’axe (X-X), contre la collerette (11.2). - Dispositif thermostatique suivant la revendication 2, dans lequel le joint (21 ; 21’) est, par déformation, partiellement logé entre l’épaulement (11.3) et l’armature (22).
- Dispositif thermostatique suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’armature (22) inclut en outre une partie intermédiaire (22.3), qui relie l’une à l’autre la partie centrale (22.1) et la partie périphérique (22.2) de l’armature et qui, sur son côté tourné axialement vers le joint (21 ; 21’), présente une surface d’appui axial (22.3A) pour une région (21.2) du joint écrasée par la partie périphérique de l’armature.
- Dispositif thermostatique suivant la revendication 4, dans lequel la partie intermédiaire (22.3) de l’armature (22) présente, sur son côté tourné axialement vers le joint (21 ; 21’), un creux (22.3B) de réception d’une région renflée (21.4) du joint.
- Dispositif thermostatique suivant l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel la partie intermédiaire (22.3) de l’armature (22) présente, sur son côté tourné axialement à l’opposé du joint (21 ; 21’), un relief de centrage (22.3C) pour un ressort de rappel (7) prévu pour, lors d’une contraction de la matière thermodilatable, escamoter le piston (12) dans le corps (11) de l’élément thermostatique (10) et entraîner axialement l’obturateur (20) par rapport au siège fixe (5.1).
- Vanne thermostatique (2), comportant un boîtier (3) de canalisation d’un fluide et un dispositif thermostatique (1), qui est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes et dont le piston (12) de l’élément thermostatique (10) est lié fixement au boîtier (3) tandis que le joint (21 ; 21’) de l’obturateur (20) est entraîné conjointement avec le corps (11) de l’élément thermostatique et l’armature (22) de l’obturateur par rapport au boîtier de manière que le joint soit déplacé vis-à-vis d’un siège fixe (5.1) du boîtier pour ouvrir et fermer un passage de circulation du fluide.
- Procédé de fabrication d’un dispositif thermostatique (1) de régulation de la circulation d’un fluide, ce procédé comportant :
- une première étape d’assemblage, dans laquelle sont assemblés l’un à l’autre une armature (22) rigide d’un obturateur (20) et un élément thermostatique (10) qui définit un axe (X-X) et qui comprend un piston (12), s’étendant en longueur suivant l’axe, et un corps (11), sensiblement centré sur l’axe et contenant une matière thermodilatable, le corps étant déplaçable selon l’axe par rapport au piston de manière à déployer le piston vis-à-vis du corps sous l’effet d’une dilation de la matière thermodilatable, et dans laquelle une partie centrale (22.1) de l’armature (22) est montée autour du corps (11) de l’élément thermostatique (10) de manière à être entraînée par le corps de l’élément thermostatique lors de la dilatation de la matière thermodilatable,
- une seconde étape d’assemblage, dans laquelle un joint (21 ; 21’) souple est rapporté sur l’armature (22), autour du corps (11) de l’élément thermostatique (10), en étant en contact radial direct contre le corps de l’élément thermostatique, et
- une étape de sertissage, dans laquelle une partie périphérique (22.2) de l’armature (22) est rabattue par sertissage vers l’axe (X-X) de manière que le joint (21 ; 21’) soit à la fois partiellement écrasé par la partie périphérique de l’armature et appuyé, radialement à l’axe, directement contre le corps (11) de l’élément thermostatique (10). - Procédé suivant la revendication 8, dans lequel, avant d’être rapporté sur l’armature (22), le joint (21 ; 21’) présente un plan de symétrie (P) qui, lors de la seconde étape d’assemblage, s’étend perpendiculairement à l’axe (X-X).
- Procédé suivant l’une des revendications 8 ou 9, dans lequel, lors de la seconde étape d’assemblage, le joint (21 ; 21’) est emmanché serré autour du corps (11) de l’élément thermostatique (10).
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