Brevet FR2635365A1 — publié le 19900216

i Joint de piston L'invention concerne un joint de piston comprenant au moins un élément d'étanchéité statique et au moins un élément d'étanchéité dynamique présentant une surface d'étanchéité et de glissement. Dans un tel joint de piston connu, les éléments d'étanchéité statique et dynamique sont réalisés dans le même matériau. Ces joints de piston sont utilisés dans des cylindres hydrau- liques. Comme matériaux pour les éléments d'étanchéité, on utilise par exemple du caoutchouc nitrile-butadiène, du caoutchouc de silicone et analogues, qui travaillent de façon optimale lorsqu'ils sont utilisés dans les milieux hydrauliques. Cependant, dans des secteurs déterminés, en particulier dans l'industrie alimentaire, l'utilisation de cylindres pneumatiques est prescrite. Mais il faut alors utiliser des matériaux de qualité sensiblement plus élevée, ayant des coefficients de frottement plus faibles, car il n'y a plus d'huile hydraulique pour la lubrification. Mais de tels matériaux sont relativement chers. Des joints de piston comportant de tels éléments d'étanchéité sont par conséquent très coûteux. Il s'ajoute à cela que ces matériaux de haute qualité, comme par exemple le polytétrafluoréthylène, sont extrêmement sensibles aux sollicitations excessives, de sorte que les taux de rebuts inévitables lors de la fabri- cation de tels joints de piston ont un effet supplémentaire d'augmentation du coût. L'invention a pour but de perfectionner un joint de piston de ce genre, de telle façon qu'il puisse être fabriqué à moindre coût de matière. Ce résultat est obtenu selon l'invention en ce qu'au moins la surface d'étanchéité et de glissement de l'élément d'étan- chéité dynamique est en un autre matériau que l'élément d'étanchéité statique, de plus haute qualité et à coefficient de frottement plus faible. Dans le joint de piston selon l'invention, le matériau de haute qualité et coûteux n'est prévu qu'aux endroits o il est vraiment nécessaire. La surface d'étanchéité et de glissement de l'élément d'étanchéité dynamique se déplaçant le long de la paroi du cylindre, le matériau de haute qualité n'est prévu que dans cette zone, tandis que la partie res- tante du joint peut être réalisée en un matériau plus écono- mique. On peut ainsi économiser une quantité importante du matériau coûteux, ce qui a un effet avantageux sur les coûts de fabrication du joint de piston selon l'invention. Les rebuts lors de la fabrication du joint de piston n'ont qu'un effet réduit sur les coûts. La possibilité existe aussi en particulier d'adapter de façon optimale les diffé- rentes zones du joint de piston à chaque cas d'utilisation en ce qui concerne le choix des matériaux. Ainsi, pour la surface d'étanchéité et de glissement de l'élément d'étan- chéité dynamique, on choisit le matériau de haute qualité par exemple en tenant compte de l'action d'étanchéité et du faible coefficient de frottement souhaités, tandis que pour l'élément d'étanchéité statique on peut utiliser un matériau pour lequel un faible frottement importe moins, mais davantage au contraire un bon ajustement du joint de piston sur la tige de piston. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint est constitué, à l'exception de la surface d'étanchéité et de glissement, d'un matériau de moindre qualité, de préférence du même matériau. Les matériaux des éléments d'étanchéité statique et dynamique peuvent avoir des nuances de couleur différentes. De préférence, la surface d'étanchéité de l'élément d'étan- chéité statique est en un matériau plus mou et plus élastique que la surface d'étanchéité et de glissement de l'élément d'étanchéité dynamique. Dans le cas o l'élément d'étanchéité dynamique présente deux lèvres d'étanchéité pour l'étanchéité radiale, ces lèvres d'étanchéité et/ou leurs surfaces d'étanchéité et de glissement peuvent être en des matériaux différents. L'une de ces lèvres d'étanchéité et de préférence les deux peuvent présenter un revêtement, par exemple de polytétrafluoréthy- lène. Selon une caractéristique optionnelle, les éléments d'étan- chéité sont portés par un support métallique, par exemple découpé dans une bande d'acier mince, ou non métallique. Dans le cas d'un petit joint de piston, ce support peut avoir une épaisseur inférieure à 0,5 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description ci-après et de la figure unique annexée, qui représente un joint de piston selon l'invention en perspective et en coupe axiale. Le joint 1 est disposé de façon connue dans un cylindre pneumatique non représenté, sur sa tige de piston. Le guidage dans le cylindre est obtenu par l'intermédiaire d'une âme médiane 16, dont la surface extérieure cylindrique est adja- cente à la paroi du cylindre. Lors du mouvement de va-et- vient de la tige de piston, le joint bute par un élément tampon ou d'amortissement 3,3' contre des butées du cylindre. Comme le montre le dessin, le joint de piston comporte un support en forme de disque 4, réalisé de préférence en métal, par exemple en acier. Le support 4 est enrobé. L'enrobage 5 présente un élément d'étanchéité 6, prévu au bord radialement extérieur 8 du support 4, comportant deux lèvres d'étanchéité 7,7' en un matériau de haute qualité, de préférence un polymère fluoré, en particulier du poly- tétrafluoréthylène ou une combinaison de polytétrafluor- éthylène et de polymère fluoré, qui présente un faible frotte- ment et une résistance élevée à l'abrasion. L'élément d'étan- chéité 6 peut cependant être aussi en un matériau meilleur marché, par exemple le même matériau que l'élément d'étan- chéité statique 2; les lèvres d'étanchéité 7,7' qui s'éten- dent sur la périphérie du joint de piston sont alors munies, dans la région de leurs surfaces de glissement et d'étan- chéité 7a,7b, d'un revêtement de matériau de haute qualité, de préférence de polytétrafluoréthylène ou d'une combinaison de polytétrafluoréthylène et de polymère fluoré. Dans ce cas, tout le reste de l'enrobage 5 peut être en matériau bon marché. Le revêtement 7a,7b en matériau de haute qualité assure une étanchéité excellente et à faible usure pour une fabrication extrêmement économique. Le joint de piston peut présenter à sa périphérie, pour l'adaptation à différentes conditions d'utilisation, des arêtes d'étanchéité supplémentaires non représentées amé- liorant encore l'action d'étanchéité. Les lèvres d'étanchéité 7,7' ou les revêtements 7a,7b peuvent être réalisés en des matériaux différents des deux c8tés du joint de piston pour obtenir l'étanchéité vis-à-vis de milieux différents. Il est ainsi possible très simplement d'adapter le joint de piston de façon optimale aux milieux différents entre lesquels l'étanchéité doit être réalisée. En particulier, lorsque le joint de piston présente les revêtements 7a,7b, on peut réaliser un joint de piston très économique, qui remplit de façon remarquable son objectif d'utilisation. L'élément d'étanchéité 6 constitue un élément d'étanchéité dynamique, car les lèvres d'étanchéité 7,7' sont déformées élastiquement et glissent le long de la paroi du cylindre lors du mouvement de va-et-vient de la tige de. piston. Le joint de piston a aussi un élément d'étanchéité statique 2 comportant la surface d'étanchéité 2a, qui est en contact étanche avec la tige de piston. L'élément d'étanchéité sta- tique 2 ne se déplaçant pas, en utilisation, par rapport à la tige de piston, il peut être réalisé en un matériau de moins haute qualité que l'élément d'étanchéité dynamique 6, par exemple en caoutchouc, en caoutchouc nitrile-butadiène et analogues. L'enrobage 5 présente, sur chacune des deux faces frontales 9,9' du support 4, au moins un élément d'amortissement 3,3'. Ceux-ci sont des anneaux à section transversale de préfé- rence rectangulaire. Les éléments d'amortissement 3,3' sont à une faible distance radiale des faces internes 10,10' de l'élément d'étanchéité dynamique 6, de sorte qu'entre celles-ci et les éléments d'amortissement ou tampons 3,3' sont formées des gorges respectives 11,11'. Chaque élément d'amortissement 3,3' présente des ouvertures axiales 12,12' placées les unes à la suite des autres, de préférence à la même distance circonférentielle, qui, comme les gorges 11,11', forment des canaux d'air. Elles ont pour effet une application de pression uniforme sur toute la surface du piston en position de butée finale et, par suite, une butée exempte de pression de la tige de piston. Les éléments d'amor- tissement 3,3' sont en un matériau meilleur marché que l'élé- ment d'étanchéité dynamique 6 ou son revêtement. De préfé- rence, les éléments d'amortissement 3,3' sont en caoutchouc nitrilebutadiène, qui est plus élastique et plus mou que le matériau dont est fait l'élément d'étanchéité dynamique. Les éléments d'amortissement 3,3' amortissent la butée du joint de piston sur les butées correspondantes du cylindre, dans les deux positions extrêmes de la tige de piston. Les bords radiaux internes 13,13' des éléments d'amortissement 3,3' sont situés à peu près à mi-largeur radiale du support4. A l'élément d'étanchéité statique 2 se raccorde, sur les deux faces frontales 9,9' du support 4, un revêtement 14,14' qui s'étend jusqu'au voisinage de l'élément d'amortissement 3,3'. Entre le revêtement 14,14' et l'élément d'amortissement 3,3' se trouve, de chaque côté, une gorge 15, 15'. Bien entendu, le support 4 peut être entièrement recouvert, les gorges 11,11', 15,15' étant absentes. Le revêtement 14,14' et l'élé- ment d'étanchéité statique 2 sont réalisés de préférence dans le même matériau, en particulier un matériau élastique tel que le caoutchouc nitrile-butadiène. Les éléments d'amor- tissement 3,3' peuvent aussi être composés de zones séparées, par exemple réparties selon la circonférence du support 4. Les éléments d'amortissement 3,3' sont dans tous les cas plus épais que le revêtement 14,14', de sorte que le joint de piston vient en appui par les éléments d'amortisse- ment 3,3' dans la position extrême. Avantageusement, les différents matériaux des éléments d'étan- chéité dynamique et statique 6 et 2 et le cas échéant de l'élément d'amortissement 3,3' ont des couleurs différentes, de sorte qu'on peut reconnaître immédiatement au moyen des couleurs différentes si des défauts éventuels sont intervenus lors de la fabrication. Grâce à la coloration différente, on peut par exemple constater optiquement de façon simple et fiable si l'élément d'étanchéité dynamique 6 est bien réalisé dans le matériau de haute qualité souhaité ou s'il- comporte par inadvertance le matériau de moindre qualité de l'élément d'étanchéité statique 2 et/ou des éléments d'amortissement 3,3', ce qui provoquerait en utilisation une usure prématurée du joint de piston. De cette façon, un contrôle simple est possible, ce qui permet de livrer seulement des joints convenablement fabriqués. L'élément d'étanchéité statique 2, de préférence conjointe- ment avec le revêtement 14,14', et les éléments d'amortisse- ment 3,3' peuvent être en des matériaux de duretés Shore différentes. Ainsi, on peut choisir pour les éléments d'amor- tissement 3,3.' un matériau ayant de bonnes propriétés d'amor- tissement, plus élastique et plus mou que pour l'élément d'étanchéité statique 2, qui nécessite de bonnes propriétés d'étanchéité. A cet égard, les éléments d'amortissement 3,3' et l'élément d'étanchéité statique 2, de préférence conjointement avec le revêtement 14,14', peuvent être en des matériaux différents, de sorte que le joint de piston peut être adapté de façon adéquate aux conditions d'étan- chéité et aux conditions d'amortissement. De préférence, dans ce cas, les matériaux de l'élément d'étanchéité statique 2 et des éléments d'amortissement 3,3' possèdent ou reçoivent des colorations différentes, de sorte que des défauts de fabrication peuvent être immédiatement constatés. Le joint de piston, en particulier ses éléments d'étanchéité dynamique et statique 6,2 ainsi que les éléments d'amortisse- ment 3,3', peuvent être réalisés avec les différents matériaux en une opération et liés intimement les uns aux autres. Le joint peut ainsi être fabriqué à bon compte, tout en possé- dant une durée d'utilisation élevée grâce à la liaison sûre des éléments du joint entre eux et avec le support. L'élément d'étanchéité statique 2 avec sa surface d'étan- chéité 2a peut être en un matériau plus élastique que l'élé- ment d'étanchéité dynamique 6 avec ses surfaces d'étanchéité et de glissement 7a,7b. Pour assurer une liaison solide entre le support 4 et l'enrobage 5, le support peut présenter toute forme de section transversale convenable. Il peut par exemple comporter des creux ou des découpes dans lesquels le matériau de l'enrobage pénètre lors de la fabrication et assure ainsi un ancrage solide entre le support et l'enro- bage. Une telle liaison est recommandée en particulier dans les régions de l'enrobage 5 dans lesquelles des forces ou des contraintes de cisaillement s'exercent lors du montage et/ou du fonctionnement. Le support 4 peut en outre être muni de moyens d'adhérence convenables, qui assurent une liaison intime entre le support et le matériau d'enrobage. Il est aussi possible de rendre rugueuse la surface du support pour une meilleure adhérence du matériau. Au lieu d'être en tout métal convenable, le support 4 peut aussi être en matériau non métallique. Il peut être par exemple réalisé en matière plastique. Pour les plus petits joints de piston, le support 4 peut être découpé dans une bande d'acier mince. Une fabrication simple et peu coûteuse est ainsi possible. Pour les petits joints de piston, l'épaisseur du support peut être inférieure à 0,5 mm. Le joint de piston 1 décrit convient remarquablement à l'incor- poration dans des cylindres pneumatiques, qui travaillent à une température ambiante élevée et qui ne peuvent travailler en milieu hydraulique pour des motifs de sécurité et/ou de santé tels qu'ils se présentent par exemple dans le sec- teur alimentaire. Revendications 1.- Joint de piston comprenant au moins un élément d'étan- chéité statique et au moins un élément d'étanchéité dynamique présentant une surface d'étanchéité et de glissement, carac- térisé en ce qu'au moins la surface d'étanchéité et de glisse- ment (7a,7b) de l'élément d'étanchéité dynamique (6) est en un autre matériau que l'élément d'étanchéité statique(2), de plus haute qualité et à coefficient de frottement plus faible. 2.- Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de haute qualité est un polymère fluoré. 3.- Joint selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de haute qualité est du polytétrafluor- éthylène. 4.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le matériau est formé d'une combinaison de polymère fluoré et de polytétrafluoréthylène. 5.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'ensemble de l'élément d'étanchéité dyna- mique (6) est réalisé dans le matériau de haute qualité. 6.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce qu'il est fabriqué en une opération. 7.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les différents matériaux du joint (1) sont intimement liés les uns aux autres. 8.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la surface d'étanchéité et de glissement (7a,7b)de l'élément d'étanchéité dynamique (6) est prévue sur un revêtement du matériau de haute qualité. 9.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce qu'il est constitué, à l'exception de la surface d'étanchéité et de glissement (7a,7b), d'un matériau de moindre qualité, de préférence du même matériau. 10.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les matériaux des éléments d'étanchéité statique et dynamique (2,6) ont des nuances de couleur diffé- rentes. 11.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la surface d'étanchéité (2a) de l'élément d'étanchéité statique est en un matériau plus mou et plus élastique que la surface d'étanchéité et de glissement (7a,7b) de l'élément d'étanchéité dynamique (6). 12.- Joint selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément d'étanchéité statique présente au moins un élément d'amortissement, caractérisé en ce que l'élément d'amortissement (3,3') est en un matériau plus élastique que l'élément d'étanchéité dynamique (6) , de préférence en caoutchouc nitrile-butadiène. 13.- Joint selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément d'étanchéité dynamique présente deux lèvres d'étanchéité pour l'étanchéité radiale, caractérisé en ce que les lèvres d'étanchéité (7,7') et/qu leurs surfaces - d'étanchéité et de glissement (7a,7b) sont en un matériau différent. 14.- Joint selon la revendication 13, caractérisé en ce. que l'une au moins des lèvres d'étanchéité (7,7') et de préférence les deux présentent un revêtement, de préférence de polytétrafluoréthylène. 15.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce qu'il présente à sa périphérie des arêtes d'étan- chéité supplémentaires. 16.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'élément d'amortissement (3,3') et l'élé- ment d'étanchéité statique (2) sont en des matériaux de duretés Shore différentes. 17.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'élément d'amortissement (3,3')et l'élément d'étanchéité statique (2) sont en des matériaux différents. 18.- Joint selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'élément d'amortissement (3,3')et l'élément d'étanchéité statique (2) ont des nuances de couleur diffé- rentes. 19.- Joint selon l'une des revendications précédentes, dans lequel est prévu un support portant les éléments d'étanchéité, caractérisé en ce que le support (14) est en métal. 20.- Joint selon la revendication 19, caractérisé en ce que le support (4) est découpé dans une bande d'acier mince. 21.- Joint selon l'une des revendications 19 et 20, carac- térisé en ce que, pour un petit joint de piston, le support (4)a une épaisseur inférieure à 0,5 mm. 22.- Joint selon l'une des revendications 1 à 18 et 21, caractérisé en ce que le support (4) est en matériau non métallique.