Brevet FR2295320A1 — publié le 19760716

L'invention se rapporte à un joint d'étanchéité, pour mobile de section circulaire coulissant dans un corps fixe, comw prenant une première portion de forme annulaire destinée à être fixée sur une surface du corps sensiblement perpendiculaire à l'axe du mobile et une seconde portion solidaire de la première portion présentant un orifice traversé par le mobile. De tels joints sont notamment utilisés dans les appareils pneumatiques à pression industrielle. - On connatt déjà des joints d'étanchéité conformes à la constitution définie ci-dessus dans lesquels la seconde portion est constituée par une lèvre souple -de forme générale tronconique dont ltépaisseur est voisine de celle de la première partie. Ces joints sont surtout efficaces lorsque la pression avec laquelleils doivent travailler est très élevée.Par ailleurs, ces joints d'étanchéite à lèvre souple présentent ltinconvénient d'être sensibles à la pression, c'estwà-dire que plus la pression est élevée, plus celle-ci plaque la lèvre sur le mobile, et plus les frottements à vaincre pour déplacer ce mobile sont importants. Enfin, on a déjà utilisé des joints d'étanchéité de forme toroïdale qui sont destinés à permettre les mouvements de mobiles dans un milieu à pression industrielle ; ces joints pre sentent toutefois plusieurs inconvénients, à savoir qu'ils néces sitent d'abord un usinage très précis des surfaces des logements dans lesquels ils se trouvent, et qu'ensuite ils ont tendance à gripper ou éventuellement à fuir si leur montage est effectué avec (ou respectivement sans) compression préalable compte tenu des to- lérances relativement importantes qui affectent leur fabrication. L'invention se propose par suite de fournir un joint qui bénéficie d'une bonne étanchéité aux pressions industrielles, en particulier aux pressions de fluide gazeux, qui ne nécessite qu'un usinage réduit des surfaces du logement qui le reçoit, qui ne soit pas sensible au phénomène de grippage même en présence de presZ suions, et qui oppose un frottement réduit aux mouvements du mobiles en particulier lorsque celuiwci est d'un diamètre très réduit, par exemple inférieur à 5 mm. Un autre but que vise l'invention, est d'assurer une haute fiabilité au joint lorsque celui-ci est soumis à des cycles de fonctionnement répétés. Selon l'invention, le premier résultat est atteint grâce au fait que la seconde portion, qui présente une forme générale toroidale tangente à la première portion qui est pincée contre la paroi, possède une épaissèur comprise entre trois fois et six fois l'épaisseur de ladite première portion, ces épaisseurs étant mesurées parallèlement à l'axe de l'orifice traversé par le mo- bile. D'après une autre mesure destinée à améliorer la régis~ tance mécanique en présence de mouvements alternés, l'épaisseur de la seconde portion est comprise entre le quart du diamètre et une fois le diamètre du mobile. D'autre particularités intéressantes de l'invention seront mieux comprises à la lectgwe de la description qui est accompagnée des dessins parmi lesquels La Fig-. t représente une vue en coupe axiale du joint, monté sur un appareil ; et la Fig. 2 illustre une variante du joint selon l'inven- tion. En se reportant à la figure t, on retrouve, représenté par 5, un mobile de section circulaire qui est soumis à un mouve ment alternatif ; dans le cas le plus avantageux, le diamètre de ce mobile sera compris entre 1,5 et 5 mm. Le corps 7 de l'appareil pourvu du joint d'étanchéité 8 présente une paroi 3 pourvue d'une ouverture 4 livrant le passage au mobile. On voit, sur la figure, que le joint est appliqué sur cette paroi 3 et qu'il peut être considéré comme la juxtaposition de deux portions présentant une symétrie de révolution autour de l'axe XX' du mobile. Le joint est en effet maintenu contre la paroi par un rebord 9 qui pince une partie annulaire t de sa sur- face constituant une première portion. Cette première portion est solidaire d'une seconde portion 2 qui, dans le cas de figure illustré, présente la forme d'un tore dont l'axe de symétrie est XX'. L'orifice du joint constitué par la région intérieure du tore s'applique avec un léger serrage sur la surface extérieure du mobile. La première portion est reliée à la seconde de façon que leur raccordement s'effectue selon un plan tangent R perpendiculaire à XX' qui est en meme temps le plan dans lequel est con tenue la surface de la cloison 3 contre laquelle cette première portion est appliquée. La pression, présente en P, tend à appliquer davantage la seconde portion sur le mobile 5 tandis que l'étanchéité arrière du joint est obtenue par un pincement de la première portion entre la cloison 3 et le rebord 9. Si 1 1on appelle e l'épaisseur moyenne de la première portion, d l'épaisseur de la seconde portion mesurée parallèle ment à l'axe XX', et D le diamètre de l'orifice du joint, on trouve expérimentalement que pour obtenir le résultat visé ces variables doivent etre reliées par des relations définissant des limites à leur rapport. D'une part le rapport e/d ne doit pas être trop petit faute de quoi les tolérances de fabrication ne permettraient pas d'assurer la régularité de l'étanchéité arrière, l'épaisseur e devenant alors trop faible. D'autre part, on ne peut donner au rapport e/d une va- leur trop élevée qui nécessiterait (pour assurer une bonne étanchéité à ce niveau) un fort pincement de la première portion, se traduisant par un refoulement de matière vers le centre. Un tel refoulement provoquerait à son tour un serrage supplémentaire de la seconde portion sur le mobile. Ensuite, une valeur élevée de l'épaisseur e ne permet trait pas à la seconde portion de suivre de façon indépendante les mouvements rotatifs, excentriques ou axiaux du mobile 5. Les expériences effectuées ont amené par suite à choit sir le rapport e/d tel que t En ce qui concerne le rapport reliant d et D, on rappels lera que le diamètre du mobile est toujours relativement faible 1,5 à 5 Si l'on donnait au rapport d/D une valeur faible, les forces de frottement exercées sur la seconde portion deviendraient telles que lors du mouvement axial du mobile une contrainte de cisaillement importante serait donnée au niveau de la première portion et mettrait en danger le matériau du joint, en raison des proportions à observer d'après la relation ci-dessus. Si, à l'inverse, on donnait au rapport d/D une valeur plus élevée, les tolérances de fabrication ne permettraient plus d'assurer que l'axe de l'orifice (déterminé par le fait que la portion t est maintenue) coïncide exactement avec l'axe du mobile; il en résulterait par suite un frottement mal distribué le long de la périphérie de l'orifice ainsi qu'un déséquilibre dans les forces de cisaillement et les déformations observées dans la zone commune aux première et seconde portions. Les meilleurs résultats observés ont été obtenus lors- que l'on a : t ( 1/4. La figure 2 montre en coupe une variante du joint qui vient autre décrit. Ce second type de joint présente outre les formes et proportions observées sur le premier, un bourrelet 6 disposé à la périphérie de la première portion. Ce bourrelet, dont la fonction est de localiser le bridage entre la paroi 3 et le rebord 9, permet de limiter encore, lors du pincement, le fluage du matériau du joint depuis la périphérie vers le centre. En règle générale, ce matériau sera un élastomère de la famille des néoprè nes ou nitrile acrylique. Si l'on appelle h la hauteur du bourrelet, de bons re- sultats seront obtenus lorsque le rapport h/e sera voisin de 1/5. Dans les deux exemples illustrés, la section de la seconde portion toroïdale est circulaire. En fait, des résultats très voisins sont obtenus lorsque cette section est différente, par exemple ovale, pourvu que, dans tous les cas, le serrage entre le mobile et l'orifice soit réalisé le long d'un petit cercle représenté en pointillé sur la figure 1. L'invention couvre, par suite, les joints dans lesquels les proportions entre les première et seconde régions seraient voisines de celles qui sont illustrées, malgré des modifications apparentes dans le profil de leur section. REV$NDICAflIENS 1. Joint-d'étanchéité aux fluides pour mobile de section cir- culaire, comprenant une première portion annulaire, pincée entre deux surfaces fixes, et une seconde portion de forme toroldale, dont l'épaisseur est supérieure à celle de la première portion, et dont le petit cercle est traversé par ledit mobile, ces deux portions étant tangentes le long d'un plan perpendiculaire à l'axe1 caractérisé en ce que le mobile (5) est soumis à un dépla- cement axial, que le fluide est de l'air cimprimé à pression industrielle (P) et que l'épaisseur de la seconde portion (2) est comprise entre trois fois et six fois l'épaisseur de la première portion, ces épaisseurs étant mesurées parallèlement à l'axe du mobile. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication t, caractérisé en ce que l'épaisseur (d) de la seconde portion (2) est comprise entre le quart du diamètre et une fois le diamètre (D) du mobile (5). 3. Joint d'étanchéité selon la revendication t ou 2, caracté- risé en ce que la périphérie de ladite première portion (t) pré- sente un bourrelet (6) dont la hauteur est voisine du cinquième de l'épaisseur (e) de celle-ci