CA2806027A1 - Ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique et procede de fabrication correspondant, ainsi que vanne thermostatique comportant un tel ensemble - Google Patents
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Abstract
Cet ensemble de chauffage comporte un tube thermoconducteur (42) à plonger dans une matière thermodilatable d'un élément thermostatique (4) d'une vanne, des moyens de chauffage électriques (6) disposés à l'intérieur du tube, et un boîtier monobloc (1 ) en une matière plastique, à travers lequel circule le fluide à réguler par la vanne et qui est solidaire d'une partie longitudinale terminale (44) du tube. Afin de rendre la solidarisation entre le boîtier et le tube à la fois résistante et adaptable avec précision à diverses géométhes d'ensemble de chauffage, et ce de manière économique, la partie terminale du tube comprend une extrémité libre (45) évasée vers l'extérieur, qui s'étend en saillie à la fois radialement et axialement depuis le reste de la partie terminale, tandis que le boîtier est surmoulé dans cette extrémité libre évasée, en incorporant par enrobage la connexion électrique entre les moyens de chauffage et une source de courant externe.
Description
ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT, AINSI QUE
VANNE THERMOSTATIQUE COMPORTANT UN TEL ENSEMBLE
La présente invention concerne un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel ensemble de chauffage.
Elle concerne également une vanne thermostatique comportant un tel ensemble de chauffage.
Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement des moteurs thermiques de véhicules, des vannes thermostatiques sont utilisées pour répartir un fluide entrant 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(s) obturateur(s) interne(s) est commandé par un élément thermostatique, c'est-à-dire un élément qui comprend une coupelle contenant une matière thermodilatable et un piston déplaçable en coulissement par rapport à la coupelle sous l'action de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate.
Pour répartir le fluide en fonction d'autres paramètres, notamment des conditions extérieures à la vanne comme la température ambiante ou la charge du véhicule propulsé par le moteur équipé de la vanne, il est connu d'intégrer à
la vanne un chauffage électrique de la matière thermodilatable, ce qui permet de piloter la vanne depuis l'extérieur de celle-ci, indépendamment ou en complément de la température du fluide entrant, notamment au moyen d'un calculateur embarqué dans le véhicule et programmé de façon appropriée. En pratique, des moyens de chauffage électriques, tels qu'une résistance chauffante, sont agencés à l'intérieur du piston précité ou d'un tube analogue : en immobilisant, par exemple, le piston au boîtier externe de la vanne, l'alimentation électrique de la résistance provoque une montée en température de la matière thermodilatable, ce qui entraîne, par dilatation de cette dernière, le coulissement de la coupelle autour du piston, un obturateur étant porté par cette coupelle pour agir sur la circulation du fluide à travers la vanne.
Pour alimenter électriquement les moyens de chauffage, une possibilité
connue consiste à munir de connecteurs le boîtier de vanne, pour raccorder électriquement des fils de conduction électrique, appartenant aux moyens de chauffage, et des plots d'alimentation raccordés à une source de courant externe. 2 Dans ce contexte, DE-A-103 03 133 a proposé de renforcer la résistance mécanique de la solidarisation entre le boîtier et le tube, en réalisant au moins en partie ce boîtier par moulage d'une matière plastique injectée de part et d'autre d'une bride plate, prévue à l'extrémité du tube dans un plan radial à cette extrémité de tube. Cette solution radicale s'avère en pratique difficile à
réaliser, dans le sens où elle nécessite de disposer de moules d'injection adaptés, à la fois, à chacune des formes et tailles envisageables pour le tube et au positionnement axial précis que l'on souhaite obtenir pour le tube par rapport au boîtier. Le coût du moulage devient donc rédhibitoire pour satisfaire différentes géométries boîtiers.
Le but de la présente invention est de proposer un ensemble de chauffage dont la solidarisation entre son tube et son boîtier est à la fois résistante et adaptable avec précision à diverses géométries d'ensembles de chauffage, tout en étant économique à réaliser.
A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, tel que défini à la revendication 1.
L'idée à la base de l'invention est de ne pas chercher à réaliser le boîtier en enrobant de matière plastique toute la partie terminale du tube, ce qui est rudimentaire, et peu précis, mais de surmouler l'intérieur de l'extrémité
libre du tube, évasée de manière spécifique. Pour ce faire, cette extrémité évasée présente une face de surmoulage, tournée à l'opposé du reste du tube, incluant des composantes à la fois radiale et axiale par rapport à l'axe du tube : la composante radiale de l'interface de surmoulage entre le tube et le boîtier permet une bonne transmission des contraintes axiales, ce qui évite, en service, que le tube n'endommage le boîtier, notamment en le cisaillant, tandis que la composante axiale de cette interface permet, d'une part, d'améliorer le positionnement transversal du boîtier, notamment en facilitant le placement de moules d'injection de la matière plastique du boîtier, et, d'autre part, d'encaisser des contraintes transversales.
Grâce à la disposition avantageuse conforme à la revendication dépendante 2, l'extrémité évasée du tube peut ainsi servir de référence fiable et précise pour imposer le positionnement axial relatif du boîtier lors de son moulage, moyennant un ajustement correspondant de moules d'injection. Autrement dit, c'est l'outillage de moulage qui donne au tube sa longueur fonctionnelle utile, en 3 maîtrisant précisément le positionnement axial relatif du tube et du boîtier, ce qui évite de prévoir des moyens de réglage rapportés, tels que des systèmes de réglage par vissage, des cales ajoutées, etc.
Grâce aux dispositions avantageuses conformes à la revendication dépendante 3, le joint, qui est défini à cette revendication et qui, en pratique, est un joint de forme, permet d'étancher l'intérieur du tube. En outre, la fermeture du moule d'injection du boîtier peut se faire sur ce joint, ce qui permet d'accommoder les dispersions du positionnement axial relatif du tube.
D'autres caractéristiques avantageuses de l'ensemble de chauffage conforme à l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont spécifiées aux revendications dépendantes 4 à 7.
L'invention a également pour objet une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, telle que définie à la revendication 8.
L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, tel que défini à la revendication 9.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer un ensemble de chauffage tel que défini plus haut.
Des caractéristiques avantageuses de ce procédé sont spécifiées à la revendication dépendante 10.
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 :
- la figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne thermostatique conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble de chauffage appartenant à la vanne de la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 sont des coupes selon respectivement le plan III de la figure 2 et la ligne IV-IV de la figure 3 Sur la figure 1 est représentée une vanne thermostatique comportant un boîtier 1 en matière plastique, dans lequel est destiné à circuler, de manière régulée par les autres composants de la vanne, un fluide, notamment un liquide de refroidissement lorsque la vanne appartient à un circuit de refroidissement pour 4 un moteur thermique.
Le boîtier 1 comprend un corps principal monobloc 11 tubulaire, ici de forme globalement rectiligne et centrée autour d'un axe X-X appartenant au plan de coupe de la figure 1. En service, le fluide précité s'écoule à travers le corps 11, entre ses deux extrémités longitudinales, en étant régulé, ici au niveau d'une de ces extrémités , par un clapet d'obturation 2 centré sur l'axe X-X et déplaçable en translation selon cet axe : lorsque ce clapet est appuyé de manière étanche contre un siège 12 délimité par l'extrémité précitée du corps 11 , comme représenté
sur la figure 1, l'écoulement du fluide est interrompu, tandis que, lorsque le clapet 2 est écarté du siège 12, le fluide peut circuler librement autour du clapet et ainsi entrer dans ou sortir du corps 11.
En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables en ce qui concerne le corps 11 et le clapet 2, sans être limitatives de l'invention.
Avantageusement, le boîtier 1 comprend une bride annulaire 13 entourant de façon orthoradiale le corps 11, en étant réalisé de façon monobloc avec ce corps.
Comme bien visible sur les figures 1 à 3, cette bride 13 est munie de deux inserts rapportés 7 métalliques, permettant de fixer le boîtier 1 à une structure porteuse non représentée. Dans l'exemple représenté, chacun de ces inserts 7 se présente sous la forme d'une bague fendue, à travers laquelle il est prévu d'enfiler une vis dont la tête vient buter contre le chant d'extrémité de la bague.
D'autres formes de réalisation sont possibles pour ces inserts métalliques 7 du moment qu'ils supportent sans endommagement les contraintes de fixation du boîtier 1, plutôt que ce dernier ne supporte directement ces contraintes, avec le risque que sa matière plastique ne soit endommagée, par exemple par fluage ou par rupture.
Pour commander le déplacement du clapet 2, la vanne thermostatique comporte un élément thermostatique 4 comprenant, de manière bien connue dans le domaine, d'une part une coupelle 41, qui contient une matière thermodilatable, non visible sur les figures, et autour de laquelle est solidarisé fixement le clapet 2, par exemple par emmanchement, et d'autre part un piston 42, qui plonge en partie dans la coupelle 41 et qui est déplaçable en translation suivant son axe longitudinal central sous l'action de la dilatation de la matière thermodilatable contenue dans cette coupelle. L'élément thermostatique est agencé vis-à-vis du boîtier 1 de telle sorte que, d'une part, son piston 42 est centré sur l'axe X-X et, d'autre part, ce piston est lié fixement au corps 11, ici au niveau d'un pont de matière plastique 14 qui est d'une seule pièce avec le corps 11 et qui relie, en travers du corps 11, deux zones diamétralement opposées de ce corps, comme visible sur la figure 3 et comme spécifié plus en détail ci-après. Ainsi, en service, le piston 42 est fixe par rapport au boîtier 1, tandis que la coupelle 41 et le clapet 2 qu'elle porte sont déplaçables suivant l'axe X-X par rapport au boîtier, sous l'effet de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate, ou bien, lorsque cette matière se contracte, sous l'effet opposé d'un ressort de rappel 5 interposé
entre le clapet 2 et un étrier 3 qui, en service, est lié fixement à deux pattes 15 venues de matière avec la bride 13.
Par commodité, la suite de la description est orientée par rapport à l'axe X-X : les termes inférieur et bas qualifient une direction axiale dirigée vers la coupelle 41 de l'élément thermostatique 4, tandis que les termes supérieur et haut qualifient une direction de sens opposé.
La vanne thermostatique comprend une résistance chauffante électrique 6 qui, comme montré en pointillés sur la figure 1, est agencée à l'intérieur du piston 42, réalisé à cette fin sous forme d'un tube métallique, ici à base circulaire, de manière que le corps principal chauffant 61 de cette résistance occupe la partie terminale inférieure 43 du piston 42, c'est-à-dire sa partie terminale plongeant dans la coupelle 41, afin que le corps chauffant 61 puisse chauffer la matière thermodilatable contenue dans cette coupelle.
Dans sa partie terminale supérieure 44, le piston 42 est conformé avec une extrémité libre 45 évasée vers l'extérieur : comme bien visible sur les figures 1 et 4, cette extrémité évasée 45 est constituée d'une collerette annulaire 46, centrée sur l'axe X-X, et d'une paroi épaulée 47, inscrite dans un plan perpendiculaire à
l'axe X-X et reliant ainsi radialement l'extrémité inférieure de la collerette 46 à
l'extrémité supérieure du reste de la partie terminale 44. Avantageusement, la collerette 46 et la paroi épaulée 47 sont ici monobloc avec le reste de la partie terminale 44, en étant notamment obtenues par emboutissage de l'extrémité
libre 45.
La partie terminale 44 du piston 42 est solidarisée au boîtier 1, avec 6 interposition d'un joint d'étanchéité 8. Plus précisément, le pont transversal 14 du corps 11 est lié solidairement à la partie terminale de piston 44 par surmoulage de cette dernière, en s'étendant axialement depuis un seul côté axial de cette partie terminale de piston 44 : le pont transversal 14 inclut ainsi un pion inférieur occupant le volume interne de la partie terminale de piston 44, comme bien visible sur la figure 4.
Ce pion 16 enrobe la partie périphérique intérieure 82 du corps annulaire 81 du joint 8, tandis que la partie périphérique extérieure 83 du corps de joint 81 est enrobée par le reste de la face inférieure du pont transversal 14. Le corps 81 du joint 8 est muni d'une rainure inférieure 85, qui est creusée vers le haut depuis la face inférieure du corps 81, radialement entre ses parties 82 et 83. Cette rainure 85 est dimensionnée pour recevoir de manière complémentaire la collerette 46 de l'extrémité libre évasée 45 du piston 42, comme montré sur les figures 1 et 4.
Pour fabriquer l'ensemble de chauffage des figures 2 à 4 à partir du piston 42, notamment avec sa partie terminale 44 évasée vers l'extérieur au niveau de son extrémité libre 45, on rapporte le joint 8 sur l'extrémité libre évasée 45, en enfilant la collerette 46 à l'intérieur de la rainure 85. La partie 83 du corps de joint 81 entoure alors extérieurement la collerette 46 tandis que la partie de joint s'appuie axialement contre une partie de la paroi épaulée 47. On place ensuite le piston 42, muni du joint 8, dans un moule d'injection de matière plastique M
représenté uniquement de manière partielle et schématique dans la partie gauche de la figure 4 : ce moule M est appuyé de manière étanche contre la partie de joint 83 de manière que ce moule se trouve ainsi fermé sur le joint 8. De la matière plastique est alors injectée à l'intérieur du moule, en vue de mouler le boîtier 1 par surmoulage de la partie terminale 44 du piston 42 : la matière plastique se répand à l'intérieur de cette partie de piston 44 et enrobe la partie de joint 82, formant ainsi le pion 16 du pont transversal 14, tandis que le reste de ce pont 14, le corps 11 et la bride 13 sont conjointement formés par le reste de la matière plastique injectée dans le moule M, avantageusement en surmoulant la bride 13 directement autour des inserts 7 placés préalablement dans le moule.
En vue de connecter électriquement la résistance chauffante 6 et une source de courant externe, deux fils de conduction électrique 62 provenant du corps principal chauffant 61 sont respectivement raccordés électriquement à
des plots de connexion 9 dont les extrémités libres 91 sont accessibles à
l'extérieur du boîtier 1 pour être branchés à la source de courant externe précitée. En pratique, avant le surmoulage du boîtier 1, le corps chauffant 61 est placé à
l'intérieur de la partie terminale 43 du piston 42 de manière que les fils 62, qui sont raccordés à ce corps chauffant 61, voire en constituent les extrémités, s'étendent jusqu'à
l'extérieur du piston 42, en passant par la partie terminale 44 d'où ils émergent vers le haut, comme représenté sur la figure 4, en présentant des extrémités libres respectives 63 montrées à la figure 3. Ces extrémités libres 63 sont raccordées, par exemple par soudage ou par brasage, à une extrémité 92 des plots 9, opposée à leur extrémité 91. Puis, lors de la réalisation du boîtier 1 par surmoulage, la matière plastique injectée pour constituer le pont transversal enrobe les parties des fils 62 situées au niveau de la partie de piston 44, tout en prolongeant ce pont à l'extérieur du corps 11, en formant un bras de matière plastique saillant 17 qui enrobe les extrémités de fil 63 et les extrémités de plot 92.
Les extrémités de plot 91 sont laissées nues, en étant avantageusement entourées à distance par une base 18 de branchement de la source de courant externe, laquelle base 18 est venue de moulage à l'extrémité libre du bras 17.
En pratique, l'enrobage des extrémités de fil 63 et des extrémités de plot 92, préalablement raccordées électriquement les unes aux autres, peut être réalisé directement autour de ces extrémités, par injection de la matière plastique formant le bras 17 conjointement avec le reste du boîtier 1. Ou bien, pour limiter les risques d'endommager la connexion sous la pression de la matière plastique injectée, une pré-injection peut être préalablement réalisée localement pour envelopper le raccordement entre les fils 62 et les plots 9, de préférence dans le même moule que l'injection principale ultérieure. Dans tous les cas, cette connexion se trouve incorporée dans la masse plastique du boîtier 1, au sein du bras 17 de ce dernier.
Lorsque la vanne thermostatique est en service, le piston 42 est pressé
contre le pont transversal 14 sous l'action de l'élément thermostatique 4 et du ressort de rappel 5 : les contraintes axiales correspondantes sont transmises à
travers la face supérieure 47A de la paroi épaulée 47. La dimension radiale importante de cette face 47A garantit une transmission d'effort fiable, sans endommagement du pont 14 et, plus généralement, du boîtier 1. Par ailleurs, le joint 8 étanche l'intérieur du piston 42 vis-à-vis du fluide circulant dans le corps 11 du boîtier 1.
De plus, on comprend que le positionnement axial du piston 42 par rapport au boîtier 1 est directement dépendant de la cote d'outil du moule de surmoulage M, associée à une butée correspondante prévue sur l'extrémité inférieure du piston. Or, ce positionnement axial relatif est déterminant pour que l'élément thermostatique 4 et le ressort de rappel 5 fonctionnent dans une plage de contraintes axiales prédéterminées vis-à-vis du boîtier 1. Grâce au fait que le boîtier 1 est surmoulé, le positionnement d'un piston 42 est maîtrisé sans avoir à
intégrer des systèmes de réglage supplémentaires au sein de la vanne thermostatique, tels que des systèmes par vissage, des cales ajoutées, etc. En outre, dans la mesure où le moule d'injection M est fermé sur le joint 8, des dispersions de ce positionnement relatif, typiquement de l'ordre de + 0,5 mm, peuvent être accommodées par le joint, plus précisément par écrasement axial du joint.
Moyennant un ajustement du positionnement axial relatif entre le boîtier 1 et le piston 42 lors du moulage du boîtier, l'ensemble de chauffage peut être fabriqué
de manière précise avec différentes géométries, tout en garantissant une bonne tenue mécanique du boîtier, et ce avec un coût de fabrication faible.
Divers aménagements et variantes à l'ensemble de chauffage et à la vanne thermostatique décrits jusqu'ici sont par ailleurs envisageables. A titre d'exemples :
- dans la forme de réalisation présentée jusqu'ici, le boîtier monobloc 1, qui est rapporté par surmoulage dans la partie terminale 44 du tube 42 et qui incorpore la connexion électrique entre les extrémités 63 des fils 62 et les extrémités 92 des plots de branchement 9, constitue la totalité du boîtier externe de la vanne représentée ; en variante, ce boîtier monobloc peut ne correspondre qu'a une partie seulement du boîtier de vanne, en étant notamment prévu pour être assemblé à un autre élément de boîtier ad hoc;
- le boîtier 1 peut être rapporté par surmoulage dans l'extrémité libre évasée 45 du piston 42, sans interposition d'un joint partiellement enrobé, tel que le joint 8; dans ce cas, l'étanchéité du piston peut être renforcée par un joint9 rapporté après moulage du boîtier ; et/ou - dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, le tube de la cartouche chauffante, dans lequel est agencée la résistance chauffante 6, constitue le piston 42 de l'élément thermostatique 4; pour d'autres formes de construction de vannes thermostatiques, ce tube de la cartouche chauffante et le piston de l'élément thermostatique, dont la matière thermodilatable est chauffée par la résistance chauffante appartenant à l'ensemble de chauffage, peuvent consister en deux pièces distinctes ; dans ce cas, généralement, le tube de l'ensemble de chauffage s'étend à travers le fond de la coupelle de l'élément thermostatique, à l'opposé du piston de cet élément.
VANNE THERMOSTATIQUE COMPORTANT UN TEL ENSEMBLE
La présente invention concerne un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel ensemble de chauffage.
Elle concerne également une vanne thermostatique comportant un tel ensemble de chauffage.
Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement des moteurs thermiques de véhicules, des vannes thermostatiques sont utilisées pour répartir un fluide entrant 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(s) obturateur(s) interne(s) est commandé par un élément thermostatique, c'est-à-dire un élément qui comprend une coupelle contenant une matière thermodilatable et un piston déplaçable en coulissement par rapport à la coupelle sous l'action de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate.
Pour répartir le fluide en fonction d'autres paramètres, notamment des conditions extérieures à la vanne comme la température ambiante ou la charge du véhicule propulsé par le moteur équipé de la vanne, il est connu d'intégrer à
la vanne un chauffage électrique de la matière thermodilatable, ce qui permet de piloter la vanne depuis l'extérieur de celle-ci, indépendamment ou en complément de la température du fluide entrant, notamment au moyen d'un calculateur embarqué dans le véhicule et programmé de façon appropriée. En pratique, des moyens de chauffage électriques, tels qu'une résistance chauffante, sont agencés à l'intérieur du piston précité ou d'un tube analogue : en immobilisant, par exemple, le piston au boîtier externe de la vanne, l'alimentation électrique de la résistance provoque une montée en température de la matière thermodilatable, ce qui entraîne, par dilatation de cette dernière, le coulissement de la coupelle autour du piston, un obturateur étant porté par cette coupelle pour agir sur la circulation du fluide à travers la vanne.
Pour alimenter électriquement les moyens de chauffage, une possibilité
connue consiste à munir de connecteurs le boîtier de vanne, pour raccorder électriquement des fils de conduction électrique, appartenant aux moyens de chauffage, et des plots d'alimentation raccordés à une source de courant externe. 2 Dans ce contexte, DE-A-103 03 133 a proposé de renforcer la résistance mécanique de la solidarisation entre le boîtier et le tube, en réalisant au moins en partie ce boîtier par moulage d'une matière plastique injectée de part et d'autre d'une bride plate, prévue à l'extrémité du tube dans un plan radial à cette extrémité de tube. Cette solution radicale s'avère en pratique difficile à
réaliser, dans le sens où elle nécessite de disposer de moules d'injection adaptés, à la fois, à chacune des formes et tailles envisageables pour le tube et au positionnement axial précis que l'on souhaite obtenir pour le tube par rapport au boîtier. Le coût du moulage devient donc rédhibitoire pour satisfaire différentes géométries boîtiers.
Le but de la présente invention est de proposer un ensemble de chauffage dont la solidarisation entre son tube et son boîtier est à la fois résistante et adaptable avec précision à diverses géométries d'ensembles de chauffage, tout en étant économique à réaliser.
A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, tel que défini à la revendication 1.
L'idée à la base de l'invention est de ne pas chercher à réaliser le boîtier en enrobant de matière plastique toute la partie terminale du tube, ce qui est rudimentaire, et peu précis, mais de surmouler l'intérieur de l'extrémité
libre du tube, évasée de manière spécifique. Pour ce faire, cette extrémité évasée présente une face de surmoulage, tournée à l'opposé du reste du tube, incluant des composantes à la fois radiale et axiale par rapport à l'axe du tube : la composante radiale de l'interface de surmoulage entre le tube et le boîtier permet une bonne transmission des contraintes axiales, ce qui évite, en service, que le tube n'endommage le boîtier, notamment en le cisaillant, tandis que la composante axiale de cette interface permet, d'une part, d'améliorer le positionnement transversal du boîtier, notamment en facilitant le placement de moules d'injection de la matière plastique du boîtier, et, d'autre part, d'encaisser des contraintes transversales.
Grâce à la disposition avantageuse conforme à la revendication dépendante 2, l'extrémité évasée du tube peut ainsi servir de référence fiable et précise pour imposer le positionnement axial relatif du boîtier lors de son moulage, moyennant un ajustement correspondant de moules d'injection. Autrement dit, c'est l'outillage de moulage qui donne au tube sa longueur fonctionnelle utile, en 3 maîtrisant précisément le positionnement axial relatif du tube et du boîtier, ce qui évite de prévoir des moyens de réglage rapportés, tels que des systèmes de réglage par vissage, des cales ajoutées, etc.
Grâce aux dispositions avantageuses conformes à la revendication dépendante 3, le joint, qui est défini à cette revendication et qui, en pratique, est un joint de forme, permet d'étancher l'intérieur du tube. En outre, la fermeture du moule d'injection du boîtier peut se faire sur ce joint, ce qui permet d'accommoder les dispersions du positionnement axial relatif du tube.
D'autres caractéristiques avantageuses de l'ensemble de chauffage conforme à l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont spécifiées aux revendications dépendantes 4 à 7.
L'invention a également pour objet une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, telle que définie à la revendication 8.
L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, tel que défini à la revendication 9.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer un ensemble de chauffage tel que défini plus haut.
Des caractéristiques avantageuses de ce procédé sont spécifiées à la revendication dépendante 10.
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 :
- la figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne thermostatique conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble de chauffage appartenant à la vanne de la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 sont des coupes selon respectivement le plan III de la figure 2 et la ligne IV-IV de la figure 3 Sur la figure 1 est représentée une vanne thermostatique comportant un boîtier 1 en matière plastique, dans lequel est destiné à circuler, de manière régulée par les autres composants de la vanne, un fluide, notamment un liquide de refroidissement lorsque la vanne appartient à un circuit de refroidissement pour 4 un moteur thermique.
Le boîtier 1 comprend un corps principal monobloc 11 tubulaire, ici de forme globalement rectiligne et centrée autour d'un axe X-X appartenant au plan de coupe de la figure 1. En service, le fluide précité s'écoule à travers le corps 11, entre ses deux extrémités longitudinales, en étant régulé, ici au niveau d'une de ces extrémités , par un clapet d'obturation 2 centré sur l'axe X-X et déplaçable en translation selon cet axe : lorsque ce clapet est appuyé de manière étanche contre un siège 12 délimité par l'extrémité précitée du corps 11 , comme représenté
sur la figure 1, l'écoulement du fluide est interrompu, tandis que, lorsque le clapet 2 est écarté du siège 12, le fluide peut circuler librement autour du clapet et ainsi entrer dans ou sortir du corps 11.
En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables en ce qui concerne le corps 11 et le clapet 2, sans être limitatives de l'invention.
Avantageusement, le boîtier 1 comprend une bride annulaire 13 entourant de façon orthoradiale le corps 11, en étant réalisé de façon monobloc avec ce corps.
Comme bien visible sur les figures 1 à 3, cette bride 13 est munie de deux inserts rapportés 7 métalliques, permettant de fixer le boîtier 1 à une structure porteuse non représentée. Dans l'exemple représenté, chacun de ces inserts 7 se présente sous la forme d'une bague fendue, à travers laquelle il est prévu d'enfiler une vis dont la tête vient buter contre le chant d'extrémité de la bague.
D'autres formes de réalisation sont possibles pour ces inserts métalliques 7 du moment qu'ils supportent sans endommagement les contraintes de fixation du boîtier 1, plutôt que ce dernier ne supporte directement ces contraintes, avec le risque que sa matière plastique ne soit endommagée, par exemple par fluage ou par rupture.
Pour commander le déplacement du clapet 2, la vanne thermostatique comporte un élément thermostatique 4 comprenant, de manière bien connue dans le domaine, d'une part une coupelle 41, qui contient une matière thermodilatable, non visible sur les figures, et autour de laquelle est solidarisé fixement le clapet 2, par exemple par emmanchement, et d'autre part un piston 42, qui plonge en partie dans la coupelle 41 et qui est déplaçable en translation suivant son axe longitudinal central sous l'action de la dilatation de la matière thermodilatable contenue dans cette coupelle. L'élément thermostatique est agencé vis-à-vis du boîtier 1 de telle sorte que, d'une part, son piston 42 est centré sur l'axe X-X et, d'autre part, ce piston est lié fixement au corps 11, ici au niveau d'un pont de matière plastique 14 qui est d'une seule pièce avec le corps 11 et qui relie, en travers du corps 11, deux zones diamétralement opposées de ce corps, comme visible sur la figure 3 et comme spécifié plus en détail ci-après. Ainsi, en service, le piston 42 est fixe par rapport au boîtier 1, tandis que la coupelle 41 et le clapet 2 qu'elle porte sont déplaçables suivant l'axe X-X par rapport au boîtier, sous l'effet de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate, ou bien, lorsque cette matière se contracte, sous l'effet opposé d'un ressort de rappel 5 interposé
entre le clapet 2 et un étrier 3 qui, en service, est lié fixement à deux pattes 15 venues de matière avec la bride 13.
Par commodité, la suite de la description est orientée par rapport à l'axe X-X : les termes inférieur et bas qualifient une direction axiale dirigée vers la coupelle 41 de l'élément thermostatique 4, tandis que les termes supérieur et haut qualifient une direction de sens opposé.
La vanne thermostatique comprend une résistance chauffante électrique 6 qui, comme montré en pointillés sur la figure 1, est agencée à l'intérieur du piston 42, réalisé à cette fin sous forme d'un tube métallique, ici à base circulaire, de manière que le corps principal chauffant 61 de cette résistance occupe la partie terminale inférieure 43 du piston 42, c'est-à-dire sa partie terminale plongeant dans la coupelle 41, afin que le corps chauffant 61 puisse chauffer la matière thermodilatable contenue dans cette coupelle.
Dans sa partie terminale supérieure 44, le piston 42 est conformé avec une extrémité libre 45 évasée vers l'extérieur : comme bien visible sur les figures 1 et 4, cette extrémité évasée 45 est constituée d'une collerette annulaire 46, centrée sur l'axe X-X, et d'une paroi épaulée 47, inscrite dans un plan perpendiculaire à
l'axe X-X et reliant ainsi radialement l'extrémité inférieure de la collerette 46 à
l'extrémité supérieure du reste de la partie terminale 44. Avantageusement, la collerette 46 et la paroi épaulée 47 sont ici monobloc avec le reste de la partie terminale 44, en étant notamment obtenues par emboutissage de l'extrémité
libre 45.
La partie terminale 44 du piston 42 est solidarisée au boîtier 1, avec 6 interposition d'un joint d'étanchéité 8. Plus précisément, le pont transversal 14 du corps 11 est lié solidairement à la partie terminale de piston 44 par surmoulage de cette dernière, en s'étendant axialement depuis un seul côté axial de cette partie terminale de piston 44 : le pont transversal 14 inclut ainsi un pion inférieur occupant le volume interne de la partie terminale de piston 44, comme bien visible sur la figure 4.
Ce pion 16 enrobe la partie périphérique intérieure 82 du corps annulaire 81 du joint 8, tandis que la partie périphérique extérieure 83 du corps de joint 81 est enrobée par le reste de la face inférieure du pont transversal 14. Le corps 81 du joint 8 est muni d'une rainure inférieure 85, qui est creusée vers le haut depuis la face inférieure du corps 81, radialement entre ses parties 82 et 83. Cette rainure 85 est dimensionnée pour recevoir de manière complémentaire la collerette 46 de l'extrémité libre évasée 45 du piston 42, comme montré sur les figures 1 et 4.
Pour fabriquer l'ensemble de chauffage des figures 2 à 4 à partir du piston 42, notamment avec sa partie terminale 44 évasée vers l'extérieur au niveau de son extrémité libre 45, on rapporte le joint 8 sur l'extrémité libre évasée 45, en enfilant la collerette 46 à l'intérieur de la rainure 85. La partie 83 du corps de joint 81 entoure alors extérieurement la collerette 46 tandis que la partie de joint s'appuie axialement contre une partie de la paroi épaulée 47. On place ensuite le piston 42, muni du joint 8, dans un moule d'injection de matière plastique M
représenté uniquement de manière partielle et schématique dans la partie gauche de la figure 4 : ce moule M est appuyé de manière étanche contre la partie de joint 83 de manière que ce moule se trouve ainsi fermé sur le joint 8. De la matière plastique est alors injectée à l'intérieur du moule, en vue de mouler le boîtier 1 par surmoulage de la partie terminale 44 du piston 42 : la matière plastique se répand à l'intérieur de cette partie de piston 44 et enrobe la partie de joint 82, formant ainsi le pion 16 du pont transversal 14, tandis que le reste de ce pont 14, le corps 11 et la bride 13 sont conjointement formés par le reste de la matière plastique injectée dans le moule M, avantageusement en surmoulant la bride 13 directement autour des inserts 7 placés préalablement dans le moule.
En vue de connecter électriquement la résistance chauffante 6 et une source de courant externe, deux fils de conduction électrique 62 provenant du corps principal chauffant 61 sont respectivement raccordés électriquement à
des plots de connexion 9 dont les extrémités libres 91 sont accessibles à
l'extérieur du boîtier 1 pour être branchés à la source de courant externe précitée. En pratique, avant le surmoulage du boîtier 1, le corps chauffant 61 est placé à
l'intérieur de la partie terminale 43 du piston 42 de manière que les fils 62, qui sont raccordés à ce corps chauffant 61, voire en constituent les extrémités, s'étendent jusqu'à
l'extérieur du piston 42, en passant par la partie terminale 44 d'où ils émergent vers le haut, comme représenté sur la figure 4, en présentant des extrémités libres respectives 63 montrées à la figure 3. Ces extrémités libres 63 sont raccordées, par exemple par soudage ou par brasage, à une extrémité 92 des plots 9, opposée à leur extrémité 91. Puis, lors de la réalisation du boîtier 1 par surmoulage, la matière plastique injectée pour constituer le pont transversal enrobe les parties des fils 62 situées au niveau de la partie de piston 44, tout en prolongeant ce pont à l'extérieur du corps 11, en formant un bras de matière plastique saillant 17 qui enrobe les extrémités de fil 63 et les extrémités de plot 92.
Les extrémités de plot 91 sont laissées nues, en étant avantageusement entourées à distance par une base 18 de branchement de la source de courant externe, laquelle base 18 est venue de moulage à l'extrémité libre du bras 17.
En pratique, l'enrobage des extrémités de fil 63 et des extrémités de plot 92, préalablement raccordées électriquement les unes aux autres, peut être réalisé directement autour de ces extrémités, par injection de la matière plastique formant le bras 17 conjointement avec le reste du boîtier 1. Ou bien, pour limiter les risques d'endommager la connexion sous la pression de la matière plastique injectée, une pré-injection peut être préalablement réalisée localement pour envelopper le raccordement entre les fils 62 et les plots 9, de préférence dans le même moule que l'injection principale ultérieure. Dans tous les cas, cette connexion se trouve incorporée dans la masse plastique du boîtier 1, au sein du bras 17 de ce dernier.
Lorsque la vanne thermostatique est en service, le piston 42 est pressé
contre le pont transversal 14 sous l'action de l'élément thermostatique 4 et du ressort de rappel 5 : les contraintes axiales correspondantes sont transmises à
travers la face supérieure 47A de la paroi épaulée 47. La dimension radiale importante de cette face 47A garantit une transmission d'effort fiable, sans endommagement du pont 14 et, plus généralement, du boîtier 1. Par ailleurs, le joint 8 étanche l'intérieur du piston 42 vis-à-vis du fluide circulant dans le corps 11 du boîtier 1.
De plus, on comprend que le positionnement axial du piston 42 par rapport au boîtier 1 est directement dépendant de la cote d'outil du moule de surmoulage M, associée à une butée correspondante prévue sur l'extrémité inférieure du piston. Or, ce positionnement axial relatif est déterminant pour que l'élément thermostatique 4 et le ressort de rappel 5 fonctionnent dans une plage de contraintes axiales prédéterminées vis-à-vis du boîtier 1. Grâce au fait que le boîtier 1 est surmoulé, le positionnement d'un piston 42 est maîtrisé sans avoir à
intégrer des systèmes de réglage supplémentaires au sein de la vanne thermostatique, tels que des systèmes par vissage, des cales ajoutées, etc. En outre, dans la mesure où le moule d'injection M est fermé sur le joint 8, des dispersions de ce positionnement relatif, typiquement de l'ordre de + 0,5 mm, peuvent être accommodées par le joint, plus précisément par écrasement axial du joint.
Moyennant un ajustement du positionnement axial relatif entre le boîtier 1 et le piston 42 lors du moulage du boîtier, l'ensemble de chauffage peut être fabriqué
de manière précise avec différentes géométries, tout en garantissant une bonne tenue mécanique du boîtier, et ce avec un coût de fabrication faible.
Divers aménagements et variantes à l'ensemble de chauffage et à la vanne thermostatique décrits jusqu'ici sont par ailleurs envisageables. A titre d'exemples :
- dans la forme de réalisation présentée jusqu'ici, le boîtier monobloc 1, qui est rapporté par surmoulage dans la partie terminale 44 du tube 42 et qui incorpore la connexion électrique entre les extrémités 63 des fils 62 et les extrémités 92 des plots de branchement 9, constitue la totalité du boîtier externe de la vanne représentée ; en variante, ce boîtier monobloc peut ne correspondre qu'a une partie seulement du boîtier de vanne, en étant notamment prévu pour être assemblé à un autre élément de boîtier ad hoc;
- le boîtier 1 peut être rapporté par surmoulage dans l'extrémité libre évasée 45 du piston 42, sans interposition d'un joint partiellement enrobé, tel que le joint 8; dans ce cas, l'étanchéité du piston peut être renforcée par un joint9 rapporté après moulage du boîtier ; et/ou - dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, le tube de la cartouche chauffante, dans lequel est agencée la résistance chauffante 6, constitue le piston 42 de l'élément thermostatique 4; pour d'autres formes de construction de vannes thermostatiques, ce tube de la cartouche chauffante et le piston de l'élément thermostatique, dont la matière thermodilatable est chauffée par la résistance chauffante appartenant à l'ensemble de chauffage, peuvent consister en deux pièces distinctes ; dans ce cas, généralement, le tube de l'ensemble de chauffage s'étend à travers le fond de la coupelle de l'élément thermostatique, à l'opposé du piston de cet élément.
Claims (10)
1.- Ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, comportant :
- un tube thermoconducteur (42), présentant un axe central longitudinal (X-X) et adapté pour être plongé dans une matière thermodilatable d'un élément thermostatique (4) de la vanne, - des moyens de chauffage électriques (6) disposés à l'intérieur du tube, et - un boîtier monobloc (1) en une matière plastique, à travers lequel le fluide circule et qui est solidaire d'une partie longitudinale terminale (44) du tube, caractérisé en ce que la partie terminale (44) du tube (42) comprend une extrémité
libre (45) évasée vers l'extérieur, qui s'étend en saillie à la fois radialement et axialement depuis le reste de la partie terminale, et en ce que le boîtier (1) est surmoulé dans cette extrémité libre évasée (45), en incorporant par enrobage la connexion électrique entre les moyens de chauffage (6) et une source de courant externe.
- un tube thermoconducteur (42), présentant un axe central longitudinal (X-X) et adapté pour être plongé dans une matière thermodilatable d'un élément thermostatique (4) de la vanne, - des moyens de chauffage électriques (6) disposés à l'intérieur du tube, et - un boîtier monobloc (1) en une matière plastique, à travers lequel le fluide circule et qui est solidaire d'une partie longitudinale terminale (44) du tube, caractérisé en ce que la partie terminale (44) du tube (42) comprend une extrémité
libre (45) évasée vers l'extérieur, qui s'étend en saillie à la fois radialement et axialement depuis le reste de la partie terminale, et en ce que le boîtier (1) est surmoulé dans cette extrémité libre évasée (45), en incorporant par enrobage la connexion électrique entre les moyens de chauffage (6) et une source de courant externe.
2.- Ensemble de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (1) s'étend axialement depuis un seul côté axial de la partie terminale (44).
3.- Ensemble de chauffage suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'elle comporte également un joint d'étanchéité (8), de préférence unique, qui, à la fois, entoure l'extrémité libre évasée (45) et est interposé entre cette extrémité libre évasée et le boîtier (1).
4.- Ensemble de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre évasée (45) inclut une collerette annulaire (46), sensiblement centrée sur l'axe (X-X) du tube (42), et une paroi épaulée (47) reliant transversalement la collerette au reste de la partie terminale (44).
5.- Ensemble de chauffage suivant les revendications 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce que le joint (8) comporte un corps annulaire (81) délimitant une rainure (85) conformée pour recevoir de manière complémentaire la collerette (46).
6.- Ensemble de chauffage suivant l'une des revendications 4 ou 5, 11 caractérisé en ce que la paroi épaulée (47) est au moins partiellement inscrite dans un plan perpendiculaire à l'axe (X-X) du tube (42).
7.- Ensemble de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (1) est muni d'au moins un insert métallique de fixation (7), autour duquel le boîtier est rapporté par surmoulage.
8.- Vanne thermostatique de régulation d'un fluide, comportant :
- un ensemble de chauffage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, - un boîtier de vanne (1) constitué au moins partiellement par le boîtier de l'ensemble de chauffage, - un obturateur (2) de régulation de l'écoulement du fluide à travers le boîtier de vanne (1), et - un élément thermostatique (4), comprenant une partie fixe (42), liée fixement au boîtier de vanne (1), et une partie mobile (41), qui porte l'obturateur et qui est déplaçable par rapport à la partie fixe sous l'action de la dilatation d'une matière thermodilatable dans laquelle est plongé le tube (42) de l'ensemble de chauffage.
- un ensemble de chauffage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, - un boîtier de vanne (1) constitué au moins partiellement par le boîtier de l'ensemble de chauffage, - un obturateur (2) de régulation de l'écoulement du fluide à travers le boîtier de vanne (1), et - un élément thermostatique (4), comprenant une partie fixe (42), liée fixement au boîtier de vanne (1), et une partie mobile (41), qui porte l'obturateur et qui est déplaçable par rapport à la partie fixe sous l'action de la dilatation d'une matière thermodilatable dans laquelle est plongé le tube (42) de l'ensemble de chauffage.
9.- Procédé de fabrication d'un ensemble de chauffage pour une vanne thermostatique de régulation d'un fluide, dans lequel on dispose d'un tube thermoconducteur (42), qui présente un axe central longitudinal (X-X), qui est adapté pour être plongé dans une matière thermodilatable d'un élément thermostatique (4) de la vanne et dans lequel sont disposés des moyens de chauffage électriques (6), caractérisé en ce qu'on conforme une partie longitudinale terminale (44) du tube (42) de manière à évaser vers l'extérieur son extrémité libre (45) pour que cette extrémité libre s'étende en saillie à la fois radialement et axialement depuis le reste de la partie terminale, puis on solidarise à la partie terminale (44) un boîtier monobloc (1) en une matière plastique, à travers lequel est prévu que le fluide circule, en rapportant ce boîtier par surmoulage dans l'extrémité libre évasée (45), tout en incorporant à ce boîtier la connexion électrique entre les moyens de chauffage (6) et une source de courant externe.
10- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, avant de rapporter le boîtier (1), on rapporte un joint d'étanchéité (8) autour de l'extrémité
libre évasée (45), puis on surmoule le boîtier (1) en enrobant partiellement ce joint pour l'interposer entre le boîtier et l'extrémité libre évasée, de préférence en injectant de la matière plastique dans un moule (M) fermé sur ce joint (8).
libre évasée (45), puis on surmoule le boîtier (1) en enrobant partiellement ce joint pour l'interposer entre le boîtier et l'extrémité libre évasée, de préférence en injectant de la matière plastique dans un moule (M) fermé sur ce joint (8).
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