Brevet FR2490309A1 — publié le 19820319

L'invention concerne un joint d'étanchéité en anneau pour un piston ou une tige de piston, composé d'un anneau à lèvres en élastomère, dont le côté tourné vers l'espace étanché porte une lèvre d'étanchéité intérieure et une lèvre d'étanchéité extérieure, dont l'une a une fonction statique et l'autre une fonction dynamique, ainsi que d'un élément récepteur destiné à recevoir l'anneau à lèvres et servant à son montage fixe sur le piston ou dans le cylindre. Les joints de ce type sont employés en particulier dans les appareils hydrauliques de puissance. Comme les pressions utilisées dans ce domaine peuvent atteindre 400 bars, les joints sont exposés à des contraintes mécaniques considérables. Pour étancher de telles pressions, on emploie habituel- lement des anneaux à gorge, qui portent deux lèvres d'étanchéité sépa- rées par une gorge profonde du côté de l'espace étanché, c'est-à-dire du côté o se trouve le fluide dont il s'agit d'empêcher le passage, qui sont montés dans un évidement annulaire du piston ou du cylindre ayant un profil angulaire et dont le côté ouvert tourné vers l'espace étanché est fermé par un anneau d'appui adapté spécialement. La fabrication et le montage de ces anneaux à gorge sont compliqués et coûteux en raison du profilage particulier de l'anneau d'appui et de l'anneau à gorge. L'invention vise donc à créer un joint d'étanchéité en anneau, pour un piston ou une tige de piston, qui présente des caractéristiques d'emploi comparables mais puisse être fabriqué plus économiquement. Selon l'invention, un joint comme indiqué au début est essentiellement caractérisé en ce que l'élément récepteur est un anneau d'appui à profil en U, dont l'ouverture est dirigée vers l'or- gane de machine se déplaçant par rapport au joint, et que l'anneau à lèvres s'applique par une lèvre d'étanchéité contre la partie de l'anneau d'appui formant la base du profil en U, orientée axialement, et par l'autre lèvre d'étanchéité contre l'organe de machine se dépla- çant par rapport au joint, l'aile de l'anneau d'appui située du côté de l'espace étanché présentant une saillie annulaire appliquée à dis- tance radiale des deux lèvres contre l'anneau à lèvres. Le joint selon l'invention forme un organe complet en soi et pouvant être monté tel quel et de façon sûre dans un évidement q correspondent d'un piston ou d'un cylindre, sans qu'il faille utiliser des moyens de fixation auxiliaires. Cette sûreté d'ancrage dans un évidement à profil angulaire résulte d'un ajustement pressé entre l'anneau d'appui ou anneau raidisseur et l'évidement dans lequel il est monté. Les tolérances dimensionnelles à prévoir pour ce montage sont depuis longtemps connues à lhonmme de l'art mais elles n'ont pas été appliquées jusqu'à présent à l'ancrage sûr d'un joint en anneau pour un piston ou une tige de piston pour très haute pression. La face orientée radialement de l'évidement à profil angulaire doit se trouver du coté opposé au coté pressione L'anneau à lèvres est en un matériau ayant des pro- priétés élastiques et son cot é loigné de l'espace étanché est entiè- rement soutenu par l'aile correspondante, orientée radialement, de l'anneau d'appui. L'anneau a lèvres est de préférence délimité axia- lement par des faces d3extrémité orientées radialement. Il peut ainsi &tre produit économiquement d'un matériau en forme de tuyau ou d'un matériau plan. Les surfaces ou les génératrices radialement inté- rieure et extérieure de l'anneau A lèvres convergent uniformément vers le c6té opposé au côté pression. Les lèvres d'étanchéité sont formées sur le c6té pression par le bord extérieur correspondant au plus grand diamètre et par le bora intérieur correspondant au plus petit diamètre de l'anneau a lèvres. L'angle d'ouverture doit être de 2 a 40 sur la lèvre à action d'étanchéité dynamique et de 0,2 a 2 sur la lèvre A action d'étanchéité statique. La saillie de l'anneau d'appui est appliquée contre la face d'extrémité de l'anneau à lèvres c8ae pression dans une région située entre les deux lèvres. La zone de contact de la saillie avec l'anneau est située de préférence au milieu à peu près entre les deux lèvres. La distance radiale qui reste de part et d'autre de la saillie évite les déformations dissymnétriquesdu profil de l'anneau à lièvres, ce qui a un effet favorable sur le comportement en vibra- tion et, partant, sur les caractéristiques d'emploi. La demanderesse a trouvé qu'un pressage particulier de la saillie contre la face d'extrémité de l'anneau à lèvres n'est pas nécessaire. Selon un mode de réalisation particulier, l'aile éloi- gnée de l'espace étanché du profil en U de l'anneau d'appui s'étend jusqu'à proximité immédiate de l'organe de machine se déplaçant par rapport au joint. Cette mesure empêche en particulier l'extrusion de parties de l'anneau à lèvres sous des pressions très élevées. Selon un mode de réalisation, l'anneau d'appui du joint selon l'invention est en tôle, de préférence en tôle d'acier, et la saillie est formée par l'extrémité de l'aile côté espace étanché du profil en U de l'anneau d'appui. Un tel anneau se laisse fabriquer de manière particulièrement avantageuse si la saillie est formée par l'enroulement vers l'intérieur de l'extrémité de cette aile sur tout le pourtour, par-un procédé de déformation mécanique connu. L'espace annulaire entouré par l'anneau à lèvres, l'anneau d'appui et la saillie peut être relié à l'espace étanché par un orifice. Cet orifice ne doit avoir qu'un très petit diamètre, compris entre 0,3 et 1 mn par exemple. Un tel orifice favorise gran- dement le comportement d'étanchéification uniforme du joint selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un joint selon l'invention monté autour d'une tige de piston; et la figure 2 est une demi-coupe axiale d'un joint selon l'invention monté sur un piston. La figure 1 représente un joint-d'étanchéité en anneau qui se compose d'un anneau d'appui 5 monté dans un évidement angulaire d'un cylindre 4 et d'un joint à lèvres 6 entouré par l'anneau d'appui. L'anneau 6 s'applique par une lèvre d'étanchéité 7 à action statique contre le côté intérieur de l'anneau d'appui 5 et par une lèvre d'étan- chéité 8 à action dynamique contre la surface de l'organe de machine se déplaçant par rapport au joint, en l'occurrence contre une tige de piston 3; il pourrait s'agir également d'un arbre. L'espace étanché, dans lequel règne une pression élevée, est désigné par 1 et l'espace sans pression est désigné par 2. L'anneau d'appui 5 est une pièce en tôle d'acier emboutie. Il possède un profil en U dont l'ouverture est dirigée radialement vers l'intérieur. La face d'extrémité de l'anneau à lèvres éloignée de l'espace étanché est soutenue sur toute son éten- due par l'aile correspondante, orientée radialement, de l'anneau d'appui 5. L'autre aile, initialement dirigée aussi radialement vers l'intérieur mais située du côté de l'espace étanché, est roulée vers l'intérieur sur tout le pourtour et son extrémité 10 est-appliquée entre les deux lèvres 7 et 8 contre l'autre face d'extrémité de l'anneau à lèvres. Le profil de l'extrémité 10 est arrondi pour évi- ter l'endommagement de l'anneau à lèvres en matériau élastique. L'espace annulaire entouré par l'extrémité 10, l'anneau à lèvres et la face orientée axialement de l'anneau d'appui est relié à l'espace étanché 1 par un orifice de décharge 9 d'un diamètre de 0,2 mm. Cet espace est donc entièrement rempli avec le même fluide que celui que contient l'espace étanché 1. En service, la circulation de liquide dans l'orifice 9 n'est pas importante. Le bouchage de cet orifice n'est donc pas à craindre. La figure 2 montre un exemple d'un joint selon l'inven- tion pour étancher un piston. Le diamètre intérieur de l'anneau d'ap- pui 12 est légèrement plus petit que le diamètre intérieur de l'évi- dement angulaire du piston 17. Après emmanchement à force du joint, on obtient ainsi une fixation solide du joint sur le piston, fixation qui ne risque pas de lâcher sous les efforts produits pendant le service. L'anneau d'appui est dans ce cas également un anneau en tôle d'acier emboutie à profil en U, dont le côté ouvert est dirigé ici radialement vers l'extérieur, et dont l'aile située du côté de l'espace étanché 1 est également roulée vers l'intérieur sur tout le pourtour du joint et de manière à former une saillie 16 appliquée entre les deux lèvres d'étanchéité contre la face d'extré- mité côté espace étanché de l'anneau à lèvres 13. Celui-ci est appli- qué par une lèvre d'étanchéité 14 à action statique contre l'anneau d'appui 12 et par une lèvre d'étanchéité 15 à action dynamique contre l'organe de machine se déplaçant par rapport au joint, en l'occurrence contre la paroi de cylindre 11. R E V E N D I C A T I 0 N S _______ ___________________ 1. Joint d'étanchéité en anneau pour un piston ou une tige de piston, composé d'un anneau à lèvres en élastomère, dont le côté tourné vers l'espace étanché porte une lèvre d'étanchéité intérieure et une lèvre d'étanchéité extérieure, dont l'une a une fonction sta- tique et l'autre une fonction dynamique, ainsi que d'un élément récepteur destiné à recevoir l'anneau à lèvres et servant à son montage fixe sur le piston ou dans le cylindre, caractérisé en ce que l'élé- ment récepteur est un anneau d'appui (5, 12) à profil en U, dont l'ouverture est dirigée vers l'organe de machine se déplaçant par rapport au joint, et que l'anneau à lèvres (6, 13) s'applique par une lèvre d'étanchéité (7, 14) contre la partie de l'anneau d'appui (5, 12) formant la base du profil en U, orientée axialement, et par l'autre lèvre d'étanchéité (8, 15) contre l'organe de machine (3, 11) se déplaçant par rapport au joint, l'aile de l'anneau d'appui située du côté de l'espace étanché présentant une saillie annulaire appli- quée à distance radiale des deux lèvres contre l'anneau à lèvres. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau à lèvres (6, 13) est délimité axialement par des faces d'ex- trémité orientées radialement. 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aile éloignée de l'espace étanché (1) du profil en U de l'anneau d'appui (5, 12) s'étend jusqu'à proximité immédiate de l'organe de machine (3, 11) se déplaçant par rapport au joint. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau d'appui (5, 12) est en tôle et en ce que la saillie est formée par l'extrémité (10, 16) de l'aile située côté espace étanché (1) du profil en U de l'anneau d'appui (5, 12). 5. Joint selon la revendication 4, caractérisé en ce que la saillie est formée par l'enroulement vers l'intérieur de ladite extrémité d'aile (10, 16) sur tout le pourtour de l'anneau d'appui. 6. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'espace annulaire entouré par l'anneau à lèvres l'anneau d'appui et la saillie est relié A l'espace étanché (1) par un orifice (9).