Brevet FR2499197A1 — publié le 19820806

L'invention concerne un joint d'étanchéité plat, notamment un joint de culasse pour moteurs à combustion interne, réalisé à partir d'un matériau métallique tendre, renforcé, le cas échéant, d'une garniture métallique et comportant des ouvertures de passage dont le bord est constitué d'une zone périphérique, voire d'une zone de fixation pour les différents éléments à assembler d'une manière étanche, alors que les zones périphériques, voire les zones de fixation, sont reliées au matériau non métallique tendre par l'intermédiaire d'éléments en tôle qui enrobent les parois extérieures de ce matériau non métallique tendre contigu. Un joint de culasse du type précité a fait l'objet du modèle d'utilité allemand n0 77 105 55. Ce joint connu comporte, comme pratiquement tous les joints de culasse connus de ce type, des ouvertures de passage dont la zone périphérique, qui présente ure section transversale en forme d'U, en- robe, par ses deux parois extérieures, les faces extérieures du matériau non métallique tendre contigu, auquel la zone périphérique se trouve ainsi directement reliée. Il incombe à la présente invention de prendre les mesures appropriées qui permettent de réduire les coûts de matériel et de montage absorbés par de tels joints d'étanchéité plats, en vue de réduire ainsi leurs coûts de pro- duction globaux. Le problème ainsi posé est résolu par le fait que, dans la plage de fixa- tion des éléments en tôle, on réalise, à partir d'un flanc au moins, par cou- dage et par cintrage appropriés, un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames, qui s'appliquent contre le flanc du. matériau non métal- lique tendre contigu. Un avantage essentiel de l'invention apparaît notamment sur les bords périphériques des ouvertures correspondant à la chambre de combustion, pra- tiquées dans les joints de culasse. Cet avantage réside dans le fait que, seul l'un des flancs du bord périphérique de l'ouverture correspondant à la chambre de combustion est à élargir pour constituer la surface d'appui, alors que, sur la face opposée, on peut supprimer entièrement le recouvrement du matériau tendre par le deuxième flanc du bord périphérique de cette même ouverture correspondant à la chambre de combustion. Sur de telles ouvertures prati- quées dans les joints de culasse, le bord de l'ouverture correspondant à la 2 2499197 chambre de combustion constitue en même temps l'élément en tôle. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on réalise, à partir d'un flanc du bord périphérique métallique couvrant l'un des côtés du matériau tendre, un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames, en les coudant dans le sens axial ou essentiellement axial d'abord, et dans le sens radial ensuite, de manière qu'ils couvrent la face opposée du matériau tendre contigu. L'invention s'applique tout spécialement aux joints de culasse sur lesquels le matériau d'étanchéité, essentiellement métallique, bordé d'un rebord péri- phérique métallique à section transversale en forme d'U, est séparé entière- ment, ou presque entièrement, du matériau tendre contigu par une rainure annulaire avec ou sans ponts de raccordement entre les matériaux. Dans ce cas, les éléments de fixation en forme de lame peuvent être incorporés direc- tement, dans le sens axial ou essentiellement axial, dans la rainure annulaire, ce qui a l'avantage de supprimer les évidements assurant le passage de ces éléments de fixation en forme de lames. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le bord périphé- rique métallique à section transversale en forme d'U couvre l'une des faces du matériau tendre contigu sur la totalité ou la presque totalité de son pourtour, alors qu'un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames, déviés par coudage du plan d'origine, s'étendent sur la face du flanc opposé du maté- riau tendre contigu. Ces dispositions permettent de presser les lames dans le matériau tendre avec une force de serrage très réduite, et d'éviter ainsi toute résistance gênante, susceptible de réduire la pression d'appui nécessaire pour assurer l'étanchéité voulue. Cette structure avantageuse peut encore être améliorée, et contribuer ainsi à réaliser d'importantes économies de matériel. Dans ce cas, il im- porte que le bord métallique périphérique à section transversale en forme d'U ne s'étende sur l'une des faces du matériau tendre contigu qu'à un certain nombre de points, de préférence trois, et qu'un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames, déviés par coudage du plan d'origine, et de préférence à partir du milieu de chacun de ces points, s'étendent sur la face du flanc opposé du matériau tendre contigu. La structure définie par l'invention concernant,notamment, le décalage 2 4 9 9 1 9 7 des éléments d'étanchéité, présente les avantages suivants: a) elle supprime les processus d'étirage, sur les flancs de la bordure péri- phérique, provoquant des largeurs de dimensions variables; b) la largeur des flancs de la bordure périphérique est exclusivement fonction des conditions de serrage et d'appui, et non des possibilités de fixation, c'est-à-dire que la structure répondant aux exigences de fonctionnement est indépendante de la structure, tout aussi importante, facilitant un mon- tage correct; c) elle supprime l'accumulation gênante du matériau, ce qui uniformise la ré- partition de la pression d'appui et de la pression d'étanchéité. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en il- lustrent divers exemples de réalisation, dépourvus de tout caractère limitatif. Sur ces dessins - la Figure 1 est une vue de moteurs à combustion interne; - la Figure 2 est une vue en - la Figure 3 est une vue en - la Figure 4 est une vue de différent de celui de la Figure 1; - la Figure 5 est une vue en - la Figure 6 est une vue en - la Figure 7 est une vue en - la Figure 8 est une vue en dessus (partielle) d'un joint de culasse pour coupe selon la ligne Il -II de la Figure l coupe selon les lignes III-III de la Figure 1 dessus (partielle) d'un joint de culasse coupe selon la ligne V-V de la Figure 4 coupe selon la ligne VI-VI de la Figure 4 coupe selon la ligne VII-VII de la Figure 4 coupe, rapportée à la Figure Z, d'un élé- ment composant préfabriqué d'un joint de culasse défini par l'invention; et, - la Figure 10 est une vue en coupe, rapportée à la Figure 3, d'un autre élément composant préfabriqué d'un joint de culasse défini par l'invention. Les joints de culasse selon les Figures 1 et 3 se composent essentielle- ment d'un matériau tendre, en forme de plaque 10, dans lequel on a incorporé des renforcements métalliques 11. Ces plaques sont traditionnellement parse- mées d'un certain nombre de perforations, telles que les perforations 12 à 16, par exemple, qui assurent, d'une manière connue, le passage des vis de fixa- tion, ainsi que l'écoulement des liquides de refroidissement, voire des pro- duits de graissage, etc. Les évidements nettement plus grands 12 corres- 4 24 9 9 1 97 pondent à la chambre de combustion et sont bordés d'un rebord périphérique métallique 17, à section transversale en forme d'U,qui protège le matériau tendre du joint de culasse se trouvant à proximité de la chambre de combustion contre les importantes contraintes thermiques et mécaniques qui y règnent. La structure détaillée de cette bordure périphérique 17 est schématisée sous une forme agrandie dans la Figure 2. On y voit tres nettement que cette bor- dure 17 comporte deux flancs 18, 19, enrobant un noyau annulaire à deux couches 20, 21, constituées d'un matériau d'étanchéité métallique. Entre ce noyau métallique 20, 21 et le matériau tendre contigu 10 se trouve une rainure annulaire 22, d'une largeur. "b". Comme on peut le voir sur la Figure 1, le flanc inférieur 18 de la bor- dure périphérique 17 porte, à chacun des trois points de leur pourtour, trois prolongements 23, 24, 25 en forme de lames, dont les deux éléments de fixa- tion extérieurs 23 et 24, en forme de lames, tracés en pointillés sur la Figure 1, se placent contre la face inférieure du matériau tendre contigu 10, alors que l'élément de fixation central 25 en forme de lame, coudé vers le haut, se place, comme le montre la Figure 2, contre la face supérieure de ce matériau tendre 10. A cet effet, cet élément de fixation central 25 en forme de lame franchit la rainure annulaire 22, qui, en l'occurrence, sert de tranchée de franchissement. La rainure annulaire 22 bloque la bordure périphérique 17 en l'empê- chant de tourner, et facilite la mise en place. La Figure 3 montre une vue, en coupe agrandie, des évidements 15 et a (Fig. 1) pratiqués dans le joint de culasse. La bordure périphérique de chacun de ces évidements 15, 15a est constituée par un élément d'appui en caoutchouc 26, 26a, doté de deux faces ondulées 27, 28. Cet élément d'appui en caoutchouc 26, 26a présente une rainure radiale 29 qui loge un élément en tôle 30 qui, dans sa zone arrière, a été incisé dans le sens radial. Cette inci- sion produit deux éléments de fixation 31, 32, voire 31a, 32a, qui sont coudés vers le haut et s'appliquent contrela face supérieure du matériau doux 10 (Figure 3). Le flanc inférieur 33 de l'élément en tôle 30, qui s'étend d'ailleurs sur tout le pourtour de l'évidement 15, voire 15a, présente également un cou- dage, mais vers le bas, et de manière qu'il s'applique contre la face inférieure du matériau tendre 10 (Figure 3). Ainsi, la section transversale du revête- 24 99197 ment en caoutchouc 26, 26a présente une figure symétrique. L'élément d'ap- pui en caoutchouc 26, 26a proprement dit, c'est-à-dire sans l'élément de fixa- tion métallique 30, peut être mis en place soit par collage, s'il est produit par petites séries sous forme d'éléments estampés, voire même sous forme d'élé- ments de grande longueur, soit par un procédé de moulage par extrusion, s'il est fabriqué en grandes séries. Le mode de réalisation d'un joint de culasse répondant aux Figures 4 à 8 sera commenté plus amplement ci-après. La structure fondamentale de cet exemple de réalisation, c'est-à-dire le matériau de base, en l'occurrence le matériau tendre 10 avec armatures métalliques 11, correspond en tous points à la structure du joint de culasse commenté en référence aux Figures 1 à 3. L'évidement 12 correspondant à la chambre de combustion comporte, tout comme l'évidement 12 de la Figure 1, un bord périphérique 17 en tôle et à section transversale en forme d'U qui, entre ses deux flancs, enserre une âme métallique 20b. L'exemple d'exécution schématisé dans les Figures 4 à 8 se différencie de l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, en référence aux Figures 1 à 3, par le fait que le flanc supérieur 19b du bord périphérique 17b de l'ouverture correspondant à la chambre de combustion s'applique, sur la plus grande par- tie du pourtour, contre le matériau tendre 10 (voir Figures 4 et 5), alors que le flanc inférieur 18b n'est prolongé qu'en quatre points de sa périphérie et s'applique, à la hauteur de chacun d'eux et par l'intermédiaire d'éléments de fixation 25b en forme de lames, contre la face inférieure du matériau tendre (Figure 7). Une particularité qui caractérise le mode de réalisation illustré par les Figures 7 et 8 réside dans le fait que le flanc 19b du bord métallique périphé- rique 17b, couvrant l'une des faces du matériau tendre et constituant la plage d'appui, comporte des moulures dans la zone de la rainure annulaire 22. Il existe en effet, par rapport à l'ouverture 12b, un certain nombre de ces mou- lures réparties en forme étoilée et à intervalles réguliers sur le pourtour de cette ouverture. Les moulures 33 agissent avantageusement comme raidisseur, et facilitent le centrage du joint. La Figure 9 schématise la mise en place du bord périphérique 17 de l'ouverture correspondant à la chambre de combustion (Figures 1 et 2). Ce 6 24 9 9197 bord périphérique 17 est une pièce préfabriquée (calibrée, et les armatures céntrées) dont l'élément de fixation 25 en forme de lame est coudé dans le sens axial, c'est-à-dire vers le haut, comme le montre la ligne continue de la Figure 9. Les deux éléments de fixation latéraux 23 et 24 en forme de lames occupent, dans cet élément préfabriqué 17, leur position définitive, c'est-à- dire une position radiale (voir également Figures 1 et 2). Dans cette présenta- tion, l'élément 17 peut être posé dans l'évidement 12 pratiqué dans le matériau tendre. Des que cette mise en place est réalisée, l'élément de fixation 25 en forme de lame est coudé, pour être placé dans le sens radial et pressé avec les forces d'appui appropriées dans ce matériau tendre 10 (lignes en pointillé). Compte tenu des surfaces des éléments de fixation 23, 24, 25, relativement petites, les forces d'appui à appliquer sont également très faibles. La Figure 10 représente une possibilité de moulage de l'élément d'ap- pui en caoutchouc 26 (Figure 3). Les parties 26 et 30 constituent une unité pré-montée. Dans la forme pré-montée, l'élément de fixation 32 en forme de lame est coudé vers le haut, tout comme dans la Figure 9, et ce n'est qu'au moment de l'adaptation de l'unité 26, 30 au matériau tendre 10 qu'il est re- courbé dans le sens radial et enfoncé dans ce matériau tendre 10. 7 y4 99 197 REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité plat, notamment joint de culasse pour moteurs à combustion interne réalisé à partir d'un matériau non métallique tendre, renforcé, le cas échéant, par une garniture métallique et comportant des ou- vertures de passage dont le bord est constitué d'une zone périphérique, voire d'une zone de fixation pour les différents éléments à assembler d'une manière étanche, alors que les zones périphériques, voire les zones de fixation, sont reliées au matériau non métallique tendre par l'intermédiaire d'éléments en tôle qui enrobent les parois extérieures de ce matériau tendre contigu, carac- térisé en ce que, dans la zone de fixation (18, 30) des éléments en tôle, on réalise, à partir d'un flanc au moins, par coudage et cintrage appropriés, un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames (25, 31, 32), qui s'appliquent contre le flanc du matériau non métallique tendre contigu (10). Z - Joint d'étanchéité plat selon la revendication 1, -dont les ouvertures de passage comportent une bordure périphérique métallique à section transver- sale en forme d'U, et dont cette bordure périphérique constitue en même temps l'élément en tôle, caractérisé en ce qu'à partir du flanc (18, 19b) du bord péri- phérique (17, 17b) qui s'applique contre l'une des faces du matériau non métal- lique tendre (10), on dégage un certain nombre d'éléments de fixation (25, 25b) en forme de lames qui sont déviés par coudage dans le sens axial ou essentiel- lement axial d'abord, et dans le sens radial ensuite, de manière qu'ils s'ap- pliquent contre la face opposée de ce même matériau tendre (10). 3 - Joint d'étanchéité plat selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le matériau non métallique tendre (10) porte des évidements (22) qui sont garnis d'éléments de fixation en forme de lames (25, 25b, 31, 32), dirigés dans le sens axial ou essentiellement axial. 4 - Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le matériau d'étanchéité, essentiellement métallique, doté d'une bordure péri- phérique métallique à section transversale en forme d'U, est séparé entière- ment, ou presque entièrement, du matériau non métallique tendre contigu par une rainure annulaire avec ou sans ponts de raccordement, caractérisé en ce que la rainure annulaire (22) est garnie d'éléments de fixation (25) qui la traversent dans le sens axial, ou essentiellement axial, - Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 8 9499197 1 à 3, caractérisé en ce que la bordure périphérique métallique à section transversale (17b) en forme d'U couvre l'une des faces du matériau non mé- tallique tendre contigu (10) sur la totalité ou la presque totalité de son pour- tour, alors qu'un certain nombre d'éléments de fixation en forme de lames (25b), déviés par coudage du plan d'origine, s'appliquent. contre la face du flanc opposé du matériau tendre (10) contigu. 6 - Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la bordure métallique périphérique à section trans- versale en forme d'U ne s'étend que sur l'une des faces du matériau non mé- tallique tendre contigu (10), qu'à un certain nombre de points, de préférence trois, et en ce qu'un certain nombre d'éléments de fixation (25) en forme de lames, déviés par coudage à partir du plan d'origine, et de préférence à par- tir du milieu de chacun de ces points, s'étendent sur la face opposée du maté- riau non métallique tendre contigu (10). 7 - Joint d'étanchéité plat selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bordure métallique périphérique à section transversale en forme d'U (17) s'étend sur l'une des faces du matériau non métallique tendre contigu (10) à l'aide de deux éléments de fixation (23, 24) en forme de lames, et en ce que, entre ces deux éléments de fixation (23, 24), et plus précisément au milieu, se trouve un troisième élément (25) coudé, qui s'applique contre la face oppo- sée du matériau non métallique tendre contigu (10). 8 - Joint d'étanchéité selon la revendication 7, dans lequel la bordure périphérique de certaines ouvertures de passage pratiquées dans le matériau non métallique tendre comporte des appuis appropriés continus en caoutchouc ou en matériau techniquement similaire, caractérisé en ce que chaque élément en tôle pénètre dans le sens radial par sa zone médiane (30) constituant la zone de fixation dans une rainure (29) pratiquée dans l'appui (26), et en ce que les éléments en tôle (31, 32, 33), entaillés dans le sens radial dans leur zone arrière, sont coudés dans le sens axial opposé d'abord, et dans un mime sens radial ensuite, et enrobent, par les deux flancs ainsi constitués, les deux faces du matériau non métallique tendre (10) contigu. 9 - Joint d'étanchéité selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément en tôle (30, 33) est recourbé vers l'arrière-et forme, par sa par- tie recourbée (33), l'un des flancs qui, sur la presque totalité de la bordure 9 949919? périphérique de l'ouverture (15), s'applique sur l'une des faces du matériau non métallique tendre (10), alors que les éléments de fixation (31, 32), issus de la zone arrière (33) de l'élément en tôle, sont coudés dans le sens contraire et s'appliquent contre la face opposée du matériau non métallique tendre (10) contigu. - Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments en tôle (17, 30-33) sont obtenus par emboutissage à la presse, alors que les éléments de fixation (25, 32) en forme de lames sont des pièces pré-montées et coudées dans le sens axial exclusive- ment. 11 - Joint d'étanchéité selon la revendication 10 et l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la bordure périphérique métallique (17), y compris son armature intérieure, est une pièce pré-montée qui, à l'aide des éléments de fixation en forme de lames (25), est reliée au matériau non métallique (10) tendre. 12 - Joint d'étanchéité plat selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le flanc (19b) de la bordure métallique périphé- rique (17b) qui constitue la zone de fixation et qui s'applique contre l'une des faces du matériau non métallique tendre (10) comporte une moulure à la hau- teur de la rainure annulaire (22). 13 - Joint d'étanchéité plat selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'ouverture de passage (12b) est assistée d'un certain nombre de mou- lures, étalées dans le sens radial (33) à intervalles réguliers et en forme étoilée.