Brevet FR2474630A1 — publié le 19810731

Dispositif d'étanchéité pour isoler de façon étanche deux espaces dont les pressions sont différentes. L'invention concerne un dispositif d'étanchéité pour isoler de façon étanche deux espaces dont les pressions sont différentes, dans lequel un élément d'étanchéité, qui est constitué par un corps-support et un ressort qui y est couplé, est monté avec une certaine pré-tension entre deux parois parallèles et peut se déplacer par rapport à au moins une paroi qui comporte une ouverture devant être fermée de façon étanche. Dans un dispositif d'étanchéité de ce type (de- mande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le no 22 55 278), le corps-support en forme de plaque est appuyé de façon étanche sur une des parois. Le ressort est constitué par une pièce de tôle cin- trée; sa partie centrale plane est enfilée sur des broches du corps-support; quatre bras repliés s'ap- puient, avec une certaine pré-tension, sur la paroi en regard. En raison de la surface d'appui importante, les forces élastiques nécessaires pour obtenir une étanchéité suffisante sont importantes. Cela conduit à des forces de frottement élevées. En outre, des surfaces d'étanchéité importantes sont sensibles à la pollution. L'invention se propose de fournir un dispositif d'étanchéité du type mentionné ci-dessus qui est moins sensible à la pollution, qui peut être fabriqué de façon peu coûteuse et qui assure une étanchéité suffi- santé avec des forces relativement faibles. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait que le ressort est un ressort à disque qui est fixé de façon étanche sur le corpssupport dans la région d'un de ses périmètres et dont les parties qui s'appuient sur la paroi dans la région de l'autre périmètre forment un bord d'étanchéité fermé. Un tel dispositif d'étanchéité possède une sur- face d'étanchéité relativement faible qui n'est pas sensible à la pollution. Déjà de faibles forces élas- tiques suffisent pour obtenir au niveau du bord d'é- tanchéité des pressions superficielles relativement importantes qui conduisent à une bonne étanchéité cor- respondante. La fabrication est peu coûteuse étant donné que les ressorts à disque sont bon marché. Etant donné que le ressort à disque assume aussi bien la fonction d'un ressort de pression que la fonction d'un élément d'étanchéité, l'encombrement est égale- ment faible. Lorsque les conditions de pression sont choisies de manière que la pression la plus élevée puisse agir dans l'espace entre le ressort à disque et le corps-support, il apparaît une compensation de pression automatique du fait que la pression à isoler agit dans le même sens que la force du ressort à dis- que. En particulier, le ressort à disque peut être fixé sur le corps-support dans la région du périmètre du perçage. Le bord d'étanchéité se-trouve par consé- quent au niveau du périmètre extérieur du ressort à disque et la press-ion à éliminer entourant extérieure- ment l'élément d'étanchéité agit dans le même sens que la face du ressort à disque. Dans un mode de réalisation préféré, un second ressort à disque de même type est prévu, symétrique- ment par rapport au premier ressort à disque, entre l'autre côté du corpssupport et la seconde paroi. De cette manière, on obtient un élément d'étanchéité tota- lement symétrique. Ceci a des avantages mécaniques du fait que-lors du mouvement relatif, il apparaît des faces de frottement sensiblement identiques des ceux côtés. L'usure est également la même des deux côtés. Lorsqu'on doit isoler des deux côtés une pression qui règne entre les parois, il apparaît des conditions absolument identiques au niveau des deux zones d'étan- chéité. En particulier, la pression exercée sur le corps-support s'élimine d'elle-même. L'élément d'étan- chéité se centre également de lui-même; par rapport à une construction comportant un corps-support en for- me de plaque s'appuyant de façon étanche, les exi- gences quant au parallélisme des plans des surfaces d'étanchéité en regard ne sont pas sévères. De façon avantageuse, le bord d'étanchéité com- porte une surface plane. Ceci peut être obtenu par exemple par rectification plane. De cette manière, le bord d'étanchéité est plan de sorte que la pression superficielle ne prend pas des valeurs trop importan- tes. Le corps-support et le ressort à disque peuvent notamment être en acier. Ceci est intéressant et pas seulement pour des raisons mécaniques. Au contraire, on utilise pour l'élément d'étanchéité de l'acier résistant à la corrosion dans de nombreux processus chimiques. En outre, un tel dispositif d'étanchéité résiste à des températures élevées. A ce sujet, il est avantageux que l'acier du ressort à disque soit trempé au moins au niveau du bord d'étanchéité. Ceci augmente la durée de vie. On obtient également le même effet lorsque le ressort à disque est muni d'un revêtement en matériau dur, par exemple en carbure de titane, au moins au niveau du bord d'étanchéité. Dans d'autres cas, il est cependant également possible de réaliser le corms-support et le ressort à disque en matière synthétique. La matière synthétique a souvent un extraordinairement bon effet d'étanchéité, même dans le cas de forces de pression plus faibles. Dans la plupart des cas, elle peut également être choisie de manière à résister à l'agent devant être- isolé de façon étanche. Une possibilité-particulièrement simple pour réu- nir de façon étanche le ressort à disque et le corps- support consiste à les réunir par soudage par pres- sion. Ceci est valable aussi bien pour les éléments d'étanchéité en acier que pour ceux en matière synthé- tique. A ce sujet, il est recommandé que le corps-support comporte sur sa face frontale un rebord circulaire dont le diamètre est légèrement plus important que le diamètre du perçage du ressort à disque. Ce rebord forme une surface d'appui définie lors du processus de soudage, au niveau de laquelle se forme un cordon de soudure régulier. Un élément d'étanchéité en matière synthétique peut également être moulé par injection d'une seule pièce. Un avantage particulier réside dans le fait que le corps-support peut comporter un perçage central. En effet, l'espace se trouvant à l'extérieur de l'élé- ment d'étanchéité est rendu étanche de façon sure vis-à-vis de ce perçage central étant donné que le ressort à disque est couplé de façon étanche avec le corps-support. L'élément d'étanchéité peut en outre être rendu solidaire en rotation d'un arbre tournant passant par une ouverture ménagée dans les parois. Par conséquent, il convient non seulement pour des mouvements relatifs linéaires, comme c'est le cas pour un tiroir plan pour une soupape, mais également pour des mouvements de rotation. L'élément d'étanchéité joue alors le râle des garnitures à anneau glissant connues. Dans un mode de réalisation préféré, le corps- support comporte une denture extérieure qui coopère avec un autre élément denté, par exemple'un tiroir tournant denté, et le perçage central est traversé par l'arbre. La pression apparaissant dans la région des éléments dentés est isolée de manière étanche de façon sûre des deux côtés. Une autre possibilité consiste à réaliser les ouvertures des parois sous la forme de fentes dans lesquelles un axe couplé à l'élément d'étanchéité peut se déplacer transversalement par rapport à sa dimen- sion longitudinale, et à prévoir un diamètre du bord d'étanchéité du ressort à disques plus important que la longueur des fentes. De cette manière également, une pression régnant entre les parois peut être isolée de façon étanche des deux côtés malgré la mobilité de l'élément d'étanchéité. L'élément d'étanchéité convient notamment pour fermer de façon étanche l'organe d'actionnement d'un tiroir plan en direction de l'extérieur, étant donné que dans ce cas, on ne dispose que de peu de place. La présente invention sera mieux comprise à l'ai- de de la description suivante de plusieurs modes de réalisation préférés, mais non limitatifs, représentés aux dessins annexés sur lesquels: - la figure l est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'un élément d'étan- chéité; - la figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation dans lequel l'élément d'étanchéité de la figure 1 est utilisé comme tiroir plan; - la figure 3 est une vue en coupe d'un second exemple de réalisation d'un élément d'étanchéité - la figure 4 est une vue en coupe partielle d'un boltier dans lequel cet élément d'étanchéité est uti- lisé comme organe d'actionnement pour un tiroir plan tournant - la figure 5 est une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation d'un élément d'étanchéité; - la figure 6 est une vue en coupe partielle d'un boitier dans lequel cet élément d'étanchéité sert d'or- gane d'actionnement pour un tiroir plan qui peut des- cendre et monter; - la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'une soupape avec un tiroir plan; et - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne A-A de la figure 7. L'élément d'étanchéité 2 de la figure 1 comporte un corps-support 4 en forme de plaque qui est muni de chaque côté d'un ressort à disque ou rondelle 6 et 8. Le corps-support 4 est une plaque circulaire sans ou- vertures qui comporte respectivement de chaque côté un renfoncement 10 et 12 dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre du perçage 14, 16 des ressorts à disque 6 et 8. Sur le bord du renfoncement 10 est for- mé un rebord annulaire 18 au niveau duquel le ressort à disque 6 est couplé rigidement et de façon étanche au corps-support 4, par soudage par pression. Sur le bord du renfoncement 12 est formé un rebord annulaire au niveau duquel le ressort à disque 8 est couplé rigidement et de façon étanche au corps-support 4, par soudage par pression. Les deux faces frontales sont.soumises à une rectification plane de manière à obtenir une surface annulaire formant un bord d'étan- chéité 22 dans le cas du ressort à disque 6, et-une surface annulaire formant un bord d'étanchéité 24 dans le cas du ressort à disque 8. Sur la figure 2, l'élément d'étanchéité 2 est uti- lisé comme tiroir olan dans un perçage 26 d'un organe de réglage de soupape 28 qui peut tourner autour.d'un axe se trouvant dans le plan du dessin. Un boitier de soupape 32 est formé par deux parties de boitier 34 et 36 qui sont pressées l'une contre l'autre avec interposition d'une garniture d'étanchéité. Dans la section 34 du boîtier se trouve une section de canal 38 qui se termine par une paroi 40. Dans la section de boîtier 36 se trouve une section de canal 42 qui se termine par une paroi 44. Les bords d'étanchéité 22 et 24 des ressorts à disque 6 et 8 s'appuient, en étant soumis à une pré-tension, sur ces deux parois 40 et 44. Dans la position représentée, les sections de canaux 38 et 42 sont séparées par deux zones d'étan- chéité disposées l'une derrière l'autre. Ceci corres- mond à un tyne de bague à labyrinthe dans lequel deux zones d'étanchéité 46 et 48 sont disposées l'une der- rière l'autre. Lorsque la pression plus importante p1 règne dans la section de canal 38 et la pression plus faible P2 règne dans la section de canal 42, il s'ins- talle dans l'esnace 50 situé entre les deux parois 40 et 44 une pression p3 qui se trouve sensiblement au milieu des deux pressions p1 et P2. Ceci signifie que cette pression agit sur la face arrière des ressorts à disque 6 et 8 et de ce fait agit dans le&mème sens que la force exercée par les ressorts. Lorsqu'on fait tourner l'organe de réglage 28, les sections de canaux 38 et 42 sont mises en communication par l'intermé- diaire d'un perçage, décalé suivant la direction péri- phérique, ménagé dans l'organe de réglage 28. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, l'élément d'étanchéité 52 est constitué par un corps- support 54 et les deux ressorts à disque 56 et 58. Ceux-ci sont fixés sur la plaque-support de la même façon que sur la figure 1. La différence réside darns le fait que le corps-sumport comporte une denture 60 à l'extérieur et un verçage central 62 qui comporte des nervures axiales 64 pour former un accouplement à cannelures avec un arbre 66. Comme on le voit sur la figure 4, l'arbre 66 est monté dans deux coussinets 68 et 70 qui sont disposés dans deux parties 72 et 74 d'un boîtier 76. Les faces 2474630- -frontales des deux coussinets forment des parois 78 et 80 sur lesquelles s'appuie le bord d'étanchéité des ressorts à disque 56 et 58. La denture 60 coopère avec une autre roue dentée 82 qui: peut être par exem- ple un tiroir plan tournant, une partie d'un engrenage ou un organe semblable. L'espace 84 entre les parois 78 et 80 peut par exemple être soumis à une pression plus élevée p4 qui est isolée de l'extérieur par les deux zones d'étanchéité 86 et 88. A ce sujet, il n'est pas nécessaire que l'arbre 66 traverse le perçage cen- tral 62 de façon étanche. Dans les deux cas mentionnés ci-dessus, les bords d'étanchéité 22 et 24 peuvent être trempés et recou- verts de carbure de titane pour améliorer les caracté- ristiques d'usure et de glissement. - Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'é- lément d'étanchéité 102 est moulé par injection d'une seule pièce à partir d'une matière synthétique. Un corps-support 104 et deux ressorts à disque 106 et 108 sont couplés par l'intermédiaire de zones de cou- plage intérieures 110 et 112. En outre, il est prévu un perçage central 114. Sur la figure 6, cet élément d'étanchéité 102 est couplé à un axe 116 qui peut remonter et descendre en direction de la flèche 120, à l'aide d'un organe d'actionnement 118. Un bottier 122 est constitué par deux parties 124 et 126. Des pièces d'insertion 128 et 130 comportent respectivement une fente verticale 132 et 134 dans laquelle l'axe 116 est guidé vertica- lement. Des parois 136 et 138 forment, avec les res- sorts à disque 106 et 108, deux zones d'étanchéité et 142 qui isolent de l'extérieur la pression p5 régnant dans l'espace intérieur 144 entre les parties de boltier 124 et 126. L'élément d'étanchéité 102 est logé dans un perçage 146 d'un tiroir plan 148 qui comporte plusieurs ouvertures 150 et qui est poussé par un ressort 152 contre une grille 154 fixée rigide- ment dans la partie de boîtier 124 et comportant éga- lement plusieurs ouvertures 157. Le mouvement de re- montée et de descente de l'organe d'actionnement 118 ouvre et ferme la soupape à tiroir plan, la pression régnant dans les canaux de raccordement 157 et 158 se trouvant ainsi isolée vis-à-vis de l'extérieur. Dans la forme de réalisation des figures 7 et 8, dans un boîtier 160 est disposée une grille fixe 162 comportant des ouvertures 164 et le long de laquelle peut se déplacer un tiroir plan 166 comportant des ouvertures 168. Le tiroir plan est chargé par un ressort 170 et peut être déplacé au moyen d'un bras 172 se trouvant sur un arbre d'actionnement 174. L'ar- bre d'actionnement 174 comporte un corps-support 176 sur les faces frontales duquel est respectivement fixé un ressort à disque 178, 180. Le bord d'étanchéité du ressort à disque 178 s'appuie sur une paroi 182 d'une douille 184, et le bord d'étanchéité du ressort à dis- que 180 s'appuie sur une paroi 186 d'une douille 188. Cette dernière peut être déplacée axialement au moyen d'un manchon fileté 190. De cette manière, on peut régler la force de-pression des deux ressorts à disque 178 et 180. Dans ce cas également, la pression P6 ré- gnant dans l'espace intérieur 192 du boîtier 160 est isolée vis-à-vis de l'extérieur par l'effet d'étan- chéité du ressort à disque 180. Le ressort à disque 178 sert simplement à oositionner le corps-support 176 de façon symétrique. Celui-ci constitue donc, en coo- pération avec le ressort à disque 180, un élément d'étanchéité 194 pour faire sortir l'arbre d'action- nement 174 de façon étanche. On obtient de cette manière un couplage étanche qui peut être fabriqué de façon simple et peu coûteuse. L'élément d'étanchéité compense les petites inégalités entre les deux surfaces de paroi et s'ajuste de lui- même. Les matériaux peuvent être appariés de manière à obtenir une résistance à l'usure par frottement im- portante. On peut également choisir des matériaux arbitraires qui présentent une résistance à la corro- sion importante dans le cas d'agents corrosifs. Etant donné que la pression agit partiellement sur les faces arrières des ressorts à disque, lorsque la pression augmente dans l'espace situé entre les deux parois, la force de pression pour assurer l'étanchéité de- vient également plus importante. il REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour isoler de façon étanche deux espaces dont les pressions sont diffé- rentes, dans lequel un élément d'étanchéité, qui est constitué par un corps-support et un ressort qui y est couplé, est monté avec une certaine pré-tension entre deux parois parallèles et peut se déplacer par rapport à au moins une paroi qui comporte une ouver- ture devant être fermée de façon étanche, caractérisé en ce que le ressort est un ressort à disque (6, 8: 56, 58; 106, 108; 180) qui est fixé de façon étanche sur le corps-support (4; 54; 104; 176) dans la région d'un de ses périmètres et dont les parties qui s'appuient sur la paroi (40, 44; 78, 80; 136, 138; 186) dans la région de l'autre périmètre forment un bord d'étanchéité fermé (22, 24). 2. Dispositif suivant la revendication 1,. carac- térisé en ce que le ressort à disque (6, 8.; 56, 58: 106, 108; 180) est fixé sur le corps-support (4: 54: 104; 176) dans la région du périmètre du perçage. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un second ressort à disque de même type (8; -58; 108, 178) est prévu symétri- quement par rapport au premier ressort à disque (6; 56; 106; 180) entre l'autre côté du corps-support (4; 54; 104) et la seconde paroi. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord d'étan- chéité (22, 24) comporte une surface plane. 5. Disnositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps-support (4) et les ressorts à disque (6, 8) sont en acier. 6. Dispositif suivant la revendication 5, carac- térisé en ce que l'acier des ressorts à disque (6, 8) est trempé au moins au niveau du bord d'étanchéité (22, 24). 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les ressorts à disque (6, 8) possèdent un revêtement en matériau dur, tel que du carbure de titane, au moins au niveau du bord d'étan- chéité (22, 24). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps-sup- port (104) et les ressorts à disque (106, 108) sont en matière synthétique. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 5 à 8, caractérisé en ce que les ressorts à disque (6, 8) sont réunis au corps-support (4) par soudage par pression. 10. Dispositif suivant la revendication 9, carac- térisé en ce que le corps-support (4) comporte- sur sa face frontale un rebord circulaire (18, 20) possédant un diamètre légèrement supérieur au diamètre intérieur des ressorts à disque (6, 8). 11. Dispositif suivant la revendication 8, carac- térisé en ce que l'élément d'étanchéité (102) est moulé par injection d'une seule pièce. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 11, caractérisé en ce que le corps-sup- port (54, 104) comporte un perçage central (62; 114). 13. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 2 à 12, caractérisé en ce que l'élément d'é- tanchéité (52; 194) est solidaire en rotation d'un arbre tournant (66; 174) traversant une ouverture ménagée dans les parois. 14. Dispositif suivant les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le corps-support (54) com- porte une denture extérieure (60) qui coopère avec un autre élément denté (84) et que le perçage central (62) est traversé par l'arbre (66). 15. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 10, caractérisé en ce que les ouvertures 2474630: ménagées dans les parois sont des fentes (132, 134) dans lesquelles un axe (116) couplé à l'élément d'é- tanchéité (102) peut se déplacer transversalement par ranport à sa dimension longitudinale, et que le diamètre du bord d'étanchéité (22, 24) des ressorts à disque (106, 108) est plus important que la longueur des fentes. 16. Dispositif suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (52; 102; 194) isole de façon étanche vis-à-vis de l'extérieur l'organe d'actionnement (66; 116; 174) d'un tiroir plan (82: 148; 166).