Brevet FR2598196A1 — publié le 19871106

"Garniture d'étanchéité hydraulique à simple effet" La présente invention concerne une garniture d'étanchéité hydraulique à simple effet, assurant notamment l'étanchéité dynamique entre un guide de tige et une tige de piston coulissante dans ledit guide, et séparant deux enceintes, dont l'une est sous pression et l'autre en relation avec l'atmosphère, une application typique étant celle d'un piston a simple effet. Toutefois, I'invention s'applique aussi à un piston à double effet, à l'aide de deux garnitures à simple effet montées dans des gorges séparées. Cette invention permet aussi d'assurer une étanchéité statique. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une garniture constituée par un joint annulaire en matière relativement dure, de profil symétrique en "U", avec deux ailes qui forment des lèvres d'étanchéité et qui délimitent entre elles une gorge annulaire avec entrée resserrée située du côté de la pression du fluide hydraulique, dans laquelle est logé un anneau en matière relativement souple, l'axe de symétrie de chaque section de la garniture étant parallèle à son axe général. On connaît déjà des garnitures d'étanchéité hydrauliques de ce genre, dans lesquelles l'anneau souple possède une section circulaire à l'état libre, cet anneau torique étant inséré dans une gorge à profil circulaire correspo.idant du joint à profil en "U", les profils de la gorge et de l'anneau étant identiques en formes et dimensions - voir par exemple les documents FR-A-2 162 968 et FR-A-2 331 724, ou les documents US-A-3 342 500 et US-A-3 738 665. Il existe aussi une variante de ces garnitures, dans laquelle l'anneau torique, logé entre les deux ailes du joint de profil en est remplacé par un anneau de section quadrilobée ou en "X", comme décrit dans le document US-A-3 851 888. Comme dans les garnitures précédentes, la gorge dans laquelle est introduit l'anneau de section quadrilobée est ici de même profil et dimensions que l'anneau en question. Ainsi, dans le cas de toutes les garnitures connues appartenant au type considéré, lorsqu'on introduit la garniture dans une gorge du guide de tige aux dimensions nominales correspondantes, il se produit immédiatement une mise en pression de l'anneau qui, étant souple mais incompressible, et n'ayant aucune possibilité de se déformer dans les deux directions latérales et vers le fond de la gorge dans laquelle il est exactement enfermé, ne peut se déformer que vers l'avant de la garniture, c'est-à-dire du côté de la pression du fluide hydraulique. La résistance offerte par l'anneau souple, lors de l'écrasement radial de la garniture accompagnant son montage dans la gorge du guide de tige, provoque une déformation des ailes du joints à profil en "U", donnant une longueur de contact très importante avec les parties statiques ou dynamiques à étancher. De ce fait, la friction des lèvres d'étanchéité devient importante, et le rendement de la garniture devient très faible. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, donc à fournir une garniture possédant un rendement amélioré, par une diminution des surfaces de contact des lèvres d'étanchéité. A cet effet, dans la garniture d'étanchéité hydraulique à simple effet objet de l'invention, le profil de la gorge annulaire du joint, et le profil de l'anneau souple logé dans cette gorge, sont déterminés de manière à assurer un montage libre de l'anneau dans la gorge, permettant une déformation de l'anneau souple à l'intérieur de ladite gorge. Plus particulièrement, pour permettre la déformation de l'anneau souple, le profil de la gorge annulaire du joint détermine, pour cette gorge, une section supérieure à celle de l'anneau souple logé dans cette gorge, de manière à ménager entre la surface de l'anneau et la paroi de la gorge au moins un espace vide annulaire fermé, susceptible d'être partiellement comblé lors de la déformation de l'anneau. Ainsi, dans la garniture selon l'invention, l'anneau souple n'est pas emprisonné dans une gorge de volume rigoureusement identique, mais il est au contraire libre de se déformer à l'intérieur de la gorge du joint de profil en "U". Ceci permet notamment une déformation de l'anneau souple vers le fond et/ou les flancs de la gorge, sans que les efforts transmis par l'anneau provoquent une déformation des ailes du joint, du moins tant que la pression reste nulle ou faible. Les surfaces de contact des lèvres d'étanchéité avec les éléments statiques et dynamiques peuvent donc être maintenues à des valeurs faibles. De préférence, le profil de la gorge annulaire du joint et le profil de l'anneau souple déterminent vers le fond de la gorge, deux espaces vides annulaires, dont les profils sont symétriques par rapport à l'axe de la section de la garniture, l'anneau souple venant en contact avec le fond de la gorge entre les deux espaces vides annulaires. Une telle disposition "symétrique" des deux espaces vides peut être obtenue, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, en prévoyant que la gorge annulaire du joint possède une section sensiblement rectangulaire, tandis que l'anneau souple possède, à l'état non déformé, une section circulaire dont le diamètre est égal à la largeur de la gorge. Les espaces vides correspondent, dans ce mode de réalisation très simple, aux régions des deux arêtes, éventuellement arrondies, limitant latéralement le fond de la gorge. L'anneau souple et la gorge le recevant, peuvent avoir diverses autres sections, créant autant de dispositions différentes pour les espaces vides, sans modifier le principe de fonctionnement de la garniture. Par exemple, la gorge annulaire du joint peut posséder un fond à profil semicirculaire, tandis que l'anneau souple a un profil de forme générale triangulaire, avec angles arrondis. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cette garniture d'étanchéité hydraulique à simple effet: Figure 1 est une vue en perspective d'une garniture d'étanchéité hydraulique conforme à l'invention, une partie de la garniture étant supposée enlevée de manière à montrer sa section Figure 2 montre, à plus grande échelle, la section de cette garniture, à l'état libre avec l'anneau souple non déformé; Figure 3 est une vue en coupe de la garniture des figures 1 et 2 en position montée, L'anneau étant déformé, avec indication partielle des éléments mécaniques adjacents Figure 4 est une vue similaire à figure 2, montrant une variante de cette garniture d'étanchéité hydraulique. Comme le montre le dessin, la garniture d'étanchéité hydraulique objet de l'invention se compose d'un joint annulaire 1 de profil symétrique en "U", avec deux ailes 2, et d'un anneau déformable 3 inséré librement entre les deux ailes 2 du joint 1. L'anneau 3 est ainsi logé dans une gorge annulaire 4 du joint 1, délimitée par les deux ailes 2 et débouchant à l'extérieur par une partie resserrée 5. L'axe de symétrie 6 de chaque section du joint 1 et de sa gorge 4 est orienté parallèlement à l'axe général 7 de la garniture. Le joint 1 est réalisé en une matière relativement dure, mais flexible, alors que l'anneau 3 est en matière souple, rnais incompressible. On peut utiliser par exemple, pour le joint 1: du caoutchouc de haute dureté ; du polyuréthane de haute dureté, armé ou non de fibres ou de billes de verre; différents types de polyamide, chargé ou non; du polytétrafluoroéthylène ; etc... Quant à l'anneau 3, il peut être constitué de caoutchouc, de polyuréthane ou d'une autre matière synthétique de dureté faible, et possédant un bon coefficient de rémanence (ou "mémoire"), ces exemples de matériaux n'ayant évidemment aucun caractère limitatif. En considérant la réalisation représentée aux figures 1 et 2, le joint annulaire 1 possède une gorge 4 de section sensiblement rectangu- laire, et l'anneau 3 est de forme torique, la largeur L de la gorge 4 étant égale au diamètre D de la section circulaire de l'anneau 3. Il en résulte qu'au fond de la gorge 4, vers les deux arêtes arrondies de celle-ci, subsistent deux espaces annulaires 8, vides de matière. La souplesse de l'anneau torique 3 lui permet de franchir, au montage, la partie resserrée 5 située à l'entrée de la gorge 4. Sur la figure 2, représentant la section de la garniture à l'état libre, les deux lignes parallèles en traits mixtes 9 et 10 indiquent la largeur de la gorge, dans laquelle doit être montée cette garniture. La base Il du profil en "U" du joint 1 possède une largeur légèrement inférieure à celle de cette gorge, la différence de largeurs déterminant des jeux A de chaque côté. Les deux ailes 2 du joint 1 forment, par leurs parties extrêmes, des lèvres d'étanchéité avec des arêtes circulaires 12, et des facettes tronconiques 13, dont l'angle d'inclinaison oc peut avoir toute valeur, y compris une valeur nulle. Les deux arêtes 12 se situent à hauteur de l'anneau torique 3 et, à l'état libre, elles dépassent à l'extérieur de la largeur de la gorge devant recevoir la garniture. Chaque lèvre du joint 1 forme donc, dans la région de l'arête 12, une partie en saillie d'une certaine cote B par rapport à la largeur de Ja gorge devant recevoir la garniture, de sorte que cette dernière sera comprimée radialement d'une valeur égale au double de la cote B, lors de son montage. La figure 3 montre la garniture, mise en place dans une gorge annulaire 14, de section rectangulaire, délimitée par exemple par un guide de tige 15 et par une tige de piston 16 coulissante dans le guide 15, et fermée vers l'avant par une bague rapportée 17, située du côté de la pression. Lorsque la garniture est introduite dans la gorge 14, la compres sion radiale, dont la valeur est égale à "2 x B", engendre des efforts F dirigés vers l'axe de symétrie 6, provoquant un élargissement de la zone de contact des deux lèvres du joint 1. Celles-ci s'appliquent contre le guide de tige 15 et contre la tige coulissante 16 sur une certaine longueur C (ligne de contact en section, en réalité surface de contact). Lors de cette déformation des lèvres du joint annulaire 1, l'anneau torique 3 subit lui aussi une déformation, sous l'apparition d'efforts Fl dirigés vers l'axe 6. L'anneau 3 étant incompressible mais déformable, des efforts résiduels F2, F3 et F4, dirigés respectivement vers l'arrière, vers les espaces vides 8 et vers l'avant, provoquent une déformation de l'anneau 3, principalement en direction des espaces vides 8 qui se trouvent alors partiellement comblés. Le restant de la déformation se fait vers l'avant, du côté de la pression, une partie 18 de l'anneau 3 étant repoussée hors de la gorge 4 du joint 1. Du fait de la présence des espaces vides 8, les efforts F3 sont suffisamment faibles pour que leurs répercussions sur les deux ailes 2, suivant les flèches F', ne provoquent pratiquement pas de déformation des lèvres. Cette déformation étant inexistante, les surfaces de contact avec les parties statique et dynamique, soit le guide 15 et la tige 16, indiquées par C, restent de valeur faible. De ce fait, le rendement de la garniture, à pression nulle ou faible, reste excellent. Seulement lorsqu'une pression de fluide hydraulique P s'applique sur la partie avant déformée 18 de l'anneau 3, les efforts F3 sont amplifiés et provoquent un comblement supplémentaire des espaces vides 8 résiduels, accompagné d'un accroissement de la déformation des ailes 2 suivant les flèches F'. Dans ce cas, la longueur C des lignes de contact, provoquant une perte de rendement, n'est plus dangereuse. La figure 4 représente une variante de la garniture précédemment décrite, présentant des profils différents. Le joint 1 possède toujours un profil en "U", mais sa gorge annulaire 4 possède ici un fond à profil semi-circulaire. L'anneau déformable 3 a un profil de forme générale triangulaire, avec des angles arrondis. Les profils de l'anneau 3 et de la gorge 4 laissent subsister dans cette gorge 4 deux espaces vides annulaires 8, dont les sections sont symétriques par rapport à l'axe 6. Cette variante fonctionne exactement de la même manière que la forme de réalisation décrite en référence aux figures 1 à 3, la description de fonctionnement précédemment donnée s'appliquant aussi à la figure 4 où les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules forines d"exécution de cette garniture d'étanchéité hydraulique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, les profils de joint I et d'anneau souple 3 indiqués précédemment n'ont aucun caractère restrictif et peuvent être modifiés, sous réserve que le profil de l'anneau 3 laisse des espaces vides suffisants entre cet anneau 3 et le joint 1. Le volume de ces espaces vides peut être déterminé différemment, de façon à obtenir des efforts de compression (selon les flèches F de la figure 3) dont les valeurs seraient adaptées en fonction des différentes applications. REVENDICATIONS 1. Garniture d'étanchéité hydraulique à simple effet, assurant notamment l'étanchéité entre un guide de tige (15) et une tige de piston (16) coulissante dans ledit guide (15), et séparant deux enceintes, dont l'une est sous pression et l'autre en relation avec l'atmosphère, cette garniture étant constituée par un joint annulaire (1) en matière relativement dure, de profil symétrique en "U", avec deux ailes (2) qui forment des lèvres d'étanchéité et qui délimitent entre elles une gorge annulaire (4) avec entrée resserrée (5) située du côté de la pression du fluide hydraulique, dans laquelle est logé un anneau (3) en matière relativement souple, I'axe de symétrie (6) de chaque section de la garniture étant parallèle à son axe général (7), caractérisée en ce que le profil de la gorge annulaire (4) du joint (1), et le profil de l'anneau souple (3), logé dans cette gorge (4), sont déterminés de manière à assurer un montage libre de l'anneau souple (3) dans la gorge (4), permettant une déformation de l'anneau souple (3) à l'intérieur de ladite gorge (4). 2. Garniture d'étanchéité hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de la gorge annulaire (4) du joint (I) détermine, pour cette gorge (4), une section supérieure à celle de l'anneau souple (3) logé dans cette gorge (4), de manière à ménager entre la surface de l'anneau (3) et la paroi de la gorge (4) au moins un espace vide annulaire fermé (8), susceptible d'être partiellement comblé lors de la déformation de l'anneau (3). 3. Garniture d'étanchéité hydraulique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le profil de la gorge annulaire (4) du joint (1) et le profil de l'anneau souple (3)déterminent vers le fond de la gorge (4), deux espaces vides annulaires (8), dont les profils sont symétriques par rapport à l'axe (6) de la section de la garniture, l'anneau souple (3) venant en contact avec le fond de la gorge (4) entre les deux espaces vides annulaires (8). 4. Garniture d'étanchéité hydraulique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la gorge annulaire (4) du joint (1) possède une section sensiblement rectangulaire, tandis que l'anneau souple (3) possède, à l'état non déformé, une section circulaire dont le diamètre (D) est égal à la largeur (L) de la gorge (4). 5. Garniture d'étanchéité hydraulique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la gorge annulaire (4) du joint (1) possède un fond à profil semi-circulaire, tandis que l'anneau souple (3) a un profil de forme générale triangulaire, avec angles arrondis.