Brevet FR2533289A1 — publié le 19840323

f L'invention concerne des joints à usages multi- ples, pouvant être utilisés dans des -amortisseurs de mouvements et autres. Au cours des dernières années, le développement d'amortisseurs de mouvements a fait l'objet d'une activité croissante, ces amortisseurs pouvant être également appe- lés "absorbeurs de choc" et pouvant être utilisés comme éléments de suspension de véhicules et autres. Un grand nombre de ces amortisseurs comprennent plusieurs dispositifs internes conçus pour assurer un excellent amortissement et une limitation du rebond, ces dispositifs étant souvent réglables et présentant d'au- tres caractéristiques sophistiquéesqui permettent-d'en améliorer notablement le fonctionnement Cependant, comme dans tous les amortisseurs de mouvements, les exigences difficiles concernant les joints d'étanchéité posent un problème continuel. Les exigences concernant les joints des amor- tisseurs sont souvent très sévères: un amortisseur doit être exposé aux conditions de route sur une période de plusieurs années; il est exposé aux particules abrasives, au sable, à l'eau et à des conditions extrêmes de tempé- rature; il doit permettre un mouvement axial d'une tige et produire une mince pellicule lubrifiante, ainsi que retenir un liquide De plus, l'amortisseur doit exécuter des millions de cycles de travail pendant sa durée de vie. Des amortisseurs modernes comportent souvent une partie retenant un gaz ainsi qu'une partie retenant un fluide; lorsque le fluide d'amortissement s'écoule par des orifices calibrés, d'un côté du piston vers l'autre à l'intérieur du cylindre pour exécuter une action d'amortissement, le fluide refoulé d'un premier côté du piston doit être reçu sur l'autre côté de ce piston Ce dernier est actionné par une tige et l'extré- mité du piston tournée vers la tige doit produire un déplacement supérieur à celui de l'extrémité ouverte ou- extrémité sans tige. Le changement de volume du fluide d'amortisse- ment, qui se produit à chaque course, est rendu possible par la présence d'un gaz ou d'une vapeur hautement compressible par rapport au fluide Dans certaines formes d'amortisseurs, le gaz est maintenu isolé et il pénètre dans une zone d'emmagasinage indépendante, et dans une autre conception, le fluide avec lequel l'amortisseur travaille se présente sous la forme d'une émulsion Dans tous les cas, à la compression maximale, le volume du fluide reste le même, tandis que le gaz est soumis à une compression Lorsqu'une émulsion se produit après que le dispositif a pu atteindre une position statique, les gaz dissous ou émulsifiés précédemment sortent alors de l'émulsion Par conséquent, lorsqu'un joint est destiné à un amortisseur de mouvement, il est nécessaire de dis- poser d'un joint statique pour le gaz, ce joint étant généralement réalisé entre la cavité réservoir de gaz et l'extérieur, le long d'un trajet séparé de celui le long duquel est placé le joint s'opposant aux fuites de fluide. L'invention concerne un joint perfectionné destiné à des dispositifs de contrôle de mouvement, ce, joint assurant une bonne étanchéité aux saletés et retenant les fluides et les gaz à la fois dans des condi- *tions statiques et dans des conditions dynamiques La présence d'une pression gazeuse dans des conditions de travail ne nuit pas à la charge radiale du joint d'une manière permettant une fuite ou provoquant une usure excessive. Les objets et avantages de l'invention sont réalisés au moyen d'un joint composé qui comprend une partie formant bâti et un corps d'étanchéité en élasto- mère lié à cette partie et présentant une lèvre de protection, une lèvre principale d'étanchéité aux liquides et deux lèvres d'étanchéité aux gaz ou aux vapeurs, chaque lèvre faisant partie du corps principal d'étanchéité et étant conçue pour s'opposer aux fuites à la fois dans les conditions statiques et dans les conditions dynamiques du joint, au moins l'une des lèvres d'étanchéité aux fluides étant réalisée d'une seule pièce avec la lèvre principale d'étanchéité aux liquides et pouvant être sollicitée en position de contact avec une autre partie d'un élément du dispositif associé, sous l'effet de sa propre élasticité naturelle. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale partielle à échelle agrandie d'une forme préférée de réalisation du joint selon l'invention; la figure 2 est une coupe verticale partielle, à échelle réduite, montrant le joint tel qu'installé dans un amortisseur hydraulique de mouvement ou autre, cette vue montrant deux zones d'étanchéité ainsi que d'autres parties du mécanisme d'étanchéité et une zone extérieure à ce mécanisme; la figure 3 est une coupe partielle du joint de la figure 2 immédiatement avant l'achèvement de sa pose; la figure 4 est une coupe partielle montrant un mode de travail du joint selon l'invention; et la figure 5 est une coupe partielle montrant un autre aspect du fonctionnement du joint selon l'inven- tion. Le joint décrit dans le présent mémoire est utilisé dans un amortisseur de mouvement comportant un piston de commande auquel une tige est reliée, ce piston pouvant exécuter un mouvement alternatif dans un corps qui comporte une ou plusieurs soupapes de commande d'écoulement de fluide et à l'intérieur duquel la matière enfermée de façon étanche comprend à la fois une huile telle qu'une huile minérale et un gaz ou une vapeur tel que de l'azoté ou un-fluorocarbure ("Fréon"). La figure 1 représente un joint 10 et un rai- disseur ou bâti 12 de joint, un corps 14 d'étanchéité en élastomère, et un ressort jarretière 16 agissant radialement Le corps 14 d'étanchéité, qui est réalisé classiquement en élastomère synthétique, comprend une partie 18 de liaison qui entoure une partie 20, s'éten- dant radialement vers l'intérieur, du bâti 12 et qui est fixée à cette partie d'une manière connue Le bâti 12, réalisé en métal, comprend une partie radialement extérieure ou partie 22 de montage, une partie épaulée intermédiaire ou partie déportée 24, et la partie inté- rieure ou partie 20 de liaison précitée Le bâti 12 peut être réalisé en acier ou dans d'autres métaux auxquels un élastomère peut être lié. Le corps 14 en'élastomère comprend un certain nombre d'éléments principaux, à savoir une gorge 26 de positionnement du ressort 16, une lèvre principale 28 agissant radialement, conçue pour former un joint pour une première zone d'étanchéité, une seconde lèvre 30 agissant radialement, conçue pour produire une action particulière d'obturation et de valve pour une seconde zone d'étanchéité, une lèvre 32 dite de protection ou anti-encrassement, et une lèvre auxiliaire 34 pour gaz et fluide destinée à former un joint supplémentaire- pour la seconde zone d'étanchéité. Le corps 14 en élastomère présente une sur- face tronconique 36 "côté huile" et une surface tronco- nique 38 "côté air", ces deux surfaces se rejoignant suivant un lieu sensiblement circulaire formant une bande d'étanchéité principale 40 La seconde lèvre 30 est définie par un prolongement 42 de la surface tron- conique 36, ce prolongement pouvant avoir la même conicité ou une conicité différente de celle de la sur- face 36, une surface profilée 44, de préférence tronco- nique et annulaire, étant tournée sensiblement radiale- ment vers l'extérieur et reliée à la surface 42 par une 253328 ' s surface annulaire 46 de transition qui sera décrite plus en détail ciaprès Une saillie annulaire 48 située entre les surfaces 36 et 42 forme une zone de "sectionnement" résultant de l'opération qui consiste à séparer la pièce de la chute restant dans -l'orifice d'entrée du moule. En ce qui concerne à présent la lèvre 32 de protection, elle présente une surface tronconique 50 dont la conicité est opposée à celle dé la surface 38; cette surface 50 ou un prolongement 52 de cette surface rejoint une surface annulaire 54 orientée à peu près radialement, les surfaces 50, 52 et 54 formant ensemble une lèvre qui empêche les impuretés de pénétrer dans la zone protégée de manière étanche Le corps 14 du joint présente en outre une autre surface tronconique 56 orientée vers l'extérieur, aboutissant à une surface annulaire 58 de transition qui, elle-même, rejoint-une surface annulaire 60 s'étendant à peu près axialement, ces surfaces formant ensemble une lèvre auxiliaire 34 pour la seconde région protégée de façon étanche, ainsi qu'on peut le voir. Les figures 2 et 3 représentent en détail le mécanisme d'étanchéité et le procédé de pose du joint 10. Ce dernier est appliqué à un amortisseur 35 de mouvement dont une extrémité comporte une envejloppe cylindrique extérieure 62 de protection ajustée étroitement autour de la partie cylindrique 64 du corps 66 de l'amortisseur, ce corps aboutissant à une bride extrême 68 dirigée radialement vers l'intérieur Le mécanisme 35 comprend également une tige 70 à mouvement alternatif présentant une surface cylindrique 62 tournée radialement vers l'extérieur Une partie du mécanisme 35 de l'amortisseur comprend également un corps 74 de soupape qui est égale- ment cylindrique et qui s'étend entre le cylindre 64 et la tige 70 Ce corps 74 comporte une paroi extrême fraisée 76, un rayon ou angle 78 et une paroi cylindri- que fraisée 80 Un canal radial 82 est également ménagé pour permettre l'écoulement d'un fluide Sur la figure 2, la zone principale d'étanchéité 84 s'étend entre la sur- face cylindrique intérieure 88 du corps 74 de soupape et la surface extérieure 72 de la tige 70 La seconde zone 86 d'étanchéité s'étend entre le canal 82 et la surface orientée radialement vers l'extérieur du corps 14 du joint. La figure 3 montre d'autres éléments de l'amor- tisseur 35, à savoir une surface extrême 90 du corps 74 de soupape et une paroi extrême 92, tournée axialement vers l'intérieur, située sur la bride 68 Le canal 82 est habituellement délimité par une surface axiale 94 et par une rainure ou un alésage radial 96 qui communi- quent avec une extrémité éloignée de l'ensemble 35. Le joint 10 est posé comme montré sur la figure 3. Le cylindre 64 est maintenu fixement, le joint étant positionné à l'intérieur de ce cylindre; le bâti 12 se trouve juste espacé de la surface intérieure 92 de la bride 68 Le corps 74 de soupape est ensuite. introduit dans l'autre extrémité de l'ensemble 35 et il se déplace dans le sens indiqué par les flèches jusqu'à ce que la surface extrême 90 du corps 74 pince la partie 22 de montage de l'embouti 12 entre elle-même et la face intérieure 92 de la bride 68 Le corps 74 est ensuite fixé à demeure en position, par exemple par soudage ou par toute autre action de blocage Puis la tige 70 est introduite dans le corps, le piston étant fixé à son extrémité intérieure, en passant à travers la surface cylindrique intérieure préalablement lubrifiée du corps 14 du joint En variante, le joint peut être placé à l'avance sur la tige 70 et cette dernière et le corps 66 de l'amortisseur peuvent être emboîtés sur le joint; dans tous les cas, le joint est convenablement fixé de façon à ne pas pouvoir se déplacer axialement ni radialement, comme représenté ou autrement. Les figures 4 et 5 montrent le fonctionnement -7 du joint 10 Lorsqu'il existe une haute pression dans la première zone 84 d'étanchéité, la charge radiale de compression du joint résiste à la tendance de l'huile à fuir au-dessous de la bande 40 d'étanchéité de la lèvre principale 28 Si la-pression régnant dans cette zone 84 devient excessive, une certaine quantité de fluide peut alors s'écouler, dans le sens indiqué par les flèches, par le petit espace 96 formé de façon momentanéeentre les surfaces 46 et 76 situées sur le joint et sur le corps de soupape, respectivement Etant donné que l'aire de la surface du joint exposée-au fluide se trouvant dans la seconde zone 86 d'étanchéité est plus grande que celle par laquelle une action est exercée sur les surfaces tron- coniques 36 et 42, la tendance du joint à se soulever de l'axe ou de la tige 70 est minimisée Cependant, des chocs intermittents ou des pulsations à pression élëvée tendent à produire l'action de décharge montrée sur la figure 4, à savoir le soulèvement transitoire de la lèvre 30 qui s'éloigne ainsi de la paroi 76. La figure 5 illustre le second aspect de l'action d'étanchéité du joint 10 et elle montre, à l'aide des flèches 98, qu'il existe toujours une cer- taine pression statique dans la seconde zone d'étanchéité 86. Dans ce cas, la totalité de la lèvre secondaire est sollicitée radialement vers l'intérieur, une compo- sante s'étendant axialement vers l'intérieur faisant également porter la lèvre 30 contre la paroi 76 Par conséquent, une élévation de la pression dans cette zone accroît simplement la force d'étanchéité et assure que l'action de clapet montrée sur la figure 4 n'est qu'une action unidirectionnelle Avec des amortisseurs de cer- taines conceptions, y compris ceux dans lesquels le joint selon l'invention est destiné à être utilisé, une cer- taine charge est engendrée par le gaz utilisé dans le dispositif et cette charge est habituellement présente dans la zone 86, en particulier pendant les périodes de non-utilisation de l'amortisseur Dans l'art antérieur, ce gaz, qui est nécessairement présent dans la plupart ou la totalité des amortisseurs, tend à fuir du disposi- tif protégé de manière étanche. La figure 2 montre également que, pendant l'utilisation, à la fois la lèvre 32 de protection contre l'encrassement du joint et la lèvre auxiliaire 34 gaz et fluide travaillent aussi La lèvre 34 porte étroitement contre la paroi extrême 92 de la bride 68 et son élastomère produit une action naturelle analogue à celle de la lèvre 30, ainsi qu'une tendance à rester en contact étanche plus étroit dans le cas d'un accrois- sement de la pression du gaz ou du fluide A la diffé- rence de la lèvre 30, la lèvre 34 n'est pas exposée à des forces tendant à la soulever, car le côté qui n'est pas exposé au gaz ou-à tout autre fluide se trouvant dans la seconde zone 86 protégée de manière étanche n'est exposé qu'à l'atmosphère. De même, la lèvre 32 de protection s'ajuste étroitement sur le joint, mais elle travaille dans une atmosphère relativement plus sèche et elle est destinée à-nettoyer la tige en agissant à la manière d'un frot- teur qui empêche le passage de la crasse vers l'inté- rieur de la zone de la bande d'étanchéité principale 40 La présence de la seconde lèvre 34 est préférée, car, lorsque le joint est posé,et par la suite, il existe une possibilité pour le gaz ou tout autre fluide de fuir le long de la paroi 92 Par conséquent, toute fuite pouvant se produire entre la face de la bride 22 tournée vers l'extérieur et la surface 92 peut être limitée dans la zone 100 (figure 2) qui peut être consi- dérée comme communiquant avec la seconde zone d'étan- chéité 81 ou comme en faisant partie. Par conséquent,-le joint selon l'invention est un joint simplifié produisant une bonne action de frot- tement, une excellente force principale d'étanchéité et présentant la possibilité d'absorber des variations rapides de force par une action deventilation, ainsi que la possibilité d'être utilisé comme clapet unidi- rectionnel ou comme évent avec, en plus, la possibilité d'empêcher tout échappement de gaz d'une seconde zone protégée de manière étanche, même dans des conditions statiques et pendant une longue durée. Cànformément-a l'invention, le gaz amortisseur, qu'il soit volontairement présent sous la forme d'une phase séparée, ou bien en émulsion dans le fluide, peut être maintenu efficacement de manière étanche dans la zone souhaitée de l'amortisseur pour réaliser-un contrôle optimal des mouvements, présenter un moussage minimal et une perte de chaleur minimale afin d'avoir-une stabilité de fonctionnement à long terme Le joint satisfait toutes ces exigences à un colt minimal et il peut être fabriqué dans des tolérances-précises, à des co ts raisonnables, par des techniques connues. Il va de-soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Joint-à fluides destiné à retenir des fluides dans un mécanisme associé ( 35), fermé de manière étanche, comportant des parties mobiles entre elles qui définissent au moins l'une de deux zones ( 84, 86) de réception et de retenue d'un fluide à l'intérieur dudit mécanisme, le joint étant caractérisé en ce qu'il comporte un bâti relativement rigide ( 12) comprenant une bride ( 22) de positionnement conçue pour être logée et retenue dans une partie du mécanisme fermé, et une partie ( 20) de liaison située radialement à l'intérieur et sur laquelle peut être lié un corps ( 14) de joint en élastomère, de forme sensiblement annulaire, ce corps de joint étant lié à la partie de liaison du bâti et compor- tant des parties qui définissent une lèvre primaire ( 28) et une lèvre secondaire ( 30), la lèvre primaire présen- tant des surfaces tronconiques ( 38, 36) tournées côté air et côté huile et se rejoignant suivant un lieu sensiblement circulaire pour définir une bande ( 40) d'étanchéité conçue pour s'appliquer étroitement et de manière étanche contre une partie associée d'étanchéité, la surface tronconique côté huile étant dirigée en par- tie vers la première ( 84) desdites zones de retenue de fluide à l'intérieur du mécanisme, et une autre partie du corps de la lèvre primaire constituant une partie de décharge définie partiellement par une surface annulaire ( 44) orientée radialement vers l'extérieur, une surface annulaire ( 46) de transition s'étendant au moins partiel- lement radialement vers l'intérieur de la surface tour- née vers l'extérieur et ayant au moins des parties orien- tées partiellement dans la direction axiale, et une autre surface ( 42) de forme tronconique, s'étendant vers la partie radialement extérieure de la surface tronconi- que côté huile qu'elle rejoint, ladite partie de transi- tion étant conçue pour coopérer avec une partie de surface ( 76) s'étendant à peu près radialement du mécanisme associé pour former une bande d'étanchéité pour la seconde ( 86) desdites zones d'étanchéité, et pour être sollicitée contre ladite partie de surface par l'élasticité naturelle du-corps de la lèvre pri- maire en élastomère, la-lèvre secondaire présentant également au moins deux surfaces annulaires qui se rejoignent pour définir, en coopération avec la partie mobile du mécanisme fermé, une bande sensiblement cir- culaire ( 32) d'étanchéité de protection agissant radialement vers l'intérieur. 2 Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la bride ( 22)-de positionnement est une bride s'étendant radialement, conçue pour être logée et retenue entre deux surfaces opposées ( 90, 92), espa- cées axialement l'une de l'autre et faisant partie du mécanisme fermé. 3.; Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie à lèvre secondaire comprend en outre une lèvre ( 34) d'étanchéité orientée au moins partiellement axialement et conçue pour porter contre une partie du mécanisme fermé, suivant une bande d'étanchéité formée entre une partie axialement exté- rieure de la lèvre d'étanchéité et une seconde partie s'étendant radialement du mécanisme fermé. 4 Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un ressort jarre- tière annulaire ( 16) logé étroitement dans une gorge ( 26) formée dans le corps de la lèvre primaire, de manière à entourer ce corps, dans la zone de ladite surface annulaire orientée radialement vers l'extérieur, le ressort jarretière agissant par l'intermédiaire du corps en élastomère pour accroître la charge. Joint à fluide destiné à un mécanisme ( 35) conçu pour travailler par déplacement d'un fluide et pour contenir également un gaz ou une vapeur, ce joint étant destiné à faire partie du mécanisme et à en assurer l'étanchéité pour y retenir à la fois le fluide et la vapeur, le mécanisme fermé comprenant un corps - sensiblement tubulaire, au moins une extrémité ouverte et une tige ( 70) qui passe dans cette extrémité ouverte et qui est montée de façon à pouvoir exécuter un mouve- ment alternatif, et au moins deux zones ( 84, 86) d'étan- chéité définies par le mécanisme et le joint, ce dernier étant caractérisé en ce qu'il comporte un bâti relative- ment rigide ( 12) comprenant ure bride ( 22) de position- nement logée et retenue dans une partie du mécanisme fermé, et une partie de liaison située radialement vers l'intérieur et à laquelle est lié un corps ( 14) de joint en élastomère qui est de forme sensiblement annulaire et dont des parties comprennent une partie ( 28) à lèvre primaire et une partie ( 30) à lèvre secondaire, la partie à lèvre primaire présentant des surfaces tronco- niques ( 38, 36) orientées côté air et côté huile et se rejoignant suivant un lieu sensiblement circulaire pour définir une bande ( 40) d'étanchéité conçue pour porter étroitement et de manière étanche contre ladite tige, la surface tronconique côté huile étant dirigée en partie vers la première ( 84) desdites zones d'étan- chéité à l'intérieur du mécanisme, et une autre partie du corps de la lèvre primaire constituant une valve de décharge définie en partie par une surface annulaire ( 44) orientée radialement vers l'extérieur, une surface annulaire ( 46) de transition s'étendant au moins par- tiellement radialement vers l'intérieur de la surface tournée vers l'extérieur et ayant au moins une partie orientée axialement, et une autre surface ( 42) de forme tronconique qui s'étend vers la partie radialement extérieure de la surface tronconique tournée côté huile et qui rejoint cette partie radialement extérieure, la partie de transition coopérant, en cours d'utilisa- tion, avec une surface ( 76) s'étendant à peu près radialement du mécanisme fermé pour constituer une bande d'étanchéité pour la seconde ( 86) desdites zones d'étanchéité, la partie formant valve de décharge étant sollicitée contre ladite partie de surface par l'élasticité naturelle du corps en élastomère de la lèvre primaire, la partie à lèvre secondaire comprenant également au moins deux surfaces annulaires qui se rejoignent pour définir, avec la tige, une bande ( 32) d'étanchéité et de protection, sensiblement circulaire, agissant radialement vers l'intérieur. 6 Joint selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la bride de positionnement est une bride s'étendant radialement, reçue et retenue entre deux- surfaces opposées ( 90, 92), espacées-axialement l'une de l'autre et faisant partie du mécanisme fermé. 7 Joint selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la partie à lèvre secondaire comprend en outre une lèvre C 34) d'étanchéité orientée au moins par- ' tiel Iement axialement et portant contre une partie du mécanisme fermé, suivant une bande d'étanchéité formée entre la partie axialement extérieure de la lèvre d'étanchéité et une seconde partie s'étendant radiale- ment du mécanisme fermé.