Brevet FR2471529A1 — publié le 19810619

La présente invention se rapporte à un disposi- tif destiné à assurer l'étanchéité entre deux composants d'un appareil, qui présentent en particulier des faces d'étanchéité annulaires, comprenant plusieurs éléments d'étanchéité dotés d'une section approximativement en V, réalisés en un matériau souple et se succédant pour consti- tuer une garniture d'étanchéité, l'un des éléments externes de ladite garniture prenant appui, par sa face extrême libre, de préférence plane, contre l'un desdits composants de l'ap- pareil, tandis que l'autre élément externe de la garniture est appliqué, par sa face extrême configurée en V, contre une surface complémentaire de l'autre desdits composants, les faces latérales d'étanchéité de chaque élément pouvant venir en contact étanche avec lesdits deux composantsnotaiment deun ensemble cylindres-pistons destiné à l'élaboration d'un mélange de constituants d'une matière plastiques tels qu'un polyol ou unuisocyanate entrant facilement en réaction. Lors de l'élaboration de mélanges de tels constituants de matière plastique entrant facilement en réaction, le dispositif as- surant l'étanchéité d'un piston de dosage soulève des diffi- cultés d'étanchéité, entre autres par suite de l'addition à un constituant d'une matière de charge, en particulier une matière abrasive. L'art antérieur a tenté de résoudre cette difficulté en proposant un dispositif d'étanchéité réglableo La garniture d'étanchéité de ce dispositif connu, constituée en pratique d'éléments d'étanchéité conformés en V (appelés "garnitures en forme de toit"), présente l'inconvénient que le frottement entre les éléments d'étanchéité et la pa- roi du cylindre augmente en service si fortement que le pis- ton ne peut plus être rappelé par la force habituelle dis- ponible (pression provenant du réservoir de réserve) à la fin de la course de compression (c'est-à-dire de la course de travail, pendant laquelle une chambre sous pression doit être isolée hermétiquement par rapport à une autre chambre dans laquelle règne une pression moins importante), donc lors de la course de retour, pendant laquelle la pression a diminué dans la chambre de pression. Une autre solu- t onenvisageable pour permettre au piston d'exercer sa course de retour à l'encontre du frottement accru, consiste à augmenter la pression dans le réservoir d'accumulation, ou bien à prévoir une source de puissance auxiliaire. Outre les complications techniques et 'les dépenses suppl6mentai- res d'énergie, l'usure se manifestant alors constituerait un inconvénient. La difficulté ou l'impossibilité d'accomplir la course de retour, est imputable au fait que des gaz, un liquide et des particules de matière de charge pénètrent dans une certaine mesure dans la région des éléments d'étan- chéité lors de la course de compression. S'il s'agissait alors simplement d'un liquide augmentant l'étanchéité lors de la course de compression, ce liquide serait refoulé, dans certains cas, avec une force telle lors de la course de retour (c'est-à-dire lorsque les éléments d'étanchéité sont soulagés) que ces éléments d'étanchéité retourneraient à leur position initiale. L'expulsion du liquide de la garniture d'étanchéité n'est cependant plus garanti lorsque ce liquide atteint un certain degre de viscosité, par exemple à cause de l'addition de matières de charge, ou bien lors- que, par suite d'un échange de matières, la matière ancienne et la matière nouvelle se sont transformées en une masse visqueuse voire dure. Il en résulte alors que le liquide ou la masse, qui s'est infiltré, ne peut plus être éva- cué, notamment lorsque la surface complémentaire présente sensiblement le même angle que les éléments d'étanchéité dans la région de ces derniers, ce qui provoque des frot- tement considérables,rend nécessaire l'application de grandes forces de rappel et favorise l'usure. Lorsqu'on utilise un milieu à des tempéra- tures différentes, par exemple avec une différence de 20 C à 30 C, on se heurte également à des difficultés dues au fait que le volume de l'élément d'étanchéité subit dans la phase froide une diminution de volume compensée par le mi- lieu qu'il n'est plus possible d'éliminer dans la phase chau- de, lorsque l'élément d'étanchéité augmente de volume. Dans des cas semblables, il ne reste plus qu'à démonter, nettoyer et remonter les éléments d'étanchéité, ce qui entraîne des interruptions considérables dans le fonctionnement. La présente invention a donc pour objet de proposer des moyens tels que, lors des courses de retour du piston, il ne soit pas nécessaire d'appliquer de grandes forces de rappel, ou bien que, pour le moins, l'augmenta- tion desdites forces de rappel nes se-prodoise -quedans de grands intervalles de temps. Selon les caractéristiques essentielles de l'in- vention, un organe élastique, intercalé entre un élément d'étanchéité externe et la surface complémentaire, présente une face et une section en V et des dimensions de base à peu près analogues à celles desdits éléments d'étanchéité, l'angle compris entre les deux branches de cet organe en V étant supérieur, à l'état - libre dudit organe, à l'angle' formé par la conformation en V de la face extrême libre du- dit élément d'étanchéité externe, ladite surface complémen- taire ayant une forme telle que, lorsque ledit organe élas- tique est comprimé par lesdits éléments d'étanchéité, une diminution dudit angle inscrit entre les deux branches dudit organe en V soit possible, de manière que ledit angle réduit soit plus petit que ledit angle formé par la face extrême libre dudit élément. Etant donné que l'angle inscrit par l'organe élastique est plus grand que celui inscrit par l'autre élément d'étanchéité externe, les éléments d'étan- chéité sont amenés au contact des faces d'étanchéité, même lorsque la pression diminue dans la chambre de pression, de telle sorte que, dès le début de la course de compression, soit assurée une étanchéité efficace, même sans la présence dudit organe élastique, d'o il résulte une diminution de la quantité du milieu inopportun ayant pénétré dans la ré- gion des éléments d'étanchéité. Lors de la course de com- pression, ces derniers sont poussés contre les faces d1é- tanchéité par la pression provenant de la chambre, avec une-force encore plus grande. A la longue, le milieu pénètre dans la région des éléments d'étanchéité lors des courses de compression, de sorte que, dans cette région, la pression devient égale à la pression de travail (jusqu'à 250 bars), lorsqu'aucune n-esure n'est prise pour que cette pression puisse se relY' - Pour ce faire, dans le dispositif du type caractérisé ci-ava _ rc, ne l'e:xtérieur de la région des éléments d'étan- J (it% une pression inférieure à celle régnant dans ladite région, l'angle inscrit par l'organe élastique peut être réduit, par suite de la configuration de la surface complé- mentaire, de telle sorte que lesdits éléments d'étanchéité, soumis à la pression régnant dans cette région, puissent se séparer des faces d'étanchéité,tout en permettant un écou- lement du fluide et une baisse simultanée de la pression. C'est dans ce dernier effet obtenu que réside l'idée essentielle de la présente invention. Par conséquent, la configuration de la surface complémentaire joue un rôle primordial. Dans la forme de réalisation la plus simple, cette surface complémentaire peut consister seulement en une surface dont la section droite est,par exemple, en I, et contre laquelle s'appuie la région médiane de la section de l'organe élastique, ce qui rend possible une diminution de l'angle inscrit par cet organe. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface complémentaire présente une section en V, l'angle qu'elle délimite étant plus petit que l'angle formé par la face extrême libre de l'élément d'étanchéité externe. Cette mesure permet d'obtenir une limitation de la diminution de l'angle inscrit, de telle sorte que l'organe élastique puisse prendre appui par les extrémités de ses branches contre la surface complémentaire, et donc sans être soumis à une sur- charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, la face complémentaire est celle d'une butée annulaire indi- viduelle insérable, cette dernière présentant plusieurs ca- naux orientés radialement et disposés de préférence sur la face extrême opposée à ladite surface complémentaire. Ainsi, le milieu peut s'échapper aisement pendant la course de re- tour, ce qui soulage encore davantage la région des éléments d'étanchéité. Dans le cas d'une étanchéité entre un piston et un cylindre, l'organe élastique peut consister en une rondelle élastique modifiée, dont la moitié de la surface annulaire située radialement vers l'intérieur est rabattue vers le bas de la même manière que la moitié de sa surface annulaire située radialement à l'extérieur. Commodément, selon l'invention, un angle délimité par les branches de l'organe élastique mesure environ 120 à l'état libre dudit organe, l'extrémité libre des branches de ce dernier comportant un rebord. Si nécessaire, au moins un autre organe élastique est disposé entre les éléments d'é- tanchéité individuels. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement li- mitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale illus- trant un ensemble cylindres-pistons équipé d'une garniture d'étanchéité; la figure 2 est une coupe fragmentaire corres- pondant à l'encadré II de la figure 1 et illustrant ladite garniture d'étanchéité à l'état détendu ou libre; la figure 3 est une coupe fragmentaire illustrant la garniture de la figure 2 à l'état comprimé, peu avant ou peu après sa mise en service; et la figure 4 est une coupe fragmentaire représen- tant la garniture de la figure 3 quelque temps après son entrée en action. Sur la figure l, un ensemble cylindres-pistons comprend un doublecylindre 1 et un double-piston o4. Le double-cylindre 1 et le doublepiston 4 sont subdivisés fonctionmellement, d'une part, en un cylindre de commande 2 et un piston de commande 5situés à l'extrémité supérieure de l'ensemble et, d'autre part, en un cylindre de dosage 3 et un piston de dosage 6 situés à l'extrémité inférieure de cet ensemble. A tl'extrémité inférieure, le cylindre de dosage 3 est obturé par une bride 7 destinée à permettre la fixation de l'ensemble au moyen de vis ou de boulons, et dans laquelle sont percés decx orifices 8 et 9, dont l'un (9) sert à l'ad- maission d'un milieu, par exemple d'un constituant de matière plastique, au moyen d'une pompe volumétrique réglable 27, par l'intermédiaire d'une conduite 28, dans un compartiment de dosage 16, tandis que l'autre orifice 8 sert à l'éva- cuation de ce milieu hors du compartiment de dosage 16. A l'extrémité supérieure du cylindre de commande 2, est vissé un couvercle d'obturation Il qui présente un orifice 10 d'ad- mission d'un fluide de travail et un alésage traversé par une tige de réglage 12 fixée au double-piston 4. Cette tige de réglage fait partie d'une tige 13 qui relie entre eux les pistons 5 et 6 qui sont fix6s sur elle au moyen de filetages. Tandis que le piston de commande 5 est soumis à l'action d'un fluide de travail normal et que, par conséquent, sa garniture d'étanchéité 14 est soumise à une charge normale, le piston de dosage 6 et sa garniture d'étanchéité 15, du fait que, par l'intermédiaire de l'orifice 9 (lorsque l'ori- fice 8 est obturé par une soupape de rétention, de retenue ou d'arrêt 30), des constituants de matière plastique contenant par exemple des substances abrasives sont introduits/ dans le compartiment de dosage 16 (compartiment de pression), pour être ensuite refoulés hors de ce compartiment par l'intermé- diaire de l'orifice 8, lorsque le piston de commande 5 est mis sous pression et lorsque l'orifice 9 est obturé par une soupape de rétention, de retenue ou d'arrêt29, sont soumis à une usure considérable. Cette usure est tout d'abord compensée grâce au fait qu'un manchon taraudé 17 pouvant être vissé sur le pis- ton de dosage 6 et, par conséquent, pouvant être déplacé longitudinalement par rapport à celui-ci, comprime, entre sa surface extrême inférieure et un cordon de piston 18, la garniture d'étanchéité 15, ce qui permet de rétablir l'effet d'étanchéité normal lorsqu'il a été amoindri par ladite usure. Ce résultat est obtenu sans démontage de l'ensemble cylindres- pistons, grâce au fait qu'on peut engager, par une ouverture 19 pratiquée dans la région médiane de la paroi du double- cylindre 1, un outil en forme de barre qui s'engage dans une denture 21 du manchon taraudé 17, et grâce au fait qu'on peut alors faire tourner, au moyen de cet outil, ledit manchon 17 par rapport au piston de dosage 6. Un espace annulaire 23 communique ainsi avec l'atmosphère par l'intermédiaire de trous de désaréation ou d'aération 24. Si besoin est, on peut, pendant ce réajustement de la garniture d'étanchéité 15, introduire un autre outil en forme de barre dans une seconde ouverture 20 ménagée au- dessus de l'ouverture 19, et insérer cet outil dans un trou 22 ou dans l'un d'une série de trous.22, ce qui empêche la rotation du double-piston 4. Le manchon taraudé 17 est empêché de tourner inopinément en service par une bague 26 en matière plastique insérée dans une rainure annulaire 25 de la partie taraudée du manchon 17 et qui constitue un frein de filetage. La garniture d'étanchéité 15 comprend des élé- ments d'étanchéité individuels 31, 32 et 33 dont la forme en toit connue s'est avérée efficace, ces éléments illustrés individuellement sur la figure 2, étant incorporés dans un es- pace de section rectangulaire, délimité par le cylindre de dosage 3, le piston de dosage 6 et le manchon taraudé 17. L'élément d'étanchéité externe (supérieur) 33 présente une face extrême supérieure plane et une face extrême inférieure ayant une section en V, cependant que la section des deux faces extrêmes des éléments d'étanchéité 32 et 31 présente une conformation en V. L'élément d'étanchéité externe (inférieur) 31 ne repose pas directement, comme à l'accoutumée, contre une surface complémentaire 37 en V d'une butée annulaire 36, mais contre un organe élastique 34 de section en V, qui prend ap- pui à son tour contre ladite butée annulaire 36 et présente latéralement des rebords 35 destinés à faciliter son dépla- cement. Avantageusement, pour permettre un écoulement simple du milieu lors de la course de retour, la butée annulaire 36 présente plusieurs canaux 39 orientés radialement et disposés sur la face extrême opposée à la surface complémentaire 37 La figure 2 illustre les éléments d'étanchéité 31, 32, 32' et 33 ainsi que l'organe élastique 34 à l'état libre, donc détendu. Les extrémités des rebords 35 sont éloignées d'une distance x de la surface complémentaire 37 de la butée annulaire 36. Dans ce cas, un angle inscrit f de ladite bu- tée annulaire 36 est plus petit qu'un angle inscrit Cc déli- mité par les branches de l'organe élastique 34; cet angle est supérieur à un angle inscrit t de l'élément d'étan- chéité 31, l'angle ét6ant alors plus petit que ledit angle t. On obtient ainsi le rapport: 7 > 1. Les angles E, r et p peuvent alors mesurer, respectivement, 120 , et 600. Dans la position comprimée (position de travail) de la garniture d'étanchéité 15 illustrée sur la figure 3, les éléments d'étanchéité 31 à 33, sont poussés vers le bas par le manchon taraudé 17, l'organe élastique 34 écartant en même temps les branches desdits éléments d'étanchéité 31 à 33, ces derniers venant ainsi au contact de faces d'étanchéité 42 et 43, en permettant d'obtenir l'effet d'étanchéité recherché. Le milieu, passant par une fente annulaire 38 séparant le piston de dosage 6 et le cylindre de dosage 3,rencontre l'élément d'étanchéité 31 et accroit ainsi l'effet d'étanchéité. Lorsque le manchon taraudé 17 est déplacé, la distance x (figure 2) entre les branches de l'organe élasti- que 34 et la surface complémentaire 37 diminue pour devenir la distance x1 (fiure 3).. L'angle A' inscrit par les élé- ments d'étanchéité 31 à 33 ide la figure 2 atteint une valeur t1 plus importante, o 1 r. L'angle CC délimité par les branches de l'organe élastique 34 dela figure 2 diminue alors pour atteindre une valeur Ct (figure 3), o Co1 La figure 3 illustre en outre une autre forme de réalisation dans laquelle un autre organe élastique 34a est intercalé entre les deux éléments d'étanchéité 32 et 32'. En fonction du nombre des éléments d'étanchéité 31 à 33, il peut être prévu d'autres organes élastiques 34a. Le figure 4 illustre la garniture d'étanchéité 15 de la figure 3 à l'état comprimé (position de travail), et en plus dans la position qu'elle occupe après une certaine du- rée de fonctionnement. Il ressort de cette figure que le milieu 40 a pénétré, par la fente annulaire 38, dans les régions comprises entre les éléments d'étanchéité 31 et 32 et les faces '42 et 43 du piston 6 et du cylindre 3. Cette pénétration du milieu a pour effet d'écarter les éléments d'étanchéité 31 et 32 des faces 42 et 43 (intervalle 45), phénomène rendu possible et compensé par l'organe élastique 34 jusqu'à ce que ses rebords 35 vien- nent au contact de la surface complémentaire 37 (X2 = 0), la force exercée par cet organe 34 augmentant. Dans ce cas, l'angle o a atteint sa valeur minimale cC 2 et l'organe élastique 34 exerce sa force maxi- male. L'angle 'r inscrit par l'élément d'6tanchéité 31 de- vient alors 7P2 et correspond ainsi à la valeur O 2 C2 La force élastique a pour effet, dans les pha- ses pendant lesquelles la surpression diminue ou est tota- lement supprimée dans la chambre de pression 16, de ramener l'angle oC délimité par les branches de l'organe élastique 34 de sa valeur O 2 à sa valeur OC,, c'est-a-dire de le faire se courber à nouveau, d'o il résulte que le milieu 40 ayant pénétré dans la région des faces d'étanchéité 42 et 43 est refoulé, et que les éléments d'étanchéité 31 et 32 viennent à nouveau directement au contact des faces 42 et 43 du pis- ton 3 et du cylindre 6 respectivement (figure 3). Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 2 4 7 1529 R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif destiné à assurer l'6tanch6ité entre deux composants d'un appareil, qui pr6sentent en particulier des faces d'étanchéit6 annulaires, comprenant plusieurs éléments d'6tanchéit6 dotés d'une section approximativement en V, r6alis6s en un mat6riau souple et se succédant pour constituer une garniture d'6tanchéit6, l'un des éléments externes de ladite garniture prenant appui, par sa face extrême libre, de pr6férence plane, contre l'un I0 desdits composants de l'appareil, tandis que l'autre 616- ment externe de la garniture est appliqué,par sa face extrê- me configur6e en V, contre une surface compl6mentaire de l'autre desdits composants, les faces latérales d'étanch6it6 de chaque él6ément pouvant venir en contact étanche avec lesdits deux composants, notamment d'un ensemble cylindres- pistons destin6 à l'élaboration d'un mélange de constituants d'une matière plastique, tels qu'un polyol ou un isocyanate, entrant facilement en r6action, dispositif caractéris6 en ce qu'un organe élastique (34), intercal6 entre l'élément d'étanchéité externe (31) mentionné en second lieu et ladite surface complémentaire (37), présente une face et une section en V et des dimensions de base à peu près analogues à celles desdits éléments d'étanchéité, l'angle (oO compris entre les deux branches de cet organe en V étant supérieur, à l'état libre dudit organe, à l'angle ('') formé par la confor- mation en V de la face extrême libre dudit élément d'étan- chéité externe (31), et en ce que ladite surface complémen- taire a une forme telle que, lorsque ledit organe élastique est comprimé par lesdits éléments d'étanchéité (31, 32, 33), une diminution dudit angle (c inscrit entre les deux branches dudit organe en V soit possible, de manière que ledit angle réduit soit plus petit que ledit angle (tt) formé par la fa- ce extrême libre dudit élément (31). 2. Dispositif selon la revendication l, carac- térisé en ce que la surface complémentaire (37) présente une section en V, l'angle (ô) qu'elle délimite étant plus petit que l'angle (ô) formé par la face extrême libre de l'élé- ment d'étanchéité externe (31). il 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractéris6 en ce que la face complémentaire (37) est celle d'une but6e annulaire individuelle (36) ins6ra- ble, cette dernière pr6sentant plusieurs canaux (39) orien- tés radialement et dispos6s de préférence sur la face ex- trême opposée à ladite surface compl6mentaire. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un angle (cC) délimit6 par les branches de l'organe élastique (34) mesure environ 120 à l'6tat détendu dudit organe. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre des bran- ches de l'organe élastique (34) comporte un rebord (35)0 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caract6risé en ce qu'au moins un autre organe élastique (34a) est disposé entre les 6léments d'é- tanchéité individuels (32, 32').