Brevet FR2367960A1 — publié le 19780512

La présente invention se rapporte à un joint plat, notamment à un joint de culasse pour moteur, comprenant au moins une couche de matière molle compressible et une insertion ou armature en tole métallique noyée dans une couche ou entre deux couches de matière molle, au moins une surface de la ou des.couches de matière molle, qui est utilisée comme surface de contact du joint, présente tant un ensemble de petits alvéoles entre lesquels s'étendent des nervures formant un réseau continu. Pour les moteurs dans lesquels le joint de culasse n1 est pas sollicité par des contraintes trop élevées, on utilise déjà actuellement des joints plats comprenant des couches de matière molle dont les surfaces de contact présentent un ensemble de petits al alvéoles; pour obtenir cette configuration, on forme de très petits alvéoles, presque ponctuels, en pyramide à quatre côtés, dans les surfaces externes des couches de matière molle, au moyen d'un outil de gaufrage plat ou d'un cylindre de gaufrage, ceci afin de réduire la surface de portée effective du joint plat par lesquelles ce joint porte sur les faces à réunir hermétiquement et afin d'augmenteur par ce moyen la pression spécifique exercée sur les surfaces de portée effective du joint pour une force de serrage donnée.Ce gaufrage augmente donc la pression de contact qutil est possible d'obtenir et, en meme temps, il réduit la résistance à la déformation du joint plat dans la direction normale de sorte que les couches de matière molle de ce joint peuvent encore mieux s1 adapter à lte'tat de surface des faces à réunir hermétiquement. Malheureusement, ces moyens connus se sont révélés mal appropriés pour les joints plats qui subissent des contraintes élevées notamment pour les joints de culasse qui ont a' supporter de fortes contraintes dynamiques. C'est justement, dans ce dernier cas, qu'il est essentiel de donner au joint une grande durabilité, ou une bonne tenue dans le temps, propriété qui exige une augmentation suffisante de la résistance à la déformation dans la direction normale, que lton obtient en général par une compression de la matière des couches molles effectuée aussi uniformément que possible sur toute la surface du joint.C'est pourquoi dans les applications où l'on exigeait une haute durabilité en dépit de la presence de fortes contraintes et notamment de fortes contraintes dynamiques, on considérait jusqu'à present comme nécessaire d'utiliser des joints plats possédant une surface lisse, comprimée uniformément sur toute la superficie et d'accepter l'inconvénient de devoir exercer des forces de serrage relativement grandes pour obtenir la nécessaire adaptation géométrique des surfaces du joint plat à ltétat de surface des contre-surfaces usinées en dépit de la plus forte résistance que le joint plat oppose à la déformation dans la direction nor m ale. L'invention vise à réaliser un joint plat qui, en dépit d'une grande durabilité, caractéristique dont l'importance est surtout décisive dans le cas où le joint subit des contraintes dynamiques, 51 adapte cependant mieux, à égalité de force de serrage, à ltétat de surface des surfaces à réunir hermétiquement, que les joints plats à haute capacité de charge et à grande durabilité qui étaient connus jusqu'à présent. Ce problème n'avait pas e été résolu jusqu'à présent par le joint plat du genre défini au début du présent mémoire et déjà connu (brevet USA 2 211 045) et ceci pour les raisons suivantes. Le joint déjà connu ne comporte pas les zones fortement comprimées parallèles au plan général du joint, qui sont indispensables pour assurer la haute capacité de charge prolongée, c'est-â- dire la haute résistance à la déformation dans la direction normale, parce que le brevet précité ne décrit concrètement qu'un gaufrage à profil sinusordal; avec un tel profil, il n'est pratiquement pas possible d'assurer une compression efficace de la matière molle, surtout lorsque le gaufrage est obtenu-par passage dans des cylindres; en effet, les saillies sinusoidales qui pénètrent dans la surface de la matière molle pendant le processus de déformation, repoussent temporairement la matière molle latéralement dans le voisinage immédiat des crêtes des saillies et cette matière est refou lée dans les evidements de l'outil de gaufrage de sorte que la matière molle n'est pas sensiblement comprimée dans les alvéoles. Si l'on augmente la pression, par exemple en réduisant la largeur de-la fente entre cylindres, on ne peut s'attendre qu'a' une certaine compression générale des couches de matière molle; dans ce cas, l'effet de lallure sinusoidale du profil des cylindres combiné à celui de l'accroissement de la pression conduit en raison du refoulement latéral de la matière molle, à faire disparaître les zones de compression différenciée formées initialement dans la première phase du gaufrage, c'est-â-dire que la structure de la-matière molle est à nouveau comparable à son état initial.Ceci ressort des différents points du brevet 2 211 045 précité, d'après lesquels le but de l'opération de laminage représentée sur la Fig. 2 est d'éliminer par l'utilisation de cylindres présentant un arrangement de saillies et de creux réguliers et relativement fins, les irrégularités du comportement de déformation du joint qui subsistent après le laminage des diverses couches (Fig.l du brevet précité) ea raison de la répartition irréguliere des griffes de la plaque métallique. On peut donc constater que, dans le cas d'un gaufrage sinusoldal suivant le brevet USA 2 211 045, on ne peut obtenir une structure superficielle donnant lieu à des déformations différenciées dans l'utilisation du joint que jusqu'à un certain degré de compression qui est absolument insuffisant pour assurer la durabilité qu' on doit exiger d'un joint plat à haute capacité de charge. Suivant l'invention, ce problème est résolu en partant d'un joint plat du genre défini au début.du présent mémoire, par le fait que les alvéoles sont limités à leur base par des surfaces de fond au moins approximativement parallèles au plan général du joint et en ce que la superficie totale desdites surfaces de fond est au moins approxmmativment égale à la superficie totale des surfaces de cretes des nervures qui sont à peu près parallèles au plan général du joint.Dans la configuration donnée suivant l'invention aux grandes faces du joint, les nervures étroites et reliées en un réseau continu sont relativement peu résistantes à la déformation, c'està-dire qu'au début du serrage et grâce à la petitesse de la surface effective de contact du joint plat, ce joint plat présente dans la région des nervures une résistance à la déformation perpendiculaire à son plan général beaucoup plus faible que celle des joints plats déjà connus qui sont comprimés partout uniformément mais, en même temps, les surfaces comprimées et planes qui se trouvent entre les nervures et forment le fond des alvéoles et entrent en contact avec une fraction relativement importante de la superficie des surfaces à réunir hermétiquement, assurent au joint la durabilité de résistance à la compression que l'on cherche à obtenir. On constate donc, avec surprise qu l'invention répond aux spécifications apparemment incompatibles de haute résistance à la compression et de grandes dé formabilité et quelle apporte par conséquent un progrès téchnique dans le domaine des joints plats à haute contrainte. Les avantages de l'invention sont encore plus accentués lorsque la matière de la couche molle possède une densité plus forte au fond des alvéoles que dans la région de crête des nervures, ce que l'on peut obtenir par une conduite appropriée du procédé de formation des alvéoles. La caractéristique de déformation du joint plat suivant l'invention est déterminée dans une mesure décisive par le rapport liant la superficie totale des surfaces des nervures qui sont à peu près parallèles au plan général du joint à la superficie totale des surfaces formant la base ou le fond des alvéoles de sorte que l'homme de l'art dispose d'un paramètre dont le choix lui permet de tenir compte de 11 état de surface et de la configuration géométrique des surfaces à réunir hermétiquement.L'utilisation d'un réseau à petit pas permet d'atteindre pratiquement la durabilité de résistance à la.compression des joints plats à forte capacité de charge déjà connus lorsque la superficie totale des surfaces de base des alvéoles est sensiblement supérieure, de préférence plusieurs fois supérieu rye, à la superficie totale des surfaces des crêtes de nervures qui sont parallèles au plan général du joint et il s'est révélé particulièrement avantageux que les crêtes des nervures possèdent un profil pointu ou en. angle aigu. La surface de la couche molle ou des couches molles peut être déjà gaufrée au moment de la fabrication do cette couche ou de ces couches mais, en particulier, dans le cas des joints plats comportant une insertion en tôle, il peut être plus avantageux de former les alvéoles après avoir réuni les couches molles à l'insertion de tôle parce que le gaufrage comprime encore l'ensemble du joint composite. Le pas du réseau est avantageusement suffisamment fin pour que, dans la zone la plus étroite du joint vu en plan, par exemple entre les diverses ouvertures de passage ménagées dans un joint de culasse, la surface de ce joint porte au moins trois alvéoles. I1 est particulièrement- avantageux que le pas du réseau de nervures soit compris entre 0,5 et 3,0 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, - la Fig. 1 est une vue de dessus d'un joint suivant l'n- vention constituant un exemple d'une forme de réalisation munie d'une insertion en tôle métallique; - la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle et en perspective d'un fragment de ce joint de culasse; - la Fig. 3 est une coupe du fragment de joint de culasse représenté sur la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 3 mais représentant une variante de réalisation. La Fig. 1 représente un joint de culasse 10 prévu pour un moteur à quatre cylindres et présentant des ouvertures 12 pour les chambres de combustion, des ouvertures 14 et 15 pour les conduits d'eau de refroidissement et d'huile de graissage ainsi que des passages 16 pour les vis de culasse. L'arrangement d'alvéoles et de nervures suivant l'invention est représenté par un pointillé correspondant. Les Fig. 2 et 3 montrent que le joint de culasse suivant l'invention comprend deux couches de matière molSe 20 et 22 entre lesquelles est interposée une armature ou insertion 24 en tole métallique. Les couches de matière molle sont de préférence composées d'une matière fibreuse, par exemple de fibres d'amiante liées par une matière plastique ou un élastomère. A l'aide d'un outil de gaufrage plat ou d'un cylindre de gaufrage de forme appropriée, on a repoussé dans les surfaces externes des couches de matière molle 20 et 21 des alvéoles 26 entre lesquels subsiste un réseau continu de nervures saillantes 28. Les alvéoles 26 présentent à leur base des surfaces de fond carrées 30 qui sont parallèles au plan général du joint.Dans la région de ces surfaces, la matière des couches molles 20 et 22 est comprimée au maximum et la compression est de préférence d'environ 15 à 25 %, comparativement à la structure de départ de la matière molle Dans la région des surfaces 30, le joint plat présente donc une haute résistance à la déformation dans la direction normale. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les Fig. 2 et 3, les nervures 28 présentent dans la région de la crête des surfaces 34 parallèles au plan général du joint,dont la superficie totale est inférieure, notamment très inférieure à la superficie totale des faces 30. La matière des couches molles qui forme les nervures 28 est relativement peu comprimée de sorte que ces nervures 28 ne possèdent qu'une résistance à la déformation relativement faible dans la direction perpendiculaire au plan général du joint plat. Dans l'exemple préféré de réalisation de l'invention, qui est représenté sur les Fig. 2 et 3, les nervures possèdent une hauteur d'environ 0,1 mm et la longueur du côté des surfaces 30 est d'environ 1 mm. La forme de réalisation représentée sur la Fig. 4 se distingue de celle représentée sur les Fig. 2 et 3 par le fait que les nervures 28' possèdent un profil triangulaire à angle vif de sorte que le rapport de superficie entre les surfaces de crête des nervures et les faces 30 est infini dans l'état initial du joint, c'està-dire au début de la déformation du joint au moment du montage de ce dernier. I1 est nettement visible que, lorsqu'on repousse les alvéoles suivant l'invention, la matière molle est comprimée dans la direction normale tandis que, si l'on forme des alvéoles présentant la forme d'une pyramide à quatre faces comme dans les joints plats déjà connus du genre mentionné au début du présent mémoire, la matière molle est sensiblement repoussée vers le côté et par consé- quent refoulée dans les nervures de sorte que l'on obtient une caractéristique de déformation tout à fait différente de celle obtenue dans le joint plat suivant l'invention.Pour cette raison et surtout grâce au rapport de superficie suivant l'invention, c'est à-dire grâce au fait que la superficie totale des fonds d'alvéoles parallèles est au minimum approximativement égale à la superficie totale des surfaces de crêtes des nervures, qui sont à peu près parallèles au plan général du joint, le joint plat suivant l'invention possède à l'état monté, la grande durabilité de résistance à la compression des joints plats à haute capacité de charge qui sont déjà connus puisque, dans le joint plat suivant l'invention, les nervures assurent certes au moment du montage l'adaptabilité du joint aux surfaces réunies hermétiquement grâce à leur faible résistance à la déformation mais qu'elles s'aplatissent pratiquement complètement tandis que la surface comprimée du fond des alvéoles préalablement existants, surface qui représente la majeure partie de la.superficie du joint plat, peut absorber la contrainte dynamique prolongée. RflVEND ICATIONS 1 - Joint plat, notamment joint de culasse pour moteur, comprenant au moins une couche de matière molle compressible et une insertion en tôle métallique noyée dans une couche de matière molle ou entre deux couches de matière molle, au moins une surface de la ou des couches de matière molle qui est utilisée comme surface de contact du joint présentant un ensemble de petits évidements entre lesquels s1 étendent des nervures formant un réseau continu ce joint plat étant caractérisé en ce que les évidements (26) sont limités, à leur base, par des surfaces de fond (30) au moins approximativement parallèles au plan général du joint (10) et dont la superficie totale est au moins à peu près égale à la superficie totale des surfaces de crête (34) des nervures qui sont à peu près parallèles au plan général du joint. 2 - Joint plat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la superficie totale des surfaces de fond des alvéoles (28) est au moins égale à a moitie de la superficie totale de la surface de contact qui forme (vu en plan) une face de la couche ou d'une couche de matière molle. 3 - Joint plat suivant la revendication i, caractérisé en ce que la matière molle (20, 22) présente une plus grande densité au fond des alvéoles (26) que dans la région formée par les nervures (28). 4 - Joint plat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la superficie totale des surfaces (30) qui forment les fonds des alvéoles (26) est supérieure et de préférence plusieurs fois supérieure à la superficie totale des surfaces de crête (34) des nervures qui sont parallèles au plan général du joint plat (10). 5 - Joint plat suivant la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que les nervures (28') possèdent un profil pointu. 6 - Joint plat suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas du réseau de nervures est compris entre 0,5 et 3,0 mm 7 - Joint plat suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil présente au moins trois alvéoles (3) entourés de tous côtés par des nervures (28, 28') dans. la zone la plus étroite de la surface vue en plan (par exemple entre 12 et 16). 8 - Procédé de fabrication d'un joint plat suivant la re wendication 1, caractérisé en ce que l'on forme les alvéoles (30) après avoir réuni la ou les couches de matière molle (20, 22) à l'insertion en tole métallique (24).