Brevet FR2005130A1 — publié le 19691205

i 2005130 La présente invention se rapporte à un joint comprenant un ouvrage percé par une ouverture qui doit être rendue étanche, un é:-rou étanche su fluide et un bculon traversant l'ouverture, le Joint entre l'écrou et le boulon étant réalisé de manière à 5 ne pas pener le système de vissage, ni les niveaux de couple et qui de ce fait est utile dans des Joints où les relations entre une charge axiale préalable et le couple appliqué c-nt une importance crtitique en ce qui concerne la conception du Jcii-t. Du fait de cette caractéristique, ce dispositif de fixation peut -10 être utilisé dans les systèmes où le couple est limité d'une manière inhérente, par exemple par l'utilisation de sections de cisaillement. La présente invention se rapporte à un Joint étanche au fluide qui comprend un boulon et un écrou filetés, lequel écrou 15 est pourvu d'un Joint d'étanchéité qui n'apporte aucune gêne au système de vissage ni à son fonctionnement. On a essayé de rendre étanche un dispositif de fixation fileté de telle sorte que le fluide ne puisse s'écouler en regard de la tige du boulon ou de la broche et dans un grand nombre d'ap-20 plications on a pu obtenir ce résultat. Les techniques font fréquemment usage de Joints périphériques tels que des bagues en cte-vron, des presse-étoupe, etc... ou même des colliers d'étanchéité déformables qui sont destinés à venir en prise avec les filets du boulon. Un grand nombre de ces techniques classiques permet-25 tent d'obtenir d'une manière effective un grand- nombre" de buts utiles qt sont largement utilisées. Cependant, à mesure que progresse la technologie des dispositifs de fixation, en particulier dans: l'industrie aérospatiale, on a trouvé nécessaire d'utiliser des dispositifs de fixation filstés dans lesquels la rela-50 tion entre le couple appliqué et la charge préalable axiale, c'est-à-dire l'allongement axial du dispositif de fixation assemblé, constitue un élément critique de la conception» Un grand nombre de Joints sont conçus en tenant compte principalement de la charge préalable axiale du fait que cette dernière se rsppor-35 "te à la résistance à la fatigue du Joint lui-même. La charge préalable axiale est, au moins théoriquement, une fonction du couple qui est appliqué à l'écrou, et plus les variables mises en oeuvre sont en petit nombre, plus cette relation se rapproche de la réalité.. Ceci supprime la plupart sinon la BAD ORIGINAL 69 08946 2 2005130 totalité des solutions classiques aux problèmes d'étanchéité au fluide, du fait qu'en général les dispositifs d'étanchéité viennent en contact avec les filets du boulon, ou bien nécessitent une compression i.:.pcrtaxate, ces deux solutions utilisant l'éner-5 gie appliquée sous la forme d'un couple laquelle serait appliquée autrement comme charge axiale préalable. Cette dispersion de l'énergie pourrait ne pas être trop gênante du fait qu'on pourrait l'admettre si son effet était uniforme et prévisible. Cependant, avec les tolérances admises pour les divers éléments, 10 cette caractéristique supplémentaire devient malheureusement extrêmement variable, et la charge axiale préalable ne peut pas être prévue avec suffisamment de précision en fonction du couple appliqué. Les inconvénients précités ont une importance particuliè-15 rement critique lorsqu'on utilise des colliers qui d'une manière inhérente présentent une limitation au couple qu'on peut leur appliquer. Un exemple bien connu d'un tel collier de fixation est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 2.94-0.4-95-Dans ce dispositif bien connu, des surfaces d'entraînèmént'sont 20 espacées du corps de l'écrou et sont réunies à ce dernier par une section de dimension réduite qui se cisaille lorsqu'on applique le couple prévu à la conception. Lorsque cette section se cisaille, il n'est plus possible d'appliquer le couple à l'écrou. De ce fait, au cas où une partie quelconque de l'énergie est appliquée 25 suivant des niveaux variables ou non prévisibles, suivant une charge autre que la charge préalable axiale, cette dernière est inconnue et la résistance selon la conception du joint n'est pas obtenue d'une manière sûre. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir 50 un joint étanche au fluide et un ensemble d'écrou et de boulon étanche au fluide pour le joint, dans lesquels les variables provenant de 1"effet d'étanchéité au fluide sont réduites à un minimum . Un écrou utilisé dans la présente invention est destiné à 35 venir en prise avec un boulon de la catégorie qui comporte un filet extérieur, une section d'extrusion et une tige cylindrique. Pour la mise en place-de ce boulon, une partie de l'angle d'extrusion, et peut être aussi une partie de la tige, s'étendent au-delà de la surface d'un ouvrege avec les filets extérieurs. bad original 69 08946 3 2005130 L'écrou comprend un corps présentant un alésage central comportant un axe. Une surface de portée est destinée à être amenée contre la surface de l'ouvrage. Un filet intérieur est formé dans l'alésage, et un fraisage ou agrandissement débouche sur 5 la face de portée. Une bague d'étanchéité annulaire, élastique et déformable s'appuie dans le fraisage et vient en contact d'étanchéité périphérique complet avec la limite de ce dernier. Une paroi intérieure de la bague d'étanchéité présente un diamètre minimal qui est supérieur au plus grand diamètre du filet 10 intérieur de façon à s'écarter de tout filet extérieur qui est vissé dans le filet intérieur. Une lèvre déformable formée sur la paroi d'étanchéité est disposée au voisinage de la paroi intérieure et au moins une partie de cette lèvre s'étend axiale-ment au-delà de la surface de portée de l'écrou» La lèvre est 15 évidée axialement à l'endroit où elle s'écarte de l'axe central, de sorte qu'en étant appuyée contre la face de l'ouvrage, elle se déforme vers l'intérieur, vers l'axe central, de façon à s'appuyer contre le boulon et venir en contact d'étanchéité périphérique avec celui-ci. 20 Suivant une caractéristique préférée mais facultative de l'invention, l'écrou comporte une section réduite qui réunit et espace le corps et une section destinée à venir en prise avec un élément d'entraînement, laquelle est destinée à venir en prise et à être entraînée par un élément d'entraînement. 25 D'autres avantages et caractéristiques de la présénte in vention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. 30 Sur ce dessin, La figure "1 est une coupe axiale du mode de réalisation préféré actuellement d'un écrou selon l'invention; La figure 2 est une vue de dessous de l'écrou de la figure 1 ; 35 La figure 3 est une vue composite du joint selon l'inven tion, représentant l'écrou de la figure 1 monté sur un boulon et représentant sur le côté gauche une condition de serrage maximale A et sur le coté droit une condition de serrage minimale B;. et 69 08946 4- 2005130 La figure 4- est une coupe axiale représentant un autre mode de réalisation de l'écrou selon l'invention. Un écrou 10 selon l'invention est représenté sur la figure 1 » Cet écrou présente la'configuration générale de l'écrou 5 du brevet des Etats Unis d'Amérique n° 2.94-0.4-95» Il comprend un corps 11 comportant une face de portée annulaire plane 12 à une première extrémité, une partie effilée 13» un bourrelet de renforcement 14- et une section 15 à son autre extrémité destinée à venir en prise avec un élément d'entraînement. La section des-10 tinée à venir en prise avec l'élément d'entraînement peut présenter d'une manière classique un ensemble hexagonal de surfaees d'entraînement qui peuvent être attaquéesvpar line dé "classique. Un moyen de limitation du couple est constitué par une section réduite 20 formée par une gorge 21 au voisinage du bour-15 relet de renforcément. Cette section réduite présente la section droite latérale la plus faible entre la section venant en prise avec l'élément d'entraînement et le corps, de sorte que là section venant en prise avec l'élément d'entraînement se cisaille et tombe en se libérant du corps lorsqu'un couple prédéterminé 20 est exercé en travers de cette section réduite. L'écrou comprendre plus un alésage central 25 muni d'un filet intérieur 26. L'alésage ne porte aucun filet dans la section destinée à venir en prise avec tm élément d'entraînement. Cette partie de l'alésage est plus grande que tout filet qui 25 s'engage dans l'écrou et par suite ne vient pas en contact avec ce dernier de sorte que la section venant en prise avec l'élément d'entraînement peut se libérer et tomber» Le filet intérieur se termine au voisinage d'un fraisage ou agrandissement 27 qui, d'une manière classique comporte une paroi cylindrique 28 et 30 une paroi d'extrémité 29, les parois 28 et 29 étant appélées parfois des limites. Une bague d'étanchéité annulaire, élastique, déformable 30, s'appuie dans le fraisage de manière à venir en contact périphérique complet avec sa limite. Ce contact n'a pas besoin 35 d'être un contact d'étanchéité au fluide, mais il doit être tel qu'il maintienne la bague de telle sorte qu'une partie de cel-le-ci puisse se déformer, comme indiqué plus loin. Le fait que la bague vient buter contre la paroi d'extrémité 29 permet d'obtenir ce résultat.. La bague comporte une paroi intérieure 31 4-0 dont le diamètre est supérieur au diamètre maximal du filet 69 08946 5 2005130 intérieur 26 afin que la bague d'étanchéité soit écartée de tout filet extérieur qui se visse dans le filet intérieur de l'écrou. Une lèvre déformable 32 est formée sur la bague d'étanchéité, de préférence d'une manière solidaire et au moins une partie de la 5 lèvre s'étend axialement au-delà de la surface de portée de l'écrou.. Cette lèvre est évidée axialement à l'endroit où elle s'écarte de l'axe central et ceci est réalisé de préférence sous la forme d'une surface tronconique, comme on le voit sur la figure 1. On peut imaginer d'autres formes évidées axialement, telles 10 que des structures en gradin. Cependant, la forme représentée présente des avantages considérables comme on le verra plus loin. D'une manière commode, la bague d'étanchéité peut être collée dans le fraisage, par exemple en utilisant des adhésifs. La matière de la bague est bien entendu imperméable au fluide dont elle 15 assure 1'étanchéité. Une substance préférée qu'on peut utiliser pour la bague est un élastomère, le "Téflon" en constituant un exemple. Un boulon 35 destiné à être utilisé avec cet écrou est représenté sur la figure 3» Ce boulon peut, sans que cela soit o-20 bligatoire, comporter une tête 36. Il comporte une tige cylindrique 37 et un filet extérieur 38- Suivant la réalisation des boulons filetés, il existe une surface connue couramment comme section d'extrusion 39- Cette section constitue une section de transition entre le filet et la tige et comporte d'habitude des 25 filets incomplets dus au roulage, des filets ou, lorsque les filets sont taillés, elle constitue simplement une section de transition inclinée. Le terme "section d'extrusion" se rapporte à ces deux cas. Dans tous les cas, dans les boulons avec lesquels la présente invention est utilisée, il existe une section incli-30 née telle que la section 39 5 entre le filet et la tige. Si l'écrou et le boulon doivent être mis en place depuis le même coté, le boulon est pourvu d'un évidement non circulaire destiné à venir en prise avec un élément d'entraînement.Un évidement hexagonal, tel que celui représenté, convient. 35 Un joint utilisant l'écrou et le boulon selon la présente invention est représenté sur la figure 3 dans deux conditions. Sur le côté gauche, on a représenté une condition A de serrage maximal, et sur le côté droit une condition E de serrage minimal. On voit que dans la pratique classique, tout le filet 69 08946 6 2005130 extérieur, et une certaine partie de la section d'extrusion s'étendent au-delà d'une surface 41 d'un ouvrage 4-2. (L'ouvrage peut être en une seule pièce ou er. plusieurs pièces). La partie de gain clie qui représente le serrage maximal montre que seule une partie 5 de la section d'extrusion peut s'étendre au-delà de la surface 41 tandis que sur le coté droit la partie de serrage minimale montre qu'une partie de la tige cylindrique peut également s'étendre au-delà de la surface 41. La figure 3 représente l'écrou de la figure 1 appuyé, la section réduite ayant été cisaillée 10 après l'application du couple prévu à l'étude. La figure 4 montre qu'un écrou peut être réalisé avec les caractéristiques d'étanchéité de l'invention sans être d'une manière inhérente un écrou à limitation de couple. Dans ce cas; l'écrou 45 comporte un corps 46 qui peut présenter une forme he-15 xagonale courante munie d'un filet intérieur 47 et d'une bague d1étanchéité 48 appuyée dans un fraisage 49, comme décrit pour le dispositif de la figure 1. Il convient de noter sur la figure 3 que pour les deux conditions de serrage maximal et de serrage minimal (et bien entendu 20 pour toute condition intermédiaire), l'extrémité en saillie de la bague d'étanchéité est venue en contact avec la surface de l'ouvrage après avoir dépassé le filet extérieur du boulon sans venir en contact avec celui-ci. Ensuite, lorsque l'écrou a été serré, il s'est produit une réaction de friction légère, mais non par-25 ticulièrement importante, entre la bague d'étanchéité et l'ouvrage lorsque la bague a été tournée contre cette dernière. En utilisant des matières à auto-lubrification, telles que du"Té-flon", cette résistance, est extrêmement légère. La matière de la lèvre aura été déformée vers l'axe central du fait de sa forme 30 évidée axialement. Cette déformation demande moins d'énergie que la déformation des sections de la bague plus massives et maintenues qui se trouvent au-dessus. Ceci fait déformer la lèvre vers et contre le boulon à l'endroit où elle vient en contact d'étanchéité périphérique complet avec celui-ci. Dans la condition de 35 serrage maximal, elle peut venir en contact avec un filet incomplet, ou même avec une partie purement effilée et interrompue de la section d'extrusion.. Dans la condition de serrage minimal, et pour certaines des conditions intermédiaires, le contact est réalisé avec la paroi cylindrique, ou peut/1'être également avec 69 08946 7 2005130 une partie de la section d'extrusion et avec la tige. Il convient de noter qu'aucune partie de la matière d'étanchéité n'est déformée en venant en contact avec le filet du boulon lui-même, de sorte qu'aucune résistance ne s'exerce sur le filet lorsque 5 le dispositif est serré. De plus, il ne se produit qu'un minimum de déformation plastique qui autrement demanderait de l'énergie qui est utile pour obtenir une charge préalable axiale de fixation. On obtient ainsi un bon joint autour du boulon, qui assure 1'étanchéité de l'ouverture de traversée 50 de l'ouvrage 10 et pendant la formation du joint ne produisant aucune réaction importante faisant dissiper de l'énergie due au couple appliqué pour autre chose que pour une charge axiale préalable. Ce dispositif est simple à construire et donne un joint qui peut être calculé facilement et d'une manière sûre en ce qui 15 concerne sa résistance et ses effets. Les termes "écrou" et "collier" ont été utilisés d'une manière interchangeable comme l'ont été les termes "boulon" et "broche". Il va de soi que la présente invention n'a été représentée et décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et 20 qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 08946 8 2005130 REVENDICATIONS 1. Ensemble constitué par un écrou destiné à venir en prise avec un boulon ayant un filet extérieur, une section d'extru-5 sion et une tige cylindrique, dans ce boulon une fois mis en place une partie de l'angle d'extrusion et peut être aussi une partie de la tige s'étendant au-delà de la surface d'un ouvrage avec les filets extérieurs, caractérisé en ce que l'écrou comprend un corps comportant un alésage central présentant un axe, 10 une face de portée destinée à être amenée contre la surface de l'ouvrage, un filet intérieur dans l'alésage, un fraisage débouchant sur la fe.ce de portée, et une bague d'étanchéité annulaire, élastique et déformable, appuyée dans le fraisage et venant en contact d'étanchéité périphérique complet avec une limi-15 te du fraisage, une paroi intérieure de la bague d'étanchéité présentant un diamètre minimal supérieur au plus grand diamètre du filet intérieur de façon à s'écarter de tout filet extérieur qui se visse dans le filet intérieur et une lèvre déformable formée sur la paroi d'étanchéité au voisinage de celle-ci, au 20 moins une partie de cette lèvre s'étendant axialement au-delà de la face de portée de l'écrou, la lèvre comportant un évidement axial à l'endroit où elle s'écarte de l'axe central, de sorte qu'en étant pressée contre la face de l'ouvrage, la lèvre se déforme vers l'intérieur, vers l'axe central afin d'appuyer 25 contre le boulon et de venir en contact d'étanchéité périphérique avec celui-ci. 2., Ensemble caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : un ouvrage massif traversé par une ouverture, délimitée par une limite cylindrique comportant un axe central et débou-30 chant sur les surfaces opposées de l'ouvrage; un boulon comportant un filet extérieur, une section d'extrusion et une tige cylindrique disposées dans cet ordre, la tige cylindrique s'ajustant dans l'ouverture, le filet s'étendant axialement entièrement à l'extérieur de 1'ouverture et au delà de la surface de 35 l'ouvrage et au moins une partie de la section d'extrusion et peut être une partie de la tige cylindrique s'étendant axialement au delà de la surface de l'ouvrage; un écrou destiné à venir en prise avec le filet, cet écrou comprenant : un corps muni d'un alésage central présentant un axe, une face de portée ame-40 née contre la surface de 1'ouvrage, un filet intérieur dans 69 08946 9 2005 î 30 l'alésage pouvant venir en prise avec le filet de l'écrou, un fraisage débouchant sur la face de portée, et une bague d1étanchéité annulaire, élastique, déformable appuyée dans le fraisage et venant en contact d1étanchéité périphérique complet avec 5 la limite de ce dernier, une paroi intérieure de la bague d*é-tanchéité présentant un diamètre minimal supérieur au plus grand diamètre du filet intérieur de façon à s'écarter de tout filet extérieur du boulon qui peut se visser dans le filet intérieur, et une lèvre déformable formée sur la bague d'étanchéité au voi-10 sinage de la paroi intérieure, la paroi radialement la plus intérieure de cette lèvre s'étendant axialement au-delà de la face de portée de l'écrou à l'état détendu, la lèvre étant évidée axialement à l'endroit où elle s'écarte de l'axe central de sorte qu'en étant pressée contre la surface de l'ouvrage, elle se 15 déforme vers l'intérieur vers l'axe central afin d'appuyer contre la partie du boulon qui se trouve au voisinage de l'intersection de la surface et de la partie en saillie du boulon et venir en contact d'étanchéité périphérique avec cette partie, aucune partie de la bague d'étanchéité ne venant en contact avec 20 le filet extérieur lorsque la face de portée porte contre la surface de l'ouvrage. 3- Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité est en une matière élastomère. 4. Ensemble suivant les revendications précédentes, carac-30 térisé en ce que la lèvre est tronconique. 5- Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité est collée dans l'alésage. 6.. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de l'écrou comprend un moyen inhérent de limitation 35 du couple servant à limiter le couple qui peut lui être appliqué. 7- Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'écrou comprend une section destinée à venir en prise et à être entraînée par un élément d'entraînement,, le moyen de limitation du couple réunissant au corps la section venant en prise 40 avec l'élément d'entraînement et cédant à un niveau de couple prédéterminé pour dégager du corps, la section venant en prise ave c 11élément d'entraînement. 8. Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de limitation du couple est constitué par une sec-40 tion réduite qui est solidaire et continue par rapport au corps 69 08946 10 2005130 et par rapport à la section venant en prise avec l'élément d'entraînement, laquelle section réduite présente la section droite latérale la plus faible entre la section et le corps*- de sorte que la section venant en prise avec l'élément d'entraînement se 5 cisaille et se libère du corps lorsqu'un couple prédéterminé est exercé en travers de celle-ci. 9~ Ensemble suivant la revendication 7» caractérisé en ce que la lèvre est tronconique. 10. Ensemble suivant la revendication 9S caractérisé en ce 10 que la bague d*étanchéité est en une matière élastomère-