MUNI D'UN TEL JOINT

La présente invention concerne un joint en T, une utilisation d'un tel joint et un connecteur rapide muni d'un tel joint.

Un connecteur de conduite de fluide sert à connecter de manière étanche une première conduite de fluide et une deuxième conduite de fluide.

Dans de nombreux secteurs industriels et, notamment dans le secteur automobile, les connecteurs rapides se multiplient de part leur facilité d'utilisation. Néanmoins, les connecteurs rapides connus nécessitent, le développement de solutions d'étanchéité influençant peu les efforts d'emboîtement de ces connecteurs. Ces exigences concernent l'ensemble des fluides comme par exemple le carburant (essence, diesel, biocarburant). le liquide de refroidissement, le liquide de frein, l'urée, l'air, l'huile ou les gaz d'échappement. Certaines applications sont plus critiques de par la dimension des connecteurs, comme les connecteurs de conduits d'air principalement utilisés pour les moteurs diesel ou les connecteurs de conduits d'eau pour poids lourds par exemple.

En effet, plus la dimension du diamètre de passage du fluide est importante plus la dimension du joint augmente et plus les efforts d'emboîtement sont importants.

Afin de limiter tes coûts de conception et de fabrication des connecteurs rapides et de leur solution d'étanchéité, une solution consiste à utiliser des éléments déjà connus et normes pour former tout ou partie de ces connecteurs.

Une solution envisagée est d'utiliser des tubes fabriqués selon la norme DIN 3021-3 pour fabriquer la partie mâle d'un connecteur rapide. Le connecteur ainsi constitué présentera la structure illustrée à la figure 1

Le connecteur de conduite de fluide 1 comporte une partie tubulaire mâle 2 présentant une extrémité 3 munie d'un bourrelet annulaire 4 de couplage présentant une surface chanfreinée périphérique 4a et une partie tubulaire femelle 5 présentant une gorge annulaire 6 destinée à recevoir au moins partiellement le bourrelet annulaire 4 de couplage. La gorge annulaire 6 est prolongée par une butée annulaire 7 destinée à bloquer axialement l'extrémité 3 de la partie mâle 2.

Un joint Θ, représenté symboliquement par une étoile en pointillés sur la figure, est prévu dans la gorge annulaire pour assurer un contact d'étanchéité périphérique entre la surface chanfreinée périphérique du bourrelet et la gorge.

II n'existe actuellement aucun joint d'étanchéité capable d'assurer l'étanchéité de tels connecteurs.

La présente invention vise à proposer une solution d'étanchéité simple efficace et facile à mettre en œuvre pour un tel connecteur rapide.

Un joint torique présente généralement un faible coût.

Cependant, l'utilisation d'un joint torique n'est pas envisageable car il serait nécessaire d'utiliser un diamètre de tore très important pour compenser tes jeux axiaux, ce qui conduit à un encombrement rédhibitoire. et, au final, un coût supérieur du joint. Les efforts d'emboîtement seraient également trop élevés du fait des tolérances élevées à compenser (à la fois radiale et axiale).

Les joints à lèvres classiques ou profilés présentent un coût de fabrication généralement élevé et nécessitent un logement complexe. Par ailleurs, la finesse de la lèvre le rend plus sensible au vieillissement thermique et au fluage que les solutions précédentes.

Les joints à lèvre classiques ou profilés aussi bien que tes joints en Y ne sont pas, de par leur design, adaptés à une étanchèité réalisée sur un chanfrein 4a comme celui de la pièce tubulaire mâle 2. Ces designs de joints ne permettent pas de compenser des tolérances axiales élevées.

L'invention vise à proposer un joint d'étanchéité pour connecteur rapide comprenant une partie mâle conforme à la norme DIN 3021-3. assurant une étanchèité dans une gamme de pression de fluide faible à moyenne allant jusqu'à 2 Pa malgré une tolérance d'emboîtement axiale de 0 mm, allant jusqu ^' à 2,5 à 3 mm, une tolérance d'emboîtement radial jusqu'à 0,8 mm au rayon, tout en présentant des efforts d'emboîtement faibles situés préférentiellement entre 30 et 80 N pour des diamètres de passage de dimension comprises entre 30 mm et 120 mm.

Le joint selon l'invention est économique à fabriquer en grande série, apte à être utilisé sans modification des dimensions de la gorge des connecteurs pour ne pas engendrer de coût de modification des pièces existantes, et capable d ^' assurer l'étanchéité requise avec des tolérances d'emboîtement axiales et radiales élevées. Dans un mode de réalisation avantageux, il est dépourvu de sens de montage, ce qui lui permet d'être très facilement installé, y compris automatiquement par des robots de montage.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un joint annulaire en matériau déformabte élastiquement pour connecteur rapide de conduites de fluide, présentant un axe de révolution et un axe transversal, et comprenant, en section axiale longitudinale une forme générale en « T », présentant en position de repos :

- une jambe périphérique s'étendant parallèlement par rapport à l'axe de révolution et présentant une face intérieure, tournée vers l'axe de révolution, une face extérieure périphérique en vis-à-vis, et deux faces latérales reliant les faces intérieure et extérieure,

- une barre sensiblement perpendiculaire à la jambe s'étendant parallèlement à l'axe transversal, depuis la face intérieure de la jambe vers l'axe de révolution, dans lequel la face extérieure de la jambe est concave.

Selon des modes de réalisation préférés :

la jambe peut présenter une longueur axiale, mesurée entre les deux faces latérales perpendiculairement à l'axe transversal, la barre s'étendant transversalement au milieu de la longueur axiale de la jambe ; 4 la jambe peut présenter une longueur axiale, mesurée entre les deux faces latérales perpendiculairement à l'axe transversal, la barre s'étendant transversalement entre le milieu de la longueur axiale de la jambe et une face latérale ;

- la jambe peut présenter une épaisseur transversale, mesurée entre la face intérieure et la face extérieure perpendiculairement à l'axe de révolution, et la barre présente une longueur transversale mesurée entre la jambe et une extrémité libre de la barre perpendiculairement à l'axe transversal, le rapport entre l'épaisseur transversale de la jambe et la longueur transversale de la barre étant compris entre 0,5 et 1 , avantageusement entre 0,7 et 0.Θ ;

- le rapport entre la longueur axiale de la jambe et la longueur transversale de la barre peut être compris entre 2 et 3,5, avantageusement entre 2,5 et 3 ;

la barre peut présenter une épaisseur axiale qui diminue linéairement depuis la jambe jusqu ^' à l'extrémité libre de la barre ; la barre peut présenter une épaisseur axiale qui augmente linéairement depuis la jambe jusqu'à l'extrémité libre de la barre ;

- la barre peut présenter une épaisseur axiale constante depuis la jambe jusqu'à l'extrémité libre de la barre ;

- la barre peut présenter une zone de flexion préférentielle présentant une épaisseur axiale localement inférieure à l'épaisseur axiale du reste de la barre ;

- la barre peut être symétrique par rapport à l'axe transversal ;

- la barre peut être dissymétrique par rapport à l'axe transversal ;

- le rapport entre l'épaisseur axiale de la barre au niveau de la jambe et l'épaisseur axiale de la barre au niveau de l'extrémité libre peut être compris entre 0,5 et 2, de préférence entre 0,7 et 1 ,4, avantageusement entre 0.9 et 1 ,1 ;

- la face extérieure de la jambe peut être concave et présenter un point le plus extérieur et un point le moins extérieur par rapport à 5 l'axe de révolution, une distance transversale, mesurée perpendiculairement à l'axe de révolution, entre le point le plus extérieur et le point le moins extérieur étant comprise entre 0.1 mm et 0,8 mm, et le rapport entre l'épaisseur transversale de la jambe et la distance transversale étant compris entre 8 et 15 ;

le matériau du joint peut être choisi parmi les matériaux polymères, en particulier parmi l'AEM, l'EPDM, le FVMQ, le HNBR et le FK .

L'invention se rapporte également à une utilisation d'un joint précédent dans un connecteur rapide comprenant une partie tubulaire mâle présentant un axe de révolution et une extrémité munie d'un bourrelet annulaire et une partie tubulaire femelle présentant un axe de révolution et une gorge annulaire destinée à recevoir au moins partiellement le bourrelet annulaire, la gorge annulaire étant prolongée par une butée annulaire destinée à bloquer axialement l'extrémité de la partie mâle, pour réduire les efforts d'emboîtement des embouts mâle et femelle

Selon des modes de réalisation préférés :

- la partie tubulaire mâle du connecteur rapide peut être conforme à la nonne DIN 3021-3 ; et/ou

- le joint peut être disposé dans une gorge de l'embout femelle de sorte que la jambe du joint prenne appui contre un fond de la gorge et que la barre transversale s'étende transversalement vers l'axe de révolution de l'embout femelle.

L'invention se rapporte également à un connecteur rapide comprenant une partie tubulaire mâle présentant un axe de révolution et une extrémité munie d'un bourrelet annulaire et une partie tubulaire femelle présentant un axe de révolution et une gorge annulaire destinée à recevoir au moins partiellement le bourrelet annulaire, la gorge annulaire étant prolongée par une butée annulaire destinée à bloquer axialement l'extrémité de la partie mâle, caractérisé en ce qu'un joint précédent est inséré dans la gorge annulaire de la partie tubulaire femelle pour assurer un contact d'étanchéHé 6 périphérique par écrasement du joint entre les parties tubulaires mâle et femelle.

Selon des modes de réalisation préférés :

- la partie tubulaire mâle du connecteur rapide peut être conforme à la norme DIN 3021-3 ; et/ou

le joint peut être disposé dans ta gorge de l'embout femelle de sorte que la jambe du joint prenne appui contre un fond de la gorge et que la barre transversale s'étende transversalement vers l'axe de révolution de l'embout femelle.

D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-après faite en référence aux dessins annexés qui représentent, respectivement :

- en figure 1. une vue schématique en coupe partielle d'un connecteur rapide comprenant une partie mâle selon la norme DIN 3021-3;

- en figure 2, une vue schématique en coupe partielle d'un joint selon l'invention ;

- en figures 3 à 8. des modes de réalisations particulier d'un joint selon l'invention ;

- en figures 9 et 10, des vues schématiques en coupe partielle d'un joint selon l'invention monté « en alésage » dans un connecteur rapide comprenant une partie mâle selon la norme DIN 3021-3 avant emboîtement, après emboîtement ;

- en figures 1 1 et 12, des vues schématiques en coupe partielle d'un joint selon l'invention monté « en alésage » dans un connecteur rapide comprenant une partie mâle selon la norme DIN 3021-3 après un emboîtement avec une tolérance d'emboîtement axiale respectivement de 0 mm et de 1 ,5 mm.

Le joint décrit par la suite doit être en un matériau déformable élastiquement. De préférence, le matériau du joint peut être choisi parmi les matériaux polymères, en particulier parmi l ^' AEM (copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle). l'EPDM (terporymère d'éthylène. de propylène ou d'un diène). le FVMQ (élastomère de fluorosilicone). le HNBR (copolymères butadiène-acrylonrtrile hydrogénés, ou hydrogenated nitrile butadiene rubber en anglais), et le FK (caoutchouc fluorocarboné).

En référence à la figure 2. un joint 10 selon l'invention présente un axe de révolution A« et un axe transversal Ατ. Il comprend, en section axiale longitudinale une forme générale en « T ». et présente en position de repos :

- une jambe périphérique 11 s'étendant parallèlement par rapport à l'axe de révolution A« et présentant une face intérieure 12, tournée vers l'axe de révolution A*, une face extérieure périphérique 13 en vis-à-vis, et deux faces latérales 14 reliant les faces intérieure 12 et extérieure 13,

- une barre 15 sensiblement perpendiculaire à la jambe 11 s'étendant parallèlement à l'axe transversal A _T , depuis la face intérieure 12 de la jambe 11 vers l ^' axe de révolution A«. Autrement dit, la barre 15 s'étend radialement vers l'intérieur du joint 10 en position de repos.

La barre 15 présente, en position d'utilisation, une extrémité libre 16, une face supérieure 18 et une face inférieure 19.

Par sensiblement perpendiculaire, on entend que l'axe principal de la barre est perpendiculaire, aux tolérances prés (plus ou moins 3°), à l'axe principal de la jambe périphérique. Les faces intérieure et extérieure de la jambe peuvent présenter un angle inférieur ou supérieur à 90° avec l'axe transversal, sans que cela ne change la perpendicularité de la jambe et de la barre. Ce qui importe, c'est que tes deux faces intérieure et extérieure ne présentent pas un angle d'inclinaison de même signe par rapport à la parallèle à l'axe de révolution AR.

Il en va de même pour la barre qui peut présenter une asymétrie tout en étant perpendiculaire à la jambe. Ce qui importe, c'est que les deux faces supérieure 18 et inférieure 19 ne présentent pas un angle d'inclinaison de même signe par rapport à la parallèle à l'axe transversal A _T . La jambe 11 présente une longueur axiale LA. mesurée entre les deux faces latérales 14 perpendiculairement à l'axe transversal Ατ, cette longueur étant adaptée en fonction du jeu axial à compenser. Dans le domaine de l'automobile, cette longueur axiale est généralement comprise entre 4,5 et 9.5 mm. Puisque l'état de Tart pour les tolérances de jeu axial atteignables à un coût économique acceptable dans le domaine automobile sont de l'ordre de 1 ,50 mm-2 mm.

Avantageusement, la barre 15 s'étend transversalement au milieu de la longueur axiale LA de la jambe 1 , de telle sorte que le joint 10 est symétrique par rapport à l ^' axe transversal A _T et par rapport à l'axe de révolution A«.

De cette manière, le joint selon l'invention est dépourvu de sens de montage, ce qui lui permet d'être très facilement installé, y compris automatiquement par des robots de montage.

Alternativement, comme Illustré en figure 6. le joint peut être dissymétrique par rapport à l'axe transversal Ατ, c'est-à-dire que la barre 15 s'étend transversalement à une distance inférieure de Δ à la moitié de la longueur axiale LA de la jambe 11.

Un tel mode de réalisation peut être intéressant en cas de contraintes particulières d'encombrement ou de tolérances supérieures à 1.5 mm. En effet, il est ainsi possible de prévoir que la barre 15 s'étende plus haut (par référence à la figure 2) que le milieu de la jambe 11 de telle sorte qu'elle entre en contact avec la partie mâle du connecteur rapide à une distance supérieure de la butée 7.

La jambe 11 présente, en outre, une épaisseur transversale

ET, mesurée entre la face intérieure 12 et la face extérieure 13 perpendiculairement à l'axe de révolution A«. avantageusement comprise entre 1 et 3 mm en fonction de la stabilité recherchée qui dépend, du taux de compression périphérique et des tolérances radiales et axiales que le joint est amené à compenser. La barre 15 présente une longueur transversale LT mesurée entre la face intérieure 12 de la jambe 11 et l'extrémité libre 16 de la barre perpendiculairement à l ^' axe transversal A _T , cette longueur étant adaptée en fonction des tolérances axiales et radiales à compenser. Dans le domaine de l'automobile, cette longueur transversale est généralement comprise entre 2,5 et 4,5 mm. Puisque l'état de l'art pour les tolérances de jeu axial atteignables à un coût économique acceptable dans le domaine automobile sont de l'ordre de 1 ,50 mm-2 mm.

Le rapport R1 ^s ET LT entre l'épaisseur transversale ET de la jambe 11 et la longueur transversale LT de la barre 15 est de préférence compris entre 0.5 et 1 , avantageusement entre 0,7 et 0.9.

Ce rapport permet une flexion de la barre 15 lors de l'insertion de la partie mâle 2 dans la partie femelle 5 du connecteur . tout en assurant une compression suffisamment forte de la barre 5 contre la partie mâle 2 pour assurer l'étanchéité dans un domaine de pression compris entre - 0.1 Pa et 2 Pa.

En outre, le rapport R2 = LA/LT entre la longueur axiale LA de la jambe 11 et la longueur transversale L de la barre 15 est compris entre 2 et 3.5. avantageusement entre 2.5 et 3.

Ce rapport permet d'estimer le jeu axial admissible pour le connecteur.

De préférence, la barre 15 s'amincit axialement depuis la face intérieure 12 de la jambe 11 jusqu ^' à l ^' extrémité libre 16 de la barre 15, c'est-à- dire que la barre 15 présente une épaisseur axiale E _A qui diminue depuis la jambe 11 jusqu'à l'extrémité libre 16 de la barre 15.

Alternativement, la barre 15 peut être plus épaisse à l'extrémité 16 qu'au niveau de la jambe 11.

Cela permet d'adapter le design en fonction des exigences et donc d'ajuster la distribution des pressions de contact en fonction de la pression du fluide à étancher. Pour des pressions faibles (inférieures à 1 bar) ou dépression, l'épaisseur EA sera plus importante à l'extrémité 16 qu'à la base de la barre 15. Pour des pressions supérieures à 1 bar, l'épaisseur E _A pourra être plus faible à l'extrémité 16 qu'à la base de la barre 15.

Avantageusement, le rapport R3* EA EAE entre l'épaisseur axiale EAJ de la barre 15 au niveau de la jambe 11 et l'épaisseur axiale EAE de la barre 15 au niveau de l'extrémité libre 16 est compris entre 0.5 et 2. de préférence entre 0,7 et 1 ,4, avantageusement entre 0,9 et 1 ,1. Les valeurs comprises entre 0,5 et 1 concernent le mode de réalisation de la figure 2, les valeurs comprises entre 1 et 2 concernent le mode de réalisation de la figure Θ. et la valeur 1 concerne le mode de réalisation de la figure 5.

Ceci permet d'obtenir un compromis entre la rigidité de la barre 15 pour assurer une tenue à la mise en pression suffisante et la flexibilité de la barre 15 pour assurer que la barre 15 "épouse " parfaitement le contour de la partie mâle du connecteur et compense de fait au mieux les rugosités/tolérances de forme du connecteur.

Selon un mode de réalisation particulier, la face extérieure 13 de la jambe 11 est concave, c'est-à-dire qu'elle présente un creux. Autrement dit, la face extérieure 13 présente au moins un point le plus extérieur 13a (c'est-à-dire le plus éloigné) par rapport à l'axe de révolution AR, et un point le moins extérieur 13b (c'est-à-dire le moins éloigné) par rapport à l'axe de révolution AR.

La distance transversale d _T , mesurée perpendiculairement à l'axe de révolution AR, entre le point le plus extérieur 13a et le point le moins extérieur 13b, représente la profondeur du creux.

La distance transversale d _T est avantageusement comprise entre 0.10 mm et 0.80 mm et le rapport R4 = Ej/âr entre l'épaisseur transversale ET de la jambe et la profondeur dT du creux est compris, de préférence, entre 8 et 15.

Ceci permet de localiser une bavure de plan de joint dans le creux, ce qui évite que cette bavure soit en contact avec le fond 6a de la gorge 6, ce qui risquerait d'impacter rétancnéité. L'objectif est également d'obtenir deux lignes d'étanchéité dissociées pour être moins dépendant des tolérances de formes et de la variabilité de la rugosité de la gorge et s'affranchir de l'impact de défaut d'aspect sur le joint. L'intérêt est également de permettre un taux de compression périphérique du joint plus élevé. Cela est important dans le cas d'une étanchéité à basse pression car le joint ne travaillant pas sur le principe de la compression de la matière, les contraintes transmisse au diamètre extérieur du joint lors de l'emmanchement sont faibles. Il est donc important que le joint ait une compression périphérique intrinsèque importante. Le creux permet d'accepter des taux de compression périphérique plus élevés.

Selon d'autres modes de réalisation du joint selon l'invention illustrées aux figures 3 à 8 :

• l'épaisseur axiale de la barre 15 peut être constante (figure 3), augmentée (figure 4) ou se réduire (figures 2, 6, 7 et 8) de façon linéaire depuis la jambe jusqu'à l'extrémité libre 16 de la barre 15 ;

· alternativement, comme illustré en figure 5. l'épaisseur axiale de la barre 15 peut varier de façon non linéaire, de telle sorte que la barre présente une zone de flexion préférentielle ZF, par exemple au milieu de la barre 15, présentant une épaisseur axiale localement inférieure à l'épaisseur axiale du reste de la barre.

· Le joint peut être dissymétrique par rapport à l'axe Ατ si une flexion préférentielle est souhaitée dans un sens ou dans un autre ; dans ce cas le joint a un sens de montage et l'axe principal de la barre 15 est parallèle à l'axe transversal AT, mais décalé d une distance Δ par rapport à lui (figure 6) ;

· Les angles entre ta face 18 ou la face 1Θ d'une part et l'axe A _T d'autre part peuvent ne pas être égaux, le joint peut, à ce titre, être dissymétrique par rapport à l'axe Ατ (figure 7) ;

• l'angle entre la face 12 et l'axe A* peut varier, et le joint peut, à ce titre, être dissymétrique par rapport à l ^' axe A _T , • le rayon de raccordement (R et R' sur la figure 8) entre les faces 18 et 19 de la barre 15 et la face 12 peut varier, et le joint peut, à ce titre, être dissymétrique par rapport à l'axe A _T ;

• une utilisation du joint en montage piston est possible uniquement dans le cas d'une étanchéité en dépression ;

• la face extérieure 13 peut présenter un creux, mais peut également être plate.

L'invention réside également dans le fait d'utiliser un joint tel que décrit en relation avec la figure 2 dans un connecteur rapide 1 tel qu'illustré en figures 3 et 4, pour réduire les efforts d'emboîtement des embouts mâle et femelle.

Comme décrit précédemment, le connecteur 1 comprend une partie tubulaire mâle 2 présentant un axe de révolution A _R et une extrémité 3 munie d'un bourrelet annulaire 4. Il comprend également une partie tubulaire femelle 5 présentant un axe de révolution A* (identique à celui de la partie mâle 2) et une gorge annulaire Θ destinée à recevoir au moins partiellement le bourrelet annulaire 4. La gorge annulaire est prolongée par une butée annulaire 7 destinée à bloquer axialement l'extrémité 3 de la partie mâle 2.

Avantageusement, le joint selon l'invention est utilisé dans un connecteur rapide conforme à la norme DIN 3021-3.

Comme illustré en figures 10 et 11. le joint 10 est disposé dans la gorge 6 de l'embout femelle de sorte que la jambe 11 du joint 10 prenne appui contre un fond 6a de la gorge 6 et que la barre transversale 15 s'étende transversalement vers l'axe de révolution A de l'embout femelle 5.

Le joint assure ainsi un contact d'étanchéité périphérique par déformation de la barre 15 du joint 10 entre les parties tubulaires mâle 2 et femelle 5.

Lorsque la partie tubulaire mâle 2 de raccord 1 est insérée dans la partie tubulaire femelle 5 selon le sens de la flèche F1 , le bourrelet 4 de l'extrémité 3 entre en contact avec la barre 15 du joint 10 qui fléchit. La zone annulaire de contact entre la barre 15 et le bourrelet 4 de l'extrémité 3 assure l'étanchéité. Cette zone annulaire de contact est localisée sur la face supérieure 18 de la barre 15.

La géométrie du joint en T selon l'invention permet d'assurer l'étanchéité dans les domaines de pression de - 0,1 Pa à 2 Pa, même pour des tolérances d'emboîtement importantes. Oes surpressions plus élevés sont envisageables dans une plage de tolérances limitée.

Ainsi, comme le montre la figure 11 , lorsque l ^' emboîtement est parfait (tolérance axiale égale à zéro millimétrés), la barre 15 du joint est fléchie au maximum et la surface de contact S1 entre la barre et le bourrelet est maximale.

Lorsque l'emboîtement n'est pas parfait (tolérance axiale égale à 1 ,5 mm par exemple), comme illustré en figure 12, la géométrie du joint selon l'invention assure tout de même une surface de contact S2 suffisante entre le bourrelet et la barre 15 du joint 10 pour assurer l'étanchéité dans les domaines de pression requis.

En outre, les bavures du plan de joint, qui sont des défauts inévitables de fabrication, sont localisées transversalement à I extrémité 16 de la barre 15 et sur la surface extérieure 13 de la jambe 11 , avantageusement dans le creux 17.

Ainsi, les bavures du plan de joint sont localisées hors des zones fonctionnelles du joint, et notamment, de la face supérieure 18 qui assure l'étanchéité.