Brevet FR2429949A1 — publié le 19800125

La présente invention concerne un distributeur pour circuits de fluides sous pression, comportant un corps, dans lequel est formé un alésage où débouchent une pluralité de canaux pour le fluide, un tiroir déplaçable avec jeu dans le dit alésage et muni de collets de distribution et une pluralité de bagues d' étanchéité solidaires du corps et qui coopèrent avec les collets du tiroir. On connait déjà des distributeurs de ce type dans lesquels les bagues d'étanchéité sont des joints toriques en caoutchouc, mais, dans la pratique, leur utilisation est limitée, car le frottement entre les joints et la surface du tiroir est consi dérable et le déplacement de ce dernier met en jeu des forces importantes, dont une grande partie sert à vaincre la résistance due au frottement. Ceci est gênant,-notamment pour les distributeurs qui sont conçus de façon à commander en meme temps le débit en fonction de l'amplitude du déplacement du tiroir. On peut, certes, remédier en partie à cet inconvénient en veillant à une lubrification suffisante des joints.Mais cela entraîne, notamment pour les distributeurs de fluides gazeux, un appareillage supplémentaire considérable, dont l'adjonction pose souvent des problèmes insurmontables, même du point de vue de la propreté du fluide. C'est pourquoi on utilise principalement des distributeurs dans lesquels les collets du tiroir métallique sont rectifiés avec précision à la cote de l'alésage7 lui-meme rectifié, de sorte qu'on obtient, sans la présence de joints, une étanchéité suffisante et, par surcroît, un coulissement facile du tiroir. Le grand défaut de ces distributeurs est toutefois leur coût de fabrication élevé. Par ailleurs, plus le nombre de raccords et de positions de travail du tiroir augmente, plus il devient difficile de rectifier les faces de contact étanche du tiroir et de la paroi de l'alésage en les maintenant parfaitement coaxiales. L'invention a donc pour objet de réaliser un distributeur à collets et bagues d'étanchéité, dans lequel la force nécessaire au déplacement du tiroir est réduite sans graissage sup plémentaire, A cet effet, dans le distributeur selon l'invention, les bagues d'étanchéité sont faites d'une matière ayant un faible coefficient de frottement et leur paroi est formée d'une succession de tronçons formant une grecque et disposés alternativement dans des plans qui sont perpendiculaires à l'axe du tiroir ou con tiennent cet axe, respectivement, et chaque bague d'étanchéité prend appui contre la paroi de l'alésage par l'intermédiaire d' une couche sensiblement cylindrique d'un élastomère. Les matières qui présentent de bonnes qualité de glissement à sec et au nombre desquelles se trouvent des matières plastiques telles que le polytétrafluoréthylène sont connues en soi, mais elles sont relativement rigides, de sorte que des bagues normales faites de ces matières ne peuvent s'élargir par déformation élastique comme des joints toriques en caoutchouc. Cet élargissement devient possible, sans grand effort, avec une bague en forme de grecque1 et il en est de même, si cela est nécessaire, pour une compression radiale, les tronçons de paroi étant alors sollicités en flexion, et non plus en traction.La couche d'élastomère, par l'intermédiaire de laquelle chaque bague prend appui contre la paroi de l'alésage, a pour rôle de donner à la bague la tension initiale gracie à laquelle ses faces de contact étanche sont maintenues appliquées contre le collet correspondant du tiroir. Elle assure en outre une étanchéité sans problème au niveau des faces radialement extérieures des tronçons de paroi de la bague, Un usinage de précision de la paroi de l'alésage devient donc complètement superflu. Dans le distributeur selon l'invention, les couches d' appui élastiques et la déformabilité radiale des bagues compensent les tolérances de fabrication, même larges, ainsi que tout défaut éventuel de concentricité du déplacement des collets du tiroir, les dites bagues jouant le rôle de guidages auto-centreurs pour le tiroir. I1 en résulte une réduction considérable du est de fabrication. La matière des bagues peut être choisie parmi le grand nombre de celles qui présentent des propriétés satisfaisantes de glissement à sec, en tenant compte d'autres qualités, telles que résistance aux températures élevées, résistance à la corrosion, modicité du prix, usinabilité, etc.. De meme, il existe pour les couches d'appui un vaste choix de matériaux qui présentent des propriétés élastiques satisfaisantes. Le distributeur selon l'invention présente l'avantage supplémentaire de pouvoir fonctionner longtemps en conservant une parfaite étanchéité, car la tension initiale donnée aux bagues par les couches d'appu; élastiques assure un rattrapage automatique du jeu résultant de l'usure. Etant donné que le déplacement du tiroir ne met en jeu que des forces peu importantes, le distributeur selon l'invention convient parfaitement comme distributeur asservi, car il permet d'utiliser un servo-moteur de faible puissance. Par ailleurs, toute lubrification supplémentaire, par exemple par pulvérisation d'huile dans le courant de fluide, est superflue, ce qui constitue un avantage considérable du point de vue de la pollution et de l'hygiène. Dans une forme d'exécution avantageuse, les bagues d' étanchéité sont montées dans des rainures d'un fourreau pratiquement ininterrompu monté dans l'alésage et qui présente des ouvertures alignées sur les canaux du corps. Il en résulte une simplification de la fabrication et du montage, car l'alésage est con tinu. Les rainures et les ouvertures peuvent être formées au moulage, lorsque le fourreau est fait d'un élastomère. Si ce fourreau est formé de plusieurs tronçons placés bout à bout et jointifs, on peut, notamment dans les distributeurs compliqués, utiliser des tronçons normalisés. Selon une autre caractéristique de l'invention, lté- paisseur de la couche d'appui élastique est importante par rapport à la différence entre le diamètre intérieur des bagues d' étanchéité au repos et le diamètre extérieur des collets du tiroir. On est ainsi assuré que les tolérances de fabrication en ce qui concerne le diamètre des collets, des rainures ou des bagues elles-memes ne modifient pas de façon genante la force avec laquelle les bagues sont maintenues appliquées sur les collets. Pour certains emplois du distributeur, il est important que l'encombrement radial de celui-ci soit réduit. On peut alors prévoir dans ce cas un fourreau continu de faible épaisseur, sur la face interne duquel les bagues sont immobilisées par une liaison par adhérence. Des rainures prévues sur la face interne du corps, en regard des bagues, permettent un élargissement radial de celles-ci, la matière du fourreau étant sollicitée, non en compression, mais en traction. La couche élastique d'appui peut aussi être montée directement dans les rainures du corps, sous la forme de bagues de section sensiblement rectangulaire. L'invention prévoit aussi que le diamètre extérieur des bagues au repos est légèrement supérieur au diamètre intérieur des couches d'appui correspondantes au repos. Les bagnes peuvent alors être positionnées dans le corps avant le montage du tiroir. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, les premier et dernier collets du tiroir ont une longueur axiale au moins égale à la course totale du tiroir et une bague assurant 1 étanchéité par rapport à l'extérieur du distributeur est sùbordonnée à chacun de ces collets. Il en résulte que la présence de moyens d'étanchéité entre le corps et le tiroir, aux sorties de celui-ci, est totalement superflue. L'ensemble du tiroir est alors monté "flottants dans les bagues d'étanchéité auto-centreu- ses, à l'intérieur du corps. Un autre avantage est que toutes les bagues d'étanchéité du distributeur sont du même type. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce distributeur: Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un distributeur à trois voies selon l'invention, le tiroir étant en position neutre; Fig. 2 est une vue en coupe axiale d'une bague d'étan chéité du distributeur de fig. 1, à une plus grande échelle. Le distributeur à trois voies désigné par la référence générale 10 comporte un corps 12, qui est fait d'un morceau de tube 14, fermé à ses deux extrémités par des plaques 16, , fi xées à l'aide de vis. Vers le milieu de sa longueur, le morceau de tube 14 présente trois orifices de raccordement 20, 22 et 24, qui peuvent être reliés, par exemple, à un vérin à simple effet, une source de fluide comprimé et une bâche, respectivement. Trois tronçons de fourreau 26, 28, 30 sont montés bout à bout et Jointifs dans le corps 12; ils sont immobilisés contre la face'interne de l'élément tubulaire 14 par une liaison par adhérence. Les tronçons 26 et 30 sont identiques et peuvent être utilisés aussi tels quels dans des distributeurs qui ont plus ou moins de positions de travail et/ou plus ou moins d'orifices de raccordement. Le tronçon central 28 est muni d'orifices radiaux et 2 et 36, qui sont alignés sur les orifices de raccordement 20, 22 et 24, respectivement. Les tronçons de fourreau sont en caoutchouc et moulés par compression de façon traditionnelle. Chacun des deux tronçons extérieurs 26, 30 est muni sur sa face interne d'une rainure annulaire, respectivement 38 et 40, dans laquelle est montée à force une bague d'étanchéité 42, 44. Le tronçon central 28 est muni de deux rainures annulaires 46 et 48, dans le sens axial du distributeur, se trouvent entre les orifices 34 et 2 pour la première et 32 et 36 pour la seconde. Des bagues d'étanchéité 50 et 52 sont montées à force dans ces rainures. Elles constituent des collets de distribution solidaires du corps. Toutes les bagues 42, 44, 50 et 52 sont des pièces moulées par compression en polytétrafluoréthylène, dont la paroi est en forme de grecque, ainsi qu'il sera expliqué plus loin. A l'intérieur des tronçons de fourreau 26, 28, 30 est monté un tiroir désigné par la référence générale 54, qui porte trois collets de distribution 56, 58, 60. Leur diamètre extérieur est légèrement supérieur au diamètre intérieur des bagues montées dans les rainures. Lorsque les collets, dont les extrémités ont leur arête circulaire arrondie ou "cassée", pénètrent dans les bagues, celles-ci s'élargissent dans le sens radial en comprimant la couche de matière élastique qui les entoure et sont appliquées par la réaction de celle-ci contre la surface des collets avec une étanchéité suffisante pour le fluide distribué, mais, en raison des bonnes qualités de glissement de leur matière, avec un frottement réduit. La longueur axiale du premier 56 et du dernier collet 60 est supérieure à la course totale du tiroir 54, de sorte que la bague 42 reste toujours sur le collet 56, tandis que la bague 44 ne quitte pas le collet 60. Les extrémités de petit diamètre 62 et 64 du tiroir traversent avec un certain jeu les plaques 16 et 18 qui ferment les extrémités du corps. Il est éventuellement prévu aussi à la sortie de chaque extrémité 62, 64 du tiroir un cache élastique dans le sens radial, pour empêcher les saletés de pénétrer à l'intérieur du corps. Toutefois, cette pénétration est beaucoup moins gênante que dans les distributeurs dont les collet fixes et mobiles sont rectifiés avec précision. On peut voir à la fig. 1 que la fabrication du tiroir est extrêmement simple. Il y a équilibrage de pression dans toutes les positions du tiroir, sans que des mesures supplémentaires doivent être prises. Dans le sens radial, le tiroir est monté "flottant" au moyen des bagues d'étanchéité, qui se centrent automatiquement sur son axe désigné par la référence 66. Un alignement précis de l'axe du tiroir sur eelui du corps n'est donc pas nécessaire. Grâce à ce type de montage du tiroir, les secousses et les vibrations ne provoquent pas de détériorations des collets. La fig. 2 est une vue en coupe axiale d'une bague d' étanchéité après pivotement de 90 par rapport à la fig. 1, la moitié gauche de la fig. 2 ne constituant qu'une représentation sommaire, en traits discontinus. L'axe 66 du tiroir a été égale -ent dessiné à la fig. 2, pour une orientation plus facile. Com -e on peut le voir, la paroi de la bague a la forme d'une grecque; elle est formée d'une succession de tronçons 68 et 70, perpendiculaires à l'axe 66 et placés alternativement sur le bord avant et le bord arrière de la bague, et de tronçons 72, orientés axialement, dont chacun relie un tronçon avant à un tronçon arrire. Une bague ainsi conformée peut être élargie ou comprimée dans le sens radial, même si elle est faite d'un matériau relativement rigide.Les tronçons sont alors sollicités en flexion et après une telle déformation, ils ne sont plus exactement perpendiculaires entre eux, comme cela est le cas à l'étant de repos, représenté à la fig. 2. Pour fabriquer un distributeur ayant d'autres fonctions, il suffit de changer la partie centrale du distributeur. L'invention convient donc très bien à la réalisation d'une famille de distributeurs similaires ou de distributeurs modulaires. On peut sans difficultés former l'élément tubulaire 14 avec plusieurs tronçons assemblés par vissage, dont ceux qui sont aux extrémités sont identiques dans tous les modèles de distributeurs. Si l'on décale les plans de joint des tronçons de l'élément tubulaire par rapport à ceux des tronçons de fourreau, ces derniers assurent l'étanchéité à la jonction des tronçons de tube. De même, le tiroir peut être formé de plusieurs tronçons assemblés par vissage, dont ceux qui se trouvent aux extrémités sont normalisés, tandis que ceux qui sont au milieu sont choisis en fonction des opérations désirées. Si l'on peut obtenir lors de l'assemblage des tronçons de tiroir une disposition coaxiale parfaite des divers collets, les bagues d'étanchéité auto-centreuses assurent une compensation automatique des écarts d'alignement. Il n'est pas nécessaire que le fourreau s'étendue sur toute la longueur de ltéiément tubulaire, comme à la fig. 1. L' essentiel est qu'il offre un appui élastique aux bagues d'étanché ité. Les couches d'appui élastiques doivent donc avoir une lonqueur axiale au moins égale à celle des bagues associées. On peut utiliser comme couche d'appui pour chaque bague une bague de matière élastique de section sensiblement rectangulaire montée dans une rainure annulaire de la face interne du corps et monter ensuite les bagues d'étanchéité dans ladite rainure. Si les bagues d'étanchéité sont faites d'une matière très dure et ne peuvent donc, malgré leur configuration en grecque, se déformer élastiquement dans le sens radial que dans une faible mesure, les plans de joint entre les divers tronçons du fourreau peuvent alors être placés chacun en regard d'un flanc d'une rainure. On peut alors placer la bague d'étanchéité axialement dans l'évidement annulaire prévu à cet effet sur une des faces en bout du tronçon et mettre ensuite en place le tronçon suivant, ce qui facilite le montage. L'historique de l'invention peut être rappelé brièvement comme suit: Par suite de la prise de conscience de plus en plus nette de la nécessité d'éviter la pollution, on note une tendance croissante à supprimer, dans les commandes pneumatiques, la lubrification traditionnelle par pulvérisation d'huile et à munir les vérins et les distributeurs d'une réserve de graisse mise en place au montage. Tout graissage en cours de fonctionnement devient alors superflu. Mais le problème du graissage et du coulissement du pison ou du tiroir s'accompagne obligatoirement de celui de leur étanchéité. Jusqu'ici; on a utilisé principalement des organes en caoutchouc comme moyens d'étanchéité et ceux-ci nécessitent un graissage permanent.Lorsqu'on a recours à des matières plastiques, on peut renoncer au graissage par pulvérisation d'huile, mais la qualité de l'étanchéité est considérablement réduite, car les matières plastiques sont moins élastiques; elles ne peuvent1 par exemple, compenser les tolérances de diamètre intérieur de l'élément tubulaire. Les systèmes d'étanchéité en caoutchouc présentent l'inconvénient supplémentaire d'assurer uniquement leur fonction d'étanchéité; ils ne peuvent servir de guidage en raison de leur médiocres propriétés de glissement. La matière plastique assure sans aucun doute un meilleur guidage, de sorte que le piston, la tige de piston et le tiroir ainsi guidés peuvent etre soumis à des sollicitations latérales.On ne peut combiner à bas prix la fonction détanchéité et celle de guidage en un seul élément que lorsque la configuration annulaire de celui-ci possède une certaine faculte d'expansion et, de ce fait, d'adaptation à la configuration de la fa- interne de ltélément tubulaire et de la face externe de l'élément guis^, en compensant les tolérances du diamètre intérieur de l'un et du diamètre extérieur de l'autre. L'invention permet d'obtenir cette souplesse de forme.On peut alors choisir une matière plastique qui rend inutile une lubrification supplémentaire par pulvérisation d'huile, présente de bonnes qualités de glissement sur des corps métalliques et assure une grande longévité que le caoutchouc, plus tendre et donc davantage soumis à l'usure. A cela vient s'ajouter l'avantage qu'une bague unique remplissant les fonctions d'étanchéité et de guidage est moins coûteuse que deux bagues séparées, l'une en matière plastique pour le guidage et l'autre en caoutchouc, pour assurer I'étgnchéité. L'invention vise donc a combiner les avantages des deux systèmes connus: un guidage dans un corps métallique avec fuites et un guidage étanche avec emploi d'organes d'étanchéité à fort coefficient de frottement, ctest-àsdire à éviter toute fuite et à supprimer l'usure qui se produit sur les tiroirs métalliques associés à des joints d'étanchéité, en utilisant des organes d' étanchéité semi-rigides, comme ceux en matière plastique. Sous la forme traditionnelle de ces organes, c'est-à-dire celle de bagues fermées, cela n'est pas possible, car qe telles bagues n' ont pas de possibilités d'expansion dans le sens radial et ne peuvent donc s'adapter aux variations de diamètre du tiroir et du corps. Seule la création d'une bague de matiere plastique élastiquement déformable dans le sens radial permet de compenser les tolérances de fabrication du tiroir et du corps et de conférer à la bague une tension initiale qui, d'une part, n'est pas trop forte et ne crée pas un frottement excessif et, d'autre part, l' > est suffisamment pour empêcher les fuites. Cette application du principe de l'expansion radiale permet d'obtenir les avantages suivants élimination des fuites, faible pression de réponse, frottement minime et, de ce fait, grande longévité, et bonnes propriétés de glissement, rendant inutile tout graissage supplémentaire. - REVENDICATIONS 1.- Distributeur pour circuits de fluides sous pression, comportant un corps, dans lequel est formé un alésage où débouchent une pluralité de canaux pour le fluide, un tiroir déplaçable avec jeu dans le dit alésage et muni de collets de distribution et une pluralité de bagues d'étanchéité solidaires du corps et qui coopèrent avec les collets du tiroir, caractérisé en ce que les bagues d'étanchéité (42, 44, 50, 52) sont faites d'une matière ayant un faible coefficient de frottemcnt, en ce que leur paroi est formée d'une succession de tronçons formant une grecque et disposés alternativement dans des plans qui sont perpendiculaires à l'axe du tiroir (66) ou contiennent cet axe, et en ce que chaque bague d'étanchéité prend appui contre la paroi de l'alésage par l'intermédiaire d'une couche sensiblement cylindrique faite d'un élastomère. 2.- Distributeur selon la revendication i, caractérisé en ce que les bagues d'étanchéité sont faites d'une matière plastique à faible coefficient de frottement. 3.- Distributeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les bagues d'étanchéité sont montées dans des rainures annulaires (38, 40, 46, 48) d'un fourr eau (26, 28, 30) pratiquement ininterrompu monté dans l'alésage et qui présente des orifices alignés sur les canaux du corps. 4.- Distributeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau est formé de plusieurs tronçons placés bout à bout et jointifs. 5.- Distributeur selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d' appui élastique est importante relativement à la différence entre le diamètre intérieur des bagues d'étanchéité et le diamètre extérieur des collets du tiroir. 6.- Distributeur selon l'une quelconque deSkevendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la face interne du corps est munie de rainures annulaires en regard des bagues d'étanchéité. Distributeur selon 1 'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur des bagues d'étanchéité au repos est légèrement supérieur au diamètre intérieur de la couche d'appui élastique associée, également au repos. 8.- Distributeur selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisé en ce que le premier et le dernier collet du tiroir ont une longueur axiale au moins égale à la course totale du tiroir et en ce qu'une bague assurant l'étanchéité par rapport à l'extérieur du distributeur est associée à chacun de ces collets.