Brevet FR2476260A1 — publié le 19810821

I DISPOSITIF D'ETANCHEITE. La présente invention se rapporte à un dispositif d'étanchéité d'une fente située entre deux éléments dé- plaçables linéairement l'un dans l'autre, par exemple le cylindre et le piston ou la tige de piston d'un vérin, ledit dispositif comportant une garniture d'étanchement de la fente, garniture qui est montée dans une rainure de l'un desdits éléments, la surface du fond de la rai- nure étant inclinée par rapport au sens de déplacement des éléments. L'invention se rapporte plus particulièrement aux garnitures compactes des ensembles cylindre-piston de machines, par exemple, pour travaux publics, tels les engins de terassement et de transport, o les garnitures sont soumises à des pressions élevées et à l'influence souvent dure du milieu de travail. Le but des garnitures des ensembles cylindre-piston est d'empêcher les fuites du fluide sous pression d'un cylindre hydraulique. Pour ce but on fait appel de nos jours le plus souvent à des garnitures, dites compactes, de matière élastique. La garniture compacte possède le grand avantage d'assurer une bonne étanchéité à des pres- sions basses et hautes. A de basses pressions l'étanchéité est obtenue du fait que la garniture est montée comprimée radialement entre la surface statique et la surface mobile de l'ensemble cylindre-piston. A de hautes pressions l'étanchéité augmente du fait que la garniture est serrée plus fortement contre la surface mobile. La garniture est composée d'un élément légèrement en forme de coin. En général, on emploie du caoutchouc nitrile résistant à l'abrasion pour la garniture. Dans les cas o les tempé- ratures de fonctionnement sont au-dessus de 1000C ou que l'on se sert de fluides sous pression aggressifs, la gar- niture peut être en d'autres matières, par exemple le caoutchouc synthétique fluorocarboné. La garniture est insérée dans une rainure de section en U, par exemple dans le couvercle d'un cylindre, pour assurer l'étanchéité par rapport à une tige de piston qui traverse le couvercle de cylindre. La garniture est réalisée, par rapport à la rainure,- de façon à être montée comprimée radialement lorsque la tige de piston est passée par le couvercle du cylindre, de sorte que la garniture du joint d'étanchéité soit comprimée entre la surface du fond de la rainure et la tige de piston. L'étendue de la garniture dans le sens de déplacement de la tige de piston est inférieure à l'étendue correspondante de la rainure, d'o résulte la formation d'un espace entre une face latérale de la rainure et la garniture. Cet espace est relié au cylindre hydraulique par un canal qui conduit le fluide sous pres- sion à la rainure de la garniture. Les différences de pression dans le cylindre hydraulique sont propagées par ledit canal du côté de pression de la garniture et la pression est répartie sensiblement uniformément dans toute la garniture. La garniture du joint d'étanchéité est comprimée axialement lorsque la pression augmente, de façon à être serrée plus fermement, d'une part, contre la surface du fond de la rainure et, d'autre part, contre la tige de piston, ce qui augmente l'étanchéité. En vue d'empêcher l'extrusion, à savoir l'expulsion de la gar- niture dans la fente qui se forme entre la tige de piston et le couvercle du cylindre du côté à basse pression, le joint d'étanchéité compact se compose de préférence de trois éléments. Le premier élément est une bague d'appui qui est placée, par exemple, dans une rainure aménagée dans une armature qui est le deuxième élément intercalé entre la bague d'appui et la garniture propre- ment dite qui est le troisième élément du joint d'étanchéi- té. L'armature fait fonction d'élément intermédiaire compensateur qui supporte la garniture et l'empêche d'être expulsée. L'armature consiste d'une matière plus dure que celle de la garniture et est, par exemple, une matière non stratifiée contenant une grande quantité de fibres à orientation irrégulière dans une matière caout- chouc synthétique résistante à l'usure, par exemple le caoutchouc nitrile ou caoutchouc synthétique fluorocarboné. Grâce à cette matière de l'armature il est possible de lier l'armature à l'élément de garniture et d'obtenir un joint d'étanchéité homogène. La liaison entre la garni- ture et l'armature est pratiquement inséparable. La bague d'appui qui peut être disposée mobile dans une rainure de l'armature est par exemple en plastique acétalique. Ce joint d'étanchéité antérieur a l'inconvénient d'être monté dans une rainure "fermée". Un autre incon- vénient est qu'il n'est pas efficace lorsqu'il y a de trop grands jeux entre la tige de piston mobile et le cou- vercle du cylindre. La raison en est que la garniture, à de basses pressions, ne compense un jeu augmentant que par sa compression radiale. Le but de la présenteinvention est de fournir un joint d'étanchéité compact du type sus-décrit qui supprime les inconvénients des joints d'étanchéité compacts jusqu'ici utilisés. Ce but est atteint par la réalisation d'un disposi- tif d'étanchéité qui se caractérise par le fait que ladite garniture est montée dans la rainure à l'état com- primé tant dans ledit sens de déplacement que perpendicu- lairement à ce sens. Le dispositif d'étanchéité conforme a l'invention possède plusieurs avantages par rapport à la technique antérieure. En premier lieu, du fait de la compression axiale de la garniture le joint d'étanchéité peut neutra- liser l'effet de la matière enlevée par l'usure de la garniture et/ou le jeu augmentant entre la tige de piston et le couvercle du cylindre. En-outre, le joint d'étanchéi- té est plus facile à monter grâce à la rainure ouverte dans laquelle il est placé. L'invention sera décrite plus en détail ci-après en référence aux dessins annexés sur lesquels:- - La figure 1 est une section d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'étanchéité à simple effet; - La figure 2 est une section d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'étanchéité également à simple effet; - La figure 3 est une section d'une variante à double effet du dispositif d'étanchéité conforme aà l'invention; et - La figure 4 représente une modification de la rainure dans laquelle est placé le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention. La figure 1 est une section par le couvercle 1 d'un cylindre et une tige de piston 2 logée dans le couvercle. L'étanchéité d'une fente d entre le couvercle de cylindre et la tige de piston est assurée par un joint d'étanchéité compact 7 qui entoure la tige de piston et qui est monté dans une rainure 3 aménagée dans le couvercle du cylindre. La rainure 3 présente une surface de fond 4 qui est inclinée par rapport au sens axial de la tige de piston, et des surfaces latérales 5 et 6. La surface de fond forme un angle a avec le sens axial, a étant compris entre 5 et 350. C'est là la différence fondamentale entre le dis- positif d'étanchéité conforme à l'invention et les dis- positifs d'étanchéité de la technique antérieure. De plus, la surface latérale 5 se termine à la distance a de la tige de piston, pendant que la surface latérale 6 s'étend d'une telle distance en avant vers la tige de piston que ce n'est que la fente étroite d qui sépare la tige de piston 2 et le couvercle de cylindre 1. Le joint d'étanchéité est composé des éléments sus- décrits, à savoir la garniture 8, l'armature 9 et la bague d'appui 10. A l'état non comprimé, les dimensions du joint d'étanchéité sont légèrement supérieures à celles de la rainure, d'o résulte que la compression du joint sera tant radiale qu'axiale lorsque le joint est monté dans la rainure entre la tige de piston et le couvercle de cylindre 1. En outre, la rainure 3 est "ouverte", - c'est-à-dire qu'elle est accessible pour permettre le montage manuel d'un joint d'étanchéité 7. Le fluide hydraulique du cylindre agit sur le joint d'étanchéité par le large passage qui se forme par l'écartement a entre le couvercle de cylindre et la tige de piston'. Donc, la pression s'exerce sur une partie de la face supérieure, ou côté de pression, de la garniture 8. C'est là une différence par rapport à la technique antérieure o la pression est appliquée à toute la face supérieure de la garniture. L'accroissement de la pres- sion augmente l'effort exercé sur une surface délimitée de faible étendue, ce qui donne une étanchéité plus efficace, notamment lors de grands efforts latéraux et de grands jeux. L'armature 9 et la bague d'appui 10 sont en forme de coins orientés radialement vers l'extérieur, d'.o résulte que le joint est déchargé en ce que l'effort est transmis à la surface mobile, lorsqu'une pression accrue est appliquée à la garniture 8. Bien entendu, l'armature et la bague d'appui servent également à empêcher l'expul- sion de la garniture dans la fente d. Le choix de matière et la réalisation de l'armature font que le frottement du joint par rapport à la tige de piston est maintenu à une faible valeur et que le joint d'étanchéité devient fort résistant à l'usure. L'armaturo 9 peut ctre réalisé de diverses façons, par exemples approximativement en forme de L, comme dans la figure 1, ou en forme d'un parallélogramme ou triangle. La réalisation du joint d'étanchéité 7 et de la rainure 3 permet d'obtenir un dispositif d'étanchéité "auto-ajustant".Du fait que la surface de fond 4 de la rainure 3 est inclinée sous l'angle a par rapport au sens axial de la tige de piston 2 et que le joint d'étanchéité est comprimé axialement dans la rainure 3, le joint va neutraliser l'effet de matière qui est enlevée par l'usure de la garniture 8 et/ou un jeu, ou fente d, accru entre la tige de piston et le couvercle de cylindre 1. Cet auto-ajustage s'obtient du fait que la compression axiale est -transmise en une force qui à cause de l'effet de calage ou coinçage entre la surface de fond 4 de la rainure 3 et la garniture 8 agit sur celle-ci en direc- tion de la tige de piston. La bague d'appui 10 qui est en matière dure peut être placée dans la rainure en état non fendu du fait que la rainure est ouverte. Il en est de mime de l'armature relativement rigide 9. La figure 2 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la distance a entre le couvercle du cylindre et la tige de piston est plus faible, la rainure 3 étant devenue plus profonde. Le but de cet agencement est d'augmenter l'effet élastique axial. Il convient de noter que l'invention peut être appliquée à des garnitures à simple effet et à double effet ainsi que dans les vérins pneumatiques. La figure 3 montre un tel joint d'étanchéité à double effet 7, 7' comportant deux garnitures inversées à simple effet du genre représenté dans les figures 1 et 2. L'utilisation d'une rainure classique en forme d'un canal en U dans lequel est placé un coin, par exemple en plastique, pour obtenir la surface de fond inclinée envisagée de la rainure tombe également dans le cadre de l'invention. La figure 4 montre une rainure 3" dont une surface latérale 5" forme un angle e avec la normale à la tige de piston. Le joint d'étanchéité et la tige de piston ne sont pas représentés dans la figure 4. La réalisation du joint d'étanchéité de façon à correspondre à la forme de la rainure 3" facilite le montage du joint. Les angles préférés sont a = 250 et e = 260. - REVENDICATIONS - 1. Dispositif d'étanchéité d'une fente (d) située entre deux éléments (1, 2) déplaçables linéairement l'un dans l'autre, par exemple le cylindre et le piston ou la tige de piston d'un vérin, ledit dispositif comportant une garniture (7) d'étanchement de la fente, garniture qui est montée dans une rainure (3) de l'un (1) desdits éléments, la surface (4) du fond de la rainure étant inclinée par rapport au sens de déplacement des éléments, caractérisé par le fait que ladite garniture (7) est montée dans la rainure (3) à l'état comprimé tant dans ledit sens de déplacement que perpendiculairement à ce sens. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une surface latérale (5) de la rainure (3) se termine à une telle distance (a) de l'autre élément (2) que la garniture peut être introduite dans la rainure (3) par l'écartement formé par la distance (a) entre les premier et second éléments (1, 2).