Brevet FR2447511A1 — publié le 19800822

La présente invention concerne une bague de joint annulaire d'étanchéité, et plus particulièrement un joint amélioré pour un dispositif de raccordement de tube et de pièces spéciales par emboîtement. Pour réaliser l'étanchéité annulaire entre deux tubes dont l'un comporte une tulipe femelle de section intérieure sensiblement supérieure à celle du diamètre extérieur d'un tube maie, on connait depuis longtemps le procédé faisant appel à des joints d'étanchéité en forme de bagues toriques à section circulaire, ovale ou lenticulaire, la tulipe étant le cas échéant munie d'une gorge de diamètre supérieur à celui de la tulipe pour y loger la bague d'étanchéité. Mais ce procédé simple ne donne pas entière satisfaction du point de vue de I'étanchéité.En effet, il est connu, notamment dans l'industrie de la fabrication des tubes en matière plastique, que les tolérances dimensionnelles admises sont importantes, à savoir les tolérances de 17 épaisseur des parois qui influent sur l'alésage de la gorge et aussi les toléranoes d'ovalisation qui pour les deux éléments maie et femelle atteignent couramment 5 à 10 %.On a tenté d1amé- liorer la solution en faisant utilisation de bagues d'étanchéité munies d'une lèvre présentant un profil compliqué, en forme de gradin comme décrit dans le brevet français 2.362.329 afin de disposer de plusieurs zones de contact espacées axialement ; mais l'on s'aperçoit que lors de l'introduction de l'embout mâle dans l'embout femelle muni de ce joint, même si l'embout mâle est muni d'un chanfrein, il se produit un entraînement ou une déterioration de la bague du joint par arrachage. De même dans les brevets français 2.342.452, 2.286.992, 2.347.601 et 2.220.035 on prévoit des joints à lèvres successives ; toutefois, ces joints sont des produits fragiles et délicats à mettre en oeuvre. Lorsque l'on fait utilisation de systèmes d'étanchéité avec joint en forme de bague dans une gorge pour un raccordement par emboitement, deux risques importants se présentent 71 tout d'abord, il y a risque d'éviction de la bague hors de la gorge par le mouvement axial de pénétration du tube mâle, même si ce dernier est muni d'un chanfrein, l'axe de tube mâle ne coincidant pas toujours avec celui de l'embout femelle. 27 ensuite, il y a risque d'arrachement par retournement de la bague lorsque la mise en compression de la bague se produit dès l'engagement de l'embout mâle au droit de la bague d'étanchéité. Il existe donc un besoin pour une bague de joint d'étanchéité ne présentant pas de tels risques. La présente invention a pour but de palier ces inconvénients par une répartition judicieuse des volumes du matériau élastique constitutif de la bague du joint. Un autre but de la présente invention concerne un dispositif pour raccordement de deux tubes par emboîtement comportant ladite bague de joint perfectionnée. L'invention concerne donc une bague de joint d'étanchéité de forme sensiblement annulaire, en un matériau élastique pour tubes concentriques à assemblage par emboîtement d'un embout mâle dans un embout femelle à gorge comportant (I) un élément d'appui délimité par une surface annulaire extérieure sensiblement cylindrique et par une surface annulaire intérieure sensiblement biconique délimitant une arête annulaire s'étendant vers l'axe, (II) un élément d'étanchéité en position libre oblique sur l'axe de l'anneau, s'étendant à l'intérieur du volume libre de l'élément d'appui, délimité par deux surfaces courbes de révolution coaxiales avec l'élément (I) dont les concavités sont tournées vers l'axe de l'anneau et présentant une extrémité libre et (III) un élément de liaison reliant l'élément d'appui à l'élément d'étanchéité. L'invention concerne également un dispositif de raccordement pour tubes concentriques à assemblage par emboîtement d'un embout mâle dans un embout femelle, le diamètre extérieur de l'embout mâle étant inférieur au diamètre intérieur de l'embout femelle, ledit embout femelle comportant au voisinage de son extrémité libre une gorge- de diamètre supérieur à celui de l'embout femelle et dont la section axiale est de forme sensiblement trapézoidale ou rectangulaire et une bague de joint d'étanchéité en un matériau élastique comme il vient d'être décrit, dont le diamètre extérieur à l'état libre est sensiblement supérieur à celui de la surface sensiblement cylindrique du fond de gorge, dont la distance axiale de la circonférence annulaire de l'élément d'étanchéité qui est la plus éloignée de l'axe est sensiblement supérieure à celle de la surface intérieure de l'embout femelle et dont les longueurs axiales, selon une génératrice quelconque, sont sensiblement inférieures aux longueurs axiales correspondantes de la gorge une fois le joint mis en place et telles que le joint se loge dans ladite gorge en compression radiale. L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures ci-jointes. Sur la figure 1, on montre une coupe axiale de la bague de joint d'étanchéité selon la présente invention. La bague de joint (1) comporte un élément d'appui (2) dont la surface extérieure (3) est sensiblement cylindrique et dont la surface annulaire intérieure coaxiale se compose de deux surfaces coniques (4) et (5) délimitées par une arête annulaire (6) s'étendant vers l'axe, un élément d'étanchéité (7) en position libre oblique sur l'axe de l'anneau et qui s'étend à l'intérieur du volume libre de l'élément d'appui (2), l'élément (7) étant délimité par deux surfaces courbes de révolution axiale (8) et (9) dont les concavités sont tournées vers l'axe de la forme annulaire et qui présente une extrémité libre (13), et un élément de liaison (10) reliant l'élément d'appui (2) à l'élément d'étanchéité (7). Les éléments d'appui (2) et de liaison (10) pris conjointement sont délimités extérieurement et axialement par deux surfaces annulaires (11) et (12) qui peuvent être inclinées sur l'axe du joint pour donner avec la surface (3) une forme sensiblement trapézoidale, ou bien qui peuvent être sensibiement perpendiculaires à l'axe pour donner une forme sensiblement rectangulaire, cette forme venant se loger dans la gorge de l'embout femelle comme il sera expliqué ci-après. L'élément d'étanchéité (7) se raccorde selon sa surface annulaire (8) sur la surface annulaire extérieure (12) de l'élément de liaison (10) selon une circonférence (8a) qui peut être une arête vive, chanfeinée ou arrondie.De préférence le plan tangent au point (8a) à la surface courbe (8) forme avec la génératrice en ce point un angle faible ou nul. L'élément d'étanchéité (7) se raccorde selon sa surface annulaire (9) sur la surface interne de l'élément de liaison (10) selon la zone (9a) qui se prolonge en général en forme arrondie vers la surface annulaire conique (4) de l'élément d'appui (2) pour former un étranglement de matière au droit de l'élément (10). L'extrémité libre (13) de l'élément d'étanchéité (7) vers l'axe du joint présente en général une surface sensiblement cylindrique. Dans une variante, le raccordement de la surface courbe (9) au point extrême (9b), à la surface cylindrique (13) présente un chanfrein indiqué selon une ligne pointillée sur la figure 1. L'épaisseur (e) de l'élément d'étanchéité (7) est en général sensiblement constante le long de l'élément. Toutefois, il peut s'avérer judicieux que l'élément présente des surépaisseurs sur certaines zones annulaires privilégiées ou bien elle peut varier d'une manière continue. Les formes des surfaces courbes de révolution coaxiales (8) et (9), ne sont pas critiques pourvu que les concavités sont toujours tournées vers l'axe du joint. C'est ainsi que les formes peuvent être des branches de paraboloide ou d'hyperboloide ou des formes quelconques. Toutefois, en général, on préfère des formes sphériques ou des formes de section axiale circulaire, les centres de ces sections circulaires étant confondus ou non. Les surfaces annulaires (4) et (5) de l'élément d'appui (2) sont des surfaces coniques. Toutefois il est bien évident que les lignes (4) et (5) de la coupe axiale peuvent être courbes, pourvu qu'à leur jonction (6) elles fournissent une zone d'épaisseur axiale maximale de l'élément (2). La zone de surépaisseur (6) qui est l'intersection des deux surfaces (4) et (5) peut être une zone à arête vive sous forme d'une circonférence annulaire, ou bien elle peut être arrondie ou présenté un chanfrein cylindrique ou conique. En général pour faciliter l'usinage du moule de fabrication de la bague de joint de l'invention, les surfaces (4) et (5) sont coniques et l'arête (6) est une arête à bord franc. En général, on préfère que la longueur axiale de la sur fa ce conique (4) soit supérieure à celle de la surface conique (5). Bien entendu, il est possible sans sortir du domaine de l'invention que certaines surfaces de la bague de joint se raccordent selon des chanfreins ou des zones arrondies. C'est ainsi que 1'on peut, par exemple, chanfreiner les arêtes de raccordement des surfaces (3) et (11), (3) et (12), (8) et (12), etc La bague de joint d'étanchéité selon l'invention est constituée d'une matière élastomérique telle qu'un caoutchouc naturel ou synthétique vulcanisé, un élastomère de silicone ou de polyuréthane, etc ... L'élastomère peut être d'une masse compacte ou bien il peut être allégé au cours de sa fabrication par l'action d'agents porogènes bien connus. La figure 2 se rapporte à un dispositif de raccordement pour tubes concentriques à assemblage par emboîte- ment d'un embout mâle. La figure 2 est une vue en coupe axiale de l'embout femelle d'un tube à extrémité ouverte qui est généralement représenté par la référence (14) de forme sensiblement cylindriqu#e. L'embout femelle peut être une pièce rapportée par collage sur l'extrémité du tube à assembler, et qui présente en général un diamètre de la surface intérieure (16) supérieur à celui du tube ou bien l'embout peut être obtenu à partir du tube initial par une opération de post formage de son extrémité sous la forme d'une "tulipe" ou bien l'embout est une pièce de raccordement obtenue par moulage.Cet embout femelle (14) comporte au voisinage de son extrémité ouverte une gorge (15) de diamètre intérieur supérieur à celui du diamètre intérieur de l'embout et dont la section axiale est de forme sensiblement trapézoîdale ou rectangulaire et dont les surfaces sont en général raccor dées selon des arrondis. Dans la gorge (15) vient se positionner la bague du joint d'étanchéité (1), les concavités de ses surfaces (8) et (9) étant dirigées vers l'extrémité ouverte de l'embout. Le diamètre extérieur de la surface cylindrique (3) de la bague du joint (1) à l'état libre est tel qu'il soit sensiblement supérieur au diamètre intérieur du fond de gorge (15), de telle sorte qu'une fois placée dans la gorge, la bague de joint soit en contact intime avec le fond de gorge (15) par toute sa surface extérieure (3).Par ailleurs il importe que la distance axiale de la circonférence annulaire (8a) à l'extrémité extérieure de la surface courbe (8) soit sensiblement supérieure au diamètre intérieur (16) de la fraction cylindrique de l'embout (14) et que par conséquent la zone d'arête (8a) soit située dans le volume de la gorge afin que, comme on le montrera sur la figure 3, l'embout mâle introduit dans l'embout femelle attaque en glissant la surface courbe (8) selon un angle très fermé. Au contraire, si l'arête (8a) est située dans le volume cylindrique de l'embout femelle limité par la surface (16), il y a risque de déplacement axial du joint, d'entraînement et d'arrachage, lors de la poussée d'embout tement.Par ailleurs, les autres dimensions axiales et radiales respectives de la gorge et de l'élément d'appui (2) de la bague du joint d'étanchéitê sont telles que celle-ci se place facilement dans la gorge avec un léger jeu sauf en ce qui concerne les surfaces cylindriques (3) et (15) comme il a été dit. Toutefois en ce qui concerne la zone annulaire de l'arête (6) celle-ci peut être située dans le volume de la gorge sensiblement au voisinage de la surface cylindrique intérieure (16) de l'embout (14) soit sur cette surface cylindrique, soit à l'intérieur du volume cylindrique évidé de l'embout (14) sensiblement au voisinage de sa surface intérieure. Le choix de la position de la zone d'arête (6) sera dicté par le diamètre extérieur de l'embout mâle à raccorder.Pour ce qui concerne la longueur axiale#de l'élément d'étanchéité (7) que l'on obtient par déformation et rabattement radial depuis sa position oblique libre montrée sur la figure 1 jusqu'à une position parallèle à l'axe de la bague du joint au contact de l'élément d'appui (2), celle-ci sera fonction des-données du problème pratique à résoudre.Si l'embout mâle à positionner est d'un diamètre extérieur très voisin du diamètre intérieur de l'embout femelle, il importe que cette longueur axiale obtenue par déformation et rabattement de (8a, 8b) et (9a, 9b) vienne s'inscrire dans une zone suivant un cylindre de diamètre égal ou supérieur au diamètre du cylindre intérieur (16) de ltemboiture, de sorte que l'élément d'étanchéité (7) puisse s'effacer et s'enfoncer dans le volume de la gorge par déformation de l'élément d'appui (2), les forces de déformation étant transmise par la surface rabattue (9) en contact avec la zone d'arête (6), ce contact coopérant également à l'étanchéité. De même dans ce cas, il importe que le volume de la bague du joint, s'il est réalisé en matériau compact, soit inférieur au volume annulaire de la gorge. Par contre, si la bague est un matériau allégé, son volume peut être supérieur au volume de la gorge. Au contraire si l'embout mâle est d'un diamètre plus petit, il est possible de prévoir un élément d'étanchéité rabattu de longueur axiale supérieure à l'ouverture axiale de la gorge sur l'embout femelle et le volume du joint à l'état compact peut être supérieur à celui de la gorge. A l'aide de la figure 2, on montre également comment dans le dispositif coopérant de l'embout à gorge muni de la bague de joint selon l'invention, celle-ci se déforme et assure sa fonction d'étanchéité lors de ltemboitement de l'embout mâle. Dans un premier cas, on envisage l'emboîtement d'un embout mâle représenté par (17), de diamètre extérieur très voisin du diamètre de la surface intérieure (16) de l'embout femelle. L'arête extérieure frontale du tube (17) par le mouvement axial d'emboitement vient en contact avec la surface convave (8) sur la circonférence (18). En poursuivant le mouvement d'emboîtement, l'élément (7) se déforme et se rabat radialement vers l'élément (2) en venant tout d'abord en contact avec la zone (6).A ce moment, l'élément (7) transmet des forces radiales à l'élément (2) qui se déforme pour aboutir à la forme représentée sur la figure 3. Dès la mise en contact de l'élément (7) et de l'arête (6), les éléments (2) et (7) se compriment pour assurer l'étanchéi- té sur les deux embouts par les surfaces en regard (3) et (15) et celles en regard sur l'élément (7) et sur l'embout mile. De même au cours de l'emboîtement, compte tenu de la courbure de l'élément (7), le point de contaxt (18) se déplace par glissement jusqu'au point 8b rabattu radialement au diamètre du tube (17). Dès le contact entre l'élément (7) et la zone (6), de par la position axiale du contact, la matière de la bague de joint située entre le point (6) et l'ouverture de l'embout femelle est emprisonné dans le volume fermé délimité par la gorge et le tube (17) si bien que cette masse ne peut se déplacer ni s'arracher. En position emboîtée représentée sur la figure 3, les étanchéités obtenues sont assurées respectivement par les surfaces (3) et (15) et par la surface déformée (8) sur le tube (17). Il en est de même si le tube (17) est chanfreiné, les déformations et les compressions étant dans ce cas plus progressives. Dans le cas d'un emboîtement d'un embout mâle (19) sur la figure 2 d'un diamètre plus petit ou bien dans le cas d'un embout (17) comportant des ovalisations ou des méplats, la configuration courbe de l'élément (7) est telle que l'on assure le contact avec l'extrémité du tube mais dans une zone plus proche de 8b et qu'en procédant comme il a été décrit, on assure également la fonction d'étanchéité recherchée. Toutefois dans ce cas, il y a lieu, de préférence, que le rayon extérieur de l'élément (7) déformé au droit de la zone (6) soit supérieur à la distance axiale de zone (6) avant déformation. La bague de joint d'étanchéité et le dispositif de l'embout femelle à gorge muni dudit joint s'applique à la réalisation de raccordements étanches par emboîtement sur des tubes ou matériaux tels que des métaux, des matières plastiques rigides, des céramiques ou terres cuites et complexes tels que l'amiante ciment. Ils permettent en particulier de compenser des différences relativement importantes dans les diamètres intérieurs et extérieurs des-tubes, dans 1'ovalisation et la déformation sans réduire pour autant l'étanchéité des fluides vers l'etc rieur ou l'intérieur, de la liaison réalisée. L'invention permet notamment un assemblage étanche à long terme, sans surveillance, d'une façon simple et économique aussi bien lors de l'achat ou å la pose. L'assemblage des tubes selon l'invention se réalise d'une façon simple et rapide. En fonction de la différence des diamètres des embouts, le raccordement étanche de l'invention présente une flexibilité qui permet le déplacement des tubes entre eux sans risque de rupture ou de fuite, notamment sous l'influence des mouvements de terrain. L'invention s'applique notamment dans le domaine des réseaux souterrains d'évacuation des fluides avec pression ou sans pression. REVENDICATIONS 1. Bague de joint d'étanchéité, de forme sensiblement annulaire, en un matériau élastique pour tuyaux concentriques à assemblage par emboîtement d'un embout mâle dans un embout femelle à gorge, caractérisé en ce qu'il comporte en coupe axiale a) un élément d'appui (2) délimité par une surface annulaire extérieure (3) sensiblement cylindrique et par une surface annulaire intérieure coaxiale (4, 5) de forme sensiblement biconique, délimitant une arête ou une zone d'arête (6) s'étendant vers l'axe, b) un élément d'étanchéité (7) en position libre oblique sur l'axe de l'anneau, s'étendant à l'intérieur du volume libre de l'élément d'appui, délimité par deux surfaces courbes (8, 9) de même axe de révolution que la bague dont les concavités sont tournées vers l'axe de la forme annulaire et présentant une extrémité libre (13), et c) un élément de liaison (10) reliant l'élément d'appui (2) à l'élément d'étanchéité (7). 2. Bague de joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'élément d'étanchéité (7) est sensiblement constante. 3. Bague de joint d'étanchéité selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les lignes latérales (11, 12) délimitant latéralement l'élément d'appui (2) et l'élément de liaison (10) forment avec la ligne extérieure (3) de l'élément d'appui une forme sensiblement trapézoldale ou rectangulaire. 4. Bague de joint d'étanchéité selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les lignes (3) et (11), (3) et (12), (10) et (8), (4) et (9) se raccordent par des chanfreins ou des arrondis. 5. Bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (7) présente un chanfrein (9b) à l'extrémité de la ligne (9). 6. Bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (8) se raccorde à la ligne (12) d'une manière sensiblement tangeante à la génératrice au point (8a). 7. Bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, -caractéris#e en ce que l'extrémité (13) de l'élément d'étanchéité vers l'axe de la bague du joint est sensiblement cylindrique. 8. Bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur radiale de l'élément d'étanchéité (7) entre les points (8a) et (8b) est de préférence comprise entre 10 et 15 % du rayon du point 8a. 9. Bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces (8) et (9) sont sphériques ou définies par deux arcs de cercle. 10. Dispositif de raccordement pour tuyaux concentriques à assemblage par emboîtement d'un embout mâle dans un embout femelle comportant une gorge (15) de section axiale de forme sensiblement trapézoidale ou rectangulaire et une bague de joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, positionnée dans la gorge caractérisé en ce que la distance axiale de la circonférence (8a) est sensiblement supérieure au diamètre intérieur de l'embout femelle, en ce que le diamètre intérieur (15) du fond de gorge est sensiblement inférieur au diamètre extérieur de la bague de joint à l'état libre. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (7) déformé et rabattu radialement le long de la génératrice passant par (8a) présente une longueur axiale inférieure à l'ouverture axiale de la gorge dans le tube femelle. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la distance axiale de la zone (6) de l'élément d'appui (2) placé dans la gorge est sensiblement égale au rayon intérieur de l'embout femelle.