Brevet FR2008841A1 — publié le 19700130

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité et, plus spécialement, un bouchon d'obturation pour pièces moulées ou de fonte. Dans le travail des métaux, il faut, dans bien des cas, pré-5 voir des trous d'accès dans les pièces moulées ou de fonte, en vue de faciliter l'usinage intérieur ou d'assurer des moyens pour relier des passages internes de transport de fluide. On ferme ces trous"par des bouchons, de manière à éviter la contamination à l'intérieur des passages et empêcher les fuites de fluide. Le bouchon décrit dans le 10 brevet des E.U.A. n° 2 821 323 au nom du demandeur, en date du 28 Janvier 1958, convient particulièrement à une telle application. Le bouchon décrit dans ce brevet nécessite une cheville de forme effilée ; cette cheville se dilate et vient bloquer par frottement un bouchon qui est logé dans une ouverture chanfreinée. De tels bouchons 15 à cheville conviennent très bien dans les cas de produits forgés ou de produits en fonte de haute qualité, mais avec des produits moulés il * faut des bouchons présentant d'autres qualités. En particulier, il y a lieu de noter que les parties saillantes, ou bossages, des pièces moulées ont des ouvertures qui diffèrent l'une de l'autre, aussi bien 20 par l'inclinaison de leurs parois que par la précision de leurs dimensions. De plus, de telles parties saillantes ou bossages devraient avoir un volume important pour résister à des efforts élevés, et le chanfreinage a pour effet de briser la superficie homogène et résistante de la pièce moulée, mettant ainsi à nu l'intérieur qui est plus tendre 25 et qui est, en général, poreux par endroits. Mais des pièces moulées comportant des bossages assez importants pour résister aux efforts des dispositifs d'étanchéité coûtent très cher et, à cela, il faut ajouter le prix du perçage et du chanfreinage. La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité dii 30 type à bouchon et cheville qui rend inutile l'emploi de bossages de grandes dimensions et l'application d'opérations coûteuses de chanfreinage, tout en convenant bien aux ouvertures des produits moulés, quelles que soient les variations de dimensions et d'inclinaison de ces ouvertures. 33 La présente invention permet d'utiliser une cheville de forme effilée et relativement courte, pour assurer l'étanchêité et le blocage d'un bouchon logé dans une ouverture non usinée ne comportant pas d'é-paulements intérieurs pour un joint d'étanchéité. 05937 2008841 Ce bouchon assure une concentration importante d'efforts au-dessous du rebord de l'ouverture à rendre étanche, ainsi qu'un niveau d'efforts acceptable dans les zones normalement plus vulnérables de la pièce moulée, au voisinage de l'ouverture. Ce bouchon utilise des zones de plus en plus grandes d'une cheville de forme éffilée et assure l'étanchéité au moyen d'une seule partie plate, qui mord la pièce moulée sur une partie longitudinale de l'ouverture. De plus, le bouchon à cheville selon la présente invention empêche tout défaut d'étanchéité par suite de dérapage, tout en constituant son propre support au cours du montage de la cheville d'étan-chéification et assurant un excellent verrouillage une fois monté.. Enfin, ce bouchon réduit les charges longitudinales agissant sur la cheville. D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détâillée qui va suivre et des dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue latérale, éclatée et en élévation, d'une forme de réalisation du bouchon d'étanchéité conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe, à plus grande échelle, faite dans le bouchon de la figure 1, représenté en cours de montage, - la figure 3 est analogue à la figure 2, mais montre le bouchon complètement monté ; enfin, - la figure 4 est une coupe partielle, à plus grande échelle, de la bague d'étanchéité de l'ensemble, dont la position dilatée est représentée en pointillé. Le dispositif d'étanchéité selon la présente invention, désigné dans son ensemble par la référence 10, se compose d'un bouchon 12 dans lequel vient se loger complètement une cheville d'écartement ou de dilatation 14 servant à fermer hermétiquement une ouverture 16 d'une pièce moulée ou de fonte, comme par exemple la pièce saillante ou bossage 18. Le bouchon 12 est un tube dont la cavité centrale 22 est fermée à une extrémité par une base 24 et dont l'autre extrémité est rétrécie par une bague 26 solidaire de l'ensemble et dirigée vers l'intérieur. Cette bague 26 comporte un épaulement annulaire 28 dirigé vers l'extérieur et tel que, lorsque l'on commence à introduire le bouchon 12 dans l'ouverture 16, cet épaulement recouvre un bord, ou lèvre, 30 de l'ouverture 16 et constitue alors l'unique support du bouchon 12. 69 05937 3 2008841 Comme représenté sur la figure 2, l'un des avantages de la présente invention réside dans le fait que cet épaulement 28 soit l'unique partie du bouchon 12 ayant un véritable contact avec le bossage 18, avant que l'on introduise la cheville 14 dans la cavité 22 pour verrouiller et 5 rendre étanche l'ensemble 10 dans l'ouverture 16. Comme on l'a mentionné, la bague 26 du bouchon 12 délimite l'entrée 20 de la cavité 22 dans laquelle on introduit la cheville cylindrique 14. A l'état de repos, la bague 26 du bouchon est telle que l'ouverture 20 a un plus grand diamètre que le fond, ou bord 10 d'attaque, 36 de la cheville 14, de sorte que l'on introduit facilement cette cheville dans l'ouverture 20 de la cavité 22, comme représenté sur la figure 2. Une partie courte et très inclinée de la surface extérieure 38 de la cheville au voisinage du bord 36 contribue à faciliter l'introduction de cette cheville, et cette partie est pro-15 longée par une longue portion profilée 40, partant de la surface 38. Le diamètre extérieur de la cheville 14 augmente régulièrement et progressivement depuis la partie 38 et le long de la partie 40, jusqu'à environ les deux tiers de la longueur de la cheville, et ce diamètre atteint une valeur maximum au point 42, à faible distance de la 20 partie supérieure plate 44 de cette cheville. Comme on le voit sur les figures, entre la surface profilée 40 et le dessus 44 de la cheville, cette dernière présente une paroi verticale et régulière 46. La cheville 14 présente également un alésage longitudinal 50 sur toute sa longueur, cet alésage permettant à l'air emprisonné dans là cavité 22 25 de s'échapper, lorsque l'on introduit la cheville dans le bouchon. Le fond 52 de l'alésage 50 s'évase de haut en bas, de manière à épouser la forme de la surface convexe 54 de la base 24 en forme de dôme du bouchon, de sorte que cette cheville vient s'adapter exactement sur le bouchon. Comme représenté, la longueur totale de la cheville 14 est 30 telle qu'elle s'adapte dans la cavité 22 au-dessous de la bague de verrouillage 26 et est maintenue par frottement"par le bouchon, de sorte que la partie 52 ne doit pas nécessairement se trouver au contact de la surface 54. Conformément à l'invention, l'étanchéité entre le bossage 35 18 et l'ensemble 10 est assurée bien au-dessous du rebord ou lèvre 30 de l'ouverture 16. A cette fin, le bouchon 12 comporte avantageusement une seule bague extérieure d'étanchéité 58, ou plat, située à une certaine distance de 1'épaulement 28 dans le sens longitudinal, et 69 05937 2008841 qui fait saillie de la paroi extérieure cylindrique 60 du bouchon de manière à s'encastrer dans le bossage 18, comme représenté sur la figure 3. Cette bague d'étanchéité 58 a une faible profondeur par rapport à la longueur du bouchon, elle est concentrique à 1'épaulement 5 28 et présente une surface inférieure inclinée 62 qui facilite l'introduction du bouchon 12 dans l'ouverture 16. Le diamètre extérieur de la bague 58, à l'état initial, est légèrement inférieur à celui de la partie de l'ouverture 16 qui se trouve en regard, ce qui permet de mettre facilement en place le bouchon 12 dans l'ouverture, tandis 10 qu'il est entièrement supporté par le contact entre 1'épaulement 28 et la lèvre, ou rebord 30. Le bouchon 12 comporte également une bague 64 divisant la cavité intérieure, cette bague étant située intérieurement dans le sens radial, à l'opposé de la bague 58 et ayant pour rôle de rétrécir 15 la cavité 22 davantage que ne le fait la bague 26 et à donner une ouverture ayant à peu près le même diamètre que le diamètre minimum de la surface profilée 40. Si l'on se reporte plus spécialement à la fi-gure 2, on voit que lorsqu'à IMpn installe la cheville 14 dans l'ouverture d'entrée 20 du bouchon 12, le diamètre minimum de la surface 20 profilée 40 située au voisinage de la partie inclinée 38 vient au contact de la partie supérieure de la bague 64, tandis que la bague de verrouillage 26 vient s'appliquer contre la partie médiane de ladite surface profilée. On peut alors introduire la cheville d'écartement 14 dans la cavité 22, de sorte que la surface profilée 40 dilate, lente-25 ment et en même temps, la bague de verrouillage 26 et la bague 64, provoquant ainsi un fléchissement du bouchon 12 sur la partie étroite 66 de la paroi latérale située au-dessous des bagues 58 et 64. En même temps", 1'épaulement 28 s'écarte vers l'extérieur dans le sens radial et vient s'appliquer davantage sur le bossage 18. En conséquence, 30 1'épaulement 28 assure un maintien plus fort,au fur et à mesure qu'on applique une plus grande force longitudinale sur le bouchon, ce qui a pour" effet dë""maîri'tënxr^"fërmement~cë~bôuchon"~pendàntf" l'b^ràtiôn "d^étâri-chéification et de verrouillage. On remarquera qu'en déplaçant longitu-dinalement la cheville d'une distance égale à environ la moitié de la 35 longueur de la surface profilée 40, on met la surface cylindrique 46 de la cheville en contact avec la bague 26, ce qui met fin à sa dilatation radiale. Par contre, la surface profilée 40 continue à écarter la bague 64 et le plat 58, au fur et à mesure que la cheville pénètre 69 05937 5 2008841 dans la cavité 22. Si l'effet de came de la surface profilée 40 contre la bague 64 concentre des efforts relativement importants sur le Bossage 18 dans la partie en contact avec la bague 58, il y a lieu de remarquer que, grâce à la présente invention, de tels efforts sont 5 localisés bien au-dessous du rebord, ou lèvre, 30 de ce bossage. Comme représenté, les bagues, ou plats, 58 et 64 situées en regard radialement sont avantageusement disposées au-dessous du rebord 30, à une distance égale à environ un cinquième au moins de la longueur du bouchon, de telle sorte que les efforts sont suffisamment bien 10 répartis avant d'atteindre la lèvre 30, si bien que cette dernière ne risque pas de se fendre. De plus, du fait que le bouchon ne comporte qu'une bague d'étanchéité unique 58, les efforts ne s'exercent sur le bossage 18 que sur une bande étroite, si bien que, mise à part cette zone d'efforts, le bossage 18 ne subit aucun effort et, par suite, 15 peut être plus petit que les bossages de la technique antérieure. On assure un verrouillage parfait de l'unique bague 58 contre le bossage, en empêchant l'extraction de la cheville une fois que le bouchon s'est dilaté. A cette fin, il est prévu que la partie 66 de la paroi latérale située juste au-dessous de la bague d'étanchéité 58 est 20 plus mince que le restant du bouchôn 12, tandis que la partie 68 de la paroi comprise.entre la bague 58 et l'épaulement 28 a une épaisseur notablement plus grande, de manière à assurer le verrouillage désiré entre la cheville et la bague 26. Ainsi, lorsque la surface supérieure 44 de la cheville 14 descend au-dessous de la bague 26, cette dernière 25 et 1'épaulement 28 se resserrent brutalement, de sorte que la bague 26 recouvre le bord de la surface 44, et par suite, verrouille la cheville 14 dans le bouchon 12. Comme signalé plus haut, ce verrouillage mécanique de la cheville dans le bouchon garantit que l'application étanche de la. bague, ou plat, 58 contre le bossage 18 se conserve, tout 30 en supprimant la nécessité d'avoir recours à des parties effilées inférieures à celles qui sont nécessaires pour assurer un verrouillage par frottement. Bien que toute la surface profilée 40 de la cheville 14 ait effectué un travail au cours du montage, le seul contact continu entre le bouchon 12 et la cheville 14 se trouve au niveau 42 où le dia-3ï mètre ds cette cheville est maximum^ niveau auquel, comme représenté sur la figure 3, la cheville vient s'appliquer contre la bague 64, tandis que la surface 44 de cette cheville se trouve au-dessous de la bague 26. Des expériences ont montré que la force â 'entretr,^:~>aï.l exercée sur 69 05937 6 2008841 la cheville à cette position se trouve notablement diminuée. De plus, la tendance de 1'épaulement 28 et de la bague 26 à se resserrer contribue également à limiter la dilatation maximum que peut subir le bouchon 12. De façon plus précise, lorsque la surface 5 profilée dilate vers l'extérieur la bague 58 pour la faire pénétrer dans la saillie 18, 1'épaulement et la bague se contractent vers l'intérieur, ce qui donne à la cheville la forme arquée représentée en pointillé sur la figure 4. Le blocage brutal obtenu par l'application de la présente invention a pour effet, dans une certaine mesure, 10 de réduire la bague 64 et d'empêcher avantageusement la bague de pénétrer dans le bossage à une profondeur qui risquerait de provoquer des fissures dans ce dernier. Il est bien entendu qu'il convient de déterminer avec précision l'inclinaison maximum des parties effilées, les dimensions des 15 couronnes ou plats, ainsi que l'épaisseur et l'élasticité des parois du bouchon. A ce propos, on notera que l'on peut renforcer le bouchon 12 au voisinage de sa base, comme représenté en 70. De plus, l'effet de came de la surface 40 pour assurer le contact de la chenille avec le bouchon est calculé de manière à assurer une dilatation maximum de 20 la bague d'étanchéité 58, pour une longueur minimum de la cheville 14. C'est ainsi par exemple, que pour donner au bouchon la dilatation nécessaire pour assurer 1'étanchéité, on a constaté qu'une inclinaison de l'ordre de 8 % de la surface profilée 40 est avantageuse dans le cas d'une cheville d'une longueur totale légèrement supérieure à 6 mm. 25 II y a lieu de remarquer que, dans la forme de réalisation représentée, la base 24 du bouchon augmente en épaisseur vers son centre, de manière à empêcher que le bouchon ne se déforme sous l'effet d'une pression de fluide ; une telle déformation risquerait de faire pénétrer la base 24 dans la cheville 14 avec une force suffisante pour chasser 30 cette dernière, bien qu'elle se trouve mécaniquement verrouillée. Mais, du fait que cette cheville 14 ne se trouve en contact avec le bouchon 12 que par la bague, ou plat, 64, elle ne subit jamais l'influence de la pression de fluide agissant sur le bouchon. On voit, d'après ce cui précède, que la présente invention 35 permet de réaliser un bouchon de dimension minimum pour fermer de fâçon étanche des pièces moulées, quelle que soit l'inclinaison des parties effilées de cette pièce moulée. La dilatation du bouchon est réglée et la charge totale qui s'exerce sur la cheville se trouve réduite dans la 69 05937 7 2008841 direction longitudinale. De plus, le contact avec la pièce rendue étanche est réduit à une bande relativement étroite, ce qui a pour effet de réduire les efforts qui s'exercent sur la surface de cette pièce et permet d'utiliser des pièces moulées présentant des bossages 5 plus petits. Il va de soi que la description de la présente invention Jest nullement limitative et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 69 05937 2008841 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'étanchéité à bouchon destiné à obturer de 5 m;nière étanche une ouverture d'une pièce moulée sous l'effet d'une dilatation réglée et localisée, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part, un bouchon de forme allofigée que l'on introduit dans ladite ouverture, de maifère à loger la majeure partie au-dessous du rebord de ladite ouverture, ce bouchon comportant une 10 cavité longitudinale et une bague, ou plat, dirigée vers l'iitérieur à une certaine distance des deux extrémités du bouchon et au-dessous du rebord de l'ouverture lorsque l'on introduit ce bouchon, ladite bague, ou plat, ayant pour rôle de resserrer la cavité et délimitant une chambre supérieure et une chambre inférieure de section transversale supérieure 15 à celle de la cavité au niveau de la partie resserrée et, d'autre part, une cheville d'écartement susceptible d'être introduite dans ladite cavité et présentant une surface extérieure profilée qui vient au contact de la bague en saillie vers l'intérieur et dilate le bouchon suivant une zone localisée au voisinage de ladite bague, ladite bague étant telle ?0 que l'action d'étanchéification du bouchon se trouve concentrée sur cette zone entre les extrémités dudit bouchon et au-dessous du rebord de son ouverture. 2 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité est plus longue que la cheville, et que le 2 5 bouchon comporte une lèvre dirigée vers l'intérieur, à une extrémité de la cavité, cette lèvre délimitant une entrée de cavité plus petite que la cheville, ladite lèvre ayant pour rôle de verrouiller la cheville et de l'empêcher de ressortir lorsqu'on l'introduit dans la cavité. 3 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, carac-30 térisé en ce que le bouchon comporte un épaulement extérieur qui vient au contact de la lèvre de l'ouverture lorsqu'on introduit ce bouchon, ledit épaulement pouvant se dilater pour augmenter le contact avec ladite lèvre lorsque l'on introduit la cheville dans la cavité. 4 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, carac-35 térisé en ce que le bouchon comporte un dispositif d'étanchéité faisant saillie vers l'extérieur, au niveau de ladite surface de ladite zone localisée située entre les extrémités du bouchon, ce dispositif venant mordre dans la pièce moulée au-dessous de la lèvre de l'ouverture lorsque 69 05937 9 Le bouchon se trouve dilaté sous l'effet de la cheville. 5 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouchon présente une base à une extrémité de la cavité, cette base étant plus épaisse en son centre3 pour ne pas s'ef- 5 fondrersous l'affet de pressions extérieures élevées. 6 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface profilée a une longueur à peu près égale à la profondeur de la chambre inférieure de la cavité, et que pratiquement toute la longueur de cette surface profilée vient au contact de 10 la bague, ou plat, lorsqu'on introduit la cheville dans la cavité. 7 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bouchon est une pièce de forme cylindrique* et que ledit plat est une bague intérieure d'un seul tenant avec le bouchon, ledit bouchon comprenant de plus une bague d'étanchéité extérieure 15 située au même niveau que la bague intérieure et ayant pour rôle de mordre la pièce moulée au-dessous de la lèvre de ladite ouverture, et un organe de verrouillage situé à une certaine distance de la bague intérieure et ayant pour rôle de retenir la cheville dans le bouchon. 8 - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 7, l 20 caractérisé en ce que la cheville est une pièce de forme cylindrique dont le diamètre extérieur augmente le long de la surface profilée* dont le diamètre minimum est à peu près égal au diamètre de la partie rétrécie délimitée par la bague intérieure, le montage étant tel que cette surface profilée dilate progressivement les bagues situées en regard l'une de 25 l'autre et enfonce la bague extérieure dans la pièce moulée, assurant ainsi 1'étanchéité, lorsque l'on entraîne la cheville en direction de la chambre inférieure de la cavité. 9 - Dispositif d'étanchéité selon les revendications 7 et 8, .caractérisé en ce que le bouchon présente un épaulement terminal annulaire 30 concentrique à la bague d'étanchéité et destiné à venir au contact du rebord de l'ouverture, et que l'organe de verrouillage comprend une bague de verrouillage contre laquelle vient s'appliquer au moins une partie de la surface profilée lorsque l'on introduit la cheville, en vue de dilater élastiquement cette bague de verrouillage et de faciliter le 3? blocagede la cheville dans le bouchon.