Brevet FR2512912A1 — publié le 19830318

Les joints multicouches avec configuration d'étanchéité en surface, obtenue par exemple par séri- graphie, ont pris une importance croissante, et notamment les joints pour moteur à combustion interne L'invention concerne des perfectionnements à de tels joints. Pour un certain nombre de raisons, les sur- faces de portée des joints multicouches exigent souvent l'application de revêtements ou analogue, outre les configurations d'étanchéité supplémentaires, afin de renforcer l'étanchéité en certaines zones localisées, ce qui permet au joint de résister à l'usure par corrosion, par frottement et réduit les risques d'endommagement ou de destruction de la configuration d'étanchéité Les configu- rations d'étanchéité n'adhèrent souvent que difficilement sur les surfaces de portée prétraitées du fait que les traitements de surface, bénéfiques pour la surface de portée, peuvent empêcher la vulcanisation ou l'adhérence, et il est souvent nécessaire d'appliquer les configurations d,étanchéité et d'appliquer ensuite un revêtement ou un élément de surfaçage sur la surface de portée du joint, parfois sans revêtement sur la configuration d'étanchéi- té C'est là une opération beaucoup plus difficile, beaucoup plus conteuse et parfois moins efficace, par rapport à celle consistant à traiter en premier lieu la surface de portée et à appliquer ensuite la configuration d'étanchéité. Un joint conforme à l'invention peut être un joint de culasse pour moteur à combustion interne Le joint se compose de deux couches de portée laminées en- semble, l'une au moins de ces couches étant en un matériau compressible de portée sur sensiblement la totalité de la surface du joint. Une configuration d'étanchéité est placée entre deux couches de portée, et, de preférence, entoure au moins l'un des alésages de combustion ainsi que les 2- ouvertures des passages d'huile et d'eau, afin de renfor- cer l'effet d'étanchéité du joint au niveau de cette configuration d'etanchéite En conséquence, lorsque le joint de culasse est placé en compression entre le dessus de culasse-et le bloc de culasse, la configuration d'étan- chéité est protégée de tout contact direct avec ce dessus et ce bloc et renforce les caractéristiques d'étanchéité du joint. La configuration d'étanchéité peut être in- compressible ou déformable, en matériau élastomère par exemple; elle peut être non deformable pour les charges envisagées, en métal par exemple. De préférence, la configuration d'étanchéité est collée sur l'une des couches de portée, les couches de portée étant collées l'une sur l'autre au niveau des zones entourant étroitement la configuration d'étanchéi- té, ce qui évite tout mouvement latéral important de cette configuration d'étanchéité lorsque le joint est mis sous compression. De préférence, en cours d'utilisation, le joint est comprimé au niveau de la configuration d'étan- chéité, de telle sorte qu'au moins l'une des couches de portée est comprimée au-dessus de la configuration, sur une hauteur au plus égale à environ la moitié de la hauteur de cette configuration d'étanchéité. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un joint devant être placé entre deux sur- faces à sceller, ce procédé consistant à placer une configuration d'étanchéité sur la surface d'une couche de portée, à placer une deuxième couche de portée sur la première couche et la configuration d'étanchéité de telle sorte que cette dernière soit noyée entre les deux cou- ches de portée, le joint définissant au moins une ouvertu- re autour de laquelle est placée la configuration d'étan- chéité, et les deux couches de portée étant scellées sous -3 - pression l'une à l'autre de sorte qu'au moins l'une de ces deux couches est comprimée et densifiée au niveau de la configuration d'étanchéité. La suite de la description se réfère aux dessins annexes qui représentent: Figure 1, une vue de dessus en plan d'un exemple de joint réalisé conformément à l'invention; Figure 2, une vue partielle en coupe transversale dun moteur comportant le joint de la Figure 1; Figure 3, une vue agrandie en coupe trans- versale selon la ligne 3-3 de la Figure 1; La Figure 4, une vue partielle, analogue a celle de la Figure 3, d'une partie de cette dernière, après compression préalable conformément à l'invention; Figure 5, une vue analogue à celle de la Figure 3 d'une autre réalisation conforme à l'invention; Figure 6, une vue du joint de la Figure 5 donnant la forme de ce joint après compression préala- ble. On a représenté sur les dessins, un moteur 1 avec dessus de culasse 2 et bloc 3, dans lequel est utili- sé un joint 10 de configuration et structure spécialement étudiées pour cet usage Le bloc 3, tel que représenté, comporte un alésage de combustion 4, une chemise 5 et un piston b Le moteur 1 comporte plusieurs alésages de combustion 4, un seul de ces alésages étant représenté Figure 2. Le joint 10 a une structure feuilletée, et comporte, dans l'exemple représenté, trois couches d'é- tanchéité laminées l'une sur l'autre, dont un noyau métallique plein, en métal expansible, de forme sensi- blement plate, 14 et deux couches de portée expansibles, de forme sensiblement plate, 16 Le noyau 14 comporte des faces plates ou planes supérieure et inférieure, 4- telles que les surfaces 18, sur lesquelles les couches de portées 16 sont laminées Le noyau peut être encoché, bosselé, ou peut avoir subi toute modification de sur- face en des emplacements déterminés, par gravures par exemple. Les couches de portée 16 sont en un matériau de portée composite et compressible, éventuellement ren- forcé par des fibres Elles sont laminées mécaniquement ou collées par adhésif sur les surfaces 18 du noyau, l'adhésif pouvant être un thermocollant approprié Parmi les adhésifs thermocollants appropriés, on peut citer le caoutchouc nitrile phénolique et le caoutchouc poly- butyral, et il est souhaitable d'appliquer ces adhésifs initialement sur les surfaces de portée Les couches de portée peuvent comporter del'amiante, des fibres de verre, ou tout autre matériau fibreux approprié, et peu- vent utiliser comme liant du nitrile, du néoprène ou des élastomères polyacryliques Le plus souvent, le liant est présent dans une proportion de 15 % à environ 25 % dans la couche de portée, quels que soient les fibres d'amian- te, organiques ou non:organiques, ou matériaux de rem- plissage utilisés Dans l'exemple représenté, les couches de portée 16 ont une épaisseur de l'ordre de 0,635 mm, quoique cette épaisseur varie, bien entendu, selon l'application Les couches de portée 16 résistent à l'attaque des huiles et liquides de refroidissement, d'une manière générale, supportent les couples appliqués, réduisent les risquesd extrusion et ont une bonne résis- tance thermique. 3 U Le joint 10 est découp 6 pour former des ouvertures de combustion 20, des ouvertures pour boulons telles que 22 et des ouvertures pour passages d'huile et d'eau 24 Le noyau peut être en acier écroui à froid et son épaisseur dépend de l'application Les épaisseurs classiques varient entre 0,15 mm et 1,27 mm Pour en -5 - renforcer les qualités d'adhérence, les surfaces 18 du noyau-peuvent être phosphatées Le joint 10 peut ensuite être pourvu de blindages annulaires appropriés 25 fixés de manière connue pour faciliter le scellement de l'ou- verture de combustion. Dans l'exemple représenté, la configuration d étanchéité appropriée 26 est placée et fixée sur l'une des surfaces du noyau ou sur les deux surfaces de ce no- yau La configuration d'étanchéité 26 peut comporter une série de cordons de scellement, tels que des cordons 30, au niveau des zones o des forces de scellement supé- rieures sont exigées pour l'application à laquelle on destine le joint 19 De manière classique, les cordons sont formés autour des passages d'huile et d'eau entre la tête de culasse et le bloc de culasse Des cordons peuvent également être formés autour des ouver- tures de combustion Il peut arriver que la forme exigée pour les cordons ne soit pas celle d'un cercle complet en raison de la forme du dessus de culasse et du bloc, ou de l'emplacement des trous de boulons, et pour toute autre raison de conception. Dans l'exemple représenté, les cordons 30 formant la configuration d'étanchéité 26 peuvent être en un matériau de scellement au silicone qui est, de pré- férence, déposé par procédé de sérigraphie, tel que décrit dans le brevet E U A 3 477 867, sur une hauteur de 0,15 à 0,20 mm au point le plus haut du cordon Le silicone peut être un silicone liquide à deux composants, vulca- nisable à chaud Lorsque les cordons de scellement sont déposés et fixés sur le noyau stable en dimensions et fortement adhérent, ils peuvent être localisés de manière très précise d'un joint à l'autre. Après dépôt et vulcanisation, de manière connue, de la configuration d'étanchéitéEsur les surfaces 18 du noyau 14, les couches de portée compressibles 16 6 - sont placées de manière à recouvrir le noyau, et la configuration d'étanchéité se trouve laminée sur le noyau de la même manière que s'il y avait une couche adhésive intermédiaire classique L'adhésif assure le scellement de la couche de portée sur le noyau, et, lorsque ce dernier ainsi que les couches sont laminés sous pression, la couche de portée est pré-comprimée et densifiée au niveau de la configuration d'étanchéité Lorsque le noyau est phosphaté, ou traité de toute autre manière pour renforcer la liaison, les couches de portée lb adhèrent facilement et de manière s Qre sur les surfaces du noyau, et, selon le matériau de scellement qui forme la confi- guration d'étanchéité 26, adhèrent ou non sur les cor- dons 30 Dans tous les cas, les couches de portée et le noyau métallique enveloppent et entourent les cordons de scellement. Il est souhaitable que la couche de portée 16 soit fixée sur la surface 18 du noyau en une zone Z qui entoure étroitement les cordons, de manière à confiner le cordon et éviter tout mouvement latéral important des cordons et de la configuration d'étanchéité lorsque le joint est mis en compression L'enveloppement des cordons a un certain nombre d'avantages Un avantage est que le mouvement ou l'extrusion du cordon, lorsqu'il est en élastomère, est évité(e), ce qui renforce la capacité de portée du cordon Lorsque la couche de portée et le noyau entourent étroitement le cordon, non seulement l'extrusion est évitée, mais encore les cordons en élas- tomère tendent vers une courbe plus raide de déflexion sous charge par rapport à de mêmes cordons en surface de la couche de portée comme il est classique Ainsi, sous compression, la compression du cordon tend à être limitée à une sorte d'encastrement à la surface interne, infé- rieure de la couche de portée, mais sans extrusion, de sorte que le cordon et la couche de portée supérieure _ 7 - jouent le rôle d'un joint sous des charges de compres- sion plus importantes, avec une plus grande efficacité qu'il n'était possible préalablement. Lorsque des joints sont utilisés avec configuration d'étanchéité en surface, il est tout d'a- bord nécessaire de noyer presque entièrement la configu- ration d'étanchéité dans la couche de porté avant d'appli- quer une charge quelconque sur d'autres surfaces du joint. Or, avec le joint conforme à l'invention, en fonction de la compression préalable au niveau des cordons noyés, on peut presque immédiatement appliquer une charge au niveau de zones autre que les zones des cordons Lorsque la con- figuration en cordons est pratiquement incompressible, comme c'est le fait par exemple pour les élastomères tels que les silicones et autres caoutchoucs, et lorsque le joint est comprimé au niveau des zones de cordon ou de la configuration d'étanchéité, soit en cours d'utilisation, soit lors du processus de fabrication, le matériau de portée recouvrant la configuration d'étanchéité est den- sifé, et, dans la mesure o il est quelque peu poreux, il tend même à devenir plus imperméable au passage des flui- des Ainsi, le matériau de portée dans cette zone présente des propriétés d'étanchéité améliorées et des caractéris- tiques physiques différentes de celles des zones adjacen- tes aux zones de cordon ou de configuration d'étanchéité. On a représenté Figure 3 le joint avant compression au niveau des zones de cordon et configura- tion d'étanchéité Mais, au cours de la fabrication, le joint est, de préférence, précomprimé dans ces zones, de sorte que les couches de portée-sont densifiées comme on l'a représenté Figure 4 Le cordon en silicone 30 que l'on a représenté est noyé dans la couche de portée 16, et cette dernière est comprimée dans la zone du cordon. Sur la Figure 3, la partie en saillie de la couche de portée est pratiquement égale en hauteur à la hauteur Y 8 - du cordon, et on voit Figure 4 que cette hauteur a été ramenée à la valeur X De préférence, le rapport de X sur Y est de l'ordre de 1/2 et même inférieur à 1/2 De la sorte, la surface du joint est bien plus plate que cette d'un joint avec cordon en surface, ce qui renforce les caractéristiques d'étanchéité du joint sur la totalité de sa surface. Un autre avantage du joint représenté Figures 3 et 4 est que le cordon non seulement ne peut pas être extrudé, mais encore qu'il est protégé de tout phénomène de surface On entend par phénomène de surface tout endom- magement ou rupture des cordon lors de la manutention et de l'installation, ainsi que toute tendance des cordons à se rompre, se déformer ou se déplacer en cours de fonc- tionnement du moteur Les cordons peuvent se rompre ou se fendiller lorsqu'on les met en contact avec la surface à sceller étant donné la finition grossière de cette sur- face Par ailleurs, on sait qu'une chaleur excessive tend à avoir une influence défavorable sur des cordons de scellement en matériau élastomère Lorsque les cordons sont noyés comme on l'a décrit, la configuration d'étan- chéité est beaucoup plus isolée de la chaleur que dans le cas o elle se trouve en surface du joint. De plus, dans certains cas, il peut y-avoir usure des cordons par frottement Bien que les faces de portée soit traitées pour résister à l'usure et la corro- sion, il est très difficile de traiter des cordons d'é- tanchéité tels que des cordons en silicone avec des maté- riaux résistant à l'usure, en partie parce qu'il est difficile de faire adhérer une couche de protection appro- priée sur ces cordons. De même, comme on l'a déjà mentionné, lors- que la configuration d'étanchéité ne se trouve pas en surface, il devient facile et peu coûteux d'appliquer des revêtements anti-usure ou de faire appel à d'autres -9 _ traitements de surface sur la totalité de la surface de portée, sans qu'il soit nécessaire de modifier ces trai- tements oude prévoir des étapes supplémentaires pour la fabrication du joint Et, lorsque la configuration d'é- tanchéité est formée sur le noyau, et non sur les cou- ches de portée, il n'est plus nécessaire de pré-enduire ces couches avec des matériaux de revêtement spéciaux formant barrière pour faciliter la vulcanisation des ma- tériaux de cordon, tels que les silicones, ces matériaux spéciaux étant actuellement souvent nécessaires en raison de la tendance du matériau de portée lui-même à empêcher la vulcanisation Les joints conformes à l'invention ren- dent également possible d'améliorer le contrôle de la distorsion de la eulasse. On a dit que la configuration d'étanchéité et les cordons sont en élastomère au silicone, mais on peut utiliser aussi bien d'autres matériaux élastomères élastiques, par exemple, les caoutchoucs nitrile (poly- butad Lène-nitrile) ou néoprène, les époxydes tels que ls époxydes souples modifiés au caoutchouc ou leurs com- binaisons Par ailleurs, les cordons et les couches de por- tée coopèrent pour transmettre les forces de scellement dans les zones de cordon, et il est possible d'envisager l'utilisation de matériaux quelque peu plus rigides, qui ne sont pas nécessairement des matériaux élastomères, pour réaliser des scellement au niveau de certains ou de tous les emplacements pour lesquels ces scellements se font par l'intermédiaire des cordons La tendance à l'ancrage des cordons de scellement dans la couche de portée tend éga- lement à améliorer l'adaptation des surfaces de portée sur le dessus et le bloc de culasse, mieux que ne le font des cordons de surface comme il est classique. Dans l'exemple décrit, la configuration d'étanchéité et les cordons sont liés au noyau, de même que les couches de portée En fonction des matériaux - impliqués, il peut également être souhaitable que les cordons soient liés aux couches de portée, lors du pro- cessus de laminage. Il n'y a pas de noyau métallique dans une autre réalisation conforme à l'invention On peut voir Figures 5 et 6 que le joint 100, qui n'est représenté que partiellement, comporte deux couches de portée 101 pouvant être en un matériau compressible tel que celui utilisé pour les couches 16 Une configuration d'étanchéité 102 est déposée aux emplacements souhaités, comme par exem- ple autour de l'ouverture 104, et les couches 101 sont liées l'une à l'autre à l'aide d'un adhésif thermocollant approprié, La configuration 102 peut être en matériau élastomère comme on l'a décrit précédemment, mais elle peut être également en tout autre matériau d'étanchéité, faite de métal, de céramique, de plastique préformé, ou autre permettant de renforcer les caractéristiques d'étanchéité du joint La configuration d'étanchéité 102 peut, préformée, être collée sur l'une des couches de portée pour faciliter la manipulation du joint avant lami- nage des couches de portée Les couches de portée peuvent être liées étroitement l'une à l'autre autour de la con- figuration d'étanchéité pour envelopper cette dernière et en limiter le mouvement latéral Dans la réalisation représentée Figure 5, la configuration 102 est un anneau métallique pratiquement non déformable Comme dans le cas de la réalisation de la Figure 1, la configuration d'étan- chéité 102 tend à s'ancrer dans les couches de portée lorsque le joint est mis sous compression pour densifier les couches au niveau de cette configuration, ce qui renforce les caractéristiques d'étanchéité de ces couches et favorise une répartition plus efficace de la charge sur la totalité de la surface à sceller Là encore, et comme on l'a représenté Figure 6, les couches de portée sont comprimées sans déformation de la configuration il - d'étanchéité 102 quoique, au niveau de cette dernière, la partie de surface en saillie de la couche de portée ait diminué en hauteur En fait, lorsque les deux couches de portée 101 sont compressibles, la configuration d'étan- chéité tend à s'ancrer dans chaque couche dans une certaine mesure, comme on le voit Figure 6. On remarquera que, dans le cas o la confi- guration d'étanchéité est placée entre les couches de portée, on peut utiliser des matériaux durs pour cette configuration, ce qui favorise la réalisation d'un joint efficace au niveau des zones ou ces matériaux n'auraient pas pu être utilisés dans le cas o la configuration est en regard du dessus ou du bloc de culasse. Le montage de la configuration d'étanchéité entre des couches de portée permet d'utiliser une large gamme de matériaux sans influence défavorable sur les caractéristiques de surfaces du joint, et de modifier les caractéristiques d'étanchéité de ce joint dans des zones déterminées sans modifier la surface du joint de manière notable. 12 - REVENDICATIONS 1. Joint devant être placé entre deux sur- faces à sceller et devant être comprimé entre ces surfaces, caractérisé en ce qu'il comporte: deux couches de portée ( 16 Y laminées l'une sur l'autre, au moins l'une de ces couches étant en un matériau compressible, une configuration d'étanchéité ( 30) placée entre les couches et enveloppée par ces couches, le joint comportant au moins une ouver- ture ( 24) autour de laquelle est placée la configuration d'étanchéité, de sorte qu'en cours d'utilisation cette configuration d'étanchéité n'est pas en contact direct avec les surfaces à sceller, ce qui renforce les caracté- ristiques d'étanchéité du joint. 2 Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les couches de portée ( 16) sont fixées l'une à l'autre dans les zones entourant étroitement la con- figuration d'étanchéité ( 30) pour interdire tout mouvement latéral important de cette configuration lorsque le joint est mis sous compression. 3. Joint selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la configuration d'étanchéité ( 30) est en matériau élastomère déformable sous compression, les cou- ches de portée ( 16) limitant la déformation de cette configuration d'étanchéité. 4. Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une des couches de portée ( 14) est métallique. 5. Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la configuration d'étanchéité ( 102) est en un matériau pratiquement non déformable. 13 - 6. Joint pour moteur à combustion interne, destiné à être placé entre le dessus de culasse et le bloc de culasse de ce moteur, définissant au moins une ouver- ture de combustion ( 25) en un certain nombre d'autres ouvertures ( 22, 24), caractérisé en ce que, ce joint com- portant deux couches de portée ( 16) laminées l'une sur l'autre, et au moins l'une de ces couches étant en un matériau compressible sur pratiquement toute la surface de portée, la configuration d'étanchéité ( 30) placée entre les couches entoure au moins l'une des ouvertures préci- tées pour que l'effet d'étanchéité du joint soit renforcée dans la zone de cette configuration, le joint étant mis en compression entre le dessus et le bloc de culasse, et la configuration d'étanchéité étant hors de tout contact direct avec ce dessus et ce bloc, ce qui renforce les caractéristiques d'étanchéité du joint. 7. Joint selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la configuration d'étanchéité ( 102) est collée sur l'une des couches de portée ( 101), les deux couches de portée ( 101) étant collées l'une sur l'autre dans la zone entourant étroitement cette configuration d'étanchéité, afin d'éviter tout mouvement latéral impor- tant de cette dernière lorsque le joint est mis sous compression. 8. Procédé de fabrication d'un joint destiné à être placé entre deux surfaces à sceller, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une configuration d'étanchéité 36 ( 30,102) sur lasurface d'une-couche de portée ( 16, 101), à placer une couche de portée ( 16, 101) sur la première couche de façon que la configuration d'étanchéité soit enveloppée entre les deux couches, le joint définissant au moins une ouverture ( 24) autour de laquelle est placée la configuration d'étanchéité, à coller la deuxième couche sur la première sous pression, de manière que la deuxième couche 14 - soit comprimée et densifiée dans la zone de la configura- tion d'étanchéité, de sorte que, en cours d'utilisation, la configuration d'étanchéité du joint soit hors de tout con- tact direct avec les surfaces à sceller, ce qui renforce les caractéristiques d'étanchéité du joint. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième couche est collée à la première couche dans la zone qui entoure étroitement la configuration d'étanchéité pour interdire tout mouvement latéral important de cette dernière lorsque le joint est mis sous compression, la compression de cette deuxième couche étant ainsi contrôlée lorsqu'elle est sous pression. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième couche est comprimée sous pression lors de son collage, de telle sorte que la hauteur de sa partie de surface saillante qui se trouve au niveau de la configuration d'étanchéité (X) est au plus égale à la moitié de la hauteur de la configuration d'é- tanchéité (Y). 11. procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première et la deuxième couches de portée ( 101) sont toutes deux en matériau compressible, chacune d'entre elles étant comprimée et densifiée dans la zone de la configuration d'étanchéité ( 102).