Brevet FR2010830A1 — publié le 19700220

L'invention concerne un joint étanche pour liquide à haute pression. Plus précisément, l'invention est relative à un tel joint destiné à assurer l'étanchéité entre un arbre mobile et un carter contenant un liquide sous pressioni 5 Les joints à liquide sous haute pression sont largement uti lisés. Par exemple, on fait appel à des joints de ce genre dans les ressorts liquides, dans lesquels un fluide compressible enfermé exerce une force de réaction sur un piston et' une tige de piston qui pénètrent dans le fluide compressible lorsque le ressort 10 est soumis à une charge. Les ressorts liquides sont bien connus dans la technique et s'il en est ici question, c'est simplement à titre d'illustration pour citer un domaine dans lequel des joints à liquide sous haute pression sont couramment utilisés. Un type courant de joint étanche à haute pression, qui a été 15 antérieurement utilisé pour 1'étanchéification de ressorts liquides , utilise une plaque annulaire fixe, une plaque annulaire mobile et un matériau élastique étanchéifiant disposé entre ces plaques. Les deux plaques comportent un trou central qui reçoit une tige de piston mobile, tandis que leurs surfaces périphériques 20 extérieures sont en contact avec un carter qui contient un liquide sous pression. La plaque annulaire mobile est en contact avec le fluide contenu dans le carter, de sorte qu'une élévation de la pression de celui-ci dans ce dernier repousse la plaque annulaire mobile dans la direction de la plaque annulaire fixe qui est dis-25 posée extérieurement par rapport à elle, pour exercer une force de compression sur le matériau élastique étanchéifiant placé entre les deux plaques. Le matériau étanchéifiant étant comprimé, il se dilate en direction radiale et exerce une force d'étanchéification sur la tige de piston mobile, s'opposant à la fuite de fluide 30 entre cette tige et le trou central qui traverse les deux plaques, mobile et fixe. Afin d'augmenter la force radiale exercée sur la tige de piston par le matériau compressible étanchéifiant dans le joint qui vient d'être décrit, on a l'habitude de percer plusieurs 35 trous alignés à travers la plaque mobile, le matériau compressible et la plaque fixe. Dans ces trous sont logées des chevilles qui t sdftt solidaires de la plaque mobile et qui se déplacent avec elle, en rapport de glissement avec les trous formés dans le matériau étanchéifiant et la plaque fixe. La zone située au-dessous des 40 chevilles mobiles est en communication avec l'atmosphère, de sor 69 19 57 S te que seule la pression atmosphérique s'exerce sur le. côté inférieur des chevilles. La force totale exercée sur la plaque mobile par le fluide sous haute pression contenu dans le carter est égale à la surface de la plaque mobile exposée au fluide sous haute 5 pression, multipliée par la pression exercée par le fluide par unité de surface. La force qui résiste au mouvement de la plaque est égale à la surface du matériau étanchéifiant en contact avec la plaque mobile, multipliée par la pression exercée par ce matériau par unité de surface. La surface du matériau étanchéifiant 10 en contact avec la plaque mobile est inférieure à la surface de la plaque mobile exposée au liquide sous haute pression, du fait de la réduction de surface du matériau étanchéifiant due aux trous qui y sont percés et qui sont occupés par les chevilles mobiles. En conséquence, la pression dans le matériau étanchéifiant est 15 supérieure à la pression du liquide comprimé. La pression radiale exercée par le matériau étanchéifiant sur la tige de piston mobile est donc supérieure à la pression du liquide en contact avec la plaque mobile, de sorte que tout risque de fuite entre la tige de piston et le matériau étanchéifiant en contact avec elle est 20 éliminé. Un tèl joint à liquide sous haute pression, connu dans l'état actuel de la technique, est décrit dans le brevet Etats-Unis n° 2.308.149. Les joints à liquide sous haute pression antérieurement connus, tels que celui qui vient d'être décrit, sont très compliqués 25 et, par suite, leur fabrication est onéreuse. Les trous qui traversent le matériau étanchéifiant et les plaques fixe et mobile doivent être dimensionnés avec précision pour que les chevilles mobiles s'y adaptent intimement. En outre, les chevilles doivent être dimensionnées avec précision et les trous formés dans la 30 plaque fixe, la plaque mobile et le matériau compressible doivent être alignés avec grand soin. Ces exigences impliquent des opérations d'usinage très élaborées qui augmentent notablement le coût du joint étanche. L'invention a pour but de fournir un joint à liquide sous 35 haute pression qui ait une structure beaucoup plus simple que les joints connus, ci-dessus décrits. D'autres buts de l'invention ressortiront d'une lecture du présent mémoire et des, revendications qui suivent. Pour réaliser un joint- amélioré, à liquide, sous haute pres-40 sionj on fait appelj conformément à 1! invention, à une plaque mo2010830 19575 3 2010830 bile présentant un trou central et une surface périphérique extérieure en contact avec l'ouverture d'un carter destiné à recevoir un fluide sous haute pression. La face interne de la plaque mobile est en contact avec le fluide sous haute pression contenu dans 5 le carter. La face externe de la plaque mobile présente un rebord dirigé axialement, dans lequel s'emboîte une plaque fixe dont la face interne est à distance de la face externe de la plaque mobile. La région comprise entre les plaques fixe et mobile contient un matériau étanchéifiant élastique, pratiquement non compressi-10 ble, qui est mis sous tension lors du mouvement de la plaque mobile en direction de la plaque fixe. Le rebord de la plaque mobile se termine par une lèvre qui est exposée à une pression réduite. Ainsi,- la surface du matériau étanchéifiant sous tension est inférieure à la surface de la face 15 interne de la plaque mobile en contact avec le fluide sous haute pression. En conséquence, la pression dans le matériau étanchéifiant est supérieure à la pression exercée par le liquide comprimé. Un arbre traverse des ouvertures pratiquées en position cen-20 traie dans les plaques fixe et mobile. Lorsque la plaque mobile est déplacée vers la plaque fixe, le matériau étanchéifiant contenu dans la zone entre les deux plaques s'étend radialement au contact de la surface de l'arbre. Etant donné que la pression exercée par le matériau étanchéifiant est supérieure à celle du fluide 25 sous pression, la pression radiale exercée par le matériau étanchéifiant sur la surface de l'arbre s'oppose aux fuites de fluide dans la zone de contact entre le matériau étanchéifiant et l'arbre. La plaque mobile peut également comporter une gorge exté-30 rieure formée dans son rebord axial et un certain nombre de trous qui, à partir de la gorge, se dirigent vers la région comprise entre les plaques fixe et mobile. Un matériau étanchéifiant, semblable à celui qui est contenu dans la région entre les plaques fixe et mobile, peut être contenu également dans la gorge et dans 35 les trous qui relient celle-ci à la région limitée par les plaques fixe et mobile. Lors d'un mouvement de la plaque mobile par rapport à la plaque fixe, le matériau étanchéifiant exerce une force radiale sur la surface extérieure de l'arbre mobile et, en outre, une force radiale dirigée vers 1'extérieur dans la région de la 40 gorge, contre la paroi de l'ouverture du carter qui entoure la 69 19575 4 2010830 plaque mobile. Pour illustrer l'invention, il sera fait référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un joint 5 amélioré réalisé selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale passant par la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale, à échelle agrandie, de la région comprise entre les plaques fixe et mobile, 10 telle que représentée sur la figure 1. Selon ce qui est représenté star la figure 1, un arbre 2 pénètre dans un liquide à haute pression 4 enfermé dans un carter 6. L'axe de 1'arbre 2 coïncide avec 1•axe du carter 6 et 1'arbre peut se déplacer longitudinalement dans la direction de son axe 15 par rapport au carter 6. Une plaque annulaire mobile 8, munie d'un rebord axial 9, est adaptée à glissement dans l'ouverture du carter 6. Une plaque fixe 10 est maintenue en position d'emboîtement à l'intérieur du rebord 9 au moyen d'un organe de fermeture 12 qui se visse sur le 20 carter 6. Dans la zone entre la plaque mobile 8 et la plaque fixe 10 est enfermé un matériau étanchéifiant 18, déformable élastiqu&-ment mais pratiquement non compressible. Une gorge périphérique extérieure 14, formée dans le rebord 9, est en communication avec la région comprise entre la plaque 25 mobile 8 et la plaque fixe 10 qui contient le matériau étanchéifiant 18 par plusieurs trous radiaux espacés 16. La gorge extérieure 14 contient une bague de matériau étanchéifiant 22 et les trous radiaux 16 sont remplis de bouchons 20 du même matériau. Le rebord 9 se termine par une lèvre externe 11 qui délimite 30 la surface interne de la zone d'aération 24. La zone d'aération 24 est en communication, par des passages d'aération 26 et 28, avec l'atmosphère, de sorte que la pression à l'intérieur de la zone d'aération 24 est la pression atmosphérique. Une rondelle Belleville 32 est logée dans une rainure 30 à l'intérieur de 1' 35 ouverture du carter 6 et porte contre la surface interne de la plaque mobile 8 pour maintenir une pression minimale sur le matériau étanchéifiant 18, même dans le cas où la pression exercée par le liquide 4 est relativement faible. Comme on peut le voir sur la figure 2, qui est une coupe 40 passant par les lignes 2-2 de la figure 1, la gorge périphérique 69 19575 5 2010830 extérieure 14 est en coramunication avec la région comprise entre la plaque mobile 8 et la plaque fixe 10 et contenant le'matériau étanchéifiant 18, par des trous radiaux 16 formés à distance les uns des autres dans le rebord axial 9 de la plaque mobile 8. Des 5 bouchons de matériau étanchéifiant 20 sont contenus dans les trous radiaux 16 et une bague du même matériau 22 est contenue dans la gorge périphérique extérieure 14. Comme on peut le voir plus nettement sur la figure 3, un joint à glissement 34, adapté autour de l'arbre 2, est en contact ÎO avec le matériau compressible 18. Le joint à glissement est ordinairement en "Téflon" ou en une matière plastique tendre et à faible coefficient de frottement de ce genre. De préférence, le joint à glissement 34 présente la forme représentée en coupe transversale figure 3, comportant deux parties triangulaires 35 15 qui divergent vers l'extérieur à partir de l'arbre 2. Au contact du joint à glissement 34, une bague de retenue 36 s'adapte autour de l'arbre 2 et présente, en coupe transversale, une forme de coin* La bague de retenue 36 prend contact avec la paroi interne de la plaque fixe 10 et l'une des parties triangulaires 35 du 20 joint à glissement 34. De préférence, la'bague 36 est en une matière plastique relativement dure telle que le "Nylon" ou du "Nylon" chargé d'un lubrifiant, par exemple le bisulfure de molyb dène, de façon à assurer un coefficient de friction convenablement réduit entre cette bague de retenue 36 et l'arbre 2. 25 Des bagues de retenue 38 et 40, ayant l'une et l'autre une forme générale en coin, sont logées dans la gorge extérieure 14. Chacune des bagues 38 et 40 porte contre une paroi latérale de la gorge 14, ainsi que contre la paroi de l'ouverture du carter 6. De même que la bague 36, les bagues de retenue 38 et 40 sont de 30 préférence en "Nylon" ou en une matière plastique dure similaire et elles peuvent être chargées avec un lubrifiant solide, de façon à assurer un faible coefficient de friction entre ces bagues 38 et 40 et l'ouverture du carter 6. Une autre bague de retenue 42, présentant une forme générale 35 de coin en coupe transversale, porte par ses côtés contre la face interne de la plaque fixe 10 et contre la surface intérieure du rebord 9. La bague de retenue 42 est de préférence en une matière plastique dure, telle que le "Nylon", et elle peut, de même que lés "autres bagues de retenue, être chargée avec un lubrifiant 40 solide po'ur assurer un faible coèfficient"de -?fr£cti'ori: entre .cette 69 1957 S 6 2010830 bague 42 et la paroi périphérique interne du rebord 9. En service, le joint étanche à haute pression réalisé selon l'invention établit une force variable d'étanchéification entre l'arbre 2 et le carter 6. En effet, lorsque la pression du liqui-5 de enfermé 4 augmente, la plaque mobile 8 est repoussée vers l'extérieur dans la direction de la plaque fixe 10. XI en résulte une réduction de l'écart entre la plaque mobile 8 et la plaque fixe 10 et, par suite, une compression du matériau étanchéifiant 18. La force totale exercée sur la plaque mobile 8 par le liqui-10 de enfermé 4 est égale à la pression du liquide 4 multipliée par la surface de la face interne de la plaque 8 en contact avec le liquide. La force qui résiste au mouvement vers l'extérieur de la plaque 8 est égale à la surface de la face externe de la plaque 8 en contact avec le matériau étanchéifiant 18, multipliée par la 15 pression par unité de surface exercée contre la face externe de la plaque 8 par le matériau étanchéifiant. Lorsque la plaque mobile 8 est au repos, comme tel est le cas quand la pression de liquide 4 ne varie pas, la force totale exercée sur la face interne de la plaque 8 par le liquide 4 est équilibrée par une force 20 égale exercée sur la face externe de la plaque 8 par le matériau compressible 18. Etant donné que la surface de la face externe de la plaque 8 en contact avec le matériau compressible 18 est inférieure à la surface de contact entre la face interne de la plaque 8 et le liquide 4, la pression à l'intérieur du matériau étan-25 chéifiant 18 est supérieure à la pression du liquide 4. En faisant abstraction de la force exercée par la rondelle Belleville 32 sur la face interne de la plaque 8, le rapport de la pression du liquide 4 à la pression à l'intérieur du matériau étanchéifiant 18 est inversement proportionnel au rapport entre la surface de la 30 face interne de la plaque 8 en contact avec le liquide 4 et la surface de contact entre la face externe de la plaque 8 et le matériau compressible 18. Lorsque le matériau compressible 18 est soumis à une pression résultant du mouvement de la plaque 8 dans la direction de la 35 plaque fixe 10, ce matériau 18 exerce une force radiale contre le joint à glissement 34, le maintenant en contact intimé avec la surface extérieure de 1 'arbre 2.- Le joint à glissement 34. étant en un matériau rèlativëment tendre, peut subir une légère défor-. mation. Du fait de sà formé en delta, la force exercée; par.-le ma-40 tériau étanchéifiant 18 est âppli'ifuéë" contre lès faces" internes' 69 19575 7 2010830 des deux parties triangulaires 35, ce qui presse le joint à glissement 34 en rapport de coincement serré avec la bague de retenue 36, comprimant celle-ci contre la surface extérieure de l'arbre 2 pour éliminer tout risque d*extrusion du matériau étanchéifiant 5 18 entre la plaque fixe 10 et l'arbre 2. Les forces qui s'exercent sur la face interne de l'autre partie triangulaire 35 du joint à glissement 34 appliquent ce joint en rapport de coincement serré avec la paroi interne de la plaque 8 et la surface de l'arbre 2, ce qui élimine tout risque d*extrusion du matériau 18 10 entre la plaque mobile 8 et l'arbre 2. Lorsque le matériau étanchéifiant 18 est mis sous tension, la pression à l'intérieur de ce matériau est transmise uniformément dans toutes les directions. Ainsi, le matériau 18 flue vers l'extérieur en direction radiale et pénètre dans les trous 16 où 15 il se mélange avec les bouchons 20 qui y sont contenus, pour transmettre la force de compression au matériau étanchéifiant 22. La pression est transmise par la bague de matériau étanchéifiant 22 contre la face interne de l'ouverture du carter 6, établissant un joint étanche avec cette paroi. La pression exercée par le ma-20 tériau étanchéifiant 22 applique une force sur les deux bagues de retenue 38 et 40, coinçant étroitement celles-ci dans les angles formés par l'intersection des bords latéraux de la gorge 14 et de la paroi interne de l'ouverture du carter 6. Les bagues de retenue 38 et 40 coincées s'opposent donc à 1'extrusion du matériau 25 étanchéifiant entre la plaque mobile 8 ou la plaque fixe 10 et 1'ouverture du carter 6. Une extrusion de matériau étanchéifiant 18 entre la surface périphérique interne du rebord 9 et la surface périphérique externe de la plaque fixe 10 est empêchée par la bague de retenue 30 42, laquelle est aussi coincée intimement, en contact avec la surface interne du rebord 9 et avec la surface interne de la plaque fixe 10, sous l'effet de la pression exercée par le matériau étanchéifiant 18. Afin d'éliminer tout risque de fuite lorsque la pression du 35 liquide 4 est à un niveau relativement faible, la rondelle Belleville 32 exerce en permanence une force dirigée vers l'extérieur sur la plaque mobile 8 pour établir une pression minimale sur le matériau étanchéifiant 18. Ainsi, même si la pression du liquide 4 s'abaisse à un niveau relativement bas, les fuites se-40 ront évitées par la force exercée par la rondelle Belleville 32. 69 19575 s 2010830 Comme on l'a indiqué précédemment, la lèvre externe 11 du rebord 9 est sous la pression atmosphérique. La lèvre 11 n'est donc pas soumise à une pression lors du déplacement de la plaque 8. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 3 des dessins, 5 les trous radiaux 16 sont placés bien en arrière de la surface interne de la plaque fixe 10. Ainsi, ces trous restent ouverts en permanence, même dans les conditions de pression maximale du joint, lorsque la plaque mobile 8 a effectué la plus grande distance possible en direction de la plaque fixe lO. 10 II est du reste bien entendu que le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus, an référence aux dessins annexés, a été donné à titre de mode de réalisation préférentiel et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la 15 présente invention. 69 19575 9 2010830 REVENDICATIONS 1. Joint étanche à liquide, comprenant un carter muni d'un trou et destiné à contenir un liquide sous pression, une plaque mobile disposée dans ce trou et comportant une ouverture centrale, 5 une plaque fixe munie d'une ouverture centrale et placée dans le trou en rapport fixe avec le carter, cette plaque fixe étant disposée à l'extérieur de la plaque mobile, et un arbre qui traverse les ouvertures centrales des plaques mobile et fixe, ce joint étant caractérisé par le fait que la plaque mobile est munie d'un 10 rebord dirigé axialement et terminé par une lèvre; la plaque fixe s'emboîte dans ce rebord dirigé axialement; des moyens d'aération s'étendent entre la lèvre et une zone à pression réduite; et un matériau étanchéifiant élastique, pratiquement non compressible, est contenu dans la région entre les plaques fixe et mobile, de 15 telle sorte que lors du mouvement de la plaque moiâle en direction de la plaque fixe, ce matériau étanchéifiant exerce une pression variable d'étanchéification contre la surface de l'arbre, pression qui est supérieure à la pression du liquide à l'intérieur du carter et qui varie avec l'étendue du mouvement de la 20 plaque mobile. 2. Joint étanche à liquide selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une gorge est formée dans la. surface extérieure du rebord et que plusieurs trous traversent ce rebord et débouchent dans la gorge, ces trous et cette gorge contenant éga- 25 lement un matériau étanchéifiant élastique, pratiquement incompressible, de telle sorte que tout mouvement de la plaque mobile en direction de la plaque fixe exerce une pression variable d'é-tanchéification contre l'intérieur du trou du carter. 3. Joint étanche à liquide selon la revendication 1, carac-30 térisé par le fait que des moyens sont prévus pour solliciter é- lastiquement la plaque mobile dans la direction de la plaque fixé, afin de maintenir en permanence une pression minimale sur le matériau étanchéifiant. 4. Joint étanche à liquide selon la revendication 2, carac-35 térisé par le fait qu'il est prévu des moyens pour solliciter é- lastiquement la plaque mobile dans la direction de la plaque fixe, afin de maintenir en permanence une pression minimale sur le matériau étanchéifiant. 5. Joint étanche à liquide selon la revendication 2, carac-40 térisé par le fait que des bagues de retenue sont placées dans la 69 19575 10 2010830 gorge au contact des bords de celle-ci et de la paroi du trou du carter. 6. Joint étanche à liquide selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un joint à glissement entoure l'arbre, ce 5 joint étant placé dans la région comprise entre les plaques mobile et fixe, au contact du matériau élastique étanchéifiant. 7. Joint étanche à liquide selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une bague de retenue entoure l'arbre, en rapport de coincement avec le joint à glissement, de telle sorte 10 que, sous l'effet d'une pression appliquée au joint à glissement à partir du matériau étanchéifiant, la bague de retenue en contact avec ce joint à glissement soit pressée en rapport intime d'étan-chéification avec l'arbre et la surface interne de la plaque fixe. 15 8. Joint étanche à liquide selon la revendication 7, carac térisé par le fait qu'une bague de retenue est placée à la fois au contact de la surface interne de la plaque fixe et de la surface interne du rebord, une pression exercée par le matériau étanchéifiant pressant cette bague en rapport intime d'étanchéifi— 20 cation avec le rebord et la plaque fixe. 9. Joint étanche à liquide comprenant un carter muni d'un trou et destiné à contenir un liquide sous pression, une plaque mobile montée à glissement dans ce trou et comportant une ouverture centrale, une plaque annulaire fixe placée dans le trou, en 25 position fixe par rapport au carter, cette plaque fixe étant disposée en dehors de la plaque mobile, et un arbre qui traverse les ouvertures centrales des plaques mobile et fixe, ce joint étant caractérisé par le fait que la plaque annulaire mobile comporte un rebord dirigé axialement vers l'extérieur et se terminant par 30 une lèvre; la surface périphérique extérieure de la plaque annulaire fixe est en contact de glissement avec la surface périphérique interne du rebord; une gorge est formée dans la surface périphérique externe du rebord; plusieurs trous dirigés radialement traversent le rebord entre la région comprise entre les plaques 35 mobile et fixe et la gorge; des moyens d'aération s'étendent entre la lèvre et l'atmosphère; et un matériau élastique étanchéifiant, pratiquement non compressible, est contenu dans la région comprise entre les plaques fixe et mobile ainsi que dans les trous et dans la gorge; de telle sorte qu'en cas de mouvement de la plaque 40 mobile vers la plaque fixe, le matériau étanchéifiant exerce une 19575 2010830 pression variable d'étanchéification contre la surface de l'arbre et la paroi interne du trou du carter, pression qui est supérieure à la pression à l'intérieur du carter et qui varie avec l'étendue du mouvement de la plaque mobile. 10. Joint étanche à liquide selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu des moyens pour solliciter é-lastiquement la plaque mobile dans la direction de la plaque fixe, afin de maintenir en permanence une pression minimale sur le matériau étanchéifiant. 11. Joint étanche à liquide selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'un joint à glissement entoure l'arbre et est disposé dans la région comprise entre les plaques mobile et fixe, au contact du matériau étanchéifiant. 12. Joint étanche à liquide selon la revendication 11, caractérisé par le fait que des bagues de retenue sont disposées dans la gorge au contact des bords de cette gorge et de la paroi interne du trou du carter; une bague de retenue entoure l'arbre en rapport de coincement avec le joint à glissement et au contact de la surface interne de la plaque fixe; et une bague de retenue est disposée à la" fois au contact de la surface interne de la plaque fixe et de la surface périphérique interne du rebord; toutes ces bagues de retenue étant en une matière plastique relativement dure ou en une matière plastique dure chargée d'un lubrifiant.