FR2681840A1 - Reservoir pour recevoir un fluide sous haute tension et procede pour sa realisation. - Google Patents
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Abstract
Réservoir pour recevoir un fluide sous haute pression constitué d'une enveloppe interne (2) réalisée en matériau thermoplastique, revêtue à sa périphérie d'un enroulement filamentaire (3). L'invention concerne également le procédé pour la réalisation d'un tel réservoir.
Description
RESERVOIR POUR RECEVOIR UN FLUIDE SOUS HAUTE PRESSION,
ET PROCEDE POUR SA REALISATION.
ET PROCEDE POUR SA REALISATION.
L'invention concerne un réservoir, destiné à contenir un fluide sous haute pression. Elle concerne également un procédé pour la réalisation d'un tel réservoir.
Dans le cadre du transport, et plus particulièrement des dispositifs de freinage pneumatiques pour véhicules routiers, le liquide de freinage est généralement contenu dans un réservoir d'une capacité variable de huit à soixante litres, réalisé en métal et soudé. De tels réservoirs sont destinés à supporter une pression interieure importante d'au moins vingt bars, voire supérieure, pour permettre un fonctionnement correct de ce dispositif de freinage. Si certes ce type de réservoir autorise le fonctionnement d'un dispositif de freinage pneumatique, en revanche, il est d'un poids important.
Or, l'un des soucis constants dans la fabrication de véhicules automobiles, réside dans la recherche permanente du gain de poids. On rencontre les mêmes difficultés et impératifs dans le domaine de l'aéronautique, dans lequel le poids est l'un des éléments critiques.
Outre cet inconvénient majeur, l'utilisation de réservoir métallique se heurte aux problèmes de corrosion qui peuvent se matérialiser si le fluide employé est agressif. De tels réservoirs sont donc limités quant à leur utilisation.
L'invention vise à pallier ces inconvénients. Elle propose un réservoir susceptible de recevoir un fluide haute pression et notamment un liquide de freinage pour dispositifs de freinage pneumatiques, ou un carburant ou comburant pour les engins spatiaux, simple à realiser, de poids réduit, et susceptible de résister à des pressions d'au moins 20 bars, voire jusqu'à 35 bars.
Ce réservoir se caractérise en ce qu'il est constitué d'une enveloppe interne réalisée en matériau thermoplastique, et notamment rotomoulable, revêtue à sa périphérie d'un enroulement filamentaire orienté dans un sens perpendiculaire par rapport à la génératrice de l'enveloppe, et réalisé par exemple en polyester chargé en fibres de verre, voire en polyaramide tel que commer cialisé sous la marque déposée KEVLAR (Dupont de
Nemours).
Nemours).
En d'autres termes, l'invention consiste à réaliser un réservoir haute pression en composite, permettant de gagner ainsi un gain de poids important. Avantageusement, l'enveloppe interne est réalisée par rotomoulage de polyéthylène haute densité, de polypropylène, de polyamide, de polyester, de plastisols ou de tout matériau thermoplastique rotomoulable. L'utilisation de tels matériaux permet en outre de s'affranchir des éventuels problèmes de corrosion.
Selon l'invention, le réservoir comporte au moins un point de piquage, constitué par un insert métallique de révolution comportant une couronne supérieure circulaire et plane, noyée dans le polyéthylène, associée à un corps cylindrique taraudé et coaxial avec l'orifice du point de piquage, destinée à recevoir la prise pour permettre le raccordement, ladite prise étant munie d'un joint torique d'étanchéité venant coopérer avec le polyéthylène au voisinage de l'orifice central et de la partie supérieure de la couronne circulaire.
De la sorte, on peut concilier les deux impératifs d'un tel réservoir, à savoir d'une part, assurer une étanchéité suffisante et en outre, assurer une bonne tenue mécanique de ltensemble, compte tenu des pressions exercées.
L'invention concerne également le procédé pour réaliser le réservoir. Ce procédé consiste tout d'abord à réaliser l'enveloppe interne par rotomoulage à base de polyéthylène hate densité, de polypropylène, de polyamide, de polyuréthane ou de tout matériau thermoplastique rotomoulable, puis à la revêtir d'un enroulement filamentaire externe réalisé en polyester chargé en fibres de verre ou en polyaramide, destiné à donner la rigidite nécessaire pour la tenue à la pression.
Selon l'invention, la mise en place des points de piquage s'effectue en deux étapes. Tout d'abord, on positionne dans le moule permettant le rotomoulage de l'enveloppe interne un insert métallique, percé d'un orifice cylindrique, coaxial et au voisinage du point de piquage. Puis on met en place entre l'insert métallique et la paroi du moule au niveau dudit point de piquage, un insert en polyéthylène, coaxial avec le point du piquage et émergeant légèrement du plan de la couronne supérieure circulaire de l'insert métallique. Lors du moulage, la poudre de polyéthylène vient fondre sur ledit insert en polyéthylène et vient recouvrir le reste de l'insert métallique jusqu'au niveau de sa partie inférieure.De la sorte, on obtient une enveloppe interne continue, notamment au niveau de l'insert polyéthylène, qui fait alors partie de l'enveloppe interne rotomoulée, compte tenu de l'obtention d'une soudure parfaite entre ledit insert et l'enveloppe.
Avantageusement, on positionne au-dessus de l'insert en polyéthylène une bague en polytétrafluoroéthylène, destinée à ralentir la cinétique de fusion dudit insert en polyéthylène lors du rotomoulage.
Egalement, lors du rotomoulage de l'enveloppe interne, on peut avantageusement positionner coaxialement et au contact de l'insert métallique, un fourreau cylindrique en polytétrafluoroéthylène, permettant de s'abstenir de déboucher l'orifice de sortie du point de piquage après rotomoulage, et favorisant en outre la mise en place de l'insert métallique.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une représentation schématique d'un réservoir conforme à l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale schématique d'un réservoir conforme à l'invention muni d'un point de piquage.
La figure 3 est une coupe transversale schématique du point de piquage lors de la réalisation du réservoir conforme à l'invention.
On a représenté sur la figure 1 un réservoir haute pression composite conforme à l'invention. Ce réservoir (1), se présente classiquement sous une forme cylindrique de révolution, et comporte d'une part une enveloppe interne (2), réalisée par rotomoulage à base de polyéthylène hate densité, et présente un enroulement filamentaire extérieur, adapté en fonction de la pression interne dans le réservoir, de la nature du fluide qu'il est susceptible de contenir, et des impératifs de double-épaisseur de la paroi du réservoir, lorsque cela est requis. En outre, cet enroulement filamentaire est destiné à conférer à l'ensemble la rigidité nécessaire pour une bonne tenue à la pression. Typiquement, et de maniè re connue, cet enroulement est orienté parallèlement à la base de l'enveloppe (2), et est réalisé en polyester chargé en fibres de verre, ou en polyaramide.Les réservoirs ainsi obtenus sont susceptibles de résister à des pressions internes de l'ordre de 35 bars, voire plus selon l'épaisseur mise en oeuvre.
Le réservoir (1) est muni de points de piquage (4), destinés à permettre la mise en place de raccordements pour les circuits, notamment de freinage pneumatique.
Comme on peut le voir sur la figure 2, les points de piquage (4) comportent, au niveau de l'enveloppe interne (2), un insert métallique (6) destiné à assurer une bonne tenue mécanique à l'ensemble. Cet insert métallique (6) comprend deux parties, respectivement une couronne supérieure circulaire (7), percée d'un orifice central, coaxial avec le point du piquage (4). Cette couronne (7) se prolonge à sa partie inférieure d'un corps globalement cylindrique, présentant une symetrie de révolution (8) coaxiale avec le point de piquage (4), et dont la paroi interne comporte un filetage, destiné à coopérer avec un élément métallique complémentaire pour permettre le raccordement au circuit considéré. Comme on l'a représenté sur la figure 2, cet insert est globalement noyé dans le polyéthylène rotomoulé de l'enveloppe interne (2).
Afin de conférer à l'ensemble l'étanchéité nécessaire pour une bonne tenue à la pression notamment, l'élément mâle (5) de raccordement comporte à sa partie inférieure un joint torique d'étanchéité (9), dont la nature est adapté au contenu du réservoir : inertie chimique, dureté shore, température. Ce joint (9) est destiné à coopérer avec le polyéthylène (10) de l'enveloppe interne (2), venu s'insérer entre la couronne circulaire supérieure (7) et l'enroulement filamentaire externe (3).
De la sorte, de tels points de piquage permettent d'une part d'avoir une bonne tenue mécanique compte tenu de la présence d'inserts taraudés, et d'autre part d'assurer l'étanchéité requise pour travailler à de telles pressions, de par la coopération entre le joint torique (9) et l'enveloppe polyéthylène (10).
Il va être décrit maintenant plus en détail le procédé de réalisation des points de piquage conformément à l'invention.
De manière connue, le rotomoulage s'effectue au moyen d'un moule (12) de forme appropriée à la forme définitive que l'on veut donner à ltobjet rotomoulé.
Plus particulièrement, le point de piquage comporte au niveau du moule une forme correspondante (16) et est percée d'un orifice central destiné à permettre le passage d'un fourreau (15), par exemple réalisé en polytétrafluoroéthylène, prolongeant l'évent (17) nécessaire à l'évacuation des gaz lors de la phase de rotomoulage proprement dite. Autour de ce fourreau, est positionné avant le rotomoulage, l'insert métallique (6) selon la position définitive qui sera la sienne après rotomoulage. On positionne au dessus de la couronne circulaire supérieure (7) un insert en polyéthylène (13), coaxial par rapport à l'orifice de piquage, faisant légèrement saillie au delà du bord périphérique de la couronne circulaire supérieure (7).Avantageusement, on positionne au dessus de cet insert en polyéthylène (13) une bague en polytétrafluoroéthylène (14), venant coopérer avec l'emplacement (16) réalisé dans le moule. On procède alors au rotomoulage proprement dit du polyéthylène, induisant la fusion de l'insert de polyéthylène (13), venant de la sorte constituer une solution de continuité avec le polyéthylène rotomoulé constitutif de l'envelop pe interne (2). La présence de la bague en polytétrafluoroéthylène (14) permet de réduire la cinétique de fusion dudit insert en polyéthylène (13), afin de protéger l'état de surface de cet insert et ainsi de favoriser les conditions de fusion, notamment au niveau de l'interface insert (13) - polyéthylène rotomoulé.
Une fois l'étape de rotomoulage terminée, on ôte l'évent (17) ainsi que le fourreau (15) en polytétra fluoroéthylène, de sorte que l'orifice du point de piquage soit ainsi constitué. On obtient alors un premier piquage tel que représenté sur la figure 2. On observe qu'ainsi, le joint torique d'étanchéité (9) dispose d'une force d'appui sur l'élément polyéthylène (10), suffisante pour assurer les conditions d'étanchéité pour les pressions auxquelles il est soumis.
Ce réservoir est donc particulièrement adapté pour tout récipient destiné à contenir des produits sous haute pression, corrosifs ou non, ayant une température de fonctionnement voisine de la température ambiante. Il est donc particulièrement adapté aux réservoirs des dispositifs de freinage hydrauliques et surtout pneumatiques. En outre, ce réservoir peut également être particulièrement adapté pour les récipients destinés à contenir le carburant et/ou le comburant pour engins spatiaux, dans les conditions d'utilisation, notamment de température et de pression, en adaptant le matériau de l'enveloppe interne.
Claims (8)
1/ Réservoir pour recevoir un fluide sous haute pression, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enveloppe interne (2) réalisée en matériau thermoplastique, revêtue à sa périphérie d'un enroulement filamentaire (3).
2/ Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe interne (2) est réalisée par rotomoulage à base d'un matériau choisi dans le groupe constitué par le polyéthylène, le polypropylène, les polyamides, les polyuréthanes, les polyesters, les plastisols.
3/ Réservoir selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enroulement filamentaire (3) est réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué par le polyester chargé en fibres de verres, et les polyaramides, le sens d'enroulement étant perpendiculaire à lune des génératrices de l'enveloppe interne (2).
4/ Réservoir selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un point de piquage (4), constitué par un insert métallique de révolution (6) comportant une couronne supérieure circulaire et plane (7), noyée dans le polyéthylène de l'enveloppe interne (2), associée à un corps cylindrique taraudé (8) et coaxial avec l'orifice du point de piquage, destinée à recevoir la prise (5) de raccordement du réservoir à un circuit de distribution dudit fluide, ladite prise (5) étant munie d'un joint torique d'étanchéité (9) venant coopérer avec le polyéthylène (10) au voisinage de l'orifice central et de la partie supérieure de la couronne circulaire (7).
5/ Procédé pour réaliser un réservoir destiné à recevoir un fluide sous haute pression, caractérisé en ce qu'il consiste
- tout d'abord à réaliser l'enveloppe interne (2) par rotomoulage à base de polyéthylène haute densité,
- puis à revêtir l'enveloppe interne (2) ainsi réalisée avec un enroulement filamentaire externe (3), destiné à donner la rigidité nécessaire pour la tenue à la pression.
6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la réalisation des points de piquage (4) s'effectue en deux étapes successives
- une première étape, au cours de laquelle on positionne dans le moule (12) de rotomoulage de l'enveloppe interne un insert métallique (6), comprenant un corps cylindrique (8) percé d'un orifice filete coaxial et au voisinage du point de piquage à réaliser et une couronne supérieure circulaire (7), puis on met en place entre l'insert métallique (6) et la paroi du moule (12) au niveau dudit point de piquage, un insert en polyéthylène (13), coaxial avec le point du piquage à réaliser (4) et émergeant légèrement et latéralement par rapport au plan de la couronne supérieure circulaire (7) de l'insert métallique (6),
- puis une seconde étape, dans laquelle on procède au rotomoulage proprement dit de l'enveloppe interne (2), la poudre de polyéthylène utilisée pour le rotomoulage venant fondre ledit insert en polyéthylène (13), et venant recouvrir le reste de l'insert métallique (6) jusqu'au niveau de sa partie inférieure, le noyant de la sorte dans la masse, et constituant avec l'insert (13) une paroi continue (10).
7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'avant le démarrage de la seconde étape, on positionne au-dessus de l'insert en polyéthylène (13) une bague en polytétrafluoroéthylène (14), destinée à ralentir la cinétique de fusion dudit insert en polyéthylène (13)lors du rotomoulage.
8/ Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lors du rotomoulage de l'enveloppe interne (13), on introduit coaxialement et au contact de l'insert métallique (6), un fourreau cylindrique (15) en polytétrafluoroéthylène, emergeant à l'extérieur du moule (12) de rotomoulage.
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