Brevet FR2616507A1 — publié le 19881216

La présente invention concerne une bague d'étan- chéité faite entièrement d'un matériau élastique ayant une capacité de fluage, conçue pour être montée dans un dispositif possédant une surface d'étanchéité de forme annulaire. L'invention concerne également un ressort pneumatique utilisant une telle bague. On connaît déjà un grand nombre de bagues d'étan- chéité dynamique, qui se distinguent presque uniquement par des formes différentes de leur section droite. L'une des bagues ayant le plus de succès, sinon la bague rencontrant le plus de succès de toutes celles qui ont été conçues, est la bague décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 550 990. Selon ce document, on peut obtenir un joint dynamique plus efficace en utilisant une bague ayant une section droite de forme générale rectangulaire avec des parties arrondies et saillantes, appelées "lobes", aux angles de la section droite et un lobe intermédiaire en plus sur chacune de deux faces opposées de la bague, les lobes intermédiaires et opposés s'étendant vers l'extérieur au-delà des lobes d'angle voisins. La demanderesse a constaté cependant que bien qu'une telle bague se comporte de façon bien supérieure à la plupart des bagues connues dans des conditions d'étanchéification o la direc- tion d'application de la pression change, elle ne procure pas toute l'efficacité désirée lorsqu'il s'agit de la pression élevée d'un gaz agissant dans un seul sens et lorsqu'il n'y a pas de gorge bien définie dans laquelle la bague peut être montée. La demanderesse a conçu une bague qui, comme l'ont montré les essais effectués par elle, fonctionne nettement mieux sous de telles conditions et peut en plus être fabriquée et utilisée sous de telles conditions sans augmentation notable du coût. Ces dernières années, il se manifeste un besoin d'une bague d'étanchéité perfectionnée dans des dispositifs o des pressions de gaz élevées agissant dans une seule direction doivent être contenues autour d'un éLément tel qu'une tige, dispo- sitifs dans lesquels, pour des raisons liées à la fabrication, il n'existe pas de gorge bien définie pour une bague d'étanchéité. En pareil cas, La bague d'étanchéité est maintenue en place sous l'effet de la pression, agissant toujours dans le même sens. Des 261650 7 exemples de telles applications sont les dispositifs employés dans certaines automobiles pour maintenir le couvercle du coffre à ba- gages en position relevée lorsqu'il est ouvert. La demanderesse apporte un joint qui convient mieux à une telle application que n'importe quel joint connu jusqu'à présent. La bague d'étanchéité selon l'invention possède une section de forme générale rectangulaire avec plusieurs lobes. Plus spécialement, selon un mode de réalisation, o la surface d'étanchéité primaire de la bague est formée par sa face diamé- traIe interne, cette face interne porte deux lobes d'étanchéité annulaires, s'étendant circonférentiellement, qui sont espacés l'un de l'autre et de lobes prévus aux angles voisins par des creux concaves qui s'étendent vers l'intérieur à partir de la face diamé- trale interne de la bague. La face opposée, c'est-à-dire la face 1, diamétrale externe de la bague, porte dans ce cas un seul lobe d'étanchéité annulaire, disposé axialement entre les deux lobes sur la face interne. La saillie de chacun des lobes annulaires sur la face interne et sur la face externe de la bague dépasse légère- ment la saillie des lobes prévus sur les angles voisins. Les dimen- sions internes de la bague à l'état libre, non déformé, sont légè- rement inférieures au diamètre de la tige autour de laquelle la bague doit assurer l'étanchéité. Les dimensions radiales de la bague sont telles que les deux lobes intermédiaires, lorsqu'ils sont appliqués contre la surface à étancher, une tige par exemple, sont légèrement comprimés. L'unique lobe annulaire sur La face opposée possède un diamètre extérieur qui dépasse légèrement le diamètre intérieur de la cavité dans laquelle la bague doit être montée, si bien que la bague est légèrement comprimée à l'état monté, avec le résultat que l'élastomère du corps principal de la bague s'écoule vers et dans les creux opposés et autour des lobes opposés. Selon un autre mode de réalisation, la surface d'étanchéité primaire de la bague est formée par la face diamétrale ou circonférentielle externe, laquelle porte dans ce cas deux lobes annulaires mutuellement espacés, tandis que la face interne de la bague présente un seul lobe annulaire, suivant une disposition qui 261650 7 est généralement inversée par rapport au premier mode de réalisation décrit plus haut. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le profil convexe de chacun des deux Lobes de la surface d'étan- chéité primaire se raccorde en douceur, sur chaque côté du lobe, à un creux concave de faible profondeur dans ladite surface; - les deux autres faces opposées de la section droite rectangulaire de la bague, c'est-àdire les faces radiales, ont une forme concave; - le creux formé entre les deux lobes de la surface d'étanchéité primaire s'étend le long d'une ligne circonférentielle de la bague et au milieu entre les deux lobes. Les différents lobes prévus sur les deux faces circonférentielles ou axiales de la bague peuvent être conformés différemment les uns par rapport aux autres, aux creux et au reste de la bague. Par exemple, le lobe unique sur une face axiale peut être flanqué de deux creux concaves dont le rayon est plus petit que le rayon des creux concaves de la face axiale opposée. Il est possible aussi que tous les lobes annulaires possèdent les mêmes dimensions et la même forme. La saillie des lobes intermédiaires par rapport aux lobes sur les angles voisins peut être la même pour tous les lobes intermédiaires. Les quatre lobes aux angles peuvent avoir les mêmes dimensions et la même forme et être plus grands que les lobes intermédiaires, ayant également les mêmes dimensions et la même forme entre eux. Le rayon des lobes sur les angles peut correspondre, par exemple, à 18 % de la dimension ra- diale de la section droite de la bague. Au cas o les deux faces radiales de la bague sont concaves, leur rayon peut correspondre approximativement au double du rayon de chacun des lobes sur les angles. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la saillie des lobes intermédiaires par rapport aux lobes sur les angles peut correspondre approximativement à 8 % de la dimension radiale de la section droite de la bague, les lobes étant à l'état libre, c'est-à-dire non déformés. Une autre caractéristique de l'invention prévoit que le volume global des lobes intermédiaires, situé à l'extérieur du pourtour du reste de la bague, est infé- rieur au volume global des creux voisins desdits lobes. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une coupe axiale partielle d'une bague avec la surface d'étanchéité primaire à l'intérieur; - la figure 2 est une coupe semblable d'une bague dont la surface d'étanchéité primaire est située à l'extérieur; et - la figure 3 est une vue en élévation partielle- ment en coupe axiale d'un ressort pneumatique équipé d'une bague selon l'invention pour assurer l'étanchéité d'une pression de gaz élevée. Le mode de réalisation préféré de l'invention est représenté sur la figure 1, montrant une bague fermée 5 qui est entièrement faite d'un matériau élastique ayant une capacité de fluage, par exemple de caoutchouc ou d'un élastomère. Comme repré- senté, ta bague possède une section droite de forme générale rec- tangulaire et qui est uniforme sur tout le pourtour de la bague. La bague 5 possède deux faces opposées 6 et 7 qui s'étendent géné- ralement en direction radiale et deux faces opposées 8 et 9 qui s'étendent généralement en direction axiale. Chacun des angles de la bague forme un lobe d'étanchéité 10, 11, 12 respectivement 13. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la face diamétrale interne 9 de la bague forme la sur- face d'étanchéité primaire et possède deux lobes d'étanchéité 14 et 15, faisant radialement saillie vers l'intérieur, s'étendant sur tout le pourtour intérieur de la bague et espacés l'un de l'autre. Les lobes annulaires 14 et 15 sont notamment situés à égale dis- tance du lobe d'angle voisin 9 respectivement 10. La face diamé- trale externe 8 forme la surface d'étanchéité secondaire et porte un seul lobe d'étanchéité annulaire 16, dirigé vers l'extérieur par rapport à cette surface. Le lobe 16 est disposé à l'opposé des deux lobes 14 et 15 et entre ces derniers dans le sens axial. Les lobes 14 et 15 sont séparés l'un de l'autre par un creux concave 46 et des lobes d'angle voisins 9 et 10 par des creux concaves 45 et 47. Sur la face opposée, le lobe unique 16 est séparé des lobes d'angle voisins 11 et 12 par deux creux concaves 48 et 49 qui, comme les creux précités, sont de faible profondeur.. Les faces radiales 6 et 7 de La bague 5 forment chacune un creux concave 51 respective- ment 50. La figure 2 montre un second mode de réalisation d'une bague selon l'invention. Cette bague est désignée par 20, elle est fermée, possède une section droite de forme générale rec- tangulaire et est également formée entièrement d'un matériau élas- tique ayant une capacité de fluage, de caoutchouc ou d'un éLasto- mère par exemple, comme la bague de la figure 1. La bague 20 de la figure 2 possède aussi une section droite uniforme sur tout le pourtour. Ses deux faces radiales opposées sont désignées par 21 et 22, tandis que ses deux faces axiales opposées sont désignées par 23 et 24. A chacun des angles o ces surfaces se rencontrent, la bague porte un lobe 25, 26, 27 respectivement 28. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la surface d'étanchéité primaire est formée par la face diamétrale externe 29, laquelle porte deux lobes d'étanchéité 30, 31, faisant radialement saillie vers l'extérieur, qui sont mutuellement espacés et s'étendent circonférentieLlement sur tout le pourtour de la bague. La face diamétrale interne 24 forme la surface d'étanchéité secondaire et porte un seul lobe d'étanchéité annulaire 32 dirigé radialement vers l'intérieur. Le lobe 32 est disposé à l'opposé des deux lobes , 31 et axialement entre ces derniers. Tous les lobes des deux exemples possèdent à l'état libre une surface convexe à profil arrondi en douceur et se raccordent en douceur aux creux voisins. Il est possible aussi de prévoir plus de deux lobes intermédiaires sur la surface d'étan- chéité primaire. Les deux modes de réalisation de l'invention con- viennent particulièrement pour assurer l'étanchéité de gaz sous des pressions relativement élevées. Les gaz étant plus difficiles à étancher que les liquides, il est impératif que les joints employés soient très efficaces. La bague de la figure 1 convient particulièrement, par exemple, dans un ressort pneumatique comme celui représenté sur la figure 3. 261650 7 La bague de la figure 2 peut être utilisée partout o le joint à réaliser se trouve sur la surface extérieure de la bague, par exemple entre un piston et une paroi de cylindre, dans un compresseur d'air par exemple. Le ressort pneumatique de la figure 3 peut être employé, par exemple, sur un couvercle de coffre à bagage de véhi- cule automobile, afin de le maintenir en position ouverte. Comme illustré, ce ressort comporte un cylindre 35 avec un oeil de fixa- tion 36 à une extrémité, l'autre extrémité étant ouverte pour la réception et le passage d'une tige de piston 37. L'extrémité ouverte du cylindre 35 est fermée partiellement par un coussinet 38 en laiton et une rondelle 39 en polytétrafluoréthylène pour empêcher l'extrusion de la bague d'étanchéité 5. La tige de piston 37 peut effectuer des mouvements alternatifs dans la bague d'étanchéité 5, la rondelle 39 et le cous- sinet 38 et elle porte un piston 40 à son extrémité intérieure et un oeil de fixation 41 à l'autre extrémité. Un faible ressort de compression 42 agit sur le piston 40 du côté opposé à la tige 37 pour pousser cette dernière vers l'extérieur. Les deux yeux de. fixation rigides 36 et 41 servent à monter le ressort par ses extrémités opposées entre le couvercle du coffre et la carrosserie de l'automobile. La pression d'air établie à l'intérieur du cylindre 35 est de l'ordre de 18 à 21 MPa. Le piston 40 est construit et agencé pour permettre l'écoulement lent de gaz à travers lui, par exemple par des orifices comme ceux désignés par 43 et 44. Le piston d'un ressort pneuma- tique comme celui représenté agit à la façon d'un limiteur de débit, permettant une fuite dosée à travers lui. Un ressort de ce type est commercialisé, sous la désignation de pièce n 1259327, par Automotive Products Division à Marion, Caroline du Sud, faisant partie de AVM Corporation. La dimension radiale des bagues 5 et 20 représentées est de 4,35 mm sur les lobes d'angle 10, 11 et de 4,7 mm sur les lobes intermédiaires 14, 15 et 16. Ces dimensions sont approxima- tives, comme celles qui vont suivre. La saillie des lobes inter- médiaires par rapport aux lobes d'angle voisins est donc d'environ 0,175 mm. La dimension axiale des deux bagues est de 6,38 mm. 261650 7 Le rayon de chacun des-lobes d'angle 10, 11, 12 et 13 est de 0,79 mm. Le rayon de chacun des lobes intermédiaires 14, 15 et 16 est également de 0,79 mm. Le rayon des surfaces con- caves 45, 46 et 47 à côté des lobes 14, 15 est aussi de 0,79 mm, tandis que le rayon des deux surfaces concaves 48, 49 de part et d'autre du lobe 16 est de 1,15 mm. Le rayon des deux faces ra- diales 50, 51 est de 1,58 mm. Le diamètre intérieur des bagues 5 et 20, pris sur les lobes d'angle, est de 7,8 mm. Les rayons des différents lobes d'étanchéité et des creux, de même que les autres dimensions de la bague 20, sont identiques à ceux des parties correspondantes de la bague 5 et la saillie des lobes intermédiaires 30, 31, 32 par rapport aux lobes d'angle voisins est également la même. Quand elle a été mise en place, comme représenté en bas sur la figure 3, la bague selon l'invention assure l'étan- chéité de manière plus efficace que n'importe quel joint connu jusqu'à présent. Le diamètre intérieur de la bague 5 est légèrement inférieur au diamètre de la tige de piston 37, qui est de 8 mm. Le diamètre extérieur de la bague 5 est de 19,5 mm, alors que le diamètre intérieur du cylindre 35 est de 19 mm. La bague 5 est donc légèrement comprimée vers l'intérieur par la surface interne de la paroi du cylindre 35, tandis que la tige 37 produit un éva- sement de la bague 5, du fait que son diamètre est plus grand que le diamètre intérieur de la bague. Ceci a pour résultat qu'une partie du matériau à capacité de fluage (caoutchouc ou élastomère) des différents lobes d'étanchéité s'écoule dans les creux voisins, assurant ainsi un joint plus complet, malgré le fait que le fluide étanché est gazeux et en dépit des pressions inhabituellement éle- vées. Lorsqu'un ressort pneumatique comme celui de la figure 3 est monté entre le couvercle du coffre à bagages et la caisse d'une voiture à l'aide des yeux 36 et 41, le ressort est étendu lorsque le couvercle du coffre est ouvert. L'effort d'ouverture appliqué au couvercle provoque l'extension de la tige 37 et de son piston 40 par rapport au cylindre 35, pendant que le gaz sous pression à l'intérieur du cylindre passe d'un côté du piston à l'autre à travers les orifices 43, 44. Le faible ressort 52 et les orifices d'étranglement 43, 44 suffisent à retenir le couvercle en position haute, contre sa tendance à se fermer sous l'effet de son poids. L'effort appliqué au couvercle pour la fermeture, par le conduc- teur de l'automobile ou par une autre personne, suffit pour déplacer de nouveau le piston 40 et faire passer le gaz à travers lui, grâce au bras de levier prévu. Les lobes 14, 15 assurent pendant ce temps un joint efficace autour de la tige de piston 37. L'invention n'est pas limitée aux formes de réa- lisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Bague d'étanchéité faite entièrement d'un maté- riau élastique ayant une capacité de fluage, conçue pour être montée dans un dispositif possédant une surface d'étanchéité de forme annulaire, la bague (5) ayant à l'état libre une section droite de forme générale rectangulaire et uniforme sur tout le pourtour de la bague, définie par deux faces opposées (6, 7) d'orientation générale radiale et par deux faces opposées (8, 9) d'orientation générale axiale et se raccordant aux faces ra- diales (6, 7) aux quatre angles, avec formation, sur chacun de ces angles d'un lobe (10, 11, 12, 13) dont la surface extérieure, à l'état libre ou non déformé du lobe, possède une forme arquée à profil doux, caractérisée en ce qu'une face (9) d'une des deux paires de faces opposées porte au moins deux lobes d'étanchéité (14, 15) espacés l'un de l'autre et de forme annulaire, chacun de ces lobes ayant une surface extérieure convexe à profil arrondi en douceur, les deux lobes (14, 15) étant disposés entre les lobes (10, 13) prévus aux angles délimitant ladite face (9), lesdits lobes intermédiaires (14, 15) s'étendant vers l'extérieur sur une distance qui dépasse légèrement la saillie formée par les lobes d'angle (10, 13) voisins, et en ce que l'autre face (8) de ladite paire de faces opposées porte un lobe d'étanchéité annu- laire (16) s'étendant vers l'extérieur et ayant une surface exté- rieure de forme convexe et à profil arrondi en douceur, ce lobe (16) étant disposé entre les lobes d'angle (11,-12) délimitant ladite face (8) et ce lobe (16), à l'état libre, s'étendant vers l'exté- rieur au-delà desdits lobes d'angle voisins (11, 12). 2. Bague selon la revendication 1, dans laquelle le lobe d'étanchéité intermédiaire (16) mentionné en dernier est dis- posé en face d'un point situé entre les deux lobes intermédiaires (14, ) sur la face opposée (9). 3. Bague selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les deux lobes intermédiaires (14, 15) sont disposés sur une face axiale (9) correspondant à la face diamétrale interne de la bague (5), les lobes (14, 15) étant dirigés radialement vers l'intérieur de la bague. 4..Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chacun des deux lobes (14, 15) est diposé à égale distance de son lobe d'angle (13, 10) voisin. 5. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle chacun des deux lobes (14, 15) est séparé de son lobe d'angle (13, 10) voisin par un creux concave (45, 47) de faible profondeur, ménagé dans la face (9) de la bague portant ces deux lobes (14, 15). 6. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la surface extérieure convexe de chacun des deux lobes (14, 15) se raccorde en douceur, sur chacun de ses c8tés, à un creux concave (45, 46, 47) de faible profondeur ménagé dans la face (9) de la bague portant ces lobes (14, 15). 7. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les faces radiales (6, 7) présentent chacune un creux concave (50, 51), l'une (9) des faces axiales de la bague, portant lesdits deux lobes d'étanchéité (14, 15), s'étendant cir- conférentiellement sur tout le pourtour de la bague et l'autre face axiale (8), portant ledit lobe unique (16), s'étendant égale- ment sur tout le pourtour de la bague. 8. Bague selon la revendication 7, dans laquelle l'unique lobe (16) sur l'une (8) des faces axiales est disposé axialement entre les deux lobes (14, 15) sur l'autre face axiale (9) de la bague. 9. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'aire entre les deux lobes (14, 15) sur l'une des faces de la bague est concave le long d'une ligne faisant tout le tour de la bague et située au milieu entre lesdits deux lobes (14, 15). 10. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les creux (48, 49) de part et d'autre de l'unique lobe (16) sur l'une (8) des faces axiales ont un plus petit rayon de courbure que les creux (50, 51) des faces ra- diales (6, 7). 11. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle tous les lobes ont la même grandeur et la même forme. 12. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la saillie des lobes intermédiaires (14, 15, 16) par rapport aux lobes d'angle voisins (10, 11, 12, 13) est la même pour tous les lobes intermédiaires. 13. Bague selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les lobes d'angle (10, 11, 12, 13) possèdent tous la même grandeur et la même forme, tous les lobes intermé- diaires (14, 15, 16) possedent également la même grandeur et la même forme entre eux et les lobes d'angle sont plus grands que les lobes intermédiaires. 14. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les lobes d'angle (10, 11, 12, 13) ont une forme convexe avec un rayon correspondant approximativement à 18 % de la dimension radiale de la section droite de la bague. 15. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les lobes d'angle (10, 11, 12, 13) ont une forme convexe et dans laquelle les faces radiales (6, 7) de la bague ont chacun un creux (50, 51) dont le rayon correspond à peu près au double du rayon de chacun des lobes d'angle. 16. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la saillie des lobes intermédiaires (14, , 16) à l'état libre, par rapport aux lobes d'angle (10, 11, 12, 13), correspond approximativement à 8 % de la dimension radiale de la section droite de la bague. 17. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le volume global des lobes intermédiaires (14, 15, 16), au-delà du pourtour extérieur du reste de la bague, est plus petit que le volume global des creux (45, 46, 47, 48, 49) voisins desdits lobes. 18. Ressort pneumatique faisant application d'une bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, ressort comprenant un cylindre (35) avec une ouverture à une extrémité, un piston (40) monté longitudinalement coulissant dans ce cylindre (35), une tige de piston (37) portant ce piston (40), s'étendant dans le sens de la longueur du cylindre (35) et dépassant à l'extérieur à travers ladite ouverture, le cylindre (35) possédant une surface d'étanchéité interne près de ladite ouver- ture et autour de la tige de piston (37), la bague d'étanchéité (5) étant disposée autour de la tige de piston (37) et étant appli- quée contre ladite surface d'étanchéité intérieure du cylindre (35) pour former un joint empêchant efficacement la sortie de gaz sous haute pression contenu dans le cylindre (35), la face axiale (9) portant les deux lobes (14, 15) étant appliquée contre la tige de piston (37) et la face axiale opposée (8) avec le lobe unique (16) étant appliquée contre la surface d'étanchéité interne du cylindre (35), de manière que ces lobes (14, 15, 16) soient comprimés. 19. Ressort selon la revendication 18, dans lequel le diamètre intérieur de la bague (5) à l'état libre n'est que légèrement inférieur au diamètre de la tige de piston (37). 20. Ressort selon la revendication 18, dans lequel les dimensions diamétrales intérieures de la bague (5) à l'état libre sont légèrement inférieures au diamètre de la tige de pis- ton (37) et les dimensions extérieures du lobe d'étanchéité (16) porté par la surface diamétrale externe de la bague (5) à l'état libre dépassent légèrement les dimensions intérieures du cylindre (35), si bien que les lobes annulaires (14, 15) portés par la face dia- métrale interne (9) de la bague sont maintenus comprimés sur la tige de piston (37).