Brevet FR2418399A1 — publié le 19790921

La présente invention concerne les joints d'étanchéité coulissants utilisés dans les vérins hydrauliques et pneumatiques ainsi que les joints rotatifs utilisés dans les Joints tournants de distribution de fluides sous pression. Dans les dispositifs connus de ce genre,l'anneau constituant le Joint COI- porte au noms une portée d'étanchéité glissante et à l'opposé de celle ci,une surface d'importance variable sur laquelle riant agir la totalité de la pression pour appliquer le Joint contre organe en mouvement relatif,d'où il ré suite une force d'application importante et par suite,des valeurs de frottement relativement élevées qui réduisent le rendement mécanique du dispositif utilisateur. Le dispositif suivant l'invention permet de réduire considérablement ce défaut.Dans celui-ci en effet,une fraction seulement de la pression est appliquée à l'arrière de la section du Joint pour amener la portée d'étanchenent primaire Juste au contact de l'organe en mouvement relatif,la pression d'application cessant automatiquement de croître dbs que l'étanchéité est réalisée sur toute la ligne d'étanchement.La section du Joint se trouve ainsi en équili- bre hydrostatique au droit de sa portée primaire d'étanchement,le seul frottesent restant étant celui de la portée secondaire d'étanchement qui est soulise à la pression réduite d'application, ce qui permet de réduire les forces de frottement et d'améliorer ainsi le rendement mécanique du dispositif utilisateur de pression. Le Joint d'étanchéité obJet de l'invention,comporte une section transver- sale de foras globale rectangulaire qui présente une face dite de glissement munie d'une cavité aituée entre deux portées d'étanchement cinématique,ladite cavité glissante étant reliée à travers la section du Joint, la face opposée dite de poussée de cette section dont la surface de poussée est prévue plus in- portante que la surface soumise à la pression de la face de glissement de sorte qu'une sale pression agissant sur les deux faces opposées tend à appliquer la face de glissement contre l'organe en mouvement relatif, ce qui a pour effet d' interrompre l'alimentation en fluide de la cavité glissante dès qu'une certaine pression est atteinte dons cette cavité et par suite, do limiter la force d'application du Joint contre l'organe en mouvement relatif, quel que soit l'accroi- ssement de la pression de la source motrice;des moyens étant prévus pour accroî tre la surface active de la face de poussée par rapport à la surface active de la face de gliasement;pour assurer l'étanchement statique entre le joint et son support;pour accroître la sécurité de fonctionnement et pour faciliter l'obten- tion de ce Joint par soulage. Selon n iode de réalisation de l'invention,le moyen pour augmenter la surface do poussée consiste on un élargissement de la face de poussée à l'aide d'au moins un épaulement.Selon une autre réalisation de l'invention, le moyen consiste à utiliser le diamètre intérieur du Joint comme face de glissement et son diamètre extérieur comme face de poussée.Selon une réalisation de l'invention, le moyen prévu pour réaliser l'étanchement statique entre le Joint et son sup- port consiste en deux portées d'étanchement statiques em série,déterminant un espace neutre entre la source de pression et la face de poussée ;;selon un autre sode de réalisation, ce moyen est renforcé à l'aide d'une ariature qui autorise le déplacement de la section du Joint dans le sens de son application contre l' organe en mouvement relatif lais qui présente une grande rigidité dans une direction perpendiculaire,au niveau de la prem@ère portée d'étanchement statique. Selon une réalisation de l'invention,le moyen pour renforcer la sécurité de fonctionnement consiste en un drainage de l'espace neutre entre les deux portées d'étancheaent statique.Selon une autre réalisation de l'invention,lo royal pour faciliter lobtention du Joint par moulage consiste à constituer ce Joint en au moins deux parties Juxtaposées permettant une réalisation facile des cavités. D'autres particularités de l'invention apparattront dans la description qui va suivre en regard des dessins conformes à l'invention,annexés à titre d'exem- ples non limitatifs. La figure 1 est uns section transversale d'un Joint à double effet,à section doublement épaulée; La figure 2 est une section transversale d'un Joint à aimple effet,à section épaulée d'un seul c8té; La figure 3 est une section transversale d'un Joint à double effet,avec r- sature de renforcement de l'étanchéité statique; La figure 4 est une section transversale d'un Joint à simple effet sans épaulement,avec armature de renforcement; La figure 5 représente une armature annulaire développée,extensible diamé- tralosent et rigide axialement; La figure 6 est une section transversale d'un Joint à simple effet en deux parties Juxtaposées;; La figure 7 est un exemple d'utilisation d'un Joint de piston à double effet et d'un Joint de tige à simple effet dans un vérin à fluide; L a figure 8 est un exemple d'utilisation d'un Joint rotatif à double effet et de deux Joints rotatifs à simple effet dans un dispositif de distribution do fluide à Joints tournants; La figure 9 est un exemple d'utilisation d'un Joint rotatif plan avec épau- lement;; La figure 10 est un exemple de montage d'un Joint à simple effet à un seul épaulement Tel qu'illustré à la figure 1,le Joint à double effet comporte une section transversale de forme globale rectangulaire 1 munie de deux épaulements 2 et 3 l'ensable étant enserré dans le dispositif support de joint 4 qui détermine a vec les éléments 1,2 et 3,une cavité de grande largeur 5 et deux cavités différentielles closes 6 et 7.La face glissante extérieure de la section 1 comporte une cavité 8 comprise entre deux portées d'étanchement 9 et 10,la cavité 8 étant reliée par un canal Il à travers la section 1,à la face opposée 12 dans la cavité 5.La face épaulée 12 porte deux portées d'étanchement statiques 13 et 14 pour isoler la chambre 5 des chambres différentielles 6 et 7 tandis que la face de glissaent 9-10 porte à ses extrêmités deux portées d'étanchement statiques 15 et 16 pour isoler les chambres différentielles 6 et 7 de la haute pression qui s'exerce sur les côtés des portées 9 et 10 entre le support de Joint 4 et la face de glissement 17.Les chambres différentielles 6 et 7 sont reliées entre elles par un canal 18 qui traverse la section du Joint. Dans la réalisation illustrée à la figure 2,1e joint à simple effet compor- te une section transversale de forme globale rectangulaire 1 munie d'un épaule ment unique 2 situé du côté de l'application de la pression La portée d'étan- chement cinématique secondaire 10,située de l'autre côté de la section, est prévue légèrement saillante,avant montage par rapport à la portée d'étanchement primaire 9.Sur le c8té de la section non exposé à la pression,la face 12 est mu- nie d'une portée d'étanchement statique 14 et la côté de la section porte une gorge circulaire de drainage 19 qui communique avec le canal 18. Dans la réalisation illustrée à la figure 3,le Joint à double effet coxpor- te une armature 21 positionnée au fond de la cavité 8, entre les deux portées d' étanchement statiques 15 et 16 pour empêcher l'aplatissement de la section du joint suivait la direction 15-16 tout en autorisant un déplacement de la section I suivant la direction perpendiculaire. Dans la réalisation de la figure 4 relative à un joint à double effet dont la surface de glissement se situe sur le diamètre intérieur de l'anneau et la surface de poussée sur son diamètre extérieur, la section du Joint est rectangu laire,sans épaulement et porte sur ses côtés deux gorges de drainage 19 et 20 reliées par le canal 18,entre les portées d'étanchement statiques 13 et 15 d'une part,14 et 16 d'autre part. Dans la réalisation de la figure 5 relative à un joint pour surfaces cylindriques,l'armature se compose d'une bague mince 21 munie de fentes en quinconce 22 et 23 réparties sur tout son périmètre pour donner à ladite armature une certains élasticité radiale et une grande rigidité axiale. Dans une autre réalisation de l'invention relative à un Joint rotatif pour surfaces planes,l'armature est une simple rondelle plate. Dans la réalisation de la figure 6 relative à un joint à simple effet avec épaulement,pour surfaces cylindriques,la section transversale se compose de deux parties Juxtaposées 24 et 25 facilitant l'obtention par moulage de la cavite 8. La figure 7 montre en demi coupe,à titre d'exemple non limitatif,un vérin mettant en oeuvre un joint de piston à double effet 30 enserré par un piston en deux parties 31 et 32 monté de façon étanche sur la tige 33 avec interposition de joints statiques 34 et 35 et serrage par écrou 36.La tige 33 peut coulisser dans un joint de tige 37 à simple effet et à épaulement,enserré par le fond de cylindre en deux parties 38 et 39,la partie extérieure 38 portant un trou de drainage de sécurité 40 qui communique avec la chambre neutre 6 à travers la section du joint On retrouve dans ces deux montages les cavités à basse pression 5 et 8,les chambres neutres différentielles 6 et 7,les portées d' étanchéité cinématique 9 et 10. La figure 8 montre en demi coupe, titre d'exemple non limitatif,un dispositif à joits tournants mettant en oeuvre un Joint central à double effet 42 monté ehtre deux pièces annulaires 43 et 4r,entretoisées par une bague 45;et deux Joints d'extrêmité à simple effet 46 et 47 montés respectivement entre les pièces annulaires 43 et 48 entretoisées par une bague 49 et entre les pièces 44 et 50 entretoisées par une bague 51,l'assemblage étant bloqué axialement par une bague filetée 52 et traversé en son centre par une tige cylindrique lisse 53 munie de perçages 54 et 55 constituant des canaux de circulation du fluide sous pression et débouchant dans des gorges 56 et 57 des pièces 43 et 44 pour communiquer avec les orifices 58 et 59 du corps extérieur 60 qui renferme tous les composants du dispositif.Dans cet assemblage,seule la tige 53 est en mouve- ment relatif de rotation par rapport à toutes les autres pièces.On retrouve dans ce montage,repérés principalement sur le Joint central,les cavités à basse pression 5 et 8, les portées d'étanchement cinématiques 9 et 10 et les chambres neutres 6 et 7 lesquelles sont reliées entre elles et par des perçages 61 et 62 dans les pièces 43 et 44,aux chambres neutres des Joints à simple effet 46 et 47 et par un perçage 63 dans la pièce d'extrêmité 48, l'extérieur du dispositif.Des Joints statiques 64 sont prévus sur les pièces intercalaires 43,44 et d'extrêmité 48 et 50 pour assu@@@ l'étanchement des cavités 5 sur les trois Joints. La figure 9 montre en coupe,à titre d'exemple,un dispositif à Joint tournant pour surface plane,mettant en oeuvre un joint épaulé à simple effet 65 mon- tb dans un flasque en deux parties 66 et 67 et mis en appui contre l'extrêmité plane d'un plateau tournant 68 saintena et guidé en rotation par un élément de guidage rotatif 69 dans un boitier 70 solidaire du flasque 66.L'élément central 67 du flasque,bloqué par un écrou 71,porte un trou central 72 de circulation du fluide,prolongé par un trou 73 dans le plateau 68 qui,avec l'élément 69,est le seul organe en mouvement relatif de rotation par rapport à l'ensemble du mon- tage.Un organe élastique de poussée 74 est prévu pour maintenir le Joint appliqué par sa face glissante en l'absence de pression.0n retrouve dans ce montage les cavités 5 et 8 à basse pression,les portées d'étanchement cinématiques 9 et 10,la chambre neutre 6 reliée à l'extérieur par un trou 75 dans le flasque 66 et l'armature circulaire 21 -. Le dispositif décrit fonctionne comme suit: Considérons le cas le plus général de la figure 10 qui présente une dissymétrie de forme.Il convient tout \'abord de remarquer que lorsque le joint est monté dans son support 4,la portée d'étanchéité statique 15 ne présente aucun décalage latéral par rapport au bord extérieur de la portée primaire 9;;1a portée cinématique secondaire 10 est en contact élastique d'étanchement avec la face de glissement 17 tandis que la portée primaire 9 peut être en contact avec la face 17 sans eatre complètement étanche en l'absence de pression La pression étant ensuite appliquée plus ou moins rapidement sur le côté extérieur de la portée 9 du Joint,un certain débit de fluide peut s'établir, dans le cas le plus génóral,entre la face 17 et la portée 9;;lorsque les cavités 8 et 5 sont remplies,la pression croit dans ces cavités,produisant un déplacement de la section du Joint vers la surface 17 du fait de la prépondéronce de la surface 12 sur la somme des surfaces 8 et 9,la surface de la portée 10 n'intervenant pas du fait qu'elle n'est soumise à aucune pression Pour une surface glissante 17 cylindrique,le diamètre de l'anneau va se modifier,positivement pour un joint de piston,négativement pour un Joint de tige et la pression va cesser de crof- tre dans la cavité 5 dès que l'étanchéité va être réalisée au droit de la por tée 9.La pression maximum dans cette cavité sera fonction des trois principaux paramètres que sont: le jeu initial entre portée 9 et surface 17,s'il existe, la rigidité du matériau constituant le Joint et le rapport des surfaces actives des faces opposées 12 et 8-9. Dans le cas de la figure 9,le coulissement du Joint étant asial,la rigidité du matériau n'intervient que lorsque la portée primaire 9 est en retrait par rapport à la porté secondaire 10. Dans tous les cas où la pression de service est élévée,l'armature 21 des figures 3,4,5,9 et 10 a pour objet de s'opposer à l'aplatissement de la section du Joint pour conserver l'étanchéité au droit des portées statiques 15 et 16. Le Joint à équilibrage hydrostatique,obJet de l'invention,peut être utilisé dans tous les vérins hydrauliques et pneumatiques ainsi que dans les dispositifs de distribution de fluides à Joints tournants,pour accroître le rendement méca- nique et réduire l'usure dea pièces en frottement. - R E V E N D I C A T I O N S 1 - Joint d'étanchéité pour fluides,à équilibrage hydrostatique,pour applications coulissantes et rotatives,caractérisé par le fait qu'il comporte une section transversale de forme globale rectangulaire qui présente une face dite de glissement munie d'une cavité située entre deux portées d'étanchement cinématique,ladite cavité glissante étant reliée à travers la section du Joint à la face opposée dite de poussée de cette section dont la surface de poussée est prévue plus importante que la surface soumise à la pression de la face de glis sement,de sorte qutune même pression agissant sur les deux faces opposées,tend à appliquer la face de glissement contre organe en mouvement relatif,ce qui a pour effet d'interrompre l'alimentation en fluide de la cavité glissante dès qu'une certaine pression est atteinte dans cette cavité et par suite,de limiter la force d'application du joint contre organe en mouvement relatif,quel que soit l'accroiesesent de pression de la source motrice; des moyens étant prévus pour accroître la surface active de la face de poussée par rapport à la surface active de la face de glissement;pour assurer l'étanchement statique entre le Joint et son support;pour renforcer la sécurité de fonctionnement et pour faciliter l'obtention de ce Joint par moulage;; 20- Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour rendre prépondérente la surface de poussée consiste à élargir la face de poussée à l'aide d'au moins un épaulement faisant saillie par rapport à la section rectangulaire à l'intérieur de l'organe support de joint pour former avec ce support une chambre de poussée et au moins une chambre différentielle neutre; 30- Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour rendre prépondérente la surface de poussée consiste à utiliser comme face de glissement le diamètre intérieur de l'anneau et comme face de poussée son diamètre extérieur, lorsque le rapport des deux diamètres est suffisamment grand;; 4 - Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour assur@r 1 étanchement entre le joint et son support consiste en deux portées statiques d'étanchéité disposées en série sur un côté de la section pour isoler la chambre de poussée de la source de pression et au moins une portée statique d'étanchéité sur l'autre côté de la section pour isoler la chambre de poussée du circuit de retour ou d'échappement; 5 - Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour renforcer l'étanchement statique entre le Joint et son support consiste en une armature annulaire qui peut se déformer radialement mais qui présente une grande rigidité axiale pour empêcher l'aplatissement de la section rectangulaire suivant cette direction; ; 6 - Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour renforcer l'étanchement statique entre le joint et son support consiste en une simple rondelle qui permet un déplacement axial de l'anneau mais empêche sa déformation radiale; 70- Joint d'étanchéit4 selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour renforcer la sécurité de fonctionnement du Joint consiste en un canal de drainage qui traverse la section du joint pour relier l'espace compris entre les portées statiques d'étanchement à un circuit de retour,de drainage ou d'échappement; 8 - Joint d'étanchéité selon 1 ,caractérisé par le fait que le moyen pour faciliter l'obtention du Joint par moulage consiste à réaliser ce joint en deux parties Juxtaposées.