Brevet FR2005717A1 — publié le 19691212

La présente invention est relative à des systè-mes de transnission de pression, en particulier à des systèmes à base hydraulique ou pneumatique, constitués par un ou plusieurs cylindres avec éléments d'étoupage en élastomères et/ou autres matières convenables, par exemple du caoutchouc naturel ou synthétique, et un ou plusieurs pistons. Dans les systèmes hydrauliques, en particulier ceux utilisés dans les freins hydrauliques, une force est transmi- se à partir d'un cylindre transmetteur, à l'aide d'un liquide hydraulique, dans la plupart des cas à plusieurs cylindres moteurs, par exemple des cylindres de frein. En règle générale, on utilise de manière connue comme matière d'étoupage dans ces cylindres noteurs, du caoutchouc naturel ou synthétique sous forme de manchons qui doivent recevoir souvent des pressions très élevées. Les éléments d'étoupage peuvent égalenent constituer des parties du piston. Lorsque le système hydraulique fonctionne à des températures extrêmenent élevées, comprises par exemple entre + 80 et + 300 C, il arrive souvent que la pellicule lubrifiante du liquide hydraulique, appliquée sur la paroi du cylindre du fait du mouvement du manchon en caoutchouc s'évapore entièrement ou partiellement de sorte que le piston vient au contact direct de la paroi du cylindre, ce qui donne lieu à une détérioration du piston et du cylindre due au frottement de métal contre métal. A des températures très basses, par exemple conprises entre 0 et - 600 C des effets analogues peuvent se produire si le liquide hydraulique, maintenant très visqueux, ne nouille pas suffisannent la paroi du cylindre. Si le systène hydraulique fonctionne sous des pres- sions relativement élevées, les pistons peuvent basculer, par exemple lorsque par suite de leur usure naturelle, leurs dinensions deviennent inférieures aux tolérances prescrites par le fabricant, ou lorsque la partie frontale de l'élément d'étoupage dirigé vers le piston n'est pas exactenent parallèle à la partie frontale du piston lors du fonctionnement du système hydraulique, ou encore lorsque le dispositif servant à transnettre la force du piston au point d'action ne se tron ve pas exactenent au centre du piston, ou lorsque l'élément de construction actionné, par exenple les sabots de frein, effectue un mouvement angulaire. Si, de plus, le système hydraulique fonctionne à grande fréquence de courses, en particulier lorsqu'il fonctionne en mena tenps à des tenpératures élevées, il peut arriver que le piston fonctionne àsec et soit ainsi endommagé. Des particules de nétal sont dans ce cas enlevées par frottenent et migrent par suite du mouvement du piston vers l'intérieur du systène, c'est-à-dire en direction du ou des éléments d'étoupage, qui sont endommagés par les particules souvent à arêtes vives et rendus inutilisables au bout de quelque tenps. Il se forne, en même temps, par le frottenent des particules nétalliques sur les éléments i'étoupage, une quantité considérable de poudre de caoutchouc qui avec le tenps renplit la plus grande partie de la fente entre le cylindre et le piston et réduit ainsi le jeu entre ces deux éléments, ce qui entraîne un déplacenent de l'axe du piston et de ce fait un basculenent du piston et la formation de nouvelles particules métalliques par frottement. La poudre fine de caoutchouc absorbe en outre la pellicule lubrifiante fine de liquide hydraulique sur la paroi du cylindre et la surface du piston, de sorte-que les parties soumises à l'abrasion fonctionnent à nouveau à sac. Si l'on utilise des manchons en forne de pot il peut se produire aux pressions de travail élevées une action de cisaillement entre le bord du fond de pot et l'arête du piston, ce qui a pour conséquence un enlèvement du bord et plus tard la destruction de l'élément d'étoupage, rendant ainsi le sys tème inutilisable Des inconvénients analogues se produisent dans les systèmes pneumatiques, par exemple dans les cylindres à air comprimé. De plus, dans les systèmes de transmission de pression pneumatiques, par exenple des freins pneumatiques pour voituras, l'action conservante du fluide hydraulique est supprinée.Pour lubrifier et conserver le système on utilise des graisses et des huiles minérales nais leur action ne suffit pas à protéger le système contre l'action corrosive de l'eau de condensation et de l'eau projetée qui y pénètre, ou encore de l'humidité entraînée par l'air comprimé. Ces inconvénients imposent un entretien suivi du système, ce qui entraîne des frais et des interruptions de fonctionnement. Des troubles peuvent se produire également aux ten pératures proches de OOC si l'eau de condensation qui a pénétré dans le cylindre gèle. On a donc proposé d'injecter dans le système pneunatique des solutions antigel au noyen d'une ponpe de dosage, nais cette solution ne parvient souvent pas dans toutes les parties du système et il est difficile d'injecter la concentration d'antigel nécessaire. Or, la Demanderesse a trouvé que les inconvénients mentionnés ci-dessus pouvaient être évités dans les systèmes de transnission de pression connus, notannent dans les systènes hydrauliques et pneumatiques et cela d'un nanière sinple et obtenir ainsi des systèmes de transnission de pression ayant une résistance élavée à l'usure, en recouvrant au moins une des surfaces qui glissent l'une sur l'autre, d'une couche de polytétrafluoroéthylène. On peut recouvrir au choix le piston de transnission de pression ou la paroi intérieure du cylindre, ou, le cas échéant, les deux. On peut produire la couche de polytétrafluoroéthy- lène sur le piston de manière connue en soi, par exenple en plongeant le piston dans une dispersion de polytétrafluoroéthylène ou en l'aspergeant avec cette dispersion et, le cas échéant, en sounettant ensuite le polytétrafluoroéthylène à une opération de frittage. Selon un node de réalisation particulier le piston lui-nêne est an polytétrafluoroéthylène, en le munissant le cas échéant, à l'intérieur,d'éléments de support pour le renforcer. Il y a avantage à envelopper les pistons d'un tuyau en polytétrafluoroéthylène, éventuellement fritté ou d'une feuille de polytétrafluoroéthylène éventuellenent frittée qui peut encore contenir des additifs, tels que des polynères de perfluoro-oléfines supérieures, des fibres de verre, du graphite, de la poudre de charbon, du charbon artiZiciel et des nétaux, de préférence du bronze. Le polytétrafluoroéthylène peut égalelc-nt contenir des oxydes de métaux, du nitrite de bore, du sulfure de molybdène et de l'amiante. Pour recouvrir la paroi intérieure du cylindre on utilise avantageusement une dispersion contenant le polytétrafluoroéthylène et on applique une couche ayant une épaisseur conprise entre 1 et 100 x 10 3 ma. Il est également possible, d'appliquer un tuyau en polytétrafluoroéthylène fritté. D'une façon surprenante la couche ou la feuille en polytétrafluoroéthylène appliquée sur le cylindre, le piston ou les deux n'est pas endonnagée nêne dans des conditions très défavorables, par exenple à des tenpératures très élevées ou très basses, des pressions élevées ou sous l'action excentrique de forces sur le ou les pistons. Cela peut être attribué aux bonnes propriétés lubrifiantes du polytétrafluoroéthylène. Il se produit l'avantage que des particules métalliques qui pourraient endommager ou rendre inutilisables les éléments d'étoupage en caoutchouc ne sont plus enlevées par frottement, et qu'il ne se forne pas de poudre de caoutchouc. De plus, la mesure conforma à l'invention évite une détérioration des bords des manchons. Un autre avantage de l'utilisation du polytétrafluoroéthylène dans des systèmes hydrauliques ou pneunatiques réside en ce que les éléments qui en sont recouverts glissent beaucoup plus aisénent que les éléments non revêtus des systètes classiques, ce qui permet d'éviter facilenent les difficultés qui se produisent dans des systènes de petit volume contenant un grand nonbre d'éléments d'étoupage dans un seul cylindre (cylindre de frein en tandem).Il s'est révélé de façon surprenante que les revêtements en polytétrafluoroéthy lène - même si les surfaces n'en sont pas recouvertes conplètement - protègent très bien contre la corrosion les éléments de construction hydrauliques ou pneunatiques, tels que les cylindres en acier, en tôle d'acier ou en fonte, apparamment en raison du fait que le polytétrafluoroéthylène n'est pas apte à être nouillé. Cette propriété est d'autant plus utile que les systènes pneunatiques, tels qu'utilisés dans les freins de voitures automobiles, sont exposés à l'action de milieux très corrosifs, tels que l'eau, la vapeur dreau ou des solutions salines. L'enploi de polytétrafluoroéthylène ou de nélanges de polytétrafluoroéthylène additionné de charges dans des systèmes de transnission de pression, hydrauliques ou pneunatiques, offre les avantages inportants suivants qui pernettent de considérer ces systènes conne étant pratiquement exenpts d'usure 1) prolongation de la durée de vie de systènes hy drauliques ou pneunatiques considérés, 2) empêchement de l'usure des pistons et, de ce fait, une protection des éléments d'étoupage en élasto mères, 3) enpêchenent de l'usure par frottement des arêtes par des forces de foulage et de cisaillenent entre les bords du piston et du manchon, 4) anélioration des propriétés de glissenent entre le piston et les éléments d'étoupage de différen tes constructions d'une part, et la paroi inté rieure du cylindre d'autre part, ce oui est par ticulièrenent avantageux dans le cas de systènes à plusieurs éléments d'étoupage, 5) maintien de la sécurité de fonctionnement des sys tees hydrauliques ou peneu@atiques même dans des conditions extrênes, telles que des températures très élevées et très basses, des pressions éle vées et une grande fréquence de courses, 6) naintien du fonctionnement même en cas de fonc tionnenent à sec du système, 7) empêchement de corrosion sur les pistons et les cylindres. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exenple non linitatif, fera bien comprendre connent l'invention peut être réalisée. La figure 1 nontre un agencement de piston avec manchon en forma de pot avec fond de pot 1 et piston 2, en coupe. La piston 2 est nuni d'un revêtement 3 en polytétrafluoroéthy- lène conforme à l'invention. Les figuras 2a à 2d nontrent en coupe, quatre variantes d'exécution de pistons de transmission de pression, à savoir La figure 2a, un piston 2 sans revêtement La figure 2b, un piston nuni d'un anneau 5 en polytétrafluoroéthylène. La figure 2c, un piston recouvert d'une feuille 3 en polytétrafluoroéthylène. La figure 2d, un piston 2 recouvert d'un tuyau en une matière contenant du polytétrafluoroéthylène. Dans toutes les variantes on peut utiliser, au lieu du polytétrafluoroéthylène pur, du polytétrafluoroéthylène contenant d'autres polymères de perfluoro-oléfines ou des additifs. lias exemples suivants illustrent la présente invention sans aucunement en liniter la portée. EXEMPLE 1 Le conportenent au fonctionnement des systèmes de freins hydrauliques pour voiturés automobiles a été jugé d'après la norne de la "Society of Autonotive Engineers (SAE) pour l'essai de "stroking" SAE J 70 b/SAE 70 R 3 (manuel 1968). Dans le présent exemple l'essai a été effectué selon quatre variantes, en utilisant un piston sans revetement, un piston avec revêtement partiel et deux pistons avec revêtement entier en polytétrafluoroéthylène conforme à l'invention. Les résultats des essais selon SAE J 70 b effectués a' 1200C sous 70 kg/cn2 sont indiqués au Tableau I.0n.yvoit qu'avec un systène de freins dans lequel les pistons sont enveloppés du polytétrafluoroéthylène, l'essai de stroking peut être répété trois fois sans que l'on puisse constater des phénomènes d'usure. Le Tableau 1 montre également qu'avec un système de pression classique, même après avoir muni les pistons d'un anneau d'étanchéité additionnel en polytétrafluoroéthylène, on nBa pu atteindra que de justesse la période d'essai de 86 000 courses, cependant qu'avec dès pistons recouvert con fornénent à l'invention le système fonctionne encore bien après deux répétitions de l'essai de "strokimg". T A B L E A U I Essai de "stroking" à 120 C/70 kg/cm2/1000 courses par heure Agencement Après 86,000 courses Essai continué jusqu'à Essai continué jusqu'à 258,000 courses 172000 courses d'essais 1) Sans Après 25,000 courses formation Fuite au bout de 25,000 revétement de particules de cecutchouc courses manchons partielet de métal, augmentation de lement détruits, forte la quantité des particules, à formation de particules de la fin fonctionnement à sec, caoutchouc et de métal légère usure du manchon, du piston et du cylindre.Essai Essai non réussi réussi 2) Piston avec Vers la fin formation de Fuites au bout de 150,000 anneau en particules de caoutchouc et courses, manchons au bord PTFE de métal, fonctionne@ ent à du fond partiellement persec, manchon, piston et cy- cés par frottement,usure lindre légèrement attaqués, du caoutchouc et du métal, Essai réussi cylindre attaqué. Essai non réussi 3) Piston Aucune usure sur le cylindre, Pas d'usure, pas de parti- Pas d'usure, pas de particules, pas de recouvert le piston et les manchons,pas cules enlevées par frotte- fonctionnement à sec, début de fatid'une feuil- de formation de particules, ment gue de l'élastomère (déformation le de PTFE pas de fonctionnement à sec.Essai très bien réussi légère permanente, par exemple faible Essai très bien réussi bombement du bord de pot) Essai bien réussi 4) Piston Pas d'usure, Pas de particules Pas d'usure, pas de parti- Pas d'usure, pas de particules enleenveloppé enlevées par frottement, cules enlevées par frotte- vées par frottement, pas de fonctiond'un tuyau pas de fonctionnement à sec ment, pas de fonctionnement nement à sec début de fatigue de de PTFE Essai très bien réussi à sec, l'élastomère (déformation légère per Essai très bien réussi manente, par exemple faible bombement du bord de pot) Essai bien réussi PTFE = polytétrafluoroéthylène Ainsi qu'il ressort du tableau 2 les couches conformes à l'invention satisfont aux exigences de l'essai de "stroking" même dans des conditions encore beaucoup plus rigoureuses (température d'essai de 180 C) T A B L E A U II Essai de "stroking" à 180 C/70 kg/cm2/1000 courses par heure Agencement Piston Menchone Liquide Cylindre d'essai 5) Piston sans Forte usure, par endroits Usure très forte au bout Contenant une quantité Par endroits us@ revêtement étendue en surface, dépôts de 10,000 courses (6% en importante de particules re par le piston, du genre charbon volume); fuites après de caoutchouc et de mé- dépôts du genre 60,000 courses, grippage tal dans le cylindre charbon des pistons, bords de pot Essai pas réussi détruits, perçage par frottement de quelques manchons 6) Piston Pas d'usure, dimensions Pas d'usure, pas de dété- Pas de particules de enveloppé du piston pratiquement riorations malgré un gon- métal ou de caoutchouc Pas d'usure d'un tuyau inchangées flement plus fort dans le cylindre compound en Essai bien réussi PTFE et fibres de verre 7) Piston Pas d'usure Pas d'usure, mais défor- Pas de particules de Pas d'usure comme en 6) mation du bord du manchon métal ou de caoutchouc enlevées par frottement. Essai réussi EXEMPLE 2 : On a effectué un essai de "strocking" comme décrit à l'exemple 1 sous une pression de 75 kg/cm2 et à une température de fonctionnement de -15 C. Les résultats sont indiqués au tableau 3. T A B L E A U III Agencement Après 82,000 courses Essai continué jusqu'à 172,000 courses d'essai 8)Piston Formation de particules de métal et de Innterrompu après 40,000 courses car le système sans revêtement cacutchouc par frottement, fonctionne- ne fonctionne plus de manière régulière, ment dur, entravé par un mélange vis- manchons partiellement détruits quelque fuites en PTFE queux de liquide et de particules, par manchons percés au bord du fond manchon attaqué au bord du fond, Essai non réussi usure du piston dans le cylindre, Essai réussi de justesse 9) Piston Pas d'usure sur piston et manchons, Pas d'usure, à la fin de l'essai système enveloppé d'un pas de formation de particules, pas complètement en ordre de march tuyau en PTFE de marche à sec, fonctionnement facile du piston et des manchons Essai très bien réussi Essai très bien réussi Tandis qu'avec un piston sans revêtement suivant l'invention les conditions de l'essai n'étaient satisfaites que de justesse après 82,000 courses, on ne peut observer aucune usure sur les pistons recouverts de polytétrafluoroéthylène, le système étant encore entièrement capable de fonctionnement. EXEMPLE 3 : Le piston en fonte grise d'un système hydraulique, en partie légèrement sablé et en partie maintenu en son état d'origine (rectifié au tour) a été recouvert d'une dispersion contenant du polytétrafluoroéthylène. Après séchage sous l'action de l'air chaud la couche a été soumise à un frittage pendant 15 minutes à 327 C, à la Suite de quoi elle avait une épaisseur d'environ 20 microns. Après montage dans le cylindre respectif, le système a fonctionné à une température de 120 C avec une course des pistons de 10 mm à l'encontre d'une pression de 100 kg/cm2. On a effectué trois essais, chacun avec 100,000 courses avec une fréquence de 120 courses par heures. Les résultats sont indiqués au tableau 4. T A B L E A U IV Agencement 1) 100,000 courses 2) 200,000 courses 3) 300,000 courses d'essai 10) Piston en Formation de particules de Formation en continuation de métal et de caoutchouc, particules de caoutchouc et de fonte grise sans lèvres et bords des man- métal, les manchons fortement revêtement chons endommagés, tendance endommagés usure sur le piston et le cyà l'usure du piston et du lindre, apparition de fuites, cylindre, système encore en systeme plus en ordre de marordre de marche che (chute de pression) 11) Piston en Pas d'usure sur le piston, Comme après l'essai 1) Système Comme après l'essai 2), des phénofonte grise avec le cylindre et les man- encore en ordre de marche mènes de fatigue de l'élastomère couche de dis- chons, pas de particules (gonflement, diminution de la dureté) persion de enlevées par frottement Système encore en ordre de marche Système en ordre de marche PTFE On voit qu'avec des pistons non pourvus d'un revêtement conforme à l'invention on ne peut atteindre que de justesse 100,000 courses, tandis que les pistons recouverts sont encore utilisables après 300,000 courses d'essai. EXEMPLE 4: Dans l'essai spécifié à l'exemple 1, on a utilisé des pistons de freins sans revêtement en un alliage de zinc affiné comme dans le commerce sous la marque "Zamak". Les parois intérieures d'un cylindre principal et quatre cylindres de freins sur roues après avoir été soigneusement dégraissées et recouvertes comme dans l'exemple 3 d'une dispersion contenant du polytétrafluoroéthylène, la couche de revêtement étant soumise à un frittage. L'essai de "stroking" a été effectué à 120 C sous 75 kg/cm2 avec une fréquence de 1000 courses par heure. A titre de comparaison on a effectué un essai témoin avec un système sans revêtement. Les résultats sont indiqués au tableau 5. Ils montrent les avantages du système conforme à l'invention. T A B L E A U V Agencement Après 85,000 courses Après 172,000 courses d'essai Après 258,000 courses 12) Tous les Particules de caoutchouc et de Manchons partiellement décylindres sans métal, attaques aux manchons, truits après 40,000 courses, revêtement usure sur les pistons et les essai interrompu à cause de cylindres, Essai réussi fuites. Essai pas réussi 13) Cylindres Pas d'usure, pas de particules Pas d'usure, pas de particu- Par endroits usure faible sur les recouverts de enlevées les enlevées, manchons fai- manchons, bords des manchons PTFE Essai bien réussi blement déformés. Essai réuasi gonflés et faiblement déformés, usures faibles sur pistons et cylindres. Essai réussi EXEMPLE 5 : On a monté , en utilisant un liquide usuel pour l'entretien des freins, un cylindre hydraulique muni de piston, de manchons, de ressort de rappel et de capots protecteurs, dont la paroi intérieure était revêtue suivant l'invention en le laissant pendant 16 heures, sans soupape de dégagement d'air et avec l'ouverture dirigée vers le bas, dans une chambre à 30 C dans une atmosphère de vapeur d'eau saturée. A titre de comparaison on a examiné un cylindre hydraulique identique mais sans revêtement. A la fin de la période d'essai les cylindres ont été examiné pour déterminer la corr@sion. Le cylindre recouvert de polytetrafluoroéthylène n'est pas corrodé tandis que le cylindre sans couche protectrice montre une forte corrosion sur les surfaces de contact du piston et des manchons. REVENDICATIONS 1 - Systène de transmission de pression à résistance élevée à l'usure, constitué par au noins un cylindre avec les éléments d'étoupage correspondants, dans lequel au moins un piston est actionné au noyen d'un nilieu de transnission de force, caractérisé en ce qu'au moins l'une des surfaces qui glissent l'une sur l'autre est revêtue d'une couche de polyté trafluoroéthylène. 2 - Systène de transmission de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de revêtement est constituée par un nélange de polytétrafluoroéthylène et de charges. 3- Système de transnission de pression selon la re vendiàtion 1, caractérisé en ce que le piston est revêtu de la couche. 4 - Système de transmission de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre est revêtu de la couche. 5 - Système de transmission de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston et le cylindre sont revêtus de couches. 6 - Système de transnission de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de revêtement a une épaisseur de 1 à 100 x 10-3mm.