Brevet FR2410771A1 — publié le 19790629

La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité entre des pièces disposées concentriquement et déplaçables axialement l'une relativement à l'autre. Ce dispositif comporte des anneaux drétanchéité logés dans une gorge annulaire ménagée dans l'une des pièces et dont une partie transversale au plan de l'anneau est en appui avec étanchéité contre l'autre pièce, les anneaux d'étanchéité étant regroupés par série et en appui les uns sur les autres, et contraints élastiquement radialement. Il s'agit notamment d'anneaux d'étanchéité tels que ceux montés dans une gorge annulaire périphérique d'un piston ou dans une gorge annulaire ménagée dans la face interne de la paroi d'un cylindre, ou encore dans une gorge annulaire ménagée dans la face interne de la chambre d'un dispositif à soupape.Dans le cas traditionnel, le pouvoir d'étanchéité et l'aptitude au coulissement sont indépendants de la pression-régnant à l'intérieur du cylindre, ou de l'enceinte, après qu'ils aient été réglés une fois pour toutes à une valeur déterminée. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'étanchéité du type précité dans lequel le pouvoir d'étanchéité et l'aptitude au coulissement peuvent s'adapter plus ou moins automatiquement en fonction de la pression régnant dans le cylindre ou dans l'enceinte selon les cas. Afin de parvenir à ce but, il est prévu, selon l'invention, que les anneaux sont en appui les uns sur les autres par leurs faces contenues dans le plan de ceux-ci, et qu'ils sont en appui sur un élément plastique constitué par un corps creux souple et gonflable dont la chambre intérieure est reliée à une source de fluide sous pression tel que de l'air comprimé. Les anneaux sont avantageusement fendus, les fentes des différents anneaux prétendant radialement et ceux-ci étant montés de telle sorte que les fentes de deux anneaux adjacents sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre. Avantageusement, trois ou quatre anneaux sont rassemblés pour former une unité qui est engagée dans une rainure annulaire, sur le fond de laquelle est monté l'élément élastique, l'ensemble d'anneaux reposant sur celui-ci qui assure leur contrainte sur la contrepartie. Le dispositif selon l'invention peut être réalisé de telle sorte que les anneaux, montés sur la périphérie de l'élément élastique, sont fixés sur celui-ci, les anneaux étant avantageusement réalisés en une matière synthétique possèdant de bonnes propriétés de glissement, telles que le polytétrafluoréthylène, ltélément élastique formant corps creux étant réalisé en caoutchouc ou en une matière synthétique ayant des propriétés analogues à celles du caoutchouc. Selon une autre forme d'exécution, les anneaux font partie intégrante de 11élément élastique. Selon un agencement conforme à l'invention, les anneaux sont en appui sur un corps creux gonflable, dont le volume intérieur est en liaison avec une source d'air comprimé réalisant automatiquement l'adaptation de la pression avec laquelle les anneaux sont en appui radial sur la contrepartie, en fonction de la pression régnant dans le cylindre ou dans la chambre selon les cas. Lorsque, par exemple, dans un ensemble cylindre-piston, le piston portant le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention se déplace vers une extrémité du cylindre, la pression régnant dans le cylindre va croître avec l'avance du piston par exemple, parce que de l'air est comprimé par celui-ci, et de ce fait le dispositif d'étanchéité sera d'autant plus actif du fait que la pression, exercée par le corps creux sur les anneaux en direction radiale, sera plus importante, permettant d'obtenir une meilleure étanchéité. De cette façon, il est possible d'obtenir une adaptation automatique de l'étanchéité et du pouvoir de coulissement en fonction de la pression régnant dans le cylindre. Au contraire, jusqu'à présent les dispositifs d'étanchéité de type comparable étaient installés à une pression donnée, si une pression différente régnait dans le cylindre par exemple une pression inférieure, les propriétés d'étanchéité, qui représentent simultanément l'aptitude du guidage du piston, devaient changer par exemple en diminuant l'aptitude au coulissement du piston, adaptation qui est maintenant réalisée automatiquement en fonction de la pression exercée sur le cylindre.Le volume intérieur du corps creux est maintenant associé à une pression qui dépend de la valeur de la pression dans le cylindre ou dans l'enceinte, la pression provenant du corps creux en direction radiale et s'exerçant sur les anneaux, s'adapte à la modification de pression dans le cylindre, de telle sorte que, pour des faibles pressions, l'aptitude au coulissement n'est pas plus mauvaise et que, pour des pressions plus élevées, le pouvoir d'étanchéité demeure aussi bon. Selon une forme préférée d'exécution de l'invention, la gorge annulaire, dans laquelle une série d'anneaux est engagée, est litée par des canaux débouchant des deux côtés du piston, un obturateur à fonction "OU" étant prévu entre les embouchures internes des deux canaux et la gorge annulaire constituée par exemple par une lèvre flexible réalisée en un matériau possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité, susceptible de s'ouvrir du côté du piston duquel règne la pression la plus élevée, ouvrant ainsi le canal correspondant-avec cette chambre. Le dispositif selon l'invention peut également etre agencé de façon telle que la série d'anneaux soit engagée dans une gorge annulaire ménagée â la périphérie du piston, et soit en appui avec étanchéité sur la face interne du cylindre, des canaux étant prévus dans ce cas sensiblement axialement au dispositif qui mettent en communication la gorge annulaire avec les chambres ménagées de part et d'autre du piston. Selon une autre forme d'exécution, la série d'anneaux peut être engagée dans une gorge annulaire débouchant dans la face interne d'une enceinte, telle qutun cylindre dans lequel est monté un piston, et prend appui avec étanchéité sur la faceGexterne de la pièce guidée dans cette enceinte, telle qu'un piston. Dans ce cas, la gorge annulaire peut être liée avec une source d'air comprimé extérieure par un canal, ou ce qui est plus simple, être liée par des canaux avec les chambres du cylindre situées de part et d'autre du piston. L'invention peut être également exécutée en prévoyant une série d'anneaux montés avec étanchéité sur la périphérie de la tige de piston ou bien, dans une forme dtexécution d'un ensemble de cylindre comportant un piston amortisseur en prévoyant la série d'anneaux dans une gorge annulaire ménagée à la périphérie du piston, et en appui sur la face interne de la contrepartie. Le dessin schématique annexé représente plusieurs formes d'exécution de ce dispositif, qui seront explicitées dans la description qui suit Figure 1 est une vue partielle de côté et partiellement en coupe d'une première forme d'exécution de ce dispositif Figure 2a est une vue de face d'un anneau du dispositif d'étanchéité de figure I Figure 2b est une vue de la section de l'anneau de~figure 2a Figure 3 est une vue de côté en coupe d'une variante de l'ensemble représenté à la figure 1 Figure 4 est une vue en coupe de côté d'une variante d'exécution du dispositif de figure 1 Figure 5 est une vue, dans les mêmes conditions, d'une variante du dispositif de figure 4. Dans un cylindre 12 est guidé un piston dont seule une petite portion est représentée, et qui est déplaçable alternativement dans la direction correspondant à la flèche A. Dans le piston 10 est ménagée une gorge annulaire dans laquelle est placé un dispositif d'étanchéité à anneaux portant la référence générale 25, ce dispositif d'étanchéité comportant une série de plusieurs anneaux destinés à réaliser l'étanchéité entre le piston et le cylindre. Le dispositif d'étanchéité comprend plusieurs anneaux 1 en matière synthétique réalisés en un matériau semi-dur , et obtenus par exemple par estampage présentant chacun une fente 5 avantageusement traversante. Les anneaux 1 sont décalés angulairement, de manière â réaliser un décalage relatif des fentes 5.Avantageusement, le montage est effectué de façon telle que les fentes de deux anneaux adjacents soient décalées de 180i. En règle générale, ce dispositif est destiné à réaliser l'étanchéité entre des pièces concentriques et déplaçables axialement l'une relativement â l'autre, la série d'anneaux étant engagée dans une gorge annulaire que présente l'un des anneaux, sa partie transversale au plan des anneaux étant en appui contre l'autre pièce et réalisant l'étanchéité au contact de celle-ci. Ces anneaux sont empilés les uns sur les autres et sont soumis â une contrainte élastique radiale. Selon l'invention, les anneaux I sont en appui les uns sur les autres par leurs faces frontales 2a, 2b, 2c et 2d contenues dans le plan des anneaux, et sont en appui sur un élément élastique constitué par un corps creux 3 gonflable souple, avantageusement réalisé en un matériau élastique dont le volume interne 4 est en liaison avec une source d'air comprimé, de telle sorte que la force exercée par le corps creux radialement vers l'extérieur sur les anneaux, selon la flèche 3a, s'adapte à la variation de pression dans le cylindre. Les anneaux 1, dont les fentes 5 traversantes, sont décalées les unies relativement aux autres d'un angle de 100e, comme indiqué précédemment, peuvent avoir, en section tranversale, une forme de rectangle, comme représenté à la figure 2b à échelle agrandie. Comme représenté à la figure 2a, les anneaux peuvent avoir une périphérie de forme générale circulaire, ou encore un contour rectangulaire ou carré. Trois ou quatre anneaux forment une série 25 engagée dans une gorge annulaire 6 sur le fond 4a de laquelle repose I'élément élastique 3 qui est situé entre le fond 4a et la série d'anneaux 25, et a pour fonction de contraindre les anneaux contre l'autre pièce dans la direction de la flèche 3a. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1 les anneaux 1 reposent sur là périphérie du corps creux 3 formats élément élastique, et sont par exemple fixés sur celle-ci. Dans ee cas, les anneaux i sont réalisés en une matière synthétique possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité et de coulissement, telle que le polytétrafluoréthylène ns ont pour but de sépareras; avec étanchéité, les deux chambres du cylindre délimitées par l piston, et d'assurer le guidage de celui-ci. 15 doivent donc posséder de bonnes propriétés d'étanchéité et de bonnes propriétés de coulissement.Le corps creux formant élément élastique est avantageusement réalisé en caoutchouc ou en un matériau synthétique possèdant les propriétés du caoutchouc. I1 a pour but d'agir élastiquement sur les anneaux afin de les appliquer contre la contrepartie, plus ou moins fortement en direction radiale en fonction de la pression régnant dans sa chambre interne. Dans un exemple de réalisation non représenté au dessin, les anneaux font partie intégrante du corps creux, l'essentiel étant de disposer d'un matériau qui possède de bonnes propriétés d'étanchéité et de coulissement, mais également l'élasticité requise. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, la série 25 d'anneaux est engagée dans une gorge 6 débouchant dans la périphérie du piston 10 d'un ensemble cylindre-piston, les anneaux étant en appui avec étanchéité sur la face interne du cylindre 12. Cette gorge annulaire 6 est en communication avec les chambres ménagées de part et d'autre du cylindre 10 par des canaux axiaux 13 et 14.Entre les embouchures internes 13a, 14a des deux canaux 13 et 14, et la gorge annulaire 6, est prévu un obturateur 15 à fonction "OU", constitué par exemple par une lèvre flexible réalisée en un matériau possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité, ou encore par un clapet qui s'ouvre du côté du cylindre dans lequel règne la pression la plus élevée et qui assure le passage de fluide dans le canal débouchant dans la chambre située de ce côté du piston. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, la soupape 15 ferme le canal 14, le canal 13 étant pour sa part ouvert, de telle sorte que la pression régnant du côté 13b du piston agit â l'intérieur 4 du corps creux 3, et réalise le gonflage de celui-ci et que ce dernier exerce une pression radiale dans le sens des flèches 3a sur les anneaux 1 qui sont pressés de cette façon contre la face interne 11 du cylindre 12 avec une force qui est fonction de la pression régnant du côté 13b.Les anneaux 1 sont pressés d'autant plus fortement contre la surface interne du cylindre 12 que la pression du côté 13b est plus élevée, de telle sorte que plus la pression à l'intérieur du cylindre est élevée, plus l'appui du piston sur le cylindre est important, tandis que pour des pressions plus basses, est réalisé un apui plus faible correspondant également à moins de frottement. En outre, l'appui des éléments d'étanchéité sur le cylindre sera d'autant plus important que le piston stapprochera de l'extrémité considérée du cylindre. De la sorte, une meilleure étanchéité est obtenue-pour les pressions élevées que pour les pressions plus basses, l'étanchéité étant plus facile à assurer dans ce dernier cas. Lorsque la pression sera basse, les forces de frottement seront faibles, permettant un meilleur coulissement du piston. De cette façon, il est également possible d'obtenir un meilleur effet d'amortissement du mouvement du cylindre en fin de course. En outre, il se réalise automatiquement une adaptation des conditions d'étanchéité en fonction de la vitesse de déplacement du piston et des pertes de charge. En résumé, ce dispositif procure une amélioration des conditions d'étanchéité, de coulissement et de guidage d'uul piston dans un cylindre par adaptatioon de la pression entre le piston et le cylindre, en fonction de la pression du fluide régnant à l'intérieur du cylindre. La soupape 15,qui peut être constituée par une lièvre élastique ou par un clapet pivotant, et qui peut occuper alternativement soit la position représentée en trait plein à la figure 1 soit la position 15a représentée en pointillés, doit éviter que les canaux 13 et 14 soient obturés de façon temporaire et que la pression dans la chambre 4 ne s'établisse qu'après un certain retard. Dans la forme d'exécution conforme à la figure 4, la série d'anneaux 30 est associée à une gorge annulaire 31 débouchant dans la face externe du piston 32, et est en appui avec étanchéité sur la face interne du cylindre ou chambre 33. Conformément à la figure 5, la série d'anneaux 27 est engagée dans une gorge périphérique 26 débouchant dans la face interne d'une chambre 20, telle que le cylindre d'un ensemble cylindre-piston et est en appui avec étanchéité sur la face externe 21 du piston 22: savoir la pièce mobile dans la chambre.Dans ce cas, selon une possibilité non représentée au dessin, la gorge annulaire peut être en communication avec une source d'air comprimé extérieure, l'alimentation en air comprimé pouvant être réglée à des valeurs connues selon les exigences. Selon une autre possibilité, représentée à la figure 5, la gorge annulaire 26 peut être reliée par l'intermédiaire de canaux 23 24)avec les deux chambres, respectivement 25,35' situées de part et d'autre du cylindre 22, comme montré schématiquement à la figure 5. Dans ce cas également, peut être prévue, entre les embouchures des deux canaux 23' et 2M et la gorge annulaire, un obturateur 28' à fonction "OU", constitué par exemple par une lèvre flexible réalisée en un matériau possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité, ou par un clapet, de façon à réaliser la mise en communication de la chambre interne à l'élément élastique avec la chambre du cylindre dans laquelle règne la pression la plus élevée. Le fonctionnement est sensiblement le même que dans la forme d'exécution correspondant aux figures 1 et 4 et procure les mêmes avantages. Dans une forme d'exécution non représentée au dessin, la série d'anneaux d'étanchéité est montée avec étanchéité sur la partie périphérique d'une tige de piston. Il. peut, dans ce cas, être associé à la paroi à travers laquelle la tige de piston est guidée. Eventuellement, la série d'anneaux d'étanchéité peut être associée directement à la tige de piston elle-même. Dans tous les cas, doivent être respectés un certain nombre d'impératifs et notamment le fait que l'enceinte, ménagéedans l'élément élastique, est mise en communication avec la chambre de plus haute pression. Selon une forme d'exécution qui est appliquable â un piston amortisseur associé à un ensemble piston-cylindre, cette forme d'exécution n'étant pas représentée au dessin1 la série d'anneaux d'étanchéité est montée dans une gorge annulaire débouchant dans la périphérie du piston1 et est en appui sur la face interne de la contrepartie. Dans ce cas également, il est possible d'adopter un agencement inverse comme décrit précédemment. Comme représenté à la figure 3, le corps creux 35 peut également comprendre des butées latérales 36, 37, en faisant partie intégrante, entre lesquelles les anneaux 38 sont maintenus, de telle sorte que les anneaux 38 et le corps creux 35 forment une unité qui peut être montée indépendamment et associée en une seule opération à la gorge annulaire. Le dispositif selon l'invention présente encore l'avantage que la distance du fluide de pression à étancher entre le côté haute pression et le côté basse pression est importante du fait que le fluide de pression, pour parvenir du côté haute pression, jusqu'au côté basse pression, doit passer en direction axiale à travers une fente ménagée dans le premier anneau d'étanchéité, puis transversalement à travers l'espace ménagé entre deux anneaux consécutifs, pour atteindre la fente dii second anneau décalée angulairement par rapport au premier, et après passage dans la fente du second anneau passer transversalement dans ltespace ménagé entre le second anneau et le troisième pour rejoindre la fente ménagée dans ce dernier et ainsi de suite. Compte tenu de ce parcours, il s'en suit une excellente étanchéité entre les deux chamhres. - REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'étanchéité entre des pièces disposées concentriquement et déplaçables axialement l'une relativement à l'autre, du type comportant des anneaux d'étanchéité logés dans une gorge annulaire débouchant dans l'une des pièces, et dont la partie transversale au plan des anneaux est en appui avec ktanché- ité sur l'autre pièce, le dispositif d'étanchéité comportant une série de plusieurs anneaux jointifs1 ceux-ci étant susceptibles d'une élasticité radiale1 caractérisé en ce que les anmeaux(l)sont en appui les uns sur les autres par leurs faces frontales (2a, 2b, 2c, 2d), c'est-à-dire celles comprenant les plans des anneaux, et sont en appui sur un élément élastique constitué par um- corps creux (3) gonflable, flexible, avantage-asement réalisé em un matériau élastique dont le volume interne (4) est relié à ante source de fluide sous pression, de telle sorte que la frce, exercée radialement par le corps creux .eUr les anneaux, s-' dapte- aux variations de pression du cylindre ou de l'enceinte à l'intérieur de laquelle est monté le dispositif. 2. - Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce que les anneaux (1) sont fendus, et en ce que les fentes (5) de plusieurs anneaux adjacents sont décalées angulairement les unes relativement aux autres. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fentes (5), ménagées dans les anneaux, sont traversantes. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications a et 3, caractérisé en ce que les fentes (5), ménagées dans deux anneaux (la, lb) adjacents, sont décalées angulairement de 180 . 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la branche constitutive de chaque anneau (1) présente, en section transversale, la forme d'un rectangle. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les anneaux (1) ont une forme générale circulaire. 7, - Dispositif selon l'une quelconque des-revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les anneaux (1) ont une forme générale rectangulaire ou carrée. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les anneaux (1) sont réalisés par découpage. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que trois ou quatre anneaux (1) sont groupés pour former une série (25) d'anneaux, associée à une gorge annulaire (6) ménagée dans l'une des pièces sur le fond (4a) de laquelle est monté l'élément élastique (3) qui est situé entre le fond (4a) et la série d'anneaux et a pour fonction de contraindre élastiquement les anneaux contre l'autre pièce (7). 10. - Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les anneaux (1) sont associés à la périphérie du corps creux (3) formant élément élastique, et sont fixés sur celle-ci. 11. - Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 a 10, caractérisé en ce que les anneaux (1) sont réalisés en une matière élastique étanche et possèdant de bonnes propretés de glissement, telle que du polytétrafluoréthylè ne, et en ce que le corps creux formant élément élastique est réalisé en caoutchouc ou en une matière synthétique possèdant les propriétés de caoutchouc. 12. - Dispositif selon I'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la série d'anneaux est associée à une gorge annulaire (6) débouchant dans la périphérie du piston (1Q) d'un ensemble cylindre-piston, et en appui de manière étanche sur la face interne (11) du cylindre (12). 13. - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la gorge annulaire (6) est en communication avec les deux chambres situées de part et d'autre du piston (iO) par des canaux axiaux (131 14). 14. - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'entre les embouchures des deux canaux (13, t4) et la gorge annulaire (6) est prévu un obturateur (15) à fonction "OU", constitué par exemple par une lèvre flexible réalisée en un matériau possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité, qui assure l'ouverture, du côté du piston où règne la pression la plus élevée, et par suite la mise en communication par le canal correspondant de la chambre annulaire avec l'enceinte située du côté du piston. 15. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la série d'anneaux (27) est placée dans une gorge annulaire (265 débouchant dans la face interne d'une enceinte telle qu'un cylindre d'un ensemble cylindre-piston, et est en appui avec étanchéité sur la face extérieure (21) de la pièce guidée dans l'enceinte, telle qutun piston (22). 16. - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la gorge annulaire (2cl) est en communication avec une source extérieure d'air sous pression par un canal. 17. - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la gorge annulaire (26) ést en liaison, par des canaux (23, 24'), avec les chambres, respectivement, (25,35') situées de part et d'autre du piston (22). 18. - Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'entre les embouchures internes des deux canaux (23 24; et la gorge annulaire (26) est monté un obturateur (28) à fonction "OU", constitué par exemple par une lèvre flexible réalisée en un matériau possèdant de bonnes propriétés d'étanchéité ou par un clapet qui assure l'ouverture vers la chambre du cylindre dans laquelle règne la pression la plus-élevée et assure ainsi le passage de fluide par le canal débouchant dans cette chambre du cylindre. 19. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la série d'anneaux formant joint est montée avec étanchéité sur la périphérie de la tige d'un piston. 20. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à il appliqué a un ensemble cylindre-piston-comportant piston amortisseur, caractérisé en ce que la série d'anneaux est engagée dans une gorge annulaire ménagée dans la périphérie du piston, et est en appui sur la face interne de la contrepartie. 21. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 91 caractérisé en- ce que les anneaux font partie intégrante du corps creux.