Brevet FR2547386A1 — publié le 19841214

La présente invention se rapporte à un joint métallique flexible à une ou deux lignes d'étanchéité, du type comprenant au moins une Ame métallique élastique présentant, lorsqu'elle est au repos, la forme 5 d'un tore, et au moins une enveloppe dans laquelle est encastrée l'âme métallique, chaque enveloppe étant ouverte suivant l'une des périphéries de l'âme métallique. Dans les joints métalliques de ce type, 10 lf'âme élastique torique est constituée soit par un tube métallique, soit par un ressort hélicoidal à spires jointives refermé sur lui-même Dans ce dernier cas, la section du fil constituant le ressort peut être quelconque et notamment ronde, rectangulaire ou 15 en segment de cercle Le tube ou le ressort hélicoidal, serré sur champ, confère au joint son élasticité. D'autre part, la ou les enveloppes entourant l'âme des joints existants de ce type sont constituées de matériaux plaqués ou en feuilles minces tels que le 20 polytétrafluoréthylène, l'aluminium, l'argent, le cuivrer le nickel, le tantale, l'acier inoxydables le zirconium, etc. Lorsque les joints comprennent plusieurs enveloppes, celles-ci ont chacune un rôle particulier. 25 Ainsi, lorsque l'âme du joint est constituée par un ressort à spires jointives, l'enveloppe interne a en général un rôle de répartition de charge au niveau de chaque sommet de spire de l'âme élastique L'enveloppe externe est réalisée quant à elle en un métal ductile 30 permettant, grâce à ces capacités de fluage dans les aspérités des surfaces en contact, de conférer au joint une parfaite étanchéité lorsqu'il est serré dans un assemblage D'une manière générale, ce sont donc les propriétés plastiques des matériaux qui les cons- tituent qui caractérisent les enveloppes du joint. On remarquera en outre que les joints métalliques existants sont très généralement de forme torique, les enveloppes qui enserrent l'âme élastique 5 ayant également la forme d'une surface torique dont le cercle générateur ne se referme pas sur lui-même Une illustration de joints dont l'âme élastique est constituée par un ressort hélicoïdal à spires jointives est donnée par le brevet français n 73 19488 du 29 10 mai 1973 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique. L'expérience industrielle montre que ces joints métalliques élastiques donnent satisfaction pour de nombreuses utilisations Toutefois, dans le cas o les assemblages présentent des mouvements ou 15 des déplacements radiaux différentiels entre les brides, l'étanchéité obtenue initialement peut perdre de son efficacité. Ces mouvements différentiels se rencontrent chaque fois que les brides de l'assemblage sont en 20 matériaux hétérogènes ou anisotropes ou encore en materiaux homogènes, lorsque les conditions de montée ou de descente en température ne sont pas homogènes pour tout l'assemblage Dans la pratique, ces conditions se rencontrent très fréquemment. Afin d'analyser le comportement des joints métalliques flexibles existants dans les conditions évoquées ci-dessus, il est fait référence à la figure 1 qui représente, en coupe transversale, un joint mé tallique flexible existant 10 serré entre deux brides 30 A et B. De façon plus précise, on a représenté à titre d'exemple sur la figure 1 un joint 10 dont l'âme est constituée par un ressort hélicoïdal métallique 12 à spires jointives, ce ressort étant encastré dans une 35 première enveloppe 14, elle-même encastrée dans une seconde enveloppe 16 On a désigné par Pl et P 2 les points de contact de l'enveloppe externe 16 du joint respectivement avec les brides A et B, après que le serrage de l'assemblage ait été réalisé. Si l'on suppose que la bride A se dilate plus que la bride B après serrage de l'assemblage, le point Pl de la bride A vient en P'1 Au cours de ce déplacement, l'enveloppe extérieure 16 du joint est sollicitée en subissant un étirage, puis un glisse10 ment, car la partie de l'enveloppe 16 délimitée en longueur par les points Pl et P 2 est coincée contre l'ame élastique 12 et ne peut s'allonger sans dommage pour le joint Il en résulte par conséquent une perte d'étanchéité du joint qui peut être d'autant plus 15 grande que le phénomène peut se répéter dans l'un et l'autre sens et avec une amplitude variable durant la vie de l'assemblage. La présente invention a précisément pour objet de supprimer cet inconvénient des joints métal20 liques flexibles existants, en permettant à l'ensemble des couches constituant la ou les enveloppes du joint de suivre les déplacements radiaux différentiels entre les brides A et B en glissant sur l'âme élastique du joint sans déplacement différentiel au niveau des con25 tacts entre l'enveloppe extérieure 16 du joint et les brides A et B. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un-joint métallique flexible tel que défini précédemment et caractérisé en ce que chaque 30 enveloppe comporte, suivant la périphérie de l'ame métallique opposée à l'ouverture de cette enveloppe-, au moins un renflement au niveau duquel cette enveloppe n'est pas en contact avec l'âme métallique. Grace à cette caractéristique, la longueur 35 présentée en section par les enveloppes 14 et 16 entre -4 les points Pl et P 2 tels que définis sur la figure 1 est supérieure à la valeur qu'elle aurait dans le cas des joints existants, ce qui permet à ces enveloppes de suivre les déplacements relatifs des brides sans glisser par rapport -à celles-ci On évite ainsi l'étirage du métal et toute perte d'étanchéité du joint. Dans le cas o le joint comprend au moins deux enveloppes superposées dans lesquelles est encastrée l'âme métallique, et selon un premier mode de 10 réalisation de l'invention, les enveloppes sont ouvertes suivant la même périphérie de l'âme métallique et comportent chacune au moins un renflement suivant l'autre périphérie de l'âme métallique. Selon un autre mode-de réalisation de l'in15 vention également applicable au cas o le joint comprend une enveloppe interne dans laquelle est encastrée l'âme métallique et une enveloppe externe dans laquelle est encastrée l'enveloppe interner les enveloppes sont ouvertes suivant les périphéries opposées 20 de l'âme métallique, l'enveloppe interne comportant au moins un renflement faisant saillie par l'ouverture de l'enveloppe externe, cette dernière comportant au moins un renflement suivant la périphérie selon laquelle l'enveloppe interne est ouverte. L'invention s'applique également aux joints métalliques à deux lignes d'étanchéité dans lesquels deux âmes métalliques sont reliées par au moins une enveloppe dans laquelle sont encastrées les deux âmes. Dans ce cas, chaque enveloppe comporte au moins un 30 renflement suivant l'une des périphéries de chacune des deux âmes du joint. De façon comparable, l'invention s'applique aussi aux joints à deux lignes d'étanchéité dits "mixtes", dans lesquels une âme métallique est reliée à un 35 joint non métallique par un gabarit, l'âme métallique 2547386. du joint étant encastrée dans au moins une enveloppe. Dans ce cas, chaque enveloppe comporte au moins un renflement suivant la périphérie de l'âme opposée au gabarit. Selon un autre aspect de l'invention, au moins l'une des enveloppes métalliques du joint comporte au moins un renflement suivant la périphérie interne du joint. On décrira maintenant, à titre d'exemple non 10 limitatif, différents modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente en coupe transversale un joint métallique flexible connu 15 serré entre deux brides, la figure 2 représente, en coupe transversale, un premier mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un joint à une seule ligne d'étanchéité comprenant deux enveloppes superposées de même forme, 20 la figure 3 représente, en coupe transversale, un joint métallique flexible selon l'invention à une seule ligne d'étanchéité comprenant deux enveloppes de forme inversée, les figures 4, 5 et 6 représentent, en 25 coupe transversale, trois variantes de réalisation du joint de la figure 2 dans lesquelles les enveloppes superposées comportent plusieurs renflements de différentes formes, la figure 7 représente, en coupe transver30 sale, un joint métallique flexible à deux lignes d'étanchéité comprenant deux âmes métalliques et réalisé conformément à l'invention, et la figure 8 représente, en coupe transversale, un joint métallique flexible à deux lignes 35 d'étanchéité de type mixte, réalisé conformément à l'invention. On reconnaît sur la figure 2 les différents éléments constitutifs des joints connus tels que celui qui a été décrit précédemment en se référant à la figure 1. En particulier, le joint O l Oa représenté sur la figure 2 se compose d'une âme métallique constituée par un ressort hélicoïdal à spires jointives 12 a encastré dans une première enveloppe ou enveloppe interne 14 a, elle-même encastrée dans une deuxième envelop10 pe ou enveloppe externe 16 ao Conformément à l'invention, chacune des enveloppes 14 a et 16 a présente, suivant la périphérie interne du joint, un renflement en forme de lyre désigné respectivement par les références 18 a et 20 a pour 15 les enveloppes interne et externe Au niveau de ces renflements, les enveloppes ne sont pas en contact avec l'âme élastique 12 a, même lorsque le joint est écrasé dans l'assemblage. De façon plus précise, dans le mode de réa20 lisation de la figure 2, les enveloppes 14 a et 16 a sont disposées dans le même sens autour du ressort hélicoïdal 12 a, de telle sorte que le cercle générateur de chacune des enveloppes ne se referme pas sur lui-même au niveau de la périphérie externe du joint 25 et que les renflements 18 a et 20 a sont situés l'un dans l'autre et à l'opposé par rapport au côté ouvert des enveloppes, c'est-à-dire suivant la périphérie interne du joint. On retrouve également dans le mode de réali30 sation de la figure 3 un joint 10 b à une seule ligne d'étanchéité constitué par un ressort hélicoïdal 12 b à spires jointives encastré dans deux enveloppes superposées 14 b et 16 b De plus, conformément à l'invention, chacune des enveloppes 14 b et 16 b comporte un renflement en forme de lyre 18 b et 20 b. 2547386. Le mode de réalisation de la figure 3 se distingue du mode de réalisation de la figure 2 par le fait qu'au lieu d'être superposées dans le même sens autour de l'âme métallique du joint, les enveloppes 14 b et 16 b sont inversées. De façon plus précise, l'enveloppe interne 14 b est ouverte du côté de la périphérie interne du joint et comporte le renflement 18 b du côté de la périphérie externe du joint, alors qu'au contraire l'en10 veloppe externe 16 b est ouverte suivant la périphérie externe du joint et comporte le renflement 20 b suivant la périphérie interne du joint Cette disposition est rendue possible par le fait que l'ouverture définie à la périphérie externe du joint par l'enveloppe externe 16 b est suffisamment grande pour permettre le passage du renflement 18 b de l'enveloppe interne 14 b. Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits en se référant aux figures 2 et 3, chacune des enveloppes du joint comporte un seul ren20 flement disposé selon le plan médian du joint et de façon symétrique par rapport à ce plan Toutefois, on peut aussi envisager de munir chacune des enveloppes du joint de plusieurs renflements. Ainsi, on a représenté sur les figures 4 et 25 5 deux modes de réalisation d'un joint métallique flexible 10 c et l Od respectivement à une seule ligne d'étanchéité, dans lesquels les enveloppes comportent chacune deux renflements Comme dans le mode de réalisation de la fi30 gure 2, les enveloppes 14 c et 16 c du joint 10 c représenté sur la figure 4 sont di Sposées dans le même sens, de façon à être ouvertes le long de la périphérie externe du joint, les renflements 18 c et 20 c de chacune des enveloppes étant situés le long de la périphérie interne du joint Les renflements 18 c sont emboîtés dans les renflements 20 c, les renflements de chaque enveloppe étant disposés de façon symétrique de part et d'autre du plan médian du joint. Le joint 10 d de la figure 5 est semblable au 5 joint O 10 c de la figure 4, à l'exception des renflements qui sont de forme différente, les renflements des enveloppes étant plus allongés sur la figure 5 que sur la figure 4 Par ailleurs tous les éléments du joint l Od sont désignés sur la figure 5 par le même 10 numéro de référence que sur la figure 4, affecté de l'indice d à la place de l'indice c Ces éléments ne seront donc pas décrits à nouveau. Sur la figure 6, on a représenté un autre mode de réalisation du joint selon l'invention, ce 15 joint 10 e étant à une seule ligne d étanchéité et étant par ailleurs réalisé de la même manière que les joints des figures 4 et 5, sinon que les enveloppes interne 14 e et externe 16 e comportent chacune trois renflements 18 e et 20 e au lieu de deux Ces renfle20 ments 18 e et 20 e sont disposes le long de la périphérie interne du joint. Dans ce cas, deux des renflements 18 e et 20 e de chaque envel ppe sont disposés symétriquement de part et d'autre du plan médian du joint, comme dans 25 les modes de réalisation des figures 4 et 5, alors que le troisième renflement 18 e et 20 e est disposé entre les deux autres, selon le plan médian du joint et de façon symétrique par rapport à ce plan. Dans tous les modes de réalisation qui vien30 nent d'être décrits précédemment en se référant aux figures 2 à 6, on voit que les deux seules conditions imposées aux renflements réalisés sur les enveloppes du joint conformément à l'invention sont, d'une part, que les renflements ne peuvent être réalisés par cons35 truction qu'à l'opposé de la zone o le cercle généra- 2547386. teur des enveloppes ne se referme pas sur lui-même et, d'autre part, que la forme et l'emplacement des renflements ne doivent pas entraver le serrage du joint dans l'assemblage En d'autres termes, cette dernière 5 condition implique que l'épaisseur du joint au niveau des renflements soit au plus égale à l'épaisseur du joint au niveau de l'âme métallique élastique. Sur la figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention concernant un joint 10 métallique flexible 10 f à deux lignes d'étanchéité. Comme l'illustre la figure 7, le joint 10 f comprend un ressort hélicoidal interne 12 f à spires jointives et un ressort hélicoïdal externe 12 'f à spires jointives reliés par une première enveloppe 14 f 15 dans laquelle ces ressorts sont encastrés, l'enveloppe 14 f étant elle-même encastrée dans une deuxième enveloppe 16 f De façon plus précise, l'encastrement des ressorts 12 f et 12 'f dans les enveloppes 14 f et 16 f est tel que ces enveloppes soient ouvertes le long des 20 périphéries des ressorts en vis-à-vis. Conformément à l'invention, les enveloppes 14 f et 16 f présentent des renflements 18 f et 20 f emboîtés l'un dans l'autre selon la périphérie interne du ressort interne 12 f et des renflements 18 'f et 20 'f 25 selon la périphérie du ressort externe 12 "f Dans le cas représenté sur la figure o un seul renflement est prévu sur chacune des enveloppes à proximité de chacun des ressorts, les renflements sont disposés selon le plan médian du joint de façon symétrique par rapport à 30 celui-ci On pourrait toutefois envisager de prévoir deux ou trois renflements sur chacune des enveloppes à proximité de chacun des joints comme on l'a décrit pour des joints à une seule ligne d'étanchéité en se référant aux figures 4 à 6. Enfin, on a représenté sur la figure 8 un 2547386. joint flexible à deux lignes d'étanchéité de type mixte Un tel joint l Og se compose d'un joint torique externe 22 g en un matériau non métallique tel qu'un matériau élastomère, d'un ressort hélicoïdal interne 5 12 g à spires jointives, d'un gabarit de forme 24 g reliant le ressort 12 g au joint torique 22 g et d'une enveloppe externe 16 g dans laquelle est encastré le ressort 12 g et une partie du gabarit 24 g entourant celui-ci. Conformément à l'invention, l'enveloppe 16 g étant ouverte du côté de la périphérie externe du ressort 12 g en raison de la présence du gabarit 24 g, un renflement 20 g est prévu sur la périphérie interne du joint Ce renflement 20 g est disposé depréférence 15 selon le plan médian du joint l Og, et de façon symétrique par rapport à ce plan Toutefois, on peut ici encore envisager de remplacer ce renflement unique par deux ou trois renflements conformément aux modes de réalisation décrits précédemment en se référant aux 20 figures 4 à 6 pour des joints à une seule ligne d'étanchéité. Conformément à l'inventiong et quelle que soit la forme de réalisation du joint, on voit que le résultat recherché est bien atteint puisque la présen25 ce d'un ou plusieurs renflements sur les enveloppes au niveau de la ou de chacune des âmes métalliques du joint permet aux enveloppes de suivre un éventuel déplacement relatif entre les brides de l'assemblage sans glisser par rapport à celles-ci et donc sans per30 te d'étanchéité. Dans cet esprit, il est clair que le nombre et la forme des renflements peuvent être modifiés sans affecter l'obtention de ce résultat De même, il importe peu que le joint métallique flexible comporte 35 une ou plusieurs enveloppes entourant l'âme métallique 2547386; élastique, celle-ci pouvant être par ailleurs réalisée d'une manière différente du ressort hélicoidal décrit, et notamment sous la forme d'un tube métallique Dans le même esprit, on comprendra que le joint selon l'in5 vention peut présenter en vue de dessus une forme quelconque, c'est-à-dire qu'il peut être aussi bien circulaire que de forme sensiblement carrée ou rectangulaire, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Joint métallique flexible comprenant au moins une âme métallique élastique ( 12 a à 12 g) présen5 tant, lorsqu'elle est au repos O la forme d'un tore, et au moins une enveloppe ( 14 a à 14 f; 16 a à 169) dans laquelle est encastrée l'âme métallique, chaque enveloppe étant ouverte suivant l'une des périphéries de l'âme métallique, caractérisé en ce que chaque enve10 -loppe comporte, suivant l'autre périphérie de l'âme métallique, au moins un renflement ( 18 a à 18 f; 20 a à 20 g) au niveau duquel cette enveloppe n'est pas en contact avec l'âme métalliqueo 2 Joint selon la revendication 1, comprei 5 nant au moins deux enveloppes ( 14 a, 14 c à 14 e; 16 a, 16 c à 16 e) superposées dans lesquelles est encastrée l'âme métallique ( 12 a, 12 c à 12 e), caractérisé en ce que les enveloppes sont ouvertes suivant la maême périphérie de l'âme métallique et comportent chacune au 20 moins un renflement ( 18 a, 18 c à 18 e) suivant l'autre périphérie de l'ame métallique. 3 Joint selon la revendication 1, comprenant une enveloppe interne ( 14 b) dans laquelle est encastrée l'âme métallique ( 12 b) et une enveloppe ex25 terne ( 16 b) dans laquelle est encastrée l'enveloppe interne, caractérisé en ce que les enveloppes sont ouvertes suivant les périphéries opposées de l'ame métallique, l'enveloppe interne ( 14 b) comportant au moins un renflement ( 18 b) faisant saillie par l'ouver30 ture de l'enveloppe externe ( 16 b), cette dernière comportant au moins un renflement ( 20 b) suivant la périphérie selon laquelle l'enveloppe interne ( 14 b) est ouverte. 4 Joint selon l'une quelconque des revendi- 2547386, cations précédentes, comprenant deux âmes métalliques ( 12 f, 12 'f) définissant deux lignes d'étanchéité, ces âmes étant reliées par au moins une enveloppe ( 14 f, 16 f) dans laquelle sont encastrées les deux âmes, ca5 -ractérisé en ce que chaque enveloppe comporte au moins un renflement ( 18 f, 18 'f, 20 f, 20 'f) suivant l'une des périphéries de chacune des deux âmes du joint. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une âme métallique ( 12 g) 10 reliée à un joint non métallique ( 22 g) par un gabarit ( 24 g), de façon à définir deux lignes d'étanchéité, et au moins une enveloppe ( 16 g) dans laquelle est encastrée l'âme métallique du joint, caractérisé en ce que chaque enveloppe comporte au moins un renflement ( 20 g) 15 suivant la périphérie de l'âme opposée au gabarit. 6 Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une enveloppe ( 14 a, 16 a; 16 b; 14 c à 14 f, 16 c à 16 f; 16 g) comporte au moins un renflement ( 18 a, 20 a; 20 b; 18 c à 20 18 f, 20 c à 20 f; 20 g) suivant la périphérie interne du joint.