Brevet FR2300267A1 — publié le 19760903

Les vérins hydrauliques ou pneumatiques comportent, de manière connue, un cylindre dans lequel un piston se déplace sous l'effet de la pression exercée par un fluide sur sa section droite. I1 est donc nécessaire d'une part, qu'il existe un jeu entre le piston et le cylindre de façon à éviter tout risque de grippage,et d'autre part,Mue le contact entre le piston et lEr cylindre soit étanche pour que le fluide ait toute son efficacité. Différente types de dispositifs sont actuellement utilises pour assurer l'étanchéité dynamique Entre les pistons et 15 cylindres. Toutefois,aucun d'eux n'est reellement satisfaisant. Certains de ces dispositifs comportent des bagues à livres en matiè- re imprégnée d'élastomère qui sGnt efficaces--mais sont encombrantes et difficilés à mettre en place.Elles obligent en Effet à réaliser le piston en plusieurs éléments démontables. De plus,leur coefficient de frottement est élavé. D'autres dispositifs comportent des bagues constituées par. du caoutchouc,mais celui-ci a souvent tendance à coller ou à fluer et, de plus,il s'use facilement de sorte que les bagues doivent être remplacées fréquemment. Des systèmes mites ont également été proposés. Ils comportent, par exemple, un joint en élastomère et une bague en polytétraflouféthylène (PTFE) De tels joints exigent un étant de surface impeccable et des tolérances extrêmenient précises pour entre éffi- caces. ' La présente invention a pour but de réaliser un dis positif d'étanchéité pour vérin hydraulique ou pneumatique qui permette d'obtenir, une étanchéité extrêmement efficace avec un frottement doux sur un piston en une seule pièce, sans exiger de toléran ce précises. cette invention a pour objet un dispositif d'étanchéité entre le piston et le cylindre d'un verin hydraulique ou pneumetique,@ui comporte au moins une gorge annulaire,de section rectangulaire,creusée dans la surface extérieure du piston et remplie par une bague également de section rectangulaire, en un matériau gonflant dans les fluides,formé par des fils textiles imprégnés d'une matière d'étanchéité élastomère ou plastomère. La matière d'étanchéité est choisie de ma nière à donner à la bague à la fois un faible coefficient de frotte ment sur toute sa surface et un gonflement déterminé dans les fluides La bague remplit ainsi la totalité de la gorge quelles que soient les tolérances de fabrication et le jeu initial entre les organes. La section rectangulaire de la bague la rend simple à réaliser et facile à mettre en place sur un piston en une seule pik- ce. L'étanchéité est donc obtenue de manière efficace et peu coûteu- se. La figure du dessin annexé montre à titre d'exemple un dispositif d'étanchéité d'un vérin hydraulique. Ce dispositif est monté entre un cylindre 1 et un piston 2 mobile dans ce cylindre sous l'action d'un fluide. Ce piston 2 est muni de deux gorges périphériques circulaires 4, de section rectangulaire,dans chacune desquelles est placée une bague d'étanchéité 6,de section rectangulaire également, en contact avec la surface terne du cylindre 1. Chacune des bagues-S est constituée par plusieurs épaisseurs de bandes de fils imprégnées d'un matéraau d'étanchéité, assemblées et moulées ensemble. Elle assure un frottement doux et progressif contre le cylindre 1 lors du déplacement du piston dans le vérin ; sa forme est extrêmement simple et elle est montée sur un piston 2 monobloc dans une gorge réalisée de manière classique comme le montre clairement la figure.Cette bague présente dans les fluides un certain gonflement de sorte qu'elle reste toujours en contact étroit avec le cylindre et occupe facilement la gorge en comblant instantanément mn jeu initial entre elle et la gorge. Cette bague assure donc une étanchéité efficace bien qu'elle ne comporte ni lèvre,ni autre élément analogue de contact avec le cylindre, ni joint en caoutchouc suscaptible de se déformer ou de s'user. au contact de la paroi du cylindre. Les fils qui constituent la bague peuvent être naturels, ou synthétiques. C sont, par exemple, des fils de coton, d'amiante, ou de polyamide. ZES fils sont imprégnés par une dissolution d'un matériau d'étanchéité élastomère ou plastomère tal que du caoutchcuc naturel, u nitrile acrylique, du polychloroprène, du polybutadiène, un élastomère fluor du type " VITCN ", " FLUOREL " ou du PTFE en fi be ou en rksine.Les fils imprégnés sont ensuite tressés ou tissés et la bande forrée est elle-meme imprégnée avec le même matériau d'étanchéité. Plusieurs dpaisseurs de bandes sont alors superposées et assamblées, chacune de ces paisseurs peut être constituée par une bande indépendante, les diverses bandes étant disposées les unes sur les autres puis assembles. Ces épaisseurs peuvent également faire partie d'une même bande qui est par exemple repliée en accordéon ou enroulée sur elle-même. Les épaisseurs assemblées sont ensuite moulées pour constituer la bague elle-même ou un cylindre dans lequel sont découpés des anneaux destinés à former des bagues d'étanchéité ou encore une bande plate dans laquelle sont découpés des segments. La matière élastomère ou plastomère constitue de préféren- ce 30% du produit fini. Son pourcentage dans la dissolution d'impré- gnation est chaisi de manière que le produit fini ait dans les flui- des un gonflement prédéterminé, qui malntient les contraintes nécessaires à l'étanchéité lorsque la bague est utilisée.Das charges servant d'agent de lubrification et/cu d'agent de protection peuvent également être ajoutes dans la dissolution d'imprégnstion.Ces charges sont, par exemple, du graphite, du mica, de l'oxyde de zinc, une dispersion de PIFE ou autre Le matériau d'étanchéité contritue à l'élasticité de la bague et lui assure un faible coefficient de frottement sur toute sa surface ce qui lui permet d'assurer avec efficacité les fonctions de guidage,d'étenchéité et de protection contre l'extrusion sans qu'il soit nécessaire de donner une forme complexe à la bague,Celle-ci ayant une section rectanguleire, peut être plocée dans une gorge égelement de section rectenguleire creusée de manière classique par saignée simple à l'outil dans le surface du piston. @'élasticité de catte bague est suffisante pour comenser des tolérences d'usinage @@lativement larges et même la mise en @lace sur un piston monobloc.La bague annulaire est @lcrs tenjeu @our @tre enfll'e autou@ du piston,et elle se reserre d'elle-même dans la saignée @e celui-ci. Sien enten@u,elle peut@également, lorsqu'elle est plate, être anroulée dans le saignée de masière que ses deux extrémités soient jointives. Las dispositifs @uivent@ ont par exemple été réabisés : EXE@@LE I - Paur ass@rer l'étanchéité l'un vé@@n @y@draulique à simple effet dont le piston,ayant une course de B@@ mm et une vitesse de 0,5m par seconde, ast entreîné par de l'huile minérale sous une pression de 35@ bars,avec des variations brusques du sens de granslation,la tempé rature variant de l'ambiance a 700 C,deux gorges périphériques, de section rectangulaire,ayant une heuteur de 9 mm et une profondeur de 2,35mm sumt crsusées dans le piston lui-même.Oans chacune de ces gerges est placée une bague fabriquée à partir de fils de coton qualité D, de masse linéique 120 tex.Ces fils sont d'abord imprégnés, ai passage dans un oain d'une dissolution de copolymères à base de nitrile acrylique dans un solvant du type polaire et de masse moléculaire 72, le pourcentage de nitrile acrylique dans cette dissolution étant tel que le produit fini ait dans les fluides hydrauliques, un gonflement de 5% dans l'huile de référence ASTM 3 pendant 24 heures à 70 C. Puis, les fils imprégnés et séchés sont tressés sur une tr-esseuse à fuseaux suspendus, da façon à comporter sensiblement quatre mailles au cm et à former une ébauche de 12,5mm de hauteur et 1,5mm d'épaisseur. La tresse est ensuite elle-même imprégnée de la mime dissolution que les fils, également pa-r passage en continu dans un bain. Puis,après séchage,elle est enroulée en forme de cylindre sur plusieurs épaisseurs, quatre par exemple,et les quatre couches superposées sont assemblées les unes aux autres puis moulées par chauffage pendant 15 mn,à ICC SOUS une pression de 600 bars de façon à etre réunie en un seul bloc. Le cylindre est ensuite coupé à la hauteur désirée pour constituer des bagues d'étanchéité annulaires de Bmm de hauteur. eux bagues sont alors montées sur le piston et introduites dans la gorge de celui-ci. Un jeu important les sépare des extrémités de ces gorges au moment du montage et cependant on constate que quelques secondes après le démarrage l'étanchéité est totale. Le jeu entre la bague et la gorge a été compensé par le gonflement de la bague elle-même. Un vérin de ce type a été utilisé pendant 2800 heures sans qu'aucune fuite ne se produise. Aucune usure de la bague ni du cylindre n'a été notée. EXEMPLE 2 Un. piston de trI--s grand diamètre est muni de gorges également de 9mm de longueur dans lasquelles sont montées des bagues. fabriquées de la même @anière que les précédentes,à partir de fils de coton imprégnés et tressés.Le tresse est elle-même imprégnée. plusieurs tresses sont ensuite superpcsées à plat et moulées de cette menière.La band@ plste est elors découpée en segments de 8 mm de hautsur et de la longueur voulue. Le bague est réalisée par enroule ment du segment autour du piston, de manière que ses deux extrémi- tés soient exactement en contact dans la gorge. L'efficacité de l'étanchéité est la même que dans l'exemple précédent. EXEMPLE 3 Un piston de vérin hydraulique à simple effet,ayant une course de 20mm et une vitesse de I,5m par seconde et entraîné par de l'eau de ville sous une pression de 25 bars, à une température changeant toutes les 5 mn de l'ambiance à SO C,comporte deux gorges de 5mm de hauteur at de 2,45 mm de profondeur ereusée avec une tolérance assez large.Dans chacune de ces gorges est montée une bague réalisée à partir des mêmes fils de coton que dans l'exemple 1, imprégnés de la même manière.Ces fils sont tissés en une bande qui est elle-même imprégnée et plusieurs épaisseurs de bandes sont superposées puis moulées pour avoir 5 mm de hauteur et la longueur désirée, la bague est alors formée directement par enroulement de la bande moulée. Au démarrage du vérin quelques gouttes se sont échappées mais après une durre axiale de 30 secondes les fuites ont disparues complètement et l'étanchéité est totale. Après plus de 2000 heures d'utilisation cette étanchéité est toujours aussi efficace. Aucune extrusion de la bague ni usure du cylindre n'est constatez Les joints classiques habituellement utilIsés se détériorent rapidement dans l'un ou l'autre de ces types d'utilisation. Des bagues d'étanchéité peuvent être réalisées de maniére analogue à partir de fils d'amiante, de polyamide ou autre.Le choix du matériau élastomère ou plastomère,ainsl que celui des charges qui lui sont ajoutées,dépandent de la nature de ces fils et également du fluide d'entraînement du vérin ainsi que des conditions de fonctionnement de ce deimier. Ce matériau constitue environ 20 à 40% de la bague, les fils textiles en constituant 80 à 60%.Dans tous les cas, le gonflement dans les fluides permet de compenser les jeux et permet ainsi de réaliser le piston et d'usiner les gor- ges d'une manière simple et pau coûteuse. - REVENDICATIC I - Dispositif d'étanchéité comportant au moins une gorge annulaire, de section rectangulaire,creusée dans la surface extérieure du piston et remplie par une bague également de section rectangulaire,en un matériau gonflant dans les fluides,formé par des fils textiles imprégnés d'une matière d'étanchéité élastomère ou plastomère. 2 - Dispositif suivant la revendication I,caractérisé en ce que le pourcentage du produIt élastomère ou blastomère dans la so- lution d'imprégnation est tel que la bague possède un gonflement dé- terminé dans les fluides. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague comprend environ 20 à 40% de matière d'étanchéité et environ 60 à 80% de fils textiles. 4 - Dispositif suivant *'une des revendications I à 3,carac- térisé an ce que la bague comporte plusieurs épaisseurs de bandes imprégnés, assemblées puis moulées. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications I à 3,carac- térisé en ce que la bague est constituée par un anneau cylindrique découpé dans un cylindre imprégné et moulé. 6 - Dispositif suivant l'une des r-evendicatinns I à 3,carac- térisé en ce que la bague est constituée par un segment découpé dans une bande imprégnée et moulue à plat. 7 - Dispositif suivant lune des revendications I à 4,caractérisé en ce que la bague est réalisée à partir de fils textiles préalablement imprégnés du matériau d'étanchéité,at quelle est elle-meme imprégnée aprés treesage ou tissage. Fi - Dispositif suivent l'une des revendications I à S,carec- térisé an ce que le matériau d'imprégnation est constitué par une dissolution de copolymères à base de nitrile acrylique, d'élastomère fluoré, de caoutchouc, de polybutadiène, de polychloropràne ou de polytétrafluoréthylène en fibres ou en résine. 9 - Bague suivant l'une des revendications 6 à 9,caractéri sée En ce nue le atriau d'imprégnation comprend une charge lubri- fiante et/ou un agent de protection et notamment de mica, du graphita, de l'oxyde de zinc ou analogue.