Brevet FR2003967A1 — publié le 19691114

La présente invention se rapporte àun joint d'etanchéité plat, notamment un joint de culasse pour moteurs à combustion in terne, comportant un anneau de renfort et/ou d'étanchéité dans au moins un orifice de passage et, dans la zone de cet orifice, une bordure métallique pour les parties souples du joint plat, l'an neau de renfort et/ou d'étanchéité étant encastré dans la bordure métallique. L'invention a en outre pour objet un procédé de fa brication d'anneaux de renfort et/ou d'étanchéité et d'exécution de leur raccordement avec un joint d'étanchéité plat du genre précité. Le Brevet allemand 1 017 416 a fait connaître un joint d'é- étanchéité plat de ce genre, dans lequel l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité est obtenu par un usinage mécanique, tronçonnage d'un tube par exemple, raccordé par emmanchement à force ou soudage à la bordure métallique.En fabriquant mécaniquement les anneaux de renfort et, ou bien, d'étanchéité, le prix d'un joint plat du genre considéré est Si notablement élevé par rapport à celu d'un joint plat sans ces anneaux, que l'usage de ceux-ci ntest aborda ble du point de vue économique que sur des machines de modèles spéciaux et autres dispositifs d'étanchéité motteux, bien que l'efficacité et la durée des joints plats soient notablement aug mentées par les anneaux de renfort, ou bien d'étanchéité du genre considéré. Le problème de l'invention est de réaliser une structure de joint d'étanchéité plat, du modèle cité pour commencer, de manière à pouvoir fabriquer ce joint par un procédé particulièrement éco nomique. Ce problème est résolu par l'invention qui prévoit l'an neau de renfort et/ou d'étanchéité fendu et ses deux extrémités fermées de façon au moins à peu près jointives. Ce mode d'exécu tion du joint plat permet de tirer l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité, d'un fil ou d'une barre métalliques profilés, de lon tueur prédéterminée par le développement de l'anneau, ce qui peut Autre obtenu par les procédés de fabrication particulièrement éco nomiques du laminage ou de l'étirage de profilés, ou meme de l'ex trusion. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'une des faces de l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité présente, de manière connue en soi, un bossage circulaire de section transversale en pointe, constituant la surface étanche. On obtient ainsi un effet d'étanchéité répondant, en particulier pour les joints de culasses des moteurs à combustion interne, à la forte pression régnant dans la chambre de combustion, sans que la compression des parties constitutives sur le joint atteigne une valeur trop élevée.Du fait que le bossage circulaire pointu scie prime dans l'une au moins des pièces voisines, telle que notas ment la face de joint d'une culasse faite d'un métal léger d'un moteur à combustion interne, l'anneau d'étanchéité est en outre fixé de manière que l'étanchéité de son propre joint est assurée avec une sécurité particulièrement élevée. Pour raccorder au joint plat l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité, on prévoit que la périphérie de cet anneau présente soit un profil circulaire s'écartant vers l'avant ou vers l'arrière d'une surface cylindrique, de profil angulaire, rectangulaire, trapézoTdal ou courbe, soit une gorge ou un bossage circulaire de forme correspondante. Outre la possibilité de fabriquer en acier l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité, l'invention prévoit un anneau tiré d'un fil profilé dtalliage métallique non ferreux, de résistance spécifique à la compression comparable à celle de l'acier, tel que le maillechort, "Nickelinen, bronze de fonderie ou autre sinilaire. L'emploi de métaux non ferreux de ce genre présente l'avantage de pouvoir exécuter le fil profilé, même de section transversale particulièrement réduite, avec une grande précision, surtout sur la ligne d'étanchéité constituée par le relief circulaire en pointe. Afin d'assurer, méme pour des -joints étanches fortement chargés, une grande sécurité contre tout déplacement radial réciproque des surfaces de joint de l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité, l'invention prévoit de donner à ces surfaces de joint, par rapport à un plan à peu près radial qui leur correspond, une forme courbe ou une forme angulaire. Afin de réaliser un procédé, particulièrement avantageux, de fabrication des anneaux de renfort et/ou d'étanchéité et de leur raccordement avec le joint plat de construction selon l'invention, précédemment décrite, l'invention prévoit l'enroulage de plusieurs spires dtun fil métallique profilé ayant la section transversale de ltanneau sur un mandrin de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur de cet anneau, de manière que, tranchées au moins à peu près parallèlement à leur axe, les spires de fil profilé se partagent en anneaux fendus, que chaque anneau fendu soit introduit dans un orifice de passage du joint plat et fixé dans celui-ci par une déformation de la bordure métallique correspondante, de façon que, l'anneau subissant un serrage radial vers l'intérieur, ses surfaces terminales en regard l'une de l'autre sont pressées l'une sur l'autre et son joint se ferme. Cette manière de procéder perset dans une large mesure d1effectuer les opérations d'une fabrication de façon continue et par conséquent particulièrement économique. Pour la mise en pratique de ce procédé, on prévoit d'employer un mandrin présentant des gorges périphériques hélicofdales, ajustées à la forme de la section transversale du fil métallique profilé, et une rainure longitudinale, au moins approximativement parallèle à l'axe, adpatée à la largeur d'un outil de coupe.Afin de maintenir à peu près constante la précontrainte du fil pendant son enroulage autour du mandrin, l'invention prévoit d'étirer le fil en mdme temps que s'effectue cette opération avec le processus de cambrage qui intervient alors, au-delà de sa limite d' élastici- té. A cet effet, il est avantageux de disposer devant le mandrin un cylindre d'étirage que le fil entoure, partiellement au moins, lors de l'enroulage et d'où le fil se déroule moins vite qu'il ne s 'enroule sur le mandrin. Pour pouvoir adopter un mode de travail largement mécanisé lors du raccordement de l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité avec le joint plat, une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait d'introduire un anneau dans une bordure métallique de section transversale en forme de L, à l'y maintenir par l'effet de sa propre force d'expansion et à insérer l'ensemble anneau et bordure dans un orifice de passage du joint plat, puis, après s'être assuré de la position convenable de l'anneau par rapport à ce joint, à estamper ou matricer la bordure métallique pour an-Zefev sa section transversale à prendre, approximativement au moins? a forme en U définitive, le fond de 1'U pénétrant en l'épousant exactement dans le profil de la surface périphérique de l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité. Sur les dessins annexés, l'invention est représentée en réfé- rence à un exemple de réalisation ; différentes étapes du procédé sont également représentées. Dans ces dessins - la figure 1 représente en plan une partie de joint de or lasse pour moteurs à combustion interne - la figure 2 est une coupe partielle du joint de culasse, suivant la ligne 2 - 2 de la figure 1, à plus grande échelle - la figure 3 est une vue partielle en plan d'un anneau sur joint plat, à extrémités jointives de forme angulaire - la figure 4 est une vue partielle en plan d'un anneau sur joint plat, à extrémités jointives de forme arrondie - la figure 5 représente un dispositif d'enroulement pour la fabrication d'anneaux d'étanchéité pour joints plats - les figures 6 à 9 représentent plusieurs étapes du procaf- de raccordement des anneaux d'étanchéité à un joint de culasse Un joint de culasse 1 pour moteurs à combustion interne con- siste principalement (Fig. 1 et 2) en une plaque de matière sou 2, pourvue le cas échéant de garnitures de renfort, présentant @@ forme et les dimensions de la surface de séparation entre le bloc cylindre 3 et la culasse 4 du moteur.Des orifices de passage 5 et 6 sont également prévus sur le joint de culasse 1, en condor dance avec les orifices de passage existant dans le bloc cylindre 3 et la culasse 4 pour les vis de culasse, l'eau de refroidisse- ment et l'huile de graissage, ainsi qu'avec les alésages des cylindres 6'. Les orifices 6, correspondant aux alésages 6' des cylindres sont armés d'une bordure métallique 7, en talez et d'un anneau 8, lui aussi métallique, de renfort et/ou d'étanchéité, désigné ci-après par "anneau d'étanchéité", les protégeant contre les gaz chauds de la combustion qui agissent-dans les alésages de cylindres 6'.Par repoussage, on applique la bordure métallique mince 7 sur le contour correspondant de la plaque de matière souple 2, en même temps que l'anneau d'étanchéité 8 s'encastre par la surface périphérique de sa gorge 9 sur la boy dure métallique insérée dans la plaque 2. Sur chacune de ses deux faces, l'anneau d'étanchéite 8 présente un bossage circulaire dont la section transversale a un profil en pointe 10, qui s'imprime au montage dans le métal respectivement du bloc cylindre 3 et de la culasse 4. La forme de la section de ce bossage 10 est déterminée d'après le serrage des vis de culasse pour que les surfaces annulaires 11, situées des deux côtés du bossage 10 de l'anneau 8, ne viennent pas porter sur les surfaces en regard.Ainsi est assurée l'effica- cité du joint de culasse 1 quant à l'étanchéité au voisinage de la plaque 2 de matière souple pour les orifices de passage s'y trouvant ménagés pour le passage de l'eau de refroidissement et de l'huile de graissage. L'anneau d'étanchéité métallique 8 qui présente, comme décrit précédemment, un profil relativement compliqué, est fendu et présente de ce fait un joint 12 (fiv. 1). Il consiste en une barre profilée, rectiligne à l'origine, obtenue par extrusion ou par tronçonnage d'un fil métallique profilé étiré, de longueur déterminée par le développement de l'anneau, et transformée par cintrage ou enroulage (avant tronçonnage du fil profilé) en un anneau fendu. Les surfaces en regard du joint 12 de l'anneau d'étanchéité 8 sont bien dressées, à la scie ou à la meule, par le tronçonnage de mise à longueur du fil en particulier, de manière à donner un joint 12 étanche.L'étanchéité de ce joint est encore favorisée du fait que l'anneau 8 subit, en raison de son emmanchement à force dans la bordure métallique 7, une force de serrage dirigée radialement versl'intérieur, qui appuie fortement les surfaces du joint 12 l'une contre l'autre. Le soudage de ces surfaces au voisinage du joint 12 n'est pas nécessaire.La proximité immédiate d'un orifice 5 de passage de vis assure au joint 12, après montage de 11 ensemble du joint plat, une pression superficielle particulièrement élevée, qui garantit le maintien en position de l'anneau d'étanchéité se L'anneau d'étanchéité représenté dans la Fig. 1 possède un joint 12 rectiligne, radial0 Au contraire, la Fig. 3 représente un anneau d'étanchéité 8 (sans bossage circulaire à profil en pointe 10) dont les surfaces de joint forment un dièdre 12' et la Fig. 4, un anneau d'étanchéité 8 A surfaces de joint courbes 129. Grâce à de telles surfaces de joint 12' et 12", on parvient à fixer en concordance les deux surfaces du joint l'une sur l'autre quand ltanneau 8 est soumis, après montage, au serrage prévu. Tout déplacement radial réciproque des surfaces de joint est ainsi exclu. Les surfaces en angle ou en courbe des joints 12' et 12" peuvent être exécutées, par exemple, à la meule profilée. Dans la Fig. 5, un mandrin 13 et un cylindre d'étirage 14 sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre et entrainés par un engrenage 15 de manière que le mandrin 13 présente une vitesse circonférentielle légèrement supérieure à celle du cylindre 14. Le mandrin 13 est pourvu de rainures hélicoIdales 17 ajustées à la forme de la section transversale d'un'fil métallique profilé 16, servant de matière première pour exécuter les anneaux d'étanchéité, et d'une rainure longitudinale 18, parallèle à l'axe, de largeur adaptée à celle d'un outil de coupe, tel qu'une scie circulaire ou une meule à tronçonner, non représenté, prévu pour partager le fil 16 enroulé sur le mandrin 13. Le mandrin 13 et le cylindre 14 étant entraînés, le fil 16 passe par une pièce de guidage 19 qui se déplace parallèlement au mandrin 13 et au cylindre 14 par une avance correspondant au pas des rainures hélicoîdales 17 du mandrin 13, puis, sur le cylindre 14, entoure celui-ci et pénètre ensuite dans les rainures périphériques 17 du mandrin 13, de telle manière qu'il en résulte un enroulement hélicoïdal 16' de fil profilé.En s'enroulant sur le cylindre 14, le fil 16 subit une précontrainte de traction de sorte qu'un allongement du fil 16 se produit par suite de son enroulement autour du cylindre 14 et de la différence entre les vitesses circonférentielles de ce cylindre 14 et du mandrin 13, entre la sortie du fil 16 du cylindre 14 et son arrivée sur le mandrin 13, ou dans les rainures périphériques 17 de ce dernier. Cet allongement est déterrai né de manière que la limite d'élasticité du fil 16 soit plus ou moins légèrement dépassée, ce qui assure une précontrainte régulière dans l'enroulement 16' du fil 16 sur le mandrin 13.Le processus d'al- longement interviendra au moment où le fil 16 subit déjà, du fait du cintrage, une modification de structure, à savoir, quand il pénètre dans les rainures périphériques 17 du mandrin 13. Dès que ces rainures 17 sont à peu près complètement remplies de fil 16, on interrompt l'opération d'enroulage et on tronçonne l'enroule- ment 16' de fil 16 le long de la rainure 18, ce tronçonnage donnant naissance à un grand nombre d'anneaux d'étanchéité fendus, qu'on retire du mandrin 13 et insère dans les joints plats. Pour effectuer l'opération d'enroulage suivante, on fixe l'extrémité libre du fil profilé 16 à l'origine, non représentée, des rainures périphériques 17 du mandrin 13, l'opération pouvant alors avoir lieu. La Fig. 6 représente en coupe transversale une bordure métallique 7 préfabriquée à collet radial 7' et partie cylindrique 7". Conme indiqué dans la Fig. 7, on introduit d'abord dans cette bordure métallique 7 un anneau d'étanchéité 8 qui, par suite de sa précontrainte d'expansion radiale, se trouve retenu dans la partie cylindrique 7". La bordure 7 et l'anneau 8 sont alors, ainsi que le montre la Fig. 8, introduits ensemble dans un orifice de passage d'un joint de culasse 1, le collet 7' de la bordure 7 venant porter sur la face supérieure du joint 1 et la partie cylindrique 7" provoquant un centrage approché de la bordure 7 et de l'anneau 8 dans le joint de culasse 1. Le joint 12 de l'anneau d'étanchéité 8 présente encore à ce moment une fente légèrement ouverte.Pour fixer exactement en position l'anneau d'étanchéité 8 dans le joint de culasse 1, on effectue une opération de centrage au moyen d'un outil spécial non représenté et, immédiatement après, ou encore simultanément, on donne à la partie cylindrique 7" de la bordure 7 une forme telle que, comme dans la Sig. 9, sa section transversale prenne, approximativement au moins-, sa forme définitive en U. Une allure conique imprimée à la partie cylindrique 7" de la bordure 7 donne déjà au fond 20 de la section transversale en U de cette bordure 7, par rapport à l'anneau d'étanchéité 8, une courbure telle que le fond 20 vient s'appliquer étroitement sur la surface périphérique 9 en forme de gorge de l'anneau 8 et que ce dernier se trouve provisoirement fixé. En amenant alors la partie 7", désormais conique, de la bordure 7 à porter contre la face infé rieure du joint de culasse 1, autour de l'orifice de passage, l'ensemble constitué par la bordure métallique 7 et l'anneau dgg- tanchéité 8 est retenu dans le joint 1. Un passage final à la presse du joint de culasse complet amène ensuite la bordure 7 à sa forme de section transversale en U définitive et soumet en même temps l'anneau d'étanchéité 8 à un serrage radial vers 1'5ns térieur, tel que les surfaces de son joint 12,-12' ou 12", se ferment parfaitement et hermétiquement. REVENDIOADIONS 19) Joint d'étanchéité plat, notamment joint de culasse pour moteurs à combustion interne, comportant un anneau de renfort et/ ou d'étanchéité dans au moins un orifice de passage et, dans la zone de cet orifice, une bordure métallique pour les parties souples du joint plat, l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité étant encastré dans la bordure métallique, caractérisé en ce que l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité (8) est fendu et le joint (12) est fermé de manière au moins approximativement hermétique. 20) Joint d'étanchéité plat suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutune au moins des faces de l'anneau de renfort et/ ou d'étanchéité (8) présente, de manière connue en soi, au moins un bossage circulaire de section en pointe (10). 30) Joint d'étanchéité plat suivant l'une des revendications 1 et 2; caractérisé en ce que la surface périphérique externe (9) de l'anneau de renfort et/ou d'étanchéité (8) présente soit un profil circulaire a'écartant vers l'avant ou vers l'arrière d'une surface cylindrique et dont la section transversale est angulaire, rectangulaire, trapézoIdale ou courbe, soit une gorge ou un bossage circulaire de forme correspondante. 4 ) Joint d'étanchéité plat suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un anneau de renfort et/ou d'étanchéité fait d'un fil profilé (16) d'alliage métallique non ferreux, de résistance spécifique à la compression comparable à celle de l'acier, tel que le maillechort, la Nickeline, le bronze de fonderie ou autre similaire. 5) Joint d'étanchéité plat suivant l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que le joint (12) de son anneau de renfort et/ou d'étanchéité (8) est disposé à un endroit oW le joint plat (joint de culasse 1) étant en place, s'exerce une pression superficielle particulièrement élevée, près d'un orifice de passage de vis (5). 60) Joint d'étanchéité plat suivant l'une des revendications 1 5, à caractérisé en ce que le joint (12', 12") de son anneau de renfort et/ou dlétanchéité (8) présente des surfaces angulaires ou courbes. 7 ) Procédé de fabrication d'un joint d'étanchéité plat suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par ltenroulage de plusieurs spires d'un fil métallique profilé (16), dont la section a la forme de celle de l'anneau d'étanchéité (8), sur un mandrin (13) de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur de l'anneau (8), par le partage, en anneaux fendus, de l'enroulement (161) coupé au moins approximativement parallèlement à 1 'axe, par l'in- sertion de chaque anneau fendu dans un orifice de passage (6) du joint d'étanchéité plat (1) et par le formage de la bordure métallique (7) la fixant dans le joint plat de manière que l'anneau (8) soit serré radialement vers l'intérieur et les surfaces de son joint appuyées de ce fait l'une contre l'autre de manière à fermer ce joint (12, 12', 12"). 80) Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par l'usage diun mandrin (13), pourvu de rainures périphériques hélicot dalles (17) ajustées à la forme de la section transversale du fil métallique profilé (16), et d'une rainure longitudinale (18) au moins approximativement parallèle à l'axe, d'une largeur adaptée à celle d'un outil de coupe. 90) Procédé suivant les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le fil métallique profilé (16), pendant son enroulage sur le mandrin (13), est étiré en même temps par l'opération de cintrage intervenant alors au-delà de sa limite d'élasticité. 700) Procédé suivant la revendication 9, caractérisé par la dispo position, devant le mandrin (13), d'un cylindre d'étirage (14), que le fil profilé (16) entoure au moins partiellement lors de l'opé- ration d'enroulage et d'où le fil (16) se déroule à une vitesse inférieure à celle à laquelle il s'enroule sur le mandrin (13)e 11 ) Procédé suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par l'introduction dans une bordure métallique (7) de section transversale préformée en L, d'un anneau de renfort d'étanchéité (8), retenu par sa propre force d'expansion, introduit avec la bordure (7) dans un orifice de passage (6) du joint d'étanchéité plat ou joint de culasse 1 et, après ajustage de la position de l'anneau (8) par rapport au joint plat, par le matriçage ou l'estampage de la bordure (7), amenant sa section transversale à sa forme en U définitive, le fond (20) de 1'U venant s'encastrer dans la surface périphérique extérieure profilée (9) de l'anneau d'étanchéité (8).