Brevet FR2568655A1 — publié le 19860207

L'invention concerne des joints hydrauliques et, en par- ticulier un joint non extrudable, plastiquement déformable, possédant des caractéristiques de charge contrôlées. Le problème d'assurer l'étanchéité de deux surfaces ad- jacentes au passage d'un fluide sous pression a toujours existé depuis que l'énergie hydraulique est devenue une source énergé- tique utilisable. Au fur et à mesure de l'amélioration des mé- taux et de leurs techniques d'usinage et de pair.oavec le déve- loppement de sources énergétiques plus efficaces, la demande de pressions hydrauliques utilisables plus élevées a augmenté elle aussi. Ceci, de son côté, a accru ia demande en joints d'une qualité de plus en plus améliorée. Les moteurs et pompes à engrenages hydrauliques sont les premiers exemples de cette tendance. Ils ont été utilisés pen- dant de nombreuses années pour transmettre l'énergie hydrauli- que d'un point à un autre et la reconvertir en énergie mécani- que. A mesure que les pressions requises des pompes et des mo- teurs augmentaient au fil des ans, les problèmes associés aux fuites et à l'usure ont fait de même, en particulier autour des extrémités des engrenages, aux plaques de butée. L'un des prin- cipaux problèmes associés à ces plaques de butée a été la créa- tion d'une pression d'étanchéité suffisante entre la plaque de butée et les extrémités des engrenages, sans développer une pression excessive et sans refoulement, destruction ou perte de qualité du joint. Il existe essentiellement deux types de joints hydrauli- ques généralement utilisés actuellement dans l'industrie. Ils sont généralement connus sous le nom de joints élastomères et de joints lamellaires. Le joint élastomère est de loin le joint le plus couramment utilisé de nos jours dans l'industrie hy- draulique. En fonctionnement, un élastomère ou une ma- tière élastique crée l'action d'étanchéité initiale par dé- formation élastique entre deux surfaces opposées puis la pression du liquide renforce l'action d'étanchéité en aug- mentant la charge exercée sur le joint en position. Les joints lamellaires sont basés sur l'existence de tolérances étroites entre les organes, afin de réduire les fuites au minimum. Les joints lamellaires sont ordinairement chers, en comparaison des joints en élastomère, étant donné qu'ils impliquent des tolé- rances serrées et qu'ils comportent toujours un certain pourcentage de fuites. Des exemples types de joints utilisés actuellement sont ceux décrits dans les brevets des EUA 4 242 066, 4 309158, 4 358260, 4 029 446, 3 961 872, 3 748 063, 3 482 524, 3 270 680 et 3 142 260. Ces brevets concernent tous des joints élastomères, par exemple le brevet des EUA 4 242 066 ou des joints' élastomères et lamellaires combiné s,par exemple le brevet des EUA 3 142 260. Ces joints sont complexeset coûteux et leurs pressions d'utilisation ont des limites. La Demanderesse a découvert une nouvelle forme de joint utilisable entre deux organes à sceller, présentant un troisibme type d'ef- fet d'étanchéité, à savoir la déformation plastique. Le joint de la présente invention crée l'action d'étanchéité initiale par déformation plastique contre des surfaces opposées à scel- ler et ce joint peut être sans fuites, selon les caractéristi- ques de déformation élastique du joint plastiquement déformable mais, toutefois, il s'agit d'une action d'étanchéité séparée qui n'est pas associée à l'action principale d'étanchéité selon- l'invention. Etant donné que l'une des applications principales d'un joint de ce type est l'étanchéité des plaques de butée pour moteurs et pompes rotatives, l'invention va être décrite en particulier dans ce type d'environnement, bien que l'on puisse également l'utiliser dans tout autre système d'étanchéité simi- laire o une rainure est mnacrée dans une surface pour recevoir un joint qui vient en contact. avec une autre surface opposée à la rai- nure de ladite surface et avec la rainure pour assurer l'étanchéité entre les deux surfaces. Les joints des plaques de butée sont conçus sous forme d'une combinaison de courbes concaves et convexes et une ou plusieurs languettes auxiliaires afin de réaliser un équilibrage de la plaque de butée et de l'engrenage sous pres- sion dans le moteur oula pOEe. Ces plaques comportent habituellement un entrefer d'extrusion pouvant atteindre jusqu'à 0,25 mm environ, ce qui provoque par suite une extrusion du joint et constitue un sérieux problème. En outre, ces joints sont soumis à une pression pulsatoire rapide qui entraîne une défaillance préma- turée de l'élastomère en raison de l'hystérésis. De tels joints sont également soumis à l'usure provoquée par le mouvement de la plaque de butée pendant le cycle de pompage. Les joints de plaque de butée doivent avoir également une charge d'étanchéité limitée contre la plaque pour éviter les frictions élevées qui réduisent le rendement de la pompe auxpressions réduites. Enfin, le joint doit pouvoir fonctionner dans une plage de température de -53 à 121 C et sous des pressions de 0 à 35 000 kPa. La Demnanderesse réalise un joint pour liquide hydraulique sous pres- sion pour assurer l'étanchéité entre deux surfaces adjacentes, l'une comportant une rainure tournée vers l'autre surface, com- prenant un organe d'étanchéité adapté pour s'ajuster dans la dite rainure et un organe d'interférence plastiquement déforma- ble dans cet organe d'étanchéité, d'une section telle qu'il se déforme plastiquement avant les surfaces d'étanchéité dudit organe d'étanchéité. Ce dernier est, de préférence, d'une sec- tion en U inférieure à celle de la rainure et, dans la rainure et l'entrefer entre les surfaces à sceller et l'organe d'inter- férence, il est prévu une pluralité d'ergots espacés entre les languettes de l'organe en U, dont la longueur est telle que, lorsque les surfaces sont assemblées il existe une interférence entre l'organe d'étanchéité et les ergots, ce qui provoque la déformation plastique de ces derniers. L'ensemble de l'organe d'étanchéité et les ergots sont, de préférence, réalisés en ma- tière plastiquement déformable dont la limite élastique est suffisamment élevée pour résister à l'extrusion dans l'entrefer entre les surfaces tout en restant cependant assez basse pour permettre une déformation dans la rartie o l'interférence se produit, c'est- à-dire les ergots. Le joint est, de préférence, réalisé en plastique armé, par exemple du"Nylon"armé de fibres de verre ou un matériau similaire. Dans la description qui précède, la Demanderesse a exposé certains objets de 1 ' invention. D'autres objets, buts et avantages de cette invention apparaîtront de l'examen de la description suivante et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe partielle d'une pompe à engrenage illustrant une plaque de butée et un joint en position, la figure 2 est une vue en plan d'une plaque de butée et du joint selon l'invention, la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une vue de dessus, en"plan, du joint de la figure 2, la figure 5 est une vue de dessous, en plan, du joint de la figure 2, et la figure 6 est une vue en coupe de deux sur- faces adjacentes d'assemblage étanche selon la ligne III-III. Si l'on se réfère aux dessins, on voit un corps de pompe rotative à engrenage comportant deux organes d'impulsion en prise 11 et 12 entre deux plaques de butée extrêmes 13 et 14, avec un bottier central 15 entourant la périphérie extérieure des impulseurs et des plaques. Les plaques de butée 13 et 14 et le bottier 15 sont enfermés entre deux cloches d'extrémité 16 et 17 maintenues assemblées par des boulons 18 les traversant ainsi que le bottier cen- tral de manière à les maintenir en relation étroite d'étan- chéité autour des impulseurs. Les plaques de butée d'extré- mité 13 et 14 sont identiques et seront décrites ci-après en se référant à la plaque de butée 13. La plaque 13 a géné- ralement la forme d'un huit muni de deux ouvertures 20 et 21 traversées par les bouts d'arbres 22 et 23 des impulseurs 11 et 12. La face frontale de la plaque 13 présente une surface plane 24 s'ajustant étroitement sur les extrémités des roues dentées ou impulseurs adjacents. La face arrière de la plaque 13 est une surface plate 25 tournée vers l'extrémité des roulements 26 et 27 qui supportent les bouts d'arfores 22 et 23 des iLulseurs. ré corps de palier et la paroi interne des cloches d'extréreité 16 et 17 affleurent et forment une surface de con- tact 28 légèrement espacée de la surface 25. La face 25 de la plaque de butée 13 est munie de rainures semi-circulaires 29 et , entourant partiellement chaque ouverture 20 et 21,et espacées radialement uniformément de chacune de ces ouvertures. Les rai- nures 29 et 30 sont reliées ensemble à une extrémité par une rainure généralement radiale 31, en travers du collet 32 de la plaque de butée. Les rainures radiales espacées 33, 34, 35 sont prolongées radialement vers l'extérieur à partir des rainures 29 et 30. Un joint plastique 40 de forme générale en U, ayant la configuration de toutes les rainures combinées,est monté dans les rainures, le côté ouvert tourné vers le bas, et les pattes 41 et 42 du joint sont légèrement distantes des cô- tés des rainures. Des goujons plastiques espacés 43, incorporés au joint 40, tournés vers le bas, partent de l'intérieur de la base du joint, entre les pattes 41 et 42 et leur longueur est telle qu'ils provoquent la saillie du joint 40 hors des rainu- res, sur une distance supérieure à l'entrefer 44 entre la sur- face adjacente 25 de la plaque de butée et la surface adjacente 28 du corps de palier et des cloches d'extrémité. Par suite, lors du montage de la pompe et après le serrage des boulons 18, les goujons 43 sont comprimés et déformés plastiquement, comme illustré sur la figure 6. Comme on peut le voir sur les dessins, la profondeur combinée des rainures d'étanchéité 29 à 35 et de l'entrefer 44 est inférieure à la longueur du joint 40 et des goujons 43. Lorsque le joint 40 est placé dans l,es rainures 29 à 35, il existe une interférence entre la hauteur du joint et la profon- deur combinée des rainures et de l'entrefer, ce qui fait que les goujons se déforment pour permettre l'assemblage des pièces. Le joint 40 est réalisé en matière plastiquement déformable dont la limite élastique est suffisamment grande pour empêcher une extrusion dahs l'entrefer 44 tout en restant cependant assez faible pour permettre une déformation dans la partie venant en inter- férence, c'est-à-dire les goujons ou colonnes 43. Le joint 40 est réalisé de préférence-en plastique armé tel que du"Nylon"armé de fibre de verre ou une matière similai- re. Les goujons ou colonnes 43 ont une section faible en compa- raison de la surface dont il faut assurer l'étanchéité afin de permettre leur fléchissement et non celui d'une autre surface quelconque du joint qui n'est pas prévue pour se déformer.Il a été découvert en outre que la charge requise pour provoquer le flé- chissement de la partie du joint venant en interférence est es- sentiellement indépendante de q'importance de cette interféren- ce, c'est-à-dire qu'il faut à peu près la même charge pour pro- voquer une déformation du joint de O,25mm que celle néces- saire pour provoquer une déformation de 0,050 mm. Une fois que la déformation a commencé, aucune force supplémentaire propor- tionnelle n'est nécessaire pour faire fléchir plus encore le goujon ou la colonne. Ceci signifie que la tolérance des pièces établissant l'interférence peut être supérieure à celle d'un organe en élastomère comrparable appliquant une charge sur le joint en position. Dans l'exemple qui précède de l'invention, le joint a constitué l'élément fléchissant, mais il est toutefois évident que pour un expert en la matière, le couvercle et /ou le fond des rainures peuvent également fléchir. De préférence, l'organe d'étanchéité ou joint a un ajus- temnt suffisainent. libre pour que la pression du fluide dans la zone 45 située derrière le joint pénètre d'un côté de la rai- nure et passe sous le joint pour le Contraindre à venir en contact étroit avec le côté opposé de la rainure, ce qui con- traint le joint à venir en contact étroit avec la surface oppo- sée 28. Cet effet peut être amélioré grâce à une encoche 50 prévue sur un côté du joint 40, en connunication avec la rainure 51 du collet 32 de la plaque d'extrémité. I1 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 fluide hydraulique sous pression pour assurer l'étanchéité de deux surfaces adjacentes (25, 28) dont l'une (25) comporte une rainure ouverte (29 ou 30) vers l'autre surface (28), caractérisé en ce qu'il comprend un organe d'étanchéité (40) prévu pour s'adapter dans ladite rainure et un organe d'interférence (43) plasti- quement déformable de l'organe d'étanchéité, d'une section telle qu'il se déforme plastiquement avant les surfaces d'étanchéité de l'organe d'étanchéité. 2. Joint à fluide hydraulique sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité est d'une section en U prévue pour s'adapter dans la rainure et 1' organe: d'interférence comprend plusieurs goujons partant du joint, entre les pattes de l'organe en U et d'une longueur telle que lorsque les surfaces sont assemblées, les goujons sont déformés plastiquement dans le sens longitudinal. 3. Joint à fluide hydraulique sous pression, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le joint est réalisé en "Nylon'" armé ou un matériau similaire. 4. Machine travaillant comme moteur ou pompe à engrenage rotatif comportant un boîtier (15), une paire de roues dentées rotatives (11, 12) engrenant dans ledit bottier, lesdites roues étant munies de bouts d'arbres longitudinaux (22, 23) tourillonnant dans ledit bottier, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque de butée unitaire (13 ou 14) pour les extrémités correspondantes de la paire de roues dentées,conçue pour être disposée entre le boîtier et les extrémités des roues dentées, ladite plaque de butée étant d'un métal plus doux que les roues dentées et comportant une face frontale adaptée pour venir en butée sur les extrémités des roues dentées et une face arrière venant en butée sur le bottier, deux ouvertures espacées (20, 21) traversant la plaque de butée afin de recevoir les bouts d'arbre des engrenages, deux rainures communiquantes (29, 30) au moins semi-annulaires dans la face arrière, espacées desdites ouvertures et entourant chacune d'elles au moins d'un côté, une rainure (31) de la face arrière reliant les rainures annulaires en leurs points les plus rapprochés, une rainure au moins de la face arrière s'étendant radialement de chacune de ces rainures annulaires à la périphérie du corps généralement en face de la rainure qui relie les rainures au moins semi-annulaires, de façon à définir au moins deux surfaces essentiellement identiques sur les côtés opposés du corps, un joint non - élastomère (40), généralement en forme de U, ayant le con- tour des rainures combinées sur la face arrière du corps et s'adaptant de façon étanche dans ces rainures, l'ouverture du joint en U débouchant vers le bas dans la rainure, un organe (43) plastiquement déformé contraignant ledit joint en partie hors des rainures pour venir en contact étanche avec le bottier. 5. Machine travaillant en moteur ou pompe à engrenage rotatif selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'organe déformé plastiquement comprend plusieurs goujons incorporés au joint, suspendus entre les pattes du joint en U et espacés sur la longueur du joint. l 6. Plaque de compression des extrémités corres- pondantes d'une paire de roues dentées coopérantes d'un moteur ou d'une pompe à engrenage rotatif, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps métallique généralement de la forme d'une paire d'anneaux réunis disposés en forme de huit, dont la face frontale est adaptée pour venir à fleur des extrémités des roues dentées et une face arrière espacée de la face frontale et généralement parallèle à celle-ci, une paire d'ouvertures (20, 21) traversant les anneaux pour recevoir les arbres (22, 23) des roues dentées, une paire de rainures (29, 30), au moins semi-annulaires dans la face arrière, espacées desdites ouvertures et entourant chacune d'elles, d'un côté au moins, une rainure (31) de la face arrière reliant lesdites rainures annulaires en leurs points les plus rapprochés, au moins une rainure de la face arrière s'étendant radialement de chacune des rainures au moins semi-annulaires jusqu'à la périphérie du corps, généralement opposée à la rainure reliant les rainures annulaires, de manière à définir au moins deux surfaces essentiellement identiques sur les côtés opposés du corps, un joint non élastomère (40), généralement en forme de U, ayant le contour des rainures combinées sur la face arrière du corps et s'ajustant dans lesdites rainures, l'ouverture du joint en U débouchant vers le bas dans la rainure et un organe (43) plastiquement déformable agissant normalement à ce joint pour le contraindre à sortir par- tiellement des rainures et venir en contact étanche avec le boîtier. 7. Plaque de compression selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe plastiquement déformable comprend plusieurs goujons incorporés au joint, suspendus entre les pattes du joint en U et espacés mutuellement sur la longueur du joint.