Brevet FR2552191A1 — publié le 19850322

i DISPOSITIF D'ETANCHEITE POUR RESSORT A FLUIDE La présente invention concerne des dispositifs d'étanchéité et notamment des constructions étanches aptes à être utilisées entre une tige de piston mobile et un carter fixe pour empêcher le fluide comprimé de s'échapper le long de la tige de piston. Les ressorts pneumatiques qui contiennent dans la cavité du cylindre du gaz tel que de l'air ou de l'azote sous haute pression sont bien connus Afin d'essayer 10 d'empêcher des fuites de gaz de la cavité du cylindre le long de la tige de piston, une chambre contenant un liquide tel que de l'huile a été prévue à côté de la paroi en bout munie d'une ouverture à travers laquelle la tige. de piston se déplace alternativement. De tels ressorts pneumatiques peuvent être utilisés dans des colonnes support telles que révélées dans le brevet US N 3 856 287 Ils peuvent également 8 tre utilisés pour solliciter le hayon d'un break vers la position ouverte comme dans le brevet US 4 263 488 et 20 l'art antérieur révélé dedans En outre, ces ressorts peuvent être utilisés dans des suspensions pneumatiques telles que montrées dans le brevet US 4 030 716. Ces ressorts avec une chambre de liquide à côté de la paroi en bout munie d'une ouverture procurent une 25 excellente étanchéité pour le gaz comprimé Cependant, du gaz éventuellement passe peu à peu au-delà du joint d'étanchéité fixe entre les chambres de liquide et de gaz à cause de la différence de pression à travers ce joint. L'accumulation de gaz en résultant dans la chambre "liqui30 de" passe peu à peu au-delà du joint d'étanchéité à la paroi d'extrémité munie d'une ouverture beaucoup plus rapidement que ne le fait le liquide Aussi, la plus grande concentration de gaz dans la chambre "liquide" résulte en une lubrification moindre du joint d'étanchéité de la paroi en bout par le liquide et en une certaine sensibili'té à l'orientation du ressort à gaz dans une installation particulière En outre, l'effort sur le joint d'étanchéité entre les chambres de liquide et de gaz provoque un frottement et une usure sur ce joint d'étanchéité à cause de la différence de pression. Le dispositif d'étanchéité-selon l'invention comprend le joint d'étanchéité fixe situé à côté de la paroi en bout munie d' une; ouverture et la chambre de liquide, mais le joint entre les chambres de liquide et de gaz est libre de coulisser vers et à distance de l'autre joint. Lorsque le joint fixe fuit ou s'use, le joint flottant 10 séparant les chambres de liquide et de gaz se déplace vers le joint fixe en même temps que du liquide, habituellement de l'huile, passe peu à peu à travers le joint d'étanchéité fixe. Pendant ce lent mouvement du joint flottant, I 1 15 se produit cependant un léger frottement ou usure sur le joint flottant à cause de la différence de pression minimale à travers celui-ci Aussi, la différence de pression minimale à travers le joint flottant résulte en un passage minimal de gaz à travers le joint flottant jusque dans la 20 chambre de liquide Ceci assure que principalement du liquide est en contact avec le joint fixe pendant la durée de fonctionnement de celui-ci. Avec un minimum de gaz dans la chambre de liquide, une lubrification suffisante du joint fixe est assurée 25 pour toutes les températures et orientations du ressort à gaz Aussi les fuites à travers le joint fixe sont basses parce qu'un liquide, et notamment de l'huile, passe peu a peu à travers un tel joint plus lentement qu'un gaz. Eventuellement, le joint flottant est arrêté à côté du joint fixe et agit alors comme joint secondaire ou de sécurité, retenant le gaz restant et la pression de liquide dans le ressort pneumatique. Dans une autre forme d'exécution, un ressort de compression mécanique peut être interposé entre le joint 35 flottant et le joint fixe Le ressort mécanique sert à solliciter le joint flottant vers sa position initiale (la plus intérieure) à l'intérieur du ressort à gaz et à résister élastiquement au mouvement du joint flottant vers le joint fixe lorsqu'il se produit des fuites de fluide à travers le joint fixe Cette résistance mécanique au mouvement du joint flottant augmente effectivement la pression différentielle à travers le joint flottant distribuant par là la différence de pression entre la chambre à gaz du ressort à gaz et l'atmosphère d'une façon plus uniforme au-delà des deux joints flottant et fixe. La structure d'étanchéité selon l'invention fournit une durée de cycle plus longue, une vie propre plus longue, une gamme de températures de fonctionnement plus étendue et une sensibilité moindre à l'orientation du ressort pneumatique dans son installation. En outre, il est possible d'utiliser des combinaisons variées joint d'étanchéité/gaz/huile qui ne sont pas possible autrement à cause des incompatibilités des matériaux Cela résulte du fait que le gaz derrière le piston est isolé du liquide dans la chambre entre les joints fixe 20 et flottant. De toute façon l'invention sera mieux comprise avec la description détaillée qui suit de formes d'exécution préférées en référence au dessin schématique annexé dans lequel: Figure 1 est une vue en coupe d'un joint d'étanchéité selon l'invention dans un ressort pneumatique; Figure 2 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention, et, Figure 3 est une vue en coupe d'encore une nou30 velle forme de réalisation de l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, le joint selon l'invention est montré dans un ressort pneumatique ( 10) comprenant un cylindre ( 11) de forme allongée en direction axiale et de section transversale globalement 35 circulaire L'ensemble piston associé comprend une tige de piston cylindrique ( 12) et un corps de piston ( 13) fixé axialement sur l'extrémité diminuée de la tige de piston ( 12) à l'intérieur de la cavité du cylindre ( 11) La face circulaire extérieure d'une bague de piston ( 14) est en contact glissant avec la paroi interne du cylindre La bague ( 14) est retenue axialement avec un certain jeu entre le corps du piston ( 13) et un disque métallique ( 15) muni d'une ouverture de section transversale nettement rectangulaire et qui repose sur un épaulement de la tige de piston ( 12). Le jeu radial entre le corps de piston ( 13) et 10 la paroi du cylindre a été exagéré dans le dessin pour plus de clarté Le diamètre du corps de piston ( 13) est suffisamment plus grand que celui du disque ( 15) de façon à fournir un guidage radial pour l'extrémité interne de la tige de piston ( 12). La chambre ( 17) derrière le corps de piston ( 13) contient un gaz,de préférence de l'air ou de l'azote, sous une pression beaucoup plus élevée que la pression atmosphérique Pendant le mouvement de la tige de piston ( 12) à l'extérieur du cylindre ( 11), sous l'effet de ce gaz com20 primé, du gaz peut s'écouler de la chambre ( 17) au-delà du corps de piston ( 13) seulement à travers un trou d'étranglement (non représenté) dans le corps du piston, tandis que pendant le mouvement de la tige de piston vers l'intérieur, la bague de piston ( 14) ouvre un chemin 25 d'écoulement supplémentaire à travers les ouvertures du disque ( 15) et l'intervalle entre le corps de piston ( 13) et le cylindre ( 11) ainsi que cela a été décrit plus complètement dans le brevet US N 4 263 488 et l'art antérieur cité dedans. La tige de piston ( 12) est également guidée axialement à travers une ouverture ( 19) dans la paroi en bout ( 20) du cylindre ( 11) par un manchon de guidage ( 21) situé à proximité de la paroi en bout ( 20) Un joint d'étanchéité annulaire fixe ( 22) est retenu contre le manchon ( 21) par 35 une bague de retenue ( 23) et une nervure interne ( 24) formée dans la paroi latérale du cylindre ( 11) Le joint d'étanchéité ( 22) est en matériau élastomère et comprend une lèvre annulaire extérieure ( 26) qui est en contact avec la paroi du cylindre et une lèvre annulaire intérieure ( 27) qui est en contact glissant avec la tige de piston 5 ( 12) Le joint d'étanchéité ( 22) est renforcé par une bague métallique ( 28) plate moulée à l'intérieur et il réalise l'étanchéité du fluide comprimé à l'intérieur de la cavité du cylindre. L'extrémité opposée du cylindre ( 11) est fermée par une paroi en bout ( 30) sur laquelle est montée un oeil de fixation ( 31) Sur l'extrémité externe de la tige de piston est monté un oeil de fixation ( 33) Si le ressort pneumatique ( 10) est utilisé pour solliciter le hayon d'un break vers sa position ouverte, l'oeil ( 31) peut être fixé 15 de façon pivotante au corps du véhicule et l'oeil ( 33) peut être fixé de façon pivotante au hayon. Une autre nervure interne ( 35) est formée sur la paroi latérale du cyl indre ( 11) à un endroit placé à distance de la nervure interne ( 24) Lorsque la tige de piston 20 ( 12) est poussée hors de la cavité du cylindre par le gaz comprimé, l'extension de la tige de piston est limitée lorsque le disque ( 15) vient en contact avec la nervure interne ( 35). Un joint annulaire flottant ( 37) est libre de glisser entre les nervures internes ( 24) et ( 35) tout en étant en contact étanche avec la tige de piston ( 12) et la paroi du cylindre, Le joint d'étanchéité ( 37) est en matériau élastomère et il comprend une lèvre annulaire extérieur ( 38) qui est -en contact glissant avec la paroi du 30 cylindrc et une lèvre annulaire intérieure ( 39) qui est en contact glissant avec la tige de piston Le joint d'étanchéité ( 37) est renforcé par une bague métallique ( 40) fixée dessus sur le côté de ce joint situé du côté de la nervure inte:erne ( 24) La bague ( 40) est apte à venir en 35 contact avec la rervure interne ( 24) et est assez solide Dour résister à la -pression de gaz de la chambre ( 17) sans se d Aeormer ou passer au-dela de la nervure ( 24). Lorsque le ressort pneumatique ( 10) est fabriqué, la cavité du cylindre est d'abord remplie par un gaz, de préférence de l'air ou de l'azote, sous haute pression, par des techniques bien connues dans l'art Un liquide, de préférence une huile assez visqueuse, est alors introduit au moyen de techniques bien connues de façon à remplir la chambre ( 42) entre les joints ( 22) et ( 37) Suffisamment de liquide est pompé à l'intérieur de cette chambre pour faire flotter le joint d'étanchéité ( 37) vers le haut con10 tre la nervure interne ( 35) déplaçant tout le gaz hors de cette chambre et dans la chambre ( 17). Ainsi qu'il est noté ci-dessous en relation avec la forme d'exécution de la figure 3, un ressort de compression mécanique peut être prévu si désiré pour agir en 15 complément de l'action de flottement du liquide et pousser le joint d'étanchéité ( 37) contre la nervure ( 35). L'huile dans la chambre ( 42) passe peu à peu audelà du joint ( 22) à mesure que ce joint d'étanchéité fuit ou s'use, période durant laquelle le joint d'étanchéité 20 flottant ( 37) se déplace vers le joint d'étanchéité ( 22). Pendant ce mouvement du joint d'étanchéité ( 37) flottant, cependant, il y a une différence de pression minimale à travers celui-ci, ce qui résulte en un frottement ou usure faible sur ce joint, en un passage minimal de gaz au25 delà de celui-ci dans la chambre ( 42), en ce que principalement de l'huile est en contact avec le joint ( 22) pendant sa durée de fonctionnement et en une excellente lubrification du joint ( 22) pour toutes les températures et orientations du ressort pneumatique ( 10) ainsi qu'il 30 a été expliqué ci-dessus. Eventuellement le joint flottant ( 37) s'arrêtera contre la nervure interne ( 24) comme montré en traits mixtes en ( 37 A) et jouera le rôle de joint secondaire ou de sécurité retenant le gaz restant et la pression d'huile 35 dans le ressort pneumatique. Le joint d'étanchéité modifié montré dans la figure 2 est identique à celui de la figure 1, sauf pour ce qui est montré autrement et décrit maintenant. Ici, la nervure interne ( 35) est remplacée par une paire de nervures internes ( 44,45) faiblement espacées qui fixent un manchon de guidage su D Dlémentaire ( 47). Le manchon de guidage ( 47) fournit un support supplémentaire pour la tige de piston ( 12) En outre, le manchon ( 47) est muni d'un épaulement annulaire ( 48) du côté de la chambre ( 17) qui est apte à entrer en contact avec le disque ( 15) de l'ensemble piston, réduisant 10 de ce fait le frottement corrosif en gardant le disque hors de toute nervure interne lorsque la tige de piston ( 12) est dans sa position sortie. Le manchon ( 47) est également muni d'un épaulement annulaire ( 49) du côté de la chambre ( 42) -qui est apte à entrer en contact avec le joint d'étanchéité flottant ( 37). Cela fournit un arrêt sans coincements pour le joint flottant pendant le remplissage en gaz et en air. Il a été trouvé que l'efficacité du joint flottant ( 37) peut encore être augmentée par l'addition d'un ressort 20 mécanique afin de le solliciter vers la nervure ( 35), c'estR-dire vers sa position d'assise la plus intérieure Une telle forme de réalisation de l'invention est montrée dans la figure 3 Sauf pour ce qui est décrit autrement, la forme de réalisation de la figure 3 peut être identique à celle 25 des figures 1 et 2. Dans la figure 3, la nervure interne ( 24) est située plus loin à l'intérieur le long du cylindre ( 11), de façon à fournir de la place pour un manchon de guidage ( 50) de ressort qui est pris entre le joint d'étanchéi30 té ( 22) et la nervure ( 24) Le manchon ( 50) est muni intérieurement d'un évidement, en ( 52), pour recevoir un ressort de compression mécanique ( 54) agissant entre un épaulement ( 56) du manchon ( 50) et le joint flottant ( 37). Si cela est souhaité, un ou plusieurs manchons de guidage 35 supplémentaires ( 58) peuvent être prévus pour garantir que le ressort ( 54) ne touche pas et n'abime pas la surface interne du cylindre ( 11 l) Une bague ( 60) d'appui, qui peut si désiré, prendre la forme du manchon ( 47) dans la figure 2, sert d'arrêt pour le joint flottant ( 37) afin de l'empêcher d'entrer en contact avec la nervure ( 35), pouvant l'endommager. Le ressort mécanique ( 54) remplit une double fonction Premièrement, il assure que le joint flottant ( 37) prend la position complètement assise désirée la plus interne montrée dans la figure 3 (et en traits pleins dans la figure 2) lors du remplissage initial du ressort pneu10 matique Deuxièmement, en résistant élastiquement au mouvement du joint flottant vers le joint fixe ( 22) lorsque des fuites apparaissent (avec l'usure et le temps) à partir de la chambre ( 42), le ressort mécanique ( 54) sert à accroître la différence de pression à travers le joint 15 flottant ( 57), c'est-à-dire entre la chambre à gaz ( 17) et la chambre de liquide ( 42) Ainsi qu'on le comprendra, cette différence de pression à travers le joint ( 37) augmentera progressivement à mesure que le ressort mécanique ( 54) est comprimé avec les fuites de fluide continuant 20 au-delà du joint fixe ( 22) Cette fonction du ressort mécanique ( 54) distribue plus uniformément la différence de pression entre la chambre à gaz ( 17) à haute pression et l'atmosphère au moyen à la fois du joint flottant ( 37) et du joint fixe ( 22), améliorant de ce fait l'efficacité 25 d'étanchéité globale de la combinaison joint flottantjoint fixe. L'invention a été montrée et décrite en référence à des formes de réalisation préférées de celle-ci Des variations et modifications de l'invention seront éviden30 tes aux personnes initiées dans la technique sans s'éloigner des concepts inventifs révélés ici Par exemple, le joint d'étanchéité flottant pourrait comprendre une bague métallique sur laquelle serait monté un joint d'étanchéité torique interne en contact glissant avec la tige de 35 piston et un joint torique externe en contact glissant avec la paroi du cylindre Toutes ces modifications et variations sont comprises dans la portée de l'invention telle que définie dans les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'étanchéité entre une tige de piston et un bottier ayant une paroi latérale et deux parois en bout dans lequel un piston porté par la tige de piston est apte à se déplacer alternativement et comprenant un fluide sous pression à l'intérieur du bottier et des moyens d'étanchéité en élastomère à proximité de la paroi en bout du bottier à travers lequel le piston se déplace alternativement, lesquels moyens d'étanchéité sont en con10 tact glissant avec la tige de piston, caractérisé en ce qu'il comprend: un organe d'étanchéité flottant ( 37) disposé entre les moyens d'étanchéité en élastomère ( 22) et le piston ( 13) et en contact glissant avec la tige de piston ( 12) 15 et, des moyens d'arrêt ( 35) pour entrer en contact avec l'organe d'étanchéité flottant ( 37) s'étendant vers l'intérieur de la paroi latérale du logement ( 11) entre les moyens d'étanchéité en élastomère ( 22) et le piston( 13) 20 et placés à distance des moyens d'étanchéité en éiastomère pour permettre à l'organe d'étanchéité flottant ( 37) de se déplacer entre les moyens d'étanchéité en élastomnère ( 22) et les moyens d'arrêt ( 35). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté25 risé en ce que l'organe d'étanchéité flottant ( 37) et les moyens d'étanchéité en élastomère définissent entre eux une chambre de taille variable et en ce qu'il comprend un liquide dans la chambre de taille variable. 3 Dispositif selon la revendication 1, caracté30 risé en ce que l'organe d'étanchéité flottant ( 37) comprend un organe d'étanchéité en élastomère qui est en contact glissant avec la tige de piston ( 12) et la paroi latérale du boîtier ( 11 l) et un éleément de renfort rigide ( 40) dispose entre l'organe d'étanchéité en élastomère ( 37) et les moyens ed'tan-héiée en élastomère ( 22). 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité en élastomère ( 37) et l'élément de renfort ( 40) sont fixés ensemble. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens d'arrêt ( 24) pour entrer en contact avec l'organe d'étanchéité 5 flottant ( 37) s'étendant à l'intérieur de la paroi latérale du bottier ( 11) à proximité des moyens d'étanchéité en élastomère ( 22). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un manchon ( 47) monté sur la 10 paroi latérale du bottier ( 11) pour servir de support à la tige de piston ( 12) et apte à entrer en contact avec l'organe d'étanchéité flottant ( 37) et le piston ( 13). 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens interposés active15 ment entre l'organe d'étanchéité flottant ( 37) et les momyens d'étanchéité en élastomère ( 22) pour solliciter de façon élastique l'organe d'étanchéité flottant ( 37) vers les moyens d'arrêt ( 35) et pour résister de façon élastique au mouvement des moyens d'étanchéité flottants ( 37) 20 tendant à les éloigner des moyens d'arrêt ( 35). 8 Ressort pneumatique comprenant un cylindre ( 11) ayant une paroi latérale, une paroi en bout fermée ( 30) et une paroi en bout ouverte ( 20),à l'intérieur duquel est définie une cavité fermée de façon étanche, une tige de piston ( 12) déplaçable axialement à l'intérieur et hors de la cavité à travers la paroi en bout ouverte ( 20), un piston ( 13) porté par la tige de piston ( 12) pour se déplacer axialement à l'intérieur de la cavité, un fluide sous pression à l'intérieur de la cavité et des moyens 30 d'étanchéité fixes ( 22) à proximité de la paroi en bout ( 20) munie d'une ouverture et enveloppant la tige de piston ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens d'étanchéité flottants ( 37) disposés entre les moyens d'étanchéité fixes ( 22) et le pis35 ton ( 13) et enveloppant la tige de piston ( 12) et, des moyens d'arrêt ( 35) pour entrer en contact avec l'organe d'étanchéité flottant ( 37) s'étendant à l'intérieur de la paroi latérale du cylindre ( 11)entre les moyens d'étanchéité fixes ( 22) et le piston ( 13) et placés à distance des moyens d'étanchéité fixes ( 22) pour permet5 tre aux moyens d'étanchéité flottants ( 37) de se déplacer entre les moyens d'étanchéité fixes ( 22) et les moyens d'arrêt ( 35). 9 Ressort selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité flottants ( 37) et les 10 moyens d'étanchéité fixes ( 22) définissent entre eux une chambre ( 42) de taille variable et en ce qu'il comprend un liquide dans la chambre de taille variable ( 42). Ressort selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité flotttants ( 37) compren15 nent un organe d'étanchéité en élastomère qui enveloppe la tige de piston ( 12) et un élément de renfort rigide ( 40) disposé entre l'organe d'étanchéité en élastomère ( 37) et les moyens d'étanchéité fixes ( 22). 11 Ressort selon la revendication 10, caractéri20 sé en ce que l'organe d'étanchéité en élastomère ( 37) et l'élément de renfort ( 40) sont fixés ensemble. 12 Ressort selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens d'arrêt ( 24) pour entrer en contact avec les moyens d'étanchéité flottants ( 37) s'étendant à l'intérieur de la paroi latérale du cylindre ( 11) à proximité des moyens d'étanchéité fixes ( 22). 13 Ressort selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un manchon ( 47) monté sur la paroi latérale du cylindre ( 11) pour servir de support à la tige de 30 piston ( 12) et apte à entrer en contact avec les moyens d'étanchéité flottants ( 37) et le piston ( 13). 14 Ressort selon-la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour solliciter élastiquement les moyens d'étanchéité flottants ( 37) vers les moyens 35 d'arrêt ( 35) et pour résister de façon élastique au mouvement d'éloignement des moyens d'étanchéité flottants ( 37) des moyens d'arrêt ( 35).