ROBINET BOUTEILLE ASSEMBLE PAR DEFORMATION REMANENTE ET BOUTEILLE AVEC ROBINET ASSEMBLE PAR DEFORMATION REMANENTE

Domaine technique

[0001] L'invention a trait à un robinet bouteille pour gaz comprimé ainsi qu'à une bouteille avec un robinet. Plus particulièrement l'invention a trait à un robinet bouteille pour gaz comprimé avec un corps et comprenant au moins un élément assemblé au corps. Plus particulièrement l'invention également trait à une bouteille avec un robinet assemblé à la bouteille.

Technique antérieure

[0002] Les corps de robinet bouteille pour gaz comprimé sont généralement assez massifs et essentiellement d'un seul tenant en raison des efforts à reprendre, en particulier pour des applications à des pressions élevées telles qu'au-delà de 200 bars et parfois même au-delà de 400 bars. I ls com portent généralement au moins un élément assemblé au corps fermant le robinet.

[0003] Un tel robinet connu destiné à des pressions élevées est illustré aux figures 1 à 3. La figure 1 est une vue en coupe du robinet complet. Il comporte un corps massif 4 typiquement en laiton ou en acier inoxydable. Le corps est traversé par un passage reliant l'entrée du robinet située à son extrém ité inférieure à sa sortie ( non visible à la figu re 1 ). U n obturateur 6 avec des moyens d'étanchéité 8 sont disposés dans une cavité supérieure du corps 4. L'obturateur et ses moyens d'étanchéité coopèrent avec un siège formé le long du passage de gaz dans le corps 4 du robinet. La cavité débouche vers une ouverture supérieure. Cette cavité est traversée par un axe 10 de commande de l'obturateur, cet axe 10 étant relié et maintenu à un volant de commande 12 via un écrou 14. Le corps forme une paroi généralement cylindrique à la sortie de la cavité. Cette paroi reçoit un élément généralement cylindrique 18 en vue de fermer de manière étanche la cavité et de guider l'axe de commande 10. L'axe est pourvu de deux joints 20 disposés dans des gorges respectives et coopérant avec un perçage correspondant pratiqué dans l'élément 18. Cet élément est maintenu dans la cavité par un filetage. Le corps 4 du robinet est illustré selon une coupe de la figure 1 . On peut observer la cavité et la paroi 16 destinée à recevoir l'élément 18. La figure 3 est une vue en coupe agrandie de l'élément 18. On peut y observer le filetage 22 sur sa surface cylindrique extérieure. Au moins deux pans parallèles (non visibles) sont prévus à la partie haute de la surface extérieure de l'élément 18 afin de permettre son serrage au moyen d'une clé du type clé plate à fourche.

[0004] Les contraintes d'étanchéité au niveau de l'élément 18 sont assez sévères compte tenu des pressions de travail élevées ainsi que des efforts résultants de ces pressions. Il est à noter que l'étanchéité entre l'élément 18 et le corps est assurée par le matage des surfaces d'une nervure circulaire 24 de l'élément 18 avec une nervure correspondante 26 du corps. Ce matage impose un couple de serrage important. L'application d'u n couple de serrage important impose une épaisseur de paroi 16 important ainsi qu'une certaine massivité de l'élément 18.

[0005] Cette massivité impose une consommation importante de matière ainsi que des temps d'usinage du corps notamment par décolletage assez importants. La figure 2 illustre la surépaisseur au niveau de la paroi pour, d'une part, loger l'élément 18, et, d'autre part, reprendre les efforts de serrage de l'élément 18 sur la paroi 16.

[0006] Le document de brevet US 3,368,581 divulgue un robinet bouteille dont le corps est composé essentiellement de quatre éléments. Un élément principal généralement cylindrique renfermant l'obturateur et la mécanique de commande associée, un élément servant de raccord d'entrée destiné à être vissé sur un col de bouteille, un élément de sortie avec un filetage intérieur et un élément couvercle traversé par un axe de commande du robinet et vissés sur la partie supérieure de l'élément principal. Les éléments servant de raccord d'entrée et de sortie sont soudés sur l'élément principal. Cette solution permet une optimisation de matière très intéressante mais impose de contraintes thermiques qui peuvent être extrêmement gênantes notamment pour les composants internes du robinet et qui peuvent, de plus, entraîner des déformations de l'élément principal du corps.

Résumé de l'invention

[0007] L'invention a pour objet de proposer une conception de robinet bouteille et de bouteille avec robinet palliant au moins un des inconvénients sus mentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objet de proposer un robinet bouteille et u ne boutei l le avec robi net de conception plus économique.

[0008] L'invention consiste en un robinet bouteille pour gaz sous pression, comprenant un corps massif avec une partie creuse formant une paroi de forme généralement cylindrique avec une surface intérieure et une surface extérieure ; u n élément de forme généralement cylindrique avec une surface extérieure et disposé au moins partiellement dans ladite partie creuse formant ladite paroi de manière à ce que sa surface extérieure soit en contact avec ladite surface intérieure de ladite paroi ; remarquable en ce qu'au moins une des deux surfaces parmi ladite surface extérieure dudit élément cylindrique et ladite surface intérieure de ladite paroi est généralement lisse de manière à ce que ledit élément cylindrique soit mis en place da ns lad ite partie creuse par u n simple mouvement de translation ; et ladite paroi est ledit élément cylindrique sont en pression par déformation rémanente de ladite paroi, préférentiellement par un procédé à impulsion magnétique. Selon l'invention, le corps massif et l'élément peuvent être constitués en matériau métallique ou plastique. Les plastiques utilisables dans le cadre de l'invention sont des plastiques tels que le polyamide, le polyéthylène ou le polypropylène, par exemple. Au moi ns le corps massif ou l'élément est en matériau métallique. De préférence, le corps massif et l'élément sont tous deux en matériau métallique.

[0009] Cette construction présente l'avantage de permettre une réduction de matière à usiner lors de la mise forme de la cavité destinée à recevoir l'élément généralement cylindrique. De plus, la liaison par déformation permet un assemblage sensiblement plus rapide que par vissage classique. Etant donné que ce type de robinet est rarement destiné à être démonté, la liaison ainsi assurée qui est irréversible n'est pas pénalisante. La déformation rémanente de la paroi est préférentiellement faite par un procédé à impulsion magnétique. En effet, en raison des pressions en jeu dans ce genre de robinet, l'épaisseur de paroi et son matériau, typiquement du laiton ou de l'acier inoxydable, sont tels qu'il est très difficile de la déformer par des moyens mécaniques classiques sans la fissurer. De plus le procédé par impulsion magnétique permet un soudage, ce qui rend la liaison d'avantage sûre.

[0010] Selon un mode avantageux de l'invention, la surface intérieure de la paroi cylindrique et la surface extérieure de l'élément cylindrique sont soudées. Il s'agit d'une soudure à froid, typiquement pas impulsion magnétique.

[0011] Selon un autre mode avantageux de l'invention, la paroi de forme généralement cylindrique est disposée de telle manière que sa surface extérieure soit accessible sur la majeure partie de son pourtour, donnant ainsi accès à une bobine d'un appareillage à impulsion magnétique.

[0012] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la paroi cylindrique et l'élément cylindrique présentent une forme rétentive dans le sens du désassemblage, préférentiellement une forme conique.

[0013] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la surface extérieure de l'élément cylindrique présente au moins une, préférentiellement deux nervures circulaires.

[0014] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la surface extérieure de l'élément cylindrique et la surface intérieure de la paroi cylindrique comporte des moyens empêchant la rotation, préférentiellement au moins une facette. Préférentiellement, la surface extérieure de l'élément cylindrique présente une série de facettes distribuées de manière géométrique sur sa périphérie. La présence de ces moyens permet de décourager des tentatives de démontage par dévissage par les utilisateurs du robinet habitués au fait aux montages vissés classiques. De plus, ces facettes sont particulièrement faciles à usiner. [0015] Selon u n encore autre mode avantageux de l' i nvention , la paroi cylindrique a la forme d'une collerette en saillie du corps dudit robinet.

[0016] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la partie creuse reçoit un axe de commande dudit robinet, l'élément cylindrique étant traversé par ledit axe et fermant ladite partie creuse.

[0017] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la partie creuse est une sortie dudit robinet et l'élément cylindrique est un raccord de sortie.

[0018] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le corps dudit robinet est massif et d'un seul tenant, ledit robinet étant apte à travailler à une pression d'au moins 100 bars, préférentiellement 200 bars.

[0019] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le corps dudit robinet est en laiton ou en acier inoxydable.

[0020] L'invention consiste également en une bouteille pour gaz sous pression comprenant u n e paroi fermée avec u n gou lot forma nt u n e paroi généralement cylindrique avec une surface intérieure et une surface extérieure ; un robinet bouteille, le dit robinet ayant un corps une surface extérieure généralement cylindrique au niveau d'une entrée de gaz, ladite surface extérieure étant disposé au moins partiellement dans ledit goulot de manière à ce que sa surface extérieure soit en contact avec ladite surface intérieure de ladite paroi ; remarquable en ce qu'au moins une des deux surfaces parmi ladite surface extérieure dudit corps et ladite surface intérieure de ladite paroi est généralement lisse de manière à ce que ledit corps soit mis en place dans ledit goulot par un simple mouvement de translation ; et ladite paroi et ledit élément cylindrique sont en pression par déformation rémanente de ladite paroi, préférentiellement par un procédé à impulsion magnétique. Le robinet peut être tel que défini précédemment.

[0021] Les mêmes avantages que pour l'assemblage du robinet lui-même sont également présents ici par analogie.

[0022] Selon un mode avantageux de l'invention, la surface intérieure de la paroi de forme généralement cylindrique et la surface extérieure dudit corps sont soudées. [0023] Selon u n autre mode avantageux de l'invention, la paroi de forme généralement cylindrique est disposée de telle manière que sa surface extérieure soit accessible sur la majeure partie de son pourtour, donnant ainsi accès à une bobine d'un appareillage à impulsion magnétique.

[0024] Selon un encore autre mode avantageux de l'invention , la paroi cylindrique et le corps présentent une forme rétentive dans le sens du désassemblage, préférentiellement une forme conique.

[0025] Selon u n encore autre mode avantageux de l'invention, la surface extérieure du corps présente au moins une, préférentiellement deux nervures circulaires.

[0026] Selon u n encore autre mode avantageux de l'invention, la surface extérieure du corps et la surface intérieure de la paroi cylindrique comporte des moyens empêchant la rotation, comprenant préférentiellement au moins une facette. Préférentiellement, la surface extérieure du corps présente une série de facettes distribuées de manière géométrique sur sa périphérie. La présence de ces moyens permet de décourager des tentatives de démontage par dévissage par les utilisateurs du robinet habitués au fait aux montages vissés classiques.

Brève description des dessins

[0027] La figure 1 est une vue en coupe d'un robinet bouteille correspondant à l'état de la technique.

[0028] La figure 2 est une vue en coupe du corps de robinet bouteille de la figure

1.

[0029] La figure 3 est une vue en coupe de l'élément de fermeture de la cavité du robinet bouteille de la figure 1.

[0030] La figure 4 est u ne vue en coupe d'un robinet bouteille conforme à l'invention.

[0031] La figure 5 est une vue en coupe du corps de robinet bouteille de la figure 4.

[0032] La figure 6 est une vue en coupe de l'élément de fermeture de la cavité du robinet bouteille de la figure 4.

Description des modes de réalisation [0033] Le robinet bouteille 102 de la figure 4 comprend un corps 104 dé forme généralement allongée selon un axe longitudinal représenté verticalement. I l est à noter que le robinet qui va être décrit peut être orienté selon différentes orientations en fonction de sa configuration et de l'orientation de la bouteille sur laquelle il est destiné à être monté.

[0034] Le corps 104 comprend un passage formé par des perçages reliant une entrée située à l'extrémité inférieure et une sortie (non clairement visible). L'entrée est formée par une extrémité du corps 104, pourvue d'un filetage mâle conique destiné à être vissé dans un col ou goulot de bouteille de stockage de gaz sous pression . Le corps 104 comprend une cavité renfermant un obturateur 106 équipé de moyens d'étanchéité 108 destinés à coopérer avec un siège formé dans ledit corps et entourant le passage reliant l'entrée à la sortie. L'obturateur et ses moyens d'étanchéité sont destinés à être déplacés verticalement selon l'axe longitudinal du robinet. Ce déplacement est assuré par un axe de commande 1 10 comportant à son extrém ité inférieure un filetage mâle coopérant avec un filetage femelle de l'obturateur 106. Ce dernier est logé mobile en translation uniquement dans la cavité. La liaison en rotation entre l'obturateur 106 et le corps 104 est assurée par des cannelures. La rotation de l'axe de commande 1 10 aura donc pour effet d'exercer un effort de montée ou de descente sur l'obturateur en fonction du sens de rotation. Il est à noter que ce mécanisme de commande du robinet est classique et que d'autres m éca n ism es b ie n co n n u s de l 'homme de métier sont bien sûr envisageables.

[0035] L'axe de commande est maintenu par un élément 1 18 en forme de bague généralement cylindrique. Cet élément comporte un perçage longitudinal en son centre, recevant l'axe de commande 1 10. Ce dernier est ainsi maintenu libre en rotation par rapport au corps du robinet. L'axe de commande comporte de manière classique des moyens d'étanchéité sous forme de deux joints toriques 120 logés, chacun, dans une gorge formée à cet effet. L'axe de commande comporte une collerette entre son extrémité inférieure filetée et la partie guidée par l'élément 1 18, cette collerette servant de butée axiale de l'axe de commande. Ce dernier est en saillie de l'élément 1 18 et est fixé en rotation à un volant de commande 1 12. Un écrou 1 14 assure le maintien de la liaison en rotation entre le volant et l'axe de commande.

[0036] Le corps forme à son extrémité su périeure u ne paroi généralement cylindrique 1 16 formant au moins une partie de la cavité. Cette paroi cylindrique 1 16 comporte une surface extérieure et une surface intérieure. La surface intérieure est dimensionnée pour recevoir sans contraintes l'élément cylindrique 1 18 par un mouvement de translation. En d'autres termes, lors de l'assemblage du robinet, l'élément 1 18 est inséré dans la cavité après que l'obturateur et l'axe de commande aient été mis en place, et ce sans effort particulier. Un jeu mécanique est donc prévu entre la surface intérieure de la paroi 1 16 et la surface extérieure de l'élément 1 18.

[0037] L'élément 1 18 est illustré en coupe à la figure 6. On peut y observer que sa surface extérieure est généralement cylindrique et comporte une première nervure circulaire 122 et une deuxième nervure circulaire 124, l'espace entre ces deux nervures formant une rainure 126 apte à entrer en contact positif avec la surface intérieure de la paroi 1 16 après déformation. La surface supérieure (selon l'axe longitudinal) de la première nervure 122 formant également une surface apte à entrer en contact positif avec la surface intérieure de la paroi 1 16 après déformation.

[0038] Il est à noter que la paroi 1 16 est illustrée aux figures 4 et 5 dans un état non déformé, si bien que le robinet complet illustré à la figure 4 n'est pas terminé dans la mesure où l'élément 1 18 n'est pas sécurisé avec le corps 104 du robinet. Cette illustration a été délibérément choisie afin de bien montrer la simplicité de montage.

[0039] Une fois que l'élément 1 18 est en place dans la cavité au sein de la paroi 1 16, cette dernière est soumise à une déformation rémanente de manière à ce que sa surface intérieure soit mise en pression contre la surface extérieure de l'élément 1 18. Cette déformation rémanente est mise en œuvre par un procédé à impulsion magnétique. Préférentiellement, cette déformation est telle qu'il en résulte une soudure entre les surfaces mises en pression. [0040] L'utilisation de forces électromagnétiques par impulsion permet de déformer et/ou de souder des pièces entre elles. Il s'agit du « Magnetic Puise Forming » , « Magnetic Puise Crimping » a n d « Magnetic Puise Welding ».

[0041] Le soudage par impulsion magnétique appartient au groupe des procédés de soudage par pression qui permettent de réaliser un assemblage entre deux surfaces atomiquement pures en les pressant l'une contre l'autre. La déformation se fait très rapidement grâce à des forces électromagnétiques générées par une bobine. Le métal des surfaces n'est pas mis en fusion durant le cycle de soudage. Le procédé utilise la pression et non la chaleur, ce qui présente le grand avantage de s'acquitter de tous les problèmes connus du soudage classique par mise en fusion des matériaux. Une bobine est placée autour des pièces à souder, en l'occurrence autour de la surface extérieure de la paroi 1 16, mais sans être en contact avec cel les-ci. U ne très grande quantité d'énergie électrique est libérée en une durée très courte. A titre d'exemple, certains systèmes peuvent décharger 2 millions d'ampères en seulement 100 microsecondes. Cette énergie électrique est classiquement stockée dans un ou plusieurs condensateurs pour être ensuite déchargée dans la bobine. Ce courant va générer via la bobine u n champ magnétique variable qui va induire des courants de Foucault dans la paroi 1 16. Ces courants de Foucault vont générer des champs magnétiques opposés au champ magnétique généré par la bobine. Cette opposition de champs magnétiques va alors développer des forces de répulsion importantes, exerçant sur la paroi 1 16 une forte accélération dirigée vers le centre de la bobine. La vitesse d'impact de la paroi 1 16 (la pièce externe) peut s'élever à plus de 1000 km/h. Une telle force pousse les atomes des matériaux des deux pièces les uns contre les autres de telle sorte que leurs forces de répu lsion naturel les sont vai ncues, résu ltant ai nsi en u ne l iaison métallique. La paroi 1 16 est alors non seulement liée d'un point de vue métallurgique à la pièce 1 18 mais a subit également une déformation rémanente. Ce procédé permet d'assembler des matériaux métalliques conducteurs différents. [0042] La soudure résultant de ce procédé est plus résistante que le matériau de base le plus faible. La liaison est alors totalement étanche, ce qui évite de devoir prévoir l'un ou l'autre joint et/ou siège de matage comme dans l'état de technique où la pièce 1 18 est vissée.

[0043] En fonction de divers paramètres de dimensionnement, la liaison peut se limiter à une déformation de la paroi 1 16 du type sertissage.

[0044] Le procédé sus mentionné est connu pour être utilisé pour des liaisons de tubes aluminium-acier, aluminium-cuivre, aluminium-aluminium, cuivre- acier et cuivre-cuivre.

[0045] Une autre application est la liaison entre le robinet au niveau de son entrée avec la bouteille de gaz. En effet, la bouteille comporte typiquement u n gou lot forma nt u ne paroi généralement cylindrique. Les mêmes mesures techniques que celles mentionnées ci-avant s'appliquent à la liaison entre la paroi généralement cylindrique du goulot et la surface extérieure généralement cylindrique du corps du robinet au niveau de son entrée de gaz. Cette application permet un montage extrêmement aisé et rapide du robinet sur la bouteille.