Description Titre : VANNE DE COMMANDE DE FLUIDE ET SON PROCEDE D’ASSEMBLAGE Domaine technique [1] L’invention a pour objets une vanne de commande fluide. L’invention a également pour objet un procédé d’assemblage automatisé d’une telle vanne. [2] L'invention se rapporte notamment au domaine technique des vannes de commande de fluide, notamment utilisées pour contrôler la circulation d’un fluide de refroidissement dans un système d’échangeur de chaleur de véhicule automobile. État de la technique [3] Les systèmes d’échangeur de chaleur de moteurs de véhicule, notamment automobiles, comprennent un circuit de refroidissement permettant d’acheminer un ou plusieurs fluides de refroidissement dans plusieurs branches ou sous- circuit. Des vannes intégrées dans ces circuits permettent de contrôler l’écoulement du fluide dans les différentes branches en fonction des besoins thermiques et/ou en fonction de plages de températures souhaitées. [4] Les documents brevets WO2014/187452 et EP1529937 divulguent une telle vanne comprenant un corps de vanne – ou carter - présentant un logement interne. Des orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide débouchent d’une part dans ce logement et d’autre part sur une surface externe du carter. Un organe rotatif se présentant sous la forme d’un boisseau sphérique est monté mobile en rotation dans le logement de manière à contrôler la circulation de fluide entre ces orifices. Le boisseau sphérique est mû par un actionneur de type moteur électrique. Les orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide comprennent des joints d’étanchéité annulaires en contact étanche avec le boisseau sphérique. Ces vannes de l’art antérieur présentent toutefois un certain nombre d’inconvénients. [5] Le montage du boisseau dans le carter apparaît compliqué du fait de la forme sphérique dudit boisseau et/ou nécessite une conception particulièrement complexe de la vanne rendant difficile son industrialisation à grande échelle. Également, pour assurer une étanchéité optimale dans les vannes de
WO2014/187452 et EP1529937, il est nécessaire de solliciter les joints d’étanchéité par des éléments à ressort rapportés. Il en résulte une friction accrue entre les joints et le boisseau sphérique de sorte que l’actionneur doit fournir un couple relativement important pour mettre en rotation ledit boisseau. En outre, le nombre de voies de circulation du fluide (ou modes de fonctionnement) est limité. [6] L’invention a pour objectif de pallier les inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une vanne dont la conception et l’assemblage sont aisés, permettant de simplifier le process d’industrialisation. L’invention a également pour objectif de proposer une solution pour limiter la friction entre les joints d’étanchéité et l’organe rotation de manière à limiter le couple nécessaire à la mise en rotation dudit organe et réduire l’encombrement et/ou la puissance consommée de l’actionneur. Un objectif supplémentaire de l’invention est de proposer une vanne permettant d’offrir davantage de modes de fonctionnement. Présentation de l’invention [7] La solution proposée par l’invention est une vanne de commande de fluide comprenant : - un corps de vanne présentant un logement interne, des orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide débouchant dans le logement interne, - un organe rotatif présentant des ouvertures d'écoulement de fluide, lequel organe est monté mobile en rotation dans le logement interne autour d’un axe de rotation, de manière à contrôler la circulation de fluide entre lesdites ouvertures d'écoulement et les orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide, - des joints d’étanchéité annulaires en contact étanche avec l’organe rotatif pour assurer une étanchéité au fluide entre les ouvertures d'écoulement de fluide et les orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide, et dans laquelle : - les orifices d’entrée et/ou de sortie sont aménagés dans le corps à des étages distincts l'un de l'autre, - l’organe rotatif comprend plusieurs boisseaux agencés l’un au-dessus de l’autre selon l’axe de rotation, chaque boisseau étant situé à un desdits étages et dont
les parois externes sont incluses dans une enveloppe commune de forme tronconique, - un porte-joint monobloc est installé dans le logement interne du corps, lequel porte-joint présente un logement interne dans lequel est monté l’organe rotatif, - le porte-joint présente des logements de joints en communication fluidique avec les orifices d’entrée et/ou de sortie et dans lesquels sont installés les joints d’étanchéité, - chaque logement de joint présente un axe perpendiculaire à l’enveloppe de forme tronconique, les joints étant installés selon cet axe. [8] L’utilisation d’un organe rotatif formé de plusieurs boisseaux distincts permet de les concevoir chacun de manière spécifique afin d’offrir très simplement toutes les combinaisons convenant aux modes de fonctionnement recherchés. Le nombre de modes de fonctionnement possibles est donc décuplé en comparaison des vannes précitées de l’art antérieur, tout en conservant un faible encombrement radial. De plus, la configuration des boisseaux dont les parois externes sont incluses dans une enveloppe commune de forme tronconique permet un assemblage aisé de l’organe rotatif dans le logement de joint, lequel peut également être installé très simplement dans le corps de vanne. La vanne peut finalement être constituée de seulement trois pièces (organe rotatif, porte- joint et corps de vanne) autorisant de fait un process d’industrialisation relativement simple. En outre, la demanderesse a constaté de manière surprenante que l’orientation spécifique des logements de joints et des joints d’étanchéité permettait de limiter la friction entre lesdits joints et les boisseaux de sorte que le couple nécessaire à la mise en rotation de l’organe est réduit. Un actionneur plus petit et/ou avec une puissance consommée moindre que ceux équipant les vannes de l’art antérieur précité peut ainsi être utilisé. [9] D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Chacune de ces caractéristiques contribue, le cas échéant, à la résolution de problèmes techniques spécifiques définis plus avant dans la description et auxquels ne participent pas nécessairement les autres caractéristiques définies ci-dessus.
Les caractéristiques suivantes peuvent ainsi faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires : [10] Selon un mode de réalisation, l’enveloppe tronconique présente une pente inclinée d’un angle compris entre 0,1° et 5° par rapport à l’axe de rotation. [11] Selon un mode de réalisation, chaque boisseau a une forme de zone sphérique, de sphère ou une forme sensiblement sphérique. [12] Selon un mode de réalisation, chaque joint d’étanchéité présente une partie proximale en contact avec la paroi externe d’un boisseau et une partie distale en contact avec un épaulement aménagé dans le logement de joint correspondant ou en contact avec une paroi interne du logement du corps de vanne. [13] Selon un mode de réalisation, la partie distale de chaque joint d’étanchéité présente une ou plusieurs lèvres en contact avec l’épaulement ou le corps de vanne et formant élément ressort de manière à contraindre la partie proximale dudit joint contre la paroi externe du boisseau correspondant. [14] Selon un mode de réalisation, la partie proximale de chaque joint d’étanchéité est revêtue d’un revêtement en polytétrafluoroéthylène. [15] Selon un mode de réalisation, la paroi interne des joints d’étanchéité est pourvue d’un insert. [16] Selon un mode de réalisation, le logement interne du corps de vanne présente une première série d’orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide, une deuxième série d’orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide et une troisième série d’orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide débouchant d’une part dans ledit logement et d’autre part sur une surface externe dudit corps, à des étages distincts l'un de l'autre. [17] Selon un mode de réalisation, au moins deux boisseaux présentant des ouvertures d’écoulement de fluide sont reliés l'un à l'autre par une cavité ou passage aménagé dans l’organe rotatif de telle manière que le fluide puisse s'écouler simultanément à travers lesdites ouvertures et à travers ledit organe. [18] Selon un mode de réalisation, la cavité ou passage débouche à une extrémité de l’organe rotatif, laquelle cavité ou passage étant en communication fluidique
avec un orifice d’entrée et/ou de sortie de fluide aménagée dans une paroi de fond du corps de vanne. [19] Selon un mode de réalisation, l’organe rotatif comprend une tige conformée dans la cavité ou passage et formant axe de rotation dudit organe, laquelle tige se loge dans un guide en forme de coupelle aménagé dans une paroi de fond du corps de vanne. [20] Selon un mode de réalisation, l’organe rotatif présente un autre boisseau distinct des deux boisseaux reliés par la cavité ou passage ; un élément d’étanchéité assure une étanchéité au fluide dans le logement interne du porte- joint, entre ledit autre boisseau et les deux dits boisseaux. [21] Selon un mode de réalisation, le logement interne du porte-joint est obturé à l’une de ses extrémités par une paroi formant couvercle, lequel couvercle vient fermer de manière étanche le logement interne du corps de vanne. [22] Un autre aspect de l’invention concerne un procédé d’assemblage automatisé d’une vanne conforme à l’une des caractéristiques précédentes, comprenant les étapes successives suivantes : - insérer de manière automatisée l’organe rotatif dans le logement interne du porte-joint depuis une extrémité ouverte dudit porte-joint, l’insertion étant réalisée selon l’axe de rotation, - installer de manière automatisée les joints d’étanchéité dans les logements de joints, - insérer de manière automatisée l’ensemble constitué du porte-joint, des joints et de l’organe rotatif dans le logement interne du corps de vanne, au travers d’une ouverture aménagée dans ledit corps, l’insertion étant réalisée selon l’axe de rotation. Brève description des figures [23] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description des modes de réalisation qui vont suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : [Fig.1A] est une vue en perspective d’un corps de vanne d’une vanne selon l’invention.
[Fig.1B] et [Fig.1C] sont des vues en coupe longitudinale du corps de vanne de la figure 1A. [Fig.1D], [Fig.1E] et [Fig.1F] sont des vues en coupe respectivement selon A-A, B-B et C-C du corps de vanne de la figure 1B. [Fig.2A] et [Fig.2B] sont des vues en perspective d’un porte-joint selon l’invention. [Fig.3A] et [Fig.3B] sont des vues en perspective d’un organe rotatif selon l’invention. [Fig.3C] est une vue en coupe longitudinale de l’organe rotatif des figures 3A et 3B. [Fig.3D] schématise l’enveloppe commune dans laquelle sont incluses les parois externes des boisseaux de l’organe rotatif. [Fig.4A], [Fig.4B] et [Fig.4C] sont des vues en coupe transversale d’une vanne selon l’invention, respectivement à un premier étage (au niveau de la coupe selon A-A de la figure 1B), un deuxième étage (au niveau de la coupe selon B-B de la figure 1B) et un troisième étage (au niveau de la coupe selon C-C de la figure 1B). [Fig.5] illustre un joint d’étanchéité selon l’invention. [Fig.6] est une vue en coupe longitudinale d’une vanne selon l’invention, à l’état assemblée. [Fig.7] illustre partiellement le montage d’un joint d’étanchéité. [Fig.8] est une vue en coupe longitudinale d’une vanne selon une variante de réalisation de l’invention, à l’état assemblée. Description des modes de réalisation [24] Pour éventuellement compléter leur définition courante, les précisions suivantes sont apportées à certains termes utilisés dans les revendications et la description : - Tel qu’utilisé ici, sauf indication contraire, l’éventuelle utilisation des adjectifs ordinaux « premier », « deuxième », etc., pour décrire un objet indique simplement que différentes occurrences d’objets similaires sont mentionnées et n’implique pas que les objets ainsi décrits doivent être dans une séquence donnée, que ce soit dans le temps, dans l'espace, dans un classement ou de toute autre manière.
- « X et/ou Y » signifie : X seul ou Y seul ou X+Y. - D'une manière générale, on appréciera que sur les différents dessins annexés, les objets sont arbitrairement dessinés pour faciliter leur lecture. Corps de vanne [25] En se rapportant aux figures 1A à 1F, la vanne objet de l’invention comporte un corps de vanne 1 (ou carter, les deux termes étant synonymes) constitué d'une paroi latérale 10 de forme générale cylindrique d’axe X-X et d'une paroi de fond 11. [26] Le corps 1 présente un logement interne 12 qui s’étend selon l’axe X-X, depuis la paroi de fond 11 jusqu’à une extrémité ouverte dudit corps opposée à ladite paroi de fond et qui est de forme générale cylindrique. [27] Selon un mode de réalisation, le corps 1 est réalisé dans un matériau rigide, par exemple de type acier, métal, plastique, etc. [28] Dans la paroi latérale 10 sont aménagées des orifices d’entrée et/ou de sortie de fluide A1, B1, C1, D1, B2, C3 qui débouchent dans le logement 12. Selon un mode de réalisation, un orifice d’entrée et/ou de sortie de fluide 1323 est aménagé au niveau de la paroi de fond 11 et débouche dans le logement 12. [29] Les orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3 sont répartis sur trois niveaux ou étages : une première série A1, B1, C1, D1 installée à un premier étage, au moins un orifice B2 installé à un deuxième étage et au moins un orifice C3 installé à un troisième étage. Ces étages sont distincts l’un de l’autre et situés dans des plans parallèles normal à l’axe X-X. Sur les figures annexées, le premier étage présente quatre orifices, le deuxième étage un orifice et le troisième étage un orifice, mais un nombre différent d’orifices peut être prévu à l’un et/ou l’autre des étages. De même un nombre supérieur ou inférieur d’étages peut être prévu (par exemple entre 2 et 5 étages). [30] Les orifices B1 et B2 d’une part et C1 et C3 d’autre part sont préférentiellement alignés bien que cette configuration ne soit pas essentielle au fonctionnement de la vanne. Selon un mode préféré de réalisation, les orifices A1, B1, C1, D1 de la première série sont positionnés à 90° l’un de l’autre.
[31] Selon le mode de réalisation des figures 1A à 1F, les orifices A1 et C1 sont chacun reliés à une tubulure 13 qui fait saillie depuis la surface externe de la paroi latérale 10. L’orifice C3 se prolonge par un conduit coudé débouchant au niveau de la paroi de fond 11, mais pourrait être relié à une tubulure similaire aux tubulures 13. Les orifices B1 et B2 débouchent dans un canal ou conduit commun B aménagé dans la paroi latérale 10. Le premier étage et le deuxième étage sont ainsi en communication fluidique au travers du canal B. Ce canal B est par exemple orienté parallèlement à l’axe X-X et s’étend depuis la paroi de fond 11 jusqu’à l’extrémité ouverte du corps 1. Le canal B peut être débouchant à ses deux extrémités ou être borgne. D’autres configurations du canal B sont toutefois envisageables. L’orifice D1 débouche dans un canal ou conduit D aménagé dans la paroi latérale 10. Ce canal D est par exemple orienté parallèlement à l’axe X-X et s’étend depuis la paroi de fond 11 jusqu’à l’extrémité ouverte du corps 1. Le canal D peut être débouchant à ses deux extrémités ou être borgne. D’autres configurations du canal D sont toutefois envisageables. L’orifice D1 pourrait être relié à une tubulure similaire aux tubulures 13. [32] La paroi de fond 11 peut également présenter un orifice 1323 débouchant dans le logement 12. Cet orifice 1323 peut être relié à une tubulure similaire aux tubulures 13. [33] Selon un mode de réalisation, le logement 12 présente des rainures axiales 120 orientées parallèlement à l’axe X-X et qui s’étendent depuis la paroi de fond 11 jusqu’à l’extrémité ouverte du corps 1. Ces rainures 120 servent à la mise en position du porte-joint 2 comme expliqué plus avant dans la description. Porte-joint [34] Les figures 2A et 2B illustrent un porte-joint 2 configuré pour être installé dans le logement 12, entre le corps 1 et l’organe rotatif décrit plus avant dans la description. Le porte-joint 2 est monobloc et constitué d'une paroi latérale 20 délimitant un logement interne 22 s’étendant selon l’axe X-X et dans lequel se monte l’organe rotatif 3 décrit plus avant dans la description. La paroi latérale 20 a une forme complémentaire du logement interne 12 du corps 1 et notamment complémentaire des rainures 120 de manière à assurer le positionnement du porte-joint 2 dans ledit logement. Le contact entre la surface externe de la paroi
20 et de la paroi interne du logement 12 est préférentiellement un contact serré assurant une étanchéité au fluide. Toutefois, cette étanchéité peut être seulement assurée par les joints d’étanchéité 4 décrits plus avant dans la description. [35] Sur les figures 2A et 2B, le logement interne 22 du porte-joint 2 est ouvert à l’une de ses extrémités et obturé à une autre extrémité par une paroi 23 formant couvercle. Selon un mode préféré de réalisation, le couvercle 23 forme partie intégrante du porte-joint 2. Selon une variante de réalisation, le porte-joint 2 est ouvert à ses deux extrémités, le couvercle 23 étant rapporté ultérieurement. Le couvercle 23 présente un orifice 230 pour le passage d’un arbre 300 de l’organe 3. [36] Selon un mode de réalisation, le porte-joint 2 est réalisé dans un matériau rigide, par exemple de type acier, métal, plastique, etc. Il est préférentiellement réalisé en PPS (polysulfure de phénylène) ou PA (polyamide). [37] Dans la paroi 20 sont aménagées des ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3. Ces ouvertures débouchent d’une part dans le logement 22 et d’autre part sur la surface externe de la paroi latérale 20. Les ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3 sont respectivement complémentaires des orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3 de sorte que lorsque le porte-joint 2 est installé dans le corps 1, l’orifice A1 débouche dans l’ouverture AO1, l’orifice B1 débouche dans l’ouverture BO1, l’orifice C1 débouche dans l’ouverture CO1, l’orifice D1 débouche dans l’ouverture DO1, l’orifice B2 débouche dans l’ouverture BO2 et que l’orifice C3 débouche dans l’ouverture CO3. Les ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3 sont ainsi en communication fluidique avec les orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3. [38] Sur les figures 2A et 2B, la configuration de la paroi 20 est telle qu’elle s’étend uniquement au niveau des ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3. Ainsi, la paroi 20 s’étend dans le premier étage où sont situés les orifices A1, B1, C1, D1 et les ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1 ; partiellement dans le deuxième étage où sont situés l’orifice B2 et l’ouverture BO2, jusqu’au troisième étage uniquement dans la zone où sont situés l’orifice C3 et l’ouverture CO3. Cette configuration permet un gain de matière susceptible d’alléger le poids du porte-
joint 2. Selon un autre mode de réalisation, la paroi 20 s’étend dans toute la longueur du porte-joint 2. [39] Les ouvertures AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3 constituent des logements de joints en communication fluidique avec les orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3, et dans lesquels sont installés les joints d’étanchéité 4. Organe rotatif [40] La vanne comporte également un organe rotatif 3 monté mobile en rotation dans le logement 12, autour de l’axe X-X. Un mode préféré de réalisation de cet organe rotatif 3 est illustré sur les figures 3A, 3B et 3C. En usage, l’organe 3 prend différentes positions angulaires permettant de contrôler la circulation de fluide au travers des orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3 de la vanne. [41] L’organe 3 comprend plusieurs boisseaux 31, 32, 33 agencés l’un au-dessus de l’autre selon l’axe X-X. Le nombre de boisseaux correspond au nombre d’étages de la vanne. Selon le mode de réalisation des figures annexées, un premier boisseau 31 est situé au niveau du premier étage (c.-à-d. au niveau des orifices A1, B1, C1 et D1), un deuxième boisseau 32 est situé au niveau du deuxième étage (c.-à-d. au niveau de l’orifice B2) et un troisième boisseau 33 est situé au niveau du troisième étage (c.-à-d. au niveau de l’orifice C3). [42] Pour réduire les frottements, les boisseaux 31, 32, 33 sont avantageusement en matériau plastique, préférentiellement en PPS (polysulfure de phénylène) ou en PA (polyamide). Ils forment une pièce monobloc obtenue par moulage et/ou usinage de l’organe 3. Selon une variante de réalisation, les boisseaux 31, 32, 33 peuvent être réalisés indépendamment les uns des autres et assemblés ensemble par exemple par collage, soudage ou vissage. [43] Selon un mode préféré de réalisation, la paroi externe de chaque boisseau 31, 32, 33 a une forme de zone sphérique (sphère tronquée de ses calottes sphériques par deux plans parallèles, et notamment deux plans perpendiculaires à l’axe X-X). D’autres formes équivalentes sont toutefois envisageables, telles que des formes sphériques ou sensiblement sphériques par exemple des ellipsoïdes aplatis. Ces formes sont particulièrement avantageuses dans la mesure où elles permettent de réduire encore davantage les zones de friction entre l’organe rotatif et les joints d’étanchéité et les décrits plus avant dans la
description, cette zone se limitant à un contact linéique. À titre d’exemple, les boisseaux 31, 32, 33 ont un diamètre compris entre 1 cm et 5 cm. [44] En se rapportant à la figure 3D, les parois externes des boisseaux 31, 32, 33 sont incluses dans une enveloppe commune E de forme tronconique. Sur cette figure, les diamètres des boisseaux ont volontairement été amplifiés pour illustrer plus clairement cette caractéristique. Cette configuration des boisseaux 31, 32, 33 permet un montage aisé de l’organe 3 dans le porte-joint 2 et assure une étanchéité optimale avec une friction limitée entre les joints d’étanchéité et les boisseaux 31, 32, 33 comme expliqué plus avant dans la description. Un bon compromis entre simplicité de fabrication et de montage et efficacité de l’étanchéité est obtenu lorsque l’enveloppe E présente une pente inclinée d’un angle a compris entre 0,1° et 5° par rapport à l’axe X-X. Sur la figure 3D, le diamètre des boisseaux 31, 32, 33 croit selon la pente de l’enveloppe E (c.-à-d. selon que l’enveloppe E s’éloigne de l’axe X-X). [45] Une extrémité de l’organe 3 est pourvue d’un arbre 300 s’étendant selon l’axe X-X et adapté pour venir en prise avec l’actionneur 8 assurant sa mise en rotation. Sur les figures annexées, cet arbre 300 est situé à l’extrémité du premier boisseau 31. [46] L’organe rotatif 3 est configuré de sorte à avoir des positions angulaires permettant de contrôler la circulation de fluide au niveau des différents étages. Pour ce faire, l’organe 3 présente des ouvertures d'écoulement de fluide. [47] Sur les figures 3A, 3B et 3C, le premier boisseau 31 comprend une ouverture d'écoulement de fluide 310 configurée pour contrôler la circulation de fluide au niveau du premier étage, notamment entre au moins deux orifices A1, B1, C1, D1 dudit premier étage. Cette ouverture 310 est préférentiellement aménagée sur un secteur angulaire compris entre 90° et 180°, c’est-à-dire un secteur angulaire susceptible de couvrir au moins deux orifices du premier étage. Dans la position angulaire de la figure 4A, l’ouverture 310 est positionnée en vis-à-vis des orifices B1 et C1, de sorte que ces deux orifices sont en communication fluidique ; et les orifices A1 et D1 sont obturés par la paroi externe du premier boisseau 31. L’ouverture 310 peut toutefois être aménagée sur un secteur angulaire différent, par exemple 20° ou 270°. Selon un mode de réalisation, l’ouverture 310 est
configurée de sorte que le premier boisseau 31 ait au moins une position angulaire empêchant, au niveau du premier étage, toute circulation de fluide entre les différents orifices A1, B1, C1, D1. [48] Le deuxième boisseau 32 comprend une ouverture d'écoulement de fluide 320 configurée pour contrôler la circulation de fluide au niveau du deuxième étage, notamment au niveau de l’orifice B2. Cette ouverture 320 est préférentiellement aménagée sur un secteur angulaire compris entre 90° et 180°, mais peut toutefois être aménagée sur un secteur angulaire différent, par exemple 20° ou 270°. Selon un mode de réalisation, l’ouverture 320 est décalée de 180° de l’ouverture 310. Dans la position angulaire de la figure 4B, l’ouverture 320 est positionnée en vis-à-vis de l’orifice B2. Combinée à la position angulaire de la figure 4A, les orifices C1, B1 et B2 (via le conduit B) sont en communication fluidique. [49] Le troisième boisseau 33 comprend une ouverture d'écoulement de fluide 330 configurée pour contrôler la circulation de fluide au niveau du troisième étage, notamment au niveau de l’orifice C3. Cette ouverture 330 est préférentiellement aménagée sur un secteur angulaire correspondant à celle de l’orifice C3, mais peut toutefois être aménagée sur un secteur angulaire différent, par exemple 20°, 90° ou 120°. Selon un mode de réalisation, l’ouverture 330 est décalée de 180° de l’ouverture 320. Dans la position angulaire de la figure 4C, l’ouverture 330 est positionnée en vis-à-vis de l’orifice C3. Combinée à la position angulaire des figures 4A et 4B, les orifices C1, B1 et B2 (via le conduit B) et C3 (via la cavité 323) sont en communication fluidique. [50] En se rapportant à la figure 3C, les ouvertures 320 et 330 sont reliées l'une à l'autre par une cavité ou passage 323 de telle manière que le fluide peut s'écouler simultanément à travers les deux dites ouvertures et donc à travers l’organe 3. Le deuxième étage et le troisième étage peuvent ainsi être en communication fluidique. Cette cavité 323 ne communique pas avec l’ouverture 310. [51] Sur la figure 3C, la cavité 323 débouche à l’extrémité du troisième boisseau 33 (c.-à-d. à une extrémité de l’organe 3) de sorte que ladite cavité est en communication fluidique avec l’orifice 1323 aménagée dans la paroi de fond 11.
Dans l’exemple des figures annexées, l’ouverture 3230 de la cavité 323 est telle que ladite cavité est en communication fluidique avec l’orifice 1323 quelle que soit la position angulaire de l’organe 3. Cette ouverture 3230 peut toutefois être aménagée sur un secteur angulaire prédéfini, de sorte que ladite cavité soit en communication fluidique avec l’orifice 1323 seulement dans une ou plusieurs positions angulaires de l’organe 3. [52] Les différentes positions angulaires de l’organe 3 offrent grand nombre de combinaisons possibles de connexion fluidiques entre les orifices de A1, B1, C1, D1, B2, C3, 1323 de la vanne, en comparaison des vannes de l’art antérieur précité. Chaque combinaison permet d’obtenir un mode de fonctionnement particulier. Notamment, le canal ou conduit commun B permet de mettre en communication fluidique le premier étage avec le deuxième étage et/ou le troisième étage. Et la cavité ou passage 323 permet de mettre en communication fluidique le deuxième étage et le troisième étage. [53] Sur la figure 3C, l’organe 3 comprend en outre une tige 3231 conformée dans la cavité 323 et formant axe de rotation de l’organe 3. Cette tige 3231 est adaptée pour venir se loger dans un guide 123 en forme de coupelle visible sur les figures 1A à 1F et aménagé sur la paroi de fond 11. La tige 3231 comprend préférentiellement une extrémité en forme de pointe de manière à limiter les frottements avec le guide 123. Joints d’étanchéité [54] En se rapportant aux figures 5 et 6, les éléments d’étanchéité 4 sont conçus chacun sous la forme d'un joint annulaire prenant appui de manière étanche sur la surface externe des boisseaux 31, 32, 33. Lorsque ces derniers ont une forme de zone sphérique, de sphère ou une forme sensiblement sphérique, le contact entre les joints et lesdits boisseaux se limitent à un contact linéique. Il en résulte une zone de friction particulièrement réduite, de sorte que les frottements sont négligeables. [55] Selon un mode de réalisation, les joints 4 sont réalisés en matériau élastomère, préférentiellement dans un caoutchouc d’éthylène propylène (type EPDM, EPM). D’autres matériaux élastomère peuvent toutefois être prévus, tels
que par exemple des caoutchoucs fluocarbonés (ex : Viton®) ou des caoutchoucs butyles. [56] Chaque joint 4 présente une partie proximale 40 en contact avec la paroi externe d’un boisseau 31, 32, 33 et une partie distale 41 en contact avec un épaulement aménagé dans le logement de joint correspondant AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3 ou en contact avec le corps de vanne 1. [57] La partie proximale 40 présente avantageusement une convexité ou une courbure de manière à limiter davantage la surface de contact (zone de friction) avec la paroi externe du boisseau 31, 32, 33 correspondant. Pour réduire encore davantage les frottements, la partie proximale 40 est avantageusement recouverte d’un revêtement 400 à base de polymère fluoré, les meilleurs résultats étant obtenus avec un revêtement en polytétrafluoroéthylène (PTFE). [58] La partie distale 41 présente une ou plusieurs lèvres 410 en contact avec l’épaulement du logement de joint correspondant ou, préférentiellement, en contact avec la paroi interne du logement 12 du corps 1 (figure 7). Ces lèvres 410 forment un élément ressort permettant de contraindre la partie proximale 40 contre la paroi externe du boisseau 31, 32, 33. La configuration de ces lèvres 410, notamment leur longueur L410 permet de générer un effort contrôlé du joint 4 contre la paroi externe du boisseau 31, 32, 33, et partant assurer une étanchéité optimale tout en limitant les frottements. À titre d’exemple, les lèvres 410 se présentent sous la forme de bosse ou mamelon dont le diamètre (longueur L410) est compris entre 0.2 mm et 1 mm. [59] La paroi interne du joint 4 est avantageusement pourvue d’un insert 42, avantageusement en matériau plastique ou métallique. Cet insert 42 permet de rigidifier le joint 4 et de faciliter sa manutention et sa mise en position dans le logement correspondant, notamment lorsque cette mise en position est réalisée dans le cadre d’un process d’industrialisation automatique. L’insert 42 permet en outre de contraindre la paroi externe du joint 4 contre la paroi interne du logement correspondant de manière à avoir un contact étanche entre ledit joint et ledit logement. Selon un mode de réalisation, l’insert 42 se présente sous la forme d’une bague annulaire, éventuellement fendue, insérée dans le joint 4 avant ou après la mise en position dudit joint dans son logement.
Montage de la vanne [60] La figure 6 illustre une vanne assemblée. Selon un mode préféré de réalisation, le montage de la vanne est réalisé selon les étapes suivantes. L’organe 3 est d’abord inséré selon l’axe X-X dans le logement interne 22 du porte-joint 2, depuis l’extrémité ouverte de celui-ci, l’arbre 300 dudit organe passant au travers de l’orifice 230 du couvercle 23. Cette insertion peut facilement être réalisée de manière automatisée. [61] Lorsque l’organe 3 est installé dans le porte-joint 2, les joints 4 sont insérés dans les logements AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3. Cette insertion est réalisée depuis la face externe de la paroi latérale 20. Cette insertion peut facilement être réalisée de manière automatisée. L’insert 42 peut être installé dans le joint 4 avant ou après son installation dans le logement correspondant. Dans la mesure où les joints 4 sont mis en place après que l’organe 3 soit installé dans le porte-joint 2, lesdits joints ne sont pas écrasés, leur intégrité physique et leur positionnement étant préservés. A contrario, si l’organe 3 est installé dans le porte-joint 2 après que les joints 4 soient installés dans leur logement, la partie équatoriale des boisseaux 31, 32, 33 viendrait écraser les joints 4 avec le risque de les écraser et/ou de modifier leur positionnement assurant une étanchéité optimale. [62] L’ensemble formé par l’organe 3, le porte-joint 2 et les joints 4 est ensuite installé dans le logement interne 12 du corps 1, depuis l’extrémité ouverte dudit logement. Cette insertion peut facilement être réalisée de manière automatisée. Lorsque cet ensemble est en position dans le corps 1, les lèvres 410 des joints 4 se compriment contre la paroi interne du logement 12 du corps 1 de sorte que, par effet ressort, leur partie proximale 40 est contrainte contre la paroi externe du boisseau 31, 32, 33 pour assurer une étanchéité contrôlée au fluide. [63] Le couvercle 23 vient fermer de manière étanche le logement interne 12 du corps 1. La fixation du couvercle 23 sur le corps 1 se fait avantageusement au moyen d’élément de visserie, des joints d’étanchéité étant avantageusement aménagés dans ledit couvercle et/ou au niveau de l’extrémité ouverte du logement 12 du corps 1 pour assurer l’étanchéité.
[64] La vanne est ainsi constituée de seulement trois pièces (organe rotatif 3, porte-joint 2 – et joints 4 - et corps de vanne 1) autorisant un process d’industrialisation relativement simple. [65] Un actionneur 8, de type moteur rotatif, assure la mise en rotation de l’organe 3, les boisseaux 31, 32, 33 étant entraînés simultanément en rotation et possédant le même nombre de positions angulaires. L’actionneur 8 est préférentiellement fixé sur le couvercle 23 du porte-joint 2 et vient en prise avec l’arbre 300 de l’organe 3. [66] Selon la variante de réalisation de la figure 8, une étanchéité est prévue entre les étages, notamment entre d’une part le premier étage et d’autre part le deuxième étage et le troisième étage. Cette étanchéité est assurée par un élément d’étanchéité 50, par exemple du type joint torique ou joint à lèvre, installé sur la paroi externe de l’organe 3 ou sur la paroi du logement interne du porte-joint 2, au niveau de la jonction entre le premier boisseau 31 et le deuxième boisseau 32. Cet élément d’étanchéité 50 assure une étanchéité au fluide dans le logement interne du porte-joint 2, entre le premier boisseau 31 et les autres boisseaux 32, 33. Cette étanchéité supplémentaire permet d’isoler totalement le premier étage des étages inférieurs, ce qui peut être souhaitable lorsque des fluides de nature différente circulent dans chacun de ces étages. Dans la mesure où le deuxième boisseau 32 et le troisième boisseau 33 sont en communication fluidique au travers de la cavité 323, une étanchéité entre ces deux dits boisseaux n’est pas nécessaire. [67] La vanne objet de l’invention est particulièrement adaptée pour être installée dans un système d’échangeur de chaleur de véhicule automobile, lequel système est configuré pour permettre le refroidissement et/ou le réchauffement de l’habitacle du véhicule et/ou d’autres éléments dudit véhicule (moteur, batteries, radiateur, …). Les orifices A1, B1, C1, D1, B2, C3, 1323 sont notamment connectés à des branches ou sous-circuit de circulation de fluide du système. [68] La figure 7 illustre partiellement un montage de joint, les angulations ayant volontairement été amplifiées pour illustrer plus clairement les caractéristiques qui suivent. De même, la forme inclinée des parois du porte-joint 2 et/ou du corps
1 ne correspondent pas nécessairement à la réalité industrielle, ces parois pouvant notamment être parallèles, ou sensiblement parallèle à l’axe X-X. [69] Sur cette figure 7 est représenté le premier boisseau 31 dans une position angulaire où son ouverture d’écoulement 310 est positionnée en alignement de l’orifice A1 du corps 1 et de l’ouverture AO1 du porte-joint 2. L’ouverture AO1 forme le logement du joint 4. Ce logement présente un axe Y-Y perpendiculaire à l’enveloppe E (avec une tolérance de ± 10% de l’angle a) de sorte que le joint 4 est installé selon cet axe. Cette configuration s’applique à chaque logement AO1, BO1, CO1, DO1, BO2, CO3, à chaque joint 4 et présente plusieurs avantages décrits ci-après. [70] Les joints 4 étant montés en biais par rapport à l’axe de rotation X-X, ils forment un berceau assurant le bon positionnement de l’organe 3. [71] En outre, de par leur inclinaison, les joints 4 exercent une contrainte F selon l’axe Y-Y ayant une composante FX orientée selon l’axe X-X (vers le haut sur la figure 7), laquelle composante tend à limiter la friction entre lesdits joints et les boisseaux 31, 32, 33 de sorte que le couple nécessaire à la mise en rotation de l’organe 3 est réduit. En effet, la composante FX tend à décharger la pression du joint 4 au niveau de la zone de la partie proximale 40 qui est dans le sens de ladite composante (la zone supérieure de la partie proximale 40 sur la figure 7) et de fait, les frottements au niveau de cette zone. La composante FX permet également de décharger la pression de la tige 3231 dans le guide 123, ce qui contribue encore davantage à réduire les frottements auxquels est soumis l’organe 3 et le couple nécessaire à sa mise en rotation. [72] L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l’invention. En particulier : - La vanne peut comporter davantage d’étages, par exemple quatre ou cinq étages, chacun desdits étages étant associé à un boisseau. - Le deuxième étage et le troisième étage peuvent présenter plus d’un orifice.
- Les rainures 120 ne sont pas essentielles, les parois latérales 10 pouvant en être dépourvues. - Les orifices A1, B1, C1, D1 de la première série ne sont pas nécessairement positionnés à 90° les uns des autres. - Les ouvertures d’écoulement 310, 320, 330 aménagées dans boisseaux 31, 32, 33 peuvent avoir d’autre configuration selon les modes de fonctionnement souhaités. - La cavité ou passage 323 peut être configurée pour mettre en communication fluidique l’ouverture 310 du premier boisseau avec l’ouverture 320 du deuxième boisseau 32 ou avec l’ouverture 330 du troisième boisseau 33. [73] En outre, une ou plusieurs caractéristiques exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être combinées avec une ou plusieurs autres caractéristiques exposées seulement dans un autre mode de réalisation. De même, une ou plusieurs caractéristiques exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être généralisées aux autres modes de réalisation, même si ce ou ces caractéristiques sont décrites seulement en combinaison avec d’autres caractéristiques.