Brevet FR2590343A1 — publié le 19870522

Dispositif d'étanchéité pour unité pneumatique, hydraulique ou hydropneumatique. L'invention se rapporte à l'étanchéité dans des dispositifs pneumatiques, hydrauliques et hydropneumatiques, tels que des ressorts pneumatiques. Il est connu, pour réaliser l'étanchéité d'un composant se déplaçant axialement, par exemple d'une tige de piston, d'uti- liser les ci-dénommés joints toriques. Ordinairement, une gorge réceptrice est prévue pour recevoir le joint torique, et le joint torique a un certain jeu en direction axiale dans la gorge réceptrice. En conséquence, la ligne d'étanchéité sur la circonférence du joint torique se déplace également au cours du mouvement axial du composant à rendre étanche. Plus particu- lièrement dans les installations o le joint torique forme un joint dynamique sur son diamètre intérieur et un joint statique sur son diamètre extérieur, par exemple un joint dynamique sur la tige de piston et un joint statique contre la paroi interne du cylindre, un joint torique de relative- ment grande épaisseur est nécessaire, de sorte que l'on ne peut é,7iter l'apparition de forces de friction et de cisail- lement élevées dans le joint dynamique. En raison du mouve- ment de roulement du joint torique, non seulement la ligne d'étanchéité roule sur la surface d'étanchéité opposée, mais aussi il apparait une sorte d'effet de pompage par lequel le produit à isoler est expédié vers l'extérieur en sens inverse du sens du déplacement. Les anneaux d'étanchéité connus à section rectangulaire ou en forme d'X, qui viennent en contact par deux lèvres d'étanchéité avec le composant à rendre étanche, effectuent aussi un basculement, par exemple lors du déplacement axial de la tige de piston à rendre étanche, au cours duquel une des lèvres d'étanchéité est allégée tandis que l'autre lèvre d'étanchéité est pressée plus fortement. En raison de ce mou- vement de balancement, un risque existe que le produit pres- surisé puisse pénétrer dans l'espace existant entre les lèvres d'étanchéité, et soit donc éjecté à l'extérieur au cours du mouvement inverse. Un joint composé d'une pluralité de disques d'étanchéité est connu du document DE-A-1.950.381. Un tel joint forme avec la tige de piston une très large surface d'étanchéité, puis- que chaque disque d'étanchéité est en contact avec la tige de piston sur toute son épaisseur axiale. Entre les disques d'étanchéité, sont prévus des disques de support qui possè- dent un jeu radial en rapport avec la surface dynamique d'étanchéité, les disques d'étanchéité se déplaçant au niveau des bords intérieurs des disques de support et étant pressés contre la surface à rendre étanche avec un effet de serrage fonction de la pression. Un tel dispositif d'étanchéité en- traîne une force de friction indésirablement élevée entre le joint et le composant mobile à rendre étanche, en raison de la grande surface d'étanchéité. En outre, les forces de ci.- saillement sont très élevées, de sorte que par exemple dans les ressorts pneumatiques ou les amortisseurs de vibration, les forces extérieures de poussée et d'amortissement sont influencées de manière incontrôlable. L'objet de l'invention est de présenter un dispositif actionné par fluide, comportant un joint de construction et d'implantation simples et économiques, et garantissant un effet d'étanchéité satisfaisant sans effet de pompage, avec de faibles forces de friction et de cisaillement. Le disque d'étanchéité peut être utilisé soit comme joint statique, soit comme joint dynamique, et en cas de besoin, peut être capable de relier deux points d'étanchéité sur de plus gran- des distances radiales. Un dispositif actionné par fluide conforme à la présente invention comporte au moins un disque d'étanchéité annulaire qui est situé dans un premier sous-ensemble et qui est en prise de manière étanche avec une surface d'étanchéité d'un second sous-ensemble. le terme "dispositif actionné par fluide" doit être entendu au sens large. PLus particulièrement, ce terme doit couvrir des dispositifs qui sont dépendants de sources de fluide extérieures ainsi que d'autres qui possèdent une réserve propre de fluide. Le disque d'étanchéité a un axe et est supporté axialement dans les deux directions axiales par les faces de support du premier sous-ensemble. Le disque d'étanchéité a,vu dans un plan de coupe contenant son axe, une surface en coupe allongée en direction radiale avant assemblage. La surface en coupe comporte un bord d'étanchéité destiné à être appliqué contre la surface d'étanchéité du deuxième sous-ensemble. Le bord d'étanchéité est recourbé radialement de manière convexe en direction de la surface d'étanchéité du second sousensemble. Le sommet du bord d'étanchéité est substantiellement au milieu de l'épaisseur axiale du disque d'étanchéité. - En raison de cette configuration du bord d'étanchéité, le bord est très bien supporté par le disque d'étanchéité et n'est par suite pas dévié, même sous de fortes différences de pression. La déviation peut être encore mieux évitée si les faces de support s'étendent radialement vers cette surfa- ce d'étanchéité au-dessous de la transition entre les faces d'extrémité et le bord d'étanchéité convexe. On évite ainsi un effet de pompage.Du fait que la ligne d'étanchéité a une faible surface de contact en raison de cette configuration convexe, on garantit de faibles forces de friction et de ci- saillement. Le joint lui-même est de fabrication, d'assemblage et de mise en place très simples, il est utilisable soit en joint statique soit en joint dynamique, et il permet en outre de relier deux points d'étanchéité sur des distances radiales maximales, par exemple un point d' étanchéité dynamique et un point d'étanchéité statique. Conformément à une forme de réalisation préférentielle de l'invention, un dispositif à actionnement par fluide comporte une unité de séparation qui sépare au moins deux espaces l'un de l'autre. L'unité de séparation définit des moyens de pas- sage reliant les deux espaces. Une tige cylindrique ayant un axe est guidée en mouvement axial dans les moyens de passage. Une unité d'étanchéité est adjointe aux moyens de passage. L'unité d'étanchéité comporte au moins un disque élastique annulaire d'étanchéité entourant coaxialement la tige. Le disque d'étanchéité est supporté axialement par des faces de support dirigées substantiellement suivant l'axe, adjacentes aux deux faces d'extrémités substantiellement dirigées suivant l'axe du disque d'étanchéité. Le disque d'étanchéité a, vu dans un plan de section contenant l'axe, une surface en coupe allongée en direction radiale avant as- semblage. La surface en coupe comporte un bord d'étanchéité adjacent à la tige. Le bord d'étanchéité est en contact étan- che avec la tige. Le bord d'étanchéité est incurvé de manière convexe radialement en direction de la tige. Le sommet du bord d'étanchéité est substantiellement au milieu de l'épais- seur axiale du disque d'étanchéité. Une forme de réalisation très avantageuse est obtenue, conformément à une autre caractéristique de l'invention, par le fait que le bord d'étanchéité est constitué par un contour approximativement sinmicirculaire. Ceci permet à -la fois une pro- duction simple et une adaptation sans problème, et présente l'avantage que le bord d'étanchéité est supporté de manière optimale par rapport au corps principal du disque et qu'ainsi une position non-ambigUe de la ligne d'étanchéité est garantie même sous de très fortes pressions. Comme la force de friction à vaincre dans un joint dynami- que constitué par un tel disque d'étanchéité est définissable assez précisément, en plaçant conformément à l'invention plusieurs disques d'étanchéité l'un derrière l'autre dans la direction axiale, il est possible délibérément de créer une force de friction désirée et prédéterminée entre les compo- sants en mouvement relatif, puique les frictions de chaque disque d'étanchéité s'ajoutent l'une à l'autre. Une autre forme de réalisation avantageuse est obtenue, selon une autre caractéristique, par le fait que sur un des deux côtés d'un disque d'étanchéité médian sont placés des disques élastiques de support qui diffèrent des disques d'é- tanchéité seulement par une pré-tension plus basse entre le bord d'étanchéité et la surface d'étanchéité opposée. Ces disques de support servent comme disques de râclage ou moyens de nettoyage. Grâce à cette simple combinaison du disque ou des disques d'étanchéité avec un ou plusieurs disques de sup- port, les disques de support écartent les saletés de la zone réelle d'étanchéité et entraînent par suite une haute fiabi- lité opérationnelle du joint sur une longue période de temps. Pour créer une mobilité radiale plus aisée des disques d'étanchéité adjacents ou des disques de support l'un par rapport à l'autre, conformément à l'invention, chaque disque d'étanchéité ou disque de support est muni sur au moins une face d'extrémité d'un évidement servant à recevoir du lubri- fiant. Selon une autre caractéristique de cette invention, cet évidement est réalisé de façon simple sous la forme d'au- moins une gorge circulaire. La réalisation du bord d'étanchéité à la fois sur le dia- mètre intérieur et sur le diamètre extérieur du disque d'é- tanchéité rend possible avec un disque d'étanchéité seulement, selon les conditions d'utilisation, l'obtention soit de l'é- tanchéité dynamique sur le diamètre intérieur soit de l'étan- chéité statique sur le diamètre extérieur ou vice-versa. En conséquence, de tels disques d'étanchéité peuvent être utilisés soit comme joints de tige de piston ou soit comme joints de piston. Par ailleurs, l'utilisation comme joint de tête de valve d'une valve de blocage d'un ressort pneumati- que blocable est tout à fait possible. Dans ce dernier cas, il est particulièrement avantageux que le bord d'étanchéité acquière une position définie avec précision dans chaque con- dition opérationnelle, de sorte que les mouvements de dépla- cement de la valve de blocage entre les positions d'ouverture et de fermeture peuvent être maintenus très petits, ce qui n'est pas possible dans le cas d'une étanchéité à joint torique, en raison du mouvement de roulement de ce joint torique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéris- tiques et avantages ressortiront, au cours de la description suivante d'exemples préférentiels de réalisation, en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1 montre en coupe longitudinale un ressort pneu- matique avec un joint de tige de piston réalisé sous la forme de disque d'étanchéité Figure 2 montre le disque d'étanchéité en vue agrandie; Figure 3 montre un joint de tige de piston formé par une pluralité de disques d'étanchéité placés axialement l'un der- rière l'autre; Figure 4 montre une forme de réalisation d'un joint de tige de piston o le disque d'étanchéité est placé entre deux disques de support élastiques. Figure 5 montre le dispositif d'étanchéité de la figure 4 en vue agrandie; Figure 6 montre la partie contenant le piston d'un ressort pneumatique blocable continûment. En guise d'exemple applicable à des unités pneumatiques, hydrauliques ou hydropneumatiques, on a représenté sur la figure 1 un ressort pneumatique 1 qui comporte un cylindre 2 dans lequel est guidée une tige de piston 4 au moyen d'une unité de guidage et d'étanchéité 7, 8, 9 comportant un disque annulaire d'étanchéité 9. A l'intérieur du cylindre 2, se trouve un fluide sous haute pression comportant un gaz, et en plus du gaz, optionnellement un élément liquide. La ca- vité 5, 6 à l'intérieur du cylindre 2 est divisée par un piston 3 garni d'ouvertures de passage et lié fermement à la tige de piston 4, en une chambre de travail 5 sous le piston et une chambre de travail 6 au-dessus du piston. Le disque ou rondelle d'étanchéité 9 est ici pressé entre la face d'extrémité interne du guide de tige 7 et un disque ou ron- delle rigide de support 8. Le disque d'étanchéité 9 est représenté en vue agrandie sur la figure 2. Ce disque 9 comporte un corps de base 10 en forme de disque annulaire en matériau élastomère avec un bord d'étanchéité radial interne 11 et un bord d'étanchéité radial externe 12. Sur cette vue en coupe, il apparait clairement qu'à la fois le bord d'étanchéité interne 11 et le bord d'étanchéité externe 12 ont chacun un contour semi-cir- culaire 13, dont le rayon correspond à la moitié de l'épais- seur du corps 10. Les sommets des bords d'étanchéité 11 et 12 sont substantiellement à mi-chemin de l'épaisseur axiale du corps de base 10. Une gorge circulaire 14 est prévue sur une face d'extrémité du corps 10 et est destinée à recevoir un lubrifiant. Le mode de réalisation selon la figure 3 diffère de celui selon la figure 1 essentiellement par le fait que plusieurs disques ou rondelles d'étanchéité placés axialement l'un derrière l'autre sont positionnés dans le cylindre 2 pour garantir l'étanchéité de la tige de piston 4. Les disques annulaires d'étanchéite 9 sont là encore pressés d'un côté contre la face interne d'extrémité du guide de tige 7 et de l'autre côté contre le disque annulaire rigide de support 8. On choisit un tel mode de réalisation spécialement lorsque l'on désire obtenir une plus grande force de friction entre les parties en mouvement relatif. Comme la force de friction d'un tel disque d'étanchéité 9 que l'on doit surmonter peut être déterminée assez précisément, il est possible, en pla- çant plusieurs de ces disques d'étanchéité 9 l'un derrière l'autre, d'obtenir délibérément la force de friction désirée, du fait que la friction des anneaux est cumulative. On a représenté aux figures 4 et 5 un joint pour la tige de piston 4 qui se compose d'un disque d'étanchéité 9 placé entre deux disques ou rondelles élastiques de support 15. Cette unité d'étanchéité est là aussi pressée entre la face interne d'extrémité du guide de tige 7 et le disque rigide de support 8. Comme on le voit particulièrement sur la figure 5, le disque d'étanchéité 9 diffère des disques élastiques de support 15 essentiellement par des longueurs radiales dif- férentes de leurs sections transversales. Les disques élas- tiques de support 15 ont ici essentiellement pour rôle de protéger la surface d'étanchéité contre les saletés ou les particules d'usure,et en conséquence, elles agissent comme anneaux de râdlage sans fonction d'étanchéité substantielle. La figure 6 représente un piston de ressort pneumatique blocable continûment, qui est guidé de manière étanche contre la paroi intérieure du cylindre 2 et qui divise l'espace in- térieur du cylindre 2 en deux chambres de travail 5 et 6, qui peuvent être complètement séparées de manière étanche l'une de l'autre, afin de stabiliser le piston et la tige de piston en une position axiale voulue en dépit de la pression de fluide qui tend à pousser la tige de piston vers l'extérieur tant que les chambres de travail 5, 6 sont communicantes. Une valve de blocage est prévue pour fermer la communication entre les chambres de travail 5 et 6. Cette valve de blocage possède un organe de fermeture 17, cet organe de fermeture étant déplaçable axialement au moyen de la tige d'actionne- ment 19, guidée par l'extérieur à l'intérieur de la tige de piston 4, et elle dégage ou obstrue un moyen de passage 18 du flux entre les chambres de travail 5 et 6. Pour réaliser l'étanchéité de l'organe de fermeture 17, des disques ou ron- delles d'étanchéité 16 sont prévus et ils correspondent en ce qui concerne leur construction aux disques ou rondelles d'é- tanchéité 9 tels que décrits aux figures 1 à 5. Le disque d'étanchéité inférieur 16 est écarté lors du mouvement de descente de l'organe de fermeture 17 lorsque celui-ci est introduit dans sa section de plus petit diamètre. En raison de la position très précisément définie de la zone d'étan- chéité entre le disque d'étanchéité inférieur 16 et l'organe de fermeture 17, le déplacement axial de l'organe de fermeture 17 peut être réduit par rapport à une réalisation à joint to- rique, de sorte qu'en outre l'ouverture de la valve s'effec- tue toujours dans la même position de la tige d'actionnement 19. On comprend aisément qu'un disque d'étanchéité conforme à l'invention peut aussi être placé entre la tige de com- mande 19 et le perçage de la tige de piston 4. Bien que des modes de réalisation spécifiques ont été ici représentés et décrits en détails pour illustrer l'ap- plication des principes inventifs, il est bien évident que l'invention peut être réalisée d'autres façons sans sortir du cadre de ces principes. REVENDICATIONS 1. - Dispositif actionné par un fluide, tel qu'un dispositif pneumatique, hydraulique ou hydropneumatique, caractérisé en ce que dans ce dispositif: - au moins un disque annulaire d'étanchéité (9) est position- né dans un premier sous-ensemble (2, 7, 8) et est en appui étanche contre la surface d'étanchéité d'un second sous-en- semble (4), - ce disque d'étanchéité (9) a un axe et est supporté axiale- ment dans les deux directions axiales par les faces de sup- port (7, 8) du premier sous-ensemble (2, 7, 8), - ce disque d'étanchéité (9) a -vu dans un plan de coupe con- tenant son axe- une surface en coupe allongée en direction radiale avant assemblage, - cette surface en coupe comporte un bord d'étanchéité (11, 12) destiné à venir en appui contre la surface d'étanchéité du second sous-ensemble (4), - ce bord d'étanchéité (11, 12) est incurvé radialement de manière convexe en direction de la surface d'étanchéité du second sous-ensemble (4), - le sommet de ce bord d'étanchéité (11, 12) est substantiel- lement au milieu de l'épaisseur axiale du disque d'étanchéité (9). 2. Dispositif actonné par fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ce dispositif: - une unité de séparation (7, 8, 9) sépare au moins deux es- paces l'un de l'autre, - des moyens de passage reliant ces deux espaces sont définis par cette unité de séparation (7, 8, 9), - une tige cylindrique (4) ayant un axe est guidée en dépla- cement axial dans ces moyens de passage, - un ensemble d'étanchéité (7, 8, 9) est associé à ces moyens de passage, - cet ensemble d'étanchéité (7, 8, 9) comporte au moins un disque annulaire élastique d'étanchéité (9) entourant co- axialement la tige (4), - ce disque d'étanchéité (9) est supporté axialement par des faces de support (7, 8) dirigées substantiellement axialement adjacentes aux deux faces d'extrémité dirigées substantiellement axialement du disque d'étanchéité (9), - ce disque d'étanchéité (9) a -vu dans un plan de coupe con- tenant son axe- une surface en coupe allongée en direction radiale avant assemblage, - cette surface en coupe comporte un bord d'étanchéité (11, 12) adjacent à la tige (4), - ce bord d'étanchéité (11, 12) est en appui étanche contre la tige (4), - ce bord d'étanchéité est incurvé radialement de manière convexe en direction de la tige (4), - le sommet de ce bord d'étanchéité (11, 12) est substantiel- lement au milieu de l'épaisseur axiale de ce disque d'étan- chéité (9). 3. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que le disque d'étanchéité (9) est comprimé axialement entre les faces de support (7, 8) 4. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les faces d'extrémités du disque d'étanchéité sont substantiellement planes et trans- versales par rapport à l'axe. 5. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le bord d'étanchéité (11, 12) a un contour semi-circulaire, dont le rayon corres- pond substantiellement à la moitié de l'épaisseur axiale du disque d'étanchéité (9). 6. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de disques d'étanchéité (9) placés en direction axiale de manière adjacente l'un par rapport à l'autre. 7. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que sur au moins une face d'extrémité du disque d'étanchéité (9) est placé un disque élastique de support (15) en matériau élastique, ce disque de support (15) ayant également une surface en coupe allon- gée telle que ci-dessus définie, avec un bord de contact dirigé radialement vers la surface d'étanchéité, ce bord de contact venant en contact avec la surface d'étanchéité avec une pression de contact radiale plus petite que celle du bord d'étanchéité (11, 12) du disque d'étanchéité (9), ce disque de support (15) servant de moyen de râclage. 8. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins un disque d'é- tanchéité (9) comporte à au moins une de ses faces d'extré- mités substantiellement dirigées suivant l'axe, au moins un évidement (14) destiné à recevoir un lubrifiant. 9. - Dispositif actionné par fluide selon la revendication 8, caractérisé en ce que cet évidement (14) a la forme d'une gorge entourant 1,axe. 10. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que la surface en coupe dudit disque d'étanchéité (9) comporte un autre bord (12, 11) convexe en direction radiale et destiné à être mis en con- tact avec une autre surface d'étanchéité (2). 11. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 2 à 10, caractérisé en ce que ce dispositif comporte un cylindre (2) ayant un axe et deux extrémités, en ce que la tige (4) est une tige de piston (4) guidée à travers un ensemble (7, 8, 9) de guidage et d'étanchéité à l'une des- dites extrémités, et en ce que le disque d'étanchéité (9) est destiné à être mis en contact avec cette tige de piston (4) par son bord d'étanchéité (11) intérieur et convexe dans le sens radial. 12. - Dispositif actionné par fluide selon la revendica- tion 11, caractérisé en ce que ce dispositif est un ressort actionné par fluide dans lequel le cylindre (2) définit une cavité (5, 6), cette cavité (5, 6) étant au moins partielle- ment remplie d'un fluide pressurisé, et le disque d'étanchéité (9) séparant de manière étanche cette cavité (5, 6) de l'at- mosphère. 13. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des reven- dications 2 à 10, caractérisé en ce que: - ce dispositif est un ressort actionné par fluide, compor- tant un cylindre (2) avec deux extrémités et une tige de piston (4) passant à travers un ensemble de guidage et d'é- tanchéité pour tige de piston (7, 8, 9) adjacent à une des extrémités de ce cylindre (2), - ce cylindre définit une cavité entre ces deux extrémités, - cette cavité (5, 6) est au moins partiellement remplie d'un fluide pressurisé, - la tige de piston (4) est équipée d'une unité de piston dans cette cavité (5, 6) qui s'appuie de manière étanche contre une paroi interne du cylindre (2), - le cylindre (2) sépare cette cavité en deux chambres de travail (5, 6), - les moyens de passage traversent l'unité à piston, - cette tige est un organe de fermeture (17) déplaçable axia- lement pour ouvrir et refermer le moyen de passage en réponse son déplacement axial, - le disque d'étanchéité (16) s'appuie de manière étanche contre l'organe de fermeture (17). 14. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des revendi- cations 2 à 10, caractérisé en ce que: - ce dispositif est un ressort actionné par fluide ayant un cylindre (2) avec deux extrémités et une tige de piston (4) traversant un ensemble de guidage et d'étanchéité pour tige de piston (7, 8, 9) adjacent à une des extrémités du cylin- dre (2), - ce cylindre (2) définit une cavité (5, 6) entre ces deux extrémités, - cette cavité (5, 6) est au moins partiellement remplie d'un fluide pressurisé, - cette tige de piston est équipée d'une unité de piston dans cette cavité (5, 6) s'appuyant de façon étanche contre une paroi intérieure du cylindre (2), - le cylindre sépare cette cavité (5, 6) en deux chambres de travail (5, 6), - des moyens de passage (18) d'un flux de fluide relient les deux chambres de travail (5, 6), - un organe de fermeture (17) est adjoint à ces moyens (18) de passage de flux pour ouvrir et refermer ces moyens de passage (18), - la tige de piston (4) est garnie d'un perçage interne axial le long de son axe, ce perçage définissant les moyens de passage, - une tige (19) de commande de l'organe de fermeture est pla- cée dans ce perçage de manière à être déplaçable axialement pour actionner l'organe de fermeture (17), - cette tige de commande (19) joue le rôle de la tige pré- cédemment dénommée, - le disque d'étanchéité vient en contact avec cette tige de façon à séparer de manière étanche cette cavité (5, 6) de l'atmosphère. 15. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des reven- dications 1 à 14, caractérisé en ce que la surface en coupe allongée a une longueur radiale qui est au moins égale à 1,5 fois l'épaisseur axiale du disque d'étanchéité. 16. - Dispositif actionné par fluide selon la revendication , caractérisé en ce que cette longueur radiale est au moins égale au double de l'épaisseur axiale du disque d'étanchéité. 17. - Dispositif actionné par fluide selon l'une dès revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le disque d'étanchéité est en matériau élastomère. 18. - Dispositif actionné par fluide selon l'une des reven- dications 7 à 17, caractérisé en ce que le disque de support est en matériau élastomère.