Brevet FR2007043A1 — publié le 19700102

La présente invention est relative à un joint et,plu£ particulièrement^un joint perfectionné du type destiné â assurer l'étanchéité de la face de contact entre des pièces correspondantes. Dans le passé, divers types de joints ont été utilisés 5 dans des applications où l'on désire rendre étanche la face de contact entre des pièces correspondantes. Un type de joint présente une gorge dans l'une des pièces , qui. reçoit un anneau torique séparé. Le joint à anneau torique offre de nombreux désavantages importants; En premier lieu,pour obtenir 1'étanchéité, il est nécessaire de 10 pouvoir commander le rapport volumétrique entre l'anneau torique et l'espace libre de la gorge. Même si on réalise cette condition,des problèmes surviennent à cause des tolérances de fabrication normales. Des conditions de tolérance possibles, par exemple une gorge de dimension exagérée et un anneau torique de dimension inférieure , peuvent 15 avoir pour résultat un tel écart entre le volume de l'anneau torique et l'espace libre de la gorge qu'une étanchéité efficace ne peut pas être obtenue.Une caractéristique de 1'étanchéité assurée par un anneau torique est qu'elle dépend de l'élasticité du de la "mémoire" de cet anneau torique. Si cette élasticité est perdue, 20 comme ceci surviendra après une certaine période d'utilisation,le joint fait défaut. Même si uneétanchéité satisfaisante peut être obtenue avec un anneau torique, des opérations d'usinage onéreuses , des techniques d'inspection étroitement commandées et d'autres proces-25 Sus de fabrication onéreux par nature sont nécessaires. Le résultat est que le prix de revient du joint est relativement élevé. Un autre procédé, plus satisfaisant , pour assurer l'étanchéité a implique' le moulage d'éléments d'étanchéité en caoutchouc en place dans un organe de retenue rainuré. Bien que 30 ceci permette de surmonter les conditions de tolérance perturbatrices propres au système d'étanchéité à anneau torique et offre d'autres avantages,on se trouve toujours en présence de processus de fabrication relativement onéreux. Dans un effort pour réduire les frais, diverses ten-35 tatives ont été effectuées dans le passé pour utiliser des garnitures de joint plates faites de matière plastique ou analogue.Ces matières offrent un avantage particulier pour l'étanchéité, en ce sont sens qu'elles/ non corrosives et ne contaminent pas , tout en étant 69 13236 2 2007043 également imperméables à la plupart des liquides et des gaz. De nombreuses matières de ce genre sont également aisées à déformer, de telle sorte qu'elles sont capables de se conformer à des irrégularités superficielles des pièces dont îétanchéité doit être assurée. . 5 II va sans dire qu'une garniture de joint plate est beaucoup moins onéreuse que des joints des types mentionnés précé- elements de demment,qui possèdent des/retenue avec des gorges ou des rainures usinées.Malgré ces avantages appréciables, il n'a pas été possible d'utiliser ces matières dans un joint à garniture plate, à cause 10 de leur tendance à l'extrusion ou au fluage à froid lorsqu'elles sont soumises à une pression.Lorsqu'une force est appliquée pour amener des ailes ou brides correspondantes ensemble , une garniture de joint faite de ces matières plastiques se déplacera latéralement ou subira un fluage à froid,ce qui empêche d'arriver à 15 une étanchéité efficace. A cause de la nature d'un joint à garniture plate, la totalité de la charge imposée par les ailes ou brides se rencontrant est supportée par la garniture de joint. Même si l'étanchéité est assurée à l'origine,un fluage à froid se poursuivra pendant une certaine période de temps, de telle sorte que 20 le joint fera finalement défaut. De plus, à la longue, la matière tout comme celle d'un anneau torique , adoptera une déformation permanente ou perdra son élasticité. Ainsi, toute capacité qu'elle peut avoir possédé:: d'être sensible à une séparation des ailes ou des brides est perdue. 25 La présente invention offre un organe de retenue sem blable à un anneau présentar£,en section transversale ,une âme centrale et des rebords déformables à 1'encontre d'une résistance sur les périphéries interne et externe de l'âme.Ces rebords définissent les limites d'une gorge continue enfermant un joint. 30 Dans la gorge est disposé un élément d'étanchéité fait d'une matière de joint déformable,de préférence un caoutchouc ou une matière plastique déformable élastiquement. Pour assurer que les rebords servent à retenir l'élément d'étanchéité dans sa gorge, la résistance à la déformation ou à l'aplatissement des rebords 35 est rendue supérieure à celle de cet élément. Le volume de l'élément d'étanchéité est à l'origine quelque peu inférieur • à l'espace libre dans la gorge. Avec un tel agencement, lorsqu'une force de fermeture est appliquée, les 69 13236 3 2007043 rebords s'aplatissent tout en résistant, ce qui réduit par conséquent l'espace libre effectif dans la gorge,jusqu'à ce qu'il soit pratiquement égal au volume de l'élément d'étanchéité. Lorsque ces conditions sont atteintes , une pression d'étanchéité maximum est 5 exercée,étant donné que les matières d'étanchéité telles que les. matières platiques et les caoutchoucs sont incompressibles.Dans un exemple de réalisation,1'organe de retenue est façonné de façon à définir une paire de gorges de délimitation de joint disposées en association dos à dos et des bandes des éléments détanchéité 10 sont disposées avec cette même association dans leurs gorges. Ceci permet d'assurer l'étanchéité vis-à-vis des deux faces des pièces se rencontrant. Le joint suivant l'invention convient particulièrement bien dans un tel type d'application. Il est préférable que les rebords aient une configu-15 ration telle qu'ils possèdent au moins une certaine capacité de retour élastique lorsqu'ils sont aplatis au cours de l'installation. L'utilisation d'un organe de retenue avec de tels rebords permet au joint d'être sensible à la séparation des pièces se rencontrant,comme ceci est rencontré fréquemment en pratique , 20 tout en maintenant toujours une étanchéité efficace. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés,dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un joint 25 suivant l'invention, une partie étant éliminée par brisure afin d'illustrer la configuration en section transversale. La figure 2 est une vue en coupe à grande échelle de la pièce représentée à la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe, semblable à la fi-30 gure 2, illustrant le joint installé partiellement entre des ailes ou brides opposées. La figure 4 est une vue semblable à la figure 3,à l'exception du fait qu'une force de fermeture complète a été appliquée aux ailes ou brides. 35 La figure 5 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation du joint suivant l'invention.. La figure 6 est une vue en coupe d'encore une autre forme de réalisation. 69 13236 2007043 La figure 7 est une vue en coupe semblable à la figure 4,illustrant le joint de la figure 6 complètement installé. En se référant au dessin et aux figures 1 et 2 plus particulièrement, la référence 10 désigne un joint de forme annu-5 laire réalisé suivant l'invention. Il comprend un organe de retenue métallique 12 et une paire d'éléments d'étanchéité déformables 14a et 14b montés sur l'organe de retenue, en association dos à dos. L'organe de retenue 12 est fait en une pièce de matiè-re malléable, telle que de la tôle métallique,qui est capable de recevoir la forme désirée. Comme on peut l'observer à la figure 2, l'organe de retenue 12 présente en section transversale une âme centrale 16 avec des rebords déformables élastiquement et généralement en forme de larme ,18 et 20, sur ses périphéries interne et externe , respectivement. Afin de permettre une déformation ou un aplatissage des rebords au cours de l'installation du joint, ces rebords ont une épaisseur verticale ,c'est-à-dire suivant une direction perpendiculaire au plan de l'âme 16, qui est supérieure à l'épaisseur de l'âme elle-même. Les rebords 18 et 20 coopèrent 20 avec l'âme 16 pour définir des gorges 22a et 22b,dirigées à l'opposé. L'espace libre dans chacune des gorges 22a et 22b est considéré comme étant l'espace (superficie en section transversale) situé au-dessus ou en dessous des plans des lignes de référence respectives 24a et 24b à la figure & 25 Pour des résultats optimum,on désire que les rebords 18 et 20 offrent une certaine capacité de retour élastique. L'utilisation d'une matière élastique flexible, telle que de la tôle métallique, pour la formation de l'organe de retenue 12 offre eet avantage. 30 Afin que les gorges 22a et 22b aient approximative ment la même profondeur,chacun des rebords 18 et 20 est constitué par une première section 26 qui est légèrement décalée vers le bas à partir de l'âme.La section 26 rejoint à son tour ," successivement , une section s'inclinant vers le bas 28 et une section 35 en arc 30 qui revient vers l'âme 16,une section inclinée vers le bas 32 et, finalement, une section d'extrémité 34 qui s'appuie en .contact à plat sur la section 26. Les éléments d'étanchéité 14a et 14b comprennent 69 13236 2007043 dans le présent cas des bandes planes continues d'une matière d' étanchéité déformable disposées dans les gorges 22a et 22b et, pour la facilité de la manipulation , qui sont fixées aux faces opposées de l'âme 16. La résistance à la déformation des éléments 5 d'étanchéité est inférieure à celle des rebords. De préférence, les éléments sont faits d'une matière plastique ou d'un caoutchouc déformable élastiquement,des types offrant les avantages connus pour des applications d'étanchéité. Il est désirable que la matière soit non corrosive et n'offre pas de contamination et, dans certaines 10 applications,qu'elle soit capable de resister à des températures élevées. Des exemple de matières qui se sont révélées hautement satisfaisantes, en fonction de l'application,sont les classes de matières plastiques telles que lès polymères et copolymères de viny-le, les uréthanes, les oléfines et certaines résines époxy, ainsi 15 que les caoutchoucs. Comme on peut l'observer aux figures 1 et 2,les éléments d'étanchéité possèdent à l'origine des volumes (superficies en section transversales) supérieure aux espaces libres (superficies en section transversale)de leurs gorges respectives. A cause de ce 20 rapport entre le volume et l'espace libre,les éléments peuvent ê-tre enfermés dans leurs gorges et, comme on le démontrera , cette délimitation est maintenue en tout temps au cours de l'installation et de l'utilisation. Cette importante caractéristique du joint suivant l'invention permet d'utiliser efficacement des matières 25 plastiques n'ayant aucune élasticité appréciable mais offrant d' autres propriétés désirables,en tant que matière d'étanchéité. Il est avantageux du point de vue du prix de revient que les éléments 14a et 14b soient réalisés en tant que bandes plates, comme représenté au dessin. En particulier, ceci permet 30 de les estamper à n'importe quelle forme générale désirée, circulaire ou autre, à partir d'une matière en feuille plane, a ce sujet, il peut être désirable de façonner les éléments 14a et 14b de telle sorte que l'on favorise encore l'effet d'étanchéité et, lorsqu'ils ont une telle forme,ils peuvent même à l'origine faire 35 saillie à partir de leurs gorges respectives 22a et 22b. Les éléments d'étanchéité 14a et 14b incorporés dans le joint ÎO-ont à 1'origine une largeur inférieure à celle des gorges respectives 22a et 22b. Toutefois, dans l'état installé,tel que représenté à 69 13236 2007043 la figure 4,les éléments couvrent la largeur totale de leurs gorges et ils exercent par conséquent une pression d'étanchéité sur une large superficie. Il en résulte que le joint ÎO convient particulièrement bien pour accepter des irrégularités superficielles 5 des pièces dont l'étanchéité doit être assurée. Le joint est destiné à être installé entre une paire d'ailes ou brides se rencontrant,telles que les brides 36 et 38 représentées aux figures 3 et 4 avec des surfaces planes. De tels brides peuvent par exemple se rencontrer dans un système de tuyau-10 terie et peuvent être, rapprochées de force jusqu'à une association étanche par des boulons 40. Lorsque les brides 36 et 38 sont rapprochées avec le joint 10 entre elles , les faces opposées des brides viennent d' abord en contact avec les" rebords déformables à 1*encontre d'une 15 résistance 18 et 20 de façon à maintenir les éléments 14a et 14b à l'intérieur de leurs gorges 22a et 22b. Alors qu'une force supplémentaire est appliquée , les rebords s'aplatissent et, dans le cas de la forme de réalisation illustrée, ils permettent aux éléments d'étanchéité de venir en contact avec leurs pièces associées. 20 Le joint ÎO est représenté dans cette étape de l'installation à la figure 3. ' Comme il est évident d'après les figures 2 et 3 , ce.t aplatissement des rebords 18 et 20 a pour résultat que les espaces libres des gorges 22a et 22b sont réduits progressivement. 25 Lorsque ceci a lieu,les éléments 14a et 14b se déforment latéralement et commencent à remplir les espaces libres des gorges. Cette adaptation progressive des dimensions des gorges 22a et 22b aux éléments 14a .et 14b se poursuit alors qu'une force croissante est appliquée aux brides 36 et 38. Lorsque les gor-30 ges sont pratiquement remplies,comme illustré à la figure 4, on rencontre' une résistance très fortement accrue à un aplatissement supplémentaire. Ceci résulte du fait que les éléments d'étanchéité. sont faits d'une matière incompressible. . Etant donné que. cette matière est enfermée dans les gorges,un fluage à froid est .exclu, 35 mais cependant les éléments d'étanchéité 14a et 14b supportent une partie de la charge appliquée par les brides' 36 et 38. L'installation est ainsi achevée et on obtient une étanchéité sous haute pression. • ... • 69 13236 . 7 2007043 Etant donné que les gorges 22a et 22b offertes par l'organe de retenue 12 sont adaptées en volume aux éléments d'étanchéité 14a et 14b au coyirs de l'installation du joint, on se rendra compte qu'il n'est pas nécessaire de maintenir les pièces à des 5 tolérences étroites au cours de la fabrication. Au contraire, 1' espace libre de chaque gorge doit simplement être plus grand que le volume de son élément correspondant.Ainsi, au cours de l'installation , 11 espace libre de la gorge est progressivement réduit jusqu'à ce qu'il soit pratiquement égal au volume de son élément 10 d'étanchéité. Ceci constitue une caractéristique importante du joint suivant l'invention et lui permet d'être produit en série avec un faible prix de revient , tout en offrant cependant une é-tanchéité efficace pour des applications à haute pression. En admettant que, comme on le désire, les rebords aient 15 une certaine capacité de retour élastique,l'organe de retenue est en fait soumis à une charge préalable. Les rebords 18 et 20, de même que les éléments d'étanchéité 14a et 14b , sont sensibles à une séparation appréciable des brides pour maintenir la retenue et l'étanchéité efficace. 20 Bien que le joint 10 ait été décrit comme joint à "deux faces" pour l'utilisation entre une paire de pièces se rencontrant, il doit être entendu qu'il peut également être construit de façon à assurer l'étanchéité contre une seule surface. Dans un tel cas, l'organe de retenue est façonné de façon à n'offrir qu' 25 une seule gorge et il est simplement soudé ou fixé d'une autre façon sur la face opposée à la gorge , par exemple sur un couvercle destiné à un récipient ou un objet analogue. Dans un tel cas, on utilise un seul élément d'étanchéité . Dans certaines applications,il peut être désirable 30 pour diverses raisons, y compris une particulièrement bonne résistance aux produits chimiques caustiques et une capacité de résistance aux températures élevées,d'utiliser en tant qu'élément d'étanchéité des matières qui n'offrent, aucune élasticité appréciable. Dans un tel cas de réalisation,on ne peut pas faire appel 35 à la "mémoire" de la matière d'étanchéité pour favoriser l'étanchéité.Des exemples typiques de ces matières sont les matières plastiques fluorocarbonées. Un joint 50 avec des éléments d'étanchéité déformables52a et 52b faits d'une telle matière est représenté 69 13236 • 2007043 à la figure 5. Les éléments 52a et 52b couvrent à l'origine la largeur totale de leurs gorges respectives 22a et 22b. L'installation du joint 50 de la figure 5 a lieu de la même façon que celle décrite précédemment. Toutefois, dans le 5 présent cas, il n'existe pas de contact entre les éléments d'étanchéité 52a et 52b et les surfaces des brides 36 et 38 jusqu'à un 1 achèvement moment précédant directement/du processus d'installation. En d'autres mots,les rebords 18 et 20 doivent s'approcher de leur a-platissement final avant que ce contact n'ait lieu. Dans les con-ÎO ditions d'installation,le joint 50 offre l'apparence de celui illustré aux figures 1 et 2 et se présenterait tel qu'illustré à la figure 4. Encore un autre joint 60 réalisé suivant l'invention est illustré à la figure 6 ainsi que dans un état d'installation 15 finale à la figure 7. Le joint 60 diffère du joint 10 décrit précédemment uniquement en ce qui concerne la construction de son organe de retenue 62.Les rebords 64 et 66 sont formés séparément par rapport à l'âme 68 et ils sont représentés fixés aux faces opposées de cette dernière. Chacun des rebords 64 et 66 présente , en sec-20 tion transversale , une paire de sections d'engagement d'âme 70 reliées en une pièce par une section en forme de C 12. Les rebords 64 et 66 s'aplatissent au cours de l'installation ,comme illustré à la figure 7 ,et comme dans les formes de réalisation précédentes,les espaces libres des gorges 22a 25 et 22b sont progressivement réduits jusqu'à ce qu'ils soient pratiquement égaux aux volumes des éléments d'étanchéité respectifs 14a et 14b.La délimitation des éléments d'étanchéité est ainsi obtenue grâce aux rebords 64 et 66 et on obtient une étanchéité efficace à haute pression. 30 II doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 69 13236 2007043 REVENDICATIONS 1. Joint, caractérisé en ce qu'il comprend un organe .de retenue semblable à un anneau offrant, eh section transversale, une paire de rebords espacés, interne et externe, déformables 5 élastiquement , et une âme s'étendant entre ces rebords et les reliant, ces rebords étant destinés à venir en contact continu avec la pièce dont l'étanchéité dcit être assurée et coopérant avec l'ârae de façon à définir une gorge continue , et un premier élément d' étanchéité déformable disposé dans la gorge et destiné à venir en lO contact continu avec la pièce dont l'étanchéité doit être assurée, le volume de cet élément étant à l'origine inférieur à l'espace libre de la gorge et la résistance à la déformation de cet élément d'étanchéité étant inférieure à celle des rebords précités , de telle sorte qu'en repoussant avec force l'organe de retenue contre la 15 pièce dont l'étanchéité doit être assurée ,on amène les rebords à s'aplatir et l'espace libre de la gorge à se réduire,jusqu1 à ce qu'il soit pratiquement égal au volume de l'élément d'étanchéité , ce dernier étant ainsi repoussé en contact continu avec la pièce précitée. 20 2. Joint suivant la revendication 1,caractérisé en ce que l'élément de retenue est fait d'une matière en feuille mince et les rebords sont réalisés en une pièce avec les bords interne et externe , respectivement., de l'âme , tout en s'étendant vers l'extérieur pour revenir ensuite vers cette âme. 25 3. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de retenue est fait en une pièce de tôle métallique mince. 4.Joint suivant la revendication 1,caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est constitué par une bande de matière 30 en feuille élastique qui est fixée à l'âme. 5. Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est disposé à l'origine au centre de la gorge,avec ses bords marginaux espacés des côtés de cette gorge. 35 6. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rebords coopèrent avec l'âme ,de façon à définir une seconde gorge continue ,ledit joint comporant en outre un second élément d'étanchéité déformable disposé dans cette seconde gorge, 69 13236 2007043 les premier et second éléments d'étanchéité étant destinés à venir en contact d'étanchéité continu avec des surfaces d'une paire de pièces offrant des surfaces généralement planes,et en ce que l'aplatissement et le contact continu sont réalisés pour le second élément d'une façon analogue à celle du premier élément. 7. Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les rebords sont façonnés et coopèrent avec 1-'âme de telle, sorte que les gorges aient approximativement la même dimension et la même configuration. 8. Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les rebords sont formés indépendamment de l'âme et comprennent des organes creux généralement en forme de C. 9. Joint suivant la revendication 6,caractérisé en ce que les rebords sont définis par un organe creux continu fait d'une matière en feuille ayant une épaisseur pratiquement uniforme, les rebords ayant des épaisseurs verticales supérieures à celles de 1" âme suivant une direction perpendiculaire au plan de cette âme.