Brevet FR2593259A1 — publié le 19870724

-1 2593259 "Joint d'étanchéité, notamment pour soupape, et soupape munie dudit joint". La présente invention a pour objet un joint d'étanchéité et, notamment mais non exclusivement, un joint d'étanchéité de soupape ou un joint d'étanchéité de piston. Il est souvent nécessaire de disposer un joint d'étanchéité entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre pour empêcher l'écoulement indésira- ble de fluide ou même de corps solides sous forme de particules. Les joints d'étanchéité sont particulière- ment nécessaires dans les soupapes, dans lesquelles un joint d'étanchéité garantit la fermeture assurée de la soupape à l'instant voulu. Le joint d'étanchéité se présente habituellement sous forme d'une bague torique en caoutchouc qui est montée dans une rainure d'un élé- ment de soupape mobile et qui vient buter sur un siège de soupape quand la soupape est fermée. Bien que cette disposition convienne dans de nombreuses applications, la bague torique en caoutchouc a de grandes chances d'être détruite si des substances particulièrement réactives ou abrasives s'écoulent à travers la soupape, en outre, si l'on utilise un débris d'écoulement élevé, la bague torique peut être déplacée de sa rainure. Dans l'un et l'autre cas, il n'y a plus d'étanchéité et il peut s'établir à partir de la soupape un écoulement de matière non voulu. Par conséquent, une condition posée est que le joint d'étanchéité doit être chimiquement relativement inerte, qu'il doit être monté avec sécurité pour ne pas être délogé et qu'il doit cependant être suffisamment élastique pour assurer une bonne action d'étanchéité. Un joint d'étanchéité couramment utilisé et qui cherche à résoudre ces problèmes est constitué d'une bague torique avec un noyau en caoutchouc et un revête- 2 2593259 ment extérieur en polytétrafluoroéthylène (PTFE). Cette disposition procure une bonne étanchéité en raison de l'élasticité du caoutchouc et le joint est relativement inerte au point de vue chimique par suite du revêtement en PTFE. Cependant, ces joints d'étanchéité sont bien plus onéreux que les bagues toriques classqiues en caoutchouc. Un autre joint d'étanchéité d'usage courant comporte deux rondelles en fibres d'amiante comprimées (CAF), disposées l'une sur l'autre et qui sont main- tenues dans une enveloppe annulaire en PTFE à section en U à angles droits, ouverteen direction radiale vers l'extérieur, avec une seconde enveloppe annulaire en PTFE, à section en U à angles arrondis, ouverteen di- rection radiale vers l'intérieur, disposée sur la pre- mière enveloppe en PTFE. Cependant, cette disposition laisse subsister une quantité d'air considérable entre la seconde enveloppe et les rondelles CAF, ce qui pro- voque un manque d'élasticité. En outre, les rondelles CAF sont compressibles à un degré tel qu'il en résulte une étanchéité moins éfficace du joint sur son siège de soupape. Le joint d'étanchéité est difficile à réa- liser avec précision et il en résulte des défauts d'a- lignement ainsi que des performances médiocres. De plus, les enveloppes jumélées en PTFE sont d'assemblage dif- ficile et onéreux et, quand elles sont usées, l'ensemble du joint d'étanchéité doit être mis au rebut. Un jbint d'étanchéité similaire au précédent comporte un anneau plat en caoutchouc avec un bord ex- térieur arrondi. Une enveloppe en PTFE étroitement ajus- tée est engagée sur le bord extérieur arrondi et, par- tiellement, sur la partie plate de l'anneau. Une seconde enveloppe en PTFE s'étend partiellement sur les parties plates de la première enveloppe et enferme le bord de l'anneau en caoutchouc situé à l'intérieur en direction radiale. 3 2593259 Bien qu'il comporte du caoutchouc dans sa construc- tion, le joint d'étanchéité de ce type ne présente pas l'élasticité attendue parce que le caoutchouc remplit sensiblement la totalité du volume par les deux en- veloppes en PTFE et qu'il n'y a plus d'espace dans lequel le caoutchovc pourrait se déformer. Bien que l'élasticité soit moindre que celle cque l'on attendait, le caoutchouc est encore compressible à un degré tel que l'étanchéité obtenue est moins efficace. Comme dans l'e- xemple précédent suivant la technique antérieure, des problèmes se posent pour le montage du joint d'étanché- ité. En outre, l'ensemble du joint doit être mis au rebut en cas d'usure. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes liés à la technique antérieure. A cet effet la présente invention concerne un joint d'étanchéité caractérisé par un élément d'ap- pui sensiblement rigide, une enveloppe de retenue s'étendant au moins partiellement sur l'élément d'appui et définissant un volumeentre eux, et un élément d'étan- chéîté déformable élastiquement dans le volume défini entre l'élément d'appui et l'enveloppe de retenue. De préférence, l'élément d'appui, l'ensemble de retenue et l'élément d'étanchéité déformable élasti- quement sont annulaires. Suivant un mode de réalisation préférentiel, le volume défini entre l'élément d'appui et l'enveloppe de retenue est un volume annulaire fermé. Suivant un mode de réalisation préférentiel, le diamètre de la section transversale de l'élément d'étanchéité non déformé est inférieur à la largeur du volume entre l'enveloppe de retenue et l'élément d'appui, de sorte que l'élément d'étanchéité soit comprimé quand il est ajusté dans le volume. Suivant un mode de réalisation préférentiel, l'élément d'appui comporte un anneau présentant deux 4 2593259 faces sensiblement parallèles et l'enveloppe de re- tenue est annulaire en présentant deux faces opposées, chaque face venant en butée sur l'une des faces de l'élément d'appui, une partie d'étanchéité reliant les deux faces opposées. De préférence, la partie d'é- tanchéité reliant les deux faces opposéesest arrondie et, de préférence, l'une des deux faces ou les deux faces sensiblement parallèles de l'élément d'appui sont striées. La partie d'étanchéité de l'enveloppe de re- tenue peut être positionnée, en se référant à la direc- tion radiale, à l'intérieur ou à l'extérieur de l'élé- ment d'appui. La présente invention s'étend à une soupape comportant un joint d'étanchéité suivant la présente invention. De préférence, le joint d'étanchéité est main- tenu entre deux parties de la soupape pouvant être as- semblées de façon amovible et, de préférence, les zones des parties de la soupape venant en butée sur le joint d'étanchéité sont striées. L'invention est décrite plus en détail ci- après en se référant aux dessins annexés représentant un exemple de réalisation spécifique, dessins dans les- quels: - la figure 1 est une élévation latérale en coupe tranversale d'une partie d'un exemple de réalisa- tion de joint d'étanchéité de soupape suivant la pré- sente invention; - la figure 2 est une élévation latérale en coupe transversale d'une soupape sur laquelle a été monté le joint d'étanchéité de soupape de la figure 1; - la figure 3 est une vue de détail d'une partie de la soupape représentée sur la figure 2. En se référant d'abord à la figure 1, on voit 2593259 que l'exemple de réalisation de joint d'étanchéité de soupape suivant la présente invention comporte un anneau de serrage 10 en acier inoxydable, à section transversale sensiblement rectangulaire mais présen- tant des bords chanfreinés 12 et deux faces opposées striées 14, 16 (les stries étant conformes aux normes). Une bague torique en caoutchouc 18 est disposée sur la face 20 de l'anneau de serrage 10 située à l'extérieur en direction radiale et elle est maintenue en place au moyen d'une enveloppe de retenue 22 en polytétrafluo- roéthylène (PTFE). L'enveloppe en PTFE présente deux parties planes 24 sensiblement parallèles qui sont re- liées par une partie de retenue 26 de forme semi-cir- culaire en coupe transversale. Il est entendu que le joint d'étanchéité de soupape est annulaire et que la figure 1 ne représente en coupe transversale qu'une partie de ce joint d'étanchéité. En service, l'enveloppe est ajustée à la main sur la bague torique 18 et l'anneau de serrage 10. Cette enveloppe fixe alors la bague torique en position contre la face 20 de l'anneau de serrage située à l'extérieur en direction radiale. On notera que la distance entre les faces intérieures des parties 24 de l'enveloppe en PTFE et que la distance entre la face 2u de l'anneau de serrage et le point extrême, en direction radiale vers l'extérieur, de la surface intérieure de la par- tie de retenue 26 sont toutes les deux inférieures de cinq pour cent au diamètre de la section transversale de la bague torique. Il en résulte que la bague torique en position est comprimée entre l'enveloppe 22 et l'an- neau de serrage 10. A partir de la figure 1, on verra également que les faces intérieures des parties 24 prennent la forme des faces striées 14, 16 de l'anneau de serrage. Cela aide à la fixation de l'enveloppe sur l'anneau de serrage et réalise également un joint étanche excellent entre l'anneau de serrage et l'enveloppe. En se référant maintenant à la figure 2 et à la figure 3, le joint d'étanchéité de soupape est re- présenté en service sur une soupape 28 qui comporte un élément de soupape mobile 30 en acier inoxydable, qui peut se déplacer en contact étanche avec un siège de soupape tronconique 32 en acier inoxydable et être sé- paré de ce siège. L'élément de soupape mobile 30 com- porte une tige cylindrique 34 et une tête de soupape 36 en forme de disque ainsi qu'un élément de fixation annulaire amovible 38 présentant une partie en disque avec des bords chanfreinés 40 et une collerette an- nulaire centrale 42 s'avançant en direction axiale. L'élément de soupape 30 et l'élément de fixation 38 sont assemblés de façon amovible au moyen de trois vis 44, une seule d'entre elles étant visible sur la figure 2. Conformément à la figure 3, la tête de soupa- pe 36 est munie d'une rainure annulaire périphétique 46 présentant une partie sensiblement plane 48 qui est également striée (suivant les normes), une partie pé- riphérique incurvée 50 conformée pour recevoir un élé- ment de la partie de retenue 26 et une partie intérieure incurvée 52 formant un logement. En outre, le bord su- périeur définissant la face 54 de la rainure est chan- freiné pour former une surface tronconique 56. En ser- vice, le joint d'étanchéité de soupape est ajusté dans la rainure 46 et y est maintenu en disposant l'élément de fixation 38 et en fixant cet élément sur l'élément de soupape 30 au moyen des vis 44. De cette façon, le joint d'étanchéité de soupape est fermement maintenu en place. A partir de la figure 3, en verra également que la partie de l'élément de fixation 38 qui, en service, vient buter sur le joint d'étanchéité est striée (sui- 7 2593259 vant les normes). Comme précédemment, cela aide à cons- tituer un joint étanche excellent entre l'élément de soupape et le joint proprement dit et cela favorise la fixation du joint d'étanchéité de soupape en position. La soupape est poussée en position de ferme- ture au moyen d'un ressort de compression 58 agissant sur la tête de soupape 36. La soupape peut être ouverte par le nouvement d'une tige de manoeuvre (non représen- tée) qui est logée dans un renfoncement 60 de la face de la tête de soupape 36, cette tige pouvant être dé- placée par un dispositif de leviers (non représenté). La soupape et son fonctionnement sont bien connus et ne seront pas décritsdavantage. Quand la soupape est fermée, l'anneau de ser- rage rigide 10 en acier inoxydable assure une positon de blocage effective, en permettant des tolérances serrées. En outre, les surfaces striées 14, 16, 48 contre lesquelles l'enveloppe en PTFE vient en butée aident à obtenir une action d'étanchéité extrêmement bonne. Un grand nombre de variations sont possibles avec la présente invention. Par exemple, les hommes de métier comprendront que le joint d'étanchéité peut être monté dans le siège de soupape 32 au lieu d'être monté dans l'élément de soupape mobile 30. Dans ce cas, le joint d'étanchéité serait construit "l'inté- rieur déhors", c'est-à-dire avec la partie de retenue 26 placée intérieurement en direction radiale, la bague torique13 à l'extérieur de la partie 26 en direction ra- diale et l'anneau de serrage 10 en acier inoxydable en position extérieure en direction radiale. La présente invention peut aussi être utilisée dans une vanne papillon ou dans une soupape en champi- gnon de type quelconque. Cependant, l'invention n'est pas limitée auxjoints d'étanchéité de soupape. Un joint 8 2593259 d'étanchéité suivant la présente invention peut, no- tamment, être utilisé pour rendre étanche un piston déplaçable en direction axiale dans l'alésage d'un - cylindre. Le joint d'étanchéité peut être prévu sur le piston en utilisant un joint tel que décrit dans l'exemple de réalisation représenté, ou il peut être prévu dans la paroi du cylindre, en utilisant un joint tel que décrit dans le paragraphe qui précède. REVENDICATIONS 1 . Joint d'étanchéité, caractérisé par un élément d'appui (10) sensiblement rigide, une enveloppe de rete- nue (22) s'étendant au moins partiellement sur l'élément d'appui et définissant un volume entre eux, et un élément d'étanchéité (18) déformable élastiquement dans le volume défini entre l'élément d'appui (10) et l'enveloppe de re- tenue (22). 20. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le volume défini entre l'élément d'appui (10) et l'enveloppe de retenue (22) est un volume annulaire fermé. 3 . Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément d'appui (10), l'enveloppe de retenue (22) et l'élément d'étanchéité (18) déformable élastiquement sont annu- laires. 4 . Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dimension de la section transversale de l'élément d'étanchéité (18) non déformé est inférieure à la largeur du volume défini entre l'enveloppe de retenue (22) et l'élément d'appui (10), de sorte que l'élément d'étanchéité soit comprimé quand il est ajusté dans ce volume. 5o. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément d'appui (10) comporte un anneau présentant deux faces sensiblement parallèles (14,16) et en ce que l'enveloppe de retenue (22) est annulaire et présente deux faces op- posées (24), chaque face venant en butée sur l'une des faces (14,16) de l'élément d'appui, une partie d'étanchéité (26) reliant les deux faces opposées (24). 60. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la partie d'étanchéité (26) reliant les deux faces opposées (24) est arrondie. 7 . Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'une des deux faces ou les deux faces sensiblement parallèles (14,16) de l'élément d'appui (10) est ou sont striées. 8 . Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 2, 3 à 7 quand elles dépendent de la re- vendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (18) déformable élastiquement est posi- tionné, en se référant à une direction radiale, à l'extérieur de l'élément d'appui (10). 1 1 9'. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 2, 3 à 8 quand elles dépendent de la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (18) déformable élastiquement est positonné, en se référant & une direction radiale, & l'intérieur de l'élément d'appui (10). e. Soupape, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9. 11 . Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité est maintenu entre deux parties (36,38) de la soupape pouvant être assemblées de façon amovible. 12'. Soupape selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'une ou les deux parties pouvant être assemblée de façon amovible est ou sont striées.